Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1. Условия эксплуатации самоходных комбайнов 9
1.2. Основные требования, предъявляемые к трансмиссиям самоходных комбайнов 12
1.3. Конструкции трансмиссий современных самоходных кормоуборочных комбайнов 18
1.4. Работа гидростатического привода ходовой части самоходного комбайна 22
1.5. Методы выбора нагрузочных режимов для расчета деталей трансмиссий мобильных машин 28
1.6. Специфика работы трансмиссии самоходного комбайна и задачи исследовании 33
Глава 2. Экспериментальное исследование нагруженности трансмиссии самоходного комбайна с ОГП, экспериментальное определение параметров динамической системы 36
2.1. Программа-методика экспериментального исследования трансмиссии комбайна КСК-100 38
2.2. Результаты определения нагруженности системы "привод технологического оборудования - двигатель - трансмиссия" 49
2.3. Результаты определения нагруженности механических узлов трансмиссии по крутящему моменту на ведущих колесах комбайна КСК-100 53
2.4. Результаты определения максимальных динамических нагрузок на первичном валу коробки передач 57
2.5. Результаты определения максимальных нагрузок на ведущих колесах в экстремальных режимах функционирования 62
2.6. Определение упруго-диссипативных параметров механических узлов трансмиссии комбайна КСК-100 65
2.7. Определение упругих свойств гидропривода 72
Глава 3. Моделирование работы трансмиссии самоходного комбайна, оснащенного ОГП, на переходных режимах функционирования 75
3.1. Моделирование источников колебаний в системе с ОГП 75
3.2. Разработка динамической системы трансмиссии с ОГП и ее математического аналога 77
3.3. Результаты теоретических исследований 79
Глава 4. Прогнозирование вероятностных нагрузок в трансмиссии самоходного комбайна и их применение при исследованиях долговечности 94
4.1. Теоретическое обоснование параметров нагрузочной кривой трансмиссии самоходного комбайна 94
4.2. Определение длительно действующего крутящего момента на ведущих колесах и характеристик его распределения 95
4.3. Моделирование воздействий неровностей на ведущих колесах при движении комбайна 98
4.4. Результаты определения длительно действующих нагрузок 100
4.5. Пример расчетно-экспериментального определения долговечности главной передачи комбайна KGK-I00
Глава 5. Совершенствование узлов и элементов приводов комбайна 116
5.1. Анализ существующей конструкции моста ведущих колес комбайна КСК-100 116
5.2. Планетарная коробка передач ведущего моста комбайна КСК-100 116
5.3. Конструктивно-технологические приемы, методы, повышения работоспособности дифференциальных механизмов комбайнов 119
5.4. Обоснование нагрузочного режима для расчета и испытаний дифференциальных механизмов на долговечность 120
5.5. Предложения по конструктивно-технологическому совершенствованию элементов привода серийного комбайна КСК-100 132
Заключение 150
Литература 152
Приложение 165
- Условия эксплуатации самоходных комбайнов
- Программа-методика экспериментального исследования трансмиссии комбайна КСК-100
- Моделирование источников колебаний в системе с ОГП
- Теоретическое обоснование параметров нагрузочной кривой трансмиссии самоходного комбайна
- Анализ существующей конструкции моста ведущих колес комбайна КСК-100
Условия эксплуатации самоходных комбайнов
Эффективное использование самоходных комбайнов неразрывно связано с правильным выбором нагрузочного режима для расчетов основных деталей приводов. В свою очередь, расчетные величины нагрузок должны учитывать реальные условия эксплуатации машины, а также возможные природные и производственные факторы.
Самоходные комбайны с колесным ведущим мостом могут эксплуатироваться практически во всех климатических зонах СССР, за исключением горных и пере увлажненных районов, для которых создаются модификации этих машин с другими ходовыми системами.
В 1978 г. Производственное объединение "Гомсельмаш" наладило серийный выпуск самоходных кормоуборочных комбайнов КСК-І00. Основные технические характеристики комбайна даны в приложении I. Применяемая совместно с двигателем внутреннего сгорания и системой отбора мощности на технологическое оборудование гидростатическая трансмиссия предназначена для плавного разгона комбайна в пределах выбранного скоростного диапазона и независимой работы технологического оборудования, выключаемого из работы посредством муфты сцепления. В связи с тем, что функции системы управления (дроссельной заслонки и педали включения муфты сцепления) объединены в одном органе - педали положения шайбы гидронасоса (ГН), достигается простое и надежное управление скоростными режимами движения комбайна: разгон и торможение.
Характерной и отличительной особенностью машин такого типа является то, что специфика работы предусматривает два независимых случая эксплуатации: выполнение технологического процесса и транспортные переезды, т.е. не функционирует технологическое оборудование и весь поток мощности может передаваться трансмиссией.
Основную часть времени комбайн занят на скашивании и измельчении однолетних и многолетних трав, меньше времени эта машина используется на переработке кукурузы и подсолнечника, а также на подборе подвяленной массы. В сумме технологические операции занимают до 95$ общего времени эксплуатации комбайна (машина находится в движении). Остальное время занимает выполнение поворотов и транспортные переезды. Структура эксплуатационного времени по данным / 94 / представлена на рис. I.I.
Анализ показывает, что для западных регионов Европейской части СССР характерны следующие отношения площадей, убираемых кормоуборочной техникой: однолетние травы - 21,5 29,5$; многолетние травы - 50,3 66,0$; кукуруза и подсолнечник - 12,5 -г 20,2$.
По причине большой производительности технологического оборудования комбайн почти не используется с прицепами-еглкостями (исключение составляют случаи осуществления первых прокосов на поле, занятом убираемой культурой). Мощные силовые установки (до 250 кВт) обеспечивают одновременно работу технологического оборудования и трансмиссии, которая передает весь силовой поток, необходимый для преодоления сопротивления движению ведущим колесам. Работа кормоуборочных самоходных машин сопровождается частыми ускорениями и замедлениями, поскольку оптимальная производительность зависит от пропускной способности измельчающего аппарата, потребляющего до 70$ всей мощности силовой установки.
Программа-методика экспериментального исследования трансмиссии комбайна КСК-100
Отличительной особенностью настоящей программы-методики является то, что до настоящего времени практически отсутствуют какие-либо сведения о динамической нагруженности узлов самоходных комбайнов, параметрах динамической системы и методов определения силовых факторов на различных режимах.
Цель исследований - определение параметров нагрузок на звеньях механического привода ходовой части самоходного комбайна на установившихся и переходных режимах, определение упруго-диссипативных свойств механического привода и гидростатической передачи.
Объект исследований. Детали и узлы самоходного кормоуборочного комбайна КСК-100, КСК-І00П. Испытаниям подвергаются:
- привод технологического оборудования;
- гидростатическая передача типа "Зауер-23";
- коробка передач и ведущий мост комбайна КСК-100;
- ведущий мост комбайна КСК-І00П.
Испытательные фоны и режимы испытаний. При проведении испытаний назначаются в районах уборочных работ с характерным для данной зоны микрорельефом, урожайностью убираемых культур, структурой и влажностью почв, причем выбор фонов в районе испытаний производится для реально возможных вариантов процессов и режимов движения на основании опыта эксплуатации кормоуборочных комбайнов.
Длина технологического гона назначается с учетом возможности проведения непрерывной записи до 25 секунд на режимах разгона (включая разгон - до 8 с, установившееся движение - до 4 с, торможение - до 10 с) и получения 300 500 точек дискретизации случайного процесса на установившемся движении при шаге дискретизации 0,5 2 мм. Возможные технологические режимы должны включать по крайней мере одну из технологических операций - кошение низко- или высокостебельных культур.
Изучение переходных процессов в трансмиссии.
Транспортный режим. Асфальт. Назначается исходя из стабильности момента сопротивления качению на ведущих колесах. Для установления величин максимально возможных динамических нагрузок адаптер находится в навешенном переднем положении. Передача Ш-я. Последователь но с трехкратным повторением производятся:
- разгон оператором машины непрерывно за 3 -І- 4 секунды до скорости 3,5 4- 5 м/с;
- то же, с задержкой 1,5 с на скорости 2f3 м/с и последующим дальнейшим разгоном;
- то же, с задержкой 3 секунды.
Дороги в местах испытаний. Стерня. Переезд неровностей: канава-углубление 0,3 -г 0,4 м; выступ высотой 0,25 0,3 м. Скорость назначается оператором исходя из возможностей и с учетом безопасности движения. Жатка находится в приподнятом навешенном состоянии.
Транспортный режим. Установившееся движение. Производится на эксплуатационных фонах, что и для переходных режимов.
Лабораторные исследования. Асфальт. Кукурузная жатка в навешенном приподнятом положении. Периодическое продольное раскачивание остова машины при: а) заблокированном стояночном тормозе; б) включенных передачах с заблокированным входным валом. Давление в шинах ведущих колес должно назначаться: 0,17 МПа, 0,19 МПа, 0,23 МПа.
Стендовые исследования. Определение упругих свойств механического привода без учета шин ведущих колес. Передачи 1-я, П-я и Ш-я. Исследования производятся на стенде, приведенном на рис. 2.1.
Здесь обозначено: 1,2 - испытуемый и технологический ведущие мосты с коробками передач (идентичны); основные узлы стенда даны в приложении 6; 3 и 4 замыкающие редукторы вального типа, соответственно левой и правой силовых ветвей; 5 - приводной электродвигатель; 6,7,8,9 - соединительные карданные передачи; 10 и II - блокировочный и тарировочный рычаги; связаны с динамометрическими устройствами; 12 и 13 - устройства для контроля крутящего момента в контуре и числа циклов.
Моделирование источников колебаний в системе с ОГП
В настоящее время для расчета параметров колебаний нагрузок используют два метода: расчет по передаточным функциям системы при известном описании входных воздействий и моделирование реального процесса по временному параметру / 15,60,113/.
На наш взгляд, более точным является второй метод для исследования переходных процессов в трансмиссии самоходного комбайна, поскольку он дает возможность проследить формирование нагрузок во времени и оценить параметры динамической системы как взаимосвязанные и нелинейные.
Моделирование динамических процессов и оптимизация параметров расчетных моделей осуществляется на ЭЦВМ или АВМ, для чего пользуются обычно методом динамических аналогий / 69,118 /.
Наиболее простая модель реализует вход в трансмиссию по динамическому прогибу шин / 106,117 /, однако использование такого метода вносит определенные погрешности при изучении переходных явлений.
Учитывая специфику формирования нагружающего воздействия трансмиссии самоходной машины, которая оснащена ОГП, и анализа характера колебательных процессов, можно отметить, что колебательный процесс на звеньях механического привода системы формируется в области низких частот в диапазоне 1 6 Гц. Это позволяет сделать вывод о применении двух массовой динамической модели механического привода.
Кроме того, при составлении уравнений необходимо учитывать то, что двигатель практически не оказывает влияния на работу трансмиссии, т.е. можно принимать fH = corost . Динамическая модель должна обеспечить нелинейный характер параметров: регулирования бОО как функции времени; коэффициента "V как функции передаваемого крутящего момента М м ; коэффициента статической податливости С как функции скорости вращения вала исполнительного органа - гидромотора, м . Введение таких нелинейных зависимостей достаточно просто можно осуществить при решении систем нелинейных уравнений цифровыми методами на ЭШ, хотя в этом случае целесообразность решения больших систем должна оцениваться быстродействием машины.
Для решения задачи динамических исследований необходимо, в первую очередь, схематизировать систему трансмиссии и ее узлы. На основании ранее проведенных / 75 / расчетов параметров динамической системы механических узлов трансмиссии комбайна KGK-I00 были получены основные упруго-инерционные параметры звеньев, которые в дальнейшем были сведены к двух массовой динамической системе методом упрощения/96 /.
В трансмиссии комбайна KGK-I00 ОГП является бесступенчатым преобразователем потока жидкости в силовые факторы, передающиеся на ведущие колеса. В результате сложных динамических явлений системы "ОГП - трансмиссия - движитель", а также самой природы трансформации потока в ОГП, возникают сложные колебательные процессы силовых факторов, которые могут быть описаны только комплексно, с учетом параметров как ОГП так и механического привода при использовании упругих характеристик движителя.
Вопрос о формировании силового потока в ОГП был уже рассмотрен в работе / 68 / и описан выше в разделах 1.4. и 2.6.
Для задания изменения параметра регулирования во времени (до 5 (/Ь) = 0,4, что соответствует скорости машины 0,4\Jarrxci)i ) задавались пять режимов изменения его во времени - см. рис. 3.1. Значения параметра , как функции частоты вращения исполнительного органа ОГП, были определены на основании получения минимальной разности при расчете средних значений экспериментальной и теоретических реализаций, рис. 3.2.
Теоретическое обоснование параметров нагрузочной кривой трансмиссии самоходного комбайна
Исходя из уравнений тягового баланса самоходного агрегата, при движении по уклону (наиболее общий случай) имеем выражение где составляющие крюковой, скатывающей, сопротивления качению, инерционной нагрузок и буксования ведущих колес. Для трансмиссии самоходного комбайна на технологическом режиме к указанным величинам добавляется сила сопротивления технологической массы, необходимая для ее среза.
При этом, как показывает практика, наибольшее влияние (до 85%) оказывает сила сопротивления качению ведущих колес г . Остальные переменные при расчете трансмиссий не учитываются в расчетах ввиду недостаточной изученности.
Остановимся подробнее на формировании нагрузок от силы сопротивления качению.
Определение длительно действующего крутящего момента на ведущих колесах и характеристик его распределения
В работах / 38 /, / 58 / для тракторов и самоходных зерноуборочных комбайнов (характерно, что на исследуемых машинах применяется тот же типоразмер шин ведущих колес) переход к длительно действующим нагрузкам осуществляется через функцию спектральной плотности, получение которой на данном звене происходит по расчету передаточной функции трансмиссии, представленной семичасовой системой.
Величину среднего нагружающего воздействия и его распределения можно получить также используя значения крутящих моментов, основанные, на результатах эксперимента. Однако в этом случае встречаются определенные сложности, вызванные различием скорости движения машин при испытаниях и величиной, принимаемой в расчетах. Кроме того, реализация крутящих моментов для получения достоверной информации должна учитывать различные нагрузки на ведущих колесах.
Анализ существующей конструкции моста ведущих колес комбайна КСК-100
Совершенствование конструкции моста ведущих колес ведется в настоящее время в направлении создания менее металлоемких и в то же время более надежных в работе узлов и механизмов. Как показывает практика, установка серийной конструкции дифференциала не всегда обеспечивает требуемую долговечность привода ходовой части. Кроме того, применение серийной конструкции коробки передач влечет за собой, на наш взгляд, неоправданное увеличение массы изделия. Не всегда имеют достаточную прочность кожух моста и шестерни главной передачи. Эти недостатки конструкции являются следствием технических решений, заложенных в конструкцию, и зачастую устранение их только применением технологических мероприятий весьма затруднительно. Повышению долговечности будет способствовать изменение конструктивной схемы коробки передач и дифференциальных механизмов. Исходя из этого, в ИЦЩШІ АН БССР была разработана перспективная конструкция планетарной коробки передач с возможностью максимальной унификации деталей изделия и технологических возможностей оборудования и узлов, выпускаемых предприятиями Министерства тракторного и сельскохозяйственного машиностроения.
