Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1. Характеристики переходных процессов и факторы, влияющие на их формирование 10
1.2. Оценочные параметры переходных процессов при переключении передач 22
1.3. Выводы по главе и задачи исследования 28
Глава 2. Исследование влияния эксплуатационных и конструктивных особенностей гидромеханического при вода колесных ЗТМ на характеристики переходных процессов при переключении передач 30
2.1. Цель, задачи, объект и порядок проведения предварительных испытаний 30
2.2. Результаты эксплуатационных испытаний колесной ЗШ в режиме реверсирования 34
2.3. Результаты исследования процесса включения двух фрикционных муфт в ГМЇЇ с тремя степенями свободы 39
2.4. Выводы по главе 43
Глава 3. Теоретические исследования процессов переключения передач в гидромеханическом приводе колесных ЗТМ 45
3.1. Задачи, методы и объект теоретического исследования переходных процессов 45
3.2. Разработка математической модели и подготовка исходных данных для расчета переходных процессов при переключении передач 50
3.3. Исследование последовательного включения двух фрикционных муфт в ГМП для получения одной передачи 64
3.4. Исследование переходных процессов в гидромеханическом приводе при трогании STM 72
3.5. Исследование переходных процессов в гидромеханическом приводе при реверсировании 31М 84
3.6. Выводы по главе 103
Глава 4. Методика экспериментальных исследований 106
4.1. Цель и задачи экспериментальных исследований и обоснование выбора измеряемых параметров 106
4.2. Описание стендовой установки ПО
4.3. Методы измерения и измерительная аппаратура 115
4.4. Определение необходимого числа опытов 118
4.5. Выводы по главе 120
Глава 5. Результаты экспериментальных исследований 121
5.1. Испытание агрегатов гидромеханического привода колесных 3IM 121
5.2. Результаты стендовых испытаний гидромеханического привода в режиме трогания 127
5.3. Результаты стендовых испытаний гидромеханического привода в режиме реверсирования 137
. 5.4. Результаты стендовых испытаний гидромеханического привода при варьировании времени запаздывания включения фрикционных муфт 145
5.5. Выводы по главе I5S
Глава 6. Практические рекомендации по совершенствованию систем управления ГМП колесных ЗТМ 156
6.1. Конструктивные решения последовательной схемы управления фрикционными муфтами 156
6.2. Рекомендации по совершенствованию систем управления ГМП колесных ЗТМ 162
6.3. ВЫЕОДЫ по главе 169
Выводы по работе 171
Литература 174
Приложения 189
- Характеристики переходных процессов и факторы, влияющие на их формирование
- Цель, задачи, объект и порядок проведения предварительных испытаний
- Задачи, методы и объект теоретического исследования переходных процессов
- Цель и задачи экспериментальных исследований и обоснование выбора измеряемых параметров
- Испытание агрегатов гидромеханического привода колесных 3IM
Характеристики переходных процессов и факторы, влияющие на их формирование
Исследованию переходных процессов в гидромеханических приводах колесных машин посвящено значительное количество работ /3, 4, 8, 10, II, 13...16, 18, 28...80, 36, 39; 43, 46, 52, 55, 56, 71, 76...80, 82, 83, 87, 94...96, 99, 101, 124, 127 и др./.
Наибольший вклад в развитие теоретических методов расчета переходных процессов в приводах строительных, дорожных и земле-ройно-транспортных машин внесли советские ученые Т.В.Алексеева, С.М.Борисов; Д.П.Вожов; А.И.Вощинин, Е.Ю.Малиновский, В.Н.Прокофьев, А.Н.Холодов, С.Н.Баранов, А.А.Бриммер, В.М.Гольдштейн, В.А.Кошелев и другие.
Изучению данных вопросов применительно к автомобилям и тракторам посвящены работы А.С.Антонова, В.И.Анохина, А.Н.Нарбута, В.А.Петрова, Д.Т.Гапояна, М.Д.Гирко, К.Я.Львовского, В.П.Тара-сика, Н.П.Харитонова, В.Ф.Шапко и многих других ученых.
Среди зарубежных исследований следует отметить работы Антона, Дормфилда, Ферстера, Хартинга, Радзинского, Попеску и ряда других исследователей /104, 105, 109...III/.
Благодаря работам этих ученых накоплен значительный опыт по созданию методов расчета переходных процессов и определению влияния различных факторов на их характеристики.
Основной характеристикой переходного процесса при переключении передач в колесных машинах является изменение вращающего момента на валах ГМП в функции времени М j(t) /16,116,119, 120/. По ней определяются показатели, характеризующие качество переходного процесса.
Основываясь на физической сущности процесса включения фрикционной муфты /7, 14/ и интерпретируя ее в приложении к гидромеханическим приводам колесных ЗТМ, весь процесс может быть разбит по этапам.
Типовая характеристика переходного процесса (Рис.1.1а) состоит из:
- этапа буксования фрикционных элементов муфты, происходящего на временном интервале ti , разбитого в свою очередь на интервалы подэтапа нарастания давления на поршень ьт и подэта-па буксования дисков при постоянном давлении 1т ;
- этапа последующего разгона валов, происходящего на временном интервале tjr , в свою очередь разбитого на интервалы подэтапа затухающих колебаний вращающего момента .
В отдельных случаях вид кривой М-/Ш трансформируется, что указывает на особенности протекания процесса. Так, замыкание муфты до того, как давление в ее полости приобрело максимальное установившееся значение, приводит к вырождению второго подэтапа первого этапа (Рис.I;16). другие возможные изменения типовой характеристики переходного процесса, связанные с особенностями режимов работы колесных ЗТМ, приведены во второй главе (Рис.2.7);
Переходные процессы при переключении ступеней в ГМП колесных машин формируются под воздействием значительного числа факторов /11,43,55,65,76,78,80,94...96,101,115,116,118,120,127,128 и др./.
Исследованию влияния силовой установки на процессы переклю - 12 чения ступеней в колесных машинах посвящены работы /13,24,34, 62,73,84 и др./. Результаты этих исследований позволяют учитывать неустановившиеся режимы работы двигателей как при полных, так и при частичных подачах топлива .
Вопрос об использовании статической или динамической моделей двигателей связан с характеристиками гидротрансформаторов, применяемых на исследуемом объекте. Процессы переключения передач в ГМП с непрозрачным или малопрозрачным гидротрансформатором, по мнению ряда авторов /114,116,119/, не требуют учета динамических свойств системы двигатель-регулятор, однако на участках, где характеристика гидротрансформатора имеет свойства прозрачности, учет динамических свойств силовой установки необходим.
Вторым вопросом, связанным с влиянием характеристик работы двигателя на формирование переходных процессов при переключении передач, является учет работы двигателя на частичных подачах топлива;
Известные математические модели дизельных двигателей, в основном автомобильных, позволяют имитировать их работу на частичных подачах топлива /63,85/. Однако в известных исследованиях /30,71/ процессов переключения передач в ГМП колесных ЗШ такие модели не применялись.
Цель, задачи, объект и порядок проведения предварительных испытаний
С целью выявления характерных особенностей, отличающих работу гидромеханических приводов колесных ЗТМ при переключении передач от приводов других колесных машин и определения влияния этих особенностей на характеристики переходных процессов в ГМП, были проведены испытания реального объекта в эксплуатационных условиях.
При этом ставились следующие задачи:
- определить характерные свойства процесса реверсирования,1 осуществляемого с управлением топливоподачи в двигатель;
- определить характерные свойства переходных процессов, обусловленные включением двух фрикционных муфт в механическом редукторе ГМП с тремя степенями свободы.
Наиболее высокие требования к надежности и долговечности предъявляются к приводам большегрузных машин, поэтому в качестве объекта предварительных испытаний был принят унифицированный гидромеханический привод семейства большегрузных колесных ЗТМ с двигателем мощностью 405 кВт /123/ и ГМП конструкции БНИИстрой-дормаш типа ЗЇМ Ш-23, состоящей из комплексного трехколесного гидротрансформатора и вального механического редуктора, имеющего шесть передач переднего и три передачи заднего хода /47/ (Рис.2.ІГ. Краткая техническая характеристика испытуемой ГМП приведена в приложении і.
Для более полного охвата режимов работы испытуемого приво-да он был установлен на шасси самоходного скрепера с ковшом вместимостью 25 м3 (см.приложедае рисі;і) / 92/, что не исключало возможности воспроизведения режимов работы колесных погрузчиков и бульдозеров (например, реверсирование). Краткая техническая характеристика самоходного скрепера с испытуемой ГМП приведена в приложении I.
Измеряемые параметры были выбраны исходя из необходимости получения характеристик переходных процессов на турбинном и выходном валах ГМЇЇ,4 а также определения скоростного режима работы двигателя, передаточного отношения гидротрансформатора и скорости движения машины (по частоте вращения выходного вала). Сведения об измеряемых параметрах приведены в таблице 2.1.
Схема размещения датчиков на тягаче скрепера представлена на рис.2.2.
Выявление характерных отличий переходных процессов производилось путем анализа осциллографических записей полученных на типичных режимах переключения передач. Такими режимами являлись трогание на различных передачах переднего хода; переключение ступеней и реверсирование STM без остановки машины.
Особое внимание было уделено процессам реверсирования, как наиболее нагруженным режимам переключения.
Задачи, методы и объект теоретического исследования переходных процессов
Для более полного охвата множества варьируемых факторов, влияющих на характеристики переходных процессов при переключении передач, а также сокращения объемов дорогостоящих работ по испытанию гидромеханического привода и его узлов в рамках данной работы было предусмотрено проведение теоретических исследований. другим направлением теоретических исследований была разработка и апробация методики расчета переходных процессов и на ее основе разработка методики выбора параметров системы управления гидромеханическим приводом с ограничением топливоподачи в двигатель при трогании и реверсировании ЗТМ.
В соответствии с общими задачами настоящей работы, изложенными в первой главе, и этими направлениями теоретических разработок решались следующие частные задачи:
- исследовать влияние последовательного включения фрикционных муфт на характеристики переходных процессов и определить рациональные параметры такой схемы включения;
- исследовать процессы трогания ЗТМ с различной величиной подачи топлива в двигатель;
- исследовать процессы реверсирования ЗТМ и определить условия возникновения "опрокидывания гидротрансформатора".
В этих исследованиях был принят метод теоретического (вы .- 46 числительного) эксперимента /44/, который состоял в проведении цикла расчетов с использованием расчетной динамической схемы и математических моделей гидромеханического привода по специально подготовленным программам на 3BL Цель этих расчетов - выявить влияние изучаемых факторов на характер протекания процесса, что позволит установить физическую сущность происходящих при этом явлений. Для проведения теоретических исследований указанным методом необходимо учитывать все основные факторы, влияющие на анализируемый процесс, иметь возможность гибкого варьирования большим числом исходных данных. В результате расчетов подучим интегральные оценочные параметры, позволяющие подтвердить или опровергнуть поставленную в начале исследования гипотезу.
Выбор этого метода был обусловлен невозможностью получения точных аналитических зависимостей для определения характеристик и оценочных параметров переходных процессов в гидромеханическом приводе при переключении передач, так как они зависят от большого числа существенно важных факторов и нелинейных характеристик элементов привода.
Решение поставленных задач проводились следующим образом:
- выбирались и обосновывались исходные данные для исследования влияния заданного параметра на характеристики переходных процессов;
- проводились расчеты характеристик переходных процессов с варьированием заданного параметра в определенных пределах; необходимое количество которых определялось в каждом конкретном случае путем анализа полученных результатов;
- при необходимости уточнялись шаг и пределы варьирования, проводились дополнительные расчеты, позволяющие выявить или подтвердить физическую сущность процесса и строились графики полученных зависимостей;
- проводился анализ результатов, определялся вид полученной зависимости,- делались выводы о степени и характере влияния исследуемого параметра на характеристики переходного процесса и определялись оценочные параметры.
В качестве объекта теоретических исследований, по причинам, отмеченным ранее в первой главе, была принята динамическая схема гидромеханического привода большегрузного одноковшового фронтального погрузчика грузоподъемностью 15 т, кинематическая схема которого приведена на рис.3.1.
По результатам расчетов, приведенных в приложении П, в основу была положена пятимассовая расчетная динамическая схема исследуемого объекта, которая представлена на рис.3.2. Параметры расчетной динамической схемы на передачах переднего и заднего хода приведены в таблице 3.1.
Цель и задачи экспериментальных исследований и обоснование выбора измеряемых параметров
В соответствии с задачами настоящей работы, изложенными в первой главе, экспериментальные исследования переходных процессов были проведены в три этапа.
На первом этапе проводились испытания реального объекта (большегрузной STM с гидромеханическим приводом) в эксплуатационных условиях с целью выявления характеристик отличий переходных процессов, протекающих в них при переключении передач. Постановка и результаты этих исследований приведены во второй главе.
На втором этапе определялись экспериментальные характерне -тики отдельных агрегатов гидромеханического привода, а также проводились стендовые испытания ГМП с целью углубленного исследования переходных процессов при переключении передач и подтверждения правомерности принятых в теоретических разработках допущений.
На третьем этапе для проверки эффективности предложенных технических решений были проведены стендовые испытания ГМП усовершенствованной конструкции с системой последовательного управления фрикционными муфтами,
В соответствии с целью проведения экспериментальных исследований по второму и третьему этапам были поставлены следующие задачи:
- выявить закономерности работы агрегатов ГМП в характерных режимах,1 определить характеристики двигателя на частичных подачах.топлива и характеристику гидротрансформатора в режиме противовращения его насосного и турбинного колесу
- оценить влияние податливости ведомой части динамической системы привода на характеристики переходных процессов при тро-гадаи ЗТМ и подтвердить полученные в теоретических исследованиях результаты; - оценить влияние топливоподачи в двигатель и начальной частоты вращения выходного вала ГМП на характеристики переход ных процессов при реверсировании привода и подтвердить результаты теоретических исследований условий возникновения "опрокидывания гидротрансформатора" ;!
- исследовать влияние различных факторов на величину взаимного запаздывания в нарастании давления на поршни фрикционных муфт в механических редукторах ГМП с тремя степенями свободы; оценить влияние этого запаздывания на характеристики переходных процессов и подтвердить теоретические предпосылки," положенные в основу разработки последовательной схемы управления фрикционными муфтами
- оценить качество переходных процессов в ГМП с усовершенствованной конструкцией и системой последовательного управления фрикционными муфтами и подтвердить эффективность предложенных технических решений,
Испытание агрегатов гидромеханического привода колесных 3IM
В соответствии с задачами экспериментальных исследований, изложенными в предыдущей главе, были проведены испытания основных агрегатов: дизельного двигателя и гидротрансформатора в характерных режимах их работы в составе гидромеханического привода STM.
Характеристики дизельного двигателя определялись на тяговом режиме с целью получения исходных данных для моделирования его работы на внешней и частичных регуляторных характеристиках. Б данных испытаниях варьировалась нагрузка, а величина подачи топлива в каждом опыте устанавливалась различной в пределах от максимальной до минимально возможной по условию заглохания. Величины параметров замерялись в соответствии с общепринятой методикой /24/. Интервал фиксированных частот вращения в местах перегиба характеристик выбирался 1,0.».2,0рад/с, а в районе плавного изменения - 10 рад/с.
Полученные в результате испытаний статические регулятор-ные характеристики двигателя приведены на рис.5.1.
Как следует из результатов экспериментальных исследований частичные регуляторные характеристики имеют излом в районе угловых скоростей вращения вала двигателя 90...ПО рад/с. Это явление обусловлено ступенчатым изменением величины восстанавливающей силы пружин всережимного регулятора вследствие наличия зазора в проушинах одной из них и может быть проиллюстрировано графиком, приведенным на рис.5,2.
