Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время актуальной задачей является перемещение мон-тажно-транспортных агрегатов типа МТА-40, предназначенных для транспортирования модулей и блоков семейства блочно-модульных буровых установок. Для буксирования агрегатов такого типа необходимо от 2 до 9 тракторов марки Т-100М в зависимости от условий и комплектации. При этом имеют место неравномерность работы тракторов, сложности в организации процесса перевозки и управления ею на различных этапах. Кроме того, существенные ресурсы требуются для обеспечения жизнедеятельности дополнительных членов бригады, что в условиях длительной автономности приводит к значительному повышению затрат.
Уменьшение количества техники, находящейся на заповедной территории способно также существенно снизить пагубное влияние результатов человеческой деятельности на девственную природу.
Поэтому применение тягового средства, способного обеспечить транспортировку агрегатов МТА-40, представляет значительный интерес.
Использование тяжелых гусеничных машин для выполнения обозначенной задачи в предельно тяжелых условиях обусловливает основные требования к подвижности и энергообеспеченности гусеничных машин (ГМ), которые могут быть реализованы за счет совершенствования тягово-динамических и топливно-экономических свойств, повышения уровня автоматизации управления на основе разработки и применения в ГМ автоматических бесступенчатых трансмиссий и электронных систем управления ими. Это позволяет, наряду с другими достоинствами, реализовать плавное увеличение тяговых возможностей до значения, равного возможности движения по сцеплению.
Реализация тягового потенциала машины в условиях слабой несущей способности опорной поверхности и высокого сопротивления на крюке возможно на основе автоматизации применения бесступенчатых трансмиссий. Автоматические трансмиссии обеспечивают, близкий к оптимальному выбор параметров управления для требуемого режима и условий движения. Они позволяют снять с механика ряд функций по управлению движением, облегчить процесс управления, что в итоге повышает его работоспособность, снижает утомляемость, что также способствует повышению скорости движения. Наиболее целесообразна автоматизация процесса управления движением ГМ и обеспечение дистанционного управления, которые реализуются при применении электрических бесступенчатых трансмиссий. Таким образом, тема и выбранное направление исследования можно считать актуальным.
Создание ГМ с бесступенчатыми электрическими трансмиссиями сопряжено с определенными трудностями, обусловленными недостаточной разработкой теоретических положений, посвященных исследованию эффективности различных структур электротрансмиссией (ЭТ), динамики гусеничных машин с электротрансмиссией переменного тока, методики выбора из
ряда возможных вариантов и построения структурных схем трансмиссий такого типа.
Цель и задачи работы. Целью настоящей диссертационной работы является научно обоснованный выбор рациональной структуры, основных компонентов и систем управления ЭТ, обеспечивающих высокий уровень тяговых свойств, энергообеспеченности и автоматизации управления движением ГМ при повышенном сопротивлении на крюке.
Для достижения указанной цели поставлены задачи исследования:
Обоснование необходимости и возможности применения в вездеходах бесступенчатых электротрансмиссий.
Разработка методики сравнительной оценки эффективности и выбора рациональной структуры ЭТ, типа и характеристик ее основных компонентов.
Уточнение математической модели бесступенчатой ЭТ для исследования динамических характеристик машины с электротрансмиссией и получения исходных данных в целях сравнительной оценки эффективности предпочтительных вариантов ЭТ.
Исследование и выбор возможных рациональных режимов управления и структуры системы управления ЭТ.
5. Научное обоснование выбора рационального структурного по
строения ЭТ, разработка практических рекомендаций по режимам и систе
мам управления, типу и характеристикам основных компонентов и оценка
эффективности предпочтительных вариантов ЭТ для заданного класса ГМ.
Научная новизна заключается в следующем:
1. Разработана комплексная методика оценки эффективности и выбора
рациональной структуры ЭТ, позволяющая на основе набора частных показа
телей свойств электротрансмиссии для ГМ сформировать систему групповых
частных показателей основных свойств ЭТ, дающая возможность оценить
влияние структурной схемы ЭТ и применения электрических машин различного типа на общую эффективность электротрансмиссий.
Предложен комплекс уточненных моделей элементов ЭТ переменного тока, позволяющий построить обобщенную систему взаимосвязанных моделей ЭТ и исследовать динамические свойства вездехода во время работы в различных условиях при переменной нагрузке на ведущих колесах и изменении режимов работы ДВС.
Уточнена математическая модель ЭТ переменного тока на базе преобразователя со звеном постоянного тока и молекулярного накопителя энергии (МНЭ), позволяющая исследовать работу в различных режимах, рассчитывать основные динамические характеристики ЭТ и осуществлять выбор параметров основных компонентов ЭТ для использования в ГМ заданного класса при различных условиях нагружения.
На защиту выносятся:
-Результаты экспериментальных исследований физических моделей электроприводов с использованием МНЭ в цепи питания.
-Уточненная математическая модель ЭТ переменного тока на базе преобразователя со звеном постоянного тока и МНЭ.
-Комплекс законов управления для различных диапазонов частот питающего напряжения и соответствующая структурная схема системы управления ЭМТ.
-Обобщенная методика, позволяющая провести сравнительную оценку эффективности применения электротрансмиссий ГМ и произвести выбор рационального варианта структурной схемы и компонентов ЭТ.
-Технические предложения по структуре ЭМТ, типу и характеристикам основных компонентов электромеханической трансмиссии переменного тока.
Достоверность результатов подтверждается достаточной сходимостью экспериментальных данных и результатов моделирования, определением необходимого количества опытов на основе таблицы распределения Стьюдента, оценкой воспроизводимости результатов по однородности дисперсии по критерию Кохрена, определением параметров функции отклика в виде уравнения регрессии с помощью критерия Фишера.
Практическая значимость и реализация результатов заключается в том, что:
разработана обобщенная методика, позволяющая провести сравнительную оценку эффективности применения электротрансмиссий ГМ и произвести выбор оптимального варианта структурной схемы и компонентов ЭТ, упростить решение задачи оценки эффективности по векторному показателю;
уточнена математическая модель ЭТ переменного тока на базе преобразователя со звеном постоянного тока и МНЭ, позволяющая исследовать ее работу в различных режимах и обеспечить выбор исходных данных для исследования типа и оптимальных параметров основных компонентов ЭТ для использования их в ГМ заданного класса.
предложена для заданного класса ГМ (до 40 т) оптимальная структура электромеханической трансмиссии с поперечным валом, одним центральным тяговым электродвигателем (ТЭД) и электродвигателем привода поворота малой мощности с «нулевым» валом, которая превосходит существующие проекты перспективных ЭТ классического типа по показателям удельного объема и массы, а также серийную ГМТ по надежности, технологичности производства и ремонта;
применен в структуре электромеханической трансмиссии МНЭ, обеспечивающий эффективное использование мощности, рекуперируемой от основного ТЭД, при движении по инерции и торможении, уменьшающий значение обратных токов, габариты и мощность специальных рассеивающих сопротивлений, снижающий пульсации и уровень падения напряжения на общей шине постоянного тока при изменениях нагрузки;
разработаны технические предложения и практические рекомендации по структуре ЭМТ, типу и характеристикам основных компонентов электромеханической трансмиссии переменного тока, которые могут быть ис-
пользованы при создании перспективных электротрансмиссий современных ГМ.
Материалы диссертации используются в учебном процессе при чтении курсов лекций по'электрическим машинам и электрооборудованию автомобилей в Московском автомобильно-дорожном институте (ГТУ).
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались в 2004-2006 гг. на заседаниях кафедры «Электротехника и электрооборудование» МАДИ (ТУ).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 6 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 54 наименований. Работа выполнена на 167 страницах машинописного текста, содержит 29 рисунков и 20 таблиц.
