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

Важным параметром оценки тяговых качеств танкового двига­ теля, характеризующим устойчивость его работы на различных ско­ ростных режимах при изменении внешней нагрузки, является коэф­ фициент приспособляемости К■ Этот коэффициент определяется, отношением максимального крутящего момента двигателя к крутя­ щему моменту при максимальной мощности в случае работы дви­ гателя по внешней характеристике

м ешах

К = ~мeW

На рис. 3 приведены! внешние характеристики двух двигателей,, у которых одинаковые крутящие моменты при максимальной эф­ фективной мощности, но различные коэффициенты приспособляе­ мости (т. е. различные зависимости изменения Ме и N a от числа оборотов).

Из рис. 3 видно, что при возрастании внешнего момента, сопро­ тивления на величину Д М обороты двигателя с характеристи­ кой 1 весьма сильно снизятся (до значения п{), в то время как обороты другого двигателя с характеристикой 2 изменятся незна­ чительно (до значения лг). Очевидно, чем. больше коэффициент

10

приспособляемости двигателя, тем при возрастании внешнего со­ противления меньше будут изменяться его обороты, а следователь­ но, п скорость движения танка.

Дизели по сравнению с карбюраторными двигателями имеют меньшие значения коэффициента приспособляемости.

Повышение коэффициента приспособляемости у дизелей осуще­ ствляется путем применения специальных корректоров, дополни­ тельно увеличивающих подачу топлива в цилиндры двигателя за цикл в тех случаях, когда при работе по внешней характеристике число его оборотов падает.

Так, например, дизель В-2-34 без корректора имеет коэффи­ циент приспособляемости К = 1,1, в то время как по существу у та­ кого же двигателя В11-ИСЗ при установленном корректоре коэф­ фициент К — 1,24.

Значения коэффициента приспособляемости поршневых двига­ телей в среднем колеблются в таких пределах:

—для дизелей без корректоров /С =1,1 -г 1,15;

—для дизелей с корректорами К = 1,2 -f- 1,25;

—для карбюраторных двигателей К = 1,15 -у 1,35.

Итак, оценивая тяговые качества поршневых двигателей внут­ реннего сгорания, предназначенных для "преодоления сопротивле­ ний, изменяющихся в большом диапазоне, можно сказать, что ихприспособляемость, т. е. автоматическое изменение крутящего мо­ мента в зависимости от изменения внешней нагрузки при постоян­ ной подаче топлива, невелика. Отсюда следует, что обеспечение вы­ сокого коэффициента использования мощности такого двигателя при его работе в широком диапазоне изменения внешних нагрузок., характерных для работы в танке, вызывает необходимость уста­ новки последовательно за двигателем специальной передачи (трансмиссии), позволяющей в значительных пределах изменять крутящий момент, передаваемый от двигателя к ведущим колесам.

Скоростные режимы, на которых могут работать поршневые' двигатели под нагрузкой, изменяются в значительно большей сте­ пени. Так, отношение оборотов при максимальной мощности к обо­ ротам максимального крутящего момента, в диапазоне изменения которых обычно протекает работа двигателей под нагрузкой, нахо­ дится в пределах

Диапазон полного изменения оборотов от /гЛ, до птт при рабо­ те под нагрузкой находится в пределах

TImin

Если внешняя характеристика двигателя неизвестна, а она тре­ буется для выполнения каких-либо тяговых расчетов, то ее опреде-

11!

1яют при помощи различных эмпирических зависимостей, в кото­ рых эффективная мощность двигателя (Nc ) при выбранном числе оборотов его коленчатого вала (п) выражается через известные

щие им величины эффективной мощности ;VC двигателя при полном открытии дроссельной заслонки карбюратора. Полученные данные позволяют построить внешнюю характеристику двигателя.

Следует, однако, сказать, что приведенная выше эмпирическая формула (2), как и другие, подобные ей, получена в результате об­ работки внешних характеристик определенных конструкций дви­ гателей и в ряде случаев не может обеспечивать высокую точность. Поэтому область применения дайной формулы ограничивается рас­ четами при проектировании. *

Удобный способ построения внешней характеристики двигателя предложен проф. П. М. Лениным [18], установившим понятие об единой относительной скоростной характеристике двигателя. Им было обнаружено, что внешние характеристики подобных по про­

ч

Например, внешние характеристики всех карбюраторных дви­ гателей с достаточной степенью точности могут быть объединены следующими цифровыми зависимостями:

У дизелей относительная скоростная характеристика менее устойчива, т. е. отклонения от единой кривой могут быть более зна­ чительные, чем у карбюраторных двигателей. Это объясняется раз­ нообразием способов смесеобразования, значений коэффициента избытка воздуха, изменения цикловой подачи топлива по оборотам и других факторов, влияющих на протекание скоростной характе­ ристики.

12

Тем не менее п для четырехтактных дизелей можно относитель­ ную скоростную характеристику представить в форме таблицы, составленной для некоторых средних условий.

Конструкторами неоднократно исследовался вопрос применения^ различных паросиловых установок как источников энергии не толь­ ко в тракторах и автомобилях, но и в танках. Достаточно сказать, что перед последней войной в Англии насчитывалось несколько де­ сятков тысяч автомобилей с паровыми машинами. Последние име­ ли относительно высокие показатели за счет применения усовер­ шенствованных змеевиковых котлов с высокой температурой пара.

Неоднократные попытки применения на танках паросиловых, установок не увенчались успехом вследствие больших габаритов и; веса, продолжительности запуска, необходимости сложной автома­ тики, длительного времени и большого пути разгона, значительно­ го расхода воды и др. Однако, несмотря на отмеченные недостатки: и неудачи, попытки к созданию паросиловых установок на танках, предпринимаются на новом уровне развития техники по мере раз­ решения тех или иных трудностей, которые ранее считались непре­ одолимыми '. Это объясняется благоприятным протеканием тяговой характеристики паровой машины для транспортных машин вообще- и для танков в частности.

Мощность, развиваемая паровой машиной, работающей по ха­ рактеристике при постоянной часовой производительности пара,, почти не меняется с изменением числа оборотов. А так как в данном, случае

... Meii

Ас — — — = const, 716,2

то1

1 Следует иметь в виду, что в случае применения атомного двигателя для: транспортных целей последний по существу будет представлять собой лишь «ко­ тел», служащий источником получения пара или нагретого воздуха, который в дальнейшем для преобразования тепловой энергии в механическую требует на­ личия паровой машины или турбины.

13,

откуда следует, что крутящий момент паровой 'машины при работе по данной характеристике изменяется в зависимости от оборотов по закону гиперболы (рис. 4). При изменении количества пара, посту­ пающего из котла в цилиндры, изменяются и характеристики паро­ вой машины. На рис. 4 эти характеристики показаны пунктиром.

Очевидно, что при такой характеристике с возрастанием внеш­ него сопротивления автоматически будет увеличиваться крутящий

момент, развиваемый паровой машиной, и одновременно умень­ шатся обороты ее вала, причем диапазон изменения момента бу­ дет весьма большим. Если же диапазон изменения крутящего мо­ мента при данной подаче пара окажется недостаточным, то при помощи специальных регулирующих устройств можно обеспечить его изменение в необходимых пределах.

Таким образом, в случае установки в танке паровой машины или полностью отпадает необходимость в коробке передач, или она значительно упрощается за счет сокращения числа передач. Это является основным преимуществом паровой машины как источни­ ка энергии в танке перед поршневым двигателем внутреннего сго­ рания.

§3. ХАРАКТЕРИСТИКИ МОТОРГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

ИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ

Уже со времени первой мировой войны предпринимались мно­ гочисленные попытки использовать электрическую энергцю для движения танков путем применения моторгенераторных установок, у которых первичным источником энергии является двигатель внут-

14

реннего сгорания, соединенный с генератором. При этом ток, вы­ рабатываемый генератором, поступает к электродвигателям (одно­ му или чаще двум, размещенным по бортам), которые преобразу­ ют электрическую энергию в механическую, развивая на своих ва­ лах крутящие моменты, необходимые для движения машины.

Такая двойная и, казалось бы, сложная форма преобразования энергии заслуживает внимания. Интерес к рассматриваемой уста­ новке объясняется хорошей тяговой характеристикой электродвига­ теля, при которой с возрастанием внешней нагрузки при одновре­ менном снижении оборотов электродвигателя можно автоматически изменять, крутящий момент в достаточно больших пределах.

На рис. 5 показаны две принципиальные схемы применения электрических передач в танках. Одна из них (рис. 5, А) выполнена с одним электродвигателем 4, заменяющим коробку передач. Од­ нако при этой схеме необходимо дополнительно устанавливать ме­

осуществления прямолинейного движения, но и для обеспечения, по­ ворота танка с различными радиусами; при этом исключается необ­ ходимость в дополнительных механизмах поворота. В обоих слу­ чаях нужно иметь бортовые передачи 6 с большим передаточным отношением. Это необходимо для снижения оборотов электродвигелей (и соответственно увеличения моментов), которые по сооб­ ражениям уменьшения габаритных размеров и веса приходится де­ лать весьма высокооборотными.

Рис. 5

На рис. 5 цифрой 1 обозначен первичный двигатель, цифрой 2— генератор, а цифрой 3 — электропровода.

(-ледует отметить, что в осуществленных электрических переда­ чах танков применялись электрические машины постоянного тока.

15

особенностью которых является наличие коллекторов, не позволяю­ щих значительно увеличить скорости электродвигателей и за счет этого снизить их габариты и вес.

При применении в танках для тяговых целен электромашин к их характеристикам предъявляют определенные требования. В ча­ стности, несмотря па необходимость обеспечения большого диапа­ зона изменения момента и оборотов электродвигателей, генератор, соединенный с первичным двигателем и питающий электродвигате­ ли, должен реагировать на все изменения нагрузки последних и в то же время обеспечивать устойчивую работу первичного двига­ теля с изменением оборотов.

менения внешнего сопротивления необходимо применять такое ав­ томатическое регулирование, при котором напряжение генератора изменялось бы обратно пропорционально току нагрузки. Тогда мощность генератора (как и первичного двигателя) будет оста­ ваться постоянной. Автоматическое регулирование генератора по­

16

стоянного тока в небольших пределах изменения оборотов двига­ теля при меняющейся внешней нагрузке не представляет особых трудностей.

Электродвигатели постоянного тока, подразделяющиеся в зави­ симости от схемы включения обмоток возбуждения по отношению к якорю на сериесные, шунтовые и компаундные, имеют разные ха­ рактеристики изменения моментов и оборотов от тока.

Это видно из рис. 7, на котором приведены характеристики сериесного 1, компаундного 2 и шунтозого 3 электродвигателей.

Рассмотрение характеристик этих двигателей позволяет сделать вывод о том, что в отношении тяговых качеств в танках наиболее

Мнгм

Рис. 7

целесообразно применять сериесные двигатели, поскольку они об­ ладают наибольшими диапазонами изменения крутящего момента и оборотов. При этом у данного типа электродвигателей с увели­ чением внешней нагрузки одновременно с возрастанием момента на валу якоря обороты уменьшаются таким образом, что мощность, в том числе и номинальная (паспортная), остается постоянной.

Данное обстоятельство имеет существенное значение, поскольку с одной стороны, повышение коэффициента использования мощно­ сти первичного двигателя в разнообразные условиях движения при­ водит к увеличению средней скорости танка, а с другой — большой диапазон изменения внешних сопротивлений не вызывает значи­ тельного изменения оборотов моторгенераторной установки, а это

повышает срок службы и экономичность работы первичногодви­ гателя.

Менее пригодным в отношении тяговых качеств оказывается шунтовой электродвигатель, обороты' которого с увеличением пере­ даваемого момента уменьшаются незначительно (см. рис. 7), и по­ этому при большом диапазоне изменения сопротивлений он будет работать со значительным изменением мощности.

Наряду с преимуществами, сериесного электродвигателя следует отметить и его недостаток, заключающийся в трудностях осуществ­ ления рекуперативного торможения при переходе двигателя из мо­ торного режима работы в генераторный в процессе поворота танка

ипри торможении гусениц электродвигателем.

Вэтих случаях более приемлемы компаундные и шунтовые дви­

гатели.

М Итак, основными преимуществами применения электрических силовых передач в танках по сравнению с обычными механически­ ми являются: 1) автоматическое изменение тягового усилия и ско­ рости в зависимости от сопротивлений движению, что приводит к более полному использованию мощности первичного двигателя и в конечном итоге к повышению средней скорости движения танка; 2) упрощение и облегчение управления движением машины; 3) по­ вышение срока службы первичного двигателя в связи с постоян­ ством режима его работы по оборотам; 4) осуществление плавного изменения радиуса поворота в больших пределах (при двух элект­ родвигателях); 5) большая свобода при компоновке машины в от­ ношении размещения агрегатов электрической передачи, соединен­ ных между собой посредством электропроводов.

Несмотря на указанные преимущества, электрические передачи не получили до последнего времени распространения в танках в ос­ новном вследствие: 1) большого удельного объема и веса по срав­ нению с обычной механической передачей; 2) пониженного к. п. д. при движении танка с малыми скоростями; 3) большой сложности и высокой стоимости; 4) необходимости мощных и громоздких рео­ статов для обеспечения интенсивного торможения гусениц посред­ ством электродвигателей.

Дальнейшее совершенствование электрических машин, в основ­ ном обеспечивающее снижение их габаритов и веса, а также устра­ нение других перечисленных недостатков может привести в буду­ щем к практическому применению электрических передач в тан­ ках.

§4. ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Впроводимых изысканиях новых эффективных источников энергии для движения танков за последнее время внимание кон­ структоров привлекают газотурбинные двигатели (ГТД), нашед­

шие широкое распространение в авиации и получившие уже некоторое применение в практике автомобилестроения.

Анализ возможных схем ГТД показывает целесообразность ис­ пользования в машинах наземного трн-иепарта и, в частности в тан-

18

ках, двухвальных схем двигателей этого тоша. Тяговая характери­ стика и принципиальная схема такого ГТД приведена на рис. 8.

Топливо

В этой схеме компрессор и турбина компрессора не имеют же­ сткой связи с силовой турбиной или турбиной мощности, что позво­ ляет получить максимальный крутящий момент при остановленном выводном вале двигателя. Компрессор со своей турбиной в этой схе­ ме может работать вблизи точки расчетного максимального к. п. д., в то время как силовая турбина будет поддерживать момент и чис­ ло оборотов- в соответствии с условиями движения танка.

В схеме одновального ГТД (рис. 9) с уменьшением числа оборо­ тов турбины крутящий момент быстро снижается и, следовательно, такой двигатель по протеканию тяговой характеристики неприем­ лем для танков. На рис. 8 и 9 МР — механический редуктор (КП).