Рис. 6.1. График к решению уравнения тягового баланса автопогрузчика

Рис. 6.2. Внешняя скоростная характеристика двигателя

По горизонтальной оси графика отложена скорость движения погрузчика, а по вертикальной оси — тяговая сила, развиваемая на ведущих колесах при включенной прямой передаче.

Значение п можно найти по значению эффективной мощности двигателя из графика внешней скоростной характеристики двигателя или по формуле (6.3).

Передаточные числа трансмиссий механизма передвижения автопогрузчиков различных моделей помещены в табл. 6.2. Сопротивление качению учитывается коэффициентом сопротивления, который зависит от вида дорожного покрытия и типа используемых шин. Коэффициент сопротивления качению практически не изменяется при движении погрузчика со скоростью до 60—70 км/ч. Средние значения коэффициентов сопротивления качению погрузчиков на колесном и гусеничном ходу для различных дорог при нормальном состоянии шин приведены в табл. 6.3 и 6.4.

График тягового баланса строится следующим образом. Если от горизонтальной оси вверх отложить величины сил сопротивления качению Рк, подъема Ри и воздуха Рв, то полученная кривая определит сумму сил сопротивления при движении погрузчика с равномерной скоростью. Точка пересечения этой кривой с кривой тяговой силы определит величину максимальной скорости движения.

Отрезки вертикальных линий, заключенные внутри заштрихованной площади, определяют величины тяговой силы, равной силе Ра, которые могут использоваться для ускорения.

Динамическая характеристика

Зависимость динамического фактора от скорости движения на каждой из передач называется динамической характеристикой автопогрузчика.

В некоторых случаях движения автопогрузчик из-за буксования ведущих колес не может использовать своих динамических возможностей. Поэтому динамическая характеристика должна быть ограничена величинами D, предельными по сцеплению ведущих колес с дорогой, так же как и тяговая характеристика.

Рис. 6.3. Динамическая характеристика автопогрузчика при движении без груза (а) и с грузом (б)

На рис. 6.3 показана динамическая характеристика автопогрузчика при движении с грузом и без груза и пунктиром — линии, ограничивающие динамическую характеристику по сцеплению ведущих колес с дорогой при различных коэффициентах сцепления. Из рисунка видно, что при движении без груза автопогрузчик не реализует свои динамические качества даже при коэффициенте сцепления 0,6, а при движении с грузом он полностью использует их при значении ср = 0,3.

Обычно для автопогрузчиков составляются четыре динамических характеристики: две для движения передним и задним ходом без груза и две для движения передним и задним ходом с грузом.

Определение основных параметров движения по динамической характеристике

Динамическая характеристика позволяет определить максимальную скорость при заданном виде дорожного покрытия, величину предельного сопротивления дороги, которую можно преодолеть на любой из передач, и ускорения при разгоне.

Таким образом, на графике динамической характеристики в масштабе динамических факторов можно откладывать величины коэффициентов сопротивления дороги ЧЛ.

Для определения максимальной скорости на динамической характеристике необходимо нанести прямую, представляющую заданное сопротивление дороги на горизонтальном участке. С учетом этого строится зависимость коэффициента сопротивления качению от скорости.

В связи со сравнительно низкими максимальными скоростями движения на горизонтальной поверхности величина коэффициента сопротивления качению для автопогрузчиков в зависимости от скорости практически не меняется.

Скорость, при которой динамический фактор становится равным коэффициенту сопротивления качению (на графике, см. рис. 6.3, точка пересечения прямой, определяющей сопротивление дороги, и кривой динамической характеристики), является максимальной, развиваемой в заданных условиях. Если погрузчик будет двигаться на подъем, характеризуемый величиной а\ по дороге, оцениваемой коэффициентом fi, то общее сопротивление движению может быть определено коэффициентом сопротивления дороги.

Рис. 6.4. Динамическая характеристика автопогрузчика с номограммой масштабов для определения динамического фактора при различной величине груза:
/, // и /// — ступени коробки передач

На рис. 6.3 проведена горизонтальная прямая, соответствующая этим условиям движения. Она показывает, что автопогрузчик может преодолеть подъем только на первой передаче и что в этих условиях может быть развита скорость V\. При движении по дороге с общим сопротивлением движению Ч‘г автопогрузчик может двигаться и на второй передаче.

С помощью динамического фактора определяются величины максимальных подъемов, которые может преодолеть автопогрузчик при движении на разных передачах по дорогам с различными коэффициентами сопротивления качению.

Величина в скобках определяется по графику рис. 6.4 отрезком, заключенным между кривой динамической характеристики и линией, соответствующей сопротивлению дороги. Подставляя численные значения этих отрезков в приведенное выше уравнение, можно подсчитать величину ускорения и построить кривые его изменения в зависимости от скорости на каждой передаче. По своему характеру эти кривые сходны с кривыми динамической характеристики. Разница в относительном расположении кривых динамического фактора и ускорений по высоте определяется наличием коэффициента б в уравнении (6.7).

При эксплуатации автопогрузчика его общая масса в зависимости от величины перевозимого груза изменяется в ШИРОКИХ пределах и превышает собственную массу до 1.7 раза. Из выражения динамического фактора (6.4) следует, что чем больше масса автопогрузчика, тем меньше (в обратно пропорциональной зависимости) динамический фактор. Это позволяет простым изменением масштаба вертикальной оси динамической характеристики учитывать изменение массы автопогрузчика.

Значения D0 откладывают на вертикальной шкале, соответствующей автопогрузчику без нагрузки, затем строят лучи постоянного динамического фактора, соединяя одинаковые значения Do и D.

При эксплуатации автопогрузчиков очень важно знать динамическую характеристику и преодолеваемые углы подъема при движении автопогрузчика на разных передачах передним и задним ходом.
Эти характеристики для серийно выпускаемых моделей отечественных автопогрузчиков помещены в табл. 6.6—6.10.

Зависимость тяговых качеств автопогрузчика

Динамический фактор автопогрузчика в значительной степени зависит от к. п. д. трансмиссии. При одной ведущей оси с механической трансмиссией к. п. д. изменяется несущественно, привод на две оси заметно снижает к. п. д. Помимо затрат мощности на потери в дополнительных агрегатах, возникают дополнительные нагрузки из-за различных условий работы ведущих колес.

Эти нагрузки существенно увеличивают потери мощности и снижают динамические качества автопогрузчика, с понижением к. п. д. динамический фактор уменьшается. Поэтому для машин высокой проходимости влияние к. п. д. на динамические качества велико и должно учитываться при расчетах.

В последние годы на автопогрузчиках широкое применение получают гидромеханические трансмиссии. Использование гидропривода в механизмах передвижения дает ряд преимуществ по сравнению с механической трансмиссией: плавность управления, быстрота и легкость переключения передач и изменения направления движения, автоматическое соответствие величины крутящего момента при преодолении подъемов и при работе в различных дорожных условиях, легкость управления и простота механизмов. Автоматизация управления обеспечивает устранение перегрузок, смягчение ударов, передаваемых от колес к двигателю, отсутствие осевых усилий на коленчатый вал в момент включения сцепления. Увеличивается общий срок службы и надежность трансмиссии.

Гидропривод влияет на динамические качества автопогрузчиков. В простейших гидромеханических трансмиссиях используется гидромуфта.

Рис. 6.6. График влияния гидромуфты на тяговую силу автопогрузчика

В гидромуфте рис. 6.5 крутящий момент от двигателя к ведущему валу коробки передач передается жидкостью. Ведущим элементом муфты является насосное колесо, жестко соединенное с маховиком двигателя, ведомым — турбинное колесо, закрепленное на ведущем валу коробки передач. Муфта не изменяет величину крутящего момента при его передаче от двигателя к коробке передач, но вследствие скольжения смещает кривую крутящих моментов в сторону меньших скоростей вращения. На рис. 6.6 показана кривая тяговой силы при отсутствии (сплошная кривая) и при наличии (штриховая линия) гидромуфты. Тяговые качества автопогрузчика с гидромуфтой заметно изменяются в области малых скоростей вращения коленчатого вала и в процессе трогания машины с места.

Из рисунка следует, что в первые моменты разгона или при движении с очень малой скоростью муфта позволяет использовать большую величину крутящего момента.

Эти качества гидромуфты способствуют повышению плавности трогания с места на любой передаче, сокращают количество переключений в коробке передач, исключают прекращение работы двигателя при остановке автопогрузчика с невыключенным сцеплением, облегчают управления машиной.
В гидротрансформаторе (см. рис. 6.5) крутящий момент двигателя передается также жидкостью, однако в нем между насосным и турбинным колесами установлен еще неподвижный-реактор. Последний изменяет направление потока жидкости, выходящей из турбинного колеса, что дает внешнюю точку опоры для системы и поэтому позволяет существенно увеличивать крутящий момент.

Рис. 6.5. Схемы гидромуфты (а) и гидротрансформатора (б)

Для механической передачи кинематическое и динамическое передаточные числа практически равны, так как потери энергии чрезвычайно малы.

В гидравлической передаче эти числа не равны, так как потери в этом случае несравненно больше.

Для построения зависимостей, определяющих характеристику гидротрансформатора, удобно кинематическое передаточное число представить в виде величины. Таким образом, передаточное число гидротрансформатора представляет собой отношение скоростей вращения ведомого и ведущего валов, а коэффициент трансформации — отношение крутящих моментов ведомого и ведущего валов.

Способность гидротрансформатора передавать изменение сопротивления движения ведущему валу и в связи с этим изменять режим работы двигателя (скорость вращения коленчатого вала и нагрузку) при неизменном положении дросселя называется прозрачностью.

Чем более «прозрачен» гидротрансформатор, тем более широк диапазон возможных режимов работы двигателя при неизменном положении дросселя и тем более полно могут быть использованы возможности двигателя.

Высокое передаточное отношение используется для получения требуемых ускорений разгона и для преодоления повышенных сопротивлений движению. При последующем разгоне или при движении по дороге с малыми сопротивлениями движению понижающая передача выключается и заменяется прямой, а гидротрансформатор или блокируется, или переходит на режим работы гидромуфты.

Рис. 6.7. Характеристика гидромеханической передачи

Для характеристики той или иной конструкции гидротрансформатора независимо от его размеров принимают безразмерные характеристики (рис. 6.8), дающие зависимость коэффициентов входного или выходного моментов Xi и Х2, коэффициента трансформации к и к. п. д. Ti от предельного числа i’ гидротрансформатора.

Тяговая или динамическая характеристика автопогрузчика строится на базе найденной характеристики гидротрансформатора по методике, описанной выше.

Конструктивная схема гидротрансформатора с коробкой передач автопогрузчика грузоподъемностью 3,2 и 5 т дана на рис. 6.9.

Трансмиссия автопогрузчика с гидромеханической коробкой передач отличается от механической тем, что взамен сцепления, коробки передач и механизма обратного хода устанавливается в общем корпусе единый узел гидромеханической передачи. При моноблочной конструкции ее картер крепится непосредственно к картеру маховика двигателя, а выходной вал соединяется с ведущим мостом. Предусмотрено исполнение, когда выходной вал соединяется с ведущим мостом карданным валом.

В обоих исполнениях привод осуществляется непосредственно от маховика двигателя.

Рис. 6.8. Безразмерная характеристика гидротрансформатора

Два двойных фрикциона служат для включения первой или второй скоростей и переднего или заднего хода. Такая конструкция в значительной мере позволяет уменьшить габаритные размеры автопогрузчиков.

Рис. 6.9. Конструктивная схема гидротрансформатора с коробкой передач универсальных автопогрузчиков: