автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Разработка методов расчета параметров и нагруженности модульных объемногидромеханических трансмиссий колесных и гусеничных машин двойного назначения

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТРАКТОРНЫЙ ИНСТИТУТ

НАШ

На правах рукописи

УДК 629.11-235-585.2.001.24

ШАКИРОВ Тахир Мухамедович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ И НАГРУЖЕННОСТИ МОДУЛЬНЫХ ОБЪЕМНОГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ ТРАНСМИССИЙ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН ДВОЙНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Специальность 05.05.03 - Колесные и гусеничные машины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

Москва-2003

Работа выполнена в Государственном научно-исследовательском тракторном институте - НАТИ

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент КОЖЕВНИКОВ В.С.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ГОРОДЕЦКИЙ К. И.

кандидат технических наук, профессор КРУМБОЛЬДТ Л.Н.

Ведущая организация:

ФГУП21 НИИИМОРФ

'Защита диссертации состоится 23 декабря 2003 г. в 10— на заседании диссертационного совета Д217.012.01 в Государственном научно-исследовательском тракторном институте - НАТИ по адресу 125040, г. Москва, ул. Верхняя, д. 34, комн. 325.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НАТИ.

I

Автореферат разослан 20 ноября 2003 Г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета

"Васильев Л.В.

*2.0 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Широкий диапазон полной массы гусеничных машин (ГМ) и грузоподъемности колесных машин (КМ) двойного назначения при требуемых высоких средних скоростях движения одного и того же порядка в одинаковых дорож-но-грунтовых условиях предопределяет существенное различие конструкций машин разных классов. Вместе с тем гусеничные и колесные машины обладают определенной конструктивной общностью, обуславливаемой спецификой эксплуатации: использованием одной и той же машины в качестве транспортного и тягового средства [поэтому машины называются транспортно-тяговыми (ТТМ)]; применением их в качестве транспортно-технологической базы различного оборудования; их работой в тяжелых дорожных условиях. Поэтому к гусеничным и колесным машинам всех категорий соответственно по массе и грузоподъемности предъявляются общие требования: по универсальности использования, надежности, проходимости, безопасности движения, эргономике, средствам автоматизации управления, защите окружающей среды, приспособленности к различным климатическим условиям, быстрой готовности к движению машин.

Выполнение указанных требований может быть достигнуто: обеспечением высокого уровня унификации одновременно выпускаемых колесных и гусеничных машин; преемственностью конструкций новых машин, разрабатываемых взамен устаревших; разработкой модификаций колесных и гусеничных машин в составе унифицированных семейств соответствующих машин; ориентацией на применение агрегатов и составляющих отечественного производства с учетом их возможной замены на зарубежные аналоги.

Для колесных и гусеничных машин унифицированными могут быть, главным образом, двигатель и коробка передач (КП) вместе с их системами.

Для техники двойного применения, а также народнохозяйственной техники повышенной проходимости могут применяться отечественные дизельные двигатели, обеспечивающие выполнение требования по удельной мощности (18...22 кВт/т). В соответствии с этим диапазон мощности силовых установок для колесных и гусеничных машин в основном составляет (176...735) кВт (240... 1000л.с.). Среди множества зарубежных двигателей можно выбрать аналог отечественному двигателю. При этом все они отвечают требованиям «Евро-2», а многие - «Евро-3» и даже - «Евро-4».

При создании трансмиссий могут рассматриваться механизмы разных типов На со-

л находят валь-

временном уровне развития техники широкое приме! ные механические коробки передач, совершенствован 1Ю ко^НьАНйЯ&^явует компьюте-

ризация систем управления. В настоящее время наряду с ними на автомобилях и ГМ применяются гидромеханические передачи (ГМП).

Механические и гидромеханические передачи не решают основной трансмиссионной задачи - получение непрерывного трансформатора крутящего момента (НТКМ). Эта задача может быть решена созданием электромеханических и объемногидромеханических передач (ЭМП и ОГМП соответственно). При этом в настоящее время габариты и масса на- * сосов и гидромоторов составляют (20...30) % габаритов и массы электрогенератора и электродвигателя подобного назначения на такую же мощность.

*

Характеристики двигателя и трансмиссии определяют энергетические возможности машины и показатели ее основного свойства - подвижности, а их массогабаритные показатели определяются нагруженностью. Под нагруженностью будем понимать нагрузки (силы, моменты) и частоты вращения, действующие на звенья трансмиссионного механизма

На современном уровне развития специальной и транспортной техники возникает вопрос о создании для перспективных ТТМ новых систем, в том числе трансмиссий. В ближайшем будущем перспективной может быть объемногидромеханическая трансмиссия (ОГМТ).

В связи с этим является актуальным определение параметров и показателей нагру-женности ОГМП, что создает условия для разработки модульных ОГМТ колесной и гусеничной техники двойного назначения.

Цель и задачи исследования. Цель - обоснование возможности создания модульных объемногидромеханических трансмиссий для установки на колесных и гусеничных машинах двойного назначения.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи'

• разработка методики определения параметров трансмиссионных механизмов с гидравлическими и зубчатыми передачами,

• разработка методики расчета нагруженности трансмиссий с объемными гидропередачами (ОГП);

• определение параметров и характеристик базовых модульных ОГМТ перспективных колесных и гусеничных машин двойного назначения;

• определение параметров и характеристик ОГМП с динамической гидропередачей для перспективных колесных и гусеничных машин двойного назначения с мощностью двигателя до 735 кВт,

• экспериментальное исследование параметров нагруженности модульного меха-

. .и •

низма передач и поворота (Ml 111) ОГМТ.

Предмет и объект исследования. Определение параметров и нагруженности синхронизированных ОГМП для базовых модульных трансмиссий перспективных ГМ легкой и промежуточной категорий по массе (ЛКМ и ПКМ соответственно) и большегрузного колесного тягача автопоезда полной массой свыше 100 т с обеспечением заданных тягово-скоростных свойств.

Методы исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические методы основаны на теориях силового потока, движения колесных и гусеничных машин, гидравлики, экспериментальные - на теории планирования эксперимента.

Научная новизна и теоретическая значимость полученных результатов.

1. Разработана методика определения параметров замкнутых контуров передач (ЗКП) с ОПТ, как непрерывных трансформаторов крутящего момента в заданном скоростном диапазоне без разрыва силового потока (СП), отличающаяся тем, что позволяет определять не только кинематические параметры и число диапазонов, но и параметры совмещения контуров

2. Разработана методика расчета нагруженности ОГМП, отличающаяся тем, что на-груженность элементов замкнутого контура передач определяется энергетической характеристикой ОГМП, представляющей собой неявную функцию крутящего момента двигателя и рабочего давления жидкости в ОГП.

3. Определены параметры модульных ОГМТ для гусеничных машин легкой категории по массе и колесных машин двойного назначения. Определение параметров основано на использовании методик по пунктам 1 и 2.

4. Определены параметры ОГМП с динамической гидропередачей, обеспечивающей непрерывную передачу силового потока от двигателей мощностью до 735 кВт. Методика определения параметров отличается тем, что учитывает параллельно-последовательную работу гидротрансформатора и ОГП.

Достоверность результатов исследования. Выполненные теоретические исследования подтверждены результатами стендовых испытаний экспериментального образца модульного МПП ОГМТ ГМ ЛКМ на аттестованном комплексе испытательного оборудования в «НАТИ».

Практическая значимость полученных результатов. Обоснован мощностной ти-поразмерный ряд модульных объемногидромеханических трансмиссий для гусеничных машин легкой категории по массе и колесных машин двойного назначения.

Основные результаты работы могут быть использованы в научно-исследовательских институтах и специальных конструкторских бюро машиностроительных предприятий при проектировании и создании трансмиссионных механизмов колесных и гусеничных транс-портно-тяговых машин.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

• методика определения параметров трансмиссионных механизмов с гидравлическими и зубчатыми передачами;

• методика расчета нагруженности трансмиссий с объемными гидропередачами;

• предложение по использованию модульных объемногидромеханических трансмиссий на колесных и гусеничных машинах двойного назначения;

• результаты экспериментальных исследований МПП ОГМТ, подтверждающие правомерность разработанных методик.

Реализация результатов работы. Результаты исследования использованы: в работах «НАТИ» .(НИР «Трансмиттер»), ОАО «СКБМ», г. Курган (НИЭР «Жигули»), ЗАО «Метровагонмаш» (ОКР «Викинг-1»), в учебном процессе кафедры «Тракторы» МГТУ «МАМИ».

Апробация результатов диссертации. Основные положения работы докладывались и обсуждались: на научно-технической конференции молодых специалистов «Тракторостроение - XXI век», посвященной 75-летию НАТИ (Москва, НАТИ, 2000 г.); на научно-техническом семинаре «Исследование и расчет машин высокой проходимости» [Москва, МАДИ (ГТУ), 2002 г.]; на заседаниях секции Отделения общей техники НАТИ (2000-2003 гг.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ: три статьи (одна из них в соавторстве), одно учебное пособие в соавторстве, один патент на изобретение (в соавторстве).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит: из введения, четырех глав основной части, общих выводов, библиографического списка использованной литературы из 40 наименований. Она содержит 141 страницу, 49 рисунков, 31 таблицу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель исследования.

В первой главе рассмотрен и обоснован модульный принцип разработки трансмис-

сий колесных и гусеничных машин. Выполнен анализ трансмиссионных механизмов с гидростатическими и гидродинамическими передачами, сформулированы основные направления развития трансмиссий и задачи исследования.

За основу теоретических исследований для достижения поставленной цели диссертации приняты основные положения трудов российских ученых: Н.Г. Ковалева, А.Н. Елисеева - в области постановки проблемы, В.Ф. Платонова, A.C. Антонова, Л.В. Сергеева, В.А. Савочкина, Я.Е. Фаробина, A.A. Дмитриева, B.C. Кожевникова и других - в части общих вопросов движения гусеничных и колесных машин, С.Е. Бурцева, А.П. Крюкова, Е.С. Кисточкина, J1.H. Крумбольдта, В.И. Красненькова, А.Д Вашеца, H.A. Щельцына и других - по синтезу трансмиссионных механизмов, В.Н. Прокофьева, К.И. Городецкого, А.Д. Дьяченко и других - по теории объемных гидропередач, а также работы многих ученых «НАТО», «НАМИ», «21 НИИИ МО РФ», ОАО «Курганмашзавод», ОАО «СКБМ» (г. Курган) и др.

На основе анализа множества схемных решений гидромеханических и объемноги-дромеханических механизмов показано, что высокому уровню их унификации способствует модульный метод конструирования. Трансмиссия (КП или МПП) может состоять из самостоятельных модулей, предназначенных для выполнения определенных функций Вместе с тем, непосредственно в конструкции коробки передач могут применяться устройства, унифицированные по установочным и присоединительным размерам. Так в ГМП в зависимости от назначения КП могут устанавливаться различные наборы шестерен и дополнительные планетарные ряды, позволяющие изменять число ступеней и ряд передаточных чисел. Модульный метод применим для ОГМТ.

Для снижения потерь мощности, уменьшения размеров и массы передач используется принцип многопоточности, когда ОГП устанавливается в одной из параллельных ветвей передач и передает часть мощности двигателя.

Схема ОГМП с дифференциалом на выходе обеспечивает наибольший эффект с позиций снижения установочных мощностей гидромашин и обеспечения синхронизированного переключения передач (диапазонов).

Основной трансмиссионной задачей является создание непрерывного трансформатора крутящего момента, имеющего характеристику в виде зависимости крутящего момента от частоты вращения на выходе механизма при постоянной мощности двигателя на его входе. Коробка передач может включать несколько последовательных (частных) НТКМ. При этом скоростные интервалы смежных НТКМ должны перекрываться. Математическое выражение характеристики этого механизма имеет вид:

MXJ= const Мл = const Пд = const

i-\..m

Здесь индексами «Д» и «х» при частоте вращения п и крутящем моменте М указывается принадлежность соответствующего параметра к входу (Д) или выходу (х) механизма, а / и т - порядковый номер и число частных НТКМ.

Получение НТКМ во всем скоростном интервале могут обеспечить синхронизированные ОГМП. Для построения типоразмерного ряда таких передач может быть использован модульный принцип, когда ОГМТ разделяется на модули: центральный, бортовой со ступенчатым механизмом и ОГП

В результате выполненных исследований ГМП и ОГМП предложена КП нового типа с динамической и объемной гидропередачами (КП ДОГ), имеющими возможность работать параллельно-последовательно. Это решение может позволить получить 2, 3-диапазонную синхронизированную передачу. Кинематическая схема 2-диапазонной КП ДОГ показана на рис. 1.

Рис.1. Кинематическая схема КП ДОГ: Д - двигатель; ГТ - гидротрансформатор; Н1 и Т - насосное и турбинное колеса ГТ; ОГП -объемная гидропередача; Н2 и М - насос и гидромотор ОГП; ПН1 и ПН2 - приводы Н1 ГТ и Н2 ОГП; ПМ1 и ПМ2 - приводы гидромотора 1-го и 2-го диапазонов; С1 и С2 -согласующие передачи 1-го и 2-го диапазонов; БМ1 и БМ2 - базовые механизмы 1-го и 2-го диапазонов; Фдо и Ф2 - механизмы включения дополнительного (ДП) и 2-го диапазона

Коробка передач с динамической и объемной гидропередачами может обеспечить

непрерывную передачу мощности без разрыва силового потока во всем скоростном интервале.

Такой тип КП может применяться в виде самостоятельного агрегата с другими унифицированными модулями (например, раздаточной коробкой) на КМ или в составе МПП - на ГМ На основе выполненного анализа передач и трансмиссионных механизмов с гидропе-> редачами уточнена классификация, основанная на характеристиках составляющих меха-

низмов и устройств, представленная на рис.2.

Рис.2. Классификация основных трансмиссионных механизмов с гидропередачами по уровням

Каждый уровень трансмиссионного механизма характеризуется частными понятиями, записанными в прямоугольниках 1 .6, которые последовательно соединены между

собой, образуя классификацию по уровням.

Во второй главе в соответствии с выбранными направлениями создания модульных объемногидромеханических трансмиссионных механизмов разработаны методики' определения параметров и расчета нагруженности синхронизированных ОГМП.

Основными условиями выбора объемных гидропередач при известных характеристиках двигателя являются: установочная мощность Ыуогп ОГП, которая должна быть, как правило, больше или на уровне максимальной эффективной мощности А^^ш двигателя; масса и габариты ОГП.

«

Определяются параметры низшего, чаще полнопоточного, диапазона: максимальная V) и наименьшая \\мт скорости машины; передаточные числа передач, согласующих двигатель с гидропередачей и гидропередачу с ведущими колесами (ВК) машины. При этом коэффициентом к^ = 1,04... 1,12 закладывается запас рабочего давления жидкости в ОГП бортовых ОГМП МПП для обеспечения поворота ГМ на косогоре.

Применение в ОГМП регулируемых насосов и гидромоторов позволяет увеличить максимальную скорость машины на низшем полнопоточном диапазоне в 1,2...2,3 раза (до V', и4Д-). Двухпоточный низший диапазон по сравнению с полнопоточным может обеспечить увеличение максимальной скорости машины на этом диапазоне до двух раз при прочих одинаковых условиях. В общем случае скорость \\щх ~ Значения коэффициента характеризующего возможность увеличения скорости низшего диапазона в зависимости от его типа, приведены в табл.1. Для КП ДОГ скорость увеличивается относительно скорости, соответствующей работе гидротрансформатора (ГТ) на режиме гидромуфты или блокировки при нулевой производительности насоса ОГП.

Таблица 1

Коэффициенты, зависящие от типа низшего диапазона I

Низший диапазон Рабочий объем К, 5' 8" 5"

насоса гидромотора т

макс. Уои макс. Уышх мин. Уммш Ч НЧ

Полнопо точный Гол Уол Уол 1 2 Луош 2 5' 8"

Уол *Уон *Уол У,Ч -ШХ /Умм14

Двухпоточный Уои Уол Уол 1+ёп 2 «/,/(1 + %)

ГТи ОГП Уои Уол Уои ^ д V кд + 2 0П1 2 огп

Хд» кд + 2 Нуогп

Обозначения: Ч - четное число; НЧ - нечетное число

Разработана методика определения параметров трансмиссионных механизмов с гид-

равлическими и зубчатыми передачами в соответствии со структурными схемами, приведенными на рис.3, а, б. Исходными данными для нее являются установочная мощность Му от ОГП, свободная максимальная мощность А^.у и коэффициент кд приспособляемости двигателя. Передаточные числа зубчатых передач механизма и конструктивные параметры трехзвенных планетарных механизмов определяются в результате совместного ре-• шения систем уравнений, учитывающих максимально допустимую частоту вращения са-

теллитов

Рис.3. Структурные схемы трансмиссионных механизмов: а) объемногидромеханической коробки передач (ОГМКП); б) коробки передач с динамической и объемной гидропередачами

Максимальная скорость V) определяет оценочный показатель машины - рабочий скоростной диапазон равный:

где 5', 5", 6т - коэффициенты, зависящие от типа низшего диапазона (см. табл.1); е- целая часть числа; т - задаваемое число высших диапазонов

За потребное принимается число т диапазонов, при котором > .

В начале двухпоточного объемногидромеханического диапазона в замкнутом контуре передач величина циркулирующего СП ограничена установочной мощностью ОГП. Для ЗКП без учета потерь мощности зависимость максимально допустимой величины с/1МАХ частного двухпоточного диапазона от заданного соотношения 1^У0Ш/М,илх - линейная:

МАХ ~1

+ (2 Ыу

от /Чаш-)-

Разработана методика расчета нагруженности элементов двухпоточных передач с ОГП. Получено выражение энергетической характеристики ОГМП в виде неявной функции двух переменных - относительного свободного крутящего момента М0ТН двигателя и относительного рабочего давления Дротн жидкости в ОГП.

ЦМот,Арот) = ±- ~

и№ 1 ЬРагн

где иКТ - силовое круговое передаточное число ЗКП; 1 - постоянный коэффициент. При этом Мот = Мд!Маы\ АрОТН = Ар/Дрдш.; 1

~ еи ^мми. АРшг 11М1{2яМдч им), где Мд и Мд Л - текущее и номинальное значения свободного крутящего момента, определяемые по внешней скоростной характеристике двигателя, Я.м; Др и Дрлш -текущее и максимальное значения рабочего давления жидкости, МПа; еи - параметр регулирования гидромотора, УММАХ - максимальный рабочий объем гидромотора, см3; и^ и Лан ~ передаточное число и КПД цепи передач, согласующих двигатель и насос ОГП (см. рис.3,а); /л = -1 ( // = +1) при разветвляющемся (циркулирующем) СП в ЗКП.

При заданном режиме работы двигателя и постоянных значениях параметров иКР и I можно получить явную функцию Е{&рогн), которая названа энергетической характеристикой ОГП в соответствующем СП.

На рис.4 показаны эти характеристики ОГП при разветвляющемся ЕР(Лрт,) и циркулирующем Ец(Ар0тн) СП в ЗКП.

При заданной частоте вращения пл двигателя дляу-х значений параметра регулирования е ОГП могут быть получены семейства зависимостей гидромеханического (и объемного) КПД от относительного рабочего давления в ОГП'

1иМРогн) = е1 Чмогп и = г-

В верхней части графика (см рис.4), где располагаются энергетические характеристики ОГП в циркулирующем СП, приведены кривые /,^(&роти) , а в нижней, где располагаются энергетические характеристики ОГП при разветвляющемся СП, - кривые /г, (ДРоте)

изависимости fPl(Apom) и fI(J(&pOTf/) (/ = 1,2,..от; j-1,2,..)

Условия, при которых Еи ,{АРотл) = /ц ,(APo'}i) - Ег,{АРотп) = Л JAPoth) являются графическим решением задачи по определению момента А/и гидропередачи или рабочего давления жидкости в ОГГ1.

Кинематические коэффициенты р циркуляции характеризуют объемные потери в ОГП, позволяют определить частоту вращения элементов двухпоточного механизма, трансмиссии и ведущих колес машины Силовые коэффициенты fi циркуляции (относительная мощность) характеризуют распределение крутящего момента (мощности) двигателя по ветвям ЗКП и позволяют определить силовые факторы на элементах двухпоточного механизма и трансмиссии, ведущих колесах машины

Коэффициенты циркуляции в РУТ-я ветви, совпадающей с принятым направлением обхода передач при вычислении кругового передаточного числа ЗКП (см. рис.3, а, б), равны

В ветви, противоположной обходу передач, в той же узловой точке коэффициенты циркуляции равны

А = 1-А; Д = 1-Д-

Кинематический и силовой коэффициенты циркуляции определяют нагруженность трансмиссии и позволяют получить тягово-динамическую характеристику, используемую для связи детерминистических и вероятностных задач.

В третьей главе выполнено расчетное обоснование модульных объемногидромеха-нических трансмиссий гусеничных и колесных машин. Для гусеничной машины ЛКМ полной массой 12,5 т принята трансмиссия по схеме бортовых присоединенных 4-диапазонных ОГМКП в соответствии со структурной схемой, приведенной на рис.3,а.

Энергетические характеристики Е(Ар0ТИ) и зависимости /(Дротн) ОГП

4-диапазонного трансмиссионного механизма с двигателем ЯМЗ-238Н на режиме максимальной мощности, определенные по разработанному методу, показаны на рис.6.

При прямолинейном движении машины энергетическое состояние трансмиссионного

механизма МГТП определяется характеристиками, показанными.

а) в квадрантах IV (при разветвляющемся СП) и 1 (при циркулирующем СП) - для нечетных (1-го и 3-го) диапазонов,

б) в квадрантах II (при разветвляющемся СП) и III (при циркулирующем СП) - для четных (2-го и 4-го) диапазонов

(»=1; 2,3; 4)и зависимости Л,{&рот), /Ц)(Лр0Тн) (г-1; 2;...; 5)ОГП ОГМКП

Для тусеничной машины ПКМ обоснована возможность создания трансмиссии с КП ДОГ в соответствии с рис.3,б. При этом в трансмиссии могут быть использованы агрегаты (ГТ, механизм поворота, ОГП), устанавливаемые на серийной машине ГМ-569.

На основании структурной схемы в результате расчета разработана кинематическая схема гидромеханической трансмиссии (ГМТ) (рис 7) с КП ДОГ ГМ ПКМ массой 41 т

Трансмиссионный механизм имеет три диапазона, что обусловлено установочной мощностью ОГП и применением ГТ на низшей ступени.

Энергетические характеристики Е(Ар0П!) и зависимости /(Лр0ТН) ОГП трансмиссионного механизма ГМТ на объемно™ дром ехан и ч ее к и х диапазонах при работе двигателя В92С2 на режиме номинальной мощности показаны на рис.8. При прямолинейном движении машины энергетическое состояние трансмиссионного механизма определяется харак-

теристиками, показанными:

а) в квадрантах II (при разветвляющемся СП) и Ш (при циркулирующем СП) - для нечетных (1-го и 3-го) диапазонов;

б) в квадрантах IV (при разветвляющемся СП) и I (при циркулирующем СП) - для четных (2-го) диапазонов.

Рис.8. Энергетические характеристики ЕР1(Арагн), ЕцХ^Ротн) (/=1; 2; 3) и зависимости , (/'=1;2; ...;5)0ГПГМТна

объемногидромеханических диапазонах

В соответствии с параметрами и энергетическими характеристиками ГМТ для ГМ ПКМ с гусеницей с резинометаллическим шарниром построена тягово-динамическая характеристика, представленная на рис,9.

р„М1а

ГМТ (б), тягово-динамическая характеристика /д = /(у) гусеничной машины промежуточной категории по массе (в), планы скоростей параметра регулирования насоса ен ] =/(у) ОГП и передаточного отношения ГТ ¡п = /(у) (г)

Там же приведены характеристики: рн = /(V) - рабочего давления жидкости в напорных гидролиниях ОГП; ц;г = /(у) -КПДГМТ; еЯ/ = /(г) - параметра регулирования насоса ОГП, гп = /(у) - передаточного отношения ГГ.

Объемная гидропередача в ЗКП обуславливает различные случаи распределения энергии по ветвям двухпоточного механизма При изменении кругового передаточного числа замкнутого контура передач в интервалах. -1... О имеет место разветвление силового потока и более нагружена механическая ветвь, 0.. 0,5 в ЗКП возникает циркулирующая энергия, которая перегружает механическую ветвь Мощность, проходящая через ОГП, будет меньше мощности двигателя, 0,5 .Л в ЗКП возникает циркулирующая энершя. и мощность, проходящая через ОГП, будет больше мощности двигателя

Изменение функционального назначения гидролинии ОГП в составе двухпоточного механизма происходит при силовом обращении, когда не происходит скоростного обращения режима

Для обоснования возможности разработки модульных ОГМТ колесных и гусеничных машин за базовый трансмиссионный механизм принят МПП, выполненный по бортовой схеме (для такого механизма установочная мощность ОГП удваивается) При этом максимальная скорость уалп машины задана равной 70 км/ч.

При применении в ОГМТ 4-диапазонных бортовых модулей наиболее приемлемым является рабочий скоростной диапазон машины, равный семи. Тогда наибольшая скорость г, движения машины на 1-м диапазоне должна быть не менее 10 км/ч

На рис.10 представлена номограмма, иллюстрирующая выбор типоразмера ОГП по мощности двигателя при заданных максимальной удельной силе тяги по двигателю и массе машины

На номограмме сверху слева по оси абсцисс откладывается суммарный коэффициент /г сопротивления движению, равный удельной силе тяги fл по двигателю, а по оси

ординат - частное от деления максимальной касательной силы тяги по двигателю на кинематическое передаточное отношение ёп ОГП, при котором происходит переход с одной

ступени на другую: /:имх О/(0,367 е„), где С - полная масса машины, т.

По оси абсцисс верхнего правого графика откладываются значения установочной мощности Л",_„ машины на низшем диапазоне.

В нижней части номограммы горизонтально располагаются три оси, на которых от-

мечены значения установочной мощности ОГП, применяемых в ОГМКП (условная «половина» МПП), и три оси, на которых отмечены значения установочной мощности ОГП, применяемых в МПП.

/дма 0/10.367

Рис.10. Номограмма выбора типоразмера ОГП ОГМТ по мощности двигателя колесных и хусеничных машин

Модульные ОГМТ колесных и гусеничных машин могут быть созданы за счет применения 4-диапазонных бортовых модулей разной размерности, унифицированных по принципу конструктивного подобия. При этом заданные параметры достигаются применением двигателей, мощность которых при значении КПД силовой установки, равном 0,8, и кд= 1,25 не выше (200, 300,400) кВт (272,408, 544 л.е.). При рабочем скоростном диапазоне машины не более трех или пяти для создания ОГМТ можно использовать соответственно двух- или трехдиапазонные бортовые модули.

Для однозвенных гусеничных машин с мощностью двигателя свыше 400 кВт, колесных и двухзвенных гусеничных машин с мощностью двигателя более 200 кВт применение

ОГМКП в качестве трансмиссионного механизма ограничивается номенклатурой и техническими характеристиками выпускаемых отечественной промышленностью объемных гидропередач.

Для таких машин (например, гусеничной машины ПКМ, тягача автопоезда полной массой свыше 100 т) с мощностью двигателя до 735 кВт можно применить КП с динамической и объемной гидропередачами. В трансмиссии тягача автопоезда полной массой свыше 100 т возможно использовать 3-диапазонную КП ДОГ гусеничной машины ПКМ с изменением передаточных чисел передач, согласующих работу двигателя и гидропередач (ГТ и ОГП). При этом круговые передаточные числа и коэффициенты циркуляции ЗКП КП ДОГ для тягача автопоезда не изменяются.

Для обеспечения заданных значений максимальной удельной силы тяги и максимальной скорости движения в раздаточной коробке серийного тягача необходимо измени гь передат очные числа.

След\сг ожидать, что при схемном решении объемно-массовые показатели ОГМТ определяются прочностным расчетом в соответствии с мощностью двигателей.

Использование центральной объемногидромеханической коробки передач возможно на колесных и г>ссничных машинах с мощностью двигателя до 200 кВт. При этом в гусеничных машинах может потребоваться установка двухступенчатой раздаточной коробки, низшая ступень которой обеспечит максимальное значение удельной силы тяги, а высшая - максимальную скорость движения. Механизмы передач и поворота допустимо применять в однозвенных ГМ с мощностью двигателя до 400 кВт. В колесных, двухзвенных гусеничных машинах с мощностью двигателя свыше 200 кВт и однозвенных гусеничных машинах с мощностью двигателя свыше 400 кВт целесообразно применение КП с динамической и объемной гидропередачами.

Четвертая глава - экспериментальные исследования.

Целыо экспериментальных исследований являлась практическая проверка основных положений методик, разработанных в главе 2. для чего решались задачи:

• определение баланса мощности МПП ОГМТ;

• проверка гипотезы о снижении нагружснности ОГП с уменьшением кругового передаточного числа зубчатых передач двухпоточного механизма с дифференциалом на выходе;

• проверка гипотезы об изменении функционального назначения гидролиний ОГП в составе МПП ОГМТ при силовом обращении, когда на сопрягаемых диапазонах не происходит скоростного обращения режима.

Объект исследования: моторно-трансмиссионный блок, состоящий из экспериментального образца МПП ОГМТ и двигателя ЯШ-238В мощностью 176 кВт. Кинематическая схема МПП показана на рис.5.

Кинематические круговые и проходные передаточные числа зубчатых передач ЗКП МПП ОГМТ представлены в табл.2.

Испытания проводились в «НАТИ» на аттестованном комплексе испытательного стендового оборудования КОМИСО 2-95. Основным отличием данного стенда от существующих является автономная гидравлическая система нагружения объекта испытаний.

Таблица 2

Передаточное число зубчатых передач Обозначение 2 3 4

Кинематическое круговое -0,803 0,234 -0,283

Кинематическое проходное и®. -1,815 -0,94 -0,641

Входной редуктор «ВР 1,131

Привод насосов ОГП ипи 0,655

Сначала проводились испытания без ОГП при нагружении двигателя тормозным моментом (500, 600, 800) Н м соответственно на 2, 3 и 4-м диапазонах в МПП при частоте вращения двигателя (1000,1350,1700,2050) мин'.

В дальнейшем проводились испытания МПП ОГМТ в сборе при работе двигателя с частотой вращения (1000, 1350, 1700, 2050) мин1 и загрузкой, соответствующей крутящему моменту 800 Нм. На 2, 3,4-м диапазонах рычаги сервоуправления объемных гидропередач бортовых ОГМКП устанавливались в различные положения: (-30, -20, -10,0, +10, +20, +30) град.

Измерения проводились при действии тормозного момента на МПП ОГМТ с двух бортов: левого (1) и правого (2).

Схема проведения испытаний представлен на рис. 11.

Измеряемые и контролируемые параметры фиксировались и обрабатывались информационно-измерительным комплексом.

Измерительная информация фиксировалась в файл протокола на жестком диске компьютера и затем в соответствии с градуировочными характеристиками датчиков пересчитывалась в нужные единицы физической величины: часового расхода топлива двигателя (О?), кг/ч; крутящего момента двигателя (МД), Н м; крутящего момента на левом и правом выходных валах объекта испытаний (М'" и М{/'), Нм; частоты вращения коленчатого вала двигателя (пп), мин1; частоты вращения левого и правого выходных валов

объекта испытаний (и'" и п\2)) , мин'1; частоты вращения гидромотора левой и правой ОГП (и и"'), мин1; угла поворота рычага сервоуправления левой и правой ОГП (ащ и а*21), градусы; давления в напорной гидролинии левой ОГП ( , /4" ), М7а; давления в напорной гидролинии правой ОГП ( р\г), ), МП а; давления подпитки левой и правой ОГП ( р^ и р™),МПа.

Рис.11. Схема проведения испытаний по определению показателей МПП

Номенклатура измеряемых параметров и погрешность их измерения при принятой доверительной вероятности соответствовали требованиям программы-методики экспери-

ментальных исследований. В экспериментах использовались средства измерений, поверенные в соответствии с правилами Пр.50 2.006-94.

Оценка погрешности результатов измерений проводилась для каждого параметра. Обработка осуществлялась в соответствии с ГОСТ 8 207-76. При оценке суммарной погрешности результатов измерений погрешность применяемых средств измерений принята по данным соответствующих паспортов.

Фактические значения суммарной погрешности результатов измерений исследуемых параметров не превышали заданных.

Показатели нагруженности и баланс мощности МПП ОГМТ на заданных режимах работы двигателя определялись по значениям измеряемых параметров, полученным в результате обработки измерительной информации.

Результаты экспериментальных исследований.

По результатам испытаний механической части МПП без объемных гидропере цач установлено, что его КПД снижается с 0,95 до 0,67 с увеличением частоты вращения выходных валов соответственно (от 500 до 2350)мин'. Это свидетельствует о высоких бар-ботажных потерях в МПП и необходимости доработки его конструкции.

В результате анализа данных стендовых испытаний и конструкции МПП выделена доля мощности, затрачиваемая на барботажные потери, вызванные увеличением частоты вращения выходных валов. При частоте вращения выходных валов 2350 мин1 она достигает 39 кВт.

На рис.12 показаны совмещенные по оси абсцисс графики экспериментальных зависимостей крутящего момента на выходе МПП и давления в гидролиниях высокого давления объемных гидропередач от частоты вращения выходного вала МПП. Здесь же для исследуемого режима работы моторно-трансмиссионного блока (№¡=164 кВт, Пд=2050 мин1) приводятся соответствующие расчетные зависимости, полученные по разработанной методике расчета нагруженности ОГП (см. главу 2)

Определенный по результатам испытаний баланс мощности показывает, что мощность двигателя распределяется по бортам МПП почти поровну. Мощность двигателя по бортам на первом полнопоточном и в начале второго двухпоточного диапазона распределяется не одинаково. При этом наблюдается высокая нагруженность (24... 29 МП а) объемных гидропередач. Это свидетельствует о разных характеристиках потерь мощности в объемных гидропередачах, примененных в механизме передач и поворота.

Значения давления в напорных гидролиниях объемных гидропередач левого и правого бортов отличаются между собой до 26%, а значения тормозного момента на выходах

механизма передач и поворота - до 4%. Это свидетельствует о том, что в МПП с присоединенными бортовыми ОГМКП объемные гидропередачи работают в режиме самонастройки по давлению при одинаковом нагружении по бортам. Подтверждается гипотеза о том, что при прямолинейном движении машины на смежных диапазонах в ОГП напорная и всасывающая гидролинии меняются местами.

- -,гш югяшяяЯ1 -

Л\ V

4 * - / - ,

'/ - ^ ао-вв >-

к !Ю 2( : 30 30 ' Д| X Ю 4С

1

А ./* А А

Гид юлиния Л2

«А1

1' 1

4

1 V 3

а 1У ^ 4

1000 2000 3000 4000п„ мшт*

Экспериментальные зависимости , : О.Д.С.Х - левый борт (I) на 1,2,3,4 м диапазонах О.Д.О.Х - правый борт (2) на 1, 2,3.4-м диапазонах Расчетные зависимости рн(п^, Мя(п^) на диапазонам* первом -1 • втором - 2; третьем • 3, четвертом - 4 Идеальная характеристика НТКМ при 2050 мин'; N¿---164 кВт -5

Рис. 12. Зависимости крутящего момента на выходе МПП и давления в напорных гидролиниях объемных гидропередач от частоты вращения выходного вала МПП

В зонах I и II частота вращения сателлитов на исследованных режимах испытаний достигает высоких значений (пСг ~ 3500 мин"'), приводящих к возрастанию потерь мощно-

сти (барботажных потерь) в трансмиссионном механизме. Отсюда и значения крутящего момента, подводимого от трехзвенного планетарного механизма к гидромотору на 3-м диапазоне в режиме циркулирующего силового потока, меньше (более чем на 40%). Вследствие этого экспериментальные значения давления в напорной гидролинии объемной гидропередачи также меньше по сравнению с расчетными значениями более чем на 100%. Этим же обусловлено снижение КПД МПП в вышеуказанных зонах до значения «0,5. На четвертом диапазоне наблюдается резкое снижение КПД до значения »0,6 и ниже из-за возрастания частоты вращения сателлитов до значения «5900 мин' и выходных валов МПП - до значения »3600 мин'.

По результатам испытаний выявлено, что КПД МПП при постоянном режиме работы двигателя (Лд = 164 кВт, пд = 2050 мин') без учета барботажных потерь, обусловленных возрастанием частоты вращения выходных валов МПП, изменяется в следующих пределах: 0,63...0,82; 0,82...0,65 - на 2-м диапазоне; 0,68...0,82; 0,82...0,80 - на 3-м диапазоне; 0,79 и ниже - на 4-м диапазоне.

Следует ожидать, что после доработки конструкции МПП реальные значения КПД будут находиться на уровне расчетных значений: 0,65...0,87; 0,87...0,82 - на 2-м диапазоне; 0,85...0,90; 0,90...0,83 - на 3-м диапазоне; 0,85...0,89; 0,89...0,75 - на 4-м диапазоне. Средний КПД ОГМТ при движении машины по совокупности дорожно-фунтовых условий составляет 0,876 (при устранении потерь от барботажа масла известными методами).

По результатам испытаний установлено, что КПД, характеризующий затраты мощности на привод насосов объемных гидропередач МПП при их нулевой производительности, в среднем равен 0,95.

Значения силового коэффициента циркуляции 2, 3, 4-го двухпоточных диапазонов ОГМКП, полученные по результатам испытаний, изменяются в пределах соответственно: 2,6...0,4; 1,0...0,8; 1,4... 1,1. Возрастание значений кинематического коэффициента циркуляции (Д » 9,5 ) свидетельствует о возрастании потерь мощности в ОПТ

Полученными данными подтверждается гипотеза о снижении нагруженное™ ОГП с уменьшением кругового передаточного числа зубчатых передач двухпоточного механизма с дифференциалом на выходе.

Полученные на основе стендовых испытаний МПП значения силового коэффициента циркуляции объемногидромеханической коробки передач, несмотря на барботажные потери в механизме, имеют общую закономерность изменения с расчетными значениями приведенного силового коэффициента циркуляции ¡3', полученными по разработанной в гла-

ве 2 методике расчета нагруженности трансмиссионного механизма с ОГП.

Расхождения расчетных и экспериментальных значений параметров нагруженности и силовых коэффициентов циркуляции на некоторых режимах связано с барботажными потерями в МПП.

Полученные в процессе испытаний результаты подтверждают достоверность разработанной методики расчета кинематических параметров и показателей нагруженности трансмиссионного механизма с ОГП. При этом возможно применение аналитической математической модели учета потерь мощности в ОГП, разработанной для аксиально-поршневых гидромашин типа «Sauer» № 20.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработанная методика определения параметров трансмиссионных механизмов с гидравлическими и зубчатыми передачами позволила выполнить кинематический расчет ОГМТ. Результаты расчета свидетельствуют о том, что требования по максимальной силе тяги и максимальной скорости машины могут быть выполнены комбинированными объ-емногидромеханическими передачами при модульном исполнении одноразмерных гидроагрегатов отечественного производства [в настоящее время с установочной мощностью (107...221) кВт], унифицированных по присоединительным размерам. При этом рабочий скоростной диапазон машины равен семи.

2. Разработана методика расчета нагруженности ОГМП с использованием энергетической характеристики объемной гидропередачи, не зависящей от характеристик потерь мощности в последней. Эта характеристика позволяет оценить влияние параметров механической части замкнутого контура передач на нагруженность объемной гидропередачи, что подтверждается экспериментально.

3. Выполненные исследования показывают, что создание модульных ОГМТ для гусеничных и колесных машин двойного назначения в соответствии с заданными требованиями возможно путем создания их типоразмерного ряда. Обоснован типоразмерный ряд модульных ОГМТ, который должен состоять из трех групп, включающих механизмы передач и поворота в виде двух присоединенных бортовых 4-диапазонных объемногидроме-ханических коробок передач, для работы с двигателями в интервале мощностей: I группа - до 200 кВт; II группа -до 300 кВт; III группа -до 400 кВт.

4. В качестве базового трансмиссионного механизма в каждой группе типоразмерного ряда ОГМТ должен быть принят МПП, а его ОГМКП является основой для разработки коробки передач с гидромашинами как моноблочного, так и раздельного исполнения тако-

го же типа для машины с меньшей (не менее, чем в два раза) мощностью двигателя. При применении гидромашин раздельного исполнения для увеличения крутящего момента может использоваться регулируемый гидромотор с рабочим объемом до 160 см3.

5. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили правомерность разработанных методик. Средний КПД ОГМТ при движении машины по совокупности до-рожно-грунтовых условий составляет 0,876 (при устранении потерь от барботажа масла известными методами).

6. Для гусеничной машины промежуточной категории по массе (с двигателем мощностью до 735 кВт) и тягача автопоезда полной массой свыше 100 т теоретически обоснованы кинематические параметры и параметры нагруженности 3-диапазонной ОГМП с динамической гидропередачей.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Гидромеханическая трансмиссия: Патент № 2191303 РФ / Ф.М. Дубровский, К.С. Жебелев, B.C. Кожевников, В.А. Печенкин, М.Г. Розеноер, А.К. Сухоруков; О.М. Ходаков; Т.М. Шакиров; Л А Шелест; H.A. Щельцын. - Заявл 13.11.2000 г.

2. Шакиров Т.М. Трансмиссия перспективного колесного тягача автопоезда полной массой свыше 100 Т // Тракторостроение - XXI век: Материалы научно-технической конференции молодых специалистов, посвященной 75-летию НАТИ / НАТИ - М, 2001. - С.54-57.

3. Кожевников B.C., Шарипов В.М, Шакиров Т.М. Выбор и определение параметров гидромеханических передач / Под общ. ред. В.М. Шарипова. Учебное пособие для студентов специальности 150100 «Автомобиле- и тракторостроение» / Ml 1У «МАМИ». - М, 2002. - 66 с.

4. Кожевников B.C., Шарипов В.М., Шакиров Т.М. Гидромеханические передачи транспортно-тяговых машин // XXXIX Международ науч.-техн. конф Ассоциации автомоб. инженеров: Сб. избр. тр. / МГТУ «МАМИ». - М, 2002. -1 электрон, опт. диск (CD-ROM) - ISBN 5-94099-020-7.

5. Шакиров Т.М. Коробка передач с комплексным блокируемым гидротрансформатором и объемной гидропередачей для трансмиссии гусеничной машины промежуточной категории по массе // Исследование и расчет машин высокой проходимости: Сб. науч. тр. / МАДИ (ГТУ). - М., 2003. - С.29-37.

Подписано в пвчать() 5 НОЯ 2001ормат 1/16. Заказ 38. Объем 1,7 п.л. Тираж 90 экз. Типография НАТИ.

t

cf

i

I

2ooj - /| »9053^-

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Модульный принцип разработки трансмиссий.

1.2 Анализ трансмиссионных механизмов с гидродинамическими и гидростатическими передачами.

1.3 Основные направления развития трансмиссий. Задачи исследования.

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЙ НАГРУЖЕННОСТИ ОБЪЕМНОГЧДРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ.

2.1 Методика определения параметров трансмиссий с зубчатыми и гидравлическими передачами.

2.2 Энергетические характеристики объемногидромеханических передач.

2.3 Выводы.

ГЛАВА 3 РАСЧЕТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ МОДУЛЬНЫХ

ОБЪЕМНОГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ.

3.1 Определение параметров и нагруженности базовых модульных трансмиссионных механизмов с гидравлическими и зубчатыми передачами.

3.2 Обоснование конструктивных решений по созданию модульных объемногидромеханических передач.

3.3 Выводы.

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМА ПЕРЕДАЧ И ПОВОРОТА ОБЪЕМНОГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ.

4.1 Испыта гельное оборудование и система сбора и обработки информации.

4.2 Методика экспериментальных исследований.

4.3 Результаты экспериментальных исследований.

4.4 Выводы.

Широкий диапазон полной массы гусеничных машин (ГМ) в соответствии с ГОСТ РВ 51792-2001 и грузоподъемности колесных машин (КМ) при требуемых высоких средних скоростях движения примерно одного и того же порядка в одинаковых дорожно-грунтовых условиях предопределяет существенное различие конструкций машин разных классов. Вместе с тем гусеничные и колесные машины обладают и определенной конструктивной общностью, обуславливаемой спецификой эксплуатации:

1) использованием одной и той же машины при транспортировании оборудования, людей и грузов, а также в качестве тягового средства [поэтому машины называются транспортно-тяговыми (ТТМ)];

2) применением их в качестве транспортно-технологической базы различного обе рудования для выполнения разнообразных технологических операций при движении и на стоянке;

3) их работой в тяжелых дорожных условиях при отрыве от стационарных баз, ремонтных мастерских и пунктов технического обслуживания.

Поэтому к гусеничным и колесным машинам всех категорий соответственно по массе и грузоподъемности предъявляются общие требования: по универсальности использования, надежности, проходимости, безопасности движения, высокому уровню эргономики, новейшим средствам автоматизации управления, защите окружающей среды, приспособленности к различным климатическим условиям, быстрой готовности к движению машин. Это приводит к применению однотипных решений по целому ряду агрегатов и систем, вследствие чего при кажущихся различиях гусеничных и колесных машин разных категорий они имеют много общего.

Эти требования могут быть выполнены на основе следующих принципов создания и совершенствования колесных и гусеничных машин двойного назначения:

1. Максимальной унификации одновременно выпускаемых гусеничных, а также полноприводных и неполноприводных колесных машин, обеспечивающей эффективное использование производственной базы и способствующей реализации оптимальных принципов организации эксплуатации техники. Унифицируются, главным образом, двигатель, коробка передач (КП) вместе с их системами. Это позволяет снизить себестоимость машин, а также обеспечить эксплуатацию и ремонт в единой инфраструктуре военной автомобильной техники или специальной народнохозяйственной техники.

2. Преемственности конструкций новых машин, разрабатываемых взамен устаревших, т.е. рационального использования конструкторских решений узлов и агрегатов, успешно применяемых в предыдущих моделях наряду с новыми разработками. Это расширяет возможности унификации машин, облегчает условия перехода производства на новую модель, сохраняет технические средства диагностирования, обслуживания и ремонта.

3. Разработки модификаций гусеничных и колесных машин в составе унифицированных семейств соответствующих машин. Это важно в современных условиях, когда области использования машин непрерывно расширяются, а необходимость в транспортных средствах, выполняющих специфические функции, увеличивается. В связи с этим для каждого унифицированного семейства разрабатывается унифицированное шасси (например, НИЭР «Жигули»), на основе которого создаются модификаций, позволяющие использовать узлы и агрегаты шасси не только для машин данного семейства, но и машин другого типа и класса.

4. Ориентации на применение агрегатов (например, двигателей и коробок передач) и составляющих отечественного производства с учетом их возможной замены на соответствующие зарубежные аналоги.

В соответствии с указанными принципами для техники двойного назначения, а также народнохозяйственной техники повышенной проходимости могут применяться дизельные двигатели, выпускаемые ОАО «Барнаульский завод транспортного машиностроения» (БЗТМ), ОАО «Автодизель» [Ярославский моторный завод (ЯМЗ)], ОАО «Челябинский тракторный завод» (ЧТЗ), ОАО «Камский автомобильный завод» (КАМАЗ), ОАО «Горьковский автомобильный завод» (ГАЗ).

Эти двигатели могут обеспечить выполнение требования по удельной мощности [(18.22) кВт/т (25.30 л.с./т)] гусеничных машин. В соответствии с этим диапазон мощности силовых установок для колесных и гусеничных машин в основном составляет (176.735) кВт (240. 1000л.с.).

В настоящее время в России ведутся работы по созданию многоцелевых дизелей ОАО «БЗТМ», ОАО «ЧТЗ», ОАО «Автодизель».

ОАО «Автодизель» ведет разработку и подготовку производства дизельных двигателей семейства ЯМЗ-530. Базовые модели данного семейства - рядные в 3-, 4- и 6-цилиндровом исполнении, максимально унифицированы между собой и перекрывают диапазон мощности (от 88 до 176) кВт. Из находящихся в производстве двига-\ телей перспективным является 8-цилиндровый многотопливный дизельный двигатель ЯМЗ-846 мощностью 368 кВт (500 л.с.) и его модификаций различной мощности, а также 12-цилиндровые двигатели семейства ЯМЗ-8401 мощностью 478 кВт (650 л.с.).

Семейство дизелей БМД, разработанное ОАО «БЗТМ», включает базовые модели в 3-, 4-, 8- и 12-цилиндровом исполнении с газотурбинным наддувом и без него, перекрывает диапазон мощностей (от 150 до 1370) кВт.

Двигатель последних разработок ОАО «ЧТЗ» типа 2В-06 с оппозитным расположением цилиндров разработан как основная часть многочисленного семейства двигателей в диапазоне мощностей (от 200 до 1000) кВт.

За рубежом фирмами «Motors-Boduen» (Франция), «MTU» (Германия), «Oto Melara» (Италия), «Perkins» (Англия), «Caterpillar», «Cummins», «General Motors» (США) выпускаются и разрабатываются новые многоцелевые дизельные двигатели мощностью (от 200 до 1200) кВт (от 272 до 1632 л.с.). Они находят применение в объектах военной техники, большегрузных автомобилях и тягачах, промышленных тракторах, маневровых тепловозах, дизель-генераторных установках, речных и морских судах. Из множества зарубежных двигателей можно выбрать аналог нужному отечественному двигателю. При этом следует отметить, что все они отвечают требованиям «Евро-2», а многие - «Евро-3» и даже - «Евро-4».

В соответствии с сформулированными принципами создания колесных и гусеничных машин двойного назначения в части создания трансмиссий могут рассматриваться механизмы разных типов. Это коробки передач только с зубчатыми передачами - механические коробки передач, гидромеханические передачи (ГМП), объемно-гидромеханические коробки передач (ОГМКП), электромеханические передачи

ЭМП) и др.

На современном уровне развития техники широкое применение для автомобилей находят вальные механические коробки передач. Они продолжают совершенствоваться, чему способствует компьютеризация систем управления. Включение передач в них выполняется инерционными синхронизаторами, в которых применяются корот-коходные зубчатые муфты. Для управления коробками передач используются электрический, гидравлический, пневматический или комбинированный приводы. Шестерни, как правило, - косозубые. Для некоторых зарубежных большегрузных автомобилей такие коробки передач имеют большое число ступеней (до 24), что приводит к увеличению массы, габаритов и сложности управления. Они, как правило, применяются индивидуально для определенных машин и распространения для другой техники не имеют. Зарубежные вальные механические коробки передач технологически отработаны, надежны и долговечны. В интересах рынка производством (например, фирмой «Eaton») освоены типоразмерные ряды коробок передач такого типа. В гусеничной технике механические коробки передач почти не применяются.

С точки зрения реализации сформулированных принципов создания колесных и гусеничных машин двойного назначения представляет интерес механизм передач и поворота (МПП) МТ-ЛБ, когда один и тот же агрегат применяется для гусеничных машин всего семейства легкой категории по массе (ЛКМ).

В настоящее время наряду с механическими передачами в автомобилях и гусеничных машинах применяются гидромеханические передачи.

Такая передача состоит из гидродинамической передачи и механической коробки передач, объединенных в один агрегат. В качестве гидродинамических передач могут применяться комплексные блокируемые передачи. В них может быть встроен гидрозамедлитель. Узкий диапазон рабочей зоны гидродинамического трансформатора обуславливает его применение с 5, 6-ступенчатой коробкой передач. В качестве коробок передач в гидромеханических передачах применяются планетарные коробки передач (ПКП) с двумя, тремя степенями свободы. Включение передач выполняется гидроподжимными фрикционными муфтами, управление которыми осуществляется электромагнитными гидроклапанами. Габариты всего агрегата могут быть соизмеримыми с габаритами механических коробок передач.

В трансмиссиях с центральной гидромеханической или механической коробкой передач для однозвенных гусеничных машин обязательно должен быть механизм поворота (МП).

Объемногидромеханические коробки передач и электромеханические передачи сейчас считаются перспективными. Они наиболее полно могут удовлетворять требованиям, предъявляемым к трансмиссиям транспортно-тяговых машин. В состав этих передач входят гидростатические и электрические передачи соответственно. Эти передачи непрерывны и регулируемы, могут быть легко автоматизированы. В механической части передач могут быть использованы конструкторские решения механических и гидромеханических передач.

Недостатком электрических и гидростатических передач является низкий по сравнению с другими передачами коэффициент полезного действия (КПД). Потери мощности в механической части такие же, как в механических коробках передач.

Гидростатические передачи вместе с зубчатыми передачами могут образовывать двухпоточные механизмы, что позволяет значительно расширить непрерывный интервал изменения скорости, повысить КПД, а так же уменьшать габариты трансмиссии. Такие механизмы могут обеспечить выполнение трансмиссии по бортовой схеме.

Электрические передачи просты в ремонте и обслуживании. Гидростатические передачи требуют более квалифицированного отношения. Надежность и долговечность гидростатических передач зависят от чистоты рабочей жидкости, на которой работает передача. Поэтому требуется ее тщательная фильтрация.

Гидравлические передачи выгодно отличаются от электрических передач тем, что они обладают сравнительно малыми габаритами и массой [15; 21]:

1. Габариты насосов и гидромоторов составляют 20 % от габаритов генератора и электродвигателя той же мощности.

2. Масса насосов и гидромоторов составляет (10. .30) % массы электрических агрегатов подобного назначения такой же мощности. В частности, удельная масса насоса, работающего при частоте вращения (2500.3000) мин.'1 и рабочем давлении (35.40) МПа, не превышает 0,7 кг/кВт, в то время как удельная масса современных электрогенераторов составляет 3 кг/кВт.

3. При рабочем давлении 28 МПа и выше вес трубопроводов с жидкостью в гидравлических системах становится меньше веса электрических проводов для передачи той же мощности [4].

Гидравлические двигатели вращательного действия отличаются от электрических двигателей той же мощности более высоким отношением крутящего момента на выходном валу к моменту инерции ротора.

Электрические машины в трансмиссионном для транспортно-тяговых машин исполнении сейчас могут выпускаться экспериментально для решения исследовательских задач. В них применяются дорогостоящие цветные материалы. Все это обуславливает высокую стоимость электрических машин и трансмиссии в целом.

Гидромашины с объемным регулированием в трансмиссионном для транспортно-тяговых машин исполнении в нашей стране выпускаются несколькими заводами в основном по зарубежным лицензиям.

Таким образом, на пути решения трансмиссионных задач в соответствии с сформулированными принципами создания и совершенствования колесных и гусеничных машин двойного назначения разработка и создание модульных объемноги-дромеханических трансмиссий (ОГМТ) для колесной и гусеничной техники является актуальной задачей. При этом могут возникнуть трудности тягово-динамического и прочностного характера, решение которых возможно, используя достижения, полученные в области объемногидромеханических и гидромеханических передач.

Цель работы состоит в обосновании возможности создания модульных объемногидромеханических трансмиссий для установки на колесных и гусеничных машинах двойного назначения.

Эта возможность определяется нагруженностью, под которой будем понимать нагрузки (силы и моменты) и частоты вращения, действующие на звенья трансмиссионного механизма.

Разработка колесных и гусеничных машин двойного назначения с объемноги-дромеханическими трансмиссиями в соответствии с сформулированными принципами способствует более рациональному использованию производственных мощностей промышленности, более полному удовлетворению потребностей военной автомобильной техники и техники народного хозяйства в транспортных средствах различного типа и назначения. Она может способствовать выходу отечественной продукции не только на внутренний, но и на внешний рынок.

Общие выводы

1. Разработанная методика определения параметров трансмиссионных механизмов с гидравлическими и зубчатыми передачами позволила выполнить кинематический расчет ОГМТ. Результаты расчета свидетельствуют о том, что требования по максимальной силе тяги и максимальной скорости машины могут быть выполнены комбинированными объемногидромеханическими передачами при модульном исполнении одноразмерных гидроагрегатов отечественного производства [в настоящее время с установочной мощностью (107.221) кВт], унифицированных по присоединительным размерам. При этом рабочий скоростной диапазон машины равен семи.

2. Разработана методика расчета нагруженности ОГМП с использованием энергетической характеристики объемной гидропередачи, не зависящей от характеристик потерь мощности в последней. Эта характеристика позволяет оценить влияние параметров механической части замкнутого контура передач на нагруженность объемной гидропередачи, что подтверждается экспериментально.

3. Выполненные исследования показывают, что создание модульных ОГМТ для гусеничных и колесных машин двойного назначения в соответствии с заданными требованиями возможно путем создания их типоразмерного ряда. Обоснован типораз-мёрный ряд модульных ОГМТ, который должен состоять из трех групп, включающих механизмы передач и поворота в виде двух присоединенных бортовых 4-диапазонных объемногидромеханических коробок передач, для работы с двигателями в интервале мощностей: I группа - до 200 кВт; II группа -до 300 кВт; III группа -до 400 кВт.

4. В качестве базового трансмиссионного механизма в каждой группе типоразмерного ряда ОГМТ должен быть принят МПП, а его ОГМКП является основой для разработки кэробки передач с гидромашинами как моноблочного, так и раздельного исполнения такого же типа для машины с меньшей (не менее, чем в два раза) мощностью двигателя. При применении гидромашин раздельного исполнения для увеличения крутящего момента может использоваться регулируемый гидромотор с рабочим объемом до 160 см3.

5. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили правомерность разработанных методик. Средний КПД ОГМТ при движении машины по совокупности дорожно-грунтовых условий составляет 0,876 (при устранении потерь от барбо-тажа масла известными методами).

6. Для гусеничной машины промежуточной категории по массе (с двигателем мощностью до 735 кВт) и тягача автопоезда полной массой свыше 100 т теоретически обоснованы кинематические параметры и параметры нагруженности 3-диапазонной ОГМП с динамической гидропередачей.

1. Антонов А.С., Запрягаев М.М., Хавханов В.П. Армейские гусеничные машины. Часть первая. Теория. М.: Воениздат, 1973. - 328 с.

2. Антонов А.С., Кононович Ю.А., Магидович Е.И., Прозоров B.C. Армейские автомобили. Теория. -М.: Воениздат, 1970. 528 с.

3. Антонов В.М., Гусев М.Н., Козлов М.П. Бесступенчатая трансмиссия для транспортных машин // Вестник транспортного машиностроения. 1994. -№2. - С.32-35.

4. Багата Т.М. Конструкция и расчет самолетных гидравлических устройств. -М.: Оборонгиз, 1961.-474 с.

5. Бертынь В.Р. Алгоритмы вычислений параметров точности и таблицы математической статистики. М.: ЦАГИ, 1974.

6. Бурцев С.Е. Основы применения гидрообъемных вариаторов в танковых трансмиссиях. Киев: КВТИУ, 1983. - 225 с.

7. Гидрообъемномеханическая передача ГОМП-2Т для легкого многоцелевого гусеничного транспортера-тягача МТ-ЛБ и его модификаций: Технические предложения / ВНИИТМ; Руковод. работы М.Н. Гусев. №98.302.572-ТП. - Санкт-Петербург, 1998. - 42 с.

8. Гидрообъемные передачи транспортных и тяговых машин / А.С. Антонов, М.М. Запрягаев. Ленинград: Машиностроение, 1968. - 212 с.

9. Гируцкий О.И. Проблема развития автобусостроения и пути её решения: Дис. на соискание учёной степени д-ра техн. наук. М., 2000.

10. Городецкий К.И., Михайлин А.А. и др. Метод построения универсальной характеристики КПД объемной гидравлической трансмиссии // Исследование и методы расчета тракторных трансмиссий и их узлов: Тр. НАТИ / НАТИ. М., 1982. - С.28-33.

11. ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения. Введ. 01.01.1977. - М.: Изд-во стандартов, 1976. - 10 с.

12. Грибанов Д.Д., Зайцев С.А., Митрофанов А.В. Основы метрологии. -Бронницы МО: Фонд «Центр сертификации». 1999. - 196с.

13. Грлгоренко Л.В., Колесников B.C. Динамика автотранспортных средств. Теория, расчет передающих систем и эксплуатационно-технических качеств. Волгоград: Комитет по печати и информации. - 1998. - 544с.

14. Кожевников B.C., Ворончихин Ф.Г.[ Процесс переключения передач в многоступенчатых ОГМП // Исследование и проектирование колесных и гусеничных машин высокой проходимости: Сб. науч. тр. / МАДИ (ТУ). -М., 2001. -С.41-49.

15. Кожевников B.C., Никонов А.И., Сухоруков А.К. Объемные гидромеханические трансмиссии гусеничных и колесных машин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1996. - №8. - С.20-25.

16. Кожевников B.C., Печенкин В.А. Типоразмерный ряд трансмиссионных механизмов для многоцелевой техники // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2001.-№1. - С. 17-20.

17. Лемешко В.В.|, Печенкин В.А., Сперанский Н.Г., Сухоруков А.К., Ходаков О.М., Шакиров Т.М.

18. Красненькое В.И., Вашец А.Д. Проектирование планетарных механизмов транспортных машин. М.: Машиностроение, 1986. - 272с., ил.

19. Многоцелевые гусеничные шасси / В.Ф. Платонов, B.C. Кожевников, В.А. Коробкин, С.В. Платонов; Под ред. В.Ф. Платонова М.: Машиностроение, 1998-342 с.

20. Обоснование использования гидромеханической передачи в качестве базового модуля для трансмиссий наземных транспортных средств: Техническое предложение / ОАО «СКБМ»; Руковод. работы В.А. Печенкин. Курган, 1997. - 242 с.

21. Объемные гидромеханические передачи: Расчет и конструирование/ О.М. Бабаев, Л.Н. Игнатов, Е.С. Кисточкин и др.; Под общ. ред. Е.С. Кисточкина. -Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. -256 е.: ил.

22. Платонов В.Ф., Леиашвили Г.Р. Гусеничные и колесные транспортно-тяговые машины. -М.: Машиностроение, 1986. 296 е., ил.

23. B.C. Кожевников. Договор №515 (ДС-20/94) от 12.07.94 г. - М., 1995. -122 с.

24. Сергеев JI.B. Теория танка. М.: Изд. Академии БТВ, 1973. - 494 с.

25. Статистическая динамика транспортных и тяговых гусеничных машин /

26. B.А. Савочкин, А.А. Дмитриев. М.: Машиностроение, 1993. - 320 с.

27. Фрумкин JI.A. Объемная гидромеханическая передача переменной структуры // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1999. - №9.1. C. 19-22.

28. Шакиров Т.М. Трансмиссия перспективного колесного тягача автопоезда полной массой свыше 100 Т // Тракторостроение XXI век: Материалы научно-технической конференции молодых специалистов, посвященной 75-летию НАТИ / НАТИ. - М., 2001. - С.54-57.

29. Шарангович А.И. Разработка методики выбора рациональных схем объемных гидромеханических коробок передач гусеничных машин легкойкатегории по массе: Дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.05.03 / МГТУ им. Н.Э. Баумана. М., 1997. ДСП.

30. Гидромеханическая коробка передач транспортного средства: Патент №2137619 РФ / К.С. Жебелев, Е.А. Зыков и др. №95111579; Заявл. 05.07.1995.

31. Гидромеханическая передача: Факс №1155/30 от 22.06.2001: ОАО «ВНИИТРАНСМАШ».

32. Гидромеханическая трансмиссия: Патент №2191303 РФ / Ф.М. Дубровский, К.С. Жебелев, B.C. Кожевников, В.А. Печенкин, М.Г. Розеноер, А.К. Сухоруков; О.М. Ходаков; Т.М. Шакиров; JI.A. Шелест; Н.А. Щелыдын. -Заявл. 13.11.2000 г.

33. Будущее принадлежит бесступенчатым трансмиссиям. Первое всемирное испытание 2000/2001 результаты и оценки // Agritechnica-TRADER. -2001. -№11. -Р.30-31.

34. Neunaber М. 9 Antworten zum Thema «Stufenlose Getriebe» (Девять ответов на тему «Бесступенчатая коробка передач») // Profi. 2001. - №7. - Р.54-55.шшш т\ ' и ш ш ш ш 8 ш ш8 &