Вопросы расчета, конструирования и исследования автомобиля (cs)

Table of contents :
Исследование элементов двигателя
Муравьев В. Д. Измерение теплового зазора в клапанном механизме работающего двигателя методом тензометрирования
Муравьев В. Д., Карпенко В. В. Подбор оптимальных фаз газораспределения автомобильных V-образных двигателей
Евреинов B.C., Исаев В. В. и Муравьев В. Д. Система дистанционного управления и программное устройство для длительных испытаний автомобильных двигателей
Дискин М. Е. К вопросу о методах расчета и испытания радиаторов системы охлаждения автомобильного двигателя
Родионов В. Ф. Выбор рабочего объема двигателя для легкового автомобиля
Исследование гидравлических приводов и передач
Гольбрейх А. А., Ласунский В. И. Стенд для испытаний автомобильных насосов и гидроприводов малой мощности
Харитонов Н. П., Анохин В. А. Исследование процессов переключения передач фрикционами с неподвижным гидравлическим цилиндром
Чередниченко Ю. И. О стандартизации методов стендовых испытаний автомобильных гидродинамических трансформаторов
Исследование элементов управления автомобилем
Машатин В. И., Вреднее В. П. Исследование тормозных свойств автомобиля ЗИЛ-130
Копин В. И. Расчет шариковой винтовой пары рулевых механизмов автомобилей ЗИЛ
Разные вопросы
Анохин В. А. Опытное определение моментов инерции вращающихся деталей машин
Мамаев Б. Н. Методика замеров основных параметров легковых автомобилей
Трофимов О. Ф. К вопросу о долговечности автомобильных конструкций
Каюков Г. И., Дудовский Ю. А. Стеклоподъемники и дверные замки автомобильных кузовов (конструкция и доводка)

Citation preview

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИ ЛЬНЫЙ ЗАМ)Д

·'"""· �. 'А . ЛИ Х АЧЕВА

ВОПРОСЫ РАСЧЕТА, КОНСТРУИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЯ СБОРНИК

СТАТЕЙ

Под р е д а к ц и е й гла в ного к он с тр ук тора проф. А. М. КРИГЕРА

� §f1!1

ИЗДАТЕЛЬСТВО сМАШ ИН ОСТРОЕ Н И Е»

Москва 1968

УДК 629.113.001.2

В с б о р ни ке да ны с та ть и , о б о б щаю щие о пы т р аб о т в о б · ла сти конс тру ирова н и я и иссл едова ни я а г р е г а то в ав то ­ мобилей , выполненных на М ос ковском а в томо бильном за вод е им . Л и ха ч ева . В с б ор н и ке осв ещены вопросы по исследова н и ю эл емен то в дви га теля , гидравлических п р и ­ водов и пер едач и у п р авле ния а в томоби лем . Кр оме того, р а ссмо трены вопросы по долговечно с ти а в томо б ильных конс тру кци й , ме тоди ке опр еде ле н и я момен тов инер ции в р а ща ющи х с я де талей , кон струир ова нию и доводке ку ­ зов ной а р м а ту р ы и т. д. К ни г а пр едназначена дл я р а б о тн ико в п редпр и я тий а в то­ мо б ильной промы шле н но с ти и тр а н спор та .

РЕДАКЦИОННАЯ

( гл . р едак тор ), В. Ф. Родионов: Ю. Н. Чередниченко; Б. Брейгин,· В. А. Вязьмин,· С. М. Подольский ( за м. гл. реда к тора ); Б. Н. Орлов

А. М. Кригер

д.

КОЛЛЕГИЯ

3-18-3

116-68

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ДВИГАТЕЛЯ

В.

Д. МУРАВЬЕВ

ИЗ М ЕРЕН И Е Т Е П Л О В О ГО ЗАЗ ОРА П В КЛА АННОМ М ЕХ АНИЗМ Е РА БОТА Ю Щ Е ГО Д В И ГА ТЕЛ Я М ЕТОДОМ Т Е НЗОМ ЕТ Р И РО ВА Н И Я

Автамоби л ь ные дви гатели с н ижним расположе н ием распреде­ лительного вала и верх н и м и кла па нами всегда (ес л и не при н и ­ мается ка ких-либо специальных мер) имеют большой исходны й зазор в мех а н изме , та к ка к между кулач ком и кла п а ном располо­ жены детал и , дл и на которых существенно измен яется п р и нагреве (шта нги толкател я , сто й ка оси кор омысел , головка блока) . Ш и р о­ кое пр именение алюм и н иевы х спла вов для головок в вер х некла­ п а н н ы х дви гателя х ( п р и сох р а не н и и ч угунного блока) вызывает п р и колебан и ях температу р ы з нач ительные теп ловые измене н и я высоты голов к и . Это п р иводит к соответствен ному увел ичению исходной вел ич и ны зазор а . В ы п ускные кла п а н ы , охлаждаемые металлически м н атр ием , имеют на р абоч их режимах более высо­ кую тЕ'мпер атуру стебля в сра в н е н и и с неохлаждаемы м и клапа­ нами. Это приводит к большим изменен иям дл и ны стебля и э к в и­ ва лентному увеличен и ю исходного зазора в меха н изме . Измер ить темпер атуры отдель н ы х деталей дви гателя на рабоч и х режимах тр удно , поэтому теоретический расчет изменен и я теп ло­ вого зазора обыч но носит услов н ы й х а р а ктер . Между тем , з н а н ие велич ины изменен и я зазора необходимо при п р оектирова н и и ку­ лач ка , та к как от этого изменен и я зависит велич и на заходных участков п р офиля кулачка . Указа н ные участки п р офиля должны быть выпол нены м и н и мальными , чтобы обеспеч ить достаточ н о н и з­ кие скорости п осадки кла п а на при ном инальном ч исле оборотов , одновремен но обеспеч ива я стаб ильные (мало измен яющиеся с тем­ пературой) фазы газорасп ределени я . Так как расчетные методы не обеспеч ивают достаточ ной точ­ ности определе н и я зазоров в кла п а н ном мех а н изме , большое з на­ чение п р и обретают э ксп ер11ментальные методы . В настоящее время на ибольшее р аспростр а нен ие получ ил следующий метод измер е н и я зазоров в механизме газорасп р еделен и я непосредственно н а рабо­ тающем дви гателе [ l ]: на коромысле клапана 1 (р ис. l) устанавли1•

3

вается балка равного соп р отивле н и я б, изготовлен н а я из п р ужин­ ной стал и . В носи ке кор омысла р а ссвер ливается отвер стие , в кото­ рое вставляется ш лифова н н ы й штифт 3, который в р абочем положении одн им концом уп ирается 4 5 6 в бал к у , а др угим - в торец стержня клап а на 2. Н а балку наклеивают полу­ мост из тензометров 4 и 5 соп ро­ тивлен и я так и м образом , что од и н из тензометров 4 измеряет J изгиба ющий момент на бал ке, а др угой является темпер атур­ ным комп енсатором . Для повы­ шен и я ч увств итель ност и мож н о п р имен ять накле й к у компенса­ Ри с . 1. Пр испосо бление для измерен ия за зо ро в в мех а н из �1е газор аспределе­ цион ного тензометр а на р астя­ н ия : н утых волокнах балки (на ниж­ кл а па н а; 1 - коро м ы сл о 2 - стерже н ь ней стороне ба лки) . 3 - ш л и фова н н ы й ш т и ф 1, 4 кла п а н а, т е н з о м е тр-и з мер и т ель; 5 - те н з о м ет р-тем­ П р и работе двигател я коро­ пер ат ур н ы й ко м пе н с а тор ; б - б алк а равмысло поворач ивается. Та к ка к н о г о с о п рот и вJ1е н и я жесткость бал ки з нач ительно меньше жесткости п р уж и н ы кла п а на , то штифт 3 при устр а н е н и и теп лового зазора изгибает балку . Н а п р яжен и я из г иба п р опор­ циональны вел ич ине теплового зазор а и могут быть измерены обыч­ ными методам и тензометр и рован и я . Когда тепловой зазор устра­ нен , носик коромысла у п и­ нн рается в торец стерж н я кла п а н а , бал ка максималь- .,. но изг ибается и остается .g"' в та ком состо я н и и в тече- � чо f---�----+---:.-f---t ние всего периода движе- .., н и я кла п а на . � После посадки кла п а на � на седло бал ка вследстви е �>: 20 f-------1---2"''---+--+---1 о к I � � о я п ана на величину уста нов­ 0,2 нн 0,6 0,4 лен ного теплового зазора . измене н и я Регистрация 1Jненьшен1.1.е зазора зазора осуществл яетс я Р и с . 2. Х ар а к тер ис ти ка измери тельно й ба лки ш лейфовым осциллогра­ фом . Тар и р ов ка тензометр ического полумоста осуществл яется на дви гателе п утем уста новки между носи ком коромы сла и тор­ цом клапана точ ных пластинчаты х щупов. Л и ней ность х а р а кте­ р исти к и измер ительной балки п р и тар и р ов ке показана на р ис. 2. П р и р аботе дв игател я на коромысло действует сила и н е р ц и и , воз н и кающая вследствие неравномер ности качан и я е г о на оси. Эта

�� ��� �;� �:���=�� ���

4

сила может вызвать изгиб измер ительной балки, что б удет воспр и­ нято как увел ичение зазора в меха н изме . Дл я того чтобы оцен ить погрешность , в носи м у ю и нерционными силам и , был п р о изведен аналит1Iческий р а сч ет на ибольшего п р о г иба бал к и под действием инер ционных с и л дл я 3600 об/мин коленч атого вала дв и гате л я . Расчет показа л , что п рогиб бал ки н е превышает 0,007 мм. В процессе отр абот к и метода измер е н и й было уста новлено , что р асположение штифта на нос и ке коромысла имеет большое зна-

НулеtJал лцнuя

а)

а

Рис . - с

3.

Нулеtlая лuн11я

5)

Осциллогр амма и зменения теплового за зора у клапана : мысла и

б

х а р а к те р н ы м п ро в ало м из-з а в ы хода штифта з а зон у ко н та кта м е жду носико м коро­ т орцом с т ебля кл а п а н а ;

-

нор м ал ьн а я

чение для этого метода измерен и й . Так , если п р и р аботе двигателя штифт в момент максимального подъема клап а н а вы ходит из зоны конта кта носи ка кор омысла со стеблем клап а н а , на осциллограмме появляется хара ктер ны й п р овал ( р и с . 3 , а) , тогда как п р и п р а в и ль­ ном р асположен и и штифта н а носике коромысла (р и с . 3 , 6) такого провала не наблюдаетс я . Описанным методом было исследовано изменени е теплового за­ зора в кла п а н ном меха н изме дв игателя З ИЛ- 1 30 , имеющего алю­ м и н иевые голо1;3 к и блока и выпускные клап а ны с охлажде н и ем ме­ таллическим натр ием . П р и исследов а н и я х п р овер я лось в л и я н и е темпер атур ы воды и ч исла оборотов н а велич и н у з а з о р а в клапан­ ном механ изме . Результаты исследова н и я показа н ы на р ис . 4. 5

И сследова н и я показали , что п р и н а л ич и и алюм и ниевой го­ лов к и блока повышение темпер атуры воды в системе охлажде н и я дв и гателя приводит к существен ному уменьшению теп лового зазора вп ускных кла п а нов , достигающему 0,025 мм на каждые 10° С из­ менен и я температуры воды . У вып ускного к л а п а на заметное из­ менен ие теплового зазора наблюдается тол ь ко п р и высо к их зна­ чен и ях температуры охлаждающей воды (свыше 60° С).

0,35

а)

aso

ачо 5 ЦЗО а2

02

Б 7

0

за

40

50

о)

60

70

80

Ри с . 4. И зм енения тепло в ого за зо р а l у клапано в в зав исимости от темп е р атур ы охлаждающей в оды t п р и р а зличных ч ислах обор ото в коленчатого вала: а 3

-

впускной ; б - выпус кной; 1 - при п = 2400 об/ми н; 2 - при п = 3200 об/мин; при п = 1800 об/мин; 4 - при п = 1600 об/мин; 5 - п р и п = 1200 об/мин; 6 - при п = 800 об/мин; 7 - п р и = 60 0 об/мин

п

Предла гаемы й метод п озволяет с некоторым п р иближен ием оп­ ределить изменени я зазора в клап а н а х , вызв а н ные действием и нер­ цио н н ых сил и дефор мацией деталей механ изма п р ивода кла п а на . Действитель но , п р и наличии дефор мации деталей п р и вода зазор в клапане в момент посадки кла п а н а н а седло должен быть больше, чем в момент начала его п одъема . Тензометр ическая балка регистр и р ует это увеличение зазора в в иде дополн итель ного хода Ь на р ис . 4. Чем выше число оборо­ тов двигателя, тем больше велич и н а дополн итель ного хода Ь на

6

осциллограмме. Обработка осцишюграмм показа ла , что и нерцион­ ные нагрузки в кла п а нном меха н изме п р иводят к деформац и и де­ талей механ изма газора сп р едеJ1ен и я , э кв ивалентной для в п уск­ ного клапана увел иче н и ю зазора на О, 15-0 , 2 мм п р и увеличен и и ч исла оборотов дв игател я от 600 д о 3600 в м и нуту . Пр и этом дефор ­ маци я деталей п р ивода вып ускного кла п а на заметно н иже, чем деталей п р ивода в п ускного кла п а н а , что св яза но с большей массой вп ускного клапана в дв и гателе ЗИЛ-130. выводы 1. В дви гателе ЗИЛ- 1 30 , имеющем алюм и н иевую головку блока , п р и изменен и и темпер атуры охлаждающей воды наблю­ дается заметное изменение теплового зазор а в кла п а н а х . У вп уск­ ного кла п а на это изменение зазора достигает 0 , 025 мм на каж­ дые 10° С изменен и я температуры охлаждающей воды . 2 . Вызываема я и нерционными нагрузками в меха н изме п р и­ вода клапана ЗИЛ-130 , деформация деталей экв ивалентна у вел и­ чению зазора п р и п осадке кла п а на на 0 , 15-0 , 2 мм п р и п 3600 об!мин. 3 . Инерционные силы , воз нпкающие на тензометр ической балке из-за нерав номер ного кач а н и я коромысл а , незнач ительны и могут не п р и н иматься во в н и м а н и е . =

=

ЛИТЕРАТУРА

1. А д а м о в и ч А. В . и К о г а н Ю. Л . Испытания верхнеклапанных газораспределител ь ных мех а н и змов высокооборотных дв и гателей . «Автомобиль­

ная промышленность»,

1961, № 12.

В. Д. МУРА ВЬЕВ, В. В. КА РПЕНКО

П ОДБОР О ПТИ М АЛ Ь Н Ы Х ФАЗ ГАЗОР АС П Р ЕДЕЛ Е Н И Я А ВТОМО Б И Л ЬН Ы Х У - ОБР АЗ Н Ы Х Д В И ГАТ ЕЛ ЕЙ

Оптимальные фазы газорасп р еделен и я должны обеспеч ить ма­ ксимально возможн ую эффективную мощность и на ибольшую п ло­ щадь, огр а н иченную к р ивой кр утящего момента . П р и этом должна быть сох р а нена устойч ива я р абота дв и гател я на малых ч ислах обо­ ротов холостого хода . Знач ительный р ост быстроходности совр еменных дв игателей является п р ич и ной сбл и же н и я ч исла оборотов коленчатого вала, соответствующих максимал ь ной мощности, с ч и сJ�ам и обор отов , соответствующими м а ксимальному з начению кр утнщего момента . Для быстроходного дв и гател я гр узового автомоб и л я та кое явле7

ние нежелательно, та к как оно вызывает уменьшение коэффици­ ента п р испособляемости при одновремен ном уменьше н и и велич и ны крутящего момента в 3оне ср едни х и малых ч исел оборотов колен­ чатого вала двигателя . З ада ча подбор а оптимальных фаз газор аспределения сводится к стремлению достичь высоких з начений эффектив ной мощности и при этом сох р а н ить м аксимальный кр утящий момент в зоне сред­ них ч исел оборотов коленчатого вала . Дл я каждого р ежима по н а г р узке должны существовать свои фазы газораспр еделени я . Однако вследствие того, что дв и гатели гр узовых нвтомоб и лей р аботают в основном на больш и х нагрузках, п р имер но в диапазоне от 50 до 1 00 % , а эффективны й к . п. д . в этом диапазоне нагр узок измен яется нез нач итель но, можно огр а н и­ ч иться подбор ом фаз п р и пол ностью открытой дроссель ной за­ слон ке. Пр и этом необходимо обр атить особое в н имание на р ежимы холостого хода. П р и глубоком др оссели р ов а н и и в момент перекр ыти я клапанов отр аботавш ие газы из выпускной системы снова попадают в ци­ л и ндр и далее во в п ускную систему . Это вызывает повышение коэффиuиента остаточ ных газов и у х удшение устойч и вости работы дв и гател я . С увел ичением ч исла оборотов холостого хода , вследств ие сокр ащен и я абсолютного в р емени п ер екрытия клапанов, сни­ жаетс я коэффициент остаточ н ы х газов , что улучшает устойчивость р аботы дви гател я , но п р и этом увелич иваются р асходы топлива . После подбора фаз газораспределе н и я на полны х нагрузках эти фазы должны быть проверены на режиме холостого х ода . Фа3ы газорасп р еделения , изменя я х а р а ктер к р и вой к р утящего момента , оказывают з нач итель ное в л и я н ие на а нтидетонационные свойства дв и гателя . В некото р ы х случ а я х оптимальные фазы не могут быть реал изован ы , та к как п р и этом заметно повышается потр ебное о ктановое ч исло топлива . Поэтому в ходе исследова н ия необходимо в ы я в ить в л и яние оптимальных фаз на потребное окта­ новое ч исло топлива . СПОСОБЫ ИЗМЕНЕНИЯ ФАЗ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Система газораспр еделения автомобильных дв и гателей не по­ звол яет постепенно измен ять существующие фазы в необходимых п р еделах без допол н ительных констр у ктивных изменен и й . Так, у больш и нства двигателей смещение шестер ни п р ивода распреде­ л итель ного вала на оди н зуб в ту и л и др угую сторону изменяет фазы н а 9 - 1 7° по углу поворота коленчатого вала . Т а кое р езкое изменение фаз вызывает не менее р ез кое изменени е мощностных и э кономических п а р аметров двигателя , что п р а ктически исклю­ чает возможность п р оследить и обнар ужить оптимальные значе­ н и я фаз газорасп р еделен и я . 8

Изменение фаз газораспределени я может быть получено сле­ дующими способами : 1. П р и менен ием одного неизмен ного профиля кулач ки в соче­ та н ии с изменением зазора в механизме газорасп р еделен и я Изме­ нение фаз достигается поворотом всего кулач кового вала . Такой метод нельзя сч итать достаточ но точным, так как пр и изменении зазор а незнач итель но изменяется время-сече н ие кла­ па на , а также существен но н а р ушаются кинематические соотно­ шения в меха н изме газор аспределен и я . П р и больши х з азор а х между кла п а ном и толкателем посадка клапана п роисходит с боль­ шой скоростью, что п р и водит к уда р а м клапана о седло и допол­ н ительным подскокам его после посадки . 2 . Пр именением отдельных распредел ительных валов для пр и­ вода в п ускных и выпускных кла п а нов . Этот способ испол ьзуют п р и изменении фаз газор асп р еделен и я высокооборотных двигате­ лей спортивных и гоноч ных а втомобилей , которые, как п р а в и ло, имеют по два вер х них распределительных вала . 3. Использова н ием набор а распредел ительны х валов с раз­ ными фи ксирова н н ы м и углам и между в п ускными и вы п ускными кулач ками в сочета н и и с поворотом всего кулач кового вала в ре­ зультате измене н и я положен и я п р иводной шестер н и . Может быть п р именен также состав ной распределитель ный вал, позвол яющий измен ять у гол между заданными кулач ками в боль­ шом диа пазоне . Последний способ , не измен яя время-сечение кла­ п а н а , позвол яет осуществить в довольно ш и роких п р едела х после­ довательное смещен ие фаз . П р и исследован и и фаз газорасп р еделен и я н а дви гателе ЗИЛ-130 пользовались как н абором распредел ительных валов , та к и состав­ ным распределительным валом. Были изготовлены расп р едел и­ тельные валы со следующими фиксирова нными углами между к у­ лач кам и : 100° (услов ное обоз начение -8°}; 104° (-4°}; 108° (О); 112° ( +4°). Н а переднем конце р аспределитель ного вала были на реза ны две шпоноч ные канавки ( р ис. 1). Относитель но канавки 1 обр аба­ тывались все вп ускные кулач ки , относительно канавки 2 вы­ пускные . Н а шестерне расп ределительного вала были п рорезаны дополн ительные п азы в соответстви и с вар и а нтам и у глов р азвала между кулачкам и . Кроме того, были н анесены метки , по которым фиксировалась кажда я ш поноч н а я канавка . При уста новке ше­ стер н и п р и вода на переднюю шпонку измен ялось положение впускного кулач ка при неизменном положе н и и выпускного, а п р и установке шестер н и п р ивода на заднюю ш понку измен я лось поло­ жен ие выпускного кулач ка п р и неизменном положен и и в п ускного. Таким обр азом , в результате изменен и я угла между кулач ками можно осуществ ить четыр е вар и а нта фаз газора сп р еделе н и я . Шесть добавоч ных п азов в сту п и це п р иводной шестер н и дают возможность осуществ ить еще шесть вар и антов с и нтервалом в 2°. Так как -

9

можно комби н и ровать пазы в п р иводной шестер не с двум я шпо­ ноч ными пазами в кулач ковом вале, кол ичество вар иа нтов воз­ растает вдвое . Исследова н ие было п родолжено та кже на состав ном распределител ь ном вал у . Основное п реимущество состав ного распредел и-

Рис. 1. До полни тельны е конс тр у кт и в н ые и змен е ни я шестерни пр ив ода рас 11ре­

дел ительн оrо в ал а

тель ного вала заключ а ется в возможности вести исследова н ие фаз газора с п р еделен и я с испол ьзов а н ием различных п р офилей дл я кулач ков впускных и вып ускных клапанов .

Рис.

2.

Де тали сбор ного кулач кового вала

Н а р ис . 2 п р едставлены дета л и сбор ного р аспределительного вала . Н а вал 1, выпол н е н н ы й как одно целое со сту п и цей под пр иводную шестер ню , надевают блок и вып ускны х 2 и в п ускных 3 кулач ков . Изменен ие угла между кулачками достигается взаим­ ным смещен ием впускного и выпуск ного кулач ков друг относи10

_

тельно др уга . Блоки вып ускных кулач ков 2 фиксир уются жестко на валу 1 сегментообразны м и ш п он ками 4. Блоки вп ускных ку­ лач ков 3 могут п оворач иваться н а валу для уста новк и необходи­ мого угла р азвала . Фикса ц и я эти х блоков в зада н ном п оложе н и и осуществляется соеди н итель ны м и м уфта м и 5 . Кажда я из муфт н а обеи х сторонах имеет тор цовые тр еугольные шл и цы . Н а одной стороне муфты ч исло ш л и цев р ав но 45 с шагом 8°. а на др угой 40 с ша гом 9 ° . Поворот соеди н ительных м уфт и блоков вп ускны х кулач ков на оди н зуб смещает блоки относительно др у г др уга на 1 ° yr ла поворота р аспредел ительного вала , что позвол яет уста новить п р ак­ тически любой угол между кулач ками с и нтер валом 2° п о углу поворота коленчатого вала . Одна ко тор цовые шлицы п р и затяжке га й к и вызываJIИ п ере­ кос вала , п оэтому первонач а л ь н а я констр укция была изменена . Вместо тор цовы х ш л и цев дл я фиксации блоков была п р именена предложен н а я А . К . Агеевым фиксация блоков вп ускных кулач­ ков с помощью набора из шести ступенч аты х ш п онок . Кажда я ступенчата я ш п о н ка п озволяла измен ять положен ие блока впу­ скных кулач ков относительно вала н а 3 ° п о углу поворота колен­ чатого вала . В наборе блоки вп ускных кулач ков отличал ись др у г от др уга по ш и р и не фазы на 6 ° п о углу поворота коленчатого вала . Это позволило получ ать различную ш и р и н у фаз п р и посто я н ном з на­ чении угла нач ала открыти я и л и конца закрытия кла п а на . Иссле­ дова н и я п о выбор у оптимальных фаз вп ускного кла п а н а п р ово­ дились п р и неизменных фазах вып ускного кла п а на . Дл я нахо­ ждени я оптималь ного сочета н и я ка к фаз вып ускного кла п а н а , та к и фаз впускного клапана, было п роведено неско.11ько сер и й опытов при измен яющих с я фазах вп ускного клап а на и различ ны х вар иан­ та х фаз вып ускного кла п а на , которые в п р еделах одной сер и и опытов оставал ись неизмен ным и . Для изменения фазы вып ускного кла п а н а вал вместе с бло­ ками выпускных кулач ков смещался н а необходимую велич и ну относительно п р иводной шестер н и , в ступ ице которой выпол нено шесть добавоч ных п азов . П р и этом для сохр а нения неизменной фазы в пускного клапана блоки вп ускны х кулач ков смещал ись с помощью ступенчатых ш понок н а ту же велич и н у , но в обрат­ ную сторо н у . Для п р авого и левого смеще н и я были изготовJ1ены две шестер н и распредел ительного вала со шпоноч ны м и пазами , позволяющими п р о изводить и х поворот относительно исходного ( нулевого) п оложен и я на угол , кратны й 3° угла п оворота коленча ­ того вала . -

МЕТОДИ К А

П РО В ЕД ЕН И Я

ИСПЫТ А Н И Й

была выбрана внеш н я я х а р а ктер и стика и характер истика холостого хода . П р и исследован и и было обнар ужено, что эффективные п оказатели дви_

В качестве основных р абоч и х характер истик

11

гател я п р и пол ностью открытой дроссе."ьной заслонке в значи­ тель ной мере з а в исят от теп лового зазора в клапан ном мех а н изме . В связ и с эти м п р оводились специальные исследова н и я , в которы х вы я в л я л ись зависимости эффективных показателей двигател я ЗИЛ-130 и шум ности его р а боты от теп лового зазор а . Н а ивыгод­ нейш и й теп ловой зазор оказался в п р еделах 0 , 4 -0,45 мм. В се дальнейшие исследова н и я п р оводились с зазором , рав­ ным 0 , 45 мм ( н а прогретом дв и гателе) . В качестве топлива п р и­ мен я лись бензины А-76 и «Экстра» , п р ичем обраща лось в н има н ие на стабиль ность фр а кцион ного соста ва топ л ива . Измеренные эф­ фекти в н а я мощность N е и кр утящий момент Мкр п р иводил ись к нормальным атмосферным услов и ям п о формула м : 1 N

ео

=

N

е

80

Мкр. - Мкр __

где

760

-

В0

Рн,о

760

-

Рн,о

-v·

273

+ t0

288

•

'

1/ 273 + t0 '

288

'

Ne0 - приведенна я эффективная мощность;

Мкр. - п р иведен ны й эффекти в н ы й момент;

атмосфер н ое давлен ие в мм рт. ст., измер ялось с помощью р тутного ч ашечного барометр а ; Рн,о - абсолютное давление вод я н ы х паров в м м рт. ст., определ я лось п о р а з ности темпер атур сухого и влажного термометров в п с и х р ометре Ассм а н а , уста­ новлен ном н а р ассто я н и и 1 , 5 м от вп ускного п а­ трубка карбюр атора , и типовым психрометр ическим табл ицэм ; t0 - температур а воздуха в 0С, измер ялась с п омощью термометр а , установленного н а р а ссто ян и и 1 м от входного патр убка карбюр атор а . Температура воды и масла измер ялась с точ ностью до ±2° С. Тех н ическое состо я н и е дви гател я при испыта н и и п р овер ялось сн ятием контрольных внешн и х х а р а ктер истик с исходными фа­ зами газор аспределен и я . Отклонение п а р а метров дв и г ателя по контр ольной хар а ктер истике больше чем на ±2% не допускалось . В се исследова н и я п р оводились с неизменной регулиров кой карбюр атор а . Этим была в несен а некотора я погреш ность в зоне малых ч исел оборотов п р и пол ностью открытой дроссельной за­ слонке. Ч тобы определить эту погреш ность , были сн яты х а р а к­ тер исти к и двигателя п р и р азличных в а р и а нта х фаз газораспр еде­ лен и я п р и оптимальных состав а х смеси во всем р а бочем диапазоне ч исел обор отов . Было установлено, что с увелич е нием угла з а к рыти я в п уск­ ного клапана наблюдается потер я мощност и , вызываем а я допол80

12

-

i В ука за н н ы х форм ул ах учитывается о т но с итель н ая

вл а ж

но с т ь в оздух а .

н ительным обогащением смеси . В точ ке м а ксималь ного кр утящего момента не было н а йдено р а з л ич и я в значен и я х кр утящего мо­ мента пр и оптимальном составе смеси и п р и н ятой регу л и р о в ке карбюратора . Основ ной объем р абот был выполнен на недетон и­ р ующем топ.'I иве (бензи н «Экстра») . Угол опережен и я зажига н и я устанавливался н а и в ы годн ей ш и м для каждого режима . Расход возду ха измер ялся с п омощью расходомера РС- 600 и секундо­ мер а . Детонационные испыта н и я велись по стандартной методи ке. Р ЕЗ УЛ ЬТАТ Ы

И ССЛ ЕДОВА Н И Я

Фазы газораспределе н ия и характер протекан ия кривой кру­ тя ще го момента. П р и исследова н и и было определено в л и я н ие

изменени я фаз в п ускного и вып ускного клапанов на в неш нюю х а р а ктер исти к у и х а р а ктер истику хол остого хода . Пр и веденные в табл . l вел ич и ны в ремя-сеч ен и я для некоторых профи.1ей к у.'!ач ков показывают, что п р офиль кулач ка (в рас­ сматр иваемом диапазоне) не оказывает вли я н и я на велич и н у Таблица 1 Мощностные показатели двигателя З ИЛ -130 с различными фазами газораспределения

П а р а м етр ы

Опт имал ьный т епл о во й зазор в мм . Фазы г азор ас преде ле ни я в град: о тк рытие в пускног о кла па на по сле в. м . т . закры тие в п ускног о клапа на пос ле н. м. т. о ткры тие в ыпускно го клапа на ДО н . м. т. з акрытие вы пу с:к ного клапана пос л е в м . т. В рем я-сеч е н ие в мм2/град . Эффе кт ив ная мощ п р и п = 3200 нос ть об/мин в л. с. Крутящий момен т в кГм макс имал ьны й при п= 120006/мин при п = 2000 об/мин

1

Об оз н а че н и е п р о ф и л я кул а ч к а

ЗИЛ-130

м

1

Б

lнлмИ-0611 ЗИЛ-lЗОД

0,45

0,35

0,25

0,25

0,45

16

14

25

30

13

71

83°3 0'

64

68

68

52

50

61

66

49

35

47° 3 0'

28

32

32

-

.

1

8,866

-

-

8,22

8

157

156

157

157

157

40,7 38,5 40,5

40 37,7 39,8

40 7 38 40,2

40,7 39,6 40,5

4 1,2 39,5 41

,

1 1

13

максимальной мощности, а та кже на э коном ич ность дв игателя: ми­ нимальный расход топ лива во всех случ а я х р а вен 242 г/(л . с . ч) . П р офиль кулачка о казывает в л и я н и е на велич и н у максималь­ ного кр утящего момента , особенно п р и низ к и х ч ислах обор отов . Результаты исследовани й фаз в п ускного клапана п р иведены в табл . 2 . И з табл . 2 следует, что для п олучен и я оптимальных значений максимальной мощности дв и гателя ЗИЛ - 1 30 при одно­ времен ном стр емлен и и сместить максимальный к р утящий момент в зону более н и з к и х ч исел оборотов коленчатого вала фазы в п уска могут быть выбраны в п р едела х : начало вп уска от 1 3 до 32° до в. м . т . и конец вп уска от 52 до 7 1 ° п осле н . м . т. Табл�ща 2

Соnоставление мощностных nоказателей двигателя автомобиля ЗИЛ-130 nри nолностью открытой дроссельной заслонке и nри различных фазах вnуска Угол м ежд у в п ус к н ы м и и в ы п ус к н ы м и к у л а ч к а м и в

100

о

� н

7500 00/н

1,2

1, б

2,0

\

\

1

\

\

/.... \

"

/

Л Р6. т

/ '-.

-�о

50

/ /\

\

2,'f

2,8 G.o нз/сеи

Рис . 3 . За в исимость аэроди н а ми ческого сопрот ивления возд уш­ ного тр а кта и на пор а Н вентилятор а систем ы охлаждени я от производител ьности вентилятора G8 пр и р азличных ч исла х оборотов

39

Зависимость коэффицие нтов теплопередачи и аэродинамического сопротив­ ления сердцев и н ы трубчато-ленточ ной конструкции типа ЗИЛ- 1 30 от весовом с корости воздуха пр иведена на р ис . 1 . Эквивалентн ый диаметр охлаждающих элементов р авен Dакв = 3, 5 · I О - з м , а коэффициент проходного сечен и я а = 0 , 92 . Результаты расчета пр иведе ны на р и с 4, где видно, что наименьший объем Vp 1 7 , 5 дм3 имеет сер дцеви н а с г луби н о й L p 75 мм и лобовой повер х ностью Fc 0 , 2 4 ,ч 2 пр и р асходе воздуха 08 1 , 27 5 м 3/сек . Пр и этом аэродинами­ ческое соп ротивление серд­ 1 0 , 2 кr;м 2 . цевины Лрр Получе нные из р а счета величины габар итных р азме­ ров сердцевины могут и ногда оказаться не пр иемлемым и LpH по условиям компоновки на 60 1---+---+---t-----'t--r+-1 О. 7 7 'tO а втомобиле . В этом случае пр иход ится изменять объем !Jр кГ!н сердцевины из условий ком­ 20 't0 r--..::--P.....:--t---t----1г-++-i поновки . Иногда оди н из габаритных р азмеров бывает за да н В этом случае осталь­ 70 2 0 Г"':";--7f==j:::����-j сердцевины ные размеры опред еляют из условия обес­ O '---.l.--.L--...1...-..1.,___::� О печения необходимых тепло­ 1, 2 7, 1 1,0 вых параметров р адиатора. Пусть в п р иведенном выше Рис . 4 . Зависимость габар итов сердцевины р а ­ примере задан а велич и н а диатор а и его аэроди намического сопротивления лобовой поверхности р ади а ­ от р асхода воздуха тор а . .

=

=

=

=

с�

2�

.

Преобр азовав ур авнения (8) и ( 1 0) , заменив в н их W8 через LР

_ -

KS К

•

Dэ кв 4Fв

. '

DЭK8 2F; Lp = Л рр · Q

--

s cr;

1

�; ,

получим:

( 1 5)

В этих ур а в нен ия х неизвестными являются Lp, Лрр, 08, К и 6 являются фун кциями объемного р асхода воздуха .

К и S· Величины Л р р ,

с

пятью неизвестными:

Пр и задан ном значении Fс объемный р асход воздуха может быть оп ределен из соотношения ( 1 4) :

Таким образом , имеется система из пяти уравнений LР

_ -

Lp =

40

KS К

.

Dэкв 4Fв ' •

Лрр · Dэкв · 2 F; Q s G;

--

-�--

К = {1 (Gв) ; Лрр = f2 (Gв) ; � = fa (Gв) .

( 1 6)

Подставив в эти уравнения известные вели чины, получим : кs Lp = 0,24 3 К;

LР

=

'

к =

6 Gв

7 62 Л р р

=

Лрр

•

sG ; '

( 1 7)

( 0�� 1 ) ; fз ( о .�� 1) f1

=

/2 ( Gв).

;

\V • · где О 3 61 За в исим ости К = f ( W в) и 6 f ( W 8) пр едстав лены на р ис. 1 . Зави с им о сть f (G8) п редставлена на р ис . 4 . Л рр Система у р авнений ( 1 6) р ешается г р афиче с ки . Задаваясь р азлич ным и з на­ чениями G8 и соответствующими значениями K S , К, Лрр и 6, строят зависимость Lp HH = f ( G 8) п о первому у р авнению системы ( 1 6) и п о в торому урав нению этой же си ­ стемы за в исим ость f (G8) . Т очка пересечен и я этих двух кр ивых и я в ляется р ешен ием 60 систем ы . На ри с . 5 пр иведено графическое реше ­ ....... н ие системы у р авнений ( 1 7) . Из р ис. 5 в идно , что глубина сердцевины р адиатор а должна быть 1"--.... 50 р ав на 54 мм пр и лобовой повер х н о сти 0 , 361 м2 . Расход воздуха пр и этом р а в ен G8= 1 , 425 мВ/сек. Радиатор автомо биля ЗИЛ- 1 30 имеет сердце ви ну глубин о й 57 мм и лобовую повер х н ость ЧО 0,361 м z . Расход воздуха через р адиатор п р и числах оборотов коленчатого вала двигателя nв = 1 800 об/мин р авен Gв 1 , 4 м з;сек (рис . 2) . ЗО =

=

=

L�

L;

-

=

\ �

=

В создан и и новых обр азцов р ади а­ тор ов большое зн ачение п р и обретают 20 доводочные р аботы . Н а автозаводе и м . Ли хачева основн ыми эта п ами доводоч­ ных р абот я вл яются и с п ытан и я р ади а- 10 тор ов в аэроди н ам ической трубе и н а автомобиле в темпер ату р ной камере на стенде с беговыми бар абан ами . Как i чs G.6 нз'/сек 1, 25 1,35 известно , кол ичество тепл а , р ассеи ваеРис. 5_ Гр афическое р ешение мое р ади атор ом , зависит от начальных системы у р а в нений ( 1 7) тем пер атур воды и воздух а , п р оходящи х через р ади атор . В процессе и сп ытани я в аэр одинамической тр убе тем пер атур а воды поддер жи вается посто я н ной , а тем пер а­ тур а воздуха и змен яется вследстви е и змене н и й усл ови й окр ужа­ ющей среды . Дл я сравнени й результатов испытани й , пр оведенных в р азное врем я , определ яют п р и веденную теплоотдачу р ади атор а , представ­ л яющую теплоотдачу п р и начал ь н ы х тем пер атур а х : воды 90° С и

41

возду ха 20° С. В некотор ы х р аботах [8 ] п р и вод ятся зависимости тепл оотдачи р ади атор а от н а ч ал ь н ы х тем пер атур воды и воздуха . Н а п р и мер , в р аботе ( 9 ] эта зависи мость выр ажается фор мул ой

Qp

=

( 1 8)

Срв Gв ( t1ж - !Jв) ( 1 - Тт) ,

- тем пер атура жидкости н а входе в р ади атор ; t1в - тем пер атур а воздуха на входе в р адиатор ; Тт - фу н к ци я , зависящая от тепловых пар а метр ов р ади а­ тор а , р ас хода воды и возду х а ; с,,. - теплоемк ость возду х а п р и постоян ном давлени и . Пр и н и м а я р асход воды и воз­ а:%fхкал/ч} 10"3 духа посто я н н ыми , можно запи­ сать : где

t1 ж

следовател ьно,

Qp f 1Ж -

f 18

=

2 Q р90 0

90 - 20 '

( 1 9)

Qp - измер е н н а я тепло­ отдач а ; Q��o п р и веденная тепло­ отдача р ади атор а . Дл я определени я п р и веден­ ной теплоотдачи р ади атор а на р азли ч н ы х р ежимах р аботы дви ­ гател я необходи мо знать произ­ 8 б 10 Wн/сек водитель ность водяного н асоса Рис. 6. Зависимость тепл оотдачи и и венти л ятор а системы охл аж­ аэродинам ическ ого сопротивлени я р а ­ ден и я . диатор а автомобиля ЗИЛ - 1 30 о т ско расти воздуха В л абор атор и и охлаждени я автозавода и м . Л и хачева произ­ водительность вентил ято р а о п р едел ял ась непосредствен но на авто­ моби л е . Дл я этого перед обл и цовкой р ади атор а устан авл и вался с пеци аль н ый возду ховод с в ходным участком , а н алогичным вход­ ному участку аэр оди н амической тр убы . Производительность водя­ ного н асоса определ ял ась с помощью р асходомер а , в ключенного в водяную ма ги стр ал ь , между в ходом в р ади атор и выходом и з бл оков . Резул ьтаты и змерени й и подсчетов п р и веден ы н а р и с . 2 и 6 . Соответстви е р ади атор а дви гателю оце н и вается по стаби л изаци и тем пер ату р ы в системе о хл а ждени я , котор а я может н асту пить при р авенстве тепл оотдач и р ади атор а и дви гател я . Оконч ательная оценка эффекти вности р ади атор а дается после пр овер ки его н а автомобиле в тем пер атур ной камере, где тем пер атур а воздуха может дости гать 50° С. где

42

Пр и этом виде и спытани й н а гр узка н а дви гатель создается с помощью тор моз а , соеди ненного с беговыми бар абанами , на кото­ р ые устанавл и ваются ведущие колеса автомобил я . В о врем я экспер и мента и змер яютс я : скор ость автомобил я , тем пер ату р а возду ха перед обл и цовкой р ади атор а , те м пер атур а воды , охл аждающей дви гател ь , темпер ату р а м асл а в картере и др . Определение эффекти вности системы охл аждени я п р ои зводится по стабил и з и р овавшейся тем пер атуре на входе в р ади атор . Подоб­ ным же обр азом определ я ются м акси мал ь н ые нар ужные темпера­ тур ы , п р и котор ы х система охл ажде н и я сохр ан яет свою р абото­ способность . ЛИТЕРА ТУРА ! . Б ю с с и е н Р. А втомо бильный сп р авоч н и к . Т. 1 1 . М . , Маш г и з , 1 959 . 2 . Спр авоч н ик и н женер а автомобильной п ромышлен ности . Т . 1 . М . , Маш­ гиз, 1 963 . 3. Б о л т и н с к и й В . Н . Теор и я , констр укц и я и расчет тр актор н ых и а в томобильн ых дв игателей . М . , Сел ьхозизд ат, 1 962. 4 . Б а б и ч е в В. 3. Автомобил ьн ые р адиат оры . М . , Маш гиз, 1 95 1 . 5 . М и х е е в М . А. и М и х е е в а И. М . !( ратк и й к урс теплопередач и . М . , Госэнер го издат, 1 960 . 6. !( у т а т е л а д з е С. С. Осн ов ы те ор и и тепл оо бмен а . М . , Машгиз, 1 962. 7 . Г р о д к о В. А. Об одн ом методе ср ав н е н ия поверх н остей теплообмена . Труд ы Института дв и гателей АН СССР. В ы п . V I , 1 962. 8. !( э й с В. М . и Л о н д о н А . П . !(омп а ктн ые теплообмен н и к и . Г о с­ энер гоиздат, 1 962 . 9 . Я к о б М. Воп росы тепл опер едачи . М. , ИЛ, 1 960 .

Канд . техн . наук В . Ф. РОД И О Н ОВ

В Ы БОР РА БО Ч Е ГО ОБЪ ЕМА Д В И ГАТ ЕЛ Я ДЛ Я Л ЕГ КОВОГО А ВТ ОМО Б И Л Я

Пр и выбор е р абочего объема дви гател я пр оекти р овщи к дол жен найти наиболее пр и емлемое сочетан и е п р оти воречивых требова­ ни й , предъя вл яемых к дви гателю в отношен и и высоки х ди нами­ чески х качеств , экономичности и дол говечности . Методы, и зл ожен н ые в теор ети чески х курсах и отдел ь н ых стать я х , позвол яют с бол ьшой точностью определ и ть показател и , хар актер и зующие эти к ачества автомоби л я дл я заданного р абочего объема дви 1·ател я [ 7 , 9 ] . Однако п р и менен ие точных методов свя­ зано с очень бол ь шой вычисл и тел ь ной р абото й , и п р и этом тре­ буется знание р яда вел и чи н , неи звестны х н а пер вой стади и п р оек­ ти р овани я автомобил я . Метод, связа н н ы й с анал изом р езультатов и спытани й шир окого р яда бли з ки х по ти п у автомобилей [ 6 ] , п р и н ци пи ально возможе н , 43

одн ако н а пр акти ке обычн о неосуществ и м . Поэтому п р иступая к пр оекти р ованию нового л егкового автомобил я З ИЛ - 1 1 4 , при­ шлось р ассмотреть вопросы, относящиеся к н азначени ю р абочего объема дви гател я , выбр ать наиболее подходящие показатели у помян утых выше экспл у атаци о н н ы х качеств автомобил я , н айти доп усти мые у п р ощени я и определи ть н еобходимые пар аметр ы и коэффи циенты, соответствующие совр еме н н о й п р а кти ке. Способы оценки ди н амически х и экономически х качеств авто­ моби лей с помощью ди н амической и э кономической хар а ктер и сти к недостаточ н о н а гл ядн ы и не позвол яют оценивать качества авто­ моби л е й одн ой вел и ч и н о й , а кроме того , дл я п р а ктической про­ вер к и их требуется с пеци аль ное обор удован и е . Однако присущая эти м с пособам у н и версальность не тр ебуется пр и оцен ке качеств легковых автомобилей , котор ые экспл у ати р уются на дор огах с твердым покр ытием, не и меющи х , как пр авил о , кр утых подъемов и вес котор ы х и змен яется мало, так как их полезная н а гр узка относи тел ьно невел и к а . Ди намические к ачества ле гковых автомобилей п р и н ято харак­ тер и зовать вр еменем в секу нда х , необходи мым дл я р аз гона авто­ моби л я с места до скор ости 1 00 км/ч , и макси мал ьной скор остью, а экономические качества - р асходом топл и ва в л и тр а х на 1 00 км пути п р и дви жени и с посто я н н о й скор остью 8 0 км/ч п р и н а гр узке 1 50 кГ (2 челове к а) . Дл я оцен ки дол говечности дви гател я удобно и с пол ьзовать коэффи циент обор отности или более нагл яд­ ную вел и ч и н у - числ о обор отов коленч атого вал а в минуту п р и п р я мой передаче в коробке передач при скорости 1 00 км/ч . Эта вел и ч и н а р ав н а коэффи циенту обор отности , умноженному на 1 00 . Эти четыр е показател я дол жны входить в техническое задание на п р оекти р ование л егково го автомобил я . В ыбор необходи мого р абочего объема дви гател я целесообр азно вести в следующем пор ядке : зная вес автомобиля и его габар и тные р азмер ы , а та кже р азмер ши н , следует п р едвари тельно задаться нескол ькими ( н а п р и мер , тр емя) з н ачен и я ми р а бочего объема дви ­ гател я и нескол ь к и ми (напр и мер , тоже тр емя) з н ачени ями переда­ точ н о го числ а гл авной передачи , которое дл я дости жен и я н аилуч­ ши х резул ьтатов дол жно быть согл асовано с р абоч и м объемом дви гател я . Далее , указанным н и же п утем следует н айти четыре искомых показател я . Затем п р едставить эти показатели в зависи ­ мости от р абочего объема дви гател я в виде согл асованных между собой гр афи ков . Н аконец, н адо выбр ать н аи более -пр иемле­ мое и х сочетание и установить соответствующие им значен и я р абочего объема дви гател я и передаточного числ а гл авной пере­ дачи . Пер вым этапом р асчета я вл яется установление зависи мости между максимал ьн ым кр утящим моментом и р абочим объемом дви ­ гател я и постр оени е скор остно й хар а кт ер исти ки . ......

44

Максимальный кр утящи й момент определ яется по фор м уле Мм = 0,8 V hP e· (1) где vh р абочи й объем дви гател я в л; Ре среднее эффекти вное давление в кГ/с1;t2 • Среднее эффекти вное давление дл я современных дви гателе й с о степенями сжати я е 7 + 1 0 числен но р ав н о е + (О , 5 + 1 , 5) , в зависимости от совер шенства дви гател я . Дл я постр оен и я скоростной хар актер исти ки можно воспользо­ ваться скор остной хар а ктер и сти кой уже осуществленного дви га­ тел я , бли зкого по пар аметр ам к пр оекти р уемому , или эм п и р и · ческими зависи мостями , учи тывающими отношение между числ ами обор отов , соответствующи х макси мал ьному кр утящему моменту и макси м ал ь н о й мощности . По скор остной хар актер и сти ке уже осуществленного дви га· тел я нужно предвар и тельно вычисл и ть безразмер ную скор остн ую хар актер и сти к у , т. е . н а й ти р яд текущи х з н ачени й чи сел обор отов , мощности и к р у тящего момента , отнесен ных к з н ачени ям эти х вел и чи н , соответствующи м макси мальной мощности . Опр едел ив у казанным выше способом м а кси мал ь н ы й кр утящи й момент и выбр ав число обор отов вал а дви гател я , соответствующее макси­ мальной мощности , нужно вычисл и ть пр омежуточ н ые значени я чисел оборотов, мощности и кр утящего момента и постр оить гр а · фи ки кр утящего момента и мощности . Числ о обор отов , соответств ующее м а ксимальной мощности , зависит от сте пени форси р овки дви гател я и дл я дви гателей совре­ мен ных легковых автомобилей находится в п р едел ах 4 200- 4 800 в ми н уту , п р и чем большие значен и я обычн о соответствуют дви га· тел ям с меньши м р абочи м объемом и большим числом цил и ндр ов . Н и же в качестве п р и мер а пр и ведена безр азмер н а я скор остн а я характер исти к а , пол учен н а я дл я дви гател я ЗИЛ - 1 1 1 ( в % ) :

--

=

п

N м

п

N м

1о 8,0 79,8

20 1 9,6 98,0

30 33,0 1 09,5

40 46,8 1 1 6,5

70 83,8 1 1 9,0

80 92,3 1 1 5,0

90 98,3 1 08,7

1 00 1 00,0 1 00,0

50 60,2 1 20,0 110

97,6 88,7

60 72,5 1 2 1 ,0 1 20 90,8 75,6

Дл я этой цел и также могут быть и с пол ьзов аны следующи t· эмпирические зависи мости [ 1 , 3 ] . N

=

М

где

N

и

М

�1\ 1

=

-

МN

[ _.!!._ nN [

1 - 1\

3 - 4 11 + б � 2 nN

_

1 2

_

п )1] '. (nN )] , n

3 - 4 1\ + б _п_ _ _ 1 / _п_ ' 2 2 nN 2 \, N

(2) (З )

- мощность и кр утящи й момент п р и тек ущем значени и числ а обор отов

п;

45

N N и M N - макси мал ь н а я мощность и кр утящи й момент п р и числ е обор отов nN, соответствующем м а кси ­ мал ьной МОЩН ОСТИ ; 6 пм

=

пм .

nN '

число обор отов в м и н уту , соответствующее мак­ си м ал ьному кр утящему моменту . Если передаточ н ые числ а кор обки передач не определены техничес к и м зада н и ем , то н а этом этапе р асчета они могут быть установлены дл я к а ждого значен и я р абочего объема дви гател я и пер едаточ ного числа гл авной пер едачи с помощью и звестн ых зависимостей и з услови й сце пл е н и я колес с дор о го й и передачи макси м ал ь н о го крутящего момента дви гател я . Создание гидр о пер едачи п р едставл яет собой отдельную про­ блем у , поэтому п р и пр оекти р ов а н и и автомобил я ее выходные пар а­ метр ы обычно и звестн ы . Дл я п р и веден ных н и же п р и бл и же н н ы х р асчетов необходи мо р ас п ол а гать м а кси м ал ь н ым значением коэффи циента тр ансфор ма­ ци и К (отношение крутящего момента на вал у тур би н ы к к р утя­ щему моменту на валу колеса н асоса) , пер едаточными числами пл анетар ной коробки передач и з н ачен и ями чи сел обор отов вы­ ходн о го вала коробки передач или скор остей автомобил я , соот­ ветствующим и моментам перекл ючен и я передач п р и пол ном отк р ы­ ти и др оссел ьной засл о н к и кар бюр атор а . Пр и этом нужно учиты­ вать , что числ а обор отов выходного в ал а коробки передач или скор ости автомоби л я , соответствующие моментам перекл ючен и я пе­ редач , о п р едел яютс я допусти м ы м дл я автомобил я дан но го ти па ур овнем шума и могут измен яться в некотор ы х п р едел а х . Затем о п р едел яют макси м ал ьную скор ость автомобил я и з услови я р а­ венства сил ы тя ги и силы сопр оти вл ен и я дви жен и ю . Сил у тяги Р" и соответствующую скор ость автомобил я va о п р едел яют с помощью следующи х зависимостей : -

р

к -

_

Miкi ofJ rк

0 2лrк

кГ ;

п Va = 61 OOOi км!ч, к io

(4 ) (5)

где i к - передаточ ное число кор обки передач . Макси мал ь н а я ско­ р ость дости гается автомобилем при включен ной пр ямой передаче в кор обке пер едач , поэтому дл я механической кор обки передач п р и н и м ается i к = 1 , О; дл я гидр о пер едачи i к в фор муле (4) п р и ­ н и м ается р ав н ы м 1 , О, а в фор муле (5) , где i к выр ажает скол ь жение в гидр отр ансфор м атор е , р ав н ы м 1 ,0 5 ; i0 передаточное число гл авной передачи ; '" - р ади ус качен и я ши н в м ; -

46

fJ к . п . д . тр ансми ссии ; п р и механической кор обке передач принимается р ав н ым 0 , 98 , а п р и гидр опередаче - 0 , 95 . Сил а сопр оти влен и я дви жен и ю автомобил я Ре подсчитывается по фор муле -

( 6)

где

коэффи циент сопр оти влен и я воздуха в к Г · сек 2/м4 ; лобовая площадь в м 2 ; Ga вес автомобил я в к Г ; f коэффи ци ент сопроти влени я качен и ю . Пр и ши нах н и зкого давл ен и я дл я легков ы х автомобилей [ 8 ] f 0 , 0 1 65 + 0 , 000 1 ( va - 50) ; (7) k

F

-

-

-

-

=

дл я Va < 50 км/ч пр и н и м ается f 0 , 0 1 65 . Ур авнени я (4) , (5) и (6) обычно решают относител ьно V a гр а­ фически м способом , путем постр оени я кр и в ы х Р f ( va ) и л и путем подбор а . При этом дл я р яда значен и й п определ яют скор ость авто­ мобиля и сил у тяги , испол ьзуя скоростн ую х ар а ктер и сти ку дви­ га тел я , чтобы н а йти соответствующи е значен и я к р у тяще го мо­ мента М дви гател я . В том сл учае, когда вместо скор остно й х а р а ктер и сти ки дви ­ гател я используется фор мул а (3) , задач а может быть р ешена ана­ л и тическим способом , та к как зависи мость Р к = Ре п р и водится к фор ме пол ного у р а внен и я втор ой степе н и . Из выр ажен и я (5) о п р едел яется также зависимость числ а обо­ ротов вал а дви гател я от скор ости автомобил я : =

=

(8) по которой можно н айти показател ь дол говечности дви гател я , а та кже числ о обор отов в ал а дви гател я пр и макси м альной скор ости автомобил я (здесь , к а к и р а н ь ше , дл я механической коробки пере­ дач пр и н и м ается i к 1 ,0 , а дл я гидр о передачи i к 1 , 05) . Числ о обор отов коленчатого вал а п р и макси мал ьной скорости автомобил я не дол жно превышать ч и сл а обор отов , о п р едел яемого степенью совер шенства р аспредел и тел ьного механи зма дви га­ тел я и составл яющего обычн о ( 1 , 1 0 + 1 , 1 5) nм . Время р аз го н а д о задан ной скор ости определ яют по гр афи ку обр атных зн ачени й ускор ени я в зависи мости от скор ости автомо1 бил я . f ( va) (р и с . 1 и 2) , н а котором заштр и хов а н н а я площадь, =

1

-

=

=

огр аниченная к р и в о й , осью абсцисс, осью орди н ат и орди н ато й , соответствующей заданной скор ости , п р о пор ци ональна вр емени р азгон а . Дл я постр оен и я этого гр афи к а предв а р и тельно на ходят ускорение автомобил я дл я р яда промежуточных скор остей дви­ жени я . 47

Ускор е н и е автомобиля /. т

=

к 1-' - Ре

м ! сек1 '

т{)

(9)

масса автомобил я в кГ · сек 2 1м ; б коэффи циент учета вращающи хся масс . Сил а тя ги Р к дл я р яда значен и й определ яется с помощью вы­ по выр ажению (5} . р ажен и я (4} , а скор ость автомобил я Va Вли я н ие неустанови вшегося режима р аботы дви гател я п р и р аз1·де

-

п

-

-

1/j сек'н 1/) сек 2/н

Рис. 1 . Обр атные значения у скорения в зависимости от скорости автомобиля с мех а н и ческ о й ко р о б кой передач

Рис . 2 . Обратны е значен ия ускорения в зависим ост и от скорости автомобиля с гидропередачей

гоне автомобил я на р азви в аемый кр утящи й момент обычн о не учи ­ тывают . Распол а гая зн ачен и я ми v a , сил у сопроти влен и я дви же­ н и ю автомобил я Ре можно о п р едел и ть по фор муле (6) . Затем по эти м данным стр оится гр афи к обр атн ы х значени й ускорен и я . Время р аз гона автомобил я с места до скор ости 1 00 км/ч a bS сек, ( 1 0) t =

где

а

Ь S 48

-

-

-

масштаб скор ости (числ о м/сек, соответствующее 1 мм на гр афи ке) ; масштаб обр атной вел и ч и н ы ускор е н и я (числ о сек 2/ м, соответствующее 1 мм н а гр афи ке) ; площадь на гр афи к е , огр а н и чен н а я к р и вой , осью абс­ цисс , осью орди н ат и орди н ато й , соответств vющей ско­ р ости Va 1 00 км/ч = 2 7 ,8 м/сек. =

Площадь н а гр афи ке определ яют п утем пл а н и метр и р овани я или непоср едствен ного подсчета еди н и ц площади . Описанн ы й выше с пособ р асчета требует бол ь шой вычисл и тель­ ной р аботы . Он особенно усложн яется п р и пр и менен и и гидр опер е­ дачи [ 2 ] . Учитывая п р и бл и жен н ы й х а р актер предвар и тель н о го р асчета , можно значительно уменьшить объем вычисл и тел ь но й р аботы и и збежать постр оени я гр аф и к а обр атн ы х значен и й ускорени я . Дл я этого нужно к р и вые обр атн ы х зн ачени й ускорени я заменить прибл и женными к р ивыми , котор ые могут быть выр ажены у р авне­ ни ями и которые п р оходят через хар актер ные точки . Тогда пло­ щадь на гр афи ке можно о п р едели ть а н ал и тически , и спользуя коорди наты х а р актер н ы х точек , вычисление котор ы х н е тр ебует большой затр аты в р емени , и вводя в необходи м ы х сл у ч а я х поп р а ­ вочные коэффи ци енты, учитывающие отклонение теоретической кри вой от п р и н ятой . Пр и п р и менении механической коробки передач (см. р и с . 1 ) тео­ ретическая к р и в а я может быть п р и бл и женно заменена квадр атной п ар аболой, и меющей вер ши н у в точке 1, котор ая соответствует макси мал ь ному к р утящему моменту на пер вой передаче, и п р о­ ходящей через точ ку 2, соответствующую н а гр афи ке скор ости 1 00 км/ч 27,8 сек . 1 Е сли обозначить Va в м!сек и -.- в сек2/м дл я точ ки 1 соответ­ J ственно через х 1 и у 1 , а дл я точ ки 2 - через х 2 и у 2 , то время р азгона =

t

=

( У2 - У 1 ) (х 2 - Х1 ) + 3

xi (Y2 - Y1)2 2

( Х2 - Х ) 1

+

Y1Xn сек . •

(1 1 )

Пр и тр ехступенчато й кор обке пер едач пол учен н ы й р езультат дол жен быть умножен на 1 , 1 . К пол учен н ому времени необходи мо еще п р и бавить время , р ас х одуемое на переключение передач , которое дл я автомобил я с тр е хсту пенчато й коробкой пер едач можно п р и н ять р авным 2 сек, а дл я автомобил я с четырехступен­ чатой коробкой передач 3 сек . Пр и о п р еделении сил ы тя ги к . п . д . тр ансмисси и 11 дл я пр ямой передачи п р и н и м ается р авным 0 , 98 , а дл я остал ь н ы х передач 0 , 98 · 0 , 97 0 , 95 . Коэффи циент учета вр ащающи хся масс может быть определен по эмпи р и ческой фор муле [ 4 ] : =

б

=

1 , 04

+

0, 0025 Uio)2•

( 1 2)

Пр и применени и гидр о передачи с дву хсту пенч ато й коробкой передач (р и с . 2) теорети ческая к р и в а я может б ыть пр и бл и же н н о заменена квадр атной пар абол о й с вер шиной в точке 1 н а участке 1 -2 и пр ямой на у ч астке 2' -3' . 4

З а к а з 1575

49

Дл я о п р едел ен и я сил ы тя ги в точке 1 , соответств ующей непо­ дви жному автомобил ю , п р и н и маетс я м а ксимал ь ное з н ачение к р у­ тящего момента дви гател я М _" , а вместо ix подставл яется . К+ 1 ixK + ix 2

==

tx

2

'

где ix - передаточн ое числ о н и з шей передачи коробки передач ; К - м акси мал ь н ы й коэффи циент тр ансфор маци и . К. п . д . тр ансмисси и '11 п р и в ключенной н и зшей передаче в ко­ р обке передач п р и н и маетс я р ав н ым 0 , 98 · 0 , 9 0 ,88 . Дл я точ ки 2, соответствующе й скор ости перекл ючени я н а п р я ­ м у ю пер едачу п р и в кл ючен ной н и зшей пер едаче в кор обке передач , числ о обор отов в ал а дви гател я о п р едел яетс я по выр ажению (8) дл я ix 1 , 05 (с учетом с кол ьжени я в гидр отр ансфор матор е , р аботаю­ щем н а р ежиме гидромуфты) . При определении сил ы тя ги в этом сл учае вместо ix подставл яется передаточное число ни зшей пере­ дачи коробки передач , а '11 по- прежнему п р и ни м ается р ав н ым 0 , 8 8 . Дл я точ ки 2' , соответствующей скор ости переключени я на пр ямую передачу п р и вкл юченной п р я мо й пер едаче в коробке передач , и точ ки 3' , соответствующей скор ости 1 00 км/ч , число обор отов в ал а дви гател я определ яетс я дл я ix 1 ,0 5 . Пр и опре­ дел е н и и сил ы тя ги вместо ix подставл яетс я 1 ,00 , а к . п . д . тр анс­ м исси и 11 на п р я мой передаче в коробке передач п р и н и м ается р ав­ ным 0 , 98 · 0 , 97 0 , 95 . Коэффи циент учета вр ащающи хся масс подсчи тывается п о фор ­ мул е ( 1 2) без учета скол ь жен и я в гидр отр ансформатор е . 1 Е сл и обозн ач и ть Va и -.- дл я точки 1 через х 1 = О и у 1 , дл я =

=

=

=

1

точки 2 через х 2 и у 2 , дл я точки 2' через х 2 и у; и дл я точки 3' через х; и у; , то время р азгона t

=

(у 2 - у 1 ) 3

х2

+

у 1 х2 +

у.; + Y�J - -2-·

,

(Хз - Х2 ) сек .

( 1 3)

Н а основании тех же общи х положени й может быть н а йдена зависи мость , а н ал о ги ч н а я выр ажен и ю ( 1 3) , и определено время р аз гона п р и п р и менении трехсту пенчатой коробки передач . Этот у пр ощен н ы й способ р асчета времени р аз гона может быть ис пользован тол ько в тех сл уч а я х , когда м а кси мал ь н а я скор ость автомобил я не менее 1 1 0 км!ч . Дл я определ е н и я р ас хода топл и ва дви гателем п р ое кти р уемого автомобил я могут быть и с п ол ь зованы н а гр узочные хар а ктер и ­ сти ки у же и с п ытан н о го дви гател я , по ти п у бл изкого к создавае­ мому . Одн ако непосредствен ное и спользование так и х дан н ы х я вл я ется неудобным , т а к к а к о н о связано с и н тер пол и рованием. Поэтому дл я решени я р ассматр и ваемой задачи целесообразно вы­ р азить эти данные в форме а н ал и ти ческой зависимости , по возмож­ н ости п р остой . 50

Так как удел ьный р асход топл и ва в з н ачител ь н о й мер е зависит от регул и р овки кар бюр атор а , то пол учить точные з н ачен и я р ас­ хода топл и в а невозможно и , следовател ьно, нецелесообразно уточ­ н ять предвар и тел ь н ы й р асчет. Дл я упр ощен и я п р и н и м аетс я , что эффекти в н ы й к . п . д . дви гател я l'Je пр и числе обор отов вал а дви ­ гател я , соответствующем скор ости автомобил я 80 км/ч, зависит тол ько от степени сжати я и коэффи ци ента и спол ьзов ан и я мощ­ ности , под которым пон и м ается отношение мощности , факти чески р азвиваемой дви гателем , к мощности , которую он р а зви вает п р и том же числе обор отов и пол ном откр ыти и др оссел ьной засл о н к и кар бюр атор а [ 5 1 . Н а основе н а гр узочн ых хар актер исти к дви гател я ЗИЛ - 1 1 1 и фор мул ы дл я к . п . д . теор ети ческого ци кл а Отто было пол учено выр ажение дл я эффекти в н о го к . п . д . дви гател я п р и числе обор о­ тов вал а дви гател я и коэффи циенте и спол ьзован и я мощности , соответствующи х скор ости автомобил я 80 км!ч п р и п р и менени и возможны х передаточн ы х чисел г.11 авной пер едачи i 0 : О 25 е- , 'l'Je О, 941jJ� . Б6 ( l ), ( 1 4) где 'Ф - коэффи цн ент и с п ол ьзован и я мощн ости дви гател я ; е степень с жати я . Дл я у п р ощени я пр актически х р асчетов н и же п р и веде н ы вел и ­ ч и н ы 'Фо . 56 и 1 - е-0 •25 дл я р яда значен и й ·ф и е : -

=

-

ф ф 0 • 56 8

0, 20 0,25 0,406 0,460 6

0,30 О,5 1 0

0,35 0,555

0,40 0,599

7

8

9

0,45 0,640

0,50 0,6 78

0,55 0,7 1 6

10

0,360 1 - в- 0 • 25 0,438 0,384 0,405 0,422 Удел ь н ы й р асход топл и в а п р и теплоте с гор а н и я бензи н а

10 500 ккал/кг :

g.

=

60 'l'}e

-

г/(л. с. ч).

( 1 5)

Дл я определен и я р асхода топл ива по фор муле (6) н а х одитс я сил а сопроти влени я дви жен и ю автомобил я Ре п р и посто я н н о й ско­ р ости 80 км/ч . З атем с помощью фор мул (4) и (5) подсчи тываются кр утящи й момент М и число обор отов вал а дви гател я , по кото­ р ым вычисл яется мощность , фактически р азви ваемая дви гателем . Максим ал ь н а я мощность дви гател я п р и том же числ е обор отов определ яется по р а нее постр оен ной внешней хар а ктер и сти ке дви ­ гател я или по фор м ул е (2) . Так как п р и дви жени и автомобил я с посто я н н о й скор остью 80 км!ч в коробке пер едач гидр о передачи всегда в кл ючена пр ямая передача , а скольжение в гидр отр ансфор маторе невел и ко , то i к в фор м ул ах (4) и (5) может быть пр и н ято р авным 1 ,0 , а 'YJ = = 0 , 98 · 0 , 97 0 , 95 . Расход топ.11 и в а дви гателем н а автомобил е п о некоторым при ­ чи н ам (наличие дорожных подъемов , и зменени е р ежи ма р аботы

п

=

4*

51

дви гател я , сл учайные включени я н асос-ускор и тел я кар бюр атор а и т . п .) всегда п р евышает р асход топли в а дви гателем в стендовых услови я х . Это учи тываетс я увел ичением удел ьного р асхода топ ­ л и в а н а 1 0- 1 5 % . Qл/10Окн О п р едел и в коэффи­ циент и спол ь зовани я МОЩНОСТИ и н а йдя п о фор м ул ам ( 1 4) и ( 1 5) удел ь н ы й р ас ход то пли­ ва ge , можно по мощ­ 8,0 ности , факти чески р аз­ ви ваемой дви гател ем, на йти часовой р асход 6,0 топл и ва t, сек

Q

=

N ·1

�6�

ge

кг/ч

и р ас ход топл и в а 1 00 км пути

Q=Q

-

где

100

( 1 6) на

1---+---1--1-+----1

80

1 00 1 · во л! I ОО км, 0 • 72

( 1 7)

О, 72 - плотность бен зина .

20 Va кн/час

t--�-\f-+-:;t---+-�-t-� 1 40 t-�-+��-+-�-т--t-__.,г-t--:,...--t

О o5/HlJH 6000

4000

2000

80

1, 0

1, 2

1, 6

vм

Рис . 3 . Макси мал ь ная скорост ь , ч исло о боротов в м и н уту колен ­ чатого вала дв игател я , в р емя р азгон а автомоби л я и расход топлив а для р азличных рабоч и х о б ъ ем ов дв игателя и р азличных пер едаточ ных чисел глав ной пер ед ачи автом обил я

Определенные выше вел и чи н ы дл я нескол ь к и х з н ачени й р або­ чего объема дви гател я и передаточн о го числ а гл авной передачи могут быть пр едставлены гр афи чес ки (рис . 3) в виде трех согл а­ сован н ы х гр афи ков , и зобр ажающи х зависи м ость макси м аль ной 52

скор ости , времени р азго н а и р асхода топли в а от р абочего объема дви гател я ; число обор отов вал а дви гател я может быть пр едстав­ лено четвер тым гр афи ком в виде зависи мости его от скор ости авто­ мобил я . Задади мся вр еменем р азrщ:1а автомобил я . Тогда, отложи в по соответствующей оси коорщшат зада н н ое время р азго н а и следуя направлению стр елок н а штр и ховых л и ни я х до к р и вой , соответ­ ствующе й выбр а н н ому з н ачению i 0 , можно н а йти р абочи й объем дви гател я , р ас ход топ.т� и в а , м а ксимальн ую скор ость автомобил я , а та кже число обор отов вал а дви гател я п р и 1 00 КАt!ч и максималь­ ной скор ости автомобил я . Путем а н ал и з а согл асова н н ы х гр афи ков может быть н а йдено наи более п р иемлемое сочетан и е эти х показа­ телей и соответствующие им з н ачен и я Vh и i 0 • Пр иведе н н ые у п р ощен ные р асчеты удобны н а начальной ста­ ди и р азр аботки п р оекта , но они не искл юч ают необходи мости про­ ведени я у гл убленных р асчетов н а основе дан н ы х , уточненных н а последующи х эта п а х п р оекти р овани я автомобил я . ··

·

ЛИ Т Е Р А Т У Р А 1 . К о с т и н А . К . Х а р а ктер исти к и дви гателей вн утреннего с горания . Лен и н градский п ол итех н ический и нститут и м . М . И . Кал и н и н а , 1 959 . 2 . Л а п и д у с В . И . и П е т р о в В . А . Г идр авл и ческие тр ан смиссии автомобилей . Машrиз, 1 96 1 . С . Р . Х ар а ктер истика авт омо бильн ых двигателей . 3. Л е й д е р м а н «Авт о мобил ьн а я и тр акторн ая пр омышленность», 1 948, № 9 . 4 . Т а б о р е к Я р о с л а в . Механ ик а автом о бил я . Машгиз, 1 960 . 5 . Х е л ь д П. М. Автомобильные сцепле н и я и коробки передач . Маш г из, 1 960 . 6. H a n s e n К . Н . , B e n z i n g e r R . Р . and W i n c h e l l F. J . The Chevrolet Corv a i r . SAE preprint , 1 960 , № 1 40 с . 7 . L о и d е n R . К . a n d L и k е у J v а n . Computer simulat ion o f auto­ mot ive fuel economy and acceleration . SA E preprint , 1 960 , № 1 96 С. 8. N а g 1 е r L. Н . and R а z а k Kenneth . The automoЬ i l e . . . moving peop le through air . SA E Q uarterl y Trans . oct . 1 95 0 . 9 . S е t z , Н е n r у L . Com puter pred icts ca r acceleration, S A E preprint , 1 960 , № 1 96 в .

ИССЛ ЕДОВАНИЕ Г И Д Р АВЛ И Ч ЕС l( И Х П Р И ВОДОВ И П Е Р ЕД А Ч

А . А . ГОЛЬ Б Р Е Й Х , В . И . ЛА СУ НС К И Й

СТ ЕНД ДЛ Я ИС П Ы Т А Н И Й А ВТ ОМО Б И Л ЬН Ы Х Н А СО СО В И ГИ Д РО П Р И В ОДО В М АЛО Й МО ЩНО СТИ

Объем доводочн ы х р абот при созда нии новой констр укции на­ сосов и гидро п р и водов включает не тол ько п р и н ци пи альную отр а ­ ботку констр у кци и в ч асти пас пор тн ы х тех н и чески х хар актер и ­ сти к , н о и отр аботку методо в ти п о в ы х к о н т р о.1 ь н ы х и с п ы т а н и й , которые впоследствии переносятс я в п р о и з в одс тво и п р оводятс я ор ган ами тех н и ческого контр ол я . Дл я выпол н ен и я эти х р абот в л абор атор и и р улей и гидропр и ­ водов был создан стенд дл я п р и н ци пи ал ь н ы х и с пытани й н асосов и систем гидр о п р и вода . В нешн и й вид стенда п р едставлен на р и с . 1 . Эле ктр и ческая ч асть стенда состоит из дву х электр омаши н ­ н ы х ди н амометр ов посто я н н о го тока и п ул ьта упр авлени я к н и м . Эти электр омаши н н ые ди н амометр ы р аботают п р и испытани я х насосов в к ачестве электр одви гател е й , а п р и и спытании гидр омо­ торов электр омаши н н ые ди н амометр ы и спользуются как тор моз­ н ые устр ойств а . Пр и и спыта н и и си стем гидр о п р и вода (н асос­ гидр омотор) оди н электр омаши н ный ди н амометр р аботает как электр одви гател ь , а втор ой - как тор мозное устр ойство . Гидр авл и ческое обор удование стенда позвол яет осуществл ять необходи мое давление п р и и спыта н и и н асосов и контрол и р овать р асход р абочей жидкости . Пр и и спытани я х автомати чес ки поддер ­ жи вается зада н н а я темпер атур а р абочей жидкости . Пневматическое обор удова н и е стенда обеспеч и вает определен­ ное р азрежени е или и збыточное давление на тр а кте всасывани я н асосов . Возможность регул и р овани я р аз р ежени я н а всасывании позвол яет и сследовать кавитаци о н н ые свойства гидр осистем . Н а стенде могут о п р едел яться ме х а н и ческие и гидр авл ические х ар а ктер и сти ки н асосов и гидр о п р и водов . К ним относятся хар ак­ тер и сти к и потребл яемой и р азви ваемой мощностей (дл я гидр омо­ тор ов) , п р ои зводитель ности , объемного и общего к . п. д . Н а стенде могут отр абатываться р абочи е ор ганы н асоса и его п р оточн а я ч асть по допусти мым з азор ам, биени ям и т . д. Н ал и чие автомати з и р ован ной системы о хл аждени я и подогрева позвол яет, 54

в частности , вести п р ов е р к у 1.; л а п а н ов у п р а вле 1 1 и я зол отни кового ти па на з а в и с а н и е 11 н аде ж н ость , что особе н н о в а жн о п р и в ы б о р е м и н и мал ь но до п усти м ы х зазоров в таки х КJi а п а н а х . На стенде можно 1 1 с п ы т ы в а т ь н а сос ы п р о и з води тел ь н ос т ь ю 0 - 1 00 л! Аш н

Рис . 1 . В н е ш н ий внд стенда

при давл е н и и 0- 1 00 кГ/см� . Да в л е н и е н а всасывании насосов может регул и р оваться в пр едел а х 0 , 4-2 , 5 ата . Тем пер ату р а масл а п р и ис пытан и я х может и змер ятьс я и автоматически подде р ­ живаться в п редел а х 50- 1 50° С . Г И ДР А ВЛ И Ч ЕС КОЕ

ОБОР УДОВА Н И Е СТЕНДА

Основн а я регул и р у ющая и и з мер и тел ь н а я а п п ар ату р а стенда сосредоточена в пул ьте упр авлен и я . Пул ьт представл яет собой шкаф, на переднюю п а нел ь котор ого выведены л и цевые сторон ы приборов, р учки и кнопки упр авлен и я . Съемн ые з адние и передние стенки пул ьта у п р авл ен и я облегчают свободный доступ к узл ам и п р и бор а м , н аходящи мся внутр и п ул ьта . Масло от испытуемо го н асоса посту п ает в м а ги стр ал ь и в блок высокого давлени я (р и с . 2) чер ез входную колодку 1 . Тем пер атур у масл а и змер яют тер мометр ом 2 . Давление и змер яют м а нометр ами 4 , и меющи ми р а3л и чные ди а п а зоны и змерен и й . Н ужный м а н о :v�етр подключают вен тил ями 3. Вел и ч и н а давлени я регул и р уется на­ гр узоч ным кл а п аном 5 , и меющи м две выходные м а ги стр али А и Б . В ход н а я м а ги стр а.r:1 ь кл а п а н а и м а ги стр ал ь А непосредствен н о соеди нены др у г с др у гом и обеспеч и в ают свободный п р оход масл а через кл а п а н без н а 1·рузки . Между входной м а ги стр алью и маги­ стр ал ью Б в кл а п а н е и меется др оссел и р ующее регул и р уемое сопро55

ти вление , которое и определ яет вел и ч и н у нагр узки в ма ги стр ал и высокого давл е н и я и тем самым н а выходе испытуемого н асоса . Дл я быстр о го в кл ючени я и л и с н я ти я н а гр узки с н асоса в п ул ьте установл ен пер еключ ающи й трехходовой кл апан 6, который в по­ л ожени и р у коятки кл а п а н а « Н а грузка в кл ючена» перекрывает м а ги �тр ал ь А и соеди н яет маги стр аль Б со втар ым пер е ключ аю ­ щи м тр ех ходовым кл а п а н ом 7 , а в пол ожении « Н а гр у з к а сн ята» соеди н яет с кл а п а н ом 7 м а ги стр ал ь А . Поток м асл а , подведе н н ы й

Рис. 1 - в х од н а я 1 Qc6 ; п р и этом сл и в м асл а через р ед у к ци о н н ы й ю1 апан прекр ащаетс я , л и нейное давление р11 умен ьшаетс я до вел ич и н ы р: . при которой б ал ан с р ас ходов восста н а вл и в аетс я , т . е . =

� Q нrJн

=

Q� + Q:1

+

Q :.

Расчет в этом сл учае ведется по новому з н ачен и ю р ас хода Q: жидкости п р и давлении р�. идущей в испол н и тел ь н ы й мех а н и зм . Iдн rz л/н цн

72

f0 1--���P--'f'--�t--�-t-�--t��-t-�-1

о

50

B'f 100

150

200

. 2 50

JOO

(,)6 1 /сек

Ри с . 2 . Зависи мость производител ьности насосов п и та­ ния гидромехан ической переда ч и от угловой с кор ости выходного вала при неизменном положен и и дроссельной заслон к и двигател я : /, 1 1 и / / / - сту пе н и

в

ме х а н и чес ко й короб ке переда ч

Определ и ть Q: можно гр афически м п утем . Дл я этого стр оится зависи мость производител ьности н асосов пита н и я от скор ости автомобил я или в ыходно го в ал а гидр омеха н и ческой пер едачи (р и с . 2) , а суммар н ы й р асход потреби телей п р и в кл ючен и и каждой из передач п р едставл яется в зависи мости от л и нейного давл е н и я (р и с . 3) . При этом Qn Qn (р11 ) и Qм Qм (р11) п р и бл и женно мо 1·ут быть пр едставлен ы пар абол ами второй степени (относи­ тел ьно оси Р л) . Зависи мость Qг Qг (р11) определ яется схемой питани я и упр авл е н и я гидр омехани ческой пер едачей и может и меть р азл и ч н ые фор м ы в каждом конкретном сл учае . Н а р и с . 3 пред­ _с тавлен гр афи к составл яющи х бал анса р ас ходов гидр о передачи , в котор ой р ас ход через гидр отр ансфор матор прекр ащается п р и сни жении л и ней ного дщщ ени я д о о п р еделенного уровня . =

=

=

70

Q�

Расход жидкости , идущей в и с пол н и тельный мех а н и зм в начале переключени я , н аходитс я следующи м обр азом . По и звестной скор ости автомобил я , п р и котор ой проис ходит переключение пер едач , и з гр афи ка , показан н о го на р и с . 2 , н а ходится суммар ная п р ои зводи тел ь ность насосов � Н а гр афи ке , показанном н а р и с . 3 , н а ходи тс я гор и зонтал ь н а я л и н и я с орди ­ нато й , р авной 2: Точ к а пер есечен и я этой л и н и и с кри вой � опр едел и т вел и ч и н у р:, , до которой с н и жается давление

Q"1111•

Q"1111•

Qпотр

Qл/нuн

-+-{; ---= , :!о--�-"!J!гт _f

BO f� _--+ _ _ _-+ ____-+_� ---!-� _--+ -+_ __ _ _ _ _ _+-

бO i---т--r---г---r--i----t---r----:�r-н � �

1

1 /� 20п�"n --- =r=t==F=f=fftt1 =t=т� il1 �- ,

-:--

-

""' "" �" _ :::')

1 -� m и обоз н а ч и в lnp • н а йдем

+ la kг0 ro m

=

=

rото

+

�ak� t;л пр

[+ - (1 -__;_) t сл

+

+

lm +

(1 -!-)3J , -

t сл

(30) где ro m o - у глова я ско р ость в ал а тур би н ы в момент н ач ал а букс а · вани я фр и кци он а .

78

Пр и t

=

t�,

(3 1 )

Подстави в фор мул ы (29) и (3 1 ) в выр ажение (24) и р еши в пол у­ ченное ур авнение, н а йдем

M�k; (t )�, '

А ел

=

3 6 1 пр

(32 )

•

Из выр ажени я (32) видн о , что р абота буксовани я п р о пор ци о­ н ал ь н а квадр ату времени выкл ючени я фр и кци о н а . Р а б о т а б у к с о в а н и я ф р и к ц и о н а п р и в к л ю­ ч е н и и и с п о л н и т е л ь н о г о м е х а н и з м а . В кл ю­ чение фр и кци она нач и н аетс я , когда давление под нажи м н ы м пор ш­ нем станови тс я р авным давлен и ю , при котором зазор между по­ вер хностями тр ени я р авен н у л ю . Пр и мем з а коэффициент запаса � фри кциона отношен ие м а кси ­ малыюго момента , пер едаваемого бу ксующи м фр и кционом, к сред­ ней вел и ч и н е момента , подводи мого к нему в п р оцессе переклю­ чени я :

р

где М а kг

--

_

M max k1 izrn 1 ' Ма г

средн и й кр утящи й момент, подводи м ы й к вал у тур ­ би н ы з а время вкл ючен и я фр и кцион а . Тогда ур авнение (23) может быть п р и ведено к виду -

М2

=

р

Маkг

1 i2 111 1

[1 (

- 1

-

t _ i1 v

)] 2

,

(33 )

.

Подставив у р авнени е (33) в выр ажение (7) и счита я М 1 О, пол учи м выр ажение дл я момента , н а гр у жающего вал тур би н ы , =

[ (l

М т (t) = - (si gП (t) 2 )M a k г P l

d ��n

:J J 2

-

-

t

.

Ур авнение р авновеси я вал а тур би н ы (26) будет иметь вид

lnp

=

[ ( 1 t:v YJ

Ма k г + ( sign (1) 2 ) МаkгР 1

-

-

·

Реши в это у р а в нени е, найдем зави си мость у гл овой скор ости вал а тур би н ы от вр емени :

( ti v [(1

(t)m (t) = (!) т о + -

М аk г f пp

) �:: ti v ) si gn (t) 2 P) ( 1 ( - �t )3] .

1 + +

�-

. в 1 - s1g11 (1)2_3

г

si gn (t) 2 P

-

t __ i1 v

(3 4 ) 79

П ри

t

= t1v

(l) m I V = (l)m o +

(1

.

А ) /;;Маkг tIV,

+ 3 2 St gn (1)2t'

(l)m 1 v - у гловая скорость вала тур би ны в момент в р емени t = f1v· Подстави в у р а в нени я (34) и (33) в выр ажени е (24) и пол а гая t ! 1 v , найдем р аботу бу ксова ни я включаемого фри кци о на за врем я t1 v: � M a k Av х A1v

где

=

=

Х

-

1- �

[ ( С•lт к - (l)m o) + ( �

+

--} sign (1) 2� )

�::г J 1 f1 v

•

(35)

у гловая скор ость вал а турби ны на сл еду ющей передаче. где (l) т к Е сли (l)m I V < W т к (при включении высшей передачи) или Wmiv > w ,,, к (при включени и ни з шей передачи) , то бу ксова ни е фр и к ци она закончи тся р а ньше, чем п р ои зойдет пол ное включени е и спол ни тел ь но го мех а ни зма . В р емя буксов а ни я фр и кци она t6 находят в этом сл уч ае и з ур авнени я (34) , положи в в нем W m = w т к · Работа буксов а ни я п р и этом может быть найдена и нтегр и р овани ем у р ав нени я (24) в п р едел ах от О до t = t6 • Е сли wmI V > W т к (пр и пер екл ючени и с ни зшей на высшую пер едачу) или Wmiv < wт к (при п ер екл ючени и с высшей на низ­ ш у ю передачу) , то t6 > ! 1 v , и бу ксов а н и е зака нчи вается при посто я н ном моменте фри кци о н а , р а в ном м max · Р а бота б у к с о в а н и я п р и п осто я н н о м мо­ м е н т е, п е р е д а в а е м о м ф р и к u и о н о м . В этом слу­ чае необходи мо опр едели ть зави си мость р аботы бу ксова ни я от ди а п азона и зменени я у гл овой скор ости вал а ту р би ны и проанал и ­ зи р овать вли я ни е коэффи ци ента запаса фри кци о на на вел и чи ну р аботы буксовани я п р и р азли ч ны х видах п ер еключени я . Предпол а гаем , что п роцесс выр авни в а ни я у гловых скор остей тр ущи хся повер х ностей п р ои сходи т п р и кр утящем моменте фр и к ­ ци о н а , р авном м max · Тогда по у р авнени ю (7) п р и М 1 = О и меем Мт ( sign w 2 ) i 2 m Mmax · =

Подстави в найден ное з начени е М т в у р ав нени е (26) , пол у чи м ил и и 80

lnp

d:Г

=

Маkг - (si gn (1) 2 ) i2mM max

Подстаnл я я найденное значени е d t и 00 2 и з выр ажени я (6 ) в ур авнени е (24) , н айдем

Аб

=

1 __!__ 2

•

� /пр

1 + ( s i gn Ы 2 ) �

1

( ОО т о - ОО т к) а •

(36)

Из выр ажени я (36) видно, что р абота бу ксов а ни я пр опор ци о­ нал ь н а квадр ату р а з ности скор остей , выр ав ни ваемых в п р оцессе буксов а ни я фри кци о н а . Так к а к скор ость 00 2 включаемого фри кциона отр и цател ь на п р и переключении с низшей на высшую пер едачу и пол ожи тел ь на п р и пер екл ючени и с высшей на н и зшу ю , то , к а к следует и з выр а­ ж е н и я (36) , р абота бу ксова ни я п р и пер екл ючени и с ни зшей на высшую передачу всегда бол ь ше, чем п р и обр атном пер екл ючени и . А на,1 и зи р у я выр ажени е (36) , легко замети ть , что п р и увел и че­ ни и коэффи ци ента з а п аса фри кци о на р абота бу ксов а ни я р астет n сл учае пер еключени я с высшей п ер едачи на низшую и умень­ шается в случае обр атно го пер еключени и . Поэтому дл я у меньше­ ни я р аботы бу ксовани я при вкл ючени и высшей п ер едачи момент, пер едав аемый фри к ци о ном, жел ател ь н о и меть возможно бол ь ши м . П р и это м , однако, к а к следует и з фор мулы (7) , возр астет ди на­ мически й крутящи й момент, воз ни кающи й п р и пер екл ючени и . Сле­ довател ь но , опти мал ь ный коэффи ци е нт зап аса фри кци о н а , вклю­ чающего высшу ю передачу , должен быть выбр а н и сходя из доп у ­ сти мых вел и чи н ди нами ческой нагр узки и р аботы бу ксова ни я . Если в п р оцессе буксова н и я фр и кци она происходит и зменени е d wa вел и чи ны е и , следователь но , ln p =f= const во всем и н­ d rо m тер вал е и зменени я oo m , то р абота бу ксова ни я о п р едел яется по частям . Н а участке, в к отор ом oom и зменяется о т оо то до oo m 1 и е const , р абота буксова ни я о п р едел я ется выр ажени ем =

=

=

(37) При веденная методи к а а н ал и ти ческого определ е ни я основных пар аметр ов , хар а ктери зу ющи х п р оцесс автомати ческого переклю­ чени я передач, может быть при менена при р асчете п р оекти р у емых и существующи х констр у к ци й гидромех ани чески х п ер едач . МЕ Т ОД И l(А Э l(СП ЕРИ МЕ НТ АЛ Ь Н Ы Х И ССЛ ЕДО ВА Н И Й П Р О Ц ЕССА П ЕР Е l(ЛЮ Ч Е Н И Я ГИДРОМЕХА Н И Ч ЕС l(ОЙ П ЕР ЕД А Ч И

Эк спер и ме нтал ь ное и сследова н и е п р оцессов пер екл ючени я гидромех а н и ч еской пер едачи может быть п р оведено к а к в стендо­ вых , так и в дор ожных услови я х . Однако п р едпочтени� следует отдать стендовы м и сп ытани я м , так как п р и этом обеспечи ваются 6

З а к а з 15i5

81

следующи е п р еи мущества по ср авнени ю с дор ожными и спыта­ ни я ми : а) более высока я точ ность и змер ени й ; б) возможность поддержани я в п роцессе опыта р яда вел и чи н стр о го постоя н ными , что обл егч ает нахождени е и скомых зависи ­ мостей ; в) возможность уста новки и змер и тельных при боров в трудно­ доступ ны х места х ; г ) возможность многокр атного повтор ени я опытов в оди нако­ вы х услови я х ; д) сок р ащени е ср оков и с п ытани й . Испытани я пр оцесса пер еключени я передач в дор ожных усло­ ви я х цел есообразно проводи ть н а заключи тел ь ном этапе и сследо­ ваний дл я провер ки в р еаль ны х услови я х окончател ь ного вари а нта си стемы у п р авлени я , а также дл я сравнени я плав ности пер еклю­ чени я р азли ч ных констру кци й передач . Р ассмотри м методи ку стендовых и с п ытани й , п р и меняему ю в ла­ бор атор и и гидр авлически х передач ЗИЛ п р и доводоч ных и и ссле­ довател ьски х р аботах по совер шенствова ни ю си стем автомати че­ ского пер еключени я пер едач . В задачи и спытани й , п р оводи мых в первую очередь , входи т о п р едел ени е основных пар аметров п роцесса пер еключени я , и зме­ р е н и е кото р ы х возможно осуществи ть на гидропередаче без ка­ ки х -л и бо и зменени й в ее констр у кци и . Обыч но таки е и спытани я п р оводятся на сил овом а гр егате, состоящем и з дви гател я , гидро­ тр ансформатор а и коробки пер едач . К и змер яемым пар аметр ам относятся числ а обор отов дви га­ тел я и выходного вал а пер едачи , давлени я в пер еключаемых и с п ол ни тель н ы х мех а ни змах , крутящи й момент н а выходном валу пер едачи . По и зменени ю пер ечи сл енных вел и чи н во в р емени можно суди ть о хар актер е пер еходных п р оцессов , пр отекающи х в гидр ав­ л и ческой си стеме у п р авлени я : о п р одолжител ь ности р азрыва си ­ лового п отока ; о р ежимах р аботы дви гател я и ди н ами чески х на­ гр у зках , возни кающи х н а вы х одном валу передачи . Пер екл ючени е пер едач н а стенде п р ои зводи тся п р и фи кси ро­ ван ном положении дроссел ь ной засл онки дви гател я и посто я н ных числ а х обор отов выходного вал а пер едачи , что достаточно бли зко соответству ет действительным услови я м пер екл ючени я передач на автомоби л е . В качестве нагрузки и сп ользуется электромаши нный ди намо­ метр ти п а МПБ мощностью 400 квт , схема у п р авлени я котор ого обеспеч и вает р ежи м посто я н ны х ч и сел обор отов . П р еи му ществом и спытани й в у слови я х посто я н ной скор ости выходного вал а пер едачи я вл я ется то , что в этом сл учае не и меет з н ачени я вел и чи на момента и нер ци и р отор а п р и меняемого тор моз­ ного обор удов а ни я . Е сл и п р и меняемый в качестве на грузки тормоз не и меет р ежи ма посто я н ной у гловой скор ости , то необхо�и мо,

82

ч тобы е го момент и нер ци и был р авен п р и веден ному моменту и нер ­ ци и автомобил я и вр ащающи хся ч астей тр а нсми сси и . В п р оти в ном сл учае услови я и спыта ни й могу т существенно отл и чаться от дей ­ ствител ь н ы х , и меющи х место п р и экспл у атаци и автомобил я . Смысл и спытани й заключается в одновреме н ной записи н а л енту осциллогр афа скор ости в р ащени я вал а дви гател я , к р у тящего мо­ мента на выходном валу пер едачи и давлени й в маги стр ал я х пер е­ кл ючаемых и спол ни тел ь ны х механи змов . Измер ени е давлени й же.11 ательно п р ои зводить непоср едствен но в цили ндр а х и с пол нител ь ных меха ни змов . Как п р ави л о , это осу ­ ществи мо , если и спол ни тель ным мех а н и змом я вл яется л енточ ны й и л и ди сковый тор моз , цил и ндр которого неподвижен . П р и в р а ­ щающемся цил и ндр е и змери ть давл е ни е в нем без специ ал ь ных п р и с пособлени й невозможно . Поэтому датчи к давл ени я в это м сл учае подсоеди н я ют в точк е ма ги стр али , р аспол ожен но й в не­ п одви жном кор пусе. При обр аботке р езультатов и с п ыта ни й не­ обходи мо учитывать потери давлени я в маги стр али от места уста­ новки датчи к а до цил и ндр а испол ни тел ь н ого механи зма , а также у вели чени е давл е ни я под пор шнем от действи я центробежны х сил . Ч увствител ь ные элементы датчи ков давлени я дол ж н ы р аспо­ л а гаться вбл и зи места и зменени я давлени я , так как дли н ные тр убо­ проводы , соеди н я ющи е и с п ытываемый объект с датчи ком , мо гут быть и сточ ни ком оши бок п р и запи си к р и вой р = р ( t) . При и спытани я х силового а гр егата в л абор атор и и гидропере­ дач З ИЛ п р и меня ются п р и бор ы : датчи к скорости вр ащени я ти па ДТЭ- 1 , п р и води мый от носк а к оленчатого вал а дви гател я ; и нду к­ ти вный датч и к к р утящего момента Э l 5 ( 2 ) , встроенный в кардан­ н ы й вал , соеди н я ющи й валы пер едачи и электр омаши нно го ди намометр а ; датчи ки давл ени й Э l б [ 2 1 , установл енные в маги ­ стр ал я х с и стемы у п р авлени я . Дл я р е ги стр аци и переменных по времени вел и чи н и спользуется осциллограф К- 1 2 -2 1 с необходи ­ мой пи тающей и стаби л и зи р у ющей а п п ар ату р о й . При и ссл едова н и и п р оцесса п ер екл ючени я п ер едач на сил о1юм а грегате в сбор е могут быть п р оведены и спытани я р азли ч ны х ва­ р и а нтов схем си стемы у п р авл ени я [ 3 1 , опыты по ср авнени ю плав­ ности включени я р азли ч ны х передач , о п р едел е ни е вли я ни я на п роцесс пер еключени я вел и чи ны моме нта , передаваемого фри кци о­ ном , и т. д . Дл я более подр обного и ссл едова ни я п р оцессов , про­ и сходящи х п р и автомати ческом п ер екл ючен и и пер едач , необхо­ ди мо обеспечить возмож ность и змерени я у гловых скор остей и крутящи х моментов в основ ны х эл ементах силовой передачи . При пр оведении подобных и сследовани й в л абор атори и гидр о­ пер едач ЗИЛ п р и меняется у ста новк а , состоящая из р азобщенных др у г от др у га дви гател я , гидр отр а нсфор матор а и коробки п ер едач (ри с . 5) . Т а к а я схема позвол я ет и змер ять ч и сл а обор отов и к р утя ­ щи е моме нты , действующи е н а валу дви гател я , на валу тур би н ного колеса гидротр а нсфор матор а и выходном вал у коробки передач . 6*

83

Пр и обр аботке и анал и зе р езул ьтатов, полученных п р и р аботе на этом стенде, необходи мо учитывать особенности , определ яемые его к онстр у к ци ей . Установк а ди намометри ч ески х вал ов на участ­ ках дви гатель - гидр отр а нсфор матор и гидр отр а нсфор матор меха ни ческа я коробка передач существенно и з меняет хар актери ­ сти ку силового а гр егата к ж кр ути л ь ной си стемы : вел и чи ны мо­ ментов и нер ци и , п р и веденные к коленчатому валу дви гател я и турби н ному кол есу гидр отр а нсфор матор а , возр астают, а жecт-

���l�iн1[t-;z

Р ис . 5 . Схема уста новки д л я исследова н ия процессов автом атического переклю­ чен и я гидромех ан и ч е ской передач и :

/ - д ат ч и к угл о в о й с ко рости ; 2 - д в и г ател ь в н ут ре н н его с г о р а н и я ; З - ди н а мометр и ­ чес к и й в а л ; 4 - г и д ротр а н с фо р м ато р ; 5 - а вто м а ти ч ес к а я ко ро б к а пе реда ч ; б - элек­ тр о м а ш и н н ы й д и н а мо ме тр

кости валов, соеди няющи х насосное колесо гидр отр а нсфор матор а с дви гателем и турби н ное колесо с коробкой пер едач , у меньшаются по сравнени ю с вел и чи нами , которые и меют место у силового а гр егата в сбор е . За счет это го р езул ьтаты и с п ыта ни й , полученные на таком стенде, нескол ь ко отл и чаются от р езул ьтатов и с п ытани й силового а гр е гата в сборе, что дол ж но учитываться п р и обр аботке и а нали зе полученных да н ны х . Н а описанных стендах были п р овер ены основные теор етически е зависи мости , положенны е в основу методи ки р асчета , и пр оведены и с п ытани я и доводка си стем автомати ческого пер еключени я гид­ р омех ани чески х пер едач . П Р И М ЕР РАСЧЕТА П Р ОЦЕССА П ЕР Е КЛЮ Ч Е Н И Я ГИДРОМЕХ А Н И Ч ЕС К ОЙ П ЕР ЕДА Ч И

Н и же в качестве п р и мер а проведен р асчет п р оцесса пер екл ю­ чени я гидр омеханической п ер едачи автомоби л я ЗИЛ- 1 35 с пер вой сту пени н а втор у ю п р и р аботе дви гател я п р и пол ном откр ыти и др оссел ь ной заслонки . Исходные данные: а) безр азмер ная х а р а ктери сти к а гидротр ансфор матор а (р и с . 6) ; б) хар актери сти ка совместной р аботы дви гател я и гидр отр а нсфор матор а с учетом потер ь мощности дви гателя на вспомогатель­ ные агр егаты (р и с . 7) ; в) хар актери сти к а roa = roa ( rот) , соответству ющая пол ному открыти ю др оссель ной заслонки дви гател я (см . р и с . 4) ; г) внеш н я я характер истика с илового агрегата (р ис. 8 ) ; 84

Л1 9 · 1 0

'lг

х,

J ав

з. z 2. 4 1. 6 ав а б iго 4 8 1,,

ач

Рис . 6. Б е з р азм е р н а я ха р а кте р и ст и ка тр ансфор матор а

iг

г и дра·

Щ/

Рис. 7. Х а р а к тер исти ка совместн о й р аботы двигателя и гидро­ трансформатора: Olд J

и

ffi д l J - у гловые скорости кол е н ч атого вала соответствен н о н а перво й н вто р о й передачах в мо мент переключе н и я

85

д) величи ны моментов и нер ци и масс , п р и веден ные к коленча­ тому валу дви гател я и тур би не гидр отр а нсфор матор а l a 0 , 067 кГм · сек 2 ; l m 0 , 0 3 2 кГм · сек 2 ; =

=

1..Ju 1/ce11 1 1..Jт /т J.._�_j__���-1-J.-...u.�-4��i---..'---"'--"''----+-�-1 JOO l..JmO

о

2S

50

7S 8't 100

12S

1SO

1 7S

200

22S

Рис. 8 . В нешн я я хара ктер истика силового агрегата и второй передачах

(,)4 1/m

на первой

е) ки немати ческая схема (р и с . 9) и констр у кци я гидромех а ни ­ ч:еской п ер едачи (i1 m = -2 , 1 2 ; i 18 3 , 1 2) ; ж) бал а нс р асходов р абочей жидкости в гидромех а нической передаче (см . р и с . 2 и 3) . =

Рис. 9. Ки нематическая схема гидромех а н и ческой передачи : 1 - пе рвое с це пле н и е; 2 вто рое с це пле н ие ; 3 - перв ы й тор м о з ; 4 - вто р о й то р моз

При ни малось , что пер екл ючени е передач происходит при у гловой скор ости выходного вала пер едачи , р а в ной

по­

стоя н ной

ro8

=

84 I !сек.

Коэффи ци ент тр ени я ф р и кци о н ной п а р ы п р и ни мался 0 , 05 (ме­ талл окер ами ка М К-5 по ч у г у ну в масле Гидр ол -4 ВТУ № 567-60) . 86

Гидравличес ки й ра с чет

В табл . 2 п р и веден ы ко нстр у кти вные пар аметры п ер еключае­ мых и спол ни тел ь ных мех а ни змов , которые необходи мы дл я гидр ав ­ ли ческого р а счета .

Таблица 2

Ко н с тру кт и в н ы е п а р а м е т ры пе р е к л ю ч ае мых ис по лн ите л ь н ы х ме х ан изм ов

В ыкл юча м ый В кл юч а ем ы й е и с п ол н и т е л ь и с п о л н и тел ь ­ н ы й ме х а н из м н ы й мех а н и з м ( т о р м оз 4 ( т о р м оз 3 р ис . 9 ) р ис . � )

П а р а м етр ы

Давление. со ответств ующее усилию п редва­ р ительного сжатия п р ужи ны п о р ш н я исполн и ­ тельного механ изма, р 2 в к Г /с м2 Да вление в конце сво бодного хода п о р ш н я Рз в кГ/см 2 • Расчетное давление в систе м е уп ра зле н и я Р л в к Г/см2 • Объем жидкости . сли ваемо ii после выключе ­ н и я исполн итель ного мех а н изма . Wr в см 3 Об ъе м ма гистра л и , за п ол н яемый во вто ;: о м эта пе включен и я, W1 1 в см 3 Объем, соответств ующи й дефор ма ци и си сте ­ мы при сжатии фрикционных пове р х но�те й . W i v в см 3 Площадь порш н я Fn в см2 • • • Свободный ход п о рш н я 6п в см . Расчетное сечение магистрали f в см2 С уммарны й коэффициент гидравл ического соп ротивлени я магистрали (4)

0.66 0.8 10 4 0

1 , 36

10

.

о

•

8 520 0,9 19

•

630.5 1, 1 0,9 23

О пределение продолжительности выключения исполнительного ме­ ханизма предыдущей передачи :

2p,i v Qsc.1 f v 2рз Qsc.i

Q I .= f Q

"

=

= 0 9 '

=О 9

1v fсл = 2 Q ' + Q " W

'

v 92 .· 109814· .1019 сек, v 29· ·98110-4.· 1 ,31 96 = 3 55 с.мз!сек;

8 = 2 960 +2 355

- 960 ' 3/

-

с .м

•

= 0,04 сек.

Определение продолж ительности включения исполнител ь н ого механизм а последующей передачи Предвари тел ь но необходи мо о п р едели ть р асход жидкости , иду ­ щей в испол н и тель ный меха ни зм на р асчетном р ежи ме. Су ммар ная производител ь ность насосов 1:: Qн 'УJ н п р и w8 = 84 1 /сек р авна 7 2 л!мин (см . р и с . 2) . �7

И з р и с . 3 видно, что � � Qnomp при Рл = 8, 35 кГ/см 2 • При этом р асход жидкости чер ез и спол нител ь ный механизм Q � 4 1 л!мин. 680 см3/сек. Тогда: W:1 4- 0,0 1 сек; t1

Q ,.,11,.,

=

=

=

=

Qn

t11

t111 t1 v

tн

=

=

Q�

Fпf>п

=

2

t, + t11 + t111 - tсл

=

680

=

��1 = Π;

=

ЗО

· l,\ 680

=

Wi,v

Qn

-

=

=

2 6'5

680

= 0 ' 05 сек; 0,02 сек ;

=

0,0 1 + О + 0,0 5 - 0,04

=

0 ,02 сек.

Определен и е д и н ам и ческ и х нагрузок

Из гидр авли ческого р асчета видно, что вр емя (0, 04 сек) вы­ кл ючени я второго тор моза и п р одолжител ь ность (0, 02 сек) ней­ трального пол ожени я при перекл ючении п ер едач мал ы , поэтому р а з гоном дви гател я и ведущи х ч астей коробки п ер едач до начала вкл ючени я первого тор моза п р енебр егаем . Дл я определени я вел и чи ны макси мал ь ного ди нами ческого мо­ мента необходи мо знать , когда заканчи вается буксов а н и е вклю­ чаемого первого тор моз а . Н а йдем у гловую скор ость ту р би ны ffimi v в момент вр емени , когда в кл ючаемый пер вый тор моз начи нает передавать пол ны й крутящи й момент. Подстави в в ур авнени е (28) з начени я М 1 О ( втор ой тор моз вы кл ючился и М 2 из выр ажени я (23) , а также учтя , что - 1 , получи м sign ro 11 =

=

+

ro m ! V

11v

{ Мдk г i 2mM2 max [ 1 - ( 1 - -/w- ) 2 ] } dt.

Um + lдk г 0)

S

d ffim

=

В еличи ны / д • 1 т • l 2m и i 1в

S

+

0

romo

и звестны из констр у кции гидр опе­

редачи .

З начени е M 2 max определ яется в данном случае по фор муле ( 1 4) , так как уси л и е от испол нитель ного меха ни зма пер едается на сбе­ гающи й конец ленты:

M2 max = =

88

30 ·

Fn

�

i

(еµа

1}

(Рл - Рз)

1� · 4 ,86 (е0 •05 · 5 •15 - 1 ) 9 , 2 . 1 0-2 _

=

=

4 4,5 кГм.

В еличи ны М а и k г п р и н и м а ются п осто я н ными , р ав ными сред­ ни м значени я м в начале и к о н це п р оцесса пер екл ючени я :

З начени е

рис. =

4

Ма

=

kг

=

44 ,6 t 42 ,6 1 , 16 t 1,0

= =

const . Тогда

=

15 8 может быть п р и нято

(0, 032 + 0, 0672 · 1 , 08 · 0,8 6 ) 0 , 02

1 , 08 .

е находи м п о х а р актер и сти ке

видно, ч т о п р и (J) m >

=

43 , 6 ;

J

ro a

0,86

roa ( rom) . И з е

=

=

ro m l V

215

d ro m

=

J { 4 3 6 · 1 ,08 -- 2, 12 · 44,5 [ 1 - ( 1 - о.�2 )2 ]} d t ,

2 10 1 /сек .

или 0, 0 9 5 ro1111v - 0 , 095 · 2 1 5 = - 0, 32 . Отсюда ro1111 v Так к ак romIV > rо тв = 1 24 (см . р и с . 8) , то б у ксов а н и е пер в о го тор моза закончится п осл е п ол ного включени я е го и с п ол н и тел ь но го механизма . Ди нами ч ески й момент, воз н и к а ющи й п р и п е р е кл ю ч е ­ нии , о п р едел я ется величи ной макси маль ного момента , п ер едава е­ мого ф р и к ци о ном , т . е. вел и ч и н о й 2 m ax · Макси маль ный р асчетный ди н ами ческ и й момент на валу ту р ­ би ны = кГм . M m max = - i 2mM 2 max =

М

=

2, 1 2 · 44,5 94,5

Макси мал ь ны й ди нами чески й момент на выходном валу п ер е· дачи i28M 2 max = 3 , 1 2 · 44 , 5 = 1 39 кГ м.

М в тах

=

О пределение работы букс ов ан и я ф р ик ц ионов

Р абота буксова ни я в ы кл ючаемого фри кци она в дан ном случае мал а и вычислени е ее не п р едставл я ет п р а ктического и нтер еса . Дл я опр еделени я р аботы буксов а ни я включ аемого фри кци о на найдем п р едварител ь но в р ем я е го буксова ни я п р и макси мал ь ном моменте, р ав ном дл я р ассматр и ваемого случая M 2 max = 9 4 , кГм . Оно определится и нтегр и р ов а ни ем у р ав нени я Так как п ри до п р ои сходи т и зменени е е ( см . р и с . и зменении rom с а потом н а то надо и нтегр и р овать сначала н а участке е у ч а с тк е е 0 , 34 . То гда

210 124 l !сек

(28). 0,86,

5

4),

=

=

1 58

0,095 J d ro m J (4 3,6 · 1 ,08 - 94 ,5) dt 210

11

=

()

89

и

124

11

158

11

(0,0 32 + 0,06 72 - 1 ,08 · 0, 34) S drom = S (4 3 ,6 · 1 ,08 - 94 ,5) dt. Отсюда t 1 О, 104 сек и t 0,041 сек . =

2

=

В р емя буксовани я фри кци она при макси маль ном моменте t6

=

t1

+ t2 0, 104 -1- 0,041 0, 1 45 сек . =

=

Р а бота буксовани я включаемо го фри кциона за время t 1 v опр е­ деляется по фор мул е в котор ой (l) тк

(l) тв

=

=

(35),

124

1 /сек;

(\) то = (\) т н =

21 5

1 /сек; s i gn (1) 2

=

Коэффи ци ент запаса включаемого фри кциона О / i2 m 1 М 2 m a x � = 1 ,08 Ма kг _

=

-

2

2, 1 2 ·44,5 43, 6·

'

- 1.

·

Тогда

A1v = j � · 2· 4 3, 6 - 1 ,08 · 0,02 [ (1 24 - 215) + (f - + · 2 ) x 430���5°8 О ,02 ] 1 = 1 1 5 кГм. х

104

Далее определ яем р аботу буксовани я фри кциона при макси ­ маль ном передаваемом моменте за время t1 О, сек по фор ­ муле в котор ой следует при н ять :

(37),

о.> то

ln p

=

=�

lm Тогда =

А 61

210

+

=

1 24 I !сек; ro� 1 58 1/сек. 0 ,0 32 + 0,0672 · 1 ,08 · 0,86 0,095 к Гм - сек2•

I !сек;

la k г0

=

-

о.> т к

=

о.>тв

=

=

=

1 2; 0· 0�5 (1 58 - 210) ( 1 24

-

158 t 2 1 0 1 590 =

кГм.

2 0,041 сек определ яется по фор муле (36), в которой при ни мается: lnp 0,0 3 2 t 0,067 · 1 ,08 - 0, 3 4 0,05'7 к Гм - сек2 ; s = 1 24 I /сек. 1 58 I !сек;

Работа буксова ни я включаемого фри кци она за время t

=

=

=

Тогда

Ф то

А 62

Фтк

=

=

1 -21

•

=

Фт

O,O:J7 1 - 2.2 ( 1 58 - 124) 2 I 66 =

кГм

.

Пол ная р абота буксования включаемого фри кциона А 6 = А 1у + A6i + A6i + = кГ14. + =

1 1 5 590 66 771

=

Обычно при оценке р аботоспособности фри кциона пользуются величи ной удельной р аботы бу ксовани я , отнесенной к еди ни це фри кцио н ной повер х ности . В дан ном случае А

где S

-

77 1

Аб

уд = S = 200 = 3 ,

g

к Гм/

2

сек ,

тор моза за n ы­ фр и кционная повер х н ость ленты пер вого с м2 • в канавок смазочных площади четом И6 кГн -

--

2SO

......

200

1

�-- �

50,0 о

х

,2

1'\ 7\� '

1SO 100

�, ....

р к Г/сн 2

�\ 1.' '

\

J --

/

щJ/сек 1.lт 1/сек

к� '

'

200 !-- /' - l.Jд

\ l.lm

'

.......

.,. _

1

Нн

150 100

о

Рис. 1 0 . Процесс переключен ия гидроме х а н ической передачи З ИЛ - 1 35 с первой ступен и на втор ую:

1 - рас четные к р и в ы е ; 2 - экс пе р и ме н т ал ь н ые к р и вые (при откр ыти и д россел ь н о й з асл о н ки дв и г ател я на 75 % )

Н а рис. 1 0 представлена ди а гр амма процесса пер еключени я с пер вой на вторую передачу , п остроенная по р ез у л ьта та м р асчета . Пункти р ом показана осциллогр амма п р оцесса переклю­ чени я , полученная при д о с с ел ь н о й заслонки дви rате,11 я .

75% открытия р

ЛИТЕРА ТУРА

1 . Х а р и т о н о в Н. П . и А н о х и н В . А . К: воп росу о плавн ости пере ­ ключе н и я гидромехааической п ередачи . «Автомобильная п ромышлен н ость» , 1 963 , No 5 . 2 . Е ч е и с т о в Ю . А . и Ч е р е д н и ч е н к о Ю . И . Индуктивные дат­ чи к и к р утящего момента и давлен ия . «Автомобил ь н а я промышлен ность», 1 96 1 , No 5 . 3 . Х а р и т о н о в Н . П . О повышен и и плав ности переключен и я гидро­ механ и ческой передачи . «Автомобильн ая п р омышлен ность», 1 964, No 5 . 4 . Х а й м о в и ч Е . М. Гидроп риводы и гидроавтоматика станк ов . М. , Машrи з , 1 963 . Канд . техн . наук Ю. И . ЧЕРЕДНИЧЕНКО

О СТА НДАРТ И ЗА Ц И И М ЕТОДО В СТ Е НДО В ЫХ ИС П Ы Т А Н И Й А ВТОМО Б И Л ЬН Ы Х ГИ ДРОД И Н АМ И Ч ЕС l(И Х Т РА Н С Ф ОРМАТОРО В

Гидр оди намически е тр а нсфор маторы (гидр отр ансформаторы) находят все более ши рокое при менени е в качестве основного эле­ мента автомати ческой тр а нсми ссии автомоби л я . Х арактери сти ка гидр отр а нсфор матор а существенно вли яет н а ди намически е и эксплу атацио н н ые к ачества автомобил я с гидро­ пер едачей . Совер шенствование гидротр ансфор маторов невоз­ можно без точной оценки вли я ни я на эту хар актери сти ку р азлич­ ных р асчетных , констру кторски х и тех нологи чески х фактор ов . Эта оценка прои зводится путем сопоставлени я р езультатов испы­ тани й р азли ч ных вари а нтов гидротр ансфор матор ов . Поэтому ме­ тоди ка и спыта ни й должна обеспечивать такую точность опр еделе­ ни я характер и сти к гидр отр ансфор матор ов, чтобы можно было об­ наружи ть даже небольшую р азницу в характери сти ках ср а в ни вае­ мых вар и а нтов . В н астоящее время пр едпри яти я и научно-исследовательски е ор гани заци и , за ни мающиеся пр оекти р ованием, и з готовл ени ем и исследованием гидр опер едач , и спытывают гидротр а нсформатор ы по р азли ч ным методи кам и в р азли ч ных услови я х . Это затрудняет сопоставлени е полученных р езультатов и мешает использованию накопленного опыта . Поэтому необходи мо ста ндарти зовать ме­ тоды стендовых и спыта н и й автомобил ь ных гидроди намически х тр а нсфор маторов . П р и этом должны быть огр ани чены все основ­ ные фа кторы , вли я ющие на получаемые р езультаты . Желател ь но проанализи ровать наиболее важные элементы ме­ тоди ки стендовых и спыта ни й гидротр а нсформатор ов , стандарти ­ заци я которых мож ет обеспечить достаточную точ ность и стабиль­ ность получаемых хар актери сти к , а также соответстви е эти х ха­ р актер и стик р еаль ным услови ям р аботы гидр отр ансфор матор а на автомобиле. 92

НА ЗН А Ч Е Н И Е И ОБЛАСТ Ь

П Р И МЕ Н Е Н И Я

СТА НДАР Т А

Экспери менталь ные констр у кции часто подвер гаются р азли ч ­ ным специ аль ным испыта ни ям, которые определ яются конкрет­ ными особен ностями той или и ной схемы и спол ьзовани я гидр о­ тр а нсфор матор а или задачами и сследовательского характер а , по­ этому стандар ти зовать методы и спытани й таки х констру кuи й неце­ лесообр азно . Стандарти заци и подлежат: Методы контрол ь ны х испытани й гидр оди намически х тр а нс­ фор матор ов, выпускаемых заводами в качестве самостоятель ной товар ной продукци и , и гидр отр а нсфор маторов , которые выпу­ скаются как составная часть автомобил я . 2 . Методы определени я эксплуатаци онной характери сти ки гидр отр а нсфор маторов новых и модер низи р ованных констр укци й . Под эксплуатаци о н ной х а р а ктери сти кой понимается харак­ тери сти ка, определяемая п р и р аботе гидр отр а нсфор матор а на р а ­ бочей жидкости , р екомендуемой тех нически ми услови ями завода­ изготовител я или и нстру кцией по эксплуатации автомобил я . Та­ кая характер и сти к а позвол яет судить об эксплуатаци о н ных ка­ чествах гидр отр а нсфор матор а , которые определ яются как кон­ струкцией гидр отр а нсфор матор а , так и свойствами при меняемой р абочей жидкости . Очевидно, что эксплуатаци онная хар актери сти ка должна опре­ дел яться при наи более хар актер ных услови я х р аботы гидр отр а нс­ фор матора на автомобиле. Она должна и спол ьзоваться дл я р асче­ тов , относящихся к автомобил ю с испытываемым гидротр а нсфор ма­ тор ом, и при води ться в качестве эксплуатаци о н ной в каталогах , и нстр у кци ях и дру гой тех нической документаци и завода-изго­ товител я и завода-заказчи к а . Методы опреде.лени я объ явленной характери сти ки гидр о­ тр а нсфор маторов новых и модер низи р ованных конструкци й . Выбор р абочей жидкости дл я гидр оди нами ческой пер едачи , в которую входит гидр отр ансфор матор , прои зводи тся преи му ­ щественно н е по п р и н ятому ти пу гидр отр а нсфор матор а , а с учетом особен ностей и наз начени я всей тр а нсмиссии . Поэтому в настоящее время гидр отр а нсфор маторы оди наковых или бли зки х ти пов экс­ плуати р у ются и и спытываются с р азли чными р абочи ми жидко­ стями и и меют вследстви е этого р азли ч ные эксплуатаци он ные ха­ рактери сти ки . Это не позвол яет ср авни вать гидр отр а нсфор маторы между собой по совер шенству констру кции и качеству и зготовле­ ни я даже при наличии и х х а р а ктери сти к . Такое положение может быть устр а нено введени ем в стандарт тр ебовани я об обязательном определении нар яду с эксплу атаци он­ ной также и характери сти ки , котор ая условно может быть на­ звана объявлен ной . Такая х а р а к тери сти ка должна определ яться а налогично эксплу атаци о н ной (в тех же услови я х и на тех же р е­ жи мах) , но на какой -то одной определен ной р абочей жидкости .

1.

3.

93

Только ср авнени е объявленных х а р а ктеристи к может дать объекти в ное пр едставл ени е о р азни це в совер шенстве констру кци и и качестве и з готовлени я р азли ч ных гидр отр ансфор маторов. Масло тур би н ное 22 рекомендуется в качестве р абочей жидкости при определении объяв.1 е н ных хар актер и сти к , так оно более ста­ 50° С) , чем дру ги е 20+23 ест п р и t бил ь но по вязкости (v товар ные масл а . =

ОБ ЩИ Е

=

УСЛ О В И .Я

И СП Ы ТА Н И Й

Перед и спытани ями гидр отр ансфор матор дол жен подвер гатьс я обкатке по тех ни чески м услови ям завода-и зготовител я . Измер ени я при и спытани ях должны прои зводиться на уста­ нови вши хся р ежи мах р аботы с помощью при боров и аппарату ры пер иодически п р о веряемых или тар и руемых в соответствии с су­ ществующими положе ниями о контроле измер ител ьных п р ибо р о в . Искл ючением дол ж ны явиться устройства дл я и змер ени я крутя ­ щи х моментов на валах гидротр ансфор матор а при определении эксплуатаци о н ной и объявл е н ной характер и сти к . Провер ка и та­ ри ровка эти х устр ойств должны пр оводи тьс я до и после испы­ та ни й . Температуру р абочей жидкости , и змер яемую н а выходе из гидр отр ансфор матор а , следует огр а ни чи вать , так как она заметно вли яет на результаты и спыта ни й . В качестве номи наль ного зна­ чени я температуры можно р екомендовать fм = 90° С . Такую тем­ пер ату р у и меют в р еаль ных услови ях эксплуатаци и р абочи е жид­ кости многи х гидр опер едач . Дл я оценки допускаемых кол еба ни й темпер атуры можно ис­ пользовать р езул ьтаты и спыта ни й гидротр а нсфор матор а автомо­ бил я ЗИJI- 1 1 1 [ l ]. П р и и спыта ни я х на масл е тур би н ное макси ­ 0 , 860 0 , 885 п р и fм 90 ° с и 'l'J max мал ь ный к . п . д . 'l'J m11x 50° С, т. е. р а з ни ца в макси мал ь ном к . п . д. составила при fм 2 , 5 % при и зменении температу р ы на 40° С. Е сли предположить , что к р и вая и зменени я вязкости от темпер атуры и меет при f м 50° С такой же гр ади ент, что и п р и 90° С , то допуск в ± 3° С при ведет к оши бке в макси маль ном к . п . д. только на ± 0, 2 % . В дей ­ ствительности же за счет большей пологости кривой вязкости при 90° С оши бка будет значител ь но меньше . Следователь но, реко­ мендуемая темпер ату р а р абочей жидкости fм 90 ± 3° С позво­ лит получать впол не сравни мые р езультаты . Испытани я р азли чных гидротр а нсформаторов впол не возможно проводить п р и еди ном давлении пи та ни я Рп · Н аи более неблаго­ при ятен по кавитации р ежи м , при котором передаточное отношение � = i = О при п 1 n10 . В ел и чи на n10 определ яется как n1 точка пер есечени я характер и сти ки дви гател я при пол ном откры­ тии др оссель ной заслонки карбюр атор а с нагрузоч ной пар аболой гидротр ансформатор а при i О.

22

=

=

=

=

=

=

=

=

94

=

1

Н а р и с . показаны зави си мости макси маль ного коэффи ци ента тр а нсфор маци и k0 от давлени я пита н и я Рп дл я тр ех наи более р ас­ простр а нен ных ти пов гидротр а нсфор маторов . Из срав нени я к р и ­ вых 3 и 4 , относящи хся к одному и тому ж е гидротр а нсфор матору при р аботе н а р азли ч н ых масл а х , видно, что и зменени е сор та р або­ k 0 (Рп) . Кр и ­ чей , жидкости и зменяет х а р а ктер зави си мости k0 вая 4, соответствующая маслу с большим количеством легки х фр ак­ ци й (ди зельное топл и во) , 1t пер еходи т в гори зонталь­ ko /з ную прямую при большем 4 давлении питани я , чем "2 к р и вая 3, соответствующая 3 более тяжелому масл у . /7 Поэтому кривые, показан- 2 ные на р и с . характер и !i 6 Р" КГ/СН 2 з о 2 зуют не кавитационную Рис. 1 . Зависимость максимального коэффи­ устойчи вость собственно циента тра нсформации k0 от давлен и я п ита ­ гидротр ансформатор а, а н и я Р п дл я rидр отра нсформаторов : кавитаци онную устойчи ­ 1 - З И Л- 1 1 1 ; 2 - ти п а Алисо н ; З - З И Л- 1 2 9 Б вость гидротр ансформато­ ( V J()() = 5, 1 сет ) ; 4 - З И Л- 1 2 9 Б (V 1 00 = 1 , 6 сет ) ра с да н ной р абочей жид­ костью. Это еще р аз говорит о целесообр аз ности определени я объявленной хар актеристи ки на одном и том же масле, так как только тогда можно сравни вать кавитаци онные качества сами х гидротр а нсформатор ов . На р и с . 1 видно, что дл я испыта н ных гидротр а нсфор маторов, применяющи хся в гидр опередачах больши нства автомобил ей , можно огр аничи в аться давлением пита ни я Рп = 4 кГlсм2 • При дальнейшем увеличени и Р п вел и чи на k0 практически не увеличи ­ вается . Поэтому мож но дл я всех гидр отр а нсфор маторов п р и ­ нять Рп 4 + 0 , 5 кГ/см2 • =

-

�

1,

=

ОС Н О В Н А Я

СХ ЕМА

И СП Ы ТА Н И Й

В настоящее время п р и меняются в основном две схемы испы­ та ни й . Общи м дл я эти х схем явл яется то, что нагрузка на выход­ ном валу М 2 создается каки м-л и бо тор мозом. Разни ца в схемах испытани й определяется способом определени я крутящего мо­ мента М 1 на входном валу гидротр а нсфор матор а . В пер вой схеме весовым способом и з мер я ется р еакти в ный мо­ мент М 1 на кор пусе бал а нси р но подвешен ного дви гател я , р ав­ ный М 1 , или п р ои зводится и змер ени е М 1 ди намометрически м устройством, связывающи м при водной дви гатель с входным валом гидротр а нсформатор а . В этом случае коэффи ци ент тр а нсфор мации определ яется по фор муле (1) 95

Во второй схеме нар яду с М � определ яют величи ну реакти в­ ного момента М 3 на кор пусе бал а нси р но подвешенного гидро­ тр ансфор матор а . Тогда (2) М1 = М 2 - М3• Коэффи ци ент тр а нсфор мации k

М2 М 2 - Мз

=

( 3)

,

Дл я решени я задачи о точ ности определени я коэффи ци ента тр а нсфор мации в обеи х схемах и змер ени й предположи м [ 1 ] что испыта ни я ведутся на режи ме М 1 �р coпst и что макси мал ь ные значе­ бн ни я шкал всех весов соответствуют B r--�-r.,,..-=---t�-=:1=-=--1 макси мал ь ным измер яемым усили ям и кл ассы точ ности б м всех весовых у с гройств оди наковы . Тогда можно получить :

г-�--,-��-,-��-т--�--,

'+

з

Рис. 2. Предельные относ и тел ь ­ ные ошибки схем измерения п р и k0 =

=

=

бп р 2, s

( �0 + 1 ) ; ( 2 k0 - 1�0 - 1 ) ,

бпр 1, 2 = ::t: бм

(4)

бм

(5)

=

±

где б п р i. 2 и б п р 2, 3

- пр едел ь ные

относи тель­ ные погр ешности опре­ делени я коэффи ци ента и dM 3 (k0 1 ) dM ,; 3 - дл я тр ансфор мации по пер­ dM схем ы М и М при dM 2 k0 dM , вой и второй схемам испыта ни й . Таки м обр азом , величи ны бп р зависят от кл ассов точ ности ве­ совых устр ойств и от макси мал ь ных коэффи ци ентов тр ансфор ма­ ци и гидротр а нсфор маторов которые учитываются при подборе эти х устр ойств . Дл я сопоставл ени я возможных погр ешностей обеи х схем из­ мерени я при л юбых классах точ ности весовых устр ойств ур ав­ нени я (4) и (5) можно представить в виде:

-

1 дл я с х е м ы М 1 и схем ы М • и М s п р и =

2

-

s

5:

2; dM 2 М

2

=

=

k0 dM

дл я

1

s=

=

k0,

( �о + 1 ) бп;:·з ± (2ko - �о - 1 ) . при веден гр афи к вел и чи н бп; дл я бп;м1,2

=

;

±

=

{J

(6)

(7 )

случая, когда На рис. 2 На �·р афи ке р и с . 2 видно, что тол ько при значе ни я х k .:::;;:: 1 0 k предельная относи тельная ошибка определени я ко01ффи ци ента тр ансфор мации в схеме и змер ени я М 2 и М 3 меньше, чем в схеме и змер ени я М1 и М 2 ( к р и вые 1 и 2) . =

96

5.

М

Представл яет и нтерес случай, когда величи ны М 2 и з (кри ­ вая 3) и змер яются оди наковыми весовыми устройствами . Тогда

6п;м2 ,з

=

±

( 2 ko - �о ) .

(8)

Сопоставление кри вых 1 и 3 еще р аз п р иводит к выводу о боль­ шей точности схемы и змерени я М1 и М 2 • Эту схему можно п р и нять за ста ндартну ю . СТЕ НД ДЛ Я

И СП Ы ТА Н И Й

Стенд дл я и спыта ни й должен и меть основные устр о йства дл я : а) уста новки и закреплени я гидротр а нсформатор а ; б ) п р и вода входного вала пщротра нсфор матор а ; в ) тор можени я выходного вала гидротр а нсфор матор а ; г) соеди нени я валов гидротрансформатор а с вал ами тор мозного и при водного у стройства; д) охл аждени я р абочей жидкости ; е) пита ни я гидр отр ансформатор а . Кроме того, стенд должен и меть оборудование дл я и змер ени й : крутящи х моментов М 1 и М 2 н а валах гидр отр а нсфор матор а с точ­ ностью ± 0 , 5 % ; скорости вр ащени я ведомого и ведущего nалов гидроди намического тр ансформатор а с точ ностью ± 0 , 5 % ; темпе­ ратур ы р абочей жидкости на выходе из гидр отр а нсфор матор а с точ­ ностью ± 3° С ; давления питани я гидротр ансфор матор а с точ­ ностью ± 0 , l кГ/см 2 • Особое внимание должно быть уделено устройству дл я уста­ �ювки на стенд испытываемого гидротр ансфор матор а, та к как это устройство может вли ять на характер исти ку rидр о rр а нсфор матор а . Положени е р абочих колес в устр ойстве должно быть таки м же, как в гидропер едаче автомобил я . Уплотнител ь ные элементы и под­ ши п ни ки устройства дл я установки гидротр а нсфор матор а долж ны быть выпол нены таки ми же, как в гидропер едаче автомобил я , или быть возможно более близкими к ни м по констру кции и р азмер у . Тогда потери тр ени я п р и р аботе rидротр а нсфор матор а н а автомо­ биле будут п р и мер но р ав ны потер я м трени я при испытани я х . Многи е автомобиль ные гидротра нсфор маторы крепят к колен­ чатому валу дви гател я жестко или чер ез у п р у гую ди афр а гму . Уста­ новка гидротр ансфор матора в устр ойство для и спыта ни я требует введени я специ аль ного вал а , заменяющего коленчатый вал дви га ­ тел я . Специ альный вал может при меняться также дл я замены вал а турби нного колеса гидротра нсформятор а , и спользу емого дл я свя зи тур би ны с меха ни чески ми элементами гидропередачи . Очевидно, что потери трени я на валах устр ойства дл я уста новки rидротр а нс­ фор матор а на стенд должны быть ми ни маль ными Дл я этого валы устройства должны опи р аться на подши п ни ки качени я с постоя н ­ ным запасом смазки или н а подши п ни ки качени я с жидкой смаз7

З а к а з 1Б7Б

97

кой , количество которой дол жно быть ми ни мал ь ным . В посл еднем случае смазка должна удерживаться уплотнени я ми бесконтакт­ ного ти п а . Констр у к ци я устр ойства подвода и отвода р абочей жидкости по свои м проходным сечени я м и местным сопр оти вле­ ни я м дол ж н а быть возможно более бли з кой к к онстр укци и системы питани я и охл аждени я гидр оди нами ческого тр а нсфор матор а в гид­ р омехани ческой передаче автомобил я и обеспечи вать р азмещени е датчи ков давлени я и температу р ы в магистр ал ях подвода и отвода р абочей жидкости возможно ближе к р абочи м колесам гидр отр а нс­ фор матор а . Н а некотор ы х автомобил я х п р и вод гидротр а нсформаторов осу­ ществл яется через п р омежуточ ную мех ани ческую пер едачу , а не от коленчатого вал а дви гател я непоср едствен н о . Очевидно, что таки е гидр отр ансфор матор ы должны быть и спыта ны без п роме­ жуточ ной передачи . О П Р ЕДЕЛ Е Н И Е

Э КС П Л УАТА ЦИ О Н Н ОЙ

Х АРА КТЕРИ СТИ КИ

В есовые устр ойства следует тар и ровать до и после и спытани й . Есл и р езультаты тар и р овок р асходятся , то и спыта ни я должны быть повтор ены . В ажным вопр осом я вл я ется выбор р ежи ма и спыта ни й . Из про­ веденного в р аботе ( 2 ] а нали за видно, что наиболее р аци ональ­ ным р ежи мом явл я ется р ежи м посто я н ного крутящего момента на вход ном валу гидр отр а нсфор матор а М 1 const , при чем эта вел и чи на должна быть р ав н а 0 , 6-0 , 9 макси мал ь ного к рутящего момента дви гател я , с которым р аботает и спытываемый гидр отр а нс­ фор матор . Сужени е зоны значени й М 1 = const нецелесообр а з но , т а к как при этом повышаются тр ебова ни я к и с пытательному обо­ рудовани ю . Повышени е вел и чи ны М 1 улучшает х а р а ктери сти ку гидротр а нс­ фор матор а . На р и с . 3 показано вли я ни е вел и чи ны М 1 (в дол ях на основ ные п а р аметры тр ехсту пенчатого гидр отр а нс­ от М фор матор а ЗИЛ- 1 29 Б при и спыта н и я х на дву х р аз ных маслах . Изменени е М 1 с 0 , 6 М ав m а х до О , 9М а8 m a x увел и чило макси мал ь ный к . п . д. п р и мер но на 1 % и макси м ал ь ный коэффи ци ент тр а нс­ . Это соответствует 1 ол ь к о трехступен­ фор маци и п р и мер но на ч атому гидротр а нсфор матору , который оказался наи более чув­ ствител ь ным к и зменени ю вел и чи н ы М 1 . В др у ги х ти пах гидро1 р ансфор маторов, напри мер , ЗИЛ- 1 1 1 и Алисон, вли я ни е М1 зна­ чител ь но меньше [ 2 ] . Огр а ни чени е макси мал ь но го значени я М 1 целесообр азно дл я того, чтобы п р и о п р еделени и эксплу атаци о н ной х а р актери сти ки не получал и сь з начени я п а р а метр ов гидротр а нсфор матор а , ко­ торые будут п р евышать эксплуатацио н ные. З н ачени я М 1 при и сп ытани я х должны отл и ч аться от задан ной вел и чи ны М1 const н е более чем на ± 2 % . =

двmах)

4%

98

=

Испытани я п роводятся п р и и зменени и передаточ ного отноше­ 0--;.-- i max · З а iшах дл я комплексных гидро­ ни я в ди апазоне i тр ансфор маторов п р и ни мается з начени е i, получающееся при от­ сутстви и нагрузки (М 2 = О) и п ри макси мал ь ном чи сл е обор отов вала дви гател я , с которым должен р аботать и сп ытываемый гидр о­ тр ансфор матор . Дл я гидр отр а нсфор матор ов, не и меющи х р ежи ма гидроди нами ческой муфты, за iшах п р и ни мается з начение i, п р и котор ом k = О , или такое значени е i, котор ое получаетс я , когда чи сл о обор отов ведущего вала гидротр а нсформатор а р авно мак­ си маль ному числу оборотов вала дви гател я , п р едназначаемого дл я !fо г-----�----� р аботы с и спытываемым гидроЧ.б тр а нсфор матором . Числ о экспери менталь ных точек п р и и спыта ни я х должно быть 4. 4 достаточным дл я того, чтобы при построени и хар актери сти ки вы­ явить фор му и хар актер кри вых -::.. 80 во всем ди а пазоне обследуемых режи мов , в том числ е точки и злома хар актери сти ки на р ежи мах откл ю- з.в ,___,,_ -+-----..... 76 чени я реакторов дл я комплексных гидрод и н ами чески х тра нсформаз.Б2....0 _._ ____. 4,0 торов . БО М; кГм , Испыта ни я на р ежи ме i о аз аБ О,911а6 тох п р оводятся не менее 3 р а з . Р и с . 3 . В л и я н и е кр утящего момента В качестве р абочей жидкости на входном валу А1 1 на основные и спол ьзуется масло, р екомендо­ па р амет р ы трехступенчатого rидрот р ансфор матора ЗИЛ- 1 296 : в а н ное заводом-и з готовителем дл я эксплуатации и спытываемого ги - J - v1 00 = 1 , б сет; 2 - v 1 00 = 5, 1 ест др отр а нсфор матор а . Е сли при контрол ь ных и сп ытани ях можно о гр а ни ч и ться п р о ­ вер кой паспорта на п а р ти ю масл а , и спол ьзуемого дл я и спыта­ ни й , то при определе ни и эксплуатацио н ной х а р а ктери сти ки сле­ дует определить факти чески е плотность и вязкость масл а непо­ средствен но перед н ач алом и спыта ни й при темпер ату р а х 50 и 90° С . Испытани е п р и 50° С дает возможность п р овери ть соответстви е масл а ГОСТу (обыч но п а р аметр ы масла задаются п р и этой темпе­ р атур е) . Провер ка п р и 90° С дает дан ные о п ар аметр а х масл а при температуре испыта ни й . При отбор е п р обы масл а дл я а нали за следует и меть в виду воз­ можность п еремеши вани я з али ваемого масл а с маслом, оставши мся от предыдущи х и спыта ни й в устр ойстве дл я охл аждени я р абочей жидкости . Поэтому целесообр а з но бр ать масло дл я а нали з а из бачка устройства дл я п и та ни я гидротр а нсфор матор а , р аботающего не ме­ нее 2 мин на р ежи ме i = imax · При этом масл о дол ж но обязател ь но пропускаться через устройство дл я охл аждени я р абочей жидкости . =

__

____

___

=

7*

99

О П Р ЕДЕЛ Е Н И Е

ОБЪ Я ВЛ Е Н Н ОЙ

ХАРА КТЕРИ СТИ КИ

Целью и спыта ни й явл я ется получени е характер и сти ки , и с­ пользу емой дл я ср ав нени я с х а р а ктери сти ками гидр отр ансфор ма­ тор ов др у ги х ти пов и р азмеров . О п р едел ени е объ я вл е н ной х а р а ктери сти ки должно пр оводиться точ но так же, как и определ е н и е эксплу атаци о н ной характер и ­ сти ки , к р оме р абочей жидкости , в качестве которой сл едует и с­ пол ьзовать масл о ту р би н ное 22 (ГОСТ 32-53) . Очевидно, что в качестве з начени я М 1 const п р и и спыта ни ях следует п р и ни мать ту же вели чи н у , что и п р и определении экс­ плу атаци о н ной характер и сти ки . Объявл е н ная характер и сти к а обязател ь но должна п р и водиться в к атал о га х , и нстру кци я х и дру гой тех ни ческой документаци и завода- и з готови тел я нар яду с эксплуатаци о н ной . Е сли объявлен­ ная хар актер и сти ка совп адает с эксплу атаци о н ной , то это должно о гова р и в аться специ аль но . Е сл и вместо экспл у атацио н ной харак­ тери сти ки п р и водятся ее отдел ь ные пар аметры , то одновременно должны п р и водиться те же пар аметр ы объ явл енной хар актер и · сти ки . =

КОНТРОЛ Ь Н Ы Е

ИСП ЫТА Н И Я

Контр ол ь ные и с п ыта н и я проводятся дл я п р овер ки качества и з готовлени я гидр отр а нсформатор а и соответстви я его основных показателей вел и чи нам, у каза н ным в тех ни чески х услови ях за­ вода-и з готови тел я . Пор ядок п роведени я контр ол ь ных и спытаний и подготови тель­ ных р абот к ни м , п ер и оди ч ность и с п ытани й , компл ектность и спы­ тываемого гидроди нами ч еского тр а нсфор матор а , р ежи м испыта ни й и п ер ечень п р и з наков , по которым бракуются гидр отр а нсфор ма­ торы , долж ны о п р едел яться тех ни чески ми усл ови я ми за вода -из­ готовител я . Эти тех нически е усл ови я должны учитывать все тре­ бов а ни я п р едпол а гаемого ста ндарта . В качестве р абочей жидкости должно и спользоваться масло, р екомендова н ное заводом-и з готовителем дл я экспл у атаци и испы­ тываемого гидротр а нсфор матор а . П р и контр ол ь ных и спытани я х целесообразно п ровер ять проч­ ность гидр отр а нсфор матор а , макси мал ь ный коэффи ци ент тр анс­ фор маци и k0 , макси мал ь ное передаточ ное отношение iшах на р е­ жиме гидр оди нами ческой муфты (только дл я комплексных гидро­ тр а нсфор матор ов) , макси мал ь ный к. п . д . 'УJ шах · П р оч ность гидр отр а нсфор м атор а провер я ется на р ежи ме i = О . В едущему валу задается такое числ о оборотов, чтобы крутящи й момент на этом вал у М 1 дости г вел и чи ны, зада н ной тех ни чески ми услови ями . Задаваемая тех нич ескими усл ови ями величи на М 1 должна быть не менее макси мал ь ного крутящего момента дви га­ тел я , п р едназнач аемого дл я р аботы с и спытываемым тр а нсфор ма100

тор ом . При таки х испыта н и я х вся мощность , затр ачи ваемая дви ­ гателем, пер еходи т в тепл о . Поэтому обыч но не удается поддержи ­ вать постоя нную темпер ату р у р абочей жидкости . В этом случае мож но допускать увел и чени е темпер ату р ы до 1 1 0- 1 20° С. Муфты свободного хода компл ексны х гидр отр а нсф9р матор ов при пр овер ке прочно сти н а гружаются макси маJLь ным крутящи м моментом . При ;этом возможно з а кл и ни в а ни е муфт. Поэтому и спы­ та ни я на п р оч ность дол ж н ы обязател ь но п р оводиться перед о п р е­ делением imax· П р и о п р еделе ни и iшах автоматически будет п рове­ рено, не закл и н и л и сь ли муфты свободного хода . Следует отметить , что в двух п оточ ных гидроп ер едачах гидро­ тр а нсфор маторы на определенных р ежи мах р аботают при отри ца­ тел ь ных значени я х передаточ но го отношени я . При эти х р ежи мах создаются больши е на грузки на муфты свободного хода и на гидро­ тр а нсфор матор в цел о м , чем при р ежи ме i = О . Поэтому гидр о­ тр а нсформатор ы , п р едназначенные дл я р аботы в дву х поточ ных гидр опер едач а х , целесообр азно и сп ытывать на п р оч ность п р и макси маль н ы х отри цательных значени ях пер едаточ ного отно­ ше н и я . Ко нтр ол ь ные ис пыта ни я могут п р оводи ться на том же р ежи ме при М1 = const , на котором п р оводится о п р еделени е эксплу ата­ ционной хар а ктери сти ки . Н ар яду с эти м п р и определ ении k 0 , imax и 1l max можно допустить , чтобы ч и сл о обор отов входного вал а гидр отр а нсфор матор а было посто я н н ы м п 1 cons t . Это позвол и т и спользовать дл я контрол ь ны х и спытани й , носящи х х а р актер п р о ­ изводственной тех нол огич еской опер аци и , стенды , основа н ные на и спользова ни и ши роко р ас п р остр а ненных электр одви гателей пере­ менного тока . В еличи ну n1 = const жел атель но задавать доста­ точ но бли зкой ( ± 0 % ) к вел и чи не (п1) 0 . При и сп ытани я х зада н­ ная тех ни чески ми услови я ми вели чи на n1 const должна выдер ­ жи ваться с ТОЧ НОСТЬ Ю ± 2 % . Очевидно , что р ежи м контрол ь ны х и спытани й М 1 = const или n1 = const при о п р еделении k0 , imax и 1l max должен задаваться тех нически ми услови я ми завода-и з готови тел я . Пр овер к а м акси ­ м ал ь ного коэффи ци е нта тр а нсфор маци и п р оводится на р ежи ме =

1

=

i

= о.

После выдержки н а уста новле нном р ежи ме, необходи мой дл я прои зводства и з мер ени й , числ о обор отов ведущего вал а гидр оди ­ нами ческ ого тр а нсфор матор а снижается (дл я у меньшени я тем п ер а ­ тур ы р абочей жидкости ) , а затем с н о в а повышается . Пр овер к а макси мал ь ного к . п . д . 11 шах должна п р оводиться п р и передаточ­ ном отношени и , з адаваемом тех ни ч ес к и ми услови ями . При и спы­ тани я х пер едаточное отношени е не должно отли ч аться от з н ачени я , задаваемо го тех ни чески ми услови я ми , более чем н а ± 2 % . После выдержки н а уста новле н ном р ежи ме р ежи м р аботы гидро­ ди на мического тр а нсфор матор а должен быть и зменен для прове­ дени я повтор ных и з мер ен и й .

10 1

Пр овер к а макси мал ь но го передаточного отношени я i max на ре­ жи ме гидр оди намической муфты п р оводи тся на од ном или несколь­ ки х р ежи мах , задаваемых тех нич ески ми усл ови ями . При этом в тех ­ ни ч ески х у слови я х р еж и м , на котор ом п ровер яется i max• дол жен быть з адан дву м я пар аметр ами М 1 и п 1 • Э то видно и з р и с . на котором пок азаны хар а� шар и ков ; -- 13,3 - 2q> О-,9445, 404 ша0,78; 0,7 . ри ков ; 1 3 , 3 шар и к а ; 21 ,8 шари ка ; При подсчете коэффициента п р инималось 0,9, т . е . нескол ь ко выше, значен ие , рекомендованное в р аботе (1 ], та к как в р ассматр иваемом пр и­ =

0,472 рад ; z0 =

z1 = 1 3 ,3

12

z

=

чем

с1 =

с

с2

с =

=

мере гай ка имеет малое количество витков и точ ность выполнения винтовой пары очень высокая : 3

3

V4N2E•A2 0,78 v-4-.4=7,...,8�.-=2-o,1-=5-c:-2-o.1-=o-=-1-0.0,--. 0""'2'"2=" 52 280 кГ/мм2 . По графи к у , изображен ному на р ис . определ яем зна чен ие 0,78 О, Кр � 16. ивая f ( � ) построена по да нным р аботы [ 2 ]. Для стали 25Х ГТ цементованной с твердостью поверх ности 58-62 цопускаемое на п р я жение на смятие [а �;м 500 кГ/мм2• Тогда : max = 2 60 кГ; max кГ. O'm ax

=

= т

т =

=

=

4,

2

т =

RC

=

N2

Fв

=

при

2500

А НАЛ И З Р ЕЗ УЛ ЬТ А ТОВ

Р АСЧ ЕТА

Коэффи циент полезно г о действ и я ви нтовой пары зависит от нагрузки на соп р я же н н ые детал и . Учитывая параметр ы с у ществ у ю ­ щей констр укции ви нтовой п ар ы , можно определ ить зависи мость у гл а трения Q от величины осевого усил и я на ви нте . Эта зависимость в соответстви и с фор мулой (7) получит следую­ щий вид: Q = arctg 0 , 655 ° l 0-1 VF• . На р и с . 5 представлены графи ки : Q

= f1 (Fв) ;

1']

=

=

f 2 ( Fв ) ; k fв ( � ) ; Q fь (В) . =

=

f4 (�)

И

1']

Как видно из графи ка, показанно г о на р и с . 5, к . п . д. ви нтовой шар и ковой п а р ы заметно уменьшается с р остом осевой н а г р у з к и н а ви нт, но всегда остается выше 0 , 7 п р и существующих вел и ч и ­ н а х реал ь ных нагрузок, котор ые п р и р аботе с гидроусил ителем изменяются от О до 600 кГ и могут достигать 2000-2200 кГ пр и движении автомобил я с нер аботающим гидроусилителем р ул я . П р и повор отах в колее без гидроусил ител я в и нт может на­ гружаться осевой силой , дости гающей 4500 кГ, но та к как этот режим р аботы р ул евого меха низма встречается весьма редко, п р и расчете ero можно не учитывать . Следует заметить , что ви нтовая пера, как был о выявлено стендовыми испыта н и я м и , выдерживает без р азр ушения одно к р атную осевую нагрузку более 1 6 ООО кГ. Опыт эксплуатации р улевых механизмов на автомобил ях ЗИЛ- 1 30 и на самосвал а х ЗИЛ-ММЗ-555 показал , что наиболее сл абым звеном , с точки зрения износостой кости элементов меха­ низма , я вл яетс я ш а р и ковая ви нтова я пар а . Так, н а п р и мер , после 126

пр обега автомобилей 1 !10 000- 1 60 ООО км по дор огам Таджи ки ­ ста на в ви нтовой п а р е появился осевой зазор 0 , 3 мм , котор ый вызвал допол нител ь ный нерегул и р у емый у гл овой зазор р улевого колеса около 6° . В и нстр у кции по экспл у атаци и автомобил я ЗИЛ- 1 30 допускаетс я осевой зазор в в и нтовой паре не более 0 , 2 мм . Таким обр азом , дл я устр а не н и я нерегул и р уемого зазор а на р у ­ левом колесе требуется мен ять ви нтовую п а р у в мех а н и зме после пробега пр имер но 1 00 ООО км по гор ным дор огам .

о

о

о

'tOO 20

k=fз ffi)

800 60

1200

jJ

7 600

2000

Fo хГн

Рис . 5 . Гр афи к зав исимости у гла тр ения р , коэффициента лолез­ ного действия ri и коэффициента трения качен и я k от осе в ой на­ г р узки F8 и у гла Р

П р и испыта н и я х ви нтовой п а р ы в сте ндовых усл о в и я х с кру­ тящи м моментом на р ул евом ви нте , р а в ным 3,5 кГм , после 1 200 ООО обор отов (300 ООО ци клов по 4 обор ота в каждую стор ону) ви нта осевой зазор дости г 0 , 45-0 , 48 мм , и п роизошл о усталостное р аз­ р у шение шар и ко в . Мер опр и яти я п о с нижению удел ь н ы х да влений в точке контакта шар и ка с повер х ностью в и нтовой канавки ви нта и гай ки будут способствовать повышению износостой кости в и нтовой п а р ы . А нал и з и р у я выр ажени я дл я о п р едел ен и я ri , k и можно за­ метить , что уменьшение у гл а � (см . р ис . 1 ) с н и жает потер и на трение в ви нтовой п а р е , а та кже с н ижает нормал ь н у ю нагрузку . Это позвол яет з начител ь но повысить срок сл ужбы в и нтовой пары п р и р аботе с существующими осевыми нагр узками на в и нте . Н а р ис . 4 графически отр ажена взаимосвязь р азл и ч н ы х кон­ стр у кти в н ы х пар аметр ов и х а р а ктер исти к в и нтовой пар ы . Здесь можно отметить , что с уменьшением диаметр а d к ( р и с . i ) заметно возр астает коэффициент пол езного действ и я ви нтовой п ар ы .

Q,

1 27

в ы вод

Шари ковая в и н товая п а р а , п р и ме н яема я в р улевом мех а н изме автомобил я ЗИЛ- 1 30 , обл адает высоки м к . п . д . В месте с тем к. п . д. р улевого мех а н и з ма можно повысить за счет уменьшен и я ди аметр а d , и у гл а наклона � р абочего п р офил я ви нтовой ка­ нав ки . Одновр еме н н о с эти м у меньшитс я на грузка N 2 на оди н ш а р и к п р и той ж е осевой нагр узке н а р улевом ви нте, что позво­ лит заметно у вел и ч ить дол говеч ность ш а р и ковой в и нтовой п ар ы , определ яющей дол говечность всего р улевого мех а н и зма .

ЛИТЕРАТУРА 1 . П я с и к И . Б . Ша р и ко-винтовые мех а н измы . М . , Ма ш г и з 1 962. 2 . Б е л я е в Н . М . Соп ротивлен ие мате р и а л о в , М . , Ф и з матг и з , 1 962. 3 . Сп р авоч н и к машиностроителя . Т. 3 . М . , Маш г из , 1 962. ,

РАЗ Н Ы Е в о n Р ОС Ы

в . А . А но х и н

О П Ы Т Н О Е О П Р ЕД ЕЛ ЕН И Е МОМ ЕН ТО В И Н ЕР ЦИ И ВРА Щ А ЮЩ И ХС Я Д ЕТАЛ Е Й МА Ш И Н

При испыта н и я х гидр омеханических передач , двигателей и др угих агрегатов на неустановившихся режимах необходимо знать моменты и нерции вр ащающи хся деталей и узлов, входящи х в испытател ь ный стенд . А нал итичес кое определение моментов и нерции с требуемой точ ностью и ногда оказывается невозмож ным из-за констр у кти вной сложности узлов и агрегатов . В та ком сл учае воз н и к ает необхо· димость в экспер и ментал ь ном определении моментов и нерции вра­ щающихся детал ей маши н . Обыч но при этом пол ьзуются методом маятникового подвеса ил и методом падающего гр уза . Оба метода известны из курсов общей физи ки и теоретической мех а н и ки ; однако их п р а ктическое испол ьзова ние затр уднено всл едствие отсутстви я отр аботанных схем , опыта и четкой мето· ди ки пр оведени я экспер и мента . В статье оп исываются оба метода с п р и ведением возможных констр уктивных способов их п р и менен и я , даются фор мулы дл я вычисления погрешностей экспер имента . В качестве п р и мера про­ водятся подробные р асчеты , связанные с определением момента инер ци и р отор а электр омаш и н ного ди намометр а опытным путем и позвол яющие на конкретном п р и мере дать сравнительную оценку точности обоих методов . МЕТОД МА Я Т Н И К.ОВОГО

П ОДВ ЕСА

Сущность метода заключается в определении момента и нер ции физического ма ятника из математичес кого выраже н и я его пер иода колеба ний . Уравнение движения маятн и к а п р и нал и ч и и сопротивлений , пропор циональных его скор ости , имеет следующий вид: lnp fJJ " + Л qJ ' = - G l sin qJ , (1 ) где l np - момент и нерции качающи хся частей маятн и к а , п р и ­ веденный к оси качани я ; 9

Заказ

1575

12 9

- коэффициент пропор ци онал ь ности ; G G - вес маятн и ка ; G Gг + у ( Gг - вес груза ; плеча маятн и ка) ; l - дл и н а плеча маятни к а . Л.

=

Gп

- вес

Пр и мал ых отклоне н и я х маятни ка о т пол ожен и я устойчивого р а вновесия (-0 , 1 < ер < О , 1) п р и н и мается s i n ер ,:::::::; ер. Произведя подоб ную подста новку в уравнении ( 1 ) , пол у ч и м уравнение за­ ту х ающи х колеба н и й : Л . " G l · qJ = 0 . qi + -п- !1! + 1 пр 1 р

(2 )

Пер иод за1 ух ающи х колеба н и й р а вен Т

v

=

2 л lпр Gll п р

-( � )

2

(3 )

•

Из ур авнен и я (3) о п р едел ить lп р нел ьз я , так как в него входит неизвестное Поэтому опыт п р оводитс я дважды : с гр узом G1 и G 2 • При услов и и , ч то р а з ница в и х весе невел и ка , мож но при­ н ять коэффициент сопроти вл е н и я посто я н ным в обоих опытах . Тогда дл я пер иодов колеба ний маятни ков с гр узами G1 и G 1 будем иметь следующие ур авнени я :

Л.

( 4) и

Т2

=

V

2 л / 11р2 G 2l2lп p 2 -

( -} ) 2

•

Исключив Л и з у р а внений (4) и (5) , пол учим 1 2п р l

-т-г 1

1 2п р 2 т2

2

=

(G 1l1 / п Р 1 - G 2l2/ п р s) 4 л2

(5)

(6)

Вел ич и на 1 пр может быть п редставлена в виде fпµ = l + I o +

где

1 30

/

/0

� l2 + lп = l + I1 ,

- исходный момент инер ци и ; - момент и нерции груза относител ьно

(7)

собствен ной оси, п а р аллел ь ной оси кача н и я и п р о х одящей через центр тяжести гр у з а ; / п - момент и нерции плеча подвеса гр уза относительно оси кача ни я ; 11 момент и не р ц и и i- го груза и плеча нодвеса груза отно­ сител ь но оси кача н и я маятн и к а .

-

Полага я дл я пер вого груза 1 ; = 1 1 = 1 0 1 + §_ li + 1п1 g

и

дл я втор ого груза 1 ; 1 2 = 1 0 2 + - l� + 1 п 2 из у р ав нени я (6) , g учитывая у р авнение (7) п р и 11 = l 2 l , найдем : G2

=

=

(8)

±

Дл я удобства последующи х расчетов обоз н а ч и м : Т (i2T12 - I1 T 22 ) - Тsл:1 22 (G2 - G1) ь = Ti - T� TiT� (I22 T21 / 2 Т22 ) - 4JiГ (I 2 G2 - f 1 G1) С = T i - T� 2

2

-----,,------,...-, --

-

1

Тогда ур авнение (8) п р и мет вид 1 ь ± v ь2 =

--

-

с.

( 9)

1

( О)

(1 1)

А нал из этого у р а в нен и я показывает, что оно не может и меть дву х положител ь н ы х кор ней , так как коэффи циент с в реал ь ных усл ов и я х меньше нул я и еди нствен ное р ешени е , и меющее физиче­ ский смысл , находитс я при пол ожител ь ном значении р ади кал а . Пр и выводе у р авнен и я (8) коэффициент Л п р и н и малс я постоян­ ным в обо и х опыта х , т. е . считал ось , что момент сопротивл е н и я качанию вр ащающи хся детал ей и с п ытуемого узл а остается посто я н ­ ным, несмотр я на изменение веса маятн и ка . Чтобы это допущение было бл иже к действител ьности , необходимо и меть гр у з ы , как можно более бл изкие п о весу . Однако в этом случае п р и ходится измер ять пер иоды колеба н и й м а ятника с высокой точ н остью, так как в ур авнение (8) входит р азность квадр атов их вел ич и н , а о н а тем меньше, ч е м меньше раз ность весов грузов . Дл я о п р едел е н и я моментов и нер ции деталей методом маятни ко­ вого подвеса и меет значение констр укти в н а я отр абота нность схемы измер е н и я пер и ода колеба н и й маятн и к а . 9*

131

На р ис . 1 п р и ведена схема определ е н и я момента и нерции ме­ тодом маятни кового подвеса . По напр авл яющим 1 под осью 6 крепл е н и я гр узов передви гается штати в 2 с конта ктом 5 та к , что маятн и к , п р о х одя пол ожение р а в но­ вес и я , воздействием н а тумблер 3 включает цеп ь счетчика времени 4 . При обр атном ходе маятн и ка ось 6 вык.11ючает с четч и к 4, котор ый фиксир ует, так и м обр азом, время пол у пер и ода кол еба ний . Дл я повыше н и я точ ности оп ытов необходимо измер ять время нескол ь к и х кол еба ний . Это дости гаетс я тем , что посл е включения

Рис. 1 . Схема о п р еделе н и я м о м е н та и н е р ц и и м а ятн и кового подвеса ; 1

- н а п р а в л я ющи е ; 2 вр еме н и ;

-

5

ш т а т и в ; 3 - тум бле р; 4 - ко нта кт; 6 - ось

методом -

сче гчи к

счетч и к а 4 штатив с конта ктом 5 выдви гаетс я из- под ос и 6, а после некоторого числ а р азмахов маятн и ка п р идви гаетс я с нова под ось 6 дл я выключени я . П р и этом измер яется тол ько нечетноl:' число пол у пер и одов , так как конта кт замыкаетс я п р и одном напр авл е н и и кача н и я маятн и к а , а р азмыкаетс я - п р и др у гом . Нел ьзя откл о н ять маятн и к на у гол , бол ьший чем 5-6° , та к ка к фор мул а (8) спр аведл и ва тол ько п р и мал ых у гл а кача н и я маятн и к а. В качестве счетч и к а времени в схеме, показан ной на р ис . был п р и менен счетч и к и м п ул ьсов С Б - l М/ 1 00 , в ключен ный в сеть перемен ного ток а , частота к отор ого (в отл ичие от напр яжения) выдер живается весьма точ но . Счетчи к времен и фа ктичес ки отсчи ­ тывал число пер и одов сети . Дл я о п р едел е н и я времени колебаний маятни к а показа н и я счетчика дел ил ись на 50 .

1,

1 32

МЕТОД

П АДА Ю Щ Е Г О

Г Р УЗА

Е сл и нел ь з я подвесить маятни к н а вал детал и ил и узл а , мо­ мент и нер ции котор ого необходимо измер ить , можн о воспол ьзо­ ваться др у гим методом , основа н ным на о п р едел е н и и времен и раз­ гона вр ащающей ся массы п од действием посто я н ного момента (метод п адающего груза) . Схема определ е н ия момента и нерции методом падающего груза показана на р и с . 2. Н а вал у детал и , момент и нерции ко­ тор ой необходимо о п р едел ить , укреплен ш к и в 1 с н а мота н ­ ным в оди н слой тон к и м стал ь­ ным тр осом 2 . К дру гому концу l тр оса , переки нутому через бл ок 3, крепитс я груз 4 . Груз 4 7 уста навл и вается так , чтобы в момент начал а движен и я он включал конта кт 5 эл ектр иче­ ской цепи счетч и ка 7 времени (СБ - I М/ 1 00) , у к р е пл е н ного на штативе 8 . Пройдя р ассто я н и е Н , груз 4 дости гнет конта кта 6 и в ы клю­ чит его . Таким обр азом , счет­ чик фиксир ует время пр охож­ ден и я гр узом р ассто я н и я Н между контактами , п р и чем дви ­ жение п р оисходит без н ачальР ис . 2 . Схема оп р еделен и я момента нои скор ости . В конце пути инер ци и методом падающего груза: груз 4 падает в амортизатор 9 1 - ш к и в ; 2 трос ; 3 - блок; 4 - г р у з ; (ящи к с опил ками) , сл ужащий 5, б - ко нтакты; 7 - с ч ет ч и к в ре ме н и ; В ш т а т и в с конта кта м и ; 9 - а мортнз атор дл я смягчени я удар а . Уравнение движени я всей системы в диффер енциал ь ной фор ме имеет вид Мс сР Н / G G - т = -w + -g ([{2 • •

-

-

где

G Мс R

(

)

( 12)

вес п адающего гр уза ; момент сопр оти вл е н и я движе н и ю систем ы ; р адиус ш к и в а ( с учетом диаметр а н амота н ного троса ) ; / момент и нер ц и и вр ащающейся масс ы ; р ассто я н и е между контактами 5 и 6 (р и с . 2) . Н Дважды и нтегр и р у я у р а в не н и е ( 1 2) п р и нулевых начал ь ных при t и пол учим усл ови я х т . е . считая h = = -

-

-

-

(

где

Т

-

О �� О Т 2 ( G - �с ) = 2 Н ( �2 + � ),

в р емя паде н и я груза .

=

О) ,

(13 ) 1 33

Пр оведя опыт дважды с весом гр узов 01 и G 2 и предположив, что при небол ьшой р аз ности весов G1 и G 2 момент сопротивления движению системы Мс не изменяетс я , при оди наковых Н и R по­ л у ч и м систему дву х у р а в нен и й , из котор ых можно определ ить искомый момент и нер ци и :

т� ( G 2 тi ( G 1

) ;)

м

;

м

=

=

( �2 + �1 ) 2 н ( �2 + �2 ) 2н

; •

)

( 1 4)

Исключив Мс из системы у р авнений ( 1 4) и решив ее относ и ­ тельно / , найдем :

-

1 -

2

!!_ g

(G2 Ti - G1 Т�) + (G1 - G2) TiT� R 2. 2Н ( Т� - Ti)

( 1 5)

В ы ч ислен ие по г ре ш н осте й. После проведе н и я оп ытов и вычис­ ления искомого момента и нерции необх одимо определ ить ошибку экс пер и мента . Она скл адывается из погреш ностей измерения вел и ч и н , входящих в фор мул ы (8) и ( 1 5) в ка честве известных. Вел и ч и н а предел ь ной ошибки , подел е н н а я на з начение момента и не р ци и , вычислен ного по фор муле (8) ил и ( 1 5) , явл яетс я предель­ ной относител ь ной погрешностью да нного экспер имента . П р и о п р едел е н и и момента и не р ц и и детал и ил и узл а методом маятни кового подвеса п р едел ь на я относител ьная погреш ность экспер и мента вычисл яется по фор муле

Т дТ 2 1 Л Т 2 дТ1 1 Л 1 + 1 _!!_ 1 _!_!__ G + 1 _!!_ дG1 1 ЛG 1 + 1 _!!_ дG 2 1 Л 2 1 _!!_ дl 1 � + б

=� 1 =

1

1

1

1

+

д/ 1 I Л/1 1 + 1 _!!_ дf 2 1 � 1 ' + l _!j_

где Л Т1, Л Т 2 , Л G 1 ,

+

1

( 1 6)

и т.

д. - абсолютные погрешности из­ мерени я соответству ющи х ве­ л и чи н ; 1 момент и не р ц и и детал и , опре­ деленный по фор муле (8) . Вследствие того, что дифференцирование фор мулы (8) гро­ моздко, удоб нее находить ошибку экспер и мента , р аздел ь но диф­ ференцир у я фор мулы ( 1 1 ) , ( 1 0) и (9) : •

•

•

,

-

Л1 1 34

=

1 �� 1 ЛЬ \ �� \ Лс; +

( 1 7)

1 :iz 1 ЛG2 + 1 ::1 1 Л/ 1 + 1 ::2 1 Л/2 1 �� 1 Лl ; Лс 1 :;1 1 л тl + 1 ::2 1 ЛТ 2 1 :�1 1 ЛGl + J :�2 \ лa2 + J l;1 j ы 1 + l :;2 / ЛI2 + \ �� j л z. +

+

+

+

=

( 1 9)

Дл я метода падающего груза фор му л а предел ь ной относи ­ тел ь ной погрешности экспер и мента имеет вид

+

1 _!!_ д02 1 � + 1 _Jj___ дН 1 лн + 1 !!!_ 1 � 1

f

дR

f

'

Н и же п р и ведены частные производные, входящие в фор м у л ы ( 1 7) - ( 1 9) и (20) . Частн ые произв одные : к методу маятни кового подвеса

д!

ь

аь = V ь - с

---

д!

дс = 2

[

1;

-

V ь2 - с ;

т ( 12 - sл2 l G �

2 - G ) - Ь] 1

21 т дf т21 - т2 TiT� ( 02 - 0 1 ) 8л2 ( тi - т�) ; дЬ

дЬ

2

дЬ

дГ =

2

;

,

•

де дТ1

=

де

дТ2

-

2Т 1

Ti - T� 2Т2 Tf - T i де

дG 1 де дG 2

=

=

4л2

11

/2

4л2

Ti T� l; ( Ti - T�) TiT� l· (тi - т�)

•

де д/ 1

T i T i U2G2 - l 1G 1) 4л2 (Ti - т�)

де

дГ к

[ - [-

методу падающего г р уза д!

дт 1 д/ д Т2

2Т 1 т 22 - т21 2 т_ --с-2_ т� т f -

G 2R2 + T�R2 (G i g g G_ 1 R_2 + _ g

дН дR

=

_

_т_ i R_2 (G i g

1

2 zr ·

!] . )-/] .

G 2) +

-

G2

•

'

Необходимо заметить , что больши нство выр ажен и й , п р и веден­ ных выше, имеют в з наменателе р аз ность квадр атов времени пе­ р и ода кол еба ний ил и времени паде н и я груза . С уменьшением этой раз ности ошибка оп ыта р астет . Поэтому дл я уменьше н и я ошибок при пр оведе н и и опытов по методу маятни кового подвеса необхо­ димо тщател ьно следить за тем , чтобы моменты и нерции гр узов относител ьно оси кача н и я отл и чал ись на возможно бол ьшую ве­ л и чи ну (бол ьший гр уз дол жен быть ком п а ктным , меньший - с р аз­ витым нар ужным ди аметр ом дл я увел ичен и я момента и нер ци и ) . Опыт сл едует п р оводить п р и более дл и н ных плечах маятн и ка . Пр и пр оведении опытов методом падающего груза высота падени я груза должна быть максимал ь но возможной . Необходимо следить также за тем , чтобы груз в ключал счетч и к времени в самом начале дви ­ жен и я , та к к а к фор мула ( 1 5) пол учена в предпол ожен и и , что в мо­ мент в ключени я счетч и ка скор ость г руза р авна нул ю . П р им е,>. Рассмотрим о п ределен ие моме нта инерции ротора электромашин­ ного д и намометр а МПБ -49 , 3/36 ( Х ЭМЗ , 400 квт) обоими метода ми . П р и выполнен и и оп ытов мето дом маятникового подвеса в качестве гру ­ зов Gг1 и Gг2 испол ьзовал ись стал ь н ые д иски весом Gг 1 48,9 кГ и Gг 2 30,2 кГ . Н а р у ж н ы й диа метр п ер вого дис 1'а р авен 1 55 мм , а второго - 1 3 8 м м , вн утрен­ ние диаметры обои х д и с ков - по 1 6 м м , пр и чем во в нутрен нем отверстии н ахо­ д и лся болт креплен и я груза . Поэтому п ри выч ис ле н и и момента и нер ции груз а относител ьно оси , п араллельной оси качен ия ма ятн ика и п роходящей через центр тяжести груза (в да нном случае центр тяжести - геометр ический центр диска) , можно сч итать диски сплошными . Момент инерции плос кого круглого диска =

/ 01

=

1 02 =

G

__..:!._ g

•

R 2-1 2 R

� Gгl -g ·

2

=

=

8 ·9 -49,8

- •

30,2 --g:s

·

=

О 552 -·1-- = О • 0605 кГм - сек2 ; 2 О, 1382 2

=

0 ,0295 кГм - секз .

Диски бы л и п одвеше н ы к ротору на плече (сте р ж не) весом 2,4 кГ . Рас­ сто я н ие �:ежду L! е нтр а ми грузов и осью качан и й мая тник а (осью po ropa) l

=

0,574

м

М омен r инерции стержн я относите л ь н о оси подвес а /

п

_ -

Gnl2 g3

_ 2, 4 . 0 , 5742 = 0,027 кГм - сек• . 9_8 3

-

Момент инерции гр узов относител ь но оси кач ан и я 11

=

/ 01

+

Gг i 12 + 1 п g

48 9 = О 0605 + 9 · О 5 1 42 + ,8 •

'

+ 0,027 = 1 ,7375 к Гм - сек2; 12

=

/ 02

+

G г2 12 + /п g

+ 0,02 7

=

= О 0295 '

t

30 2 · О 5742 + 9,8 •

1 ,0475 кГм · С(JК2 • 1 37

П ол н а я с и л а , п од дей ств ием кото р о й п р о и с х одят колеба н и я м а я т н и к а , на­ ходитс я к а к су м�· а r ec a г руза и половины вес а п л е ч а : G1

G2

=

=

Gп

Gг 1

+ -2-

G г2

+ -2-

=

Gп

=

2,4 48,9 + 2-

50, 1

кГ;

24 30, 2 + -2,- = 3 1 , 4

кГ .

=

Пер и од кол еба н и й маятника определ ялся как частное от деле­ н и я време н и кол еба н и й , зафи ксир ова н н ого счетч и ком времени , на числ о кол еба н и й . Опыт ставился 1 0 р аз с каждым грузом, посл е чего подсчитывал ось время одного пер и ода кол еба ний , как сред н я я ар ифмети ческая вел ичи на по резул ьтатам десяти и змер е н и й . Сред н я я п р одолжител ь ность од ного пер иода Т1 �= 2 , 582 сек и Т 2 = 3 , 1 28 сек . Подставл я я значе н и я в фор мул ы (9) и ( 1 0) , н айдем Ь 0 , 3 1 4 ; с = -9 , 5 . Подстав и в з н ачен и я коэффициентов Ь и с в фор мул у ( 1 1 ) , пол у ­ чим 1 - 0,3 1 4 + V 0,3 1 4 2 + 9,5 2,786 кГм - сек2 • =

=

=

=

Дл я п р овер ки пол у че н н ого р езул ьтата был проведен еще оди н опыт-момент и нер ци и этого ж е р отор а определ ялся способом падающего груза . На фл а нец р отор а у кр е п и л и ш к и в , на котор ом в оди н слой был намота н тон к и й трос . Радиус ш к и ва (t:чи та я по средней л и н и и тр оса) пр и этом был р авен О , 1 23 м . На тр ос под­ веши вал ись стал ь н ые параллел е п и педы (гр у зы) весом 40 и 49 кГ . Рассто я н и е между грузом в вер х нем положе н и и и включателем сче т ч и к а импул ьсов СБ- l М/ 1 00 , используемого дл я отсчета вре­ мен и паде н и я груза , п р а ктически р а в н ял ось нул ю . Высота падения груза (р ассто я н и е между конта ктами , включающими и выключаю­ щими счетч и к) р а в н ял ось 850 мм . Сред н я я ар ифмети ческая ве­ л и ч и н а времен и паде н и я грузов по р езул ьтатам десяти оп ытов был а р а в на Т1 = 3 , 48 сек и Т 2 3 , 00 сек . Момент и нер ции р отор а в этом сл учае вычисл ялся по фор муле ( 1 5) : =

2

/

=

°9�:

(49 · 3,482 - 40 · 32) + (40 - 49) 3,482 · 32 2 . 0,85 (32 - 3,482) =

О, 1 23

2

=

2,68 кГм · сек2•

Н еобходимо отметить , что п р и вычисл е н и я х по фор мулам (9) , ( 1 0) , ( 1 1 ) и ( 1 5) р асчеты жел ател ь но производить не на л огар ифми­ ческой л и ней ке, а на ар ифмометре во избежание допол нител ь н ых погреш н остей . Дл я оценки точн ости о п ыта необходимо вычисл ить предель ную абсолютную и относител ь ную погрешности экспер и мента . По указан н ы м выше ф ор мул а м находим величи н ы частных пр оизвод1 38

ных, определ яющи х п р едел ь ную ошибку э кспер и мента п р и о п р е­ дел е н и и моме нта и не р ц и и р отор а с п осо б ом м а я т н и к о в о г о п одвес а :

1 :il 1 = 1 :i2 1 O, I 5 ; 1 ;:1 1 = 4 • 1 6 ; �� 1 = 4,9 ; 1 ::1 1 = 3 , 1 4 ; 1 ::2 1 :;1 1 = 27 ; 1 :;2 / = 33,5 ; 1 :�1 1 -= / -l:2 1 5 , 0 ; 1 :�2 1 = 0, 3 24 ; 1 ::1 1 1 ::2 1 = 2 • 28 ;

'=

1 =-= 2 , 1 7 ;

1

0 , 5 25 ;

=

3 ,72;

�--

1 �� 1 = 27 , 3.

Вел и ч и н ы ЛЬ, Лс и Л/ вычисл яются по фор мулам (18), ( 1 9) и ( 16): ЛЬ = 4, 16ЛТ1 + 2,28ЛТ 2 + О, 1 5Л G1 + О , 1 5Л G 2 + 3 , 1 4Л /1 + + 2 , 1 7Л / 2 + 4 , 9Л/; Лс = 27ЛТ1 + 33,5ЛТ2 + О,525Л G1 + О , 32 4Л G 2 + 3 , 72Л / 1 + + 5,ОЛ/ 2 + 27,ЗЛ/; 1 1 ЛЬ + 1 2 Vо,з 1 4 2 + 9,5 1 Лс д/ 1 Vо, зО,1 423 1 4+ 0, 9 ЛЬ + 0, 16 Лс. =

9,5

I

-

-

=

Подставив в это выр ажение вычислен н ые выше з начени я ЛЬ

Лс , пол уч и м Л / = 8,05ЛТ1 + 7,4ЛТ2 + О,219Л G1 + О , 1 87Л G 2 + 3 , 3 2 5Л / 1 + + 2,75Л/ 2 + 8,75Л/. (2 1 )

и

При определ е н и и момента и нерции способом падающего груза составл яющие п р едел ь ной относител ь ной ошибки находятся по приведе н н ым выше фор мул а м :

1 дд;l 1 = 5 .В ; 1 :;2 1 = 5•75; 1 д�1 1 = 0 •29; 1 :�2 1 = 0,252 ; 1 :� 1 = 3 ,6 ; ! :� 1 43 ,5. =

(20) и меем : 5,8ЛТ1 + 5 ,75ЛТ2 + О,29Л G1 + О,252Л G 2 + 3,6ЛН + + 43,5ЛR. (22)

В соответстви и с фор мулой Л/

=

1 39

Из сравне н и я выр ажений (2 1 ) и (22) видно, что п р и определении момента и нер ции р отор а способом падающего груза можно предъяв­ л ять требов а н и я к точ ности и змер е н и я вр емени почти в полтор а р аза меньше , чем п р и определ е н и и момента и нерции способом маятни кового подвеса (всл едстви е р а з н и цы почти в полтор а р аза между числовыми коэффициентами п р и Л Т1 и Л Т 2) . Основ ное в н и м а н и е здесь должно быть обр ащено на тщател ь н ость измер ени я р адиуса ш к и ва (бол ьшой числ овой коэффициент п р и Л R ) . В каж­ дом конкретном сл учае соотношение сл а гаемых п р едел ь ной ошибки экспер и мента будет мен яться в зависи мости от условий о пыта . П р и определ е н и и момента и нер ции р отор а электр омаши н ного ди намометр а МП Б -49 , 3/36 и змер е н и я вел ичи н , входящих в вы­ р ажен и я дл я п р едел ь ной абсол ютной погреш ности оп ыта , про­ и з водил ись с погрешностя м и , не пр евышающи ми сл едующи х вел и чи н : 0 , 00 1 сек ; Л Т1 ЛТ2 =

=

Л G1 ЛG2 0 , 05 кГ; Л/ 2 0 , 00 1 кГм - сек2 ; =

Л /1

=

=

=

ЛR

=,

Лl

=

ЛН

=

0 , 00 1 м .

Поэтому абсолютные погреш н ости экспер и мента н е превышали значен ий : дл я пер вого способа (с пособ маятни кового п одвеса) Л / 0 , 05; дл я втор ого способа (способ падающего груза) Л / 0 , 08575. Предел ь ные относител ь ные погрешности экспер и мента оказал ись р а в н ы : =

=

в пер вом сл учае б

=

во втор ом сл учае б =

Л/

-1о

=

' 2 • 68

08575

2 • 7 86 0,05 =

=

0 , 0 1 8 или 1 , 8 % ;

0 , 032 ил и 3 , 2 % .

Таким обр азом, з н ачение момента и нер ци и , определе нное по способу маятни кового подвес а , дол ж н о находиться в предел ах 2, 736 < / < 2 , 836. Момент и нер ции р отор а , определен ный спо­ собом п адающего гр уза , должен быть в п редел ах 2 , 594 < / < < 2 , 765. Действител ь ный момент и нер ци и р отор а электр омаши н­ ного ди намометр а М П Б - 4 9 , 3/36 должен находиться в пределах 2 , 736