Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время разрабатываемые и модернизируемые транспортные машины оснащаются новыми, превосходящими по техническому уровню зарубежные образцы, гидромеханическими трансмиссиями, которые должны обеспечить необходимую долговечность силового блока трансмиссии и ходовой части. Принято считать, что требуемая долговечность элементов трансмиссии обеспечивается благодаря применению гидротрансформатора, который является активным демпфером возмущений на входе и выходе трансмиссии. В ходе экспериментальных исследований опытных образцов транспортных машин с перспективными гидромеханическими трансмиссиями наблюдается высокая динамическая нагру-женность, формируемая внешними и внутренними возмущениями при переходных процессах трогания с места, переключения передач, блокировке гидротрансформатора, а также и на установившихся режимах движения транспортных машин. Вследствие этого ограничивается долговечность деталей и узлов силового блока. В наибольшей степени подвержены динамическим нагрузкам и в результате имеют ограниченный ресурс фрикционные элементы системы управления гидромеханических трансмиссий.
Задача снижения динамической нагруженности элементов современных трансмиссий решается многими отечественными и зарубежными учеными и специалистами. Тем не менее, во многих исследованиях не учитываются некоторые факторы, которые, при соблюдении определенных условий, способны значительно снизить ресурс трансмиссии. Современные гидромеханические трансмиссии являются сложными и дорогостоящими изделиями; затраты на их восстановление и убытки, связанные с простоем вышедших из строя эксплуатируемых машин оказываются также значительными. Учитывая перечисленные аспекты, проблема прогнозирования динамической нагруженности на ранних этапах проектирования и повышения долговечности фрикционных элементов гидромеханических трансмиссий является актуальной.
В диссертационной работе выдвигается и обосновывается гипотеза о разрушении металлокерамических дисков фрикционных элементов системы управления гидромеханической трансмиссии вследствие возникновения резонансных режимов, причиной которых являются высокочастотные возмущения, генерируемые гидротрансформатором. На основании результатов исследования приводится усовершенствованная методика расчета фрикционных элементов.
Цель и задачи исследования. Цель исследования заключается в разработке усовершенствованной методики расчета фрикционных элементов гидродинамических трансмиссий, позволяющей учесть динамические факторы их нагружения и частотные характеристики дисков трения. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:
1.Проведение анализа условий работы фрикционных элементов и теоретическое исследование условий возникновения резонансных режимов дисков трения. Обоснование выдвинутой гипотезы о разрушении металлокерамических дисков вследствие негативного влияния гидротрансформатора.
2. Расчет частотных характеристик фрикционных дисков: определение собственных частот и форм колебаний; частотный анализ отклика металлокерамических дисков.
Создание математической модели динамического процесса включения фрикционной муфты с учетом закона изменения давления в системе управления и нелинейности характеристики коэффициента трения.
Экспериментальное исследование динамических свойств металлокерамических дисков фрикционных элементов.
Обобщение результатов исследования, обоснование необходимости совершенствования существующей методики расчета фрикционных элементов, представление усовершенствованной методики расчета.
Методы исследования. В ходе решения поставленных задач в программном пакете Mathcad была создана математическая модель динамического процесса включения фрикционной муфтой с учетом закона изменения давления в системе управления и нелинейности характеристики коэффициента трения. Решение задачи по определению собственных частот дисков трения проводилось по приближенной зависимости в соответствии с уравнением волновой теории и математической физики. Моделирование фрикционных дисков, определение точных значений их собственных частот и построение эпюр собственных форм их колебаний было получено методом конечных элементов с использованием программы NASTRAN. В этой же программе был проведен анализ частотного отклика дисков трения. Экспериментальное определение собственных частот металлокерамических дисков проводилось в соответствии с разработанным методом на специально созданной экспериментальной установке.
Обработка экспериментальных данных проводилась с использованием программных пакетов Mathcad и PowerGraph.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Обоснована необходимость совершенствования существующей методики расчета фрикционных элементов системы управления трансмиссии и предложена методика, позволяющая учесть большее количество факторов нагружения, спрогнозировать негативные резонансные явления в трансмиссии и определить пути снижения динамической нагруженности ее элементов.
Разработана расчетная схема и математическая модель динамического процесса включения фрикционной муфты с учетом закона изменения давления в системе управления и нелинейности характеристики коэффициента трения.
Разработана математическая модель для расчета собственных частот колебаний фрикционных дисков и их динамического расчета, которая позволяет также решать обратную задачу по выбору параметров конструкции фрикционных дисков, исключающих резонансные режимы в процессе их работы.
Практическая ценность. Разработана усовершенствованная методика расчета фрикционных элементов системы управления гидромеханической трансмиссии, учитывающая динамические характеристики режимов их работы. Предложенная методика расчета дает возможность на ранних этапах проектирования трансмиссии спрогнозировать резонансные режимы работы фрикционных дисков и разработать рекомендации по принятию мер по предотвращению их неблагоприятных последствий; выбрать оптимальный закон управления трансмиссией с учетом реальной характеристики коэффициента трения. Это позволит ускорить процесс создания новых образцов гидромеханических трансмиссий и сократить затраты на доводочные работы при модернизации трансмиссий существующих машин.
На защиту выносятся:
Усовершенствованная методика проектного расчета фрикционных элементов гидромеханических трансмиссий, позволяющая учесть динамические характеристики дисков трения.
Математическая модель динамического процесса включения фрикционной муфты с учетом нелинейности характеристики коэффициента трения и закона изменения давления в системе управления.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований.
Реализация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в двух отчетах о НИР и семи актах, переданных в ОАО «СКБМ», г. Курган и ООО КАТЕ, г. Москва. Результаты диссертационной работы также использованы в учебном процессе при подготовке студентов специальности 190202 Курганского государственного университета.
Апробация работы. Основные положения и материалы диссертационной работы докладывались и обсуждалась: на научно-практической конференции «Актуальные вопросы современной науки» (Курган, 2010); на Международной научно-технической конференции «Транспортные и транспортно-технологические системы» (Тюмень, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ (из них - 2 в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации основных научных результатов).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов, списка литературы из 53 наименований и Приложений на 2 страницах. Работа содержит 148 страниц машинописного текста, включая 49 рисунков, 7 таблиц и Приложения.
