автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.03, диссертация на тему:Исследование режимов работы объемной гидропередачи на базе гидромотора с широким диапазоном регулирования

Р Г Б ОД

На правах рукописи

Гутман Михаил Исакович

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОБЪЕМНОЙ ГИДРОПЕРЕДАЧИ НА БАЗЕ ГИДРОМОТОРА С ШИРОКИМ ДИАПАЗОНОМ РЕГУЛИРОВАНИЯ

05.02.03 - Системы приводов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1997

Работа выполнена на кафедре "Гидропривод и гвдропневмоавтоматика" Московского государственного

автомобильно-дорожного института (технического университета).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Сырицын Т.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Морсин В.М.

кандидат технических наук, профессор Беленков Ю.А.

Ведущее предприятие: ЗАО "Регитон"

Защита состоится "¡23 " С&бгТ^р^-Р 1991 года ауд.

на заседании диссертационного совета Д053.30.03 ГВАК России при Московском государственном автомобильно-дорожном институте (техническом университете) по адресу:

125829, ГСП-47, Москва, Ленинградский проспект, 64. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного автомобильно-дорожного института.

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направлять по указшшому адресу

Автореферат разослан " к " иЛОА Л 1997 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент Потапов М.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Развитие отраслей производства сельскохозяйственных, дорожных, строительных и транспортных машин подтверждает, что гидравлические передачи являются одним из основных средств, открывающих принципиально новые пути в развитии конструкции и повышении эффективности машин.

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, проведенные в нашей стране и за рубежом, выявили техническую и экономическую целесообразность применения гидропередач и передач на их основе в трансмиссиях тракторов и сельскохозяйственных комбайнов, в дорожной технике, а также для приводов активных рабочих органов сельскохозяйственных машин.

Применение объемных гидропередач (далее - ОГП) повышает производительность агрегатов, качество работы, создает условия для автоматизации, обеспечивает повышение коэффициента загрузки двигателя.

Применение ОГП в трансмиссиях указанных классов машин обуславливают следующие особенности их развития:

• переход на повышенные рабочие скорости и повышение энергонасыщенности, что выдвинуло задачу эффективного использования мощности на всем комплексе работ;

• неспособность применявшихся ранее бесступенчатых несаморегулируемых передач (на основе вариаторов) надежно передавать повышенные рабочие мощности машин, что особенно ярко проявилось в комбайнах;

• повышение транспортных скоростей, выдвигающее требование дополнительного расширения силового и кинематического диапазона регулирования трансмиссии;

• повышение доли мощности двигателя, передаваемой через рабочие органы, что приводит к снижению относительной стоимости ОГП;

• внедрение бортового компьютера, позволяющее автоматизировать процессы, происходящие в системе.

Как показали исследования, проведенные НАТИ, ВИМом, УНИИСХом, применение бесступенчатого регулирования позволяет существенно повысить загрузку двигателя, снизить утомляемость

водителя, сократить затраты времени на остановки и холостые переезды и приводит к повышению производительности на 15-25% в зависимости от вида работ.

Лощка развития данных отраслей показывает, что одной из важнейших задач совершенствования ОГП являются расширение ее диапазона регулирования и снижение установочных мощностей гидромашин.

Этой проблеме посвящены различные исследования как в области полнопоточных ОГП, так и в области объемных гидромеханических передач. Как показано в этих работах, диапазон бесступенчатого регулирования ОГП явно недостаточен вследствие ограниченности диапазона регулирования гидромашин. Поэтому возникла необходимость расширения диапазона регулирования ОГП за счет комбинации ступенчатого и бесступенчатого регулирования. В этом направлении ведутся основные разработки в нашей стране и за рубежом. Одним из основных недостатков использующихся схем является ограничение кинематического диапазона регулирования минимально допустимой частотой вращения валов гидромоторов, ниже которой передача работает неустойчиво.

Эти обстоятельства определяют актуальность проблемы разработки ОГП, обеспечивающей широкий диапазон регулирования, возможность устойчивой работы в области скоростей, сколь угодно близких к нулю, и плавное переключение диапазонов бесступенчатого регулирования.

Целью работы является разработка ОГП, обеспечивающей широкий кинематический и силовой диапазон регулирования, устойчивую работу в зоне скоростей, сколь угодно близких к нулевым, плавное переключение диапазонов бесступенчатого регулирования.

Основные задачи исследования:

• Разработка принципиальной схемы передачи на базе гидромотора с широким диапазоном регулирования (ГМШР), обеспечивающей широкий диапазон регулирования и возможность переключения на ходу режимов ее работы.

• Разработка методики определения основных параметров и рекомендаций по выбору рабочих объемов гидромашин для различных условий применения.

• Проведение теоретического анализа процессов переключения режимов работы передачи на основе ее математического моделирования.

• Оптимизация параметров переключения поддиапазонов передачи.

Методы исследования.

Исследования режимов работы и регулирования проводились путем математического моделирования с использованием ЭВМ на базе разработанных математических моделей и алгоритмов переключений режимов работы передачи на основе гидромотора с широким диапазоном регулирования.

Научная новизна.

• Разработан новый подход к решению задач по переключению объемных гидропередач с двумя гидромашинами в моторной части, соединенными с выходным валом через дифференциальную связь, обеспечивающий сведение к минимуму разрыва потока мощности, потери скорости и перегрузки в передаче.

• Составлено математическое описание работы объемной гидропередачи на основе ГМШР в различных режимах работы, а также переключений между ними.

• Получены критерии качества переключений в передаче.

Практическая значимость работы.

Разработанные схемы передачи и алгоритмы переключения позволяют создать привод для сельскохозяйственных и дорожно-строительных машин, имеющий широкий диапазон регулирования и обеспечивающий плавность переключений на ходу между ступенями передачи, дающий возможность достижения скоростей, сколь угодно близких к нулю, при устойчивой работе системы, а также реверсирования вращения выходного вала передачи без ее переключения и реверсирования гидромашии.

Новые результаты, которые выносятся на защиту.

Из теоретических разработок:

• математическое описание статики (установившихся режимов работы) оригинальной передачи на основе ГМШР;

• методика выбора типоразмеров гидромашин передачи исходя из критерия минимизации суммарного рабочего объема входящих в

нее гидромашин для случая равенства их коэффициента быстроходности;

• математическая модель и алгоритмы расчета процессов переключения в передачах на основе ГМШР;

• критерии качества переключений на режимы, обеспечивающие большие максимальные скорости;

• результаты влияния различных эксплуатационных факторов на динамику переключений;

• методика оптимизации процессов переключения в системе без использования обратных клапанов по критерию минимизации потери скорости и перегрузок при их проведении.

Из научно-технических разработок:

• новая принципиальная схема объемной гидропередачи на основе ГМШР, обеспечивающая все ее режимы функционирования и полное использование силовых диапазонов входящих в нее гидромашин;

• обоснование целесообразности применения блокировочных устройств на гидромашинах ГМШР.

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались на научно-технических конференциях МАДИ в 1994, 1995, 1996 и 1997 гг.

Публикации.

По теме диссертации сдано на депонирование 3 статьи, подана 1 заявка на патент.

Объем и структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов по работе, списка использованной литературы. Диссертация изложена на 216 стр. (с приложениями), иллюстрирована 43 рисунками и 3 таблицами. Список литературы содержит 43 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность научной задачи, сформулирована цель и определена степень научной новизны результатов исследований.

В первой главе проведен анализ основных требований, предъявляемых к трансмиссиям самоходных машин, выявлены область применения объемных гидропередач, а также способы расширения их диапазона регулирования. Рассмотрены различные законы автоматического регулирования ОГП. Выявлена необходимость решения задач по обеспечению плавности переключений диапазонов передач разных типов.

Основным требовахшем к трансмиссиям самоходных машин различного назначения является обеспечение заданного диапазона регулирования скорости при работе двигателя в экономически целесообразном режиме.

Требования к диапазону регулирования определяются областью применения техники. Ориентировочные значения необходимого диапазона регулирования для различных случаев применения составляют:

Тип машины: Диапазон:

1. Легковые автомобили . 3 - 4,5

2. Грузовые автомобили общего назначения 6 - 8

3. Грузовые автомобили высокой проходимости 12 - 14

4. Быстроходные гусеничные машины 7 - 10

5. Колесные тракторы 12 - 18

6. Тягачи строительных и дорожных машин 40 - 60

7. Тяжелые грузоподъемные машины до 24

8. Подъемно-транспортные машины До 150

9. Горные машины ДО 500

Другими требованиями к передачам являются:

• высокая проходимость машины в тяжелых условиях работы;

• простота управления, минимизация управляющих органов водителя;

• высокий КПД;

• плавность разгона, отсутствие глушащего воздействия на двигатель;

• плавность переключений для ступенчатых передач;

• экономичность.

Рассмотрение различных классов передач позволило выявить перспективность использования объемных гидропередач прежде всего

в сельскохозяйственной, дорожной и строительной технике. Однако недостаточность диапазона регулирования ОГП при приемлемых значениях КПД и ухудшение ее удельных показателей с увеличением передаваемой мощности ограничивают область применения ОГП. Поэтому возникла необходимость сочетания ступенчатого регулирования с бесступенчатым.

Основными способами расширения диапазона регулирования полнопоточных ОГП являются:

• применение многоступенчатых коробок передач или колесных редукторов, совмещенных с ОГП;

• применение объемных передач с отключаемыми гидромоторами, работающими от общей насосной установки, с переключением с последовательного на параллельное соединение гидромоторов, причем скорости вращения валов всех гидромоторов при прямолинейном движении самоходной машины и при одинаковом передаточном отношении силовой передачи к выходному валу равны, а моменты нагрузки, воспринимаемые гидромашинами, суммируются (передачи с гидродифференциалом на входе моторов);

• применение объемных передач с двумя гидромашинами в моторной части, в которых гидромашины соединены с выходным валом через механический дифференциал, а гидравлические соединения позволяют как подключать их к приводящему насосу последовательно, так и подводить жидкость к одной из гидромашин при блокировке другой, причем нагрузки, воспринимаемые гидромашинами при одинаковом передаточном отношении силовой передачи к выходному валу, равны общей нагрузке, а скорости вращения суммируются (ОГП с дифференциалом на выходе).

Рассмотрение этих способов показало, что использование коробок передач позволяет существенно снизить установочную мощность гидромашин передачи. Однако переключения в них сопряжены с разрывом потока мощности, перегревом и перегрузками в системе, что заставляет в ряде случаев отказываться от возможности переключения передач на ходу.

Использование схем с гидродифференциалом на входе в гидромоторы позволяет активизировать несколько мостов, повышая проходимость машины. Блокировка гидродифференциальной связи

позволяет избежать пробуксовки колес. Однако использование этого свойства возможно только при относительно невысоких нагрузках, так как последовательное соединение гидромашин снижает рабочий объем моторной части. Переключения в таких передачах могут осуществляться более плавно, что является одной из причин их распространения, несмотря на большую установочную мощность гидромашин по сравнению с ОГП с коробкой передач на выходе.

Общим недостатком данных типов передач является их неустойчивая работа при скоростях, близких и равных нулевым, что связано с наличием у гидромотора минимальной скорости устойчивого вращения. Этого недостатка лишены ОГП с дифференциалом на выходе, в которых скорости валов могут как суммироваться, так и вычитаться. За счет этого достигается скорость, сколь угодно близкая к нулю, при устойчивой работе гидромашин передачи. Возможность суммирования и вычитания скоростей гидромашин, а также работы одной из них позволяет существенно расширить диапазон регулирования и осуществлять реверсирование передачи даже при нереверсируемом насосе. Данные передачи, как и ОГП с коробкой передачи, предназначены для одного ведущего моста.

Рассмотрение основных законов автоматического регулирования ОГП показало, что устройства автоматического регулирования гидромашин в режимах постоянной мощности и постоянной загрузки рабочих органов позволяют использовать их для системы с двумя последовательно соединенными гидромоторами, то есть разработка новых схем ОГП с дифференциалом на выходе не потребует создания принципиально новых регуляторов.

Важность проблемы обеспечения плавности переключения диапазонов передач подтверждают исследования Щельцына H.A., Львовского К.Я., Гамидова Г. и др. Рассматривая переключения ступеней коробки передач тракторов, они выявили необходимость ограничения времени переключения минимальным значением, составляющим для данных систем примерно 0,3-0,8 с. Существенная потеря скорости при этом обусловила необходимость принятия мер по исключению разрыва передачи потока мощности (применение фрикционов, опережающее включение передач и т.д.). Управляющее устройство гидрообъемной коробки передач автомобиля, разработанное Навроцким К. Л., также позволяет регулировать минимальное время переключения.

В связи с вышеизложенным была выявлена необходимость разработки новых схем объемных гидропередач, обеспечивающих широкий диапазон регулирования, методики определения основных параметров передачи, обеспечивающих наиболее рациональное использование установочной мощности гидромашин, а также проведения теоретического анализа процессов переключения в передаче на основе математического моделирования с целью обеспечения снижения времени разрыва потока мощности и перегрузок.

Во второй главе рассмотрена принципиальная схема передачи на базе разработанного Каштановым Л.Н. гидромотора с широким диапазоном регулирования (ГМШР) (а.с. СССР № 1136558), приведена информация о предшествующей экспериментальной проверке принципа действия ГМШР на макетном стенде, установлены основные достоинства и недостатки передач на базе ГМШР, а также области, в которых их целесообразно применять.

Принципиальная схема силового контура передачи на базе ГМШР, полученная в результате проведенных исследований, приведена на рис. 1. Передача состоит из регулируемого приводящего насоса 1, от которого жидкость подается к ГМШР, включающему регулируемую и реверсируемую (первую) гидромашину 2 и нерегулируемую (вторую) гидромашину 3. Гидромашины ГМШР механически соединены так, что вал первой гидромашины ГМШР связан с корпусом второй гидромашины. Таким образом реализуется дифференциальная связь, при которой скорость выходного вала передата является суммой (разностью) скоростей вращения валов гидромашин. За счет различного подключения гидромашин, осуществляемого распределителями 4, 5, 6, 7, обеспечивается работа передачи в следующих режимах:

- режим противовращения ("п2-п1"), при котором гидромашины гидравлически соединены последовательно, а вращение валов гидромашин относительно их корпусов происходит в разные стороны;

- режим суммы ("П2+П1"), при котором гидромашины гидравлически соединены последовательно, а валы гидромашин вращаются относительно их корпусов в одном направлении;

- режим работы первой гидромашины ГМШР ("п!"), при котором первая гидромашина ГМШР работает в качестве гидромотора, а вторая гидромашина заблокирована и служит для передачи нагрузки;

- режим работы второй гидромашины ГМШР ("п2") аналогичен предыдущему, однако первая и вторая гидромашины ГМШР меняются ролями.

Для разгрузки отключаемой гидромашины ГМШР в режиме работы другой гидромашины ГМШР применяются блокировочные устройства. Блокировочное устройство на первой гидромашине ГМШР состоит из полумуфт 8 и 9, которые под воздействием управляющего усилия Рущ,] замыкаются и блокируют гидромашину, передавая нагрузку непосредственно с вала гидромашины на ее корпус. При снятии управляющего усилия возвратная пружина осуществляет выключение блокировочного устройства. Аналогично работает блокировочное устройство на второй гидромашине ГМШР, состоящее из полумуфт 10 и 11, срабатывающее при воздействии управляющего усилия Ру^ и передающее нагрузку с выходного вала передачи на корпус гидромашины 3 непосредственно.

Принципиально новыми в данной схеме силового контура передачи с ГМШР по отношению к известным ранее являются применение блокировочных устройств на гидромашинах ГМШР и дросселирующих распределителей.

Проведешгая ранее экспериментальная проверка принципа действия ГМШР показала возможность достижения широкого диапазона регулирования скорости при использовании этого гидромотора.

Рассмотрение основных достоинств и недостатков передач на базе ГМШР позволило говорить о целесообразности их применения прежде всего в машинах, больший удельный вес эксплуатации которых приходится на движение на малых скоростях. Такими машинами могут бьггь, например, сельскохозяйственные комбайны. Так, в комбайне "Дон-1500" применение ГМШР позволило бы при относительно небольшом увеличении установочной мощности насоса снять трехступенчатую коробку диапазонов. Кроме того, передачу с ГМШР целесообразно применять в качестве нагружающего устройства в испытательных стендах, что обусловлено возможностью достижения нулевых скоростей при устойчивом движении выходного

вала, стабильностью нагрузочных характеристик и широким диапазоном скоростей.

В третьей главе рассмотрена статика передач на базе ГМШР.

Поскольку режимы суммы и противовращения данной передачи являются принципиально новыми, были выявлены соотношения статики передачи в этих режимах. При этом для режима противовращения, в котором возможно реверсирование выходного вала без изменения направления вращения валов гидромашин и переключений, рассматривались соотношения статики как при нагрузке на выходном валу, сонаправленной вращению вала первой гидромашины ГМШР, так и при противоположном направлении нагрузки. Уравнения статики выводились для случая работы ГМШР в режиме мотора. Вращение выходного вала принималось положительным, если оно сонаправлено вращению вала второй гидромашины ГМШР, нагрузка принималась положительной, если она сонаправлена вращению вала первой гидромашины ГМШР. Были полугены также условия достижения скорости, равной нулю, и обращения передачи потока мощности.

Уравнения статики данного режима для рассматриваемого случая имеют вид:_" _. '

Скорость выходного вала, п >0 <0

Коэффициент трансформации момента, К= Мн/Мо а 6 Лг >0 Лг к« е~ЛгцЛГ1г а 6 ЛГРЛ ЛГМ

Передаточное отношение, \=п/щ Л^ЛЛ"1

а е а еЛ02

КПД, л 6 Ло1 Ло2 ' „ ~

а м м 10 1Г>£ С ЛгцЛгИ еЛгиЛгкг-] Ло2

Здесь и далее: а - текущее отношешге рабочих объемов второй гидромашины ГМШР и приводящего насоса: а=с12/(с0ч0), е - текущее отношение рабочих объемов первой и второй гидромашин ГМШР:

Режим суммы существенно расширяет диапазон регулирования за счет увеличения максимальной допустимой частоты вращения выходного вала передата.

Основные соотношения для данного режима имеют вид:

(1)

(2)

(3)

Для более наглядного представления статических соотношений в передаче было введено понятие "эквивалентный рабочий объем ГМШР", то есть рабочий объем гидромотора, обеспечивающего в передаче те же кинематические и силовые соотношения, что и ГМШР. Для режимов работы одной из гидромашин ГМШР эквивалентный рабочий объем ГМШР равен рабочему объему соответствующей гидромашины, в режиме суммы он составляет:

Поскольку в режиме противовращения одна из гидромашин ГМШР работает в режиме насоса, эквивалентный рабочий объем ГМШР в данном режиме однозначно определить невозможно. Допустимая нагрузка ограничена рабочим объемом гидромашины, работающей в режиме мотора, в то время как эквивалентный рабочий объем ГМШР, полученный из соотношений статики, может быть сколь угодно большим. ;

При рассмотрении режимов работы одной из гидромашин ГМШР была обоснована необходимость применения блокировочных устройств на гидромашинах ГМШР, обеспечивающих механическую блокировку одной из гидромашин в режиме работы другой.

Было установлено, что диапазон регулирования передачи в режиме постоянной мощности определяется режимами работы одной из гидромашин и режимом суммы.

На основании полученных уравнений статики была разработана методика проектирования передачи по критерию минимизации суммарного рабочего объема входящих в нее гидромашин. Был рассмотрен случай одинакового коэффициента быстроходности машин, что соответствует наиболее существенной зависимости между рабочим объемом гидромашины и допустимой частотой вращения ее

е ^

(4)

вала в пределах одного конструктивного ряда. В качестве граничного /словия использовалось требование достижения нулевой скорости в эежиме противовращения за счет регулирования ГМШР. Исследования проводились для двух случаев: как при отсутствии юполнительной механической передачи между гидромашинамн ГМШР, так и при ее наличии. Было выявлено, что относительный суммарный рабочий объем гидромашин передачи с^, то есть угнетение суммарного рабочего объема гидромашин передачи к эабочему объему гидромашины, имеющей установочную мощность, >авную передаваемой, пропорционален 3/2-степени требуемого (налазона регулировать Б:

Коэффициент пропорциональности К^ для приводов без (ополнителыгой механической передачи между шдромашинами "МШР определяется по формуле:

С увеличением соотношения рабочих объемов первой и второй идромашин ГМШР Ь-Ц\/с\2 значение К], снижается. На рис. 2 для [риводов без механической передачи между шдромашинами юказаны зависимости Кь, максимального Втах и минимального От|П иапазонов регулирования в режиме постоятгой мощности, оотношения максимальных скоростей обратного и прямого хода I от оотношения рабочих объемов гидромашин ГМШР.

Данная методика выявила, что без использования механических [ередач между гидромашинами ГМШР максимальный диапазон егулирования передачи в режиме постоянной мощности составляет римерно 17,7. Диапазон регулирования насоса при этом не ревышает 3,5. Применение механических передач между идромашинами позволяет довести его значение до 20,7, а при сеньших значениях диапазонов - снизить суммарный рабочий объем идромашин передачи.

Исходя из результатов исследования статики передачи были ыявлены особенности переключений режимов работы передач с 'МШР и оценена относительная частота их использования. Была азработана схема силового контура передачи, приведенная на рис. 1.

<к=КьБЗ/2.

(5)

3/2 '

(6)

Кь Ошп 1 итау

Рис. 2

Поскольку режим работы второй гидромашины ГМШР находится примерно в середине силового диапазона передачи, принято решение о проведении всех переключений с использованием этого режима.

Был также проведен выбор способа переключений, в результате которого было признано целесообразным проведение переключений с использованием всех распределителей, установленных в силовом контуре. Срабатывание распределителей, осуществляющих коммутацию одной гидромашины ГМШР, производится одновременно. допускается рассогласование срабатывания распределителей, осуществляющих коммутацию различных гидромашин ГМШР.

В четвертой главе поставлена задача динамического исследования передачи с ГМШР и проведено математическое моделирование процессов переключения режимов работы в передачах с ГМШР.

При моделировании были приняты следующие основные попущения:

► рабочая жидкость имеет стабильные свойства: вязкость, плотность, упругость, количество нерастворешюго воздуха;

» не учитываются волновые процессы в соединительных магистралях;

• погрешность при пренебрежении зависимостью трения в гидромашинах от частоты вращения их валов мала по сравнению с нагрузкой на гидромашину и зависимостью трения от параметра регулирования и давления на входе (выходе) гидромашины;

» влияние неравномерности подачи на динамику рассматриваемых процессов незначительно и не учитывается;

► не учитываются люфты и податливости в механических передачах;

► силы инерции и силы трения в предохранительных клапанах малы по сравнению с действующими на них силами давления, вследствие чего не учитываем массы запорно-регулирующих элементов этих клапанов и пренебрегаем силами трения. Факт своевременного срабатывания предохранительного клапана оценивается по скорости нарастания давления в последние 0,02 с. перед достижением давления его настройки.

В первом приближении рассматривалась передача на основе ГМШР, работающая с двигателем, скорость вращения вала которого те зависит от нагрузки.

Расчетная схема переключения с режима работы первой тщромашины ГМШР на режим работы второй гидромашины ГМШР г обратно показана на рис. 3. Расчетная схема других переключений тринципиально отличается тем, что рабочая жидкость с выхода тервой гидромашины ГМШР подается на вход нагнетательного трубопровода второй гидромашины ГМШР.

В систему уравнений входят уравнения давлений жидкости в трубопроводах, уравнения неразрывности потока жидкости, а также /равнения движения гидромашин, составленные на основе уравнений 1агранжа второго рода.

Pío. Jteiz

гЙг

LU 17 ,

куш/

¿ta

ÈL

подпитка ßjjjt__) HKS

\ -Подпитка

t%Jp,

ICA

P<

подпитка

fr'jiî:

ni

fHLÊ

lU

/——ВД^ЛФФ^

■í*

HU

4» tj.^j

)\L.L,m0

подпиткп

(«M"

5—« kym.0

Li ^Çi

/М ¿U*1

Д1

n0

подпитка

-f-

w\ h-1 T

Рис. 3

Система включает б гидролиний, движение жидкости в гидролиниях описывается стандартными уравнениями, причем для упрощения системы не учитывается инерционность жидкости в нагнетательном и сливном трубопроводах, подсоединенных непосредственно к приводящему насосу. При составлении системы учитывалось, что влияние инерционности механических узлов ГМШР и нагрузки на динамику системы существенно выше влияния инерционности жидкости.

Зависимость площади сечения канала распределителя от положения его запорно-регулирующего устройства представлена на рис. 4.

Рис. 4

Уравнения Лагранжа второго рода для гидромашин ГМШР имеют вид:

ь^^-Н^-м-м»«*«. <8)

где I! и - соответственно момент инерции вращающихся частей первой гидромашины ГМШР и соединительных узлов, включая вращающийся корпус второй гидромашины ГМШР, и момент инерции вращающихся узлов, связанных с валом второй

гидромашины ГМШР, включая момент инерции нагрузки, ац и со2 -угловые скорости вращения валов первой и второй гидромашин ГМШР относительно их корпусов. В целях унификации моделей положительное направление сц принято постоянным. Поэтому всегда скорость вращения выходного вала передачи принимается равной сумме скоростей вращения валов гидромашин, скорость вращения вала и параметр регулирования первой гидромашины ГМШР в режиме противовращения принимаются отрицательными.

Определение гидромеханических потерь в 1-той гидромашине ГМШР осуществляется по формуле:

где М^с0 и кмн - коэффициенты, определяющие крутизну зависимости гидромеханических потерь от давления, которые рассчитываются исходя из номинальных показателей ьтой гидромашины, р - максимальное из давлений в камерах гидромашины. Упрощение зависимости потерь от параметра регулирования гидромашины стало возможным в связи с его постоянством во время расчета. Существенных корректив при вводе исходных данных (соответствующего снижения паспортного значения КПД) эта формула требует при параметре регулирования гидромашины, меньшем 0,5.

Отклонение от стандартных и часто используемых линейных моделей стало необходимым, в частности, в связи с немонотонностью зависимости гидромеханических потерь в гидромашине от частоты вращения ее вала, а также важности соотношений гидромеханических потерь в гидромашинах, одна из которых находится в состоянии покоя, для динамики переключения.

В уравнениях расходов в гидромашинах ГМШР учитываются не только утечки, но и перетечки рабочей жидкости из камеры с более высоким давлением в камеру с более низким давлением. Они учитываются линейно зависящими от давления расходами утечки и перетечки. Соотношение проводимостей щелей утечки и перетечки принято равным 7:1, исходя из примерного соотношения периметров утечки и перетечки в распределителе аксиально-плунжерной гидромашины. Для насосной установки перетечка не учитывается. При давлении, превышающем давление срабатывания предохранительного клапана, подача принимается равной нулю.

(9)

Предусмотрена возможность линейного изменения рабочего объема приводящего насоса во время переключения.

По данным моделям составлены программы для расчета на ЭВМ переключений между различными режимами работы.

В пятой главе проведен анализ результатов моделирования, выявлен механизм разрыва потока мощности при переключениях вследствие паразитной циркуляции рабочей жидкости, проведено исследование влияния конструктивных и эксплуатационных параметров передачи на динамику переключений на режимы с более высокой максимальной скоростью движения и предложены способы сведения к минимуму разрыва потока мощности при переключении.

Контуры и направления паразитной циркуляции рабочей жидкости для различных переключении представлены на рис. 5:

а) переключение с режима противовращения на режим работы второй гидромашины ГМШР;

б) переключение с режима работы первой гидромашины ГМШР на режим работы второй гидромашины ГМШР;

в) переключение с режима работы второй гидромашины ГМШР на режим суммы.

При исследовании влияшш различных конструктивных и эксплуатационных факторов на динамику различных переключений была выявлена необходимость ограничения скорости переключения минимальным значением, в большинстве случаев превышающем 0,6 с. Поскольку при данных значениях времени переключения выбранный предохранительный клапан срабатывал своевременно, его характеристики не влияли на ограничение времени переключения.

Было выявлено, что основными факторами, влияющими на динамику переключения являются: время переключения, статическая нагрузка на выходном валу передачи, моменты инерции соединительных узлов и нагрузки, максимальная площадь проходного сечения каналов распределителей. Влияние трубопроводов менее значительно, однако необходимо ограничивать уменьшение длин трубопроводов, осуществляющих подсоединение гидромашин ГМШР к системе, диктуемое экономическими соображениями, поскольку их чрезмерное укорачивашге приводит к существенным перегрузкам в гидромашинах ГМШР.

Рис. 5

Для борьбы с паразитной циркуляцией рабочей жидкости предложено:

- для переключений с режима работы второй гидромашины ГМШР на режимы противовращения или суммы и обратно: производить их с запаздыванием открытия распределителей, осуществляющих коммутацию гидромашин в режиме, на который производится переключение;

- для переключений с режима работы первой гидромашины ГМШР на режим работы второй гидромашины ГМШР и обратно: производить переключение при близких или равных рабочих объемах гидромашин ГМШР.

На рис. 6 на примере переключения с режима работы второй вдромашины ГМШР на режим суммы показана зависимость инамики переключения от задержки срабатывания распределителей, одключающих первую гидромашину ГМШР в систему. Время рабатывания распределителей принято равным 1 с. В качестве ее оказателей приняты коэффициент потери скорости Ку, пределяемый как отношение минимальной скорости выходного вала ередачи при переключении к начальной скорости, время осстановления начальной скорости минимальное и максимальное авления в нагнетательной камере второй гидромашины ГМШР. [риведена также зависимость для минимального давления на выходе риводящего насоса. Как видно из этих зависимостей, при пределенном значении рассогласования, составляющем примерно ,9-0,95 времени закрытия щели распределителя, достигаются аилучшие показатели динамики переходного процесса.

Оценка тепловыделения по динамическим характеристикам (иного переключения при одновременном срабатывании определителей и рассогласовании 0,9 с. показала, что

использование предложенного решения снижает перегрев примерно на 10 °С (остаточный перегрев не превышает 4 °С).

Была также выявлена аналогичность между рассмотренными переключениями и переключениями, обратными по отношению к ним.

Сравнение предложенного решения с установкой предохранительных клапанов в нагнетательных магистралях гидромашин ГМШР выявило его конкурентоспособность.

Предложено также использование распределителей с дросселирующими кромками, применение которых может существенно снизить допустимое время переключения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Разработана новая принципиальная схема передачи, состоящей из регулируемого и нерегулируемого гидромоторов (ГМШР) и регулируемого насоса, обеспечивающая широкий кинематический и силовой диапазон регулирования. Диапазон регулирования скорости в режиме постоянной мощности при отсутствии механических передач между гидромашинами может составлять до 17,7.

Свойства данной передачи позволяют применять ее в дорожностроительной и сельскохозяйственной технике, приводе рабочего оборудования, а также в испытательных стендах.

2. Установлено, что допустимое время переключения режимов работы зависит в основном от статической нагрузки, моментов инерции узлов, соединяющих гидромашины ГМШР, и нагрузки и максимальной площади сечения каналов распределителей. Для рассматриваемой системы оно в большинстве случаев превышает 0,6 с.

3. Разработана методика оптимизации выбора типоразмеров гидромашин по критерию обеспечения их минимального суммарного рабочего объема и доказана возможность значительного расширения как силового, так и кинематического диапазона регулирования передачи.

4. Обоснована целесообразность установки блокировочных устройств на гидромашинах ГМШР, обеспечивающих жесткую связь между валом и корпусом отключаемой гидромашины ГМШР в режиме работы другой.

5. Разработаны математические модели процессов переключения режимов работы передач с ГМШР, реализующие различные шгоритмы переключений, для случая работы передачи с двигателем, имеющим жесткую характеристику, т.е. скорость вращения вала шторого не зависит от нагрузки.

6. Выявлены особенности и получены критерии качества эазличных переключений в передачах с ГМШР. Разработаны методики исключения разрыва потока мощности и обеспечения снижения динамических нагрузок.

6.1 Выявлено влияние различных конструктивных и жсплуатационных факторов на динамику переключений. Остановлено, что наиболее существенно на динамику переключений шияют время переключения распределителей, внешняя нагрузка, максимальная площадь проходного сечения каналов распределителей I инерционные нагрузки в ГМШР.

6.2 Выявлена возможность возникновения паразитной щркуляции рабочей жидкости, приводящей к потере скорости, терегрузкам и дополнительному тепловыделению при переключениях I предложены способы ее исключения. Проведение переключений на [вухмашинные режимы и обратно следует проводить с задержкой гачала открытия щелей распределителей, осуществляющих юединение гидромашин в режиме, на который производится гереключение, по отношению к закрытию щелей других »аспределителей.

При оптимальной задержке, находящейся в пределах 0,9 - 0,95 от ¡ремени перекрытия щелей распределителей, достигается сохранение ю время переключения более 95% скорости даже при времени его гроведения, превышающем 1 с.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих 1аботах:

1. Гутман М.И., Каштанов Л.Н. Основные режимы функционирования объемной гидропередачи на основе ГМШР./ Московский автомобильно-дорожный институт - М.,1996 - 8 е.: ил. -1еп. в ВИНИТИ 17.12.1996, № 3695-В96.

2. Гутман М.И., Каштанов Л.Н. Выбор основных параметров »бъемных гидропередач на основе ГМШР по критерию обеспечения шнимального суммарного рабочего объема гидромашин передачи./

Московский автомобильно-дорожный институт - М.,1996 - 11 е.: ил. - Деп. в ВИНИТИ 17.12.1996, № 3696-В96.

3. Гутман М.И. Обеспечение безразрывности потока мощности в объемных гидропередачах на основе ГМШР при переключениях на более высокоскоростной режим путем исключения паразитной циркуляции жидкости./ Московский автомобильно-дорожный институт - М.,1996 - 11 е.: ил. Деп. в ВИНИТИ 17.12.1996, № 3697-В96.

Заказ № -1 Тираж ' О О

Подписано о печать . об * 94-Напсчатано и изготовлено АО "Мэйн" тел. 261-7327, 265-8720, 265-8785