Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и постановка задач исследований 10
1.1. Особенности гидрофикации мобильных рабочих машин и области их применения 10
1.2. Проблемы гидрофикации и современное состояние вопроса использования гидропривода в сельскохозяйственной технике 22
1.3. Обзор исследований характеристик объемного гидропривода 36
1.4. Выводы по главе и постановка задач исследований 67
2. Исследование силового воздействия на рабочие органы и приводы сельхозмашин 70
2.1. Некоторые общие вопросы методики проведения экспериментальных исследований в полевых условиях 70
2.2. Подходы к методике обработки экспериментального материала... 73
2.3. Характеристики динамического нагружения на переходных режимах 19
2.4. Математические ожидания силовых воздействий на установившихся режимах 88
2.5. Статистические характеристики динамической нагруженности на установившихся режимах 99
2.6. Вибрационные нагрузки на трубопроводные системы 105
2.7. Выводы по главе 111
3. Теоретические основы динамики объемных гидроприводов сельскохозяйственных машин 113
3.1. Уравнения объемного гидропривода 113
3.2. Статические характеристики гидропривода 115
3.2.1. Гидропривод с одним потребителем энергии (одноконтурный гидропривод) 115
3.2.2. Гидропривод с несколькими потребителями энергии 125
3.3. Динамические модели одноконтурного гидропривода 129
3.4. Динамика разгона мобильных сельскохозяйственных машин с объемным одноконтурным гидроприводом ходовой части 135
3.5. Динамика гидропривода механизма с исполнительными звеньями рычажного типа 142
3.6. Динамика объемного гидропривода с несколькими потребителями энергии 147
3.7. Выводы по главе 151
4. Основные направления повышения эффективности и динамических характеристик объемных гидроприводов рабочих органов 155
4.1. Исследование эффективности замены механического привода объемным гидроприводом 155
4.1.1. Привод мотовила жатки зерноуборочного комбайна 155
4.1.2. Привод выгрузного шнека зернового бункера 167
4.1.3. Привод фрез роторных почвообрабатывающих машин 171
4.2. Исследование объемного гидропривода на ход энергонасыщенно
го зерноуборочного комбайна 178
4.2.1. Параметры привода на ход с различными вариантами гидравлической части 178
4.2.2. Режимы и методика испытаний ходовой части машины 180
4.2.3. Энергетические и силовые характеристики различных вариантов привода ходовой части 181
4.2.4. Динамические характеристики различных видов привода ходовой части 188
4.2.5. Выбор оптимального варианта гидрообъемной трансмиссии и сравнение его с иностранными прототипами 194
4.3. Исследование объемного многоконтурного гидропривода в комбайнах для уборки зеленой массы 201
4.4. Выводы по главе 206
5. Разработка методов улучшения качества функционирования приводов рабочих органов плоскопараллельного перемещения штоков гидроцилиндров
5.1. Системы с синхронным движением сдвоенных штоков гидроцилиндров при позиционировании мотовила жатвенной части зерноуборочного комбайна 209
5.2. Гидромеханическая система складывания широкозахватных бесцепочных культиваторов 233
5.2.1. Общие сведения об агрегатах 233
5.2.2. Цель и методика проведения экспериментальных исследований 238
5.2.3. Результаты исследований и динамические расчеты 239
5.2.4. Совершенствование гидравлической схемы культиватора КШУ —12... 242
5.3. Выводы по главе 252
6. Перспективы повышения технического уровня объемного гидромеханического привода сельскохозяйственных машин 254
6.1. Повышение технического уровня привода на ход энергонасы щенных самоходных комбайнов 254
6.2. Повы шение надежности трубопроводных систем 263
6.3. Теоретические предпосылки разработки автоматизированного многопоточного объемного гидропривода сельскохозяйственной гидромашины 273
6.4. Гидрообъемный привод мотовила зерноуборочного комбайна со следящим устройством 295
6.5. Выводы по главе 299
7. Оценка экономической эффективности выполненного исследования 301
7.1. Экономическое обоснование замены механического привода мотовила и выгрузного шнека зерноуборочного комбайна «Дон-1500» на объемный гидромеханический 301
7.2. Расчет экономического эффекта от использования почвообрабатывающих машин ПР-2,7, КФГ-3,6, КШУ-12 с объемным гидромеханическим приводом 310
7.3. Выводы по главе 317
Заключение 318
Общие выводы по работе 319
Литература 323
Приложения 340
- Особенности гидрофикации мобильных рабочих машин и области их применения
- Некоторые общие вопросы методики проведения экспериментальных исследований в полевых условиях
- Гидропривод с одним потребителем энергии (одноконтурный гидропривод)
- Привод мотовила жатки зерноуборочного комбайна
Введение к работе
Создание конкурентоспособных на мировом рынке сельскохозяйственных машин является актуальной задачей. И решение этой задачи в первую очередь связано с вопросами повышения надежности. Особенно это распространяется на сложную, а, следовательно, и дорогостоящую сельскохозяйственную технику. Становится непозволительной роскошью эксплуатировать комбайны, у которых 50% всего рабочего времени приходится на простои [33, 57, 90, 131]. Эти простои связаны с недостаточным техническим уровнем и низкой надежностью. Особенно следует отметить низкую надежность элементов приводов. Так, по данным работ [1, 4, 9, 58, 62, 97, 123, 126, 151, 179, 180] при испытании современных сельхозмашин 30% отказов приходится именно на эту группу деталей.
Одним из направлений повышения энергонасыщенности сложных сельскохозяйственных машин является замена механических передач для привода рабочих органов на гидравлические. Увеличение первоначальной стоимости машины за счет этого может быть компенсирована уменьшением расхода запасных частей в дальнейшей эксплуатации и сокращением времени простоев.
Однако тормозом полной гидрофикации сельскохозяйственных машин до настоящего времени является отставание отечественной промышленности в области производства гидронасосов и гидромоторов необходимой мощности и недостаточный ресурс их эксплуатации. Но не менее важной причиной отсутствия таких машин является практическое отсутствие исследований сложных пространственных гидроприводов и, следовательно, отсутствие методик их расчета и проектирования.
В конструкциях отечественных и зарубежных производителей сельскохозяйственной техники перспективным направлением на сегодняшний день является создание многофункционального гидромеханического привода.
В связи с этим для повышения эффективности использования приводов сельскохозяйственных машин, снижения затрат при их функционировании,
повышения производительности назрела необходимость в решении проблемы обоснования рациональных структуры и параметров объемного гидромеханического привода сельскохозяйственных машин.
Целью настоящей работы является выявление закономерностей функционирования однопоточного и многопоточного гидромеханических приводов с учетом возмущающих и управляющих воздействий для повышения эффективности работы сельскохозяйственных машин.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Раскрыты закономерности равновесного и неравновесного
автоматического деления потока жидкости при возмущающих и управляющих
воздействиях на рабочие органы. Теоретически обоснована работоспособность
автоматизированного многопоточного объемного гидропривода,
чувствительного к потребителям.
Обоснована следящая система привода, позволяющая поддерживать заданную частоту вращения в зависимости от внешних условий.
Разработаны математические модели функционирования объемных гидроприводов, позволяющих описывать поведение одноконтурных и многоконтурных гидромеханических приводов, в том числе и со случайным характером возмущающих и управляющих воздействий на рабочие органы этих машин.
Выявлены факторы, влияющие на вибрационные нагрузки в трубопроводных системах сельскохозяйственных машин, и получены рекомендации по повышению надежности трубопроводных систем.
Обоснованы критерии оценки качества работы приводных систем сельскохозяйственных машин с механическим и объемным гидромеханическим приводом на ход, проведен их анализ.
Решены задачи анализа быстродействия гидропривода, в конструкциях шарнирно-рычажного типа.
Определено влияние переходных, средних и переменных составляющих процессов на силовую нагруженность приводов рабочих органов почвообрабатывающих и уборочных машин при установившемся движении. К научным закономерностям полученным в работе можно отнести:
7 определение диаметра щели дросселя делителя-сумматора потока жидкости
0,01 - 0,02м, обеспечивающего работу работы секций культиватора с
ускорением 1,2 - 1,5 м/с2, что позволяет снизить инерционные ударные
нагрузки на раму культиватора и сократить время перевода секций
культиватора в транспортное или рабочее положение с 30 - 40 с до 20 с;
рассмотрение, в вероятностном аспекте 0 - 50 %, работоспособности паяных и
непаяных соединений трубопроводов в зависимости от длины секций
трубопроводов.
Практическая ценность работы и реализация результатов.
Создана база данных, в которую вошли результаты исследований силового нагружения на приводы сельхозмашин, полученные в работе.
Разработаны математические модели приводов сельскохозяйственных машин, позволяющие на проектной стадии оценивать приспособленность создаваемых машин к определенным условиям эксплуатации.
Теоретически обоснован и экспериментально определен параметр, характеризующий быстродействие гидропривода механизма с исполнительными звеньями рычажного типа.
Установлена роль и влияние конструктивных параметров дроссельных делителей потока жидкости на синхронную работу секций широкозахватных культиваторов.
Получены предпосылки расчета параметров многопоточной автоматизированной системы объемного гидропривода сельскохозяйственной машины.
Представлена методика расчета схем крепления трубопроводов гидравлических систем сельхозмашин, позволяющая существенно снизить резонансные колебания трубопроводов и, в конечном счете, повысить надежность их соединений.
Описанная в работе методология синтеза параметров гидропривода сельхозмашин дает возможность модернизировать и создавать новые приводы сельхозмашины, гарантирующие повышение их качества и эффективности, чем обеспечивается их конкурентоспособность на внутреннем и внешних рынках.
Разработанные методы и результаты исследований приводов сельскохозяйственных машин опубликованы в книге «Повышение эффективности функционирования объемного гидромеханического привода сельскохозяйственных машин» и используется в качестве пособия в учебном
8 процессе Донского государственного технического университета (ДГТУ) и филиале ДГТУ, Азовском технологическом институте.
Исследования проводились с использованием методов системного
анализа, теории вероятностей, теории автоматического регулирования,
математической статистики, натурного эксперимента и оценки экономической
эффективности путем наложения на модельное хозяйство.
Экспериментальные исследования проводились в экспериментально-
исследовательском комплексе (ЭИК) ГСКБ г.Таганрога, на полях совхоза
«Манычский» и в цехах ОАО «Ростсельмаш», в хозяйстве «Зерновое» опытного
хозяйства Всероссийского научно-исследовательского хозяйства
(ВНИПТИМЭСХ) г.Зерноград, на полигонах ГСКБ по культиваторам и сцепкам ЗАО «Красный Аксай» в совхозе «Цветочный» (Ростовская область), в Кубанском научно-исследовательском испытательном институте тракторов и машин (КубНИИТиМ) г.Армавир, лабораториях кафедры «Гидравлика, гидропневмоавтоматика и тепловые процессы» Донского государственного технического университета (ДГТУ).
Произвести точный расчет экономической эффективности от модернизации гидроприводов широкозахватного культиватора КШУ-12, фрезерного культиватора КФГ-3,6, роторного плуга ПР-2,7 и макетного образца гидрофицированных приводов мотовила жатки и выгрузного шнека зерноуборочного комбайна «Дон-1500» не представляется возможным из-за отсутствия надежных методик определения экономической эффективности от производства и использования новых средств труда с улучшенными качественными характеристиками. Ориентировочный годовой экономический эффект в расчете на один агрегат (образец) в ценах 2000 г. составляет:
широкозахватный культиватор КШУ-12- 75 тыс. руб.,
фрезерный культиватор КФГ-3,6 - 10 тыс. руб.,
роторный плуг ПР-2,7 - 15 тыс. руб.,
- приводы мотовила жатки (следящей системы) и выгрузного шнека
зерноуборочного комбайна «Дон-1500» - 95 тыс. руб.
9 Внедрены мероприятия предлагаемых технологических процессов и
машинных технологий с новыми разработанными техническими средствами,
обеспечивающими снижение материальных и денежных затрат на производство
сельскохозяйственной техники, а также при формировании и обновлении
технического оснащения сельхозпредприятий.
Диссертация состоит из семи глав, включающих анализ состояния вопроса, цель и задачи исследования (первая глава), экспериментальные исследования силового воздействия на рабочие органы и приводы сельхозмашин (вторая глава), теоретические основы динамики объемных гидроприводов сельскохозяйственных машин (третья глава), основные направления повышения эффективности и динамических характеристик объемных гидроприводов рабочих органов сельскохозяйственных машин (четвертая глава), разработка методов улучшения качества функционирования приводов рабочих органов плоскопараллельного перемещения штоков гидроцилиндров (пятая глава), перспективы повышения технического уровня объемного гидромеханического привода сельскохозяйственных машин (шестая глава), оценка экономической эффективности выполненного исследования (седьмая глава).
На защиту выносятся.
Теоретические основы разработки автоматизированной многопоточной гидромеханической системы приводов рабочих органов и движителя сельскохозяйственной машины.
Комплекс работ по разработке методик, созданию моделей и выявлению новых закономерностей условий функционирования объемного гидромеханического привода рабочих органов зерноуборочного комбайна, фрез плугов, культиваторов, механизма подачи листостебельной массы и приводов на ход мобильных машин.
Рациональные структуры объемных гидроприводов сельскохозяйственных машин с учетом динамических явлений и силового нагружения рабочих органов.
Практические рекомендации по повышению технического уровня
сельскохозяйственной техники, упрощению конструкции, снижению материалоемкости за счет гидрофикации приводов.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях ДГТУ в 1986-2003 г.г., на V международном конгрессе «Фракционирование зеленых растений», Ростов-на-Дону, 1996 г., III, IV всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности», Санкт-Петербург, 1998-99 г.г., Международной научно-технической конференции «Проблемы совершенствования зерноуборочной техники: конструирование, организация производства, эксплуатация и ремонт», Ростов-на-Дону, 1999 г., ВИМУ-70, Международной научно-технической конференции «Сельскому хозяйству - техническое обеспечение XXI века, Техника-21», Москва, 2000 г., VI международной научно-технической конференции «Динамика технологических систем», Ростов-на-Дону, 2001 г., на техническом совете научно-исследовательского института сельскохозяйственного машиностроения им. В.П. Горячкина ОАО «ВИСХОМ», Москва, 2003 г., Международной конференции «Актуальные проблемы конструкторско-технологического обеспечения машиностроительного производства», Волгоград, 2003 г.
Соискатель выражает глубокую благодарность кандидату технических наук, доценту Яцухину Юрию Алексеевичу за консультативную помощь.
Особенности гидрофикации мобильных рабочих машин и области их применения
Создана база данных, в которую вошли результаты исследований силового нагружения на приводы сельхозмашин, полученные в работе. Разработаны математические модели приводов сельскохозяйственных машин, позволяющие на проектной стадии оценивать приспособленность создаваемых машин к определенным условиям эксплуатации. Теоретически обоснован и экспериментально определен параметр, характеризующий быстродействие гидропривода механизма с исполнительными звеньями рычажного типа. Установлена роль и влияние конструктивных параметров дроссельных делителей потока жидкости на синхронную работу секций широкозахватных культиваторов. Получены предпосылки расчета параметров многопоточной автоматизированной системы объемного гидропривода сельскохозяйственной машины. Представлена методика расчета схем крепления трубопроводов гидравлических систем сельхозмашин, позволяющая существенно снизить резонансные колебания трубопроводов и, в конечном счете, повысить надежность их соединений. Описанная в работе методология синтеза параметров гидропривода сельхозмашин дает возможность модернизировать и создавать новые приводы сельхозмашины, гарантирующие повышение их качества и эффективности, чем обеспечивается их конкурентоспособность на внутреннем и внешних рынках. Разработанные методы и результаты исследований приводов сельскохозяйственных машин опубликованы в книге «Повышение эффективности функционирования объемного гидромеханического привода сельскохозяйственных машин» и используется в качестве пособия в учебном процессе Донского государственного технического университета (ДГТУ) и филиале ДГТУ, Азовском технологическом институте. Исследования проводились с использованием методов системного анализа, теории вероятностей, теории автоматического регулирования, математической статистики, натурного эксперимента и оценки экономической эффективности путем наложения на модельное хозяйство. Экспериментальные исследования проводились в экспериментально исследовательском комплексе (ЭИК) ГСКБ г.Таганрога, на полях совхоза «Манычский» и в цехах ОАО «Ростсельмаш», в хозяйстве «Зерновое» опытного хозяйства Всероссийского научно-исследовательского хозяйства (ВНИПТИМЭСХ) г.Зерноград, на полигонах ГСКБ по культиваторам и сцепкам ЗАО «Красный Аксай» в совхозе «Цветочный» (Ростовская область), в Кубанском научно-исследовательском испытательном институте тракторов и машин (КубНИИТиМ) г.Армавир, лабораториях кафедры «Гидравлика, гидропневмоавтоматика и тепловые процессы» Донского государственного технического университета (ДГТУ). Произвести точный расчет экономической эффективности от модернизации гидроприводов широкозахватного культиватора КШУ-12, фрезерного культиватора КФГ-3,6, роторного плуга ПР-2,7 и макетного образца гидрофицированных приводов мотовила жатки и выгрузного шнека зерноуборочного комбайна «Дон-1500» не представляется возможным из-за отсутствия надежных методик определения экономической эффективности от производства и использования новых средств труда с улучшенными качественными характеристиками. Ориентировочный годовой экономический эффект в расчете на один агрегат (образец) в ценах 2000 г. составляет: - широкозахватный культиватор КШУ-12- 75 тыс. руб., - фрезерный культиватор КФГ-3,6 - 10 тыс. руб., - роторный плуг ПР-2,7 - 15 тыс. руб., - приводы мотовила жатки (следящей системы) и выгрузного шнека зерноуборочного комбайна «Дон-1500» - 95 тыс. руб. Внедрены мероприятия предлагаемых технологических процессов и машинных технологий с новыми разработанными техническими средствами, обеспечивающими снижение материальных и денежных затрат на производство сельскохозяйственной техники, а также при формировании и обновлении технического оснащения сельхозпредприятий. Диссертация состоит из семи глав, включающих анализ состояния вопроса, цель и задачи исследования (первая глава), экспериментальные исследования силового воздействия на рабочие органы и приводы сельхозмашин (вторая глава), теоретические основы динамики объемных гидроприводов сельскохозяйственных машин (третья глава), основные направления повышения эффективности и динамических характеристик объемных гидроприводов рабочих органов сельскохозяйственных машин (четвертая глава), разработка методов улучшения качества функционирования приводов рабочих органов плоскопараллельного перемещения штоков гидроцилиндров (пятая глава), перспективы повышения технического уровня объемного гидромеханического привода сельскохозяйственных машин (шестая глава), оценка экономической эффективности выполненного исследования (седьмая глава). На защиту выносятся. Теоретические основы разработки автоматизированной многопоточной гидромеханической системы приводов рабочих органов и движителя сельскохозяйственной машины. Комплекс работ по разработке методик, созданию моделей и выявлению новых закономерностей условий функционирования объемного гидромеханического привода рабочих органов зерноуборочного комбайна, фрез плугов, культиваторов, механизма подачи листостебельной массы и приводов на ход мобильных машин. Рациональные структуры объемных гидроприводов сельскохозяйственных машин с учетом динамических явлений и силового нагружения рабочих органов. Практические рекомендации по повышению технического уровня сельскохозяйственной техники, упрощению конструкции, снижению материалоемкости за счет гидрофикации приводов. Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях ДГТУ в 1986-2003 г.г., на V международном конгрессе «Фракционирование зеленых растений», Ростов-на-Дону, 1996 г., III, IV всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности», Санкт-Петербург, 1998-99 г.г., Международной научно-технической конференции «Проблемы совершенствования зерноуборочной техники: конструирование, организация производства, эксплуатация и ремонт», Ростов-на-Дону, 1999 г., ВИМУ-70, Международной научно-технической конференции «Сельскому хозяйству - техническое обеспечение XXI века, Техника-21», Москва, 2000 г., VI международной научно-технической конференции «Динамика технологических систем», Ростов-на-Дону, 2001 г., на техническом совете научно-исследовательского института сельскохозяйственного машиностроения им. В.П. Горячкина ОАО «ВИСХОМ», Москва, 2003 г., Международной конференции «Актуальные проблемы конструкторско-технологического обеспечения машиностроительного производства», Волгоград, 2003 г.
Соискатель выражает глубокую благодарность кандидату технических наук, доценту Яцухину Юрию Алексеевичу за консультативную помощь.
Некоторые общие вопросы методики проведения экспериментальных исследований в полевых условиях
Сравнительный анализ к.п.д. объемного привода ходовой системы комбайнов с трех- и четырехскоростными коробками передач был проведен для следующих скоростей движения: соответственно 0 - 1,39 (0 - 5) м/с (км/ч); О - 2,78 (0-10) м/с (км/ч); 0 - 5,56 (0 - 20) м/с (км/ч) и 0 - 1,39 (0 - 5) м/с (км/ч); 0 - 2,08 (0 - 7,5) м/с (км/ч); 0 - 2,78 (0-10) м/с (км/ч); 0 - 5,56 (0 - 20) м/с (км/ч). Как видно, несовпадение общего к.п.д. гидропривода ходовой части комбайнов с коробками передач двух вариантов наблюдается в диапазоне до 2,08 м/с (7,5 км/ч) у комбайнов, оснащенных четырехскоростной коробкой по сравнению с трехскоростной; давление уменьшается, а подача насоса и частота вращения гидромотора возрастают. В этом случае объемный гидропривод работает при большем в 1,33 раза расходе жидкости и меньшем в 1,33 раза давлении.
При увеличении рабочего давления объемный к.п.д. насоса и гидромотора уменьшается, а гидромеханический к.п.д. наоборот возрастает. С возрастанием частоты вращения в гидромоторах объемный к.п.д. повышается, а механический вначале растет, а затем уменьшается. Таким образом, общий к.п.д. гидромашин находится в довольно сложной зависимости от расхода и давления в гидроприводе. Для анализа использовались табличные значения коэффициентов полезного действия насоса SPV23 и гидромотора SMF23 фирмы Sauer, которые аналогичны гидромашинам НП90 и МП90, выпускаемых заводом «Гидросила» (Кировоград) устанавливаемых на отечественных комбайнах.
Зависимости общего к.п.д. гидромашин для давлений 9,45; 10,5; 12,6; 14; 15,75; 21 и 28 МПа от угла поворота наклонного диска насоса SPV23 при частоте вращения п„ = 38,3 с"1 показаны на рис. 1.22, а. Графики изменения общего к.п.д. от частоты вращения гидромотора при тех же давлениях показаны нарис. 1.22, б. В результате испытаний комбайнов «Дон-1500» установлено, что наибольшее давление в гидроприводе составляет около 12,3 МПа для эксплуатации в типичных условиях. У комбайнов с четырехскоростной коробкой передач в этих же условиях на второй передаче 0-2,08 м/с (0-7,5 км/ч) давление в гидроприводе составило около 9,45 МПа. По результатам испытаний было отмечено, что в скоростном интервале 1,39-1,67 м/с (5-6 км/ч) общий к.п.д. гидромашины с трехскоростной коробкой передач (см. рис. 1.23) выше, чем с четырехскоростной, следовательно, расход топлива в первом случае был меньше. Кривые 3 и 4 (см. рис. 1.23) показывают преимущества трехскоростной коробки передач по общему к.п.д. и расходу топлива. Кривые 5 и 6 преодоление участков с высоким сопротивлением движению, рабочее давление близко к давлению открытия предохранительного клапана. Общий к.п.д. у четырехскоростной коробки передач высокий (при малых скоростях движения), когда режим работы комбайна непродолжительный (кривые 7 и 8). Однако хочется отметить, что авторы не исследовали технологический процесс работы объемного привода ходовой системы комбайна, когда рабочее давление соответствует давлению открытия предохранительного клапана. В работе [45] автором проанализированы параметры объемных гидростатических трансмиссий зерноуборочных комбайнов иностранных фирм. Перечислены причины применения разных типоразмеров гидромашин объемных гидростатических трансмиссий на близких по весовым и мощностным показателям комбайнах разных фирм. Комбайны, имеющие типоразмер гидромотора №24 (гидромашина типа «Sandstrand - Sauen ) — «Dominator-116», «Claas»; №6, «Allis Chalmers» (США); M9700, «White» -реализуют повышенную мощность объемной гидростатической машины на увеличение транспортных скоростей, а на комбайнах М9700, «White»; «Dominator-116», «Claas», кроме того еще и на увеличение рабочих скоростей. Соотношение максимальной мощности насоса к мощности двигателя составляет для комбайнов «Е-516» (типоразмер гидромотора №23) и М985, «John Deere» (типоразмер гидромотора №22) - 0,7 и 0,63. Результатом исследования явилось описание причин применения разных типоразмеров гидромашин трансмиссий зарубежных комбайнов. Однако в работе нет сравнительных данных параметров объемных гидростатических трансмиссий, близких по весовым и мощностным показателям комбайнов иностранных и отечественных моделей.
Результаты исследований максимальных давлений в объемном гидроприводе трансмиссий самоходных комбайнов «Дон-1500» приведены в работе [46]. В ней автор приводит значения нагрузок и режимов, которые могут возникать в трансмиссиях самоходных машин при их эксплуатации на предельных давлениях (работа в условиях срабатывания предохранительного клапана при ускорении машины, периодические колебания давления в установившемся режиме движения, а также возможность ошибок механизатора в использовании эксплуатационных диапазонов работы комбайна).
С учетом экспериментальных и теоретических исследований, установлено, что при движении самоходных машин по полевым и дорожным фонам момент сопротивления на ведущих колесах непрерывно меняется из-за изменения силы сопротивления перекатыванию самой машины и силы тягового сопротивления от прицепного агрегата, что приводит к возникновению периодических колебаний рабочего давления в трансмиссиях с объемным гидроприводом.
Гидропривод с одним потребителем энергии (одноконтурный гидропривод)
Результаты исследований к.п.д. объемного гидропривода машины КС-6 и КСК-4 в зависимости от касательной силы тяги и поступательной скорости могут быть использованы для улучшения энергетических характеристик гидропривода комбайна. Полученные выражения (1.6) - (1.9) могут быть применены при аналитических исследованиях гидростатического привода сельскохозяйственных мобильных агрегатов.
Характеристики трансмиссий хода кормо- и зерноуборочных комбайнов, а также некоторых других видов мобильной техники рассматриваются в работе [77]. Автором делается анализ и попытка обобщения современных унифицированных трансмиссий, дающих возможность комплексной гидрофикации мобильной сельскохозяйственной и другой техники. Рассматривается, как пример, комплексная гидрофикация колесного или гусеничного трактора. Оснащение таких тракторов гидростатической трансмиссией с дополнительными насосами для обслуживания навесного оборудования, станет универсальным энергетическим средством, способным перемещать само универсальное энергетическое средство и передавать энергию на навесной (или прицепной) агрегат по одному или нескольким каналам. Это позволит увеличить число орудий в сцепке с одним универсальным энергетическим средством, то есть составить многозвенные агрегаты, что представляет собой сложность при использовании тракторов с механической трансмиссией.
Применение комплексногидрофицированного универсального энергетического средства повлияет на технологический процесс обработки почвы или уборки урожая. Несколько сельскохозяйственных операций можно выполнять одновременно сцепом соответствующих орудий, выполняя за один проход весь цикл обработки почвы или уборки урожая. Сфера применения комплексного гидрофицированного универсального энергетического средства очень перспективна: это машины для сельского хозяйства, строительства, горнодобывающей промышленности, большегрузные автомобили и т.д.
При проектировании и создании гидростатических трансмиссий мобильных машин, в том числе универсального энергетического средства, нужно иметь специальный трансмиссионный насос и встраиваемый в колесо гидромотор. Для оценки работы трансмиссионных гидромашин (рис. 1.33) рассмотрена взаимосвязь давления и расхода рабочей жидкости. Изменения указанных параметров рассматриваются при работе двигателя в режиме постоянной мощности. По приведенным на рис. 1.33 кривым можно установить диапазоны регулирования расхода жидкости (скорости движения) или изменения давления в системе (тяговых качеств). Чем шире диапазон регулирования, тем дальше кривая удаляется от точки пересечения предельных значений параметров Аь Ац, Ащ.
Однако результаты исследований авторов не показывают преимуществ комплексногидрофицированного универсального средства в сцепе с навесным (или прицепным) сельскохозяйственным агрегатом по отношению к механической трансмиссии.Вопросы температурного нагружения для объемного гидропривода, состоящего из регулируемого насоса НП-90 и нерегулируемого гидромотора МП-90, рассмотрены в работе [89]. Исследования проводились в широком диапазоне нагрузочных давлений (р = 16, 21, 25, 30 МПа) и скоростей вращения вала гидронасоса (п = 104,7 (1000), 157 (1500), 209,33 (2000), 261,7 (2500) рад/с (мин"1)). Для получения предельных значений температурного нагружения насос НП-90 и гидромотор МП-90 были выбраны с высоким объемным параметром (механический к.п.д. 90%, а объемный к.п.д. в пределах 0,95 - 0,97). Фиксирование температуры рабочей жидкости проводилось одновременно на наружной поверхности гидромотора, в его дренаже и баке, а также в магистралях высокого и низкого давления, что позволило определить характер распределения температур гидростатической трансмиссии при постоянных режимах нагружения.
В результате экспериментальных исследований авторами (рис. 1.34) было установлено, что во всех исследуемых точках температура рабочей жидкости через некоторый промежуток времени стабилизируется и остается постоянной для постоянных режимов нагружения. Наступает тепловое равновесие системы, которое зависит от подачи насоса, подпитки и эффективности системы охлаждения рабочей жидкости.- в дренаже гидромотора; 5 - в баке гидропередачи
Исследованиями установлено (см. рис. 1.34), что наибольший рост температуры наблюдался в дренаже гидромотора (кривая 4). Это обусловлено выделением тепла парами трения, утечками элементов гидромашин и дросселированием регулирующей аппаратуры. Разность температур в магистралях низкого (кривая 1) и высокого (кривая 2) давления обусловлена воспринимаемым теплом от пар трения, находящихся в омываемых рабочей жидкостью зонах, и теплом, выделяемым при перетечках в гидроагрегатах из зоны высокого давления в зону низкого давления. Кривые 3 и 5 показывают, что температура корпуса гидромотора и рабочей жидкости в баке примерно вдвое меньше температуры дренажа.
По результатам исследований выведены три основных температурных поля гидростатической трансмиссии: силовая, несиловая и дренаж. Установлено, что при повышении температуры рабочей жидкости до предельно допустимой (60 градусов) коэффициент подачи гидромашины снижается в среднем на 2% (см. рис. 1.35). Темп снижения коэффициента подачи гидромашин подчиняется нелинейному закону. В этом случае наблюдается незначительный рост потребляемого момента насоса и гидромотора (рис. 1.36).
Привод мотовила жатки зерноуборочного комбайна
Продольные вибрации трубопроводов, возникающие под влиянием внутреннего давления, как известно, незначительны (глава 1, п. 1.2) и не являются опасными для трубопроводов и соединений гидравлических систем машин, поэтому в программу испытаний не входило их исследование.
Исследования влияния колебания давления жидкости в замкнутых участках гидросистемы проводили только для рабочих режимов работы зерноуборочного комбайна «Дон-1500», что соответствовало выполнению технологического процесса. В этом случае штоки гидроцилиндров мотовила находятся в промежуточном состоянии. Во время испытаний зерноуборочный комбайн двигался с максимальной для рабочего режима скоростью движения 1,39 м/с.
Испытания по исследованию изменения давления жидкости в гидросистеме рулевого управления зерноуборочного комбайна и трактора проводили на рабочих режимах, так как предварительным экспериментом было установлено, что увеличение скорости движения на транспортных режимах не даст возможности удержать руль в фиксированном положении. Анализ динамических процессов в замкнутых трубопроводах показал, что их можно отнести к низкочастотным случайным колебаниям. В результате исследований установлено, что в замкнутых участках гидросистемы зерноуборочного комбайна «Дон-1500» максимальные значения давлений составили: рулевое управление - 5,5 МПа (трактора К-700А - 3,2 МПа), жатка - 5,1 МПа, мотовило - 2,7 МПа, что ниже величины срабатывания предохранительного клапана.
Для рабочего режима движения зерноуборочного комбайна «Дон-1500» и трактора Т-150К в замкнутых участках гидросистемы были получены следующие максимальные значения напряжений в трубопроводах: рулевое управление - 11,4 МПа (8,1 МПа), жатка - 10,7 МПа, мотовило - 6,4 МПа. 1. Анализ результатов экспериментального исследования силовых факторов, действующих на объемные гидроприводы сельскохозяйственных машин, показал, что целесообразно отдельно изучить три вида процессов: - переходные процессы, соответствующие началу работы машины и действия единичных воздействий; - средние значения процессов при установившемся значении работы агрегата или машины; - переменную составляющую процессов при установившемся движении. 2. Установлено, что общее время переходных процессов в объемных гидроприводах на ход сельскохозяйственных машин колеблется в пределах 3-18 с, время интенсивного нарастания нагрузки находится в пределах 6-30% от общего времени переходного процесса. При этом коэффициент догрузки колеблется в пределах Кд = 1,3 — 6. 3. Анализ влияния различных технологических параметров на средние значения процессов нагружения объемных гидроприводов показал, что в большинстве случаев эти зависимости носят нелинейный характер и с увеличением интенсивности технологического процесса (увеличением захвата жатки, подачи массы в молотильный или измельчающий аппараты, заглубления рабочего органа и т.д.) средние значения силовых факторов возрастают. 4. Анализ средних значений крутящих моментов и мощностей на ходовых колесах различных мобильных сельскохозяйственных машин показал, что силовые и энергетические параметры на рабочих режимах движения заметно ниже по сравнению с параметрами, полученными на транспортных режимах. 5. Установлено, что в почвообрабатывающих машинах с рабочими органами ротациоішого типа существенное значение на силовое нагружение привода оказывает форма рабочих органов. Выбор рациональных форм рабочих органов может способствовать снижению крутящего момента в приводе в четыре раза. 6. Анализ среднего значения нагрузок на штоках гидроцилиндров механизмов позиционирования узлов мобильных сельскохозяйственных машин показал, что с увеличением скорости движения и высоты неровностей рельефа поля средние квадрати ческие значения инерционных нагрузок, создаваемых массами узлов, увеличиваются. При двухкратном увеличении скорости движения агрегата средние квадратические значения нагрузок увеличиваются в 1 ,2 — 1,5 раза. 7. Спектральный состав нагрузок в механизмах привода на ход мобильных сельскохозяйственных машин существенно зависит от агрофона, на котором они движутся. При движении по стерне или пашне энергетическая частота спектров колебаний крутящего момента находится в пределах Ац,=4 — 5 с1. При движении по проселочным дорогам спектры колебаний крутящего момента становятся более высокочастотными, здесь A v3 = 7,5 - 9,5 с . 8. Если технологический процесс агрегата сопровождается периодическими воздействиями на отрабатываемую среду, спектры колебаний крутящего момента в приводе расширяются. В некоторых случаях максимумы спектров могут лежать в диапазоне 100-200 с1. 9. Анализ виброускорений, вибронапряжений и пульсаций давлений в трубопроводных системах сельскохозяйственных машин показал следующее: - в трубопроводных системах возникают преимущественно напряжения от действия виброускорений; - напряжения от пульсации давления жидкости при выполнении технологического процесса существенно ниже; - основной причиной, порождающей вибрации трубопроводов, является двигатель внутреннего сгорания, установленный на машине, уровень вибрации от работы других агрегатов, как правило, ниже; - гармонический анализ виброускорений трубопроводных систем показал, что основной спектр круговых частот находится в пределах 180-220 с"1. Полученные в настоящей главе материалы легли в основу создания моделей при аналитическом описании процессов, протекающих в объемных гидроприводах сельскохозяйственных машин.
