Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1 Нагруженность трансмиссий, вызываемая воздействием внутренних возмущающих факторов 9
1.2 Нагруженность трансмиссий машин, вызываемая внешними факторами
1.3 Инерционная бесступенчатая автоматическая трансмиссия как объект исследования. 16
Глава 2. Теоретическое исследование нагруженности трансмиссии колесной машины с ЙТВМ 23
2.1 Составление расчетной динамической модели трансмиссии колесной машины с инерционным трансформатором вращающего момента 23
2.2 Математическая модель трансмиссии колесной машины с ЙТВМ 34
2.3 Обоснование и расчет характеристик ИТВМ для колесной машины 38
2.4 Расчет и анализ частотных характеристик и резонансных режимов работы инерционной трансмиссии. 47
2.5 Выбор нагрузочных и скоростных режимов работы трансмиссии колесной машины 60
2.6 Математическое моделирование динамических нагрузок в инерционной трансмиссии при движении машины 64
Выводы 75
Глава 3. Методика экспериментальных исследований колесной машины с ЙТВМ 76
3.1 Стендовые исследования ИТВМ. Объект исследования и применяемая аппаратура 76
3.2 Методика стендовых исследований и результаты испытаний 81
3.3 Дорожные испытания колесной машины с автоматической инерционной передачей 86
3.3.1 Выбор режимов движения и методика дорожных испытаний машины 87
3.3.2 Обоснование и выбор длительности записи регистрируемых процессов 89
3.3.3 Аппаратура и измерительные устройства для проведения испытаний. 94
3.3.4 Методика обработки экспериментальных данных 100
3.4 Оценка погрешности экспериментальных исследований 104
Выводы 107
Глава 4. Результаты дорожных испытаний 108
4.1 Анализ результатов дорожных испытаний колесной машины с ИТВМ 108
4.2 Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований 121
4.3 Оценка усталостной прочности элементов инерционной трансмиссии 122
4.4 Расчет вероятности разрушения деталей инерционной трансмиссии 136
4.5 Методика выбора основных параметров и расчета нагруженности деталей трансмиссии с ИТВМ.. 139
Выводы 144
Общие выводы 145
Литература 147
Приложения
- Нагруженность трансмиссий, вызываемая воздействием внутренних возмущающих факторов
- Составление расчетной динамической модели трансмиссии колесной машины с инерционным трансформатором вращающего момента
- Стендовые исследования ИТВМ. Объект исследования и применяемая аппаратура
- Анализ результатов дорожных испытаний колесной машины с ИТВМ
Введение к работе
Программой КПСС поставлена задача ускорения научно-технического прогресса путем создания новых технических средств и освоения их в производстве. В решениях ХХУІ съезда КПСС определены основные направления дальнейшего роста технического прогресса во всех отраслях народного хозяйства [iJ
Важнейшей задачей в области машиностроения является создание новых, высокопроизводительных машин, дальнейшее повышение качества и надежности создаваемых конструкций. В автотракторостроении актуальной задачей является разработка и внедрение автоматического бесступенчатого привода от двигателя к ведущим колесам. С ростом автотракторного парка и интенсивности скоростей движения простота и удобство управления, улучшение тягово-скоростных и топлив-но-экономических характеристик приобретает первостепенное значение.
Одним из путей совершенствования конструкций транспортных и тяговых машин является применение в их трансмиссиях автоматических бесступенчатых передач. Бесступенчатый привод позволяет повысить производительность машин за счет более полного использования мощности двигателя, улучшить эксплуатационные качества, повысить безопасность движения. Из числа известных в настоящее время механических бесступенчатых передач инерционно-импульсные передачи могут считаться перспективными для применения в силовых приводах самоходных машин в силу ряда присущих им преимуществ, таких как автоматичность и бесступенчатость регулирования скорости и крутящего момента на ведущих колесах машины в широком диапазоне при высоком коэффициенте полезного действия, возможность защиты двигателя от перегрузок, простота и удобство управления.
Большой вклад в развитие теории и создание инерционно-импульсных передач внесли работы А.С.Антонова, М.Ш.Балжи, С.П.Баженова, -б2
А.А.Благонравова, Г.Г.Васина, С.Н.Кожевникова, Н.К.Куликова, А.И.Леонова, В.Ф.Мальцева, В.А.Умняшкина.
Проведенные исследования касаются вопросов кинематики и динамики различных инерционных передач, отдельных узлов их и механизмов. Наименее исследован круг вопросов, касающихся динамики машинных агрегатов с инерционным силовым приводом. Особенность работы таких передач состоит в том, что передача энергии в них происходит импульсами. При этом внутренние силовые факторы могут превышать выходные в несколько раз, что вызывает повышенные динамические нагрузки в отдельных элементах передачи и создает определенные трудности в деле создания перспективных конструкций, конкурентоспособных с серийными механическими и гидромеханическими передачами.
Одним из наименее изученных направлений в области применения бесступенчатых инерционных передач в силовых приводах автомобилей и тракторов являются вопросы исследования динамической нагружен-ности их трансмиссий на различных режимах работы. диссертационная работа посвящена исследованию нагрузок в трансмиссии колесной машины повышенной проходимости с автоматической инерционной бесступенчатой передачей и состоит из введения, четырех глав, общих выводов и приложения.
В первой главе приведен обзор основных работ по исследованию динамических нагрузок в силовых приводах транспортных и тяговых машин различного типа и назначения. Рассмотрены особенности работы инерционного трансформатора вращающего момента, сформулирована цель и поставлены задачи исследования.
Во второй главе на основе разработанных динамических и математических моделей трансмиссии с помощью ЭЦВМ рассчитаны механические характеристики ИТВМ и выбраны его основные конструктивные -7-параметры. Проведен анализ частот и форм собственных колебаний элементов трансмиссии, выявлены резонансные режимы работы. С применением ЭЦВМ проведено математическое моделирование и рассчитаны величины динамических моментов, действующих в инерционной трансмиссии колесной машины на эксплуатационных режимах работы.
В третьей главе приведена методика стендовых и дорожных испытаний колесной машины с ЙТВМ, обоснована длительность записи регистрируемых параметров, дано описание контрольно-измерительной и регистрирующей аппаратуры.
Четвертая глава посвящена анализу результатов дорожных испытаний колесной машины в типичных условиях эксплуатации, приведены величины действующих нагрузок и установлены законы распре- деления напряжений в деталях трансмиссии, сделан вероятностный расчет долговечности наиболее нагруженных деталей.
В приложении приведены тарировочные графики, установка датчиков, приспособлений и аппаратуры при проведении экспериментальных исследований.
Работа проводилась в соответствии с координационным планом научно-исследовательских работ Минвуза СССР по проблеме "Инерционно-импульсные системы на I98I-I985 г.г." по темам 4.1. "Исследование кинематики и динамики машинных агрегатов с ИТВМ" и 4.2. "Разработка автоматических бесступенчатых передач для транспортных и тяговых машин", по заданию и в содружестве с рядом промышленных и научных организаций: Ижевским и Курганским машиностроительными заводами, Липецким политехническим институтом и институтом механики АН УССР.
Нагруженность трансмиссий, вызываемая воздействием внутренних возмущающих факторов
К воздействиям, вызванными внутренними факторами, следует отнести динамическое нагружение со стороны систем, агрегатов и отдельных деталей самих машин. Значительное воздействие на динамическую нагруженность трансмиссии оказывает неравномерность крутящего момента двигателя, которая может вызвать резонансные явления, сопровождающиеся значительным увеличением амплитуд колебаний моментов, превышающих допустимые значения.
Первыми работами в области определения нагруженности трансмиссии с учетом крутящего момента двигателя, были исследования Е.С.Веселого [41], П.П.Лукина [55], А.К.Ірумкина [107] , Ю.Б.Иванова [52] , в которых нашли отражение вопросы изучения вынужденных крутильных колебаний в силовых передачах различных машин. Расчетным путем определены частоты и формы собственных колебаний трансмиссиий, амплитуды упругих моментов с учетом сил сопротивления. Так, при исследовании автомобиля ГАЗ-20 установлено[41], что наиболее опасной при возмущении со стороны двигателя является трехузловая форма и применение демпфера крутильных колебаний снижает частоты собственных колебаний валопроводов трансмиссий до дорезонансных областей. Выбору типа демпфера и методам их расчета посвящена работа Иванова Ю.Б. [ьг] , в которой автор в результате исследований трансмиссии ряда отечественных автомобилей типа ЗИЛ, ГАЗ и "Москвич" делает выводы о значительном влиянии моментов инерции ведущих колес на динамические нагрузки в трансмиссии, дает рекомендации по выбору демпфирующих устройств. Общим недостатком работ является то, что в них не учитывается влияние реактивных элементов и не рассмотрено воздействие других факторов. Выявлению и анализу опасных резонансных зон при возбуждении крутильных колебаний переменным моментом двигателя посвящены работы Ю.Г.Стефановича [91] , И.С.Лунева [64] , Ф.Ф.Симакова [80] , М.И.Вайсмана [37] , В.П.Беляева [28] , Б.В.Савинова [82] и др. Отмечается, что возникновение знакопеременных нагрузок с резонансами при двух- и треузловых формах колебаний связано с величинами демпфирования и собственными параметрами крутильных систем. В работе [52 J рассмотрено влияние жесткости элементов трансмиссии на собственные частоты колебаний и вопросы уменьшения динамических нагрузок за счет снижения крутильной жесткости соединений. Введение специальных упругих элементов рассматривается в работах [51, 52] . Показано, что чрезмерное снижение жесткости вызывает появление низкочастотных колебаний. Введение демпфирующих элементов ведет к снижению динамических нагрузок, однако при передаче значительных моментов может происходить их выключение, так как возможна блокировка упругих элементов демпфера.
Анализ возмущений, поступающих в трансмиссию от переменной составляющей крутящего момента двигателя, изложен в работах П.П.Лукина [61], В.П.Терских [95] , А.И.Минаева [69] и др, в которых проведен гармонический анализ крутящего момента ряда двигателей и возмущения от газовых и инерционных сил. Авторами делаются выводы о том, что численные значения гармонических коэффициентов зависят от типа двигателя, числа и расположения цилиндров, сил инерции вращающихся масс.
Составление расчетной динамической модели трансмиссии колесной машины с инерционным трансформатором вращающего момента
Трансмиссию машины можно рассматривать как колебательную систему, имеющую большое число степеней свободы. Поскольку решение такой системы является трудоемким процессом, возникает необходимость её преобразования в более простую путем уменьшения числа сосредоточенных масс. Исходная система заменяется упрощенной моделью, состоящей из сосредоточенных масс, соединенных безинерци-онными упругими элементами. Расчет по упрощенной схеме значительно облегчается и почти не проигрывает в точности, если упрощение выполнено правильно.
Многочисленными исследованиями установлено [б7,96,П4] , что угловые деформации валов, полуосей, тангенциальные деформации шин линейно зависят от нагрузки, а коэффициенты жесткости постоянны в широком диапазоне нагружающих моментов. Так как приведенные коэффициенты жесткости и силы неупругого сопротивления определяются с помощью постоянных передаточных чисел, то их значения будут независимы от координат системы и постоянными, а колебательная схема трансмиссии может рассматриваться как система с сосредоточенными параметрами [П4] .
Приведение моментов инерции и коэффициентов жесткости производится на основе равенства кинетической и потенциальной энергии эквивалентной и исходной систем [67,73] .
Стендовые исследования ИТВМ. Объект исследования и применяемая аппаратура
Испытания в стендовых условиях проводились с целью обкатки трансформатора, определения его характеристик и возможности установки на машину для проведения дорожных испытаний. При испытании были поставлены следующие задачи:
1. Обкатка и отладка импульсного механизма.
2. Проверка работоспособности МСХ.
3. Отладка системы смазки и контрольно-измерительной аппаратуры.
4. Определение механических характеристик, сравнение их с теоретическими и оценка параметров ЙТВМ.
Объектом исследований является опытный образец автоматического инерционного трансформатора вращающего момента ИТВМ - 00 - 02сб, предназначенный для установки на колесную машину типа ЗШІ-І57КД вместо штатной муфты сцепления и коробки передач.
Импульсатор, выполненный в виде планетарного ряда с ведущим водилом, пяти неуравновешенных сателлитов и ведомой солнечной шестерни, крепится к маховику двигателя. Реактор представляет собой вал с двумя эксцентриками, на которых в подшипниках скольжения вращаются внутренние обоймы корпусного и выходного МСХ. В ИТВМ применены механизмы свободного хода схемы профессора А.А.Благонра Еова с кинематической связью в виде кулисно-крестовой муфты [10,29]. Картер трансформатора крепится к блоку цилиндров двигателя и образует общий силовой агрегат ДВС-ЙТВМ /рис. 3.1/.
Для проведения стендовых испытаний был спроектирован и изготовлен тормозной стенд разомкнутого типа /рис.3.2/, на который монтировался силовой агрегат. Устройствами нагружения служили: гидравлический - типа ЛЕ-6-70А и механический - ленточно-колодоч-ный тормоза. Тормозной момент в гидротормозе создавался за счет сопротивления рабочей жидкости в перфорированных дисках вращающегося ротора - на больших угловых скоростях, а на режиме неподвижного реактора и на малых угловых скоростях - за счет затягивания тормозной ленты вокруг тормозного барабана, охлаждаемого водой. Инерционная масса вращающихся частей стендовой установки имитировала приведенный к выходному валу ИТВМ момент инерции деталей трансмиссии, ходовой части и самой машины. Выходной вал инерционной передачи соединялся с тормозом с помощью карданного вала.
Анализ результатов дорожных испытаний колесной машины с ИТВМ
Для выявления величин максимальных нагрузок, возникающих в трансмиссии, были проведены записи процессов строгания с места в различных весовых состояниях машины. Анализ осциллограмм несколько серий заездов для каждого весового состояния позволил установить, что время нарастания инерционного момента в трансмиссии до максимальной величины обратно пропорционально угловой скорости коленчатого вала двигателя и для машины весом 85400 Н изменяется в пределах 0,8 - 1,2 с, а для машины весом І05400 Н 1,0 - 1,8 с. Следует отметить, что при строгании автомобиля со ступенчатой коробкой передач с полной нагрузкой время нарастания момента значительно меньше и лежит в пределах 0,2 - 1,0 с, т.е. имеют место резкие всплески амплитуд [зв] . Характер нарастания момента в инерционной трансмиссии с ИТВМ одинаков на всех элементах водопровода при включении повышенной и пониженной передач в раздаточной коробке. При строгании автомобиля амплитуда момента возрастает до некоторой максимальной величины, а затем, по мере разгона автомобиля, происходит её снижение. В начальный момент времени при малых угловых скоростях двигателя крутящий момент на полуосях и карданных валах изменяется по пульсирующему циклу, а затем происходит смещение в область асимметричных циклов /рис.4.1/. Частота циклов, согласно (2.33) зависит от угловой скорости двигателя и передаточного отношения ИТВМ. Одна из особенностей нарастания инерционного момента состоит в том, что его максимальное значение получается при наибольшей угловой скорости двигателя, поэтому при форсированном строгании возможно появление величин моментов с большей амплитудой и цикличностью [4J . При нормальном темпе строгания угловая скорость изменялась от 62,8с до 164с , что соответствует нарастанию инерционного момента до величины, необходимой для строгания в данных условиях движения.
В результате обработки осциллограмм были выявлены следующие максимальные величины моментов в инерционной трансмиссии:
- для машины весом 105400 Н на полуосях среднего и заднего ведущих мостов 1470 и 1820 Нм, на карданных валах 360 и 380 Нм;
- для машины весом 85400 Н - в полуосях соответственно 770 и 880 Нм и на карданных валах 175 и 215 Нм. итличие в нагрузках объясняется различной жесткостью привода и особенностями работы блокированной трансмиссии на переходных режимах.
