автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Разработка комплекса двухмодальных машин на анализ режимов нагружения (на примере универсальной машины класса 6 кН).

Міністерство освіти України

І"'."

\ 1 ' ',1

Харківський державний автомобільно-дорожній технічний університет

На правах рукопису Єфименко Олександр Володимирович

СТВОРЕННЯ КОМПЛЕКСУ ДВОМОДУЛЬНИХ МАШИН 1 АНАЛІЗ РЕЖИМІВ НАВАНТАЖЕННЯ ( НА ПРИКЛАДІ УНІВЕРСАЛЬНОЇ МАШИНИ КЛАСУ 6 КН )

05.05.04 - машини для земляних і дорожніх робіт

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Харків, 1997

Дисертацією с рукопис

Робота виконана в Харківському державному автомобільно-дорожньому технічному університеті

Науковий керівник - кандидат технічних наук, доцент Кириченко І. Г.

» '

Офіційні опоненти:

- Заслужений винахідник України, академік Академії будівництва України, доктор технічних наук, професор Хмара Л.А.;

- доцент, кандидат технічних наук Хачатурян С.Л..

Провідна організація - Інститут машин і систем 4

Мінмашпрому України

о£

Захист відбудеться 18 червня 1997 р. о Ю год, на засіданні спеціалізованої наукової Ради Д 02.17.02 при Харківському державному автомобільно-д ’рожньому технічному університеті за адресою : 310078, Харків-78, вул. Петровського, 25, ХДАДТУ.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці університету. .

Автореферат розіслано травня 1997 року

Відгуки на автореферат у 2 екземплярах, підписані та засвідчені

печаткою, прохання направляти на адресу наукової Ради .

Вчений секретар Ради, доктор

технічних наук, професор -итгу. Подригало М. А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. Швидке моральне старіння ма-инш та зростаючий рівень вимог до їх функціональних властностей вимагають принципово нових підходів до методології проектування засобів механізації. При цьому повинна бути забезпечена можливість скорочення термінів проектування машин, трансформації конструктивного та функціонального виконання без зниження показників надійності та продуктивності.'-.

Рішення цих складних науково-технічних завдань можливе при перехода до модульних принципів побудови засобів механізації дорожньо-будівельного та комунального машинобудування. Позитивний досвід суміжних машинобудівних галузей вказус на перспективність такої концепції стосовно сфери виробництва будівельних та дорожніх машин. Широкий диапазон зміни функціональних властивостей, тинорозмірних параметрів робочого обладнання та тягово-швидкіших режимів машин створює найбільш сприятливі умови для використання концепції модульної побудови саме у цій машинобудівній галузі. Перспективність та актуальність даног о напрямку підтверджується практикою ведучих закордонних фірм, таких як Росіаіп, Мспіесіея-Вспг, СаїегріПаг та деяких інших, іцо використовують у тій чи іншій мірі модульні принципи побудови машин.

Об'єкт та загальна метололопя досліджені.. Концепція мо-цульної побудови технічних об'єктів передбачає наявність різних зівнів роздрібнювання складних систем. Одним, з різновидів модульних технологічних машин є двомодулі.нс конструктивне ви-сонання засобів механізації, при якому машина, подається у нігляді двох функціональних модулів - технологічного (ТМ) та ■пері етичного (ЕМ). На ріпні техніко-екопомічното аналізу »и-гонана оптимізація системи дном одулы шх машин, теоретично

та експериментально досліджені режими навантаження, що формуються обладнанням технологічного модуля та трансмісією енергетичного модуля.

Мета й основні завдання наукового дослідження . Мета роботи полягає в розробці наукової бази конструювання двомо-дульних засобів механізації на основі визначення раціонального складу комплексу, а також в дослідженні режимів навантаження машини та автоматизацин конструктивного виконання технологічного і енергетичного модулів.

Досягнення зазначеної мсти вимагає рішення певпих задач, основними з яких є:

- розробка і аналіз математичної моделі для визначення раціонального складу комплексу двомодульних машин;

- порівняльний аналіз режимів навантаження трансмісії енергомодуля та робочого обладнання технологічного модуля класу 6 кН;

- розробка методики проектування двомодульних машин із застосуванням пакету прикладних проірамних продуктів.

Наукова новизна полягає в формалізації інформаційної структури деомодульної технологічної машини, що забезпечує можливість рішення конструкторських та техніко-економічних задач із застосуванням комп’ютерної техніки. Для визначення на-вантаженості ЕМ розроблена нелінійна модель з урахуванням масових параметрів ТМ та динамічних процесів як у робочому об-1" ладнанні ТМ, так і в трансмісії ЕМ.

Достовірність результатів забезпечена необхідною кількістю експериментів, виконаних безпосередньо на дослідному зразку машини, а також задовільною збіжністю результатів теоретичних та експериментальних досліджень.

Практична цінність. Розроблена принципово нова конструкція машини, що складається з двох функціональних модулів. Сформовані у процесі виконання роботи бази даних та проірамні продукти дозволяють виконати розрахунки і проектування двомодульних машин з шарнірним та жорстким закріпленням навісного обладнання.

На захист виноситься:

- новий засіб побудови машин будівельного, дорожнього та комунального призначення;

- методика вибору раціонального складу комплексу двомодульних машин;

- математичні моделі та результати експериментальних досліджень двомодульної машини;

- проірамні комп'ютерні засоби, призначені для вирішення конструкторських, техніко-економічних та оі тшізаційннх задач з модульного проектування.

Реалізація роботи. Створені три зразки машини з універсальним робочим обладнанням. Одна з цих машин експлуатується Дзержииським ЖЕО м. Харкова. Харківському заводу тракторних самохідних шасі переданий дослідний зразок та технічна документація для виконання подальших робіт для удосконалення конструкції. АО “Автрамат інженіріш” передана технічна документація та методика розрахунку динамічних навантажень двомодульних машин. Окремі ідеї та положення роботи використовуються в навчальному процесі кафедри підйомно-транспортних, будівельних та дорожніх машин та обладнання ХДАДТУ при виконанні НДРС, у курсовому та дипломному проектуванні, а також при читанні курсу лекцій "Модульне проектування машин" (спеціальність 7.090.214).

Публікації результатів досліджень. Зміст роботи опубліковано в 9 друкованих роботах.

Структур« ти обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, переліку літератури із 87 найменувань та додатків. Загальний обсяг роботи 150 сторінок, у тому числі 120 сторінок машинописного тексту, 12 таблиць, 45 рисунків та 5 додатків на 35 сторінках.

ЗМІСТ РОБОТИ 1 Огляд і аналіз досліджені.

Найбільш поширеним засобом, який дозволяє забезпечити здійснення різноманітних технологічних операцій у дорожньому будівництві, є агрегатування. Досвід виробничої експлуатації технологічних машин показує, що не завжди вдається добитися раціонального використання енергетичного потенціалу машин у конкретних умовах технологічних процесів. У більшості випадків необхідна доробка гідроприводу, трансмісії та ходового обладнання базової машини. Внаслідок цього технічні характеристики нової машини не в повній мірі відповідають потрібним.

Розв'язанням цієї проблеми є проектування дорожньо-будівельних та комунальних машин з використанням модульного принципу. У наш час цей принцип побудови техніки отримав значне застосування у таких галузях промисловості як судно-будівництво, станкобудівництво, житлово будівництво, робототехніка, інформатика. В автомобільній галузі, сільському господарстві та при проектуванні кранів ведуться роботи з використанням модульного підходу. Відомі роботи таких вчених як Л.В.Барташева, А.Л.Васильєва, Ю.А.Вільмана, А. В. Дабагяна, А. И.Дворянкина, А.Б Демського, А.В.Іллічова, Б.Ф. Кузнецова, В. Ф. Курочкина, Е.Н.Пилакіна, В.В.Яцкевича.

У дорожньому будівництві, що відзначається значною кількістю технологічних операцій, модульний нідкід широко не використовується. На початковому рішіі пропонується поділити машину на два модулі. Для дорожньо-будівельної машини у вигляді першого модуля доцільно застосувати агрегат, що с джерелом енергії та пересування в процесі роботи, а у вигляді другого модуля - агрегат для виконання технологічної операції. Таким чином, під енергетичним модулем треба розуміти тип модуля :< встановленим силовим та ходовим обладнанням, який призначений для виконання транспортної та енергетичної функції. Технологічний модулі. - ч ин модуля ч встановленим робочим та ходовим обладнанням, призначений для виконання робочої операції.

Огляд завантаження дорожньо-будівельних машин показує, що 15-20 % всього парку постійно простоюють у зв'язку з сезонністю робіт. При оснащенні машини різноманітним навісним обладнанням силовий агрегат використовується, але непристосованість машини щодо зміни режимів навантаження знижує надійність. Попередній аналіз показав, що навіть поділ машини на дві частини і проектування енергетичного модуля з урахуванням спектру можливих навантажень дозволяє виготовити маши- , ну з більш високими показникам» надійності, а підприємствам, що використовують модульну систему, не витрачати додаткові коліти на силові агрегати, що періодично простоюють. Поєднання енергетичного та технологічного модулів доцільно здійснити за допомогою нескладного вузла для ст икування.

ГІри дослідженні системи двомодулі.пнх машин не вирішене питання про раціональний склад комплексу та конструктивні параметри ЕМ. У зв'язку з тим, що силовий вплив па енергетичний модуль залежить від типу стикованого у даний момент ТМ та

к

технологічної операції, ЕМ зазнає складного режиму навантаження.

Дослідженням навантаження зсмлсринпо-транспортних машин присвячені роботи Т.В.Алекссевоіі, В.Ф.Омсльчснка, К.О. Аргем'єва, В.Л.Баладинського, В.І.Балолпсва, Ю.А.Встрова, М.І. Гальперіна, В.М.Гольдштейна, М.Г.Домбровського, ІО.Л. Карт-велішвші, В.П.Корнєєва, Є.Н. Кузіна, В.СЛовеикіна, Є.Ю. Мали-новського, Л.В.Назарова, І.А.ІІсдорєзоиа, П.І.Нікуліна, В.В.Ніч-кс, В.М.Тарасова, М.А.Ульянова, Д.І.Фсдорова, М. Ф. Федотова, Л.А.Хмари, А.М.Холодова та інших.

У зв'язку з тим, що методика проектування ЕМ для подібних випадків не розроблена, доцільно виконувати проектування на основі найбільш навантаженого ТМ. Зокрема, цілком невідомо, як буде навантажена трансмісія енергетичного модуля, коли до нього у вигляді технологічного модуля будуть підключатися елементи з різною масою та різним місцезнаходженням центру ваги.

Питання навантаження трансмісії розглянуті в працях

І.В.Барського, С.Г.Борисова, С.М.Ьорисова, С.Д.Львова, Е.Ю. Малиновського, В.В.Гуськова, Л.В.Назарова, і 1. А. О егр ов ср х о на, Т.І.Скундіна, Д.А.Чудакова та інших. Дослідниками було встановлено, що максимальні навантаження на металоконструкцію та трансмісію машини виникають у час перехідних процесів: під час заглиблювання робочих органів машини у штабель матеріалу з розгону, подолання перешкод, гальмування робочого обладнання при його опусканні, розгін при виконанні іранспортних операцій, прн гальмуванні машини.

Для оцінки навантаженості двомодульної машини у різноманітних робочих ситуаціях були проведені експериментальні дослідження. Порівняльний аналіз експериментів показує,

що трансмісія ЕМ має найбільш небезпечні зусилля при різкому розгоні, трохи нижче навантаження при розгоні з упором робочого органу в штабель матеріалу (рисунок 1). Иа рисунку: 1-операція навантаження, 2 -транспортування матеріалу, 3-копання, 4-різке гальмування,5-гальмуваніш робочого обладнання, 6-подо-лапня перешкод, 7-зїзд із ступені, 8-буксування( 9-різкий розгін, 10-різкий розгін при копанні.

1,2

і

0.«

а,МПя в,« 0,4 •.2 0

•і 1

_ гч їп Я:

123459799 10 Тип н9ванткж«ння

зг;сз 7000 9000 *000 М.кН 4000 3000 2000 1000 0

и

и

123436799 19

“Тип навантаження

Э©

25

20

ГДН 15 10 5 О

Рисунок 1 Навантаженість гідронриводу, трансмісії та металоконструкції двомодульної машини

2. Визначення раціонального складу системи диомодульних маниш Можливість одночасного використання енергетичних модулів з різноманітним набором технологічних модулів ставить леред організацією, що експлуатус систему, проблему вибору національного складу цих машин. Під раціональним складом що модульної технологічної системи треба розуміти такий, що дає

найбільшу ефективність. Аналіз сучасних підходів до оцінки ефективності машин показує, що у кінцевому підсумку всі оп-тимізаційні побудови повинні бути зведені до визначення основного показника ефективності - чистого прибутку.

В основу математичної моделі покладені принципи, які визначають діапазон умов виконання робіт, при яких доцільне використання двомодульних машин:

- організація виконує сезонні роботи, що вимагають застосування машин з різноманітним робочим обладнанням;

- окремі типи робіт мають невеликий обсяг.

У повному обсязі математична модель оцінки ефективності роботи комлексу модульних машин мас такий вигляд:

П = ' ТСРГ+ і'+

у-і

/і, ^ т «2 < т п3 < т

п]йт

‘срі - зм.

•™+Е Цтм.і •«, + юі ~нг.

М

Г,г>^ ІЦ- >'У-Іп

(1)

Г„г>-Х'ь

де Цц. - ціна, що визначилася на ринку одиниці продукції, виготовленої чи переробленої машиною; ¡1Г - загальна річна сума податків та виплат з балансового прибутку; - кількість технологічних модулів; Пді - продуктивність машини; Тсрі - середній обсяг робочого часу; Ззм - річні витрати на експлуатацію одного енергетичного модуля; іп - кількість енергетичних модулів; 3Э т u J - витрати на експлуатацію одного технологічного модуля для виконання і -го виду робіт; Дн- норма дисконту; Цс. м. -

вартість одного енергетичного модуля; 1 Цт. м\ - вартість одного технологічного модуля, ЩО виконує І -НІІ 1ІІІД робіт; Кс - супутні капітальні витрати.

Модель включає у явному вигляді кількість енергетичних модулів т, кількість кожного виду технологічних модулів щ і може використовуваться для підбору раціонального числа техніки для організації. Оптимізувати таку систему в аналітичному вигляді неможливо, тому необхідно використовувати чисельні засоби опгнмізації, що базуються на ітераціях.

При аналізі математичної моделі (і) виявилося,’що існує два варіанти організації робіт на підприємстві: ситуація, коли річні обсяги робіт необмежені та обмежені. Оптимальний склад модульних машин визначається передусім темпами зростання прибуткової та затратної частини формули ефективності. Якщо зростання прибуткової частини випереджає зростання затратної, задача не має розв'язання і єдиним висновком про кількість ЕМ та ТМ буде необмежне їх збільшення. У протилежній ситуації існує оптимум функції ефективності, положення яког«^ визначається кількістю одиниць техніки. Коли річний обсяг робіт обмежений, завжди існує оптимум, який відповідає максимальному прибутку. Цей оптимум і буде визначати раціональну кількість технологічних та енергетичних модулів.

В окремих ситуаціях, коли підприємство має один енергетичний модуль, продуктивність ТМ та вартість робіт, що виконуються кожним із модулів, однакові, податок на прибуток не є

прогресивним, а роботи виконуються послідовно. капітальні

, . ■' ' ‘ витрати, приведені до одного року експлуатації, і сумарна

вартість річних результатів діяльності є лінійною функцією

кількості ТМ і задача вирішується явно.

3. Аналіз навантажеиості енергетичної о модуля з різноманітними типами ТМ

При проектуванні двомодульної системи треба враховувати взаємний вплив енергетичного та технологічного модулів і розг лядати навантаженість кожного вузла машини окремо. Вузлом ЕМ, безпосередньо зв'язаним з ТМ, є трансмісійний силовий блок. Трансмісія найбільш трудомістка і коштовна частина енергомодуля. Еспериментальні дослідження навантажеиості машини показали, що для енергомодуля класу 6 кН найбільш небезпечним є режим розгону при виконанні транспортної операції. Таким чином, з точки зору визначення навантажеиості ЕМ у модульній системі доцільним є розгляд математичної моделі різкого розгону з різноманітними типами ТМ, що моделюється зміною положення і величини центру ваги ТМ, а також введенням у модель шарнірно-підвісного робочого обладнання.

У системі двомодульних машин треба визначити дві групи: з істотно нерухомим та рухомим центром ваги ТМ. Розглянемо навантаженість машини при її оснащенні ТМ пішого типу. Враховуючи структурний аналіз приведених мас і жорсткосгей, а також результати попередніх досліджень, можна прийняти еквівалентну динамічну систему у вигляді, запропонованому на рисунку 2.

На рисунку прийняті такі позначки: тда - маса двигуна, маховика і ведучої півмуфти; т,р- маса трансмісії; пі* - маса ведучих коліс; піп - маса машини; Хі, Х3, X}, Х4, х5 - одиничні узагальнені координати; Рд, - сила руху; Шг - сила опору пересуванню; С - жорсткість, зведена до плями контакту колеса з дорожньою поверхнісио; Ртр - сила тертя між півмуфтами; Т - тяг ова сила на ведучих пневматиках; К - реакція на ведучих пневматиках.

п т

Пш Ггр~ МтВ ЛАМ* Ми Т м*

А. ъ 1 у 1

Рисунок 2 Еквівалентна схема дао модальної машини

з істотно нерухомим ЦБ ТМ

Рисунок 3 Динамічна схема двомодульної машини при істотному зміщенні ЦВ ТМ

Запропонована математична модель враховує нелінійність зовнішніх сил: сили тертя між півмуфтами зчеплення, сили тяги на ведучих пневматиках та сили руху. ІІри розробці даної моделі приймались такі основні спрощення та припущення: навісне обладнання вважається жорстко з'єднаним з остовом трактора, вплив ТМ враховується зміною положення ЦВ машини; трансмісія уявляється у вигляді чотирьохмасової системи; в конструкції приймається одна зосереджена маса; характеристика сили тертя на етапі увімкнення вважається лінійно зростаючою до значення Рф шах; зовнішня характфистика двигуна апроксимується ку-сочно-лінійною функцією, динамічність характеристики двигуна не враховується; коливання розглядаються в продольній вертикальній площині; з'єднання в трансмісії вважаються абсолютно жорсткими; радіальна жорсткість шин не враховується; не враховуються пружні властивості муфти зчеплення.

Відповідно до еквівалентної динамічної схеми диференційне рівняння руху

т«А ^дв ^тр »

ттЛ = Ртр-С -(Х^Х^

в-Ь, +шт -х4 -Ь2.

ткх3= с(х, -хЛ-Т, —Т4---Т-Хз--^ = 0,

к 3 2 У ІГ II х2

ш„х4=Т-^,

при п<пен*Мдд

При взаємодії ЕМ з ТМ, який мас шарнірно закріплене робоче обладнання машина навантажена в більшій мірі внаслідок динамічного додатку дякуючи інерційності робочого обладнання, при цьому центр маси ТМ протягом робочого циклу істотно змінює своє положення в просторі.

Таким чином, є сенс уявити дане робоче обладнання у вигляді шарнірно-подвісної маси, що знаходиться на консолі. Враховуючи відносну жорсткість робочого обладнати та рамних конструкцій машини порівняно з жорсткістю гідроприводу, гідроциліндри підйому робочого обладнання доцільно уявити у вигляді пружнього невагомого зв'язку. Динамічна схема машини приведена на рисунку 3.

У вигляді узагальнених координат моделі прийняті наступні: 2, - вертикальне зміщення центру маси остова машини 0, фі

- кут повороту остова машини щодо центру мас 0, ф2 - кут повороту маси робочого обладнання щодо його центру кріпленій.

Основні спрощення та припущення при розробці математичної моделі слідуючі: в конструкції машини виділяються дві зосереджені маси - маса шарнірно-підвішеного робочого обладнання та маса нерухомої щодо центру кріплення робочого обладнання частини машини; рамні конструкції є абсолютно жорсткими, найбільш податливими елементами є гідропривід підйому обладнання та пневматики.

Перші три рівняння системи повинні визначати опис коливань у трансмісії машини. Останні три рівняння описують коливання робочого обладнання ТМ. Спрощення та припущення, що приймаються для перших трьох диференційних рівнянь, аналогічні приведеним вище.

Із врахуванням позначень коефіцієнтів системи (таблиця 1) об'єднана модель машини з істотно рухомим положенням ЦВ:

тж.х,=Р„-РІІ),

11 =

+і’і, ■(Ь + Ь,) + Рь*Ь

’ " "" І.,

ПІ

іЛ=Рт, “С 4*2 ~Хї)-

шкх3=с-(х2-х,)-Т.

А-т“+--Т—Х-’-“^і-=0 11“ Я х2

тих< = Т-\УМ

а, •¿ + Ь(-^, +<1! 'фг +е, ^ + <1, •<р1 =0.

а2 ‘¿ + Ь2 ■ірі — СІ2-¡¡>2 +е2-2+с12 •*>, = -Р; •Ь-Рі -Ь, .

а,-г-Ь,-у,+«1,-<>2+Г,*р2=-Рі -Ь.,

п>п,|,:мд,=:

м„ • п„

•і -

М -п

при п<п...МИ = (М’- ^к)'(і1-,и п) + М.

.(5)

Таблиця 1 Значення коефіцієнтів системи диференційних рівнянь

Позначення Значення Позначеная Значення

аі (т+ т^) С) 2-Сщ

а2 ПьоА’йьР Є2 С,и-0з-«4)

аі пх^іг-йасс ¿І Оз ~Ь)

ь. »^А-/,-їіп Р Л2 Сш .(і,* + і«2)

ь2 ь Сг * (й ■ БІЛ У

Ьі -«V« • 4-*г -

Системи рівнянь (4), (5) дозволяють оцінити процес з урахуванням ковзання і перерозподілу маси машини по осям. Системи не уявляється вирішити в очевидному вигляді, тому доцільним для вирішення поставлених задач с використання ИНОМ.

Аналіз математичних моделей показав, що у трансмісії ЕМ, у приводі керування та металоконструкції робочого обладнання виникають коливальні явища. Коливання в трансмісії енергомо-дуля передаються на остов машини і робоче обладнання. Усвою

чергу, розхитування вільної маси робочого обладнання викликає зміну характеру прцесу у джерелі коливання - трансмісії машини. Характер навантаження в трансмісії суттєво залежить від положення центру ваги і значення маси ТМ. Наприклад, при переміщенні центру ваги ТМ у напрямку ВМ на 0,9 м круглий момент на півосях зріс від 4,8 до 5,5 кі їм, навантаженість приводу і металоконструкції зросла в середньому на 15-18 %. Збільшення масиТМ приводить до нелінійного зростання зусилля в трансмісії та збільшення тривалості коливані,. Збільшення маси ТМ на 20 % привело до нелінійного зростання крутного моменту на 4-6 %. Необхідно визначити факт взаємного впливу коливальних процесів у трансмісії та робочому обладнанні ТМ.

Зростання зусилля при зміщенні центру ваги ТМ, як і при збільшенні самої маси ТМ пояснюється тим, що в початковий період розгону машина переміщує частішу своєї ваги на задній міст внаслідок сили інерції, спрямованої протилежно руху машини. Зміна положення центру ваги машини та значення маси ТМ приводить до перерозподілу нормалі,них реакцій та трансформації навантаження: при зміщенні центру ваги від ведучої осі і збільшенні маси ТМ зростає момент опору торкання та зусилля, що розвивається двигуном. Ситуація змінюється, коли машина, отримавши необхідний імпульс, знаходиться в режимі руху. Консольно підвішена маса, розгойдуючи остов машини, сприяє додатковому перерозподілу реакцій, зміні характера процесу і при збігові частот коливання трансмісії та робочого обладнання може сприяти істотному зростанню динамічної иаішнтажсності машини на 20-25 % залежно від массових параметрів.

Підвищення темпу увімкнення муфти до 0,08-0,1 сек. приводить до зміни характеру процесу та загальної напаптаженості. Так при темпі 0,15 сек. трансмісія машини випробовує миттєве

навантаження протягом 0,05-0,08 сек., значення якої о може досягати 8-8,2 кНм, спостерігається зростання інтенсивності коливання робочого обладнання і приводу. Характер кривої показує, що при достатньо високому темпі увімкнення муфта не встигає спрацьовувати як запобіжний елемент трансмісії.

Аналіз одержаних даних дозволяє зробити висновок про істотний вплив передаточного числа трансмісії па інтенсивність і тривалість коливальних процесів. Так, якщо на зниженій передачі (і=254)крутний момент дорівнює 2,5-3 кНм, а зусилля в приводі керування практично не змінювалися, на четвертій передачі реєструвались значення відповідно 7,5-8 кіім та 0,35-0,4 МПа. Графіки залежності вказаних параметрів дани на рисунках 4-9.

4 Експериментальні дослідження двомодульної технологічної машини

Мстою експериментального дослідження є одержання інформації про закономірності формування навантаженості двомодульної машини при зміні параметрі» ТМ, а також дгія зіставлення експериментальних та теоретичних даних для оцінки адекватності запропонованої математичної моделі реальним процесам.

Відповідно до мети експериментального дослідження у вигляді задач були: розробка методики та програми експериментальних досліджень, підготовка об'єкта дослідження для проведення дослідів та польових експериментів в реальних умовах експлуатації, проведення аналізу експериментальних даних та їх порівняння з результатами теоретичних досліджсі іь.

У вигляді об'єкту дослідження була обрана двомодульна машина з технологічним модулем “Універсальний навантажувач”, що має обсяг ковша 0, 165 м3 та вантажопідйомність 3,6

// *-//• М рМПл

Рисунок 4 Залежність круглого Рисунок 5 Залежність зусиль

моменту в трансмісії від наси ТМ в іідронриводі під маси ТМ

Рисунок 6 Залежність зусиль в металоконструкції робочого обладнання (нижня тяга) від маси

ММ-м ™

моменту в трансмісії від положення ЦВТМ

6

2

Рисунок 7 Залежність крутного моменту в трансмісії від лінійної швидкості

момент на півосях, Р-тиск у іідроприводі, р-зусилл* в тязі)

кН. Вибір даного типу модуля зумовлений можливістю моделювання зміни положення і значення центру ваги.

Програма проведення експериментальних досліджень допускала виконання наступного обсягу робіт: визначення варійованих параметрів; визначення параметрів, що фіксуються; підготовка об'єкта випробування для проведення дослідів; вибір вимірювального обладнання у відповідності з параметрами, що фіксуються; проведення градуювання вимірювального обладнання; виконання серії експериментів; проведення ірадуювання вимірювального обладнання під час проведення дослідів та після їх завершення.

Аналіз параметрів, що формують режим навантаження двомодульної машини, показав, що найбільш істотними є маса ТМ, що приєднується, положення центру ват и ТМ та швидкість розгону. Для зменшенім хибних вимірів повторність дослідів була трикратною. Параметри, що реєструються, були прийняті слідуючі: крутний момент у трансмісійному вузлі ЕМ (на півосях); зусилля в металоконструкції робочого обладнання ТМ (у порівняльному приладі); тиск у гідроциліндрах керування робочим обладнанням; дійсна швидкість руху машини.

Вимір зазначених величин здійснювавсь засобами тензометрії. У вигляді приладу для підсилення та фіксації сигналів, що надходять від тензометричних датчиків, була використана тензометрична станція, що складається з двох підсилювачів ЛХ-5515, осцилографа К12-22 та пульту керування, змонтованих у одному корпусі.

Експериментальні дослідження підтвердили адекватність теоретичної моделі реальному процесу, що відбувається. Аналіз даних показав, що відмінність розрахункових та експериментальних даних не перевищує 4-8 %, у найгірших випадках -

10,5%. Відсутність у розрахункових кривих високочастотних параметрів процесу пояснюється тим, іцо в теоретичній моделі не враховані усі маси, що в дійсності мають місце. Разом з цим, високочастотна частка (не більше 5 %) не виявляє істотного впливу на величину максимальних зусиль та характер процесу.

5 Методика проектування комплексу двомодульинх машин

На підставі результатів теоретичних і експериментальних досліджень розроблена методика проектування дпомодульних машин із застосуванням пакету прикладних проірамних модулів. До пакету належать програмні модулі: “Раціональніш комплекс”, “Каталог”, “Компоновка”, “Кінематичний аналіз”, ’’Морфологічний аналіз”, ’’Силовий аналіз”, ’’Навантажеііість”, “Надійність", “Порівняльний аналіз” та інші.

Висновки з роботи Перспективні напрямки подальших досліджень

1. Запропонована математична модель для оцінки ефективності роботи комплексу модульних машин, що містить цільову функцію прибутку та ряд обмежених умов. Модель дозволяє визначити раціональний склад системи при умові максимального прибутку.

2. Використання двомодульинх машин доцільно, коли організація має сезонні роботи та коли окремі види робіт мають іевеликий обсяг. При необмеженому річному обсязі робіт опти-нум буде визначатися темпами зростання прибуткової та за-гратної частин. При випередженні зростання прибуткової частини іадача не має рішення. При обмеженому обсязі робіт завжди снує оптимум, раціональне число, що визначає кількість техно-юіічних та енергетичних модулів. Для вирішення задачі не-

обхідно використовувати чисельні засоби пошуку оптимуму функції.

3. Коли коплекс має один ЕМ, продуктивність ТМ однакова, роботи виконуються послідовно, податок на прибуток нс-прогресивний, то прибуток лінійно залежить від кількості ТМ та визначається річним фондом роботи ЕМ. При проірссивному податку затратна частина носить нелінійний характер при лінійному характері вартості річних результатів діяльності підприємства. Для рішення завдання є можлинісль використати засоби математичного аналізу.

4. Експериментальні дослідження показують, що найбільш високі режими навантаження приводу, металоконструкції та трансмісії ЕМ зареєстровані при виконанні різноманітних елементів робочого циклу машини. Так, найбільші зусилля в приводі робочого обладнання та металоконструкції виникають при інтенсивному заглибленні робочого органу в ірунт та складають відповідно 1,2 МПа та ЗО кН, максимальні зусилля в трансмісії реєструвалися при різкому разгопі п транспортному

режимі (8000 Нм).

5. Розроблена математична модель двомодульної машини описує динамічні процеси, що відбуваються и трансмісії ЕМ, приводі робочого обладнання, металоконструкції при роботі спільно з землерийно-транспортним та навантажувальним ТМ. Відмінність розрахункових та експериментальних даних не перевищує 4-8 %, у найгірших випадках - 12%.

6. Характер навантаження в трансмісії суттєво залежить від положення центру ваги і значення маси ТМ. Збільшення маси ТМ приводить до нелінійного зростання динамічного навантаження в трансмісії машини. Для модульних машин класу 6 кН, що випускаються серійно, варіація маси, що приєднується в мс-

жах 10-100 % від маси ЕМ, приводить до збільшення максимальних моментів, що скручують колісні півосі в 1,2-1,4 рази.

7. Зміщення на 0,9 м центру ваги машини назад приводать до збільшення крутного моменту на півосях від 4,8 до 5,5 кИм, навантаженість приводу і металоконструкції зростає в середньому на 15-18 %. Зміщення центру ваги по вертикалі на 0,5 м у аналогічних умовах викликає перевантаження колісних півосей на 20 %.

8. Коливання в трансмісії енергомодуля передасться на остов машини і робоче обладнання. Розхитування вільної маси робочого обладнання викликає зміну характеру коливання в джерелі коливання - трансмісії машини. У ТМ з консольними робочими органами, такими як навантажувач, процеси невста-новленого руху машини супроводжуються тривалими (до 5 сек.) коливаннями тиску в гідроприводі та крутного моменту в трансмісії з максимальними амплітудами, що на 20-25 % вище, ніж у модулів з жорстко закріпленим робочим обладнанням.

9. Збільшення темпу увімкнення муфти зчеплення на енергомодулі класу 6 кН від 0,5 до 0,01 сск. приводить до підвищення навантаження в трансмісії та робочому обладнанні навантажувача в 1,4 рази.

До перспективних напрямків подальших досліджень належить віднести розробку методики проектування складних мо-Е(ульних систем будівельних машин.

Основні положення дисерт ації відбит і в слідуючих роботах:

І Основні публікації

1.Кириченко И.Г., Ефименко А.В. Модульное проектирова-те строительных, дорожных и коммунальных машин. - Весник КГАДТУ, 1995, N2.

2.Kirichenko 1. G., Efimenko A. B. The programme gurance of modlic design for thc construction machine. - Збірка праць Сіанського автомобільно-дорожнього інституту, КНР (на китайській мові), 1994, N1, с. 6

3.Кириченко І .Г., Шевченко В.О., Єфимснко О.В, Лізуїіков О.В. Навантаженісгь трансмісії двох модульної машини в момент різкого зрушення з місця. - Київ: УМК ВО, 1996 (Збірник наукових праць “Проблеми розробки виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки”).

4.Кириченко І.Г., Лізунков О.В., ііфименко О.В. Комп’ютерне супроводження модульного проектування машин. Кіровоград: КІСМ, 1996, с.145-149 (Загальнодержавний міжвідомчий науково-технічний збірник MO України “Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин”, випуск 24-26).

II. Додаткові публікації

5. Кириченко И.Г., Шевченко В. A., JIi.i.c.üco А. М., Ефименко А.В. Компьютерный помощник конструктора. - УкрНТИ, ин-формлисток Іл N73-94. - Харьков: 1994.

6. Кириченко И. Г., Лысенко А. Н., Шевченко В. А., Кова левскнй С. Г., Ефименко А. В. Универсальный погрузчик для ко мунального хозяйства. - УкрНТИ, информлпешк 1л N59-94. ■ Харьков, 1994.

7. Ничкс В. В., Кириченко И. Г., Ермакова Е. А., Ефимснкс А.В. Типоразмерные ряды землеройно-транспортных машин прі их модульном построении. (Тезисы доклада Второй вссроссийскоі конференции с международным участием). - Воронеж, 1994.

8. Кириченко И. Г., Ефименко А. В., Щербак О.В. Про граммные модули конструктора строительных машин. - Киев

сборник " Автоматизация проектирования и производства тдс-1ий в машиностроении ", 1995.

9. Кириченко И.Г., Шевченко В.А., Ефименко A.B., Лизун-сов A.B. “Универсальные даухмодульные машины”. Ииформацн->нный листок Кировоградского 1Д11ТЗИ Министерства Украины ю делам науки и техники №1-97

Ефименко A.B. Разработка комплекса двухмодульних машин 1 анализ режимов нагружения (на примере универсальной маши-1ы класса 6 кН).

Диссертация на соискание ученой степени кандидата тех-[ических наук по специальности 05.05.04 - машины для земляных I дорожных работ. Харковский государственным автомобильнодорожный технический университет, Харьков, 1997 г.

Защищается работа, которая включает теоретические исслс-ования комплекса двухмодульных машин класса 6 кН, а также езультаты экспериментальных исследований нагруженности.

Разработана математическая модель двух модульной маши-ы в условиях максимальной нагруженносш, ^»атастсгвующая-роцессу резкого разгона. Определено, -ч'о проектировании яергетического модуля необходимо учитывать положение и венчику центра тяжести присоединяемого технологического моду-я, так как эти параметры являются наиболее важными с точки >ения нагруженности энергетического модуля.

На основе теоретических и экспериментальных исследований 1 ЭВМ разработан пакет программ для проектирования ком-чекса машин класса 6 кН.

Ключевые слова: энергетический и технологический модуль, [стема двухмодульних машин, нагружснность, трансмиссия.

Efimenko A.V. The creation of two-module system and analysis of loading (for universal machine 6kN class)

Dissertation for an academic degree of Candidate of Science (Technology) on the speciality 05.05.04 - machines for an earthen and road tasks. Khaikov State Automobile-road Technical University. Kharkov, 1997.

The manuscript of dissertation under defence contains theoretical study of dissertation under defencc contains thcorctical study of twomodules machines systems and results of experimental investigations of loading twomodule machinas. 1'hc mathematics twomodule simulation in most loading situation are worked out.

It was determined that the design of thcchnological module need the center of gravity date. It was found out that it important for encrgatic module loading. The edoption of results of investigation fulfilled permits to decrease the loading of twomodule machines: transmission and machinary hydraulics.

The key words: module, twomodule, loading, transmission.

Декларація особистого вкладу дисертанта її публікаціях,

виконаних у співавторстві, %

Поз. Сп Особистий внесок по змісту Внесок, % Поз. Сп Особистий внесок но змісту Внесок ,%

!. Визначення критеріїв ефективності системи 40 6. Удосконалення кінематики шшіиіш 30

г. Оптимізація виконання модульної машини 45 7. Визначення ппрамст-рів комплекту ДМ 20

3. Розгляд наваитаженості ДМ 30 8. Виконання морфологічного анплшу ЗО

4. Розробка бази даних комплексу ДМ 20 9. Лиішіз вузла сп псування 25

5. Аналіз комплексу 25.