автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.03, диссертация на тему:Разработка и исследование гидродинамической передачи для наземных транспортных средств, регулируемой изменением физических свойств рабочего тела

РГ8 ОД

На правах рукописи

КЕНСЫ Збигнев

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ

ПЕРЕДАЧИ ДЛЯ НАЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ, РЕГУЛИРУЕМОЙ ИЗМЕНЕНИЕМ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАБОЧЕГО ТЕЛА

Специальность 05.02.03 - системы приводов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - ] 996

Работа выполнена в институте фундаментальных наук Радомского технического университета.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Стесин С. П., доктор технических наук, профессор Чередниченко Ю. И., доктор технических наук, профессор Есеновский - Лашков Ю. К..

Ведущее предприятие - Акционерное Общество "Машиностроение и Гидравлика", Москва.

Защита диссертации состоится _ 1996г. в _часов

на заседании диссертационного совета Д 053. 30. 03 ВАК РФ при Московском государственном автомобильно-дорожном институте (техническом университете ) по адресу: 125829, г. Москва, ГСП-47, Ленинградский проспект, 64, ауд. 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского автомобильно-дорожного института ( ТУ).

Лс7 с-е^-г

Автореферат разослан "_ 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 053. 30. 03 ВАК РФ к.т.н., доцент Потапов М. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Увеличение эффективности наземных транспортных средств ( НТС ) и уменьшение их вредного воздействия на окружающую среду - важнейшая задача народного хозяйства на современном этапе.

Эксплуоатационные свойства и технико-экономические показатели работы НТС в немалой степени зависят от используемых в них систем приводов.

В настоящее время в приводах НТС (автомобилей, дизель-поездов, погрузчиков, тракторов, кранов и др.) широко используются приводы с гидродинамической передачей (ГДП ).

Гидродинамическая передача улучшает работу приводного двигателя, облегчает работу водителя-оператора (посредством автоматического изменения вращающего момента и мощности на валах передач в зависимости от величины момента сопротивления движению на рабочем органе ), увеличивает тяговые способности НТС и повышает надёжность ( благодаря демпфированию и фильтрации крутильных колебаний). Характеристики типовой ГДП определяются на этапе проектирования НТС. Они не изменяются во время работы привода, что является существенным недостатком. Существующие конструктивные решения ГДП с переменными характеристиками ( ГДП с поворотными лопатками реактора, с переменным наполнением, с муфтами, работающими при постоянном скольжении и др.) также имеют ряд недостатков (низкий КПД, сложную конструкцию и др.), что ограничивает их применение.

Поетому разработка и исследование ГДП с регулируемой характеристикой путем изменения физических свойств рабочего тела является актуальной научной проблемой, имеющей важное народно-хозяйственное значение.

В диссертасии представлены резултаты теоретических и экспериментальных исследований, а также технические решения ГДП с регулируемой характеристикой путем изменения физических свойств рабочего тела. Это позволило устранить недостатки свойственные сущисгвующим ГДП с регулируемыми характеристиками, повысить эффективность и надёжность НТС, уменшить вредное воздейство на окружающую среду.

Цель и задачи работы. Основной целью диссертации является разработка общей теории анализа и синтеза приводов с регулируемыми

ГДП нового типа, в которых изменение характеристики передачи в просессе работы осуществляется путем изменения физических свойств ( плотности и вязкости) рабочего тела. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Анализ приводов, применяемых в НТС, с учетом видов приводных двигателей, согласующих передач и требований к системам приводов, а также применяемых способов улу чшения тяговых характеристик НТС с

гдп.

2. Создание испытательного стенда, управляемого компьютером, для исследований нестационарного и стационарного режимов работы приводов с ГДП.

3. Разработка математической модели работы привода, включающего ГДП с переменными физическими свойствами рабочего тела и её экспериментальная проверка.

4. Теоретические и экспериментальные исследования влияния физических свойств рабочего тела на характеристики ГДП.

5. Синтез привода с ГДП нового типа на базе проведённого анализа и результатов теоретических и экспериментальных исследований.

6. Технические решения и разработка рекомендаций по проектированию ГДП нового типа.

В результате выполненных исследований, разработанной математической модели и технических решений создан новый класс ГДП с регулируемой характеристикой для НТС различного назначения. Научная новизна работы заключается в:

1. Разработке математической модели работы привода с ГДП в стационарном и нестационарном режимах с учётом изменения физических свойств рабочего тела; установлении входных и выходных параметров модели и способов численного решения уравнений модели с требуемой точностью.

2. Разработке методик:

- аналитического определения параметров передач нового типа;

- проектирования и исследования ГДП с жидкостями, плотность и вязкость которых изменяется при изменении напряженности электрического или магнитного полей.

Практическая ценность работы состоит в:

- разработке технических решений по проектированию и конструлированию ГДП нового типа;

газработке и создании испытательного стенда с компьютером и годики экспериментального исследования на нем работы привода с ,П на нестационарных и стационарных режимах при изменении этности и вязкости рабочей жидкости; разработке новой магнитной рабочей жидкости для ГДП зволяющей увеличить диапазон регулирования до 10%, без ухудшения эактеристик ГДП. * .

тменение разработанной системы "компьютер- испытательный :нд", позволяет ускорить проектно- конструкторские работы, сличить их точность и существенно снизить стоимость работ.

Совокупность научных положений и технических решений, зработанных в диссертации,можно квалифицировать как-решение учной проблемы по совершенствованию технических и :плуатационных характеристик НТС путем внедрения в их приводы (П с изменяющимися во время работы физическими свойствами 5очего тела.

едрение ГДП нового типа позволит в перспективе полностью казаться от механических передач в приводах НТС, что повысит их нежность и улучшит экологические свойства.

Практическая реализация работы. Полученные результаты едрены:

(атематическая модель привода НТС с ГДП на предприятии "Гута алёва Воля" в г. Сталёвой Воли ( Польша) для повышения точности делирования и анализа возможностей согласования выпускаемых ГДП говременными экологическими двигателями. В качестве рабочих гдкостей были использованы масла и эмульсии с различными □ическими свойствами. Точность моделирования повысилась на ...20%;

спытательный стенд на заводе Гидравлики в г. Лодзи (Польша), для следования нестационарных режимов ГДП с изменяющимися в оцессе работы плотностью и вязкостью рабочей жидкостью. Цель следований - увеличение эффективности, надёжности и лговечности системы приводов автопогрузчиков грузоподъёмностью 2-х тонн;

[атематическая модель в фирме ARLA GmbH (Германия ) с целью вышения точности при расчете безразмерных статических рактеристик приводов НТС с ГДП с учетом изменения физических ойств рабочей жидкости.

-4- по заказу Комитета научных исследований ( Польша) автором разработаны для ГДП магнитные жидкости на основе Рез04 и создан проект прототипа ГДП с ферромагнитной и электрореологической жидкостями.

Результаты исследований используются также в учебном процесе Радомского технического университета.

Публикация материалов и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 28 научных статей и получено 1 авторское свидетельство на изобретение. Материалы диссертации доложены на ежегодных научных семинарах в Радомском техническом университете и международных научных конференциях в Щирке, Закопане, Наленчове (Польша ), Лондоне, Венеции, Страсбурге (Франция), Вирзбурге ( Германия).

Структура и обьем работы. Диссертация содержит введение, 8 глав, общие выводы и рекомендации, список литературы, приложение. Основная часть работы изложена на 273 страницах машинописного текста, содержит 153 рисунка, 29 таблиц, список литературы из 215 наименований. Приложение изложено на 225 страницах машинописного текста, содержит 21 таблицу.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности проблемы, сформулированы основные научные положения, показана научная и практическая ценность работы.

Глава!. Цель, задачи и новизна работы. В этой главе показана цель и новизна работы, сформулированы задачи исследований, рассмотрены основные этапы решения проблемы разработки методологии исследования и проектирования ГДП нового типа.

Глава2. Обзор и анализ приводов НТС. содержащих ГДП. Рассматриваемая глава посвящена анализу различных типов двигателей, приводов НТС и особенностей работы ГДП в приводах НТС. Этот анализ был выполнен на основании опубликованных исследований ведущих фирм и университетов - изготовителей приводов для НТС.

Из проведённого анализа было установлено, что наиболее часто применяемым для привода НТС является двигатель внутреннего сгорания. Основные достоинства этого двигателя связаны с видом топлива и способом его хранения. Дополнительно существует

возможность относительно лёгкого устранения недостатков двигателя внутреннего сгорания за счёт подключения согласующих передач. Такая передача не усложняет дополнительно конструкцию привода, так как механические передачи всегда присутствуют в приводах НТС, работающих с приводными двигателями других типов. С точки зрения устранения недостатков двигателя внутреннего сгорания наиболее подходящей для этой цели является ГДП. Эта передача наиболее из всех согласующих передач демпфирует крутильные колебания. Может автоматически и плавно согласовываться с нагрузкой даже при неподвижном выходном вале, нагружая приводной двигатель в заранее определённом диапазоне. Имеет простую конструкцию, долговечная, может передавать большую мощность при относительно малых габаритных размерах. Характеризуется малым количеством узлов и относительно низкой стоимостью производства.

Достоинства гидродинамических передач проявляются так же при взаимодействии с другими типами приводных двигателей. Гидродинамическая передача однако во многих случаях уступает другим передачам, так как она требует системы охлаждения и питания рабочей жидкости; имеет низкий максимальный КПД и относительно узкий диапазон высоких КПД, что приводит к уменьшению диапазона использования мощности приводного двигателя. Имеет также, в сравнении с другими согласующими передачами, малый диапазон изменения коэффицентов трансформации. Типовая ГДП имеет постоянную характеристику. Это означает отсутствие возможности регулирования взаимодействия передачи с приводным двигателем или влияния на способ автоматического согласования с нагрузкой. Валы типовой ГДП вращаются в определённых направлениях, что осложняет осуществление заднего хода НТС.

Поэтому, на практике с целью улучшения тяговых и эксплуатационных свойств ГДП, применяется много способов, позволяющих полностью использовать достоинства ГДП и ограничить влияние её недостатков. Анализ показал, что достоинства гидродинамической передачи преобладают над её недостатками, что ведёт к широкому применению приводов с ГДП во многих типах НТС.

Глава 3. Обзор и анзлнз способов улучшения тяговых свойств ГДП. В этой главе на основании опубликованных материалов, представлен анализ способов улучшения тяговых свойств ГДП.

Большой вклад в настоящее время в решение такой проблемы внесли ученые и научные школы, которые представлены .в табл. 1.

Таблица 1

Страна Ученые Школы

Великобритания G. Lucas, A. Whitfield Loughborough University of Technology, University of Bath, Self Changing Gears Ltd.

Германия R. Herbertz, А. Laschet, G. Wahl Technishen Universität Hanover, Aria GmbH, Voith Turbo GmbH & Co. KG Fichtel & Sachs AG

Китай Z. Li, S.Yang Harbin Institut of Technology

Польша M. Grzelak, J. Krasuski, Z. Pawelski, Z. Raj, C. Szczepaniak, A. Zielinski OBR MZiT Stalowa Wola OH Lódz, WAT Warszawa, ZHS Lodz, Politechnika Lódzka, Politechnika Warszawska

Россия Алексапольский Д.Я., Гавриленко Б. А., Лаптев Ю. Н., Нарбут А. Н., Прокофьев В. Н., Семичастнов И. Ф., Стесин С.П., Чередниченко Ю. И. НАМИ, НАТИ, МАДИ, ВНИИГИДРОМАШ, МВТУ им. Баумана, ЗИЛ, ММЗ им. Калинина

США D. Flack, D. Hrovat, ß.Lakshminarayana University of Virginia, Ford Motor Company, Pensylvania State University, Borg Warner Co. Twin Disc Clutch Co.

Франция S. Vialar Université Paris VI

Швеция S. Anderson, A. Hedman Lund Technical University, Chalmers University of Technology

Южно - Африканская Республика T. von Backström Universited van Stelenbosch

Япония T. Ishihara, K. Minto, T. Saka, K. Sakamuro, M. Takagi University of Tokyo, Japan Automobile Research Institute, Japan Automatic Transmisión

Из анализа следует, что основными способами улучшения тяговых свойств ГДП являются: формирование соответствующим образом рабочего пространства ГДП, изменение количества энергии жидкости внутри ГДП, соединение различным образом колёс ГДП с валами механической передачи, заменой рабочей жидкости на другую, отличающуюся плотностью и вязкостью.

Известно, что форма рабочего пространства определяет расход в ГДП, характер расположения и число колёс. Оптимизация формы для определённого применения позволяет заметно улучшить характеристику передачи. Однако возможности существенного влияния на характеристику ГДП ограничены, так как рост коэффициента трансформации на стоповом режиме сопровождается снижением КПД и прозрачности передачи.

Достоинством ГДП с центробежной турбиной является то, что в них реактор может одновременно служить корпусом, что значительно упрощает конструкцию передачи (а это уменьшает стоимость ), облегчает её подпитку и упрощает применение поворотных лопаток насосного колеса и реактора.

Энергия потока жидкости, вращающейся внутри ГДП, может изменяться и использоваться различным образом в зависимости от числа, типа, расположения и соединения колёс ( при необходимости колёса могут быть включены или выключены). Это происходит в передачах, или в системах передач, по очереди наполняемых рабочей жидкостью, в блокируемых ГДП и т. д. Энергия потока жидкости может также ограничиваться при регулировании ГДП (например, передачи с дросселированием жидкости).

Перечисленные ГДП позволяют получить высокий КПД или большее значение коэффициента трансформации на стоповом режиме в определённых диапазонах и регулировать передачу. Серьёзным недостатком ГДП является значительное усложнение конструкции (и стоимости ) с увеличением числа колёс и сопрягающих механизмов таких как МСХ, фрикционные муфты, тормоза и др. Колёса ГДП соединяются механическими передачами в случаях: расположения перед или за ГДП механической передачи, осуществления:

- привода реактора,

- кинематических связей между колёсами,

- гидромеханических систем,

-8- изменения направления вращения выходного вала ГДП за счёт изменения функций колёс.

Такие соединения дают большие возможности для изменения характеристик ГДП. Существенным недостатком конструкций, в которых осуществляется соединение колёс ГДП с валами механической передачи, является возможность переноса и генерирования колебаний элементами механической передачи. Кроме того, такие конструкции очень сложны (что значительно увеличивает их стоимость). Замена рабочей жидкости в полости ГДП на другую, отличающуюся плотностью и вязкостью, относится к наиболее экономичным способам влияния на характеристику ГДП. При регулировании ГДП КПД передачи для такого способа значительно выше (более чем на 10%) во всём диапазоне регулирования, чем для других способов. Замена рабочей жидкости даёт также большие возможности влияния на величину коэффициента входного вращающего момента практически без потерь. Кроме того замена рабочей жидкости не требует каких либо существенных конструктивных изменений ГДП. Недостатком такого способа является необходимость применения оборудования, меняющего рабочую жидкость в полости ГДП.

Глава4. Математическая модель привода с ГДП, учитывающая изменение плотности и вязкости рабочей жидкости. В рассматриваемой главе на основании анализа известных моделей гидродинамического привода, с учетом принятых допущений разрабатывается обобщенная математическая модель привода с ГДП, учитывающая изменение плотности и вязкости рабочей жидкости, и описываются ее частные модификации.

Анализ известных моделей ГДП показал, что в основу большинства из них заложены постоянные плотность и вязкость (постоянный коэффициент потерь на трение лопастных колес ) рабочей жидкости, не учитываются потери дискового трения, используются статические характеристики ГДП. Учитывая структуры и недостатки известных моделей, в диссертации разработана обобщенная математическая модель гидродинамического привода, в которой плотность и вязкость могут меняться во времени.

При выводе уравнений этой модели приняты следующие допущения: элементы привода- жёсткие, течение одномерное, вдоль средней линии тока, расход в полости постоянен, угол входа и выхода жидкости равен углу лопатки, потери на трение при течении жидкости в каналах лопаток

зависят от относительной скорости, учитываются потери потока в зазорах между колесами, движение жидкости между лопатками рассматривается как свободный вихрь (без объёмных потерь), плотность и вязкость не зависят от давления ( из-за малых изменений последнего ), плотность и вязкость могут меняться во времени, плотность и вязкость во всём рабочем пространстве ГДП одинаковые. Последнее допущение справедливо для двух различных способов изменения плотности и вязкости, т.е.: когда изменение плотности и вязкости происходит во всём объёме рабочего пространства ГДП (например за счёт роста температуры жидкости ), когда изменение плотности и вязкости происходит за счёт подведения снаружи в рабочее пространство ГДП новой жидкости с другой плотностью и вязкостью. Уравнения, определяющие гидравлические моменты на лопастных колесах ГДП, получены с использованием теоремы о производной по времени количества движения системы.

Момент количества движения элемента жидкости можно записать в виде

Ь =сйпгси, (1)

где: сап - масса элемента жидкости, г - радиус элемента жидкости, Сц - окружная составляющая абсолютной скорости элемента жидкости. Дифференцируя (1), получим:

¿М =~(йпгси) =3-(гси)Лп =СМ' -КМ", (2)

<Н СП СП

где: сЛГ =-^-(гси)с/т, <*М" =-^-(с/т)гси. (3)

СИ СИ

Приращение момента ¡/М" = 0, когда Ли не меняется (р - сот^).

Таким образом, уравнение, определяющее гидравлический момент п-ного

лопастного колеса ГДП, приобретает окончательный вид:

Мп=р

(^т)п2 (Рщ)п-и

а2 -

(4)

+рГпша +рСп0 +Гпй)пр +СП(&,

причём Гп ^^г2^, С„ =}°2гс!8/3с/1га,

где: р - плотность рабочей жидкости, г - радиус колеса по средней линии тока, Рт - площадь сечения меридионального потока, 0 - угол лопатки по средней линии тока, ш - угловая скорость колеса, (} - расход, 1т - длина средней линии тока в меридиональном сечении колеса.

-10В настоящей работе рассмотрен баланс мощности ГДП. Учитывая уравнение (4), баланс запишем в виде:

Р1 =Р2 +Р*х- (5)

где: Р; =ш1М1, Р2 =о>2М2, Р51г - суммарная мощность потерь. Суммарная мощность потерь является суммой мощностей, теряемых при ускорении массы жидкости и во время её течения в лопастном элементе,

т.е.: Р5а =РЬсг +Рргар, (6)

где: РЬег - инерционные потери, Ррггер - потери течения. Мощность инерционных потерь состоит из суммы мощности, теряемой в лопастных элементах Рьег.е - и мощности, теряемой в щелях между этими элементами Рьег,5:

РЬег =РЬег.е +РЬегл;- (7)

В свою очередь, мощность, теряемая во время течения жидкости в лопастных колесах, состоит из суммы мощности, теряемой на трение жидкости на стенках Р^ап , и мощности, теряемой при ударе жидкости на входе в колес Рцйегг :

Ррггер =Чсап "*"Ри<)егг • (8)

Окончательно уравнение баланса мощности имеет вид:

Р; =Р2 +Рьс2.е +Рь<я.5 +Ри<3ек +Ркап- (9)

Мощности из уравнения (9) для трехколесной ГДП определяются по формулам:

Р1 =рк12/32ш^2 +рг,22ш^О +рГ1ш1ш1 +рС1о)10 +Г1Ы?р +С гы^р, Р2 =рк12/22с<;2С>2 +рГцС1>!Ы20 —рг22й>20| —рГ2о)2ы2 —рС2ы2<3 +

-Тгш\р -С2ш20р, РЬеге =<>(£0.0. +Г2Ш2й2 +С2шгО +С1<2«1 +

где. Еп —~- ш'

гт

рЬй.5 =р(г+к12г122д)с{,сЬ1 +р(4ы2 +к22г222о)СпУ2 + +р[(к12т122«1 +к22о)с;, +(к22г2пыг +к22о)с{2 + -*{с2, +С22 -к:2з)О]0-^.5Р[Г,42с1'1Ш? ъЪс'п"! +

+2k12r,22C1>1Q -f2k22r22Ci2w2Q +(k22 Ch +kj2C 12 +

кз2С| з i -Ю

'21 "^22 '

-B)Q2]>

W. kn2/n42 =kn2 -kn4 2, kn =—3—ctgßn,

(Fra)n

Puderz =2pQ

in

Lrn

(lu«l +k32/llQ) "Г221ш2 +kl2/2lQ) +

(if2ü)2 +k22/3iQ)2

где ф - коэффициент потерь на удар,

рьп =г"3~срРс> дая 11е ( 2300 г =2еО!, с =2 ,

для 2300 (Яе{ 80 ООО г =0,028г02 , с =2,75, где: V - кинематическая вязкость, е - коэффициент увеличения потерь для течения в каналах ГДП по сравнению с течением в гладких трубах, О - коэффициент, зависящий от геометрических параметров канала, Яе - число Рейнольдса.

Математическая модель привода с ГДП состоит из системы нестационарных дифференциальных уравнений:

Ух =г, (10)

где: V - матрица инерции (размером 3x3), х - вектор производных, г - вектор остальных величин, причём:

"Ji +рГ, 0 рС,"

V = 0 h +рГ2 рС2 х = <а2

рА, рА2 рС3 .Q.

OD

Ms -мы(р) +Mdl(".p) +Mtl 4CJQ)

z = -Mf +M2s,(p) +Md2(e,p) -M,2 —p(r2w2 +C2Q) Р^.р) +A4P

Ms означает момент двигателя; Мг - момент сопротивления; M[st, M2st ■ гидравлические статические моменты, M(j|, Mj? - моменты дискового трения; М{], М(2 - моменты механического сопротивленя; Jj, J2 -приведенные моменты инерции; Г, С, А - факторы, зависящие от геометрических параметров лопастной системы ГДП.

Учитывая физическую интерпретацию движения, в качестве независимых переменных в системе уравнений приняты М5, Мг, р,у - в функции времени и зависимые переменные «1, а>2< Q - в функции времени. Таким образом, учет в математической модели привода с ГДП изменений плотности рабочей жидкости вызывает появление в уравненях модели дополнительных членов, содержащих производную р плотности рабочей

жидкости по времени. В уравнениях гидравлических моментов эти выражения пропорциональны р и>п, р (¡>, а в уравнениях баланса мощности пропорциональны ра)п2, ¡>0?, р«а0>, рш[Ы2-Изменение вязхости рабочей жидкости учтено в математической модели привода с ГДП путем представления потерь на трение в уравнении баланса мощности и моментов дискового трения, в уравнениях моментов как функции кинематической вязкости V рабочей жидкости. Потери на трение пропорциональны рК^2 или ри 0,25д2,75 в зависимости от числа Рейнольдса. Элементарные дисковые моменты пропорциональны ре °>2.

Характерной особенностью модели является ее универсальность, заключающаяся в том, что уравнения и входящие в них коэффициенты записаны в программах для компьютера в общем виде, что позволяет проводить расчеты приводов НТС с любым из применяемых в отрасли ГДП на ЭВМ без переналадки программ за счет изменения расчетных козффицентов. Запись уравнений математической модели в матричном виде удобна для численных расчетов и приводит к упрощению структуры программ благодаря увеличению возможности создания блоков и процедур. При исследовании регулирующих свойств ГДП разработанная модель позволяет определять влияние изменения физических свойств рабочей жидкости на статические и динамические характеристики ГДП.

Глава5. Теоретические исследования по влиянию плотности и вязкости рабочей жидкости на характеристики ГДП. В рассматриваемой главе представлены материалы теоретического исследования с помощью разработанной математической модели по влиянию плотности и вязкости рабочей жидкости на безразмерные статические и динамические характеристики ГДП. В качестве обьектов исследований были выбраны одноступенчатые ГДП (У358011Е - с осевым турбинным колесом и РН I 280 1 - с центростремительным турбинным колесом ), получившие наибольшее распространение и являющиеся наиболее перспективными для приводов НТС в Польше. Кроме того, выбирая эти ГДП, учитывали

х ар актер изменения коэффициента момента входного вала X в функции кинематического передаточного отношения 1. ГДП для испытаний выбрали так, чтобы в определённых диапазонах кинематического передаточного отношения \ изменение коэффициента момента входного вала \ было растущим, постоянным и убывающим. На основании анализа физических свойств жидкостей, применяемых в ГДП, были приняты для расчёта значения плотности и кинематической вязкости рабочей жидкости находящиеся в диапазонах: р = 700...2000 кг/ мг, 1> = (0,5...200) хЮ^м2 / с.

В теоретических исследованиях динамических характеристик в качестве возмущения было принято скачкообразное изменение плотности и вязкости рабочей жидкости. Реакция привода на такое возмущение облегчает его анализ, т.к. неустановившееся движение начинается и кончается на установившихся режимах работы безразмерной статической характеристики. Кроме того в этом случае можно на основании графиков динамической характеристики ГДП определить продолжительность неустановившегося движения. Из проведенных теоретических исследований было установлено, что плотность рабочей жидкости не влияет на безразмерные статические характеристики. Это обусловлено видом уравнений математической модели. Влияние вязкости рабочей жидкости г> на безразмерные статические характеристики существенное (см. рис. 1 ).

к

2.4 2.0 1.6 1.2 0.8 0.4 0

У3580111 1 x .ю-3

$ \ ч 4

\ 60

л/ V

0 3.0

7 > n 2.0

/ 1.0'

60%

0.2 ОА 0.6

2а 2.0 1.6 40% 1.2 08

20%

0.4 О О

^Р Н 1 2 80 1 Л «10-'

... \/ 7 чч

и' к 60

} *п *Ж \ 10 40

г ^ к 3.0'

А' // 2.0

7' 10

7

80%

60%

40%

20%

1.0

0.2 0,4 0.6 0.8

10

Рис. 1. Влияние V на безразмерные статические характеристики ГДП;

_ - V = 0,8 х Ю-6 м2 /с, ................- с = 4 х 10"6 м2 /с ,

- V ~ 20 х 10"6 м2 /с, .........V = 100 х 10"6 м2/с.

Так, при 125- кратном уменьшении кинематической вязкости рабочей жидкости максимальные относительные разности для Y358011Е и РН 1 280 1 составляют, соответственно: для кривой КПД 19% и 14%, для кривой коэффициента трансформации 20% и 43%, для кривой входного коэффициента 11% и 16%. Изменение отдельных кривых безразмерной статической характеристики для различных ГДП может быть разным. Характер кривых показывает различную чувствительность безразмерных статических характеристик ГДП к изменению кинематической вязкости рабочей жидкости в разных диапазонах вязкости. Большее влияние на безразмерные статические характеристики оказывает изменение кинематической вязкости рабочей жидкости в зоне меньшей вязкости.

Изменения плотности и вязкости оказывают существенное влияние на динамические характеристики. При 2,5 кратном снижении плотности рабочей жидкости исследуемой ГДП coj растет на 52%, а «2 растет на 74%. При 250 кратном снижении кинематической вязкости рабочей жидкости растет на 4%, а и>2 растет на 55%. Теоретические исследования динамических характеристик ГДП показывают на существенное влияние установившегося режима работы, с которого начинается неустановившееся движение, на изменение во времени угловых скоростей соj, о>2- При дискретном изменении плотности и вязкости рабочей жидкости, при изменении режимов работы меняются величины, к которым стремятся угловые скорости wj, «2, а также градиент возрастания этих скоростей. Величины угловых скоростей для установившихся режимов работы, являющихся началом и концом неустановившегося движения, определяют из безразмерных статических характеристик. Градиент прироста угловых скоростей uj, <¿>2 является в случае скачка плотности большим для больших кинематических передаточных отношений, а в случае скачка вязкости - большим для меньших кинематических передаточных отношений. Характер изменения угловой скорости ы) одинаков для всех применяемых при теоретических исследованиях возмущений (или растущий, или убывающий). Характер изменения угловой скорости «2. такой же как для угловой скорости wj , за исключением дискретного изменения плотности рабочей жидкости. В этом случае при уменьшении плотности рабочей жидкости угловая скорость U2 сначала уменьшается, а потом растёт,а при увеличении плотности - сначала растёт, а затем уменьшается. При 2,5 кратном

ижении плотности рабочей жидкости падение этой скорости составило %, а время падения около 1 сек.

шенение дайны скачка приводит для всех возмущений к изменению ловых скоростей ы], о>2 в начальном периоде неустановившегося ижения. Однако с увеличением длины скачка эта разница практически :чезает.

а изменение угловой скорости оц при дискретном изменении плотности вязкости рабочей жидкости существенное влияние оказывает массовый о мент инерции 1]. Увеличение этого момента вызывает увеличение ?одолжительности неустановившегося движения. На изменение угловой ;орости «2 влияют моменты инерции и ¡2- Увеличение каждого из их вызывает увеличение продолжительности неустановившегося вижения. В случае скачка плотности величины моментов 1[ и ^ казывают также существенное влияние на значение потери скорости, меньшение отношения вызывает увеличение темпа падения

корости.

1з анализа реакции исследуемого привода на дискретные изменения лотности рабочей жидкости и реакции этого привода на дискретное [зменение момента двигателя М5 вытекает, что для дискретного ¡зменения плотности рабочей жидкости большим изменениям угловой корости соI соответствуют изменения угловой скорости меньшие чем щя дискретного изменения момента двигателя (см. рис. 2).

Л РН 1 280 1

Рис. 2. Влияние дискретного изменения р, V, М3, Мг на изменение угловых скоростей ш], о?2 для 1р 0,2 кгм2,12= 3,5 кгм2.

Это связано с небольшим влиянием плотности рабочей жидкости на безразмерные статические характеристики. Изменения угловых скоростей о)1, &>2 ® случае сравнения реакции на дискретное изменение вязкости рабочей жидкости с реакцией на дискретное изменение моментов сопротивления движению Мг близки, особенно для 0 {1 (0,6. Это вытекает из небольшого влияния вязкости рабочей жидкости на коэффициент момента входного вала X в этом диапазоне. В случае дискретного изменения момента сопротивления движению Мг изменения угловой скорости <а1 происходят быстрее, чем при дискретном изменении вязкости рабочей жидкости.

В этой главе были также сделаны теоретические исследования различных способов влияния на характеристики ГДП. Целью таких исследований было сравнение способов влияния на характеристики ГДП путем изменения физических свойств рабочей жидкости с другими способами. Сравнение проводилось на базе результатов исследований влияния параметров (характерных для выбранных способов) на безразмерные статические характеристики. Выбор безразмерной статической характеристики обусловлен относительной легкостью оценки и легкостью описания условий работы ГДП. Кроме того она имеет существенное влияние на динамическую характеристику ГДП. Исследовано влияние следующих параметров: углов лопаток - ¡3\2,022< 032 > расхода - <3, скорости -«], плотности - р, кинематической вязкости -V на следующие показатели безразмерной статической характеристики: максимальный КПД - 1?мах> передаточное отношение, при котором КПД максимальный, - ¡*, коэффициент 75% диапазона КПД - 075, коэффициент трансформации, при котором о>2 = 0 - к0 , максимальный коэффициент момента входного вала- Хмах, прозрачность - р (см. табл. 2). Из проведенного сравнения способов влияния на безразмерную статическую характеристику ГДП вытекает, что:

а) изменение углов 012,022 и расхода (2 имеет меньшее влияние на безразмерную статическую характеристику ГДП, чем изменение других исследуемых параметров;

б) изменение угла (832 имеет существенное влияние на кривые коэффициента момента входного вала и КПД при незначительном влиянии на кривую коэффициента трансформации;

в) изменение плотности рабочей жидкости, так же как изменение скорости ш], позволяет влиять на кривую коэффициента момента

входного вала без изменения коэффициентов трансформации и без снижения кривой КПД, как это имеет место в случае изменения угла /З32 г) изменение вязкости рабочей жидкости приводит к изменению коэффициентов трансформации, сопровождается изменением кривой КПД без существенных изменений коэффициентов момента входного вала. Такого эффекта нельзя достигнуть за счет изменений остальных параметров.

_____Таблица 2.

Пара- Изменение ¡* 075 ко \iiax Р

метр параметра Г%1 ш._____ [%1 [%1 Р/с] [%]

ГДП У3580ПЕ / РН1 280 1

/5 12 - 10,0% -0,4/-1,6 -1,8/-2,5 -1,9/-3,1 2,2/4,4 -4,1/-10,5 1,2/4,9

+ 10,0% 0,1/0.7 1,3/1,2 1,8/3,0 -1,5/-4,2 4,2/8,5 -1,4/-5,3

022 - 10,0% 1,5/2,4 3,7/1,2 5,5/6,7 -2,1/-4,4 -3,9/-0,1 0,3/0,3

+ 10,0% -1,3/-2,2 -0,3/-1,5 -3,7/-8,9 1,8/2,6 4,3/0,3 -0,2/-0,2

Д32 - 10,0% -2,3/-5,7 -5,1/2,5 -3,5/-26,3 -5,2 /-4,4 16,4/44,6 2,6/7,4

+ 10,0% - 1,5/- 5,7/- - 2,8/- 2,6/- -34,3/- 1,1/-

<2 - 10,0% -1.8/-1.1 1,2/1,4 -2,7/-1,9 -1,8/-2,6 -4,6/-8,5 2,2/0,2

+ 10,0% 0,9/0,8 -0,4/-1,2 1,9/0,8 0,9/2.2 4,9/9,8 1,8/1,9

- 10,0% -0,1/-0,1 0,0/0,0 -0,2/-0,1 -0,3/-0,6 23,5/23,5 -0,7/-0,8

+ 10,0% 0,1/0,1 0,0/0,0 0,2/0,1 +0,2/0,4 -17,3/-17,3 1,0/0,4

р - 10,0% 0,0/0,0 0,0/0,0 0,0/0,0 0,0/0,0 10,0/10,0 0,0/0,0

+ 10,0% 0,0/0,0 0,0/0,0 0,0/0,0 0,0/0,0 -10,0/-10.0 0,0/0,0

V / 10,0 5,4/5,7 -3,7/-3,8 16,3/28,9 6,9/18,4 0,0 /-4,2 -2,4/-5,9

х 10,0 -Ю,8/-4,8 0,8/1,3 -40,9/-30,8 -8,6/-11,4 1,2/2,4 7,3/2,6

Глава 6. Экспериментальные исследования по влиянию плотности и вязкости рабочей жидкости на характеристики ГДП. В этой главе рассматриваются новые, оригинальные методы и результаты стендовых испытаний ГДП. Целью этих исследований было экспериментальное подтверждение возможности влияния плотности и вязкости рабочей жидкости на характеристики ГДП и определение экономичного диапазона изменений этих параметров. Исследования установившегося движения ГДП включали испытания влияния плотности и вязкости рабочей жидкости на безразмерные характеристики, т.к. они считаются наиболее пригодными для анализа. Эти исследования проводились на модернизированных типовых стендах для испытаний ГДП. При

исследованиях неустановившегося движения ГДП были принята скачкообразные изменения плотности и вязкости рабочей жидкости. Эти исследования были выполнены на специально сконструированной для этой цели испытательной установке. Из-за необходимости одновременного измерения и постоянной регистрации во времени многих параметров была применена аналогово-цифровая система на базе IBM PC. Для выполнения измерений и регистрации были составлены специальные управляющие программы. Учитывая тот факт, что как статические,так и динамические характеристики ГДП могут существенно отличаться друг от друга для различных ГДП, испытания выполнялись так, чтобы в наибольшей степени учесть эти различия при достаточно низкой стоимости испытаний. Это было достигнуто за счёт соответствующего выбора методики испытаний, объекта испытаний, рабочих жидкостей и испытательных стендов. Для накопления и обработки данных, а также графического оформления результатов испытаний был использован персональный компьютер IBM PC. Испытания выполнены для двух ГДП различного типа (У358011Е, РН1 280 1 ), работающих в диапазоне передачи привода. Примеры полученных результатов представлены на рис. 3 и рис. 4.

Рис. 3. Влияние изменений плотности и вязкости рабочей жидкости, вызванных температурой, на безразмерные статические характеристики ГДП; ......... - Т= 16...20° С,......Т= 50...60° С, _- Т= 75...100° С.

V 1-е» 100-,-

т„ГС) Т-1И ,И1—

во-

■10» р ¡кд/п.'!

М 0.4 «5 04 0.7 ОЭ 0.9 1/1 «К1?! »9/шЧ

0.3 04 0.5 М 0.7 0.8 0.9 1/Т

I

о.?

I

'I

I

Т I г

ы._

■Ю-4 * и " М " 01 М ,/Т -Ю-1 " С' М 06 " " ,/Т

30]--у-р—--,--,--- »»

гы г»

15» 100 50

о

О 0.1 и 1.3 0.4 0.5 0.6 07 О-В 09 1/Т

М М 03 0.1 0.5 ОХ 0.7 0.8 0.9 »/т

РН 1 280 1

М, Мг |ыт|

ТНГ

и,

гоо-

1 М 1 !

1 1 1 1

1 1 1 I 1

) ! 1 | |

I ! | ! 1

1 ч 1 ! 1 1

1 1 ■ 1

1 1

1 I

1 и

«г 0.3 ОЛ 0.5 0.6 0.7 08 0.! »/т

1пх}/1]

0.5 04 «7 ОЛ 0,9 I/'

0.7 0.3 ОЛ 0.5 0.1 0.7

1

0.1 V V 01 0,5 06 0.7 0.8 0.9 1/Т

Р

Рис. 4. Влияние изменений плотности и вязкости рабочей жидкости

на динамические характеристики ГДП. Каждая передача питалась рабочими жидкостями, отличающимися плотностью и вязкостью. Дополнительно изменения плотности и вязкости рабочей жидкости получали за счёт изменения рабочей температуры ГДП.

По результатам исследований в этой главе были сделаны следующие основные выводы:

1. Применяя рабочие жидкости с различными физическими свойствами, можно существенно влиять на безразмерные статические характеристики ГДП. Для исследуемых ГДП и применяемых жидкостей (плотностью 882 кг/м3... 1925 кг/м3 и кинематической вязкостью 2х10"^м2/сек ... ^ОхЮ^м2 /сек при температуре 20° С) влияние на кривую КПД большое и составляет 22...25%, на кривую коэффицента трансформации 18...22%, а на кривую коэффицента момента входного вала- 3...7%.

2. Одновременное уменьшение плотности и вязкости рабочей жидкости ( за счёт увеличения температуры ) вызывает подъём кривых КПД и коэффицента трансформации безразмерной статической характеристики и падение (в существенном диапазоне кинематического передаточного отношения) кривой коэффициента момента входного вала. При увеличении температуры с 20° С до 90° С, в зависимости от типа рабочей жидкости, плотность уменьшается в 3...16 раз. В этом случае для исследуемых ГДП и применяемых рабочих жидкостей максимальные отличия в кривых безразмерной статической характеристики составляют: для кривой КПД - минус 4...минус 29%, для кривой коэффицента трансформации - минус 3...минус 25%, для кривой коэффициента момента входного вала - минус 7...плюс 5%.

3. Изменение плотности рабочей жидкости оказывает несущественное влияние на безразмерную статическую характеристику ГДП. При 2,2-кратном увеличении плотности рабочей жидкости ( которому соответствует около 15% рост кинематической вязкости) это влияние меньше 5%.

4. Изменение угловой скорости wj оказывает небольшое влияние на безразмерную статическую характеристику ГДП. При около 50% изменении угловой скорости насосного колеса wj это влияние менее 4% во всём диапазоне кинематических передаточных отношений.

5. Дискретное изменение плотности и вязкости рабочей жидкости оказывает существенное влияние на угловую скорость и момены на валах ГДП во время неустановившегося движения (при этом влияние зависит от положения начальных рабочих точек). ТЪк,при 15% росте плотности рабочей жидкости максимальное изменение угловой скорости составило 3% (при изменении момента на двигателе на 14 % и изменении момента сопротивления движения на 10 %); 12- кратное снижение вязкости

ч*

рабочей жидкости вызвало максиматьное изменение угловой скорости на 8 % и момента на двигателе на 14 %).

Глава7. Проверка адекватности математической модели привода с ГДП, учитывающей изменение плотности и вязкости рабочей жидкости. В этой глове представлены методы и результаты проверки адекватности статической и динамической части математической модели привода с ГДП, учитывающей изменение плотности и'вязкости рабочей жидкости. Проверка статической математической модели привода с ГДП была выполнена путём сравнения безразмерных статических характеристик, рассчитанных на основании этой модели, с безразмерными статическими характеристиками, полученными экспериментальным путем. С целью представления достоинств выведенной в настоящей работе статической математической модели, на графиках и в таблицах даны также результаты расчётов, выполненых на базе широко применяемой и опубликованной математической модели. Проверка динамической математической модели привода с ГДП была выполнена путём сравнения изменения угловой скорости входного и выходного валов, рассчитанных с помощью разработанной модели, с изменением этих же величин, полученным при эксперименте. Численные расчёты и графики сделаны для обеих испытуемых ГДП Y358011Е и РН1 280 1. Примеры результатов представлены на рис. 5.

Рис. 5. Безразмерные статические характеристики ГДП для

Т= 16 - 21° С» полученные на основании:........ - типовой модели,

......модели, учитывающей р и V, _- эксперимента.

Анализ результатов исследований показал, что:

1. Новая математическая модель, учитывающая изменения плотности и вязкости рабочей жидкости, увеличивает точность моделирования привода с ГДП, особенно в статической части модели. В безразмерной статической характеристике точность моделирования увеличивается в общем в 3-4 раза по сравнению с существующими математическими моделями. При этом наибольшая точность достигается для кривой КПД, а наименьшая - для кривой коэффициента момента входного вала.

2. Достоинства новой математической модели особенно видны при расчётах безразмерных статических характеристик ГДП при низких температурах. Так, при температуре 20° С для рабочих жидкостей, вязкость которых существенно зависит от температуры, наиболее значительное уменьшение ошибок моделирования получается для кривой КПД и составляет 28%. При такой же температуре и скорости вращения рнасосного колеса 500 об/мин,существенно отличающейся от номинальной скорости, наиболее значительное ( « 90% ) уменьшение ошибок моделирования достигнуто для кривой коэффицента трансформации. Это обусловлено зависимостью ( через число Рейнольдса ) коэффициентов потерь на -трение от вязкости рабочей жидкости и угловой скорости колёс.

3. Точность моделирования отличается для разных типов ГДП. Так, точность моделирования безразмерной статической характеристики передачи У358011Е в 1,5 раза больше, чем для передачи РН 1 280 1.

4. Точность моделирования динамической характеристики передачи

РН 1 280 1 для новой математической модели составляет от 3 % до 11 %.

Результаты экспериментального и теоретического исследований позволили установить адекватность математической модели привода и обоснованно подойти к разработке метода синтеза гидродинамических приводов НТС с переменными вязкостью и плотностью рабочего тела.

Глава 8. Синтез гидродинамических приводов с переменной вязкостью и плотностью рабочего тела. В этой главе представлены возможности использования для синтеза ГДП способа изменения их характеристики за счёт изменения плотности и вязкости рабочего тела. Результаты и рекомендации получены на базе анализа опубликованных данных и собственных результатов теоретических и экспериментальных исследований. Наиболее простым в достижении способом использования зависимости характеристики ГДП от плотности рабочего тела является улучшение работы привода путём подбора рабочей жидкости с

)тветствующими физическими свойствами. Подбор физических >йств рабочей жидкости может быть направлен на улучшение работы иводного двигателя с ГДП, имеющей параметры, отличающиеся от инятых конструктором, или с ГДП, применяемой в машине в :плуатационных или технологических условиях, существенно тачающихся от рассмотренных конструктором. В этом случае не ижно приниматься во внимание изменение вязкости рабочей жидкости ■за её малого влияния на изменение коэффициента X и большого рицательного влияния на изменение КПД ГДП. ебуемое предельное отношение плотностей рабочих жидкостей, пгекающее из условий работы ГДП с приводным двигателем, иювится возможным для достижения с учетом использования 1еющихся рабочих жидкостей. Так, это отношение, в случае работы {П с приводным бензиновым двигателем, должно составлять 2,5...5; в учае работы ГДП с дизелем - от 1,75 до 3,5, а в случае работы ГДП с инхронным электродвигателем - от 1,25 до 2,5. Большие значения сдельного отношения плотности рабочей жидкости относятся к прозрачным ГДП. Для оценки эффективности способов изменения одной характеристики путём изменения плотности рабочей жидкости щи выполнены дополнительные теоретические исследования на базе >ивода вилочного погрузчика и ГДП РН1 280 01. В процессе следований определялось влияние углов лопастей и активного 1аметра ГДП, угловой скорости вала насосного колеса, плотности 1бочей жидкости на показатели безразмерной статической рактеристики ГДП. Из проведенных исследований вытекает, что 1зможности влияния на входную характеристику ГДП параметров X и р шзки для применяемых в настоящее время рабочих жидкостей, ругим способом использования зависимости характеристики ГДП от ютности и вязкости рабочего тела является регулирование ГДП средством сплошного или дискретного изменения этих свойств. В этом [учае могут быть применены смеси жидкостей, или смеси жидкостей с (ёрдыми телами, а также жидкости, которые меняют свои физические юйства при внешних воздействиях (например, магнитного или гектрического полей). Для случая регулирования распределения ощности между приводом, содержащим ГДП, и другими системами, >ебуемое предельное отношение плотностей рабочих жидкостей должно >ставлять от 2 до 3. В рассматриваемом случае регулирования угловой сорости выходного вала ГДП, приводимой асинхронным

злектродвигателем, это отношение было равно 2. В случае регулирования момента выходного вала ГДП за счёт изменения вязкости рабочей жидкости увеличение отношения вязкости от 1 до 120 привело для исследуемых ГДП к уменьшению этого момента на 10...30%. Было установлено, что ГДП, питаемую рабочей жидкостью переменной плотности и вязкости, можно схематически представить как последовательное соединение бесступенчатой передачи, ГДП с рабочей жидкостью постоянной плотности и вязкости и тормоза. Для такой механической модели изменение плотности рабочей жидкости действует на входной вал, а изменение вязкости действует на выходной вал передачи. Из теоретических и экспериментальных исследований вытекает, что средняя ошибка такого способа моделирования меньше 5%. Достоинства ГДП, питаемой жидкостью с переменными плотностью и вязкостью, связаны главным образом с наличием в её структуре аналога бесступенчатой передачи.

При этом увеличивается КПД и уменьшаются моменты инерции, упрощается конструкция, растёт долговечность и надёжность согласующей передачи. Уменьшается число источников колебаний. Уменьшаются масса и габариты привода, потому что оборудование для изменения физических параметров рабочей жидкости может частично или полностью располагаться вне ГДП. Уменьшается также расход топлива двигателя, потому что удается сместить зону работы ДВС в сторону диапазонов с высшим термодинамическим КПД. Достоинства, вытекающие из отсутствия механических частей, относятся также к тормозу. Перечисленные достоинства ГДП, питаемой жидкостью с переменной плотностью рабочей жидкости, особенно видны в случае ГДП, имеющих большие коэффиценты трансформации, малую прозрачность и меньший КПД, например, для ГДП с центробежными турбинами. Такие передачи применяются часто в гидромеханических системах с распределением мощности с целью улучшения работы с двигателем и повышения КПД привода. ГДП, питаемые жидкостью с переменной вязкостью, могут быть также полезны в качестве регулируемого демпфера колебаний в приводах, в которых на определённых режимах работы имеют место интенсивные переходные процессы. *

Анализ способов технической реализации ГДП, питаемой жидкостью с переменными плотностью и вязкостью, показал, что возможны два способа изменения физических свойств рабочей жидкости: путём замены

одной рабочей жидкости другой и путём изменения свойств рабочей жидкости, находящейся в ГДП, с помощью внешнего воздействия, В первом случае рабочей жидкостью с другой плотностью или вязкостью может быть другая жидкость или смесь разных жидкостей и твёрдых тел в различном соотношении. Изменение физических свойств жидкости в рабочем пространстве ГДП во времени зависит от скорости наполнения ГДП новой жидкостью, а если этой жидкостью будет смесь, дополнительно от скорости изменения её состава. Из-за интенсивного смешивания жидкости можно принять, что изменение свойств расходится со скоростью течения в каналах лопастных элементов. Большие скорости течения рабочей жидкости и короткие каналы приводят к тому, что время, в котором произойдёт изменение физических свойств жидкости во всей ГДП, очень короткое. В диссертации рассмотрены в качестве примеров несколько конструктивных схем ГДП, использующих на режимах функционирования способы регулирования характеристик путем изменения физических свойств рабочего тела. К рассмотренным ГДП относятся передачи, в которых рабочей жидкостью является смесь двух (или нескольких ) жидкостей; передачи, в которых происходит замена рабочих жидкостей; передачи, в которых используется смесь жидких и твердых тел; передачи, которые для изменения физических свойств жидкости помещают в электрическом или магнитном полях, а в качестве рабочих жидкостей применяют жидкости, которые реагируют на наличие таких полей. В такой передаче изменение физических свойств жидкости во времени происходит внутри всего рабочего пространства или его выбранной части согласно конфигурации и напряжённости электрического или магнитного полей. Жидкостями, реагирующими на наличие электрического поля, являются электрореологические жидкости, меняющие свою вязкость в электрическом поле. Жидкостями, реагирующими на наличие магнитного поля, являются электромагнитные жидкости. Эти жидкости меняют вязкость и плотность в магнитном поле. В этой главе была рассмотрена возможность применения в первую очередь электромагнитных жидкостей из-за потенциальной возможности получения в будущем очень сильных магнитных полей при окружающей температуре, используя эффект сверхпроводимости. В качестве рабочих жидкостей были выбраны ферроколоиды, состоящие из частиц Рез О4 (диаметром 1 -20 нм ), равномерно расположенных в основной жидкости. Во внимание были приняты две базовые жидкости: нефть и масло. Ферроколоид, содержащий нефть, выпускается с наименованием Регко!,

а ферроколоид с моторным маслом - Бирего) СО БАЕ 15W/40, был разработан и выпущен специально для реализации настоящей работы. Колоиды оценивали с точки зрения типовых требований, предъявляемых к жидкостям, предназначенным для ГДП. Было обнаружено, что исследуемые ферроколоиды удовлетворяют типовым требованиям, предъявляемым к рабочим жидкостям.

Результаты исследований, выполненых в этой главе, будут основой для дальнейших работ, направленных на практическое применение в ГДП рабочих жидкостей различной плотности и вязкости, смесей с участием таких жидкостей, или рабочих жидкостей, на физические свойства которых можно влиять перманентным образом.

Основные результаты работы

1. Проведенный анализ литературы, теоретические и экспериментальные исследования, выполненные по разработанной методике, позволяют оценить свойства передачи нового типа и определить сферу её применения. Передача нового типа для случая изменения плотности рабочей жидкости может применяться: как согласующая передача, позволяющая влиять на зону взаимодействия ГДП и приводного двигателя, как регулятор распределения мощности приводного двигателя или как регулятор скорости вращения выходного вала ГДП. В случае изменения вязкости рабочей жидкости ГДП может применяться как регулятор вращающего момента выходного вала ГДП или как регулируемый демпфер крутильных колебаний.

2. Разработанная обобщенная математическая модель позволяет более точно моделировать влияние плотности и вязкости рабочей жидкости на характеристики ГДП в сравнении с применяемыми математическими моделями. Точность модели существенно возросла. При рабочей температуре 20° С увеличение точности моделирования безразмерных статических характеристик ГДП составило 28%, а при скорости вращения 500 об/мии - 90%.

Достоверность модели подтверждается экспериментальными испытаниями статических и динамических характеристик, проведенными для ГДП различного типа.

3. На основании анализа математической модели и результатов экспериментальных исследований, проведенных согласно разработанной методике, можно определить степень влияния плотности и вязкости рабочей жидкости, массовых моментов инерции, типа ГДП, а при необходимости и других параметров привода на характеристики

1ередачи нового типа. Изменение плотности рабочей жидкости фактически не вызывает изменения безразмерной статической ;арактеристики. Влияние изменения плотности рабочей жидкости на (инамическую характеристику зависит от статической характеристики и вменения плотности рабочей жидкости во времени. Так, при 2,5-:ратном уменьшении плотности рабочей жидкости рост рассчитанных тловых скоростей входного и выходного валов составил соответственно 2% и 74%. Дискретное 15%-ное изменение плотности рабочей жидкости, юлученное при испытаниях, вызвало изменения этих скоростей оответственно на 2 % и 3 % ( при изменении момента на двигателе на 14 о и изменении момента сопротивления движения на 10 %). Существенное изменение вязкости рабочей жидкости { 125-кратное при еоретических исследованиях и 60-кратное при испытаниях) оказывает 1аиболее сильное влияние на значения коэффициентов трансформации в езразмерной статической характеристике (до 40% при рассчетах и до 2% при испытаниях), и наиболее слабое влияние на кривую оэффициента выходного момента (до 16% при теоретических сследованиях и до 7% при эксперименте) этой характеристики. 1ри 250-кратном падении вязкости рабочей жидкости рост расчитанных гловых скоростей входного и выходного валов составил 4% и 55%, оответственно. 12-кратное изменение вязкости рабочей жидкости, при спытаниях, вызвало изменение этих скоростей на 1 % и 10 % , оответственно (при изменении момента на двигателе на 14 %). Из еоретических исследований было установлено, что пятикратное величение момента инерции, приведённого к валу турбины, вызывает чижение угловой скорости этого вала с 14% до 67% и сокращение родолжительности снижения с 1 сек. до 0,75 сек. Теоретическими и сспериментальными исследованиями установлено, что влияние зменения физических свойств жидкости на характеристики ГДП азличных типов очень похожее. Наиболее значительные различия для шытуемых ГДП (до 15% ) обнаружены между кривыми коэффицента эансформации на теоретической безразмерной статической фактеристике.

4. Разработанные механические модели и конструктивные схемы гредачи нового типа позволяют выбрать конструктивное решение и тределить тип и физические свойства жидкости. Требуемое ¡отношение плотностей рабочих жидкостей для ГДП нового типа »ставляет от 1,25 до 5 в зависимости от типа приводного двигателя,

прозрачносхи ГДП и технических требований к тяговой характеристике привода. ( Рекомендации автора, помещении в главе 8 ).

5. Новая магнитная жидкость разработанная автором, по всему комплексу свойств соответствует техническим требованиям, предъявляемым к рабочим жидкостям ГДП. Изпользование этой жидкости позволит дополнительно до 10% увелчить диапазон регулирования характеристик ГДП за счет изменения в процессе их работы плотности и вязкости. Это даёт основание предположить, что в будущем передача нового типа будет включена в микропроцессорную центральную систему управления НТС.

Практическое применение общей теории анализа и синтеза новых ГДП, которые являются результатом настоящей диссертации, позволит использовать в НТС различного назначения передачи нового типа, которые отличаются высокой долговечностью и надёжностью и имеют достоинства присущие отдельным видам передач, применяемых в настоящее время.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Кенсы 3., Кенсы А., Мадэйа Й. Применение электромагнитных жидкостей в приводах с гидродинамической передачей. - Технический университет в Радом е, 1990, № 815, 22 с.

2. Кенсы 3., Кенсы А., Мадэйа Й. Моделирование привода с гидродинамической передачей в переходных режимах работы. -Технический университет в Радоме, 1991, № 988, 20 с.

3. Кенсы 3., Кенсы А., Мадэйа Й. Использование электромагнитных жидкостей в приводах с гидродинамической передачей. - Технический университет в Радоме, 1991, № 582, 31 с.

4. Кенсы 3., Кенсы А., Мадэйа Й. Исследование свойств электромагнитной жидкости с целью применения в гидродинамической передаче - Технический университет в Радоме, 1991, № 993, 11 с.

5. Кенсы 3„ Кенсы А. Численные расчеты коэффициентов в уравнениях привода с гидродинамической передачей. - Международный научный журнал Vehicle Design, 1992, вол. 13, № 2, с. 134 - 143.

6. Кенсы 3. Изпользование физических свойств рабочей жидкости для регулирования гидродинамических передач.- XVI научная конференция: Конструкция машин, ХЦирк, Польша, 1993, с. 155-160.

-297. Кенсы А., Кенсы 3. Демпфирующие характеристики привода с гидродинамической передачей. - Международный научный журнал: Sound and Vibration, 1993, № 166(3), с. 493 - 506.

8. Кенсы 3., Кенсы А. Применение математических методов чувствительности к улучшению технологического процесса гидродинамической передачи. - Международный научный журнал Computer Application in Technology, 1993, вол. 6, № 1, с. 35-38.

9. Кенсы 3., Кенсы А Колебания в приводах машин. -Международный научный симпозиум : Эксплуатация машин, Радом, Польша, 1994, с. 32- 38.

10. Кенсы А., Кенсы 3., Мадэйа Й., Мрувчыньски А. Моделирование работы гидродинамического привода автомобиля,-Технический университет в Радоме, 1995, № 1263, 141 с.

11. Кенсы 3., Кенсы А., Мадэйа Й. Анализ параметров гидродинамической передачи, работающей с экологичным ДВС нового типа. -Технический университет в Радоме, 1995, № 1337, 28 с.

12. Кенсы 3. Перспективы применения магнитных жидкостей для регулирования гидродинамических передач.- Международная научная конференция: Современная техника в мехатронике, Лондон, Англия, 1995, с. 101-103.

13. Кенсы 3., Кенсы А. Выбор гидродинамических передач для приводного двигателя. - VIII научная конференция конструкций машин, Наленчув, Польша, 1995, с. 382-387.

14. Кенсы 3., Кенсы А. Использование метода идентифицирования в динамике привода с гидродинамической передачей. - Международная научная конференция: Системы идентификации, Свенси, Великобритания, 1996, с. 159-165.

15. А. с. 247811 ( Польша ). Устройство для получения крутильных колебаний. Кенсы 3., Кенсы А., 1990.