автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Оптимизация параметров процесса включения фрикционных муфт тракторных трансмиссий

а? ^

^ белорусская государственная политехническая

академия

УДК 629.114.2.01-23 На правах рукописи

гладкова галина александровна

оптимизация параметров процесса включения фрикционных муфт тракторных трансмиссии

05.05.03 - Автомобили и тракторы

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск, 1995

Работа выполнена на кафедре "Тракторы и автомобили" Белорусского аграрного технического университета.

Научные руководители: Заслуженный деятель науки РБ,

доктор технических наук, профессор

скотников в. а-

Заслуженный деятель науки и техники РБ, доктор технических наук, профессор гуськов в. в.

Официальные ошюневты: доктор технических наук, профессор

руктешель о. с.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

зотов а. в.

Ведущее предприятие- - Минский завод колесных тягачей

Защита диссертации состоится

„ 29 ■ • ин>ия_1995 года

в Ю 00 часов на заседании специализированного совета К 056.02.06 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Белорусской политехнической академии по адресу: 220027, г. Минск, проспект Скорины, 65, Белорусская государственная политехническая академия.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по вышеуказанному адресу.

Автореферат разослан " 29 " мая_1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

с белорусская государственная политехническая академия, 1095

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Раотущие требования к . техническому уровню, надежности и долговечности фрикционных муфт тракторных трансмиссий и сокращению сроков их проектирования выдвигают задачу совершенствования методов выбора и оптимизации параметров муфт и систем их управления. Отсутствие методики многокритериальной оптимизации усложняет решение указанной задачи. Поэтому тема диссертации, посвященная оптимизации параметров процесса включения муфт тракторных трансмиссий является актуальной.

Связь работы с крупными научны м и программам и, т е м а м и. Исследования по теме выполнялись в соответствии с отраслевой комплексной программой на 1986-1990 годы, утвержденной приказом министра тракторного и сельскохозяйственного машиностроения от 21.04.1986 г. № 130; республиканской научно-технической программой 80.03Р на 1986-1990 годы, утвержденной Комиссией президиума СМ БОСР 9.12.1985 г. (протокол 6( 48)); межотраслевой республиканской научно-технической программой 20.03Р "Машиностроение" на 1988-1995 годы, одобренной постановлением СМ БССР от29.07.1988 г. » 205.

Цель и задачи исследовани й.Цель работы-pasработка методики многокритериальной оптимизации параметров процесса включения фрикционных муфт тракторных трансмиссий на примере главной муфты сцепления.

Задачи исследований: разработать комплекс измерителей для оценки нагруженности муфты и выбрать из них критерии качеотва и ограничения; обооновать математическую постановку задачи оптимизации; обосновать математическую модель оптимизации и выбрать метод оптимизации; обосновать выбор схем динамических моделей тракторных агрегатов; проанализировать возможные законы включения и выбрать законы, удовлетворяющие требованиям оптимизации; разработать схему устройства включения муфты по оптимальному или близкому, к нему законам; выполнить комплекс экспериментальных исследований; разработать устройство, автоматически исключагацее ■ заглохание двигателя при включении муфты и ограничивающее продольное ускорение трактора.

Научная новизна полученных р е -з у л ь т а т о в. Впервые предложены: методика многокритериальной оптимизации параметров процесса включения муфт и устройство, исключающее заглохание двигателя и ограничивающее максимальное

продольное ускорение трактора. Как дальнейшее развитие предложены: анализ возможных законов включения муфт; сочетание упрощенных и уточненных гаем динамических моделей тракторных агригатов; усовершенствованное устройство, обеспечивающее оптимальный или близкий к нему закон включения.

Практическая значимость получен -н ы х р е з у л ь т а т о в. Разработанные методика - оптимизации параметров процесса включения муфты, схема устройства включения муфты по оптимальному или близкому к нему закону и схема устройства, автоматически исключающего заглоханиё двигателя и ограничивающего максимальное продольное ускорение трактора, могут быть рекомендованы к использованию в конструкторских организациях заводов тяговых и транспортных машин при обычном и автоматизированном проектировании муфт и механизмов управления ими.

Экономическая значимость пол у -ченных результа т о в. После доработки методики оптимизации, схемы устройства оптимального включения муфты и схемы устройства, исключающего заглоханиё двигателя й ограничивающего максимального продольное ускорение трактора, с учетом конкретных требований конструкторских организаций заводов тяговых и транспортных машин полученные результаты диссертации могут быть использованы в качестве коммерческого продукта.

Основные положения диссертаци и, вын'осимые на защиту:

- методика многокритериальной оптимизации параметров процесса включения фрикционных муфт, обеспечивающая выбор оптимального закона включения, позволяющего снизить по сравнению с линейным законом нагрухенность пар трения и повысить срок их службы (для главной муфты сцепления тракторов МТЗ-80/82 до 25%);

- законы включения муфт по выпуклым кривым с . ограничениями, исключающими значительные самозатухаицие колебания момента в трансмиссии трактора;

* - схемы упрощенных и уточненных динамических моделей одних и тех ■ же транспортных агрегатов, совокупное применение которых позволяет сократить затраты машинного времени и средств на вычислительные работы;

- схема устройства, обеспечивающего при равномерном отпускании педали муфты оптимальный или близкий к нему закон включения;

- схема устройства, автоматически исключающего заглоханиё двигателя и ограничивающего максимальное продольное ускорение

трактора, что обеспечивает функционирование тракторных агрегатов и не допускает быстрой утомляемости водителя при переходных режимах.

Личный вклад соискателя. Участие автора диссертации в совместных статьях и докладах заключалось в разработке планов статей и докладов и последующем их написании совместно с соавторами, а вклад соискателя в авторские свидетельства на изобретения сводился к разработке идеи изобретения и схемы устройства, реализующего эту идею, совместно с соавторами производилась отработка схемы, описание устройства и принципа его работы и оформление заявки на предполагаемое изобретение.

Апробация результатов диссерт а -ц и и. Основные результаты исследований, включенные в диссертацию, докладывались: на всесоюзной конференции "Исследование, испытание и повышение технического уровня тракторных конструкций"(I981 г., г. Москва); на семинаре ''Проблемы создания нового пропашного колесного трактора"( 1981 г., г. Минск); на I —ой областной конференции "Дифференциальные уравнения и их приложения" (1983 г., г. Гродно); на конференции "Основные направления повышения технического уровня, надежности и совершенствования фрикционных муфт сцепления" (1985 г., г. Чебоксары); на 14-ом объединенном семинаре "Прикладная информатика автоматизированных систем проектирования, управления, программированной эксплуатации"(1989 г. , г. Калининград) ; на конфепенции "Теории и методы создания интеллектуальных САПР" (1994 г., г. Минск).

Опубликование результатов. Результаты диссертации опубликованы в двух статьях в научных журналах, двух статьях в сборниках научных трудов, тезисах пяти конференций и семинаров и двух авторских свидетельствах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений. Полный объем диссертации ISO страниц, объем, занимаемый иллюстрациями, 16 страниц, таблицами 12 страниц, списком испольо о ванных источников в количестве 95 наименований - 9 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Б первой главе выполнен анализ условий работы фрикционных муфт тракторных трансмиссий, приведен обзор и анализ работ по исследованию и оптимизации параметров процесса включения муфт и методам решения задач многокритериальной оптимизации, определены цель и задачи исследований.

Вопросам выбора и оптимизации параметров фрикционных муфт и их систем управления, уделяли внимание многие исследователи, в первую очередь Барский И.Б., Борисов С.Г., Вильнер Г.С., Галя-гинВ.А., ГапоянД.Т., Зотов А В., КулевВ.А., Малаховский B.S., Раздолин М.В., Руктешель О.С., Скуртул А.И., Стецко П.А., Тара-сик В.П.; Чудаков Е.А., Шарипов В.М., Шеренков Г.М. и др.

Выполненный анализ литератутных источников позволил установить следующее:

- практически отсутствует методика оптимизации параметров процесса включения муфт, которая базировалась бы на современных представлениях о многокритериальной оптимизации и теории исследования операций;

- использование динамических моделей тракторных агрегатов разного уровня сложности в зависимости от цели исследования на разных этапах проектирования муфт и оптимизации их параметров не предусматривалось;

- сведения о законах включения муфт носят разровненный характер, отсутствует сравнительный анализ влияния законов включения на нагруженность муфт.

В результате выполненного анализа сформулированы цель работы и задачи исследований.

Во второй главе разработана методика оптимизации параметров процесса включения фрикционных муфт.

Для оценки нагруженности муфт и элементов трансмиссии и показателей динамических качеств агрегатов принят следующий комплекс оценочных измерителей;

1. Работа трения за одно включение

m

Атр- Ш4<*>к1- Att (I)

2. Максимальная мощность трения

Р - [М (t> (¿,.- ю , )] (2)

тр так ' «> v »<tnli" та*

3. Максимальные динамические нагрузки

4. Минимальная угловая скорость двигателя СО - (р - со'

р «1 min О

5. Максимальное продольное ускорение трактора .

Здесь <рк, <ру+,, %>v, <pVtl~ относительные углы поворота и угловые скорости маховых масс; ск жесткость элементов трансмиссии;

и1ы- передаточное число; - ш0- С20...30> рад/с - минимально допускаемая угловая скорость двигателя; со0 - угловая скорость. при максимальном крутящем моменте на стационарной характеристике; Jx Яоп~ максимально допускаемое продольное ускорение трактора; А\ - время на i-том шаге интегрирования; M^Ct) - момент трения муфты; к - 1- 2.—, г» - порядковый номер маховой массы; j - t 2—го-порядковый номер и количество шагов интегрирования.

Первые три измерителя характеризуют соответственно износ пар трения, тепловой режим поверхностей трения и прочность элементов трансмиссии и являются критерием качества, а последниз два устойчивость работы двигателя при переходных режимах и утомляемость водителя и являются ограничениями.

Для тракторного агрегата как сложной технической системы нельзя утановить в явном виде математическую зависимость между критериями качества Q муфты и управляющими воздействиями х и параметрами y агрегата. Поэтому математическую постановку задачи оптимизации можно представить в виде математической модели

Q - А Сх, y), (б)

где А - оператор (оиотема да#>|еренцшльнш: уравнений, алгоритм и программа решения ¡этой системы).

Задачу оптимизации можно сформулировать так: выбрать такие значения управляющих воздействий х при заданных параметрах y тракторного агрегата, при которых критерии качества. 0*Tp,Q>-Tp тах , Q стремились бы к минимуму при ограничениях по угловой скорости сор и продольному ускорению JTmox трактора, т.е. математическая модель оптимизации запишется в виде: целевая функция

Qa - miri *

тр '

Qp Illlri •

тр тач *

Qu - Will ;

к тах *

ограничения

wp - ч> ~( 20 ■ - -30 } рзд/0;

jt — jt - 0.27 g:

та* доп

_ Ь -

где е - ускорение свободного падения.

Так как критериев .качества три, то задача оптимизации многокритериальная В теории исследования операций такие задачи получили наименование векторных. Математический аппарат таких задач разработан недостаточно, в этой области мало устоявшихся концепций. При решении задачи векторной оптимизации выделено 6 этапов: Первый этап - определение области возможных решений, в пределах которой критерии качества должны обеспечивать безаварийную работу муфты ь течении заданного срока службы:

' уд. ^

Р - [ Р ] й

тр. так тр. уд. тр. '

м,.

[

тк 1

(9)

где 5,

трения; Г Атр уд ]

к там ~ "к ""р 1

площадь поверхности трения; 2 - число пар поверхностей [ Р уя-] - допускаемые удельные значения работы и мощности трения: [ тк ] - допускаемое напряжение материала. вала; - полярный момент сопротивления вала.

Второй этап - выделение областей допускаемых решений и компромиссе. За максимально возможные значения критериев, ограничивающих верхнюю границу области допускаемых решений,

<л>

приняты их предельные значения 0\р, 0%р тЛК>

Для выделения области компромиссе определяются такие значения

критериев 0**_рСх,у), удовлетворяли бы систем«

тр так

1 неравенств:

<ХЛО,

которые

АО,

АО,

АО,

О,

(Х-¥) £ О;

Тр -

о.

<о„

- о.

о.

СХ.У) ь О;

(х,у) а О;

С 1С')

к к та* V: о

Прямые,проведенные через точки минимальных значений критериев качества 0£<х,у) параллельно осям координат до их пересечения, образуют прямые углы, которые являются областью компромиссе.

Т.ретий этап- учет приоритета критериев. Критерии качества расположены по важности в последовательности: работа трения, максимальная мощькость трения, максимальные нагрузки.

Четвертый этап - нормализация критериев, т.е.

приведение их к единому масштабу.

Пятый -этап - выбор метода решения задачи многокритериальной оптимизации: найти управляющие воздействий х, при которых произведения нормированных значений частных критериев на значения их весовых коэффициентов важности становятся равными между собой (принцип Ю.Б. Гермейера):

0"пт - тах а. О. (х) 1

"к

е 0 ; ^ > 0 ; }

к

(И)

где п - значение 1 -го критерия в точках изменения направления к

поиска; 1 - 1, 2..........- число критериев качества;

- 1, 2..... г - число направлений поиска точек эффективных

решений.

Шестой этап- расчет направлений поиска и длины шага. Выбирается наибольшее из прюиз ведений п (х), которое

к

уменьшается за счет снижения значения- критерия. Этот критерий

определяет направление поиска.

При выборе длины шага наибольшему произведению (х>

к

присваеваетея индекс ^ , второму 0-1), третьему 0-2), и записывают их в виде неравенства в порядке убывания. Значение критерия СКх) уменьшается до тех пор, пока в первых двух членах неравенства знак ">" не поменяется на знак "<". Тогда

а фактическое значение СКх)ф в конце шага поиска О (х). - (0,8 .0,985 О Сх>

) Ф ).пк

Меньшие" значения коэффициентов берутся в начале, а большие -в конце траектории поиска.

При анализе законов включения в качестве выходного параметра принят момент трения муфты, который является управляющим воздействием при оптимизации.

Прямоугольник, ограниченный осями координат, горизонтально М (момент тр«зния полностью включенной муфты) и вертикально (в{>е-мя включения муфты) представляют собой область возможны;-: законов включения муфты. Диагональ, приведенная черчз начало координат, представляет собой линейный закон включения:

м т - 1 / г. .

ф Ф ♦

Все другие законы, отличные от линейного, имеют переменную интенсивность. Кривые, расположенные ниже и правее диагонали, являются вогнутыми, выше и левее диагонали - выпуклыми.

Наряду с линейным законом нами анализировались также синусоидальный, коеинусоидальный, параболический, эллиптический законы, обеспечиващие лишь по одной реализации закона включения при заданных Мф и , а также экспоненциальные и линейно-кусочные, позволяющие получить множество законов включения при различных дискретных значениях показателей степени экспоненты и различных точках изменения наклона линий в линейно-кусочном законе включения.

В результате предварительного анализа законов включения, а также в целях сокращения непроизводительных затрат машинного времени область используемых управляющих воздействий х была сужена:

- анализировались только законы включения по выпуклым кривым как обеспечивающие более низкие непроизводительные затраты энергии двигателя при неподвижных ведомых элементах муфты и более плавное изменение момента при завершении включения муфты;.

- сужалась область выпуклых экспоненциальных законов до значений показателя экспоненты па- -5;

- исключались из рассмотрения линейно-кусочные закон, в которых время изменения наклона линий не привышало 0,1 с, чтобы не вызвать в трансмиссии значительных самозатухасщих колебаний.

При математическом моделировании процесса включения муфты использовались двух- и трехмасеовая динамические модели для определения предельных значений критериев качества и разветвленная многомассовая динамическая модель тракторного агрегата для определения реальных значений критериев качества 0£.

Математическая модель переходных процессов имеет- вид:

для двухыаесовой динамической модели

(14)

для трехмассовой динамической модели

- МС^-М.О.) ;

1 г 1 Д ф '

3 = м сю-м

2 I '21 ф 22 '

и %>° « М - М :

2 2 "22 1 '22 1 'с '

2 2

для многомассовой модели

- - мфсг> ;

- М,<Ю-М„ / икп ;

^ " М23- М94 / и„ - МЭ5 / ип„ ; ¿.К " мз«" ^к* гк2 ; ^К " мэ=- гх, гк, ; тЛ - ^ + рк2 + ГГ2- РкрСО^ ;

■пЛ* - р'крС.оег' - Ги;

- ^ + - т^ - Гкреоп?- ;

J¿^ - Я^а - + (Гк1 + Тк2- ГГ1- ГГ2> Ьс-

- ^рЮОвГ (1.с- 1-1кр) - С 1кр+ Ь>] ;

где и - момент инерции; Мд(15, МфСр4) - крутящий момент двигателя; МфШ - момент трения муфты; Мс - момент сопротивления; <р, <р°~ угловые скорости и ускорения маховых масс; х'-продольное ускорение трактора и машины; вертикальное ускорение центра масс трактора; а'- угловое ускорение трактора; М22, М2Э, МЭ4, ИЭ5- упругие моменты; 1\,, 1",.,- радиусы качения ведущих колес; 1\, а, Ь -вертикальная и продольная координаты центра масс; 1\р, вертикальная и продольная координаты приложения тягового сопротивления; у - угол приложения тягового сопротивления; и - передаточные числа: икп- коробка передач; иам- заднего моста; ипм- переднего моста и привода; , т2 - масса трактора и машины; 1, касательные силы тяги; Г(1, Г(2- сила сопротивления перекатыванию; 1, (?22- реакция опорной поверхности на колеса; Г1р-тяговое сопрютиЕление.

Касательные силы тяги Гк> подсчитывались по формулам: при экспоненциальной зависимости <ру(6~) -к й

- V с 1 - е > (17)

при квадратичной зависимости <Ру(-<5У

^к " К 2 го С1 - г0 6 / 2 1 / I, (18)

где <р1, к - эмпирические коэффициенты; г0- свободные радиусы шин; 2 I - длины контактов шин с опорной поверхностью; максималь-

ней коэффициент сцепления; б - буксование колес.

В третьей глав е изложены цели, программа и летодика экспериментальных исследований, дало обоснование выбора объекта исследований, описание измерительной установки я измери-гельно-регистрирущей аппаратур«.

В качестве объекта экспериментальных исследований выбран 'ряктор МТЗ-82 с отключении передним мостом,который оборудован

измерительной аппаратурой для регистрации крутящего момента на полуосях ведущих колес, угловых скоростей коленчатого вала двигателя и первичного вала трансмиссии и действительной скорости трактора.

Крутящий момент замерялся о помощью проволочных тензорезисто-ров, электрическая связь которых с усилительной и регистрирующей аппаратурой осуществлялась концевыми токосъемниками.

Угловые скорости валов замерялись генераторами ТЭ-45 из них один приводился во вращение от независимого вала отбора мощности, а второй - от зависимого бокового вала отбора мощности.

Действительная скорость трактора замерялась с помощью путеизмерительного (пятого) колеса, шарнирно закрепленного за левым передним колесом, которое прижималось к почве пружинным механизмом. Генератор ТЭ-45 этого колеса приводился во вращение от ступицы через повышающий редуктор.

Измерительная аппаратура (тензоусилитель 8АНЧ-7М и осциллограф Н-700) установлена в самоходной тенэометрической лаборатории.

Крутящий момент на первичном валу трансмиссии определялся путем пересчета сумарного момента на полуосях с учетом передаточного числа и КЦД трансмиссии, а для определения теоретической скорости трактора использовалась угловая скорость колес, подсчитанная с учетом угловой скорости первичного вала, передаточного числа трансмиссии и радиуса качения ведущих колес.

В четвертой главе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований, их анализ и обобщение.

Область возможных решений для муфты сцепления МТЗ-60/82 была ограничена значениями работы трения 174 кДж, мощности трения 124 кВт и максимального крутящего момента 1920 Нм.

Для выделения области допускаемых решений были определены значения параметров СГ° > а области компромиссов - параметров СкСх, шр , удовлетворяющих системе неравенств (10) .

Установлено, что значения критериев / 0£(х, ш2) при линейном, синусоидальном, параболическом и эллиптическом законах включения менялись в пределах: работы трения - <73-15.. 57,66) / (68,79.53,06) кДж, мощности трения - (86,68...89,53) / (84,63... 87,88) кВт, максимальных нагрузок - (597,4...584,32) / (597,4... 578,4) Нм, а при экспоненциальном законе с показателями степени

-4-925...0 соответственно (73,15...51,28)/(68,79.-46,95) кДж, (86,69...96,98) / (84,63.95,61) кВт, (597,4.587,0 / (597,4... 584,1) Нм. Следовательно, значения критериев в первом случае яв-

ляется в основном подмножеством значений соответствующих критериев при экспоненциальном законах включения, в связи с чем при оптимизации анализировались только экспоненциальные законы. Значения критериев при линейно-кусочных законах отличались от соответствующих критериев при экспоненциальных законах на 3,5.. .19,3 %.

Установлено также, что значения эффективных критериев качества менялись в пределах 4-7,7449.57 кДж при й = 0,5.0,15, <СР тах- 83,78.84-05 кВт при 0,35 и <С 585,43_. 584,63 Ем при аэ- 0,15.0.5, а оптимальные значения этих критериев при весовых коэффициентах важности, найденных методом экспертных оценок, равнялись: 4-7,98 кДж при а,- 0,394, о::; и„- 83,82 кВт при а2- 0,347 и 584,9 Ни при а,-0,259. Следовательно, теоретически оптимальные значения критериев качества практически являлись подмножеством эффективных критериев. Так как оптимальные критерии качества принадлежали экспонентам с разными показателями степени, то следующим важным этапом было нахождение экспоненты с таким показателем степени, при котором фактические значения критериев качества были бы близки к теоретически оптимальным. Искомый показатель степени 1\ф» -3,561, для которого <С; *= 51,2 кДж; 89,27 кВт; 584,4 Ям. что подтверждено проверочными расчетами на ЭВМ.

Для сравнительной оценки эффективности использования методики многокритериальной оптимизации в таблице приведены значения критериев качества оптимальных и по выпуклым кривым.

Анализ данных таблицы свидетельствует, что по оравненик> с линейным законом включения при оптимальном законе критерий работы трения улучшен на 25, &% при ухудшении критерия максимальной мощности трения на 5,48% и практически одинаковом значении критерия максимальных динамических нагрузок (расхождение 2,1в%*>. Каждый из законов включения по выпуклым кривым может быть использовал в системах управления муфтами сцепления тракторов как имекщий предпочтение перед линейным законом включения.

Для определения чувствительности оптимальных решений к изменению варьируемых параметров нами построены разрезы поверхности отклика по отдельным переменным. Установлено, что для муфты трактора МТЗ-80/82 при отклонении коэффициента запаса в интевале А/Зд- ± 0,29 (половина разности между статическим и динамическим значениями коэффициента запаса) действительные значения критериев не достигали соответствующих значений при линейном еакоке вююте-ния. При отклонении времени включения муфты в интервале с

Таблица

Сводная таблица оптимальных критериев и критериев по выпуклым кривым

Примечания: I. /3я»2.34; t^- 1,2 с.

Q

Законы включения Критерии качества Расхождение в %

Обозначения Численные значения с оптимальным, Ав с линейным.

-ОПТ. 9 Атр 51,2 0 25,57

Эк с поненциальный ОПТ., Ртр ma* 89,27 0 -5,48

сплш -3,561) -ОПТ. 9 Ык max 584,4 0 2,18

оГ" Атр 56,22 - 9,81 18,27

Линейно-кусочный Ртр так 85,83 3,85 -1,42

Са,- 0,1357) max 592,64 - 1,41 0,8

с „и Атр 59,48 - 16,17 13,53

Синусоидальный CV,« Ртр max 87,05 2,49 -2,86

си» Мк max 597,4 - 2,22 0

оТ АТр 53,06 - 3,63 22,87

Эллиптический QiJI Ртр max 87,88 1,56 -3,84

оэл Мм max 578,4 1,03 -3,18

Атр 58,81 - 14.86 14.5

Параболический Qn'f' Ртр max 87,28 2,23 -3,13

Мк max 523,28 - 1 ,52 0.69

оли" Атр 68,79 - 34.36 0

Линейный Ртр max 84,63 5,2 0

Мк max 597,4 - 2,22 0

QATp- в кДк,

Ртр max

- в кВт Q -ЕЙ

~ » ^Мк may

(несколько вше удвоенного среднего квадратического отклонения) ухудшение всех критериев не прившало 3,5т&, что вполне допустимо.

В результате обработки осциллограмм процесса включения муфты трактора с одноосным прицепом 1-ПТУ-3.5 установлено, что при линейно-кусочном и линейном законах работа трения составила соответственно. 4-117 и 4-6,58 кДж, т.е. снизилась на 13, максимальная мощность трения 81,36 и 82,47 кВт, т.е. возросла на 1,29%, максимальные динамические нагрузки на полуосях отличались на 0,42.. .0,54%, а максимальное буксование ведущих колес достигало 34 и Ъ2%. Минимальная угловая скорость двигателя и максимальное продольное ускорение трактора не выходили за пределы допускаемых значений.

При оценке влияния статической нагрузки на ведущие колеса 37,14- и 25,63 кН на нагруженность муфты установлено, что работа трения составила 26-32 кДж и 17,11 кДж ( выше на 53, , максимальная мощность трения 61,77 и 50,4-7 кВт ( выше на 22,4/0 , максимальные динамические нагрузки 4-95,3 и 469,1 Нм (выше на 5,6"%) , тогда как максимальное буксование ведущих колес 35 и бб'й, т.е. выше на 88,6%. У второго агрегата после прекращения буксования муфты (о>д- шс- 163,9 рад/с) общая угловая скорость элементов муфты продолжала снижаться до «р» 123,5 рад/с, за счет буксования ведущих колес. Максимальное продольное ускорение трактора у обоих агрегатов превышало нормативное.

Для реализации закона включения близкого к оптимальному разработана схема устройства, обеспечивающего получение заданного закона по выпуклой кривой при равномерном отпускании педали муфты. Это достигается за счет установки в систему привода управления муфтой цилиндрической винтовой пружины переменной жесткости.

Сопоставление расхождений значений критериев качества при теоретических и экспериментальных исследованиях по линейно-кусочному закону свидетельствует, что по критерию работы трения имеет место улучшение на 18,27 и 13,по критерию мощности трения ухудшение на 1,42 и 1,29%, по критерию максимальных нагрузок улучшение на 0,8 и 0,42...О,54?^, т.е. расхождение удовлетворительное .

Сопоставлением расчетных и экспериментальных значений буксования установлено, что квадратичная зависимость <руС<5> не может адекватно отражать реальные процессы при теоретических исследованиях динамики трогания с места агрегата, так как расчетное буксование <5 - 0,62 при <р^Сб~> - О ниже 0,66 у агрегата при стати-

ческой нагрузке на ведущие колеса трактора 25-63 кН, т.е. теоретически касательная сила тяги должна быть недостаточной для тро-гания с места агрегата, что не соответствует экспериментальным данным.

ВЫВОДЫ

1. Разработанная методика многокритериальной оптимизации параметров процесса , включения фрикционных муфт позволит научно обоснованно выбирать оптимальный закон включения муфты с учетом трех критериев качества и двух ограничений, а при внедрении ее в систему автоматизированного проектирования тракторов даст возможность повысить качество проектных решений и сократить затраты времени и средств на проектщгавание муфт и систем их управления.

2. Принятые математическая модель оптимизации в виде целевой функции (минимизация всех трех критериев качества) и ограничений (угловая скорость двигателя должна быть не ниже допускаемой, а продольное ускорение трактора - не выше нормированного) и метод решения задачи оптимизации, основанный на идее равномерного компромисса, позволяют определять оптимальный закон включения муфта при выбранных коэффициенте запаса и времени ее включения.

3. Выбранные законы нарастания момента трения по выпуклым кривым с учетом временных ограничений, исключающих возникновение значительных саыозатухакщих колебаний момента в трансмиссии трактора при переходных режимах, и схемы динамических моделей тракторных агрегатов: двух- и трехмассовая для вычисления предельных значений критериев качества и многомассовая для вычисления реальных эксплуатационных критериев - позволили наиболее полно и объективно осуществить оптимизацию параметров процесса включения муфты при одновременном сокращении затрат машинного времени на вычислительные процессы.

4. В результате выполненной теоретической оптимизации установлено, что для муфты сцепления трактора МТЗ-80 оптимальным является экспоненциальный закон с показателем степени экспоненты -3,561, который по сравнению с линейным законом обеспечил улучшение критериев работы трения и максимальных динамических нагр)узок соответственно на 25,6 и 2,8% при ухудшении критерия максимальной мощности трения на 5,5%. Установлено также, что наряду с оптимальным все законы включения по выпуклым кривым: линейно-кусочный, параболический, синусоидальный и эллиптический - могут быть использованы в системах управления муфтами как имеющие определенные пре-

имущества по сравнению с линейным законом включения.

5. Экспериментально подтверждено, что линейно-кусочный закон включения по сравнению с линейным позволил улучшить критерии работы трения и максимальных динамических нагрузок соответственно на 13,1 и 0,42... 0,54"% при ухудшении критерия максимальной мощности трения на 1,89"%, тогда как при теоретических исследованиях нагруженности по этим законам критерии отличались соответственно, на 18,2; 0,8 и 1,4%, т.е. совпадение удовлетворительное.

6. Установлен®?, что при статической нагрузке 25,63 кН на ведущие колеса I5.5R38 трактора максимальное буксование колес достигало 0,66, что выше значения буксования 0,62 этих же колес при коэффициенте использования сцепного веса <pk(ö) - О, подсчитанного по квадратичной зависимости, т.е. в этом случае трактор теоретически не мог реализовать касательную силу тяги, необходимую для преодоления сопротивления движению агрегата. Как следствие сказанного, квадратичная зависимость коэффициента <рк(6) не может быть рекомендована для исследования переходных процессов как неадекватно отражающая реальные процессы.

7. Предложенная схема устройства включения муфты с упругим элементом в приводе в виде пружины с нелинейной характеристикой позволяет та практике реализовать при равномерном отпускании педали оптимальный или близкий к нему закон включения.

8. Новизна разработанного устройства, автоматически обеспечивающего при ускоренном движении трактора нормированную плавность его поступательного движения и исключающего возможность заглохания двигателя при замедленном вращении коленчатого вала, подтверждена государственной патентной экспертизой.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Мататов В.И..Солонская Г.А., Солонская К.А. Влияние закона включения фрикционной муфты на нагруженность ее элементов// Вестник Бел. гос. ун-та.Сер.I .Физ.,мат.,мех.-Минск, 1980,№ I,- С.72-74.

2. Гладкова Г.А., Мататов В.И., Мататова л.П. 0 нагруженности Фрикционной муфты при квадратичном законе ее включения// Вестник Бел. гос. ун-та. Сер. I. Физ., мат.. мех.-Минск, 1984,№ 2.-С.44-46.

3. Скотников В.А., Гладкова Г.А., Солонский М.А. Согласование параметров переходных режимов тракторов и сельхозмашин при автоматизированном проектировании// Сб. Автоматизация конструктореко-технологического проектирования, - Минск, 1986.- С.52-69.

4. Математическое описание переходных процессов фрикционных

муфт сцепления/Гладкова Г.А., Мататов В.И., Мататова А.П., Со-лонская К.А.// Численный анализ: методы, алгоритмы, программы. Научно-исследовательский вычислительный центр.- Москва: Изд. ун-та, 1988 г. - С. 227-231.

5. Гладкова Г.А. К методике оптимизации параметров процесса включения фрикционных муфт тракторных трансмиссий// Исследование, испытание и повышение технического урювня тракторных конструкций. Тез. докл. конф.-Москва, 1981.- С.53-55.

6. Гладкова Г.А. Качественный анализ законов включения фрикционных муфт тракторных трансмиссий// Проблемы создания нового пропашного трактора. Тез. докл. семинара.— Минск, 1981.- С.26-27.

7. О работе буксования фрикционной муфты сцепления/ Гладкова Г.А.,Мататов В.И. .Мататова А.П. ,Солонская К.А. Дифференциальные уравнения и их приложения. Материалы конф.-Гродно, 1983.- С. 43-45.

8. Пути повышения надежности муфт сцепления пропашных тракторов/ Стецко П.А., Солонская К.А., Гладкова Г.А., Стецко А.П. Основные направления повышения технического уровня, надежности, и совершенствования фрикционных муфт сцепления. Тез. докл. конф.-Чебоксары, 1985,-С. 19-21.

9. Гладкова Г.А., Солонский К.А., Солонский М.А. Программно-технические средства выбора параметров тракторных фрикционных муфт.// Прикладная информатика автоматизированных систем проектирования, управления, программированной эксплуатации. Тез. докл. семинар»..- Калининград, 1989.- С.22-23.

10. A.c. 1270980 СССР. Гидравлическое устройство для переключения передач ступенчатой трансмиссии транспортного средства/' Гладкова Г.А., Чуковский И.Н., Солонский М.А. ((TCP). № 3818646; Заявлено 4.12.84.

11. A.c. 1291457 СССР. В 60К 41/06. Устройство для переключения передач транспортного средства/ Солонский A.C., Геращенко В.В., Солонский М.А., Гладкова Г.А., Вовк A.B. (СССР). № 3865318/31-II; Заявлено II.03.85. Опубл. 23.02.87. Бюл. № 7.-Зс

Соискатель

Гладкова Г.А.

РЕЗЮМЕ Гладкова Галина Александровна Оптимизация параметроё процесса включения фрикционных муфт тракторных трансмиссий

Ключевые слова: фрикционная муфта, критерии га-чества, работа трения, динамические нагрузки, модель оптимизации, функция цели, ограничения, метод оптимизации; область компромиссов, законы включения, математическое моделщювание.

Объект исследован и я - фрикционная муфта тракторных трансмиссий.

Цель работы - разработка методики многокритериальной оптимизации параметров процесса включения муфты сцепления трактора.

Методы исследования - теоретический и экспериментальный. При теоретических исследованиях разработана методика многокритериальной оптимизации, позволяющая выбирать оптимальный закон включения, при котором критерии качества достигают минимальных значений при соблюдении ограничений.

При экспериментальных исследованиях определялась нагружен-ность муфты на тракторе, для чего замерялись крутящий момент в трансмиссии тензорезисторами, угловые скорости ведущих и ведомых элементов муфты и скорость трактора. - генераторами ТЭ-45. Применяемая аппаратура - тензоусилитель 8АНЧ-7М и осциллограф Н-700.

Полученные результаты и их новиз-н а. Найденный оптимальный закон включения позволил по сравнению с линейным законом улучшить для муфты трактора МТЗ-80 критерий работы трения на 25,6'%, динамических нагрузок на 2,2% при ухудшении критерия мощности трения на 5,5"%. Экспериментально установлено: при линейно-кусочном законе по сравнению с линейным снизилась работа треяия на 13,175, динамические нагрузки на 0,42.. .0,54%, а мощность трения возросла на 1,29%.

Новизна: впервые разработана методика оптимизации и усовершенствовано устройство включения муфты по оптимальному закону.

Рекомендации по использованию ре-зуль тато в. Методика оптимизации может быть использована в конструкторских организациях по проектирован» муфт и систем их управления.

Область применения. Методика оптимизации применила в конструкторских организациях заводов тяговых и транспортных машин.

- 18 - " Р Э 3 Ю М Э Гладкова Гашна Алякеандрауна Аптьшзацьк параметрау працэсу уключэння фрыкцыйных муфтау трактаряых транем1С1й

Ключавыя словы: фрыкцыйная муфгга, крытэрш якасц!, работа трэння, магутнасць трэння, дынашчньы нагрузка, мадэль ап-тышзацы!, функция мэты, абмежавання, метад аптым1зацы1, гал1на камп-рамюау, законы уключэння, матэматычнае мадэл1раванне.

Аб'ект даследавання - фрыкцыйныя муфты трактар-ных трансм1с1й.

Мэта работы - распрацоука методыкл шматкрытэрыялънай аптым1зацьа параметрау працэсу уключэння муфты счаплення трактара.

Метады даследавання - тэарьггычны 1 экспериментальны.

Пры тэарытычных даеледаваннях распрацавана методика шматкрытэрыяльнай аптьтзацьм, якая дазЕаляе Еыбраць алтымалъны закон уключэння, пры якам крытэрьп якасц! дасягаюць мтмальных значэнняу пры прыт-рымл) ванн д абмежаванняу.

Пры экспериментальных даеледаваннях вызначалася нагружанасць муфты на трактары, для агрэгата мералюя момант кручэння у трансм1си тэнзарэз1старам1, вуглавыя хуткасЩ вядучых 1 еядомых элементау муфты 1 хуткасць трактара - генератарам1 ТЭ - 45. Выкарыстаная апаратура -тэнзаузмацняльн1к 8АНЧ - 7М 1 асцылограф Н - 700.

Атрымакыя рэзультаты 1 1 х навязка. Знойдэены аптымальны закон уключэння дазвол!у у параунаннл э линейным г.алепшыцъ для муфты трактара МТЗ-80 крытэрый работы трэння на 25,6%, дынамгчнай нагрузка на 2,2% пры пагаршанн1 крытэрыя магутнаец1 трэння на 5,5%. Экспериментальна вызначана: пры линейна-кусочным законе у параунаннл в льчейным пан 131 лас я работа трэння на 13,1%, дынам;чныя нагрузк1 на 0,42. ..0,54 а магутнасць трэння узрасла на 1, 29%..

Нав1зна: упершыню распрацавана методыка аптьшзацьи 1 дапрацава-на устройства уключэння па аптымальнаму закону.

Рэкамендацы! па выкарыстанню р э -зультатау. Штодыка аптым1зацы1 можа быць выкарьютана у кане-труктарок)х арган 1 зацыях па праектаванню муфт 1 еютэм ¡х к1равання.

Гал 1 на выкарыс-тання. Мэтодыка аптьш'зацн! прымяняцца у канетруктарсклх арган ¡зацыях заводау цягавых 1 тране-партных машьш.

- 19 -SUMMARY Gladkova Galina Alexandrovna Optimisation of the parameters of process of throwing in the clutching tractor transmission

K e y w a r d s : friction clutch, criteria of quality, work of . friction, power of friction, dynamics loadings, model of optimisation, function of purpose limitations,> method of optimisation, region of compromise, laws of inclusion, mathematical modelling.

Objective of investigation - friction clutch of tractor transmission.

Objective, of wo r k -* working out methods of many-creterional optimisation of the parameters of process the throwing of the olutoh traktor.

Methods of investigation - theoretical and experimental. Methods of many-critera optimisation has been worked out by theoretical investigation which permits to choose optimal law of throwing in by which criteria of quality have minimum value provided the limitations are observed.

Under experimental investigation the loading of clutch on the tractor was measured,the defined moment of turning for this purpose the torqul in transmission was measured by resistor sensors,angle speeds of driving and driven clutch elements and tractor speed were measured by T3-45 generators. The applied apparatus - amplifier 8AOT-7M and oscillograph H-700.

Reoeived'results and their novelty. The law allowed to improve the criterion of friction work by 25,6%,dynamic loads by 2,2% at aggravation of criterions power of friction by 5,5%.Experimentally determined by linearly-scrapling laws compared with, linear ones the work of friction was reduced by 13,1%,dynamic loads by 0,42...0,54%, and power of friction increased by 1,29%.

Innovation:for the first time the method of optimisation has been worked out and the mechanism of throwing in the clutch has been improved in accordance with optimum law .

Recommendations for use of the results. The method of optimisation -may by used in designing enterprises in designing clutches and their control systems.

Sphere of use. The method of optimisation may be used in designing enterprises of plants manufacturing traction and transport machines.

Подписано в печать 23.04.95 г. Формат 60x64 1:16

Буи.тип. № I Офсетная печать

Усл. п.л. 1,05 Уч.- изд. л. 1,00

Тираж 100 экз. Заказ № 485

Отпечатано на ротапринте МПТО им Т.Я.Киселева г.Минск, Газетный переулок,3