книги из ГПНТБ / Бухарин Н.А. Автомобили. Конструкции, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля учеб. пособие

В большинстве существующих конструкций взаимодействие поршней ротора с направляющими осуществляется через ролики, поэтому в исходном выражении для М т (VII.24) допустимо пренебрежение силами трения рлѴ (р, = 0,001 -ь 0,002). С учетом сделанного замечания и приняв во внимание геометрические зависимости (VII.26) окончательное выражение для момента, развиваемого одним поршнем ротора, будет

где рх — давление рабочей жидкости на входе в мотор; dn — диа­ метр поршней ротора.

Для многопоршневой машины итоговый крутящий момент на валу гидромотора равен сумме моментов всех поршней, находя­ щихся под напором, за вычетом момента сопротивления тех порш­

где р і , р2— высокое (на входе) и низкое (на выходе) давление гидромотора соответственно; а (. — угол, определяющий положе­ ние данного ряда поршней от начала отсчета НН; m', т" — число рядов цилиндров ротора, находящихся под напором и под сливом соответственно; q — число поршней в каждом ряду ротора.

Из формулы VII.28 видно, что при всех прочих равных усло­ виях развиваемый гидромотором момент (или потребляемый насосом момент) тем больше, чем больше эксцентриситет е (в об­ щем случае— параметр регулирования £), давление, напора р ъ диаметр поршня dn, число рядов цилиндров р и число поршней т!. Число рядов цилиндров (поршней) в гидроагрегатах выбирается всегда нечетным (7, 9 или 11), так как при этом удается снизить пульсацию жидкости и обеспечить более равномерный рабочий процесс гидропривода.

200

Найдем удельный теоретический (геометрический) объем ра­ диально-поршневого гидроагрегата с цилиндрической направляю­ щей. Обозначим ход поршня через S. Максимальное значение хода

А и а х = % а = л ^ а = 0 — 2 б .

За один оборот ротора все поршни срабатывают один раз (для машин однократного действия). Тогда

Один и тот же гидроагрегат может работать как в режиме на­ соса (н), так и в режиме мотора (м).

Методика подбора гидроагрегатов для ГОТ изложена в спе­

с последовательным потоком), когда вся мощность ДВС в генера­ торе преобразуется в электрическую мощность, а в электромото­ рах — в первоначальную механическую, поступающую к веду­ щим колесам автомобиля;

б) с разделением потока мощности ДВС (двухпоточные), когда часть мощности ДВС пропускается через ЭТ (генератор-электро­ мотор), а другая ее часть — через механическую ветвь трансмис­ сии; суммирование параллельных потоков осуществляется в диф­ ференциальном механизме (аналогично двухпоточным ГМП, см. рис. VII.9). Электрические передачи с параллельными потоками в литеретуре принято называть электромеханическими трансфор­ маторами (ЭМТ) в отличие от однопоточных, называемых просто -электрическими трансформаторами (ЭТ).

Однопоточные передачи являются довольно распространен­ ными, наиболее простыми, имеют высокие преобразующие свой­ ства- (применялись на автобусах ЗИЛ-154), однако в отличие от двухпоточных они обладают более низким к. п. д. и большим весом.

Так же как и ГДТ и ГОТ электрические трансформаторы (и ЭМТ) могут для расширения диапазона регулирования исполь­ зоваться в комплексе с дополнительной ступенчатой коробкой передач (см. рис. VII.8 и VII.9).

В зависимости от рода тока ЭТ (ЭМТ) делятся на передачи постоянного тока и передачи переменного тока. Передачи на пере­

201

менном токе более компактны и легче по весу, чем на постоянном токе. Однако сложность регулирования машин переменного тока затрудняет практическое применение их на автотранспорте. По этой причине промышленное использование пока получили ЭТ на постоянном токе.

ЭТ и ЭМТ на постоянном токе в свою очередь различаются по числу электромоторов (одномоторные, многомоторные), по осо­ бенностям конструкции электромашин (одинарного вращения, двойного вращения), способу регулирования (саморегулируемые, регулируемые принудительно) и пр.

Внимание к ЭТ за последние годы резко возросло в связи с потребностями в создании большегрузных высокоподвижных транспортных средств на 1—2 МН (100—200 тс), которые могут быть из-за ограничительных дорожных нормативов только много­ звенными (многозвенные автопоезда типа Ле-Турно и др.). ЭТ позволяют легко при помощи электропроводки обеспечивать пере­ дачу энергии ДВС на прицепные звенья, находящиеся на большом расстоянии друг от друга и от ДВС (длина транспортных средств достигает 150—300 м), и осуществлять рациональную компоновку ведущих движителей (разместить в каждом колесе прицепных звеньев электромотор). Применение карданных передач и обыч­ ной механической трансмиссии для указанных транспортных средств нерентабельно из-за громоздкости, сложности и малой надежности. В отношении «дистанционности» и «гибкости» компо­ новки ЭТ значительно превосходят даже ГОТ.

Главными недостатками ЭТ являются:

большой вес 59— ПО Н/кВт (8— 15 кге/л. с.), превосходящий вес обычной механической передачи при сопоставимых условиях в 4—5 раз;

сравнительно низкий к. п. д. (для лучших ЭТ т]т = 0,75н- ч-0,80);

дефицитность материалов, расходуемых на изготовление элек­ тромашин (медь и др.); •

возможность травматизма и пожарная опасность (высокое напряжение, возможность короткого замыкания и др.).

Специфические требования, которые формулируются в отно­ шении ЭТ, в основном касаются устранения недостатков и слабых мест этих передач.

Типовые схемы и общие свойства однопоточных ЭТ

Типовая схема однопоточного ЭТ многоприводной машины понятна из рис. VII. 11, б, если на этом рисунке считать насосы генераторами Г (примем далее для расчетов один Г), гидромоторы электродвигателями, а трубопроводы электрическими проводами. Осуществленная схема ЭТ (электропередачи) сложнее и содержит еще ряд дополнительных устройств: органы регулирования, за­ щиты, распределительные щиты ипр. Конструкция этих устройств рассмотрена в специальной литературе (ѴІІ.З, 8).

202

Назовем произведение г|ггім— к. п. д. электротрансформатора,

где сг, см.— постоянные электрических машин, равные с =. ^ д ■

Коэффициент трансформации kT зависит прежде всего от спо­ соба включения электромоторов в главную электрическую цепь.

участков дороги, когда скорости движения малы, к ведущим ко­ лесам необходимо подводить большие тяговые усилия. Все тяго­ вые электромоторы на этих режимах движения включаются в глав­ ную цепь последовательно (рис. V II.17, б, включены контакторы 4К, 1К, 5К). Такое включение обеспечивает максимальную силу

203

тока в якорях и максимальное возбуждение в обмотках, а следо­ вательно и максимальные крутящие моменты на колесах. Для

последовательного соединения электромоторов / г = / м, а і/ы= ■—

и тогда из общего выражения (VI 1.32)

и_ (СМФМ

тсхфт •

По мере увеличения скорости движения автомобиля (увели­ чения частоты вращения ведущих колес) возрастает противо-

в главной цепи, а сила тока в ней уменьшается. Последующее плавное увеличение скорости при той же отдаваемой мощности генератора (считается, что мощность генератора при всех воз­ можных способах включения электромоторов N r = Url r = const) возможно за счет дальнейшего повышения напряжения на зажимах электромоторов и снижения силы тока в якорях. Для этого необхо­ димо переключить электромоторы с последовательного на парал­ лельно-последовательное соединение (рис. VII. 17, в, включены контакторы 2К, 3К, 4К и ЪК, остальные разомкнуты).

204

При параллельно-последовательном■соединении электромо-

где т —; число параллельно-последовательных ветвей; q —-число

шилось по сравнению с /еГ в режиме последовательного соедине­ ния всех электромоторов.

Большие скорости движения (эксплуатация на хороших до­ рогах) достигаются путем предельного увеличения напряжения на зажимах электромоторов и предельного снижения силы тока в якорях. Это можно осуществить, если все электромоторы соеди­ нить параллельно (включены контакторы 2К, ЗК, 6К, 7К, 8К, 9К,

с /гт при параллельно-последовательном соединении еще больше уменьшился.

Таким образом схема главной цепи электрических машин каж­ дый раз должна соответствовать режиму движения автомобиля. Ра­ циональная схема главной цепи устанавливается автоматически работой специальной следящей системы, реагирующей на величину скорости (центробежный датчик). Изменение kr внутри каждого из трех рассмотренных способов включения электромашин в нуж­ ном направлении производится регулированием магнитных пото'- ков. Это регулирование может быть автоматическим (электрома­ шины с сериесным возбуждением) или принудительным (электро­ машины с независимым возбуждением).

■На рис. VI 1.18, а показан примерный вид требуемой характе­ ристики генератора. В диапазоне величин тока в главной цепи

чение напряжения генератора ограничивается -условиями нагрева обмотки возбуждения, прочностью изоляции и др. Искрение под щетками коллекторов и опасность перегрева обмотки главной цепи ограничивают величину / ГП1ах.

Преобразующие свойства ЭТ оцениваются его канонической характеристикой (рис. V II.18, б, вариант генератор-электромотор).

205

Момент генератора М г во всем диапазоне работы электромотора

Наиболее рациональной компоновкой ЭТ является размещение электромоторов непосредственно в ведущих колесах (мотор-колеса). Она компактна, число механических узлов в ней сведено до ми-

Рис. VII. 18. Характеристики электротрансформатора: а — характеристика гене­ ратора; б — каноническая характеристика ЭТ

нимума, позволяет получить транспортные средства высокой проходимости и практически любой грузоподъемности.

Типовая схема электромотор-колеса приведена на рис. VII. 19. Несущий кожух 3 мотор-колеса посредством фланца закреплен на раме машины. На выступающей его цилиндрической части установлена на двух конических роликоподшипниках 6 ступица 7 колеса. Внутри кожуха 3 смонтированы статор 4 и ротор 8 электро­ мотора. Ротор электромотора через шестеренчатый редуктор (шестерни 11— 10 и 9— 2) приводит в движение колесо. Эпицикли­ ческая шестерня 2 запрессована в ступицу колеса и застопорена. Электромотор охлаждается воздухом, засасываемым через патру­ бок 1 и выбрасываемым через жалюзи 5.

Передаточное число существующих редукторов электромоторколес не превышает 4—5, хотя иногда требуется редуцирование значительно большее — до 10—20. Оригинальная отечественная конструкция электромотор-колеса с большим внешним переда­ точным числом и высоким к. п. д., разработанная для большегруз­ ных автомобилей БелАЗ [VII.8 ], показана на рис. VII.20. Главной особенностью схемы БелАЗ является применение двух одноряд­

206

ных планетарных механизмов а и б (элементы 1 , 2 , 0 в каждом), работающих параллельно.

Суммирование потоков мощности производится ободом колеса, с которым жестко связаны обе эпициклические шестерни. Внешнее

Рис. VII. 19. Конструкция элсктромотор-колеса с бортовым редуктором

предаточное число двухпоточного редуктора

где со1а — угловая скорость вращения солнечной шестерни Іа (входной вал редуктора); со2а — угловая скорость колеса (эпи­ циклические шестерни 2а и 26).

207

Из уравнений кинематических характеристик планетарных механизмов а и б соответственно имеем:

зывает, что колесо вращается в сторону обратную вращению вход­ ного вала редуктора). Наличие относительного потока (вращается водило 0) в планетарном механизме1а полезно: это приводит к снижению потерь мощности в электромотор-колесе и повышению к. п. д. Это является вторым достоинством рассмотренной конст­ рукции' колесного редуктора.

Типовые схемы и общие свойства двухпоточных ЭМТ

Стремление конструкторов к повышению к. п. д. п снижению веса привело к появлению двухпоточных (и даже многопоточных, например, трехпоточных) передач. Известно значительное коли­ чество серийных и опытных образцов двухпоточных передач (отечественные: С. П. Лебедева, 1955 г.; Н. С. Сиунова, 1957 г.; Е. И. Магидовича, 1963 г.; зарубежные: Тельца, ФРГ; Сузедика, Чехословакия; Превеля, Франция).

208

На рис. VI 1.21, а показан один из вариантов двухпоточной пе­ редачи (ЭМТ). Передача включает две электрические машины т 1 и т 2 и дифференциальный механизм в виде'однорядного эпицикла.. Корпуса (статоры машин) І(г и К 2 неподвижны, а якоря Я і и Яг (роторы) приводятся в движение элементами дифференциала 1 и 2. Следует здесь же указать, что электрические узлы двухпоточных

ЭМТ называются просто машинами. Это объясняется тем, .что электромашины в общем случае могут работать в различных режи­ мах, как генераторном, так и моторном, т. е. они обладают обра­ тимостью.

Мощность ДВС частично проходит непосредственно к выход­ ному валу 0 механическим путем (через эпицикл 2)■, частично от­ дается электрическим машинам, где после преобразования механи­ ческим потоком поступает на-солнечную шестерню 1, а от нее отдается тому же выходному валу 0. Следовательно, мощность на выходной вал подается двумя параллельными потоками, при этом один из них испытывает двухкратное преобразование в ЭТ.

209