книги из ГПНТБ / Гоберман Л.А. Прикладная механика колесных машин

В тормозном режиме момент (в кгс-см), развиваемый двигате­ лем, при отсутствии подачи топлива определяется формулой

Рис. 23. Механические характеристики двигателей:

а — внутреннего сгорания; б — электрического перемещенного тока; в — электриче­ ского постоянного тока; г — турбомуфты; д — турботрансформатора; е — объемной

гидропередачи

для карбюраторных двигателей

где s — ход поршня;

п — число оборотов в минуту.

Давление рп определяют в зависимости от среднего эффектив­ ного давления при максимальной мощности двигателя ре

рп = (0 ,1 2 ^ -0 ,1 6 ^ .

98

Электродвигатели. В строительных и дорожных машинах при­ меняют двигатели как переменного, так и постоянного тока. Последние применяют в тех случаях, когда необходимо глубокое и плавное регулирование скорости, а также при тяжелых ре­ жимах.

Момент на валу электродвигателей переменного тока (рис. 23, б) изменяется по собственной характеристике 1, если пуск осу­ ществляется без добавочного сопротивления, либо по искусствен­ ным характеристикам 2 и 3, если пуск двигателя происходит через реостат.

Как видно из кривой характеристики, для электродвигателя переменного тока отношение величины стопорного момента М0 (при числе оборотов п = 0) к номинальному момент Ми может быть меньше или больше единицы. Для электродвигателей, уста-

тока (рис. 23, б) с некоторым приближением может быть описана уравнением прямой линии

Мд = а — Ыо.

Торможение электродвигателей переменного и постоянного тока обычно осуществляют противовключением. В аварийных си­ туациях применяют динамическое торможение; для этого к асин­

= '2,0*3,5.

Гидравлические приводы. Механическая характеристика гиддравлической турбомуфты (рис. 23, г) имеет устойчивый участок, ограниченный интервалом скоростей o)H-=-Qm, где озн »— номиналь­ ная скорость вращения насосного колеса, а — скорость вра­ щения турбинного колеса, соответствующая максимальному мо­ менту Мт этого участка.

Этот участок характеристики может быть описан уравнением

Механическая характеристика турбомуфты на участке от О до Qm соответствует зоне ее неустойчивой работы. Эта ветвь харак­ теристики описывается уравнением

¥

М м

Коэффициент перегрузки для турбомуфт Кп = 1,7-ь2,0.

В отличие от турбомуфт гидротрансформаторы обеспечивают не только разницу в оборотах на ведущем и ведомых валах, но и трансформацию моментов от одного вала к другому. На рис. 23, д кривая М J относится к моменту на ведущем валу гидротрансфор­ матора, а кривая М 2— на ведомом его валу. Номинальные числа оборотов гидротрансформатора определяют по максимальному значению его к. п. д. т] = 0,85-^0,90. Соответствующий этим обо­ ротам момент М„ значительно ниже величины момента стопоре­

лируемого аксиально-плунжерного насоса, приводимого от дизеля машины, и регулируемого аксиально-плунжерного гидромотора, показана на рис. 23, е.

19. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Характер протекания переходных процессов зависит как от механических характеристик двигателей, так и от характеристик элементов системы управления приводом (табл. 9).

Характеристика главных муфт сцепления. Главными принято называть муфты, устанавливаемые на валу двигателя и служащие для включения всей трансмиссии.

В гидромеханических трансмиссиях главные муфты сцепления (главные фрикционы) заменяют гидротрансформатором, позволяю­ щим также автоматически регулировать величину вращающего момента и скорость вращения выходного вала в зависимости от сопротивления движению машины.

100

Т а б л и ц а 9

Назначение основных элементов систем управления

С и с т е м а у п р а в л е н и я

Вы п о л н я е м а я

фу н к ц и я

м е х а н и ч е с к а я э л е к т р и ч е с к а я г и д р а в л и ч е с к а я

На динамическое нагружение конструкции существенное влия­ ние оказывает продолжительность включения муфты и характер нарастания передаваемого ею вращающего момента в процессе включения. С достаточной для практики точностью можно при­ нять, что момент на муфте М ф возрастает пропорционально вре­ мени ее включения tH:

Щ = Кяія.

Коэффициентом пропорциональности Кн здесь определяется интенсивность нарастания момента на муфте в процессе ее вклю­ чения; значение коэффициента К„ в среднем равно 60—70 кгм/с.

Анализ процесса включения фрикционов, основанный на опыт­ ных данных, показывает следующее:

при постоянном вращающем моменте муфты интенсивность вы­ деления тепла в начале включения больше, чем в конце;

количество тепла, выделяющееся в муфте, при разгоне вра­ щающихся масс увеличивается с ростом продолжительности включения;

при возрастании вращающего момента на муфте общее коли­ чество выделяемого тепла увеличивается.

101

Таким образом, если для снижения динамических нагрузок продолжительность включения муфты следует несколько увели­ чить, то с точки зрения долговечности и работоспособности муфты это является нежелательным.

На нагрев муфты значительное влияние оказывает также запас ее сцепления, который характеризуется отношением максималь­ ного момента Мфтах, передаваемого муфтой, к ее номинальному моменту Мфн

нельзя обеспечить нужную для разгона механизма величину избы­ точного момента; даже небольшие перегрузки механизма будут вызывать проскальзывание муфты и, следовательно, повышенный нагрев ее и износ. Подгорание фрикционных обкладок и сниже­ ние их прочности, в свою очередь, приводят к уменьшению коэф­ фициента трения и величины крутящего момента, передаваемого муфтой. Но коэффициент запаса не должен быть и слишком большим, так как в этом случае муфта не обеспечит предохране­

102

Запас сцепления фрикционных муфт и тепловой режим оказы­ вают решающее влияние на их работу.

Для уменьшения нагрева муфт применяют различные способы их охлаждения. Наиболее простым способом является принуди­ тельный обдув муфты воздухом. Однако более интенсивный тепло­ отвод обеспечивается при применении так называемых мокрых муфт, охлаждаемых маслом (табл. 1 1 ).

Та б л иц а 1 1

Характеристики материалов мокрых муфт

Условные обозначения: Ртах и ^тах — соответственно максимальные удель­ ное давление и температура на поверхности трения.

Из табл. 11 следует, что муфты мокрого типа могут иметь меньший запас сцепления и, следовательно, лучше, чем сухие муфты, предохранять силовую передачу от перегрузок.

Характеристика муфт коробок перемены передач (КПП).

В гидромеханических трансмиссиях строительных и дорожных машин переключение передач производится с помощью зубчатых муфт механическим путем, а реверсирование осуществляется под нагрузкой с помощью многодисковых фрикционных муфт, рабо­ тающих в масле. Ведомые диски фрикционов КПП связаны с зуб­ чатыми колесами, а ведущие диски сидят на шпонках соответ­ ствующего вала.

Включение муфты происходит под давлением поршня гидро­ системы КПП, а размыкание дисков — под давлением пружин при соединении рабочей полости фрикциона со сливом.

Для фрикционов КПП характерны те же показатели, что и для главных фрикционных муфт.

На рис. 24 приведены динамические характеристики фрикциона КПП погрузчика с гидромеханической трансмиссией при пере­ ключении со второй передачи переднего хода на вторую передачу

заднего хода.

В момент времени 0 перемещается золотник для включения фрикциона второй передачи заднего хода. Из-за запаздывания нарастания давления в муфте ее включение происходит спустя

103

0,4 с после перемещения золотника. За время запаздывания вклю­ чения фрикциона турбинное колесо турботрансформатора разго­ няется до 2 0 0 0 об/мин, а машина за это же время замедляет дви­ жение. Последнее видно как из кривой замедлений машины, так и из кривой оборотов выходного вала КПП. При t — 0,4 с давле­ ние почти мгновенно возрастает до номинальной величины, и с этого момента начинается буксование фрикциона, которое

ность тепловыделения заметно снижается. Тепловыделение также снизится, если перед трансформатором установить муфту, отсоеди­ няющую трансмиссию от двигателя при переключении передач и включающуюся лишь после окончания буксования фрикциона КПП.

Характеристика тормозов. Динамика тормозных систем зави­ сит от конструкции тормозов и их привода, а также от коэффи­ циента запаса торможения ßT. Значение последнего устанавли­ вается с учетом типа тормоза, места расположения его в кинема­ тической цепи механизма и условий работы данного механизма. Для тормозов большинства строительных, дорожных и подъемно­ транспортных машин ßT = 1,2ч-1,80. Чем больше запас тормо­ жения (сцепления), тем больше резкость затормаживания меха­

104

низма и тем, следовательно, выше возникающие при этом динами­ ческие перегрузки.

В табл. 12 приведены основные характеристики фрикционных материалов, применяемых в конструкции тормозов.

Т а б л и ц а 12

Характеристика некоторых фрикционных материалов

В механизмах передвижения тягачей применяют обычно коло­ дочные или дисковые тормоза. Замедление машины, обеспечивае­ мое этими тормозами, зависит от времени t3 запаздывания тормоз­ ного привода и времени tH нарастания тормозного усилия.

Путь, проходимый машиной за время t3, S2 = vKt3, а путь, проходимый за время tH, может быть вычислен по формуле

полном затормаживании.

Таким образом, путь, проходимый машиной за время полного торможения,

ST= ук (*н + <з)---- •

Время запаздывания тормозного привода и время нарастания тормозной силы зависят как от конструкции тормозной системы, так и от времени нажатия на тормозную педаль tn. Между зна-

105

чениями (t„ + У и существует зависимость, близкая к ли­ нейной.

Нагрев тормозов увеличивается с увеличением работы тормо­ жения

Ат= PTsT= Gc|)TsT,

где Рт— тормозная сила;

рG — вес машины;

%= -----коэффициент использования тормозной силы (или

«удельная тормозная сила»).

20. ВЫРАЖЕНИЕ ИЗБЫТОЧНОГО УСИЛИЯ ПРИВОДОВ В ФУНКЦИИ ВРЕМЕНИ.

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

При решении многих задач динамики, связанных с расчетами переходных процессов, движущее или тормозящее усилие привода целесообразно выразить в функции времени. Для этого можно воспользоваться механической характеристикой привода М (со), которую следует подставить в уравнение переходного процесса

Упрм = М (со),

где Jnp — приведенный к валу двигателя (или тормозному шкиву) момент инерции всех движущихся масс машины;

М (со) — функция, описывающая механическую характери­ стику привода.

Для примера возьмем характеристику гидротрансформатора, приведенную на стр. 100. Тогда уравнение переходного процес­ са примет вид

106

ствии постоянного момента Мот, отсутствии статических сопро­ тивлений и изменении угловой скорости от 0 до й тах.

Решение однородного уравнения запишем так:

®од„ = Схе -Ч Частное решение ищем в виде

со = А;

тогда (о = 0 .

Подставляя значения со и со в исходное уравнение и решая последнее относительно А, находим

АПпо­

следовательно, общее решение исходного дифференциального уравнения имеет вид

гичными зависимостями определяются и избыточные усилия при­ вода, представляющие собой разность между'движущим (или тор­ мозящим) усилием Mp (t) или Мт(/) и статическим сопротивле­ нием Л4СТ:

MK36{t) = M p { t) - N ic.

Из приведенных зависимостей следует, что для снижения вели­ чины динамических нагрузок время tH нарастания движущего (тормозящего) усилия желательно иметь большим. Для приводов строительных и дорожных машин легкого и среднего типа оно должно быть не меньше 0,3—0,8 с, а для тяжелых машин — не меньше 1 ,0 — 1 , 8 с.

107