Введение к работе
Актуальность темы. Трансмиссия гусеничных лесозаготовительных машин (ГЛЗМ) должна удовлетворять требованиям обеспечения необходимой скорости транспортного движения при заданной надежности функционирования.
Скорость транспортного движения ГЛЗМ определяется параметрами системы «двигатель - трансмиссия - ходовая часть - внешние условия». При заданных характеристиках двигателя скорость движения ГЛЗМ определяется, прежде всего, параметрами трансмиссии, которая предназначена для согласования характеристик двигателя с внешними условиями. Именно трансмиссия является тем звеном, которое обеспечивает эффективное использование мощности двигателя. Поэтому задача оценки и выбора параметров элементов трансмиссии, с целью обеспечения надежной работы ГЛЗМ, является важной практической задачей.
Существующие методы оценки и расчета нагруженности трансмиссий ГЛЗМ обеспечивают выбор параметров элементов трансмиссии только исходя из необходимости преодоления ограничений по тяговым свойствам, не учитывая в полной мере транспортные перемещения машин. Конструкторы, не имея теоретических рекомендаций по созданию элементов трансмиссии ГЛЗМ, ищут выход в усложнении конструкции трансмиссии. Однако оценить целесообразность усложнения технических решений не представляется возможным, поскольку нет аппарата оценки эффективности этих решений хотя ясно, что при этом снижается надежность, ухудшается обслуживаемость и ремонтопригодность трансмиссий.
Постоянного совершенствования расчетных методов исследования нагруженности узлов и деталей современных ГЛЗМ требует так же и высокий уровень сложности их конструкции. Решение задач, связанных с расчетом возникающих в трансмиссии ГЛЗМ нагрузок, вызвано необходимостью сократить время на доводочные испытания опытных вариантов конструкции. Длительность этого этапа определяется достоверностью данных, полученных на этапе проектировочных расчетов. Чем большая информация по нагрузочным параметрам может быть получена на этом этапе, тем меньшее время затрачивается на доводку конструкции. Таким образом, задача методик расчета и оценки нагруженности трансмиссии ГЛЗМ состоит в получении достоверных данных на этапе проектирования машин нового типа.
Учитывая изложенное, следует констатировать, что актуальными являются научные исследования, направленные на более глубокое изучение факторов, влияющих на нагруженность трансмиссий ГЛЗМ, и разработки на этой базе научно-обоснованных методов и технических решений, позволяющих не только более достоверно учесть нагрузки при расчетах, но и разработать рекомендации, обеспечивающие снижение нагруженности и повышение эксплуатационных показателей трансмиссий ГЛЗМ.
Пель работы. Цель работы заключалась в совершенствовании расчетных моделей нагруженности трансмиссий гусеничных лесозаготовительных машин и уточнении методов расчета нагруженности элементов трансмиссии от внешних условий движения, обеспечивающих обоснование выбора и оценку параметров элементов трансмиссии на стадиях проектирования и испытания ГЛЗМ.
Исходя из выше изложенного были сформулированы следующие задачи:
-
Обосновать необходимость совершенствования расчетных моделей нагруженности трансмиссий гусеничных лесозаготовительных машин в зависимости от внешних условий движения;
-
Провести анализ внешних воздействий на ГЛЗМ и существующих методов расчета и оценки нагруженности элементов трансмиссии с позиций их возможности решения практической задачи обоснования выбора и оценки параметров элементов трансмиссии;
-
Провести усовершенствование методики расчета нагруженности элементов трансмиссии ГЛЗМ по внешним условиям движения;
-
Определить зависимости между показателем нагруженности элементов трансмиссии и характеристиками внешних условий движения, а также влияние на них режимов движения и конструкционных особенностей машины;
-
Разработать рекомендации по применению методики расчета нагруженности элементов трансмиссии на стадиях разработки машины и проведения испытаний.
Объектом исследований являются гусеничные лесозаготовительные машины.
Предметом исследований является нагруженность трансмиссии ГЛЗМ от внешних условий движения.
Научная новизна заключается в следующем:
Усовершенствована модель расчета нагруженности трансмиссий гусеничных лесозаготовительных машин при управляемом криволинейном движении, позволяющая более достоверно оценивать нагруженность элементов трансмиссии.
Усовершенствована методика оценки влияния внешних условий движения на расчет нагруженности трансмиссии ГЛЗМ, состоящая из трех основных этапов.
Первый этап состоит в анализе нагрузочного режима трансмиссии при движении ГЛЗМ на различных скоростях с заданными внешними условиями, с возможностью изменения знака кривизны движения и варьирования параметров трансмиссии.
Второй этап состоит в реализации расчетной схемы ГЛЗМ в виде локальных математических моделей, позволяющих производить оценку нагруженности элементов трансмиссии. Отличительной особенностью методики является применение прикладных пакетов компьютерных программ (SolidWorks, Universal Mechanism, Adams View, Adams Tracked Vehicles Toolkit), позволяющих на стадии проектирования сократить общее время на разработку конструкторской и технической документации, проведение виртуальных испытаний, создание опытного образца машины.
Третий этап содержит методику стендовых и натурных испытаний динамической инерционности опытных образцов ГЛЗМ.
Данная методика включает возможность моделирования движения ГЛЗМ по криволинейной траектории и траектории с изменяемым знаком кривизны, с максимальной нагрузкой на трансмиссию.
Новизна предложенной методики при проведении стендовых испытаниях подтверждена патентами РФ на полезную модель №85443, №88393, №97169, №97170 «Двигатель внутреннего сгорания».
Практическая значимость. Разработаны рекомендации по применению моделей расчета нагруженности трансмиссии на стадиях разработки машины и
проведения испытаний, что в совокупности повышает эксплуатационные свойства, технический уровень и конкурентоспособность машин лесопромышленного и лесохозяйственного назначения.
Результаты исследований рекомендованы для использования при расчетах и проектировании трансмиссий гусеничных лесозаготовительных машин.
Практические рекомендации используются на ОАО «Онежский тракторный завод» и на ОАО «Алтайское тракторостроительное объединение» при выполнении работ по проектированию и повышению надежности трансмиссий ГЛЗМ.
Реализация результатов исследований. В результате теоретических и экспериментальных исследований найдены новые технические решения, позволяющие ускорить процесс создания ГЛЗМ от идеи до конструкции. Результаты испытаний, методы и разработанные расчетные модели нагруженности трансмиссий ГЛЗМ переданы в ОАО «Онежский тракторный завод», ОАО «Алтайское тракторостроительное объединение» (Алттрак), ФГУП «ГНЦ ЛПК» с целью использования при совершенствовании конструкций трансмиссий гусеничных лесозаготовительных машин и проектировании новых моделей ГЛЗМ. По результатам исследования разработана методика, которая используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса» при подготовке инженеров специальности 150405, а также применяется в научно-исследовательской работе студентов и аспирантов.
Методы исследования. Применяются современные методы, основанные на анализе нагруженности трансмиссии и создании локальных моделей для расчета нагрузок с учетом условий эксплуатации машин в лесу. Применяется сочетание математического и физического моделирования с использованием методов аналитической механики, дифференциального и интегрального исчисления, теории дифференциальных уравнений для анализа и оценки результатов моделирования. Методы экспериментальных исследований и теории вероятности используются при подготовке и проведении натурных испытаний гусеничных лесозаготовительных машин и при обработке полученных экспериментальных данных. Основные положения, выносимые на защиту.
усовершенствованная методика оценки влияния внешних условий движения на нагруженность трансмиссии ГЛЗМ на стадии проектирования;
методика синтезирования внешних условий, представленная в виде отдельно взятой реализации и математической модели управляемого криволинейного движения ГЛЗМ, как по траектории с постоянной кривизной, так и по траектории с изменяемым знаком кривизны.
методика разработки рациональных локальных компьютерных математических моделей;
- усовершенствованная модель расчета нагруженности трансмиссии при
управляемом криволинейном движении ГЛЗМ.
- метод анализа оценки влияния внешних условий движения на нагруженность
трансмиссии ГЛЗМ, состоящий из метода многопоточных режимов расчета динамики
ГЛЗМ и реализации уравнений кинематических связей взаимодействия со стороны
ДВС и движителя, при движении по различным профилям пути, как по траектории с
постоянной кривизной, так и по траектории с изменяемым знаком кривизны.
- комплекс математических моделей, позволяющих синтезировать движение ГЛЗМ с учетом неголономных связей движителя и двигателя с трансмиссией, включая кинематику и динамику движения машины как по прямолинейному или криволинейному профилю пути, так и при переезде через единичные препятствия с различными вариантами трансмиссий.
Достоверность научных результатов. Достоверность обеспечена применением современных методов математического моделирования изучаемых объектов, математической обработки результатов экспериментов, а так же 90% сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях Московского государственного университета леса (МГУЛ) 2009-2011г.г.; на международных научно-технических конференциях Вологодского государственного технического университета (ВоГТУ) 2008-2010г.г.; на Российско-Финском саммите 2009г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 3 работы в журналах, рекомендованных ВАК Российской Федерации.
Структура и обьем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения четырех глав, выводов, списка использованной литературы (173 наименования) и приложений, общий объём диссертационной работы 197 страниц, включая 116 рисунков и 5 таблиц.
