§ 32.2. Выбор передаточных отношений коробок перемены передач

Из рис. 32.1, на котором приведена зависимость удельного расхода топлива (кривая g_кр) и момента, развиваемого двигателем М_Д (наклонная прямая ОА) от силы тяги па крюке Р_кр, следует, что максимальная экономичность эксплуатации (по расходу топлива) достигается при номинальном крутящем моменте двигателя (точка А), которому соответствует максимальная сила тяги на крюке Р_кр.max.

Практически трактор работает в некотором диапазоне тяговых усилий от Р _кр.max до Р _кр.min и

соответствующих им значениям крутящих   моментов от Мд.max до М д.min

Для получения достаточной экономичности трактора желательно, чтобы диапазон изменения крутящего момента двигателя (тяговых усилий трактора) укладывался в интервале, при котором еще не наблюдается повышенных расходов топлива. На рисунке этот интервал ограничен участком аb кривой g_кр.

Рие. 32.1. Зависимость удельного  расхода топлива и крутящего момента двигателя от силы тяги на крюке

Чтобы трактор мог экономично работать в более широком диапазоне нагрузок, на крюке, в трансмиссии трактора предусматривают коробки перемены передач, с помощью которых представляется возможным снижать или повышать скорости движения, приближая нагрузку трактора к тем ее значениям, при которых двигатель должен работать на режиме, близком к номинальному.

Наиболее целесообразным было бы применять в качестве коробок передач бесступенчатые вариаторы, однако в силу их сложности и необходимости специальных автоматов, изменяющих передаточное отношение в зависимости от величины тягового усилия, они пока не получили широкого распространения, поэтому повсеместно используются коробки перемены передач ступенчатого типа. Следовательно, при проектировании трактора одной из важнейших задач, стоящих перед конструкторами. является проведение правильно обоснованной разбивки и выбора числа скоростей и их передаточных отношений в интервале предварительно установленных минимальной и максимальной скоростей движения.

Рис. 32.2. Зависимость крутящего момента двигателя от силы тяги на крюке при работе на различных передачах: а -   для коробки передач с передаточными числами, недобранными по геометрической прогрессии; б — для коробки передач с передаточными числами, подобранными по арифметической прогрессии

В качестве одного из приемов разбивки принятого интервала скоростей движения трактора, позволяющего определить количество передач и вычислить соответствующие им передаточные отношения, рекомендуют при снижении крутящего момента до М _д.min включать следующую низшую передачу, что обеспечивает работу двигателя на номинальном режиме, т. е. снова на М_д.max. Графически этот метод разбивки для трехступенчатой коробки передач приведен на рис. 32.2, а.

Аналитическая зависимость между силой тяги P_кр при работе на различных передачах, полученных указанным выше методом, в интервале между максимальным и минимальным значениями крутящего момента двигателя может быть выражена, исходя из следующих соображений: зная, что при установившемся режиме работы трактора по горизонтальному участку пути справедливо уравнение (31.13), т. е. Р_к = Р_кр + Р_f для которого касательная сила тяги, выраженная через момент двигателя,

имеет вид   откуда

(32.12)

где   I —  передаточное отношение между двигателем и движителями;

С —  постоянный коэффициент, если принять, что η_м и r_к постоянные.

* В приведенном выражении  ηм для гусеничного трактора учитывает также и потери в шарнирах ведущей части гусеницы.

Тогда

(32.13)

и

(32.14)

где Р _кр.max, Р'_кр и Р"_кр— максимальные тяговые усилия соответственно на 1, 2 и 3-й передачах при М_д.max;

Р'_кр, Р"_кр и Р _кр.min — минимальные тяговые усилия соответственно на 1, 2 и 3-й передачах при М_д.min;

С — постоянный коэффициент, учитывающий, кроме указанных выше величин, постоянную часть передаточного отношения (задний мост и последняя пара передач). Решив эти уравнения относительно Р'_Кр + Р_f и Р"_кр+Р_f, получим:

(32.15)

(32.16)

Разделив почленно выражение (32.16) на (32.15), получим:

(32.17)

ряд передаточных чисел, представляющий собой геометрическую прогрессию. Отсюда

Подставив значения передаточных чисел, выраженные через показатель геометрической прогрессии, в уравнения (32.15) или (32.16), получим:

откуда для трехступенчатой коробки

(32.18)

или в общем виде

(32.19)

где m — показатель степени, равный числу передач коробки.

Недостатком трансмиссии, имеющей ряд передаточных чисел, построенный по закону геометрической прогрессии, является неравенство диапазонов сил тяги па крюке при работе на различных передачах, т. е. чем выше передача, тем меньше диапазон от Р _кр.max до Р _кр.min

Чтобы диапазон изменения сил тяги на крюке был одинаков на всех передачах, передаточные числа трансмиссий должны иметь соотношения арифметического ряда (рис. 32.2,6). Разность арифметической прогрессии d может быть найдена по формуле

где m — число передач трансмиссии.

(32.20)

Установлено, что применение арифметического ряда целесообразно для низших передач, при которых нагрузка двигателя изменяется в сравнительно широких пределах. Геометрический же ряд даст большую эффективность при работе на высших передачах.

Поэтому при проектировании передаточные числа трансмиссии ориентировочно устанавливают по геометрическому ряду, а при окончательном подборе числа зубьев шестерен соотношение передаточных чисел при округлении приближают к арифметическому ряду, что практически приводит примерно к одинаковой экономичности работы трактора на всех передачах.