книги из ГПНТБ / Никитин А.О. Теория танка учебник

для преодоления редко ветрсчающп.хся больших, предельных по своей величине, сопротивлений, а следующую, II передачу, выбрать по условию преодоления такого большого сопротивления, какое наиболее часто встречается в разнообразных условиях движения.

Таким сопротивлением движению .по результатам испытании следует считать сопротивление при повороте танка на горизонталь­ ном участке сухого дернистого грунта с радиусом поворота, рав­ ным ширине колеи машины.

Для обеспечения поворота танка в этих условиях, как показыва­ ют испытания, удельная сила тяги должна быть равной / л«=;0,30. Такая удельная сила тяги должна обеспечиваться на II передаче при оборотах двигателя, соответствующих максимальной мощно­ сти, т. е. riN■Пользуясь выражением (27) и принимая одинаковыми значения к. п. д. тайка на I и II передачах, можно найти отношение скоростей машины на этих передачах при работе двигателя на ре­ жиме максимальной мощности.

Это отношение скоростей оказывается равным

Приведенные в табл. 12 для ряда танков данные отношений ско­ ростей движения на смежных передачах в КП (или отношения пе­ редаточных чисел трансмиссии на смежных передачах) показыва­ ют, что во многих из выполненных конструкций отношение скоро-

•• уи

стен —- близко к двум.

V\

Это не относится к тем случаям, когда коробки передач имеют демультипликаторы (или мультипликаторы), при которых боль­ шое отношение скоростей на смежных низших передачах, равное двум, было бы и между некоторыми высшими передачами, что не­ целесообразно.

Таким образом, из общего диапазона передач d путем выделе­ ния низшей (I) передачи, предназначенной для преодоления пре­ дельных, редко встречаемых сопротивлений, получают рабочий диапазон dp, равный

Промежуточные же передачи между II и высшей при этом вы­ бираются таким образом, чтобы отношения скоростей тайка на со­ седних передачах (при одних и тех же оборотах двигателя) при­ ближались к закону разбивки передач по геометрической прогрес­ сии, с поправкой в сторону сближения более высших передач, т. е.

160

Т а б л и ц а 12

Объясняется это тем, что вероятность движения танка со значе­ нием коэффициента суммарного сопротивления движению, более близким к значению удельной силы тяги на высших передачах, больше вероятности движения с сопротивлением, характеризуемым значением удельной силы тяги на низших передачах. Поэтому для повышения средней скорости движения следует сближать высшие передачи.

Кроме того, при такой разбивке передач уменьшается по своей абсолютной величине разрыв между соседними скоростями движе­ ния на высших передачах. Дело в том, что при разбивке передач строго по закону геометрической прогрессии разность смежных ско­ ростей на высших передачах {vm-\ — vm- 2 \ vm— v m-') дости­ гает больших значений. В связи с этим при некотором, даже незна­ чительном увеличении сопротивления движению, когда сила тяги по двигателю, развиваемая на высшей передаче, становится мень­ ше сопротивления движению, вынужденный переход на понижен­ ную передачу приводит к резкому снижению скорости, в результате чего также значительно снижается средняя скорость движения танка:

Некоторое же увеличение отношения смежных скоростей на низших передачах хотя и приводит к возрастанию разрыва между значениями этих скоростей, однако по абсолютной величине эти разрывы значительно меньше, чем на высших передачах, и меньше сказываются на средней скорости танка.

Крайним случаем сближения скоростей танка на высших пере­ дачах является разбивка всех промежуточных (исключая II) пере­ дач в КП по закону арифметической прогрессии, - когда разность между скоростями движения на смежных передачах является ве­ личиной постоянной, т. е.

Uni—t — Um —\ Um-2 — . . . — “П щ — Cl,

Из полученных значений видно, что с увеличением номера передачи сильно возрастает по абсолютным величинам разность между скоростями танка на смеж­ ных передачах, достигая максимального значения в 18,2 к м /ч между V и VI пе­ редачами.

При разбивке передач по закону арифметической прогрессии будем иметь

vm = г’„ + (т - 2 ) а.

Откуда разность прогрессии

и значения скоростей тапка по передачам будут равны:

Существенным недостатком данного способа разбивки передач является боль­ шой разрыв в значениях скоростей на низших передачах.

162

Практика танкостроения не дает примеров разбивки передач строго по арифметической прогрессии. Разбивка передач по геомет­ рической прогрессии встречается на отечественных и иностранных танках.

На основании всего изложенного в данном разделе следует, что разбивку промежуточных передач ступенчатЫ'Х трансмиссий (в диа­ пазоне от v u до v m) целесообразно производить по закону геомет­ рической прогрессии, с поправкой в сторону сближения высших пе­ редач.

4. Выбор промежуточных передач по условию полного использования устойчивого режима работы двигателя

Устойчивым режимом работьи двигателя внутреннего сгорания называется его работа в диапазоне от оборотов я/v, соответствую­ щих максимальной мощности, до оборотов пм максимального кру­ тящего момента. В этом интервале изменения оборотов двигателя при увеличении внешнего сопротивления автоматически возрастает крутящий момент Мл и, следовательно, сила тяги, в результате чего хотя и происходит снижение скорости танка с возрастанием сопротивления, но это не может привести к заглоханию двигателя.

Если коэффициент суммарного сопротивления движению fc станет больше максимального значения удельной силы тяги на данной передаче, которая достигает этого при максимальном кру­ тящем моменте двигателя, то, очевидно, для предотвращения заглохания двигателя необходимо перейти на пониженную передачу.

Максимальная скорость танка на /г-ой передаче может быть за­ писана так:

=*/•„. ntlN_ з g

"30/™

где гтр — общее передаточное число трансмиссии на данной

передаче.

В то же время для полного использования устойчивого режима работы двигателя (без учета снижения скорости танка при пере­ ключении передач) скорость танка на следующей, высшей передаче при оборотах двигателя, соответствующих максимальному моменту (рис. 62), должна быть такой же, т. е.

Максимальная скорость танка на передаче с номером- (k + 1 ) будет

тр(к+1)

Откуда получим отношение максимальных скоростей на смеж­ ных передачах

Или, обобщая для всех передач, окончательно получим

т. е. при выборе передач по условию полного использования устой­ чивого режима работы двигателя отношение скоростей танка на смежных передачах нужно брать по геометрической прогрессии со

Hn

знаменателем прогрессии q — — .

11м

VjirMufi

Рис. 62

Определение минимального количества передач, обеспечиваю­ щих устойчивый режим работы двигателя, при заданном диапазо­ не d и известной характеристике двигателя (в частности, при изве-

Л Л \

стном отношении — ) покажем на конкретном примере.

Чм

Определить минимальное количество передач, обеспечивающих устойчивый

1 6 i

Г л а в а 7

ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ И ДИНАМИКА ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ ТАНКА С ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ

С конца второй мировой войны в колесных и гусеничных маши­ нах различного назначения, включая и танки, получают все боль­ шее распространение гидромеханические трансмиссии, у которых в качестве гидравлического элемента используются гидродинамиче­ ские передачи: гидромуфты и гидропреобразователи крутящего мо­ мента— гидротрансформаторы и комплексные передачи, обладаю­ щие на одних режимах работы свойствами гидротрансформатора, а на других — гидромуфты.

Поскольку гидромуфта не может изменять передаваемый к ней от источника энергии крутящий момент, она при передаче мощности может только заменять главный фрикцион в ступенчатой механиче­ ской трансмиссии. Иногда вследствие своих свойств гидромуфта применяется в качестве самостоятельного агрегата, устанавливае­ мого между двигателем и фрикционом и работающего совместно с обычной коробкой передач. Гидромуфта обеспечивает плавное трогание с места, возможность движения на всех передачах с малой скоростью без опасности заглохания двигателя, дает возможность трогаться с места на более высокой передаче, когда нет необходи­ мости в интенсивном разгоне, в связи с чем снижается число необ­ ходимых .переключений передач. Все это в целом упрощает и об­ легчает управление движением машины.

Наибольшего внимания заслуживает применение в танках гид­ родинамических преобразователей момента, позволяющих автома­ тически и непрерывно изменять в значительных пределах крутящий момент на ведомом валу гидропередачи при действии внешнего со­ противления. Изменение момента на ведомом валу в зависимости от скорости этого вала происходит по характеристике, близкой к прогрессивной, в то время как режим работы: ведущего вала гид­ ропередачи изменяется незначительно. Это дает возможность более

166

Полно использовать мощность двигателя и обеспечить стабильность его работы при изменении внешних сопротивлений движению танка в широких пределах.

Таким образом, использование гидродинамических преобразо­ вателей момента в танковых трансмиссиях позволяет уменьшить число передач в трансмиссии, что в свою очередь значительно упро­ щает введение полуавтоматических и автоматических приводов управления прямолинейным движением танка, сводя управление, по существу, лишь к воздействию на педаль подачи топлива в дви­ гатель.

Отсутствие жесткой кинематической связи между валом двига­ теля и ведущими колесами танка обеспечивает возможность запу­ ска двигателя и остановки танка без выключения передачи в КП. Наличие такой связи почти устраняет вероятность заглохания дви­ гателя как по неопытности механика-водителя, так и вследствие внезапного возрастания внешнего сопротивления вплоть до такого, при котором происходит остановка танка.

Плавность передачи тягового усилия при наличии гидропереда­ чи повышает проходимость танка при движении по грунтам с пло­ хими сцепными свойствами.

Поскольку гидродинамические передачи не передают (не про­ пускают) крутильные колебания от двигателя в трансмиссию и ди­ намические перегрузки со стороны трансмиссии на двигатель, это повышает надежность и долговечность работы агрегатов моторно­ трансмиссионной установки танка. Рабочие элементы самой гидро­ передачи (насос, турбина и др.) практически не изнашиваются.

Основными недостатками гидромеханической трансмиссии по сравнению с обычной ступенчатой являются: более низкий коэффи­ циент полезного действия, сложность конструкции и больший объ­ ем. Большие внутренние потери энергии в гидропреобразователях момента вызывают необходимость постановки радиаторов для ох­ лаждения рабочей жидкости, что усложняет конструкцию и увели­ чивает объем, занимаемый трансмиссией.

Гидротрансформатор и комплексная гидропередача хотя и об­ ладают свойством изменять передаваемый от источника энергии крутящий момент при изменении внешней нагрузки, тем не менее не могут исключить наличие в танковой трансмиссии дополнитель­ но нескольких механических ступеней.

Это объясняется тем, что существующие конструкции гидроди­ намических преобразователей даже при использовании их во всем диапазоне скоростных передаточных отношений имеют диапазон изменения крутящего момента порядка 4 5, в то время как для танков он должен быть значительно больше этой величины. И, кро­ ме того, использование гидротрансформатора в трансмиссии на не­ экономичных режимах приводит к значительному снижению к. п. д. трансмиссии. Поэтому в танках применяются гидромеханические трансмиссии, составленные из гидродинамического преобразовате­ ля момента и механической ступенчатой коробки передач (обычно

167

планетарного типа) на две-три ступени, включенной при передаче мощности от двигателя последовательно или параллельно.

Это позволяет обеспечить требуемый общий диапазон d транс­ миссии без значительного снижения к. п. д., а также получить на каждой передаче тяговую характеристику, близкую к прогрессив­ ной. Переход с одной ступени на другую может быть различным, в том числе и автоматическим, что определяется устройством при­ вода управления и трансмиссии в целом.

В гидромеханической трансмиссии, независимо от числа ступе­ ней, для увеличения крутящих моментов, подводимых к ведущим колесам, необходимо, как и при любой трансмиссии в танке, нали­ чие бортовых редукторов, выполняемых в виде зубчатых передач с постоянным передаточным отношением.

Для обеспечения поворота танка необходимо также иметь меха­ низм поворота (см. часть II).

Таким образом, рассматриваемые здесь гидромеханические трансмиссии в наиболее общем виде можно считать состоящими из гидродинамической передачи — гидравлического элемента транс­ миссии и зубчатых передач — ее механического элемента. Свойства гидродинамических передач, применяемых в гидромеханических трансмиссиях, накладывают ряд особенностей на выполнение тяго­ вого и динамического расчета (разгона) танка по сравнению с соот­ ветствующими расчетами танка со ступенчатой механической транс­ миссией.

Эти особенности заключаются в следующем:

1 . При наличии в трансмиссии гидравлического элемента (гид­ ротрансформатора, комплексной передачи пли гидромуфты) отсут­ ствует жесткая кинематическая связь между двигателем и ведущи­ ми колесами танка и скоростное (кинематическое) передаточное отношение трансмиссии определяется не только параметрами меха­ нического элемента, но и скоростным передаточным отношением гидравлического элемента.

2. Определению скорости и удельной силы тяги /д танка на данной передаче при определенном скоростном передаточном отно­ шении гидравлического элемента должно предшествовать опреде­ ление режима совместной работы двигателя и гидропередачи.

3. Движение танка в процессе разгона нельзя описать обычны­ ми линейными дифференциальными уравнениями, как это делает­ ся для танка с механической трансмиссией, по той причине, что танк г. этом случае является системой по меньшей мере с двумя степе­ нями свободы.

4. При подсчете удельной силы тяги в случае механических трансмиссий пользуются кинематическим передаточным отноше­ нием, принимая его для этих трансмиссий равным силовому пере­ даточному отношению, а фактическое уменьшение последнего вследствие неизбежных потерь энергии учитывают коэффициентом полезного действия трансмиссии т}тр, имеющим достаточно высокие значения и принимаемым в тяговом и динамическом расчетах ве-

168

личиной постоянной на всех режимах работы на рассматриваемой передаче.

Силовое передаточное отношение гидромеханической трансмис­ сии значительно отличается от скоростного .и на каждом режиме определяется не только параметрами механического элемента, но и силовым передаточным отношением гидравлической передачи, за­ висящим от соотношения оборотов рабочих колес последней.

К. п. д. гидромеханических трансмиссий, выполненных с приме­ нением существующих гидродинамических передач, при работе на какой-либо одной ступени на эксплуатационных режимах может из­ меняться в пределах т|тр = 0,7 0,9. Следовательно, при работе на этих режимах изменение силового передаточного отношения транс­ миссии значительно отличается от изменения скоростного переда­ точного отношения и их отношение нельзя принимать постоянным, что вполне допустимо для механической трансмиссии.

§ 1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ

Гидродинамическая муфта (рис. 63) имеет два рабочих элемен­ та: колесо насоса, связанное с ведущим валом (валом источника энергии), и колесо турбины, соединенное с ведомым валом (валом потребителя энергии). Круг циркуляции гидродинамической муфты заполняется рабочей жидкостью, которая и осуществляет силовую связь между колесами.

Рис. 63

Как известно, энергия передается гидромуфтой только при ус­ ловии, если число оборотов пт колеса турбины меньше числа обо­ ротов л„ колеса насоса. При равенстве ят = пи не будет силовой связи между насосом и турбиной, так как в этом случае отсутствует циркуляция жидкости относительно лопаток рабочих колес.

При установившемся движении, если пренебречь сопротивле­ нием воздуха при вращении корпуса муфты- и трением в опорах, очевидно

A iH — 7ИТ,

169