книги из ГПНТБ / Никитин А.О. Теория танка учебник
.pdfВ тяговых расчетах эти потери, если не известны! действитель ные значения потерь мощности в воздухоочистителях, можно при нимать для режима максимальной мощности двигателя равными
W»a, = (0,02-^0,04)W „„„.
В зависимости от оборотов двигателя затраты мощности на со противление в воздухоочистителе изменяются по квадратичному закону.
3. Затраты мощности в глушителе
Потери мощности двигателя в танке на противодавление вы хлопу отработавших газов вследствие наличия глушителей шума и относительно длинных выпускных трубопроводов больше тех, кото рые наблюдаются при стендовых испытаниях двигателей на заво- дах-изготовптелях. Дополнительные потери мощности, обусловлен ные увеличением противодавления выхлопу в моторной установке, зависят от конструкции выхлопных устройств, скоростного и нагру зочного режимов работы двигателя.
Для четырехтактных двигателей они, с достаточной для данного случая точностью, могут быть определены по такой зависимости:
|
|
АГвых |
Р ж у лп л. |
с., |
|
|
(4) |
|
|
|
900 |
|
|
|
|
где р в' |
— увеличение противодавления выхлопу при |
работе |
|||||
|
двигателя в танке в кг/см2-, |
(литраж) двигателя |
в л; |
||||
V, — рабочий |
объем |
цилиндров |
|||||
п — число оборотов |
коленчатого |
вала |
на данном |
скоро |
|||
|
стном режиме, об/мин. |
|
|
|
|
||
Для |
двухтактных |
двигателей в знаменателе |
формулы |
(4) |
бу |
||
дет 450.
Значения рвых определяются экспериментальным путем.
В современных конструкциях поршневых двигателей дополни тельные потери мощности в моторной установке на .противодавление выхлопу при работе двигателя на режиме максимальной, мощности составляют
А^выхд, = (0,02 -г- 0,03) N emax.
В зависимости от числа оборотов двигателя эти затраты мощно сти изменяются по квадратичному закону.
4. Общие потери мощности в моторной установке и свободная мощность двигателя
Приведенные в данном параграфе сведения показывают, что за траты мощности в моторной установке танка на вентиляторы систе
30
мы охлаждения, воздухоочистители и противодавление выхлопу до стигают весьма больших значений, которые необходимо учитывать при всех дальнейших расчетах.
Подсчет всех этих затрат мощности в зависимости от оборотов двигателя, с целью сокращения вычислений, целесообразно осуще ствлять таким образом.
Надо суммировать все потери мощности в моторной установке на режиме максимальной мощности двигателя, т. е,
y N = |
NbV ^ Ш‘|КЛ'’ |
где Л/м. у — общие потери |
мощности в моторной установке при |
максимальной |
мощности двигателя. |
Потери мощности в моторной установке-по оборотам двигателя, поскольку основное значение имеют затраты1на привод вентилято ров, можно рассчитывать по формуле
где « — текущие обороты двигателя.
На основании всего изложенного общие потери мощности в мо торной установке танков с поршневыми двигателями для режима максимальной мощности находятся в таких пределах:
= ( О 'Ю - ^ 20)Л/е Не
мощность, передаваемая от двигателя в трансмиссию танка при работе двигателя с полной подачей топлива и равная
Na = Ne - N t, y,
называется с в о б о д н о й м о щ н о с т ь ю двигателя.
Зная внешнюю характеристику двигателя и подсчитав для раз личных оборотов потери мощности в моторной установке, определя ют для этих оборотов свободную мощность двигателя, графическая зависимость которой приведена на рис. 15.
Если все рассмотренные потери мощности оценить условным коэффициентом полезного действия моторной установки TjM.у, то значение свободной мощности при оборотах, соответствующих мак симальной эффективной мощности двигателя, можно определить таким образом:
N ..N = к та
Для большого числа выполненных конструкций танков к. п. д. моторной установки при максимальной мощности двигателя нахо дится в пределах
ты. уЛ = 0,80 -г 0,90.
31
В последние годы в танках стали находить применение системы охлаждения эжекционного типа. Они имеют ряд преимуществ пе ред обычными системами охлаждения с приводными вентилятора ми. в частности, по занимаемым объемам и по расходу мощности.
Суммарный расход мощности в моторной установке танка (с учетом всех видов потерь) при наличии эжекционной системы ох лаждения составляет на режиме максимальной мощности не более
10% от Nemn, т. е.
Л/„. v |
<0,10/V e . |
|
*N |
■ |
mux |
Изменение этих затрат мощности в зависимости от оборотов двигателя в диапазоне эксплуатационных режимов его работьт можно принимать происходящим по квадратичной зависимости
М " у = M i. yN ( ~ )
§ 2. ЗАТРАТЫ МОЩНОСТИ В ТРАНСМИССИИ И К. П. Д. ТРАНСМИССИИ
Передача мощности от двигателя к ведущим колесам в совре менных танках осуществляется путем широкого использования ци линдрических и конических зубчатых колес. Даже в тех случаях, когда в трансмиссиях танков применяются гидродинамические и электрические передачи, нельзя обойтись без зубчатых Передач (бортовые редукторы, механизмы поворота, дополнительные ступе ни, обеспечение реверсирования и т. п.), которые в этом случае со ставляют механический элемент трансмиссии.
32
Мощность в механических элементах трансмиссии танков расхо- v дуется на преодоление:
—сил трения в полюсах зацепления зубчатых колес, участвую щих в передаче крутящего момента от двигателя к ведущим коле сам танка;
—сил трения в подшипниках валов и зубчатых колес;
—сил трения в муфтах полужесткого соединения и карданных
передачах;
—сопротивлений от взбалтывания масла, предназначенного для смазки зубьев зубчатых колес и подшипников, и отвода от них тепла;
—сил трения в уплотнениях вращающихся деталей.
Все перечисленные потери мощности в агрегатах трансмиссии можно разбить на две группы: пропорциональные передаваемой мощности и не зависящие от нее.
К первой группе относятся потери в зацеплении (основные в зуб чатых передачах), в опорах, соединительных муфтах и карданных передачах.
Вторую группу составляют гидравлические сопротивления при взбалтывании масла (основные), сопротивления в уплотнениях и некоторые другие, имеющиеся при прокручивании трансмиссии без нагрузки.
Эту группу потерь мощности называют потерями холостого хода. Потери в полюсах зацепления зубчатых колес зависят от их типа, обработки зубьев, точности изготовления и монтажа, жестко сти конструкции и ряда других факторов. С достаточной точностью они могут быть подсчитаны как по выведенным теоретическим за висимостям, так и с помощью полученных экспериментальным пу
тем значений к. п. д. зацепления зубчатых передач.
Величина сопротивлений холостого хода танковьих трансмиссий г основном определяется: способом смазки деталей (разбрызгива нием или принудительным), размерами, количеством и скоростями вращения деталей, погруженных при работе в масло, глубиной их погружения и вязкостью масла, сопротивлением в уплотнениях.
В связи с затруднениями, возникающими при количественной оценке потерь холостого хода, обычно затраты мощности в простых механических трансмиссиях, а также в аналогичных механических элементах гидромеханических и электромеханических трансмиссий подсчитывают по значениям к. п, д. пар зубчатых колес, последова тельно участвующих в передаче мощности по кинематической цепи трансмиссии. Прй этом все остальные потери в трансмиссии (в опо рах, на взбалтывание масла, в уплотнениях и др.) условно относят к потерям в зацеплении, несколько увеличивая значения последних.
Такой способ учета затрат мощности в трансмиссии значитель но облегчает выполнение тяговых и прочностных расчетов, а по скольку суммарные потери мощности в танковых трансмиссиях, как правило, относительно невелики, то, не допуская существенной ошибки, его с успехом можно применять в расчетной практике.
3-Ц95 |
33 |
На основании изложенного коэффициент полезного действия простой механической трансмиссии т]тр подсчитывают по формуле
|
|
|
^Тр = |
"С ">С, |
|
|
|
где т)к — к. п. |
д. конической пары; |
колес, находящихся в |
|||||
//г, — число |
пар |
конических |
зубчатых |
||||
зацеплении |
при последовательной передаче крутя |
||||||
щего момента; |
|
|
|
|
|||
т]ц — к. п. |
д. цилиндрической пары; |
|
|
||||
т2— число |
пар цилиндрических зубчатых колес, находя |
||||||
щихся в зацеплении |
при |
последовательной |
передаче |
||||
крутящего |
момента. |
|
колеса |
выполняются |
по приня |
||
В тех случаях, |
когда зубчатые |
||||||
той в общем машиностроении геометрии и по достаточно высокому классу точности, применяемому в танкостроении, по результатам испытаний при определении к. п. д. трансмиссии можно принимать:
— к. п. д. |
цилиндрической |
пары |
внешнего |
зацепления т)ц = |
|
= 0,97-4-0,98, |
а для внутреннего |
зацепления |
т)ц = 0,99; |
||
— к. п. д. конической пары |
т]* |
= |
0,96-4-0,97. |
||
Если механическая трансмиссия планетарного типа или пере дача мощности в некоторых ее звеньях осуществляется посредством применения отдельных планетарных рядов, то коэффициент полез ного действия этих рядов определяется в соответствии с мощностью, передаваемой лишь в относительном движении зубчатых колес. При этом считают, что затраты! мощности в переносном движении отсутствуют.
Последнее свойство планетарных передач обусловливает более высокий коэффициент полезного действия их по сравнению с про стыми механическими передачами с внешним зацеплением.
Метод, определения к. п. д. планетарных передач излагается в специальных курсах и здесь не рассматривается.
Зная к. п. д. трансмиссии т)тр, легко определить потери мощно сти в ней при движении танка
А7тр = (1 - т ) тр)Мл,
где Л^д — свободная мощность двигателя, т. е. мощность, посту пающая к трансмиссии от двигателя.
Затраты мощности в гидравлических элементах гидромеханиче ской трансмиссии: гидромуфте, гидротрансформаторе и комплекс ной гидропередаче, а также к. п. д. таких гидродинамических пере дач освещены далее, в главе 7.
§ 3. ЗАТРАТЫ МОЩНОСТИ В ГУСЕНИЧНОМ ДВИЖИТЕЛЕ И ЕГО К. П. Д.
При движении машины мощность в элементах гусеничного дви жителя затрачивается на трение в шарнирах гусеничных цепей, ка чение опорных катков по гусеницам, на трение в подшипниках кат
34
ков и колес, трение в зацеплении ведущих колес с гусеницами, уда ры траков о ведущие и направляющие колеса и катки.
Основными потерями на трение в гусеничном движителе явля ются потери в шарнирах траков. Работа сил трения в шарнирах за висит от натяжений, растягивающих цепь, которые на разных уча стках гусеничного обвода неодинаковы и определяются предвари тельным натяжением цепи, натяжением цепи от действия центро бежных сил и рабочим натяжением при передаче тягового усилия.
1. Предварительное натяжение гусеничной цепи
Предварительным натяжением Тп гусеничной цепи называется такое ее натяжение, которым цепь растягивается под действием собственного веса при неподвижном танке.
В практике предварительное натяжение характеризуется вели чиной стрелы провисания гусеничной цепи на каком-либо участке гусеничного обвода и осуществляется при помощи специального ме ханизма натяжения, исходя из условий:
— неспадания гусениц при движении танка на косогоре, пово ротах и при преодолении препятствий;
—• обеспечения возможно меньшего суммарного сопротивления движению танка (здесь имеются в виду сопротивления в ходовой части и грунта, зависящие от натяжения гусеничных цепей);
— обеспечения нормального зацепления гусениц с ведущими колесами.
Чем меньше предварительное натяжение цепи, тем более веро ятно ее спадание или заклинивание, но с увеличением этого натяже ния растут потери на трение в элементах гусеничного движителя при перематывании цепи, вызывающие увеличение износов деталей ходовой части и дополнительный расход топлива двигателем. Опти мальное значение предварительного натяжения гусениц находят на основании опыта эксплуатации и проведения специальных испыта ний. Опыт эксплуатации и испытания показали, что для одной и той же машины оптимальное значение предварительного натяжения может значительно изменяться в зависимости от состояния и свойств грунта.
Так, наименьшее значение предварительного натяжения гусениц (но не ниже опасного по условиям спадания и заклинивания) сле дует иметь при эксплуатации танков в условиях грязных грунтовых дорог и глубокого влажного снега.
Это объясняется тем, что самоочистка ходовой части в данном случае ухудшается, а влажный снег и грязь, попадающие на бего вую дорожку траков, как и снег, налипающий на ведущие и на правляющие колеса, распирают гусеницы и значительно увеличи вают предварительное натяжение, которое было установлено перво начально при наличии «чистой» ходовой части. Натяжения гусени цы увеличиваются еще и потому, что часть первоначального про виса верхнего участка обвода взбирается на его нижней ветви, так
з» |
3§ |
как.опорная поверхность дороги в этом случае не является горизон тальной, а напоминает волнообразный профиль.
Несколько большее предварительное натяжение надо иметь при эксплуатации машин по дорогам с твердым покрытием и сухим грунтовым дорогам, так как первоначальное натяжение в этих ус ловиях движения изменяется незначительно, а износ шарниров траков приводит к его уменьшению.
Наконец, наибольшие значения предварительного натяжения следует иметь при движении танков по болотам и глубокому сыпу чему снегу. В этом случае потери на трение в ходовой части хотя и возрастают вследствие увеличения натяжения цепей, но суммар ное сопротивление движению машины (с учетом сопротивления грунта) в целом будет меньше, так как сильно натянутые нижние ветви гусениц способствуют снижению сопротивлений качению опорных катков. При этом также повышается проходимость танков по болотам.
Для иллюстрации сказанного на рис. 16 показаны кривые изме нения силы R сопротивления движению легкого танка (выраженной
в долях веса G■танка) в зависимости от предварительного натяже ния гусеничных цепей. Эти кривые получены, в результате букси ровки танка с малой скоростью при нейтрали в коробке передач на горизонтальных участках дорог разного качества. Приведенные кривые получены: I — для бетонированной дороги; 2 — грязной грунтовой'дороги; 3 — заснеженной грунтовой дороги при влажном снеге; 4 — снежной целины глубиной 30—40 см.
36
Очевидно, что сила R сопротивления движению танка в padcMdfриваемых условиях (буксировка на горизонтальном участке) скла дывается из сопротивлений в ходовой части машины и грунта.. С увеличением предварительного натяжения Тп гусеничных цепей при буксировке на бетонированной дороге сопротивление движению возрастает примерно по линейному закону за счет увеличения по терь лишь в ходовой части танка.
При буксировке по слабоукатанной заснеженной дороге с Влаж> ным снегом (кривая 3) и по снежной целине глубиной 30—40 см (кривая 4) сопротивление движению в каждом случае имеет свое минимальное значение при относительно небольшой оптимальной величине Гп, отклонения от которой в сторону как уменьшения, так и увеличения приводят к возрастанию суммарной силы R сопро тивления движению танка.
В связи с тем, что при больших предварительных натяжениях гусеничных цепей потери в ходовой части сильно возрастают (см. кривую 1), выбор надлежащего натяжения Тп приобретает важ ное самостоятельное значение для тех плавающих гусеничных ма шин, у которых при движении на плаву осуществляется перематы вание гусеничных цепей, и особенно в тех случаях, когда ожида ются длительные проплывы. На плаву, под действием раскручиваю щихся торсионов или других упругих элементов подвески, происхо дит значительное увеличение (в 2 -т- 10 раз) того натяжения Гп, которое было установлено на суше. Это может вызвать существен ное (до 10—-15%) возрастание расхода топлива на преодоление сил трения в ходовой части, а также значительные износы элементов гусеничного движителя. Поэтому в предвидении длительных про плывов следует уменьшать предварительное натяжение гусеничных цепей до его допустимого нижнего предела.
Переходя к способам определения величины предварительного натяжения, которым натянута гусеничная цепь, заметим, что при неподвижном танке всегда имеется возможность замерить стрелу провиса f цепи на каком-либо участке гусеничного обвода. Поэтому для определения предварительного натяжения воспользуемся этим параметром, причем для упрощения выкладок отождествим цепь с гибкой лентой или нитью. Из курсов по теоретической механике известно, что однородная гибкая лента (нить), закрепленная в двух точках, располагается под действием своего веса по цепной линии, уравнение которой имеет вид
где а — параметр цепной линии — расстояние от начала координат, относительно которого написано уравнение цепной линии, до той точки кривой, в которой касательная к ней парал лельна оси х (рис. 17).
Начало координат определяется длиной условного отрезка лентьи, который своим весом может создать в ней натяжение, равное натяжению ленты на участке, провисающем по цепной линии (по казано на рисунке пунктиром).
Из механики также известно, что натяжение в каждом сечении ленты, провисающей по цепной линии, определяется выражением
Т = 1У, |
(6) |
где 7 —вес единицы длины ленты.
Таким образом, натяжение ленты в нижней точке провисаю
щего участка кривой |
(рис. |
18) будет |
|
|
|
|
|
Та = 7я - |
|
|
|
Выразим параметр |
а через стрелу |
провиса /, |
для чего пред- |
||
|
|
Л' |
|
X |
|
варительно разложим |
значения/еа и |
е |
а в ряды: |
||
4- |
* . |
1 / * у |
|
х |
■ |
•* - ' + T + 5 I Т + |
3! |
+ |
|||
|
|
||||
~ = , _ |
i + |
± / ' A Y |
- ± |
( i y + ... |
|
|
а |
2 \ \ а |
3! |
V а |
' |
38
ОчевиДНб, |
|
( . |
\ |
х 2 |
\ |
xi |
|
f = |
|
— й. |
|||||
у |
— а = cl ( 1 —j |
-----------------------------------2! |
а2 |
V------------------------------------4! |
1- |
||
J |
|
а4 |
|
Удерживая в скобках члены до второго порядка включительно (что будет соответствовать провисанию ленты не по цепной линии, а по параболе), получим
Если /0 — расстояние по горизонтали между двумя расположен ными на одном уровне точками участка ленты, для которого стрела провиса равна /, т. е.
то
г__ /2
J ~ 8а'
Таким образом, зная f и /0 рассматриваемого участка обвода, можно определить значение параметра а и натяжение ленты в ниж ней точке участка
Г" = 1'1 = 1°/7 - |
(7) |
39