автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.18, диссертация на тему:Синтез многопоточных передач с гидрообъемными элементами бесступенчатого регулирования

ВВЕДЕНИЕ.

I.ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ОБЩАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1.Краткий обзор применения и методов синтеза гидромеханических передач.

1.2. Общая постановка задач исследования.

2.ОБРАЗОВАНИЕ СХЕМ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ, КАК ЗАДАЧА КОНСТРУКТИВНОГО ПЕРЕЧИСЛЕНИЯ КОМБИНАТОРНЫХ ОБЪЕКТОВ.

2.1.Некоторые положения дискретной математики, связанные с построением математической модели

2.2.Структурные соотношения в гидромеханических передачах.

2.3.Образование схем непрерывных передач

2.4.Образование схем непрерывно-ступенчатых передач.

3.СИНТЕЗ НЕПРЕРЫВНЫХ МНОГОПОТОЧНЫХ ПЕРЕДАЧ С УЧЕТОМ ВАРИАНТА ОБЪЕМНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ И ЗАКОНА НАГРУЖЕНИЯ.

3.1.Уточнения в методе установочных мощностей

3.2.Выбор параметров передач с замыканием на входное звено

3.3.Выбор параметров передач с замыканием на выходное звено

3.4.Выбор параметров передач с замыканием на промежуточные звенья.III

4.СИНТЕЗ НЕПРЕРЫВНО-СТУПЕНЧАТЫX ПЕРЕДАЧ.

4.1.Особенности метода установочных мощностей в случае непрерывно-ступенчатых передач.

4.2. Сравнительный анализ непрерывно-ступенчатых передач по установочным мощностям гидромашин

4.3. Выбор параметров двухступенчатых передач.

4.4. Выбор параметров непрерывно-ступенчатых передач с числом ступеней более двух.

5. АНАЛИЗ МН0Г0П0Т0ЭДЫХ 1даШЕШЖЧЕСКЙХ ПЕЕЕЩДЧ.

5.1. Кинематический анализ

5.2. Силовой и энергетический анализ.

5.3. Система формального описания и обобщенный алгоритм анализа

ХХУП съезд КПСС поставил перед машиностроителями конкретные задачи по созданию новой техники. Эффективное решение этих задач невозможно без уточнения методов проектирования, основанных на достижениях фундаментальных и прикладных наук, без применения прогрессивных передач, обеспечивающих повышение эффективности новой техники, ее конструктивно-технологические и эксплуатационные свойства.

Требованию повышения эффективности машин наиболее полно удовлетворяют многопоточные объемные гидромеханические передачи /56/. Известны примеры удачного их использования в самых различных отраслях машиностроения: в трансмиссиях колесных и гусеничных машин, в приводах для стабилизации скорости вращения в авиационных и судовых энергосистемах, в приводах к валкам прокатных станов, в регулируемых приводах мощных компрессоров, питательных насосов, вентиляторов, в ходоуменыпителях тракторов, мелиоративных машин и траншейных экскаваторов. Их использование является важным резервом на пути улучшения качества техники.

Основные качества новой передачи, оцределяющие ее эффективность на весь период эксплуатации, как известно, закладываются еще на начальных стадиях проектирования, когда выбирают структурную схему и главные кинематические параметры, поэтому эти этапы имеют особо важное значение.

Именно начальным этапам проектирования гидромеханических передач посвящена данная работа. В большинстве работ,выполненных в области синтеза^рассматривается выбор параметров по данной структурной схеме. В силу сложности изучаемого объекта сушествующие методы разработаны для передач, определенного класса, при этом область достоверности результатов ограничивается либо поточностью схемы, либо вариантом объемного регулирования. * Мало изучен синтез непрерывно-ступенчатых передач (НСП).

Работа базируется на теоретических исследованиях, выполненных в области проектирования передач А.С.Антоновым, Т.М.Баш-той, В.А.Васильченко, Н.С.Гамыниным, А.Н.Ивановым, П.Н.Иванченко, Ю.Н.Кирдяшевым, Е.С.Кисточкиным, А.Ф.Крайневым, В.И.Крас-неньковым, М.А.Крейнесом, О.И.Кульбачным, Е.И.Магидовичем, А.В.Петровым, В.Н.Прокофьевым, Е.П.Руденко, Ю.А.Сушковым.

В работе рассмотрены вопросы структурного синтеза. Представление объемной гидромеханической передачи в виде системы инцидентности* позволило абстрагироваться от конкретных объектов и применить оптимизационные методы дискретной математики при генерировании структуры. Как и в работах Е.С.Кисточкина,основным критерием при выборе параметров служит суммарная установочная мощность гидромапшн. Предложен метод синтеза, не завися-» щий от поточности схемы и варианта объемного регулирования. Достигнуть этого удалось за счет взаимной увязки свойств гидравлической и механической частей передачи. Освещены вопросы выбора схем и параметров НСП из условия минимума суммарной установочной мощности гидромашин.

Рассмотрен кинематический, силовой и энергетический анализ произвольных канематических схем. Создана математическая модель сложной гидромеханической передачи, в состав которой входит известная модель объемной гидропередачи.

При решении задач,сложных в вычислительном аспекте, используется ЭВМ.

I. ЖТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ОБЩАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработан метод образования структурных схем как непрерывных, так и непрерывно-ступенчатых передач с практически любым числом степеней свободы, основанный на оптимизационных методах дискретной математики. При этом сложная передача рассматривается как система инцидентности , а задача образования структурных схем определена как задача конструктивного перечисления комбинаторных объектов. В качестве предикатов принадлежности к заданному классу комбинаторных объектов используются структурные соотношения и свойства комбинированных передач.

2. Разработан универсальный метод проектирования гидромеханических передач (ШП) путем включения в систему уравнений наряду с законами механики законов гидростатики. Такой подход позволяет дополнительно установить закон регулирования гидромашинами. Получены формулы для расчета установочных мощностей гидромашин ГШ различных структур с учетом варианта объемного регулирования и закона нагружения. Установлено, что в передачах с замыканием на входное или промежуточные звенья область параметров, в которой суммарная установочная мощность гидромашин минимальна, при одной регулируемой гидромашине уже, чем при двух. Определены границы указанных областей. В передачах с замыканием на выходное звено минимальная суммарная установочная мощность гидромашин больше, чем при двух, и в обоих случаях превышает минимум суммарной установочной мощности передач с замыканием на входное и промежуточные звенья, исключая режим постоянной мощности.

3. Разработан метод выбора параметров непрерывно-ступенчатых передач (НСП) из условия минимума суммарной установочной мощности гидромашин. Проведен сравнительный анализ схем НСП по Критерию суммарной установочной мощности гвдромашин. Установлены особенности выбора схем и параметров при обеспечении синхронного переключения со ступени на ступень и отсутствия разрыва потока мощности. Определены особенности выбора параметров НСП с одной регулируемой гидромашиной при обеспечении объемного регулирования от нулевой скорости выходного звена.

4. Разработан алгоритм и программа кинематического, силового и энергетического анализа объемных гидромеханических передач, выполненных по произвольной схеме, с расчетом статических характеристик гидромашин. Разработана система формального описания кинематической схемы объемной гидромеханической передачи и ее математическая модель с использованием известной модели объемной гидропередачи, опробированной по топографическим характеристикам гидромашин, освоенных отечественной промышленностью.

5. Решение поставленных инженерных задач применительно к объемным гидромеханическим передачам подтвердило надежность разработанного метода синтеза. Внедренные результаты позволили дать практические рекомендации, которые были использованы при создании новых образцов передач для трансмиссий лесопромышленных тракторов, выполненных на уровне изобретений. Ожидаемый экономический эффект от их внедрения составит по мнению специалистов Онежского тракторного завода 450 тыс.рублей в год при производстве 1000 тракторов.

19 В

1. Аксильно-поршневой регулируемый гидропривод./ Под ред. В.Н.Прокофьева. - М.: Машиностроение, 1969. - 496 с.

2. Анисимов В.И. Топологический расчет электронных схем.- Л.: Энергия, 1977. 240 с.

3. Антонов A.C., Магидович Е.И., Новохатько И.О. Гидромеханические и электромеханические передачи транспортных и тяговых машин. Теория, основы проектирования, конструкция и расчет. I.: Машгиз, 1963. - 351 с.

4. Антонов A.C. Комплексные силовые передачи. Теория силового потока и расчет передающих систем. Л.: Машиностроение, 1981. - 496 с.

5. Арлазаров В.Л., Зуев И.И., Усков A.B., Фараджев И.А. Алгоритм приведения конечных неориентированных графов к каноническому виду. Журн.вычислит.мат. и мат.физ., 1974, 14, $ 3, с.737-743.

6. Артоболевский И.И., Левитский Н.И., Черкундинов С.А. Синтез плоских механизмов. М.: Физматгиз, 1959. - 1084 с.

7. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1975. - 343 с.

8. Ассур A.B. Исследование плоских стержневых механизмов с низшими парами с точки зрения их структуры и классификации.- М.: АН СССР, 1952. 592 с.

9. Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. М.: Машиностроение, 1974. - 606 с.

10. Беллерт С., Возняцки Г. Анализ и синтез электронных цепей методом структурных чисел. М.: Мир, 1972. - 330 с.

11. Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин. Справочник. М.: Машиностроение, 1983. - 301 с.

12. Воеводин B.B. Вычислительные основы линейной алгебры.- М.: Наука, 1977. 303 с.

13. Волков Д.П., Крайнев А.Ф. Трансмиссии строительных и дорожных машин. М.: Машиностроение, 1974. 424 с.

14. Гайдукевич В.И., Титов B.C. Случайные нагрузки силовых электроприводов. М.: Энергоатомиадат, 1983. - 160 с.

15. Гамынин Н.С. Основы следящего гидравлического привода.- М.: Оборонгиз, 1962. 294 с.

16. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М.: Наука, 1967.- 510 с.

17. Гидравлика гидромашины и гидроприводы/ Т.М.Башта, С.С.Руднев, Б.Б.Некрасов и др. М.: Машиностроение, 1982.- 423 с.

18. Годунов С.К. Решение систем линейных уравнений. Новосибирск: Наука, 1980. - 177 с.

19. Городецкий К.И., Михайлин A.A. Математическая модель объемных гидромашин. Весник машиностроения, 1981, № 9, с. 14--17.

20. Гудман С., Хидетниеми С., Введение в разработку и анализ алгоритмов. М.: Мир, 1981. - 366 с.

21. Детали машин. Расчет и конструирование. Справочник, Т.З/ Под ред. Н.С.Ачеркина. М.: Машиностроение, 1969. - 471 с.

22. Егоров Л.И., Рыскин Ю.Е., Рогалюк Л.А. Лесопромышленные тракторы на международной выставке "Лесдревмаш-84п. Тракторы исельхозмашины, 1985, № 3, с.45-52.

23. Зайченко В.А., Фарадаев й.А. Алгоритм проверки каноничности систем инциденций. В сб.: Алгоритмические исследования в комбинаторике. - М.: Наука, 1978, с.126-129.

24. Зыков A.A. Основы теории графов. М.: Наука, 1987.- 384 с.

25. Иванов А.Н. Синтез планетарных зубчатых механизмовс любым числом степеней свободы. Автореф. дис. . канд.техн. наук. Л.: ЛИВТ, 1969.

26. Иванов А.Н. Структурные соотношения в планетарных коробках передач с любым числом степеней свободы. Известия ВУЗов. Машиностроение, 1970, № 7, с.50-54.

27. Иванченко H.H., Сушков Ю.А., Вашец А.Д. Автоматизация выбора схем планетарных коробок передач. Справочное пособие. -Л.: Машиностроение, 1974. 231 с.

28. Исаков П.П., Иванченко П.Н., Егоров А.Д., Электромеханические трансмиссии гусеничных тракторов. Теория и расчет.- Л.: Машиностроение, 1981. 302 с.

29. Кинематика динамика и точность механизмов. Справочник./ Под.ред.Г.В.Крейнина. М.: Машиностроение. 1984. - 224 с

30. Кирдяшев Ю.И., Иванов А.Н. Структурная формула сложных планетарных механизмов. Известия ВУЗов. Машиностроение, 1969, & 12, с.5-8.

31. Кирдяшев Ю.Н., Иванов А.Н. Проектирование сложных зубчатых механизмов. Л.: Машиностроение, 1973. 351 с.

32. Кирдяшев Ю.Н. Многопоточные передачи дифференциального типа. 2-е изд., перераб. - Л.: Машиностроение, 1981.- 223 с.

33. Кирдяшев Ю.Н., Федотов С.Н. Выбор параметров регулируемых передач. В сб.: Седьмая всесоюзная научно-техническая конференция по управляемым и автоматическим механическим приводам и передачам гибкой связью. Тезисы докладов. 4.1. Одесса, 1986, с.51.

34. Кисточкин Е.С. Выбор типов многопоточных бесступенчатых передач с минимальной установочной мощностью. В кн.: Повышение несущей способности механического цривода./ Под ред. В.Н.Кудрявцева. I., 1973, с.178-194.

35. Кисточкин Е.С. Двухпоточные передачи при произвольном законе нагружения. Машиностроение, 1976, Л 2, с.68-75.

36. Кисточкин Е.С., Киев A.B. Выбор параметров объемных гидромеханических передач для судовых приводов. Судостроение, 1982, № I, с.31-34.

37. Клименко В.В. Об одном уравнении структуры сложных планетарных механизмов. Известия ВУЗов. Машиностроение, 1978, № 8, с.58-62.

38. Клименко В.В. Топологические методы анализа и синтеза планетарно-дифференциальных механизмов. Автореф. дис. . канд. техн.наук. -I.: ЛПИ, 1980.

39. Колчин Н.И., Струков Н.й. Проектирование сложных планетарных передач из простых цепей по методике Н.И.Струкова. -Л.: ЛПИ, 1962, 42 с.

40. Косицин В.И. Исследование замкнутых планетарных передач и передач бесступенчатого регулирования скорости. Автореф. дис. . канд.техн.наук. Л.: ЛИТМО, 1976

41. Красненьков В.И., А.Д.Вашец. Проектирование планетарных механизмов транспортных машин. М.: Машиностроение, 1986. - 272 с.

42. Крейнес М.А. К вопросу об определении к.п.д. зубчатого механизма со многими степенями свободы. ДАН СССР, 1945,с Л У 7, с.4 92-496.

43. Крейнес М.А., Розовский М.С. Зубчатые механизмы. Выбор оптимальных схем. 2-е изд., перераб. - М.: Наука, 1972,- 428 с.

44. Кристофидес Н. Теория графов. Алгоритмический подход.- М.: Мир, 432 с.

45. Кудрявцев В.Н. Планетарные передачи. М. - I.: Машиностроение, 1966, - 308 с.

46. Кудрявцев В.Н. Детали машин. Л.: Машиностроение, 1980, - 464 с.

47. Кулыгин В.В. Проектирование схем планетарно-дифферен-циальных механизмов с помощью графовых моделей. Автореф. дне. . канд.тех.наук. Л.: ЛПИ, 1977.

48. Кульбачный О.И. Кинематический синтез механизмовс минимальным числом звеньев. Автореф. дис. . докт.техн.наук.- М.: НИИМАШ, 1979.

49. Левитский Н.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1979. - 574 с.

50. Магидович Е.И. Теоретические основы проектирования ступенчатых и непрерывных коробок передач тракторов и автомобилей. Автореф. дис. . докт.техн.наук. Л.: ВАТИТ, 1961.

51. Марголин Ш.М. Дифференциальный электропривод. М.: Энергия, 1975. - 169 с.

52. Машиностроительный гидропривод / Под ред. В.Н.Прокофьева. М.: Машиностроение, 1978. - 495 с.

53. Миссевич В.А. Влияние объемных потерь на характеристики гидромеханической передачи. Механика машин, 1973, вып.39-40, с.3-10.

54. Мышкис А.Д. Лекции по высшей математике. М.: Наука,1973. 640 с.

55. Объемные гидромеханические передачи. Расчет и конструирование. / Под ред.Е.С.Кисточкина. Л.: Машиностроение, 1987. - 256 с.

56. Петров A.B. Планетарные и гидромеханические передачи колесных и гусеничных машин. М.: Машиностроение, 1966.- 383 с.

57. Планетарные передачи. Справочник. / Под ред.В.Н.Кудрявцева и Ю.Н.Кирдяшева. Л.: Машиностроение, 1977. - 535 с.

58. Проектирование следящих гидравлических приводов летательных аппаратов. / Под ред.Н.С.Гамынина. М.: Машиностроение. 1981. - 312 с.

59. Прокофьев В.Н. Основы теории гидромеханических передач. М.: Машгиз, 1957. - 423 с.

60. Прокофьев В.Н. Гидравлические передачи колесных и гусеничных машин. М.: Оборонгиз, i960. - 300 с.

61. Прочность и надежность механического привода. / Под ред.В.Н.Кудрявцева и Ю.А.Державца. Л.: Машиностроение, 1977.- 240 с.

62. Расчет и конструирование гусеничных машин. А.Н.Носов, В.Д.Галышев, Ю.П.Волков, А.П.Харченко. Л.: Машиностроение, 1972. - 559 с.

63. Редукторы энергетических машин. Справочник. / Под ред. Ю.А.Державца. Л.: Машиностроение, 1985. - 232 с.

64. Рейнгольд Э., Нивергельт Ю., Део Н. Комбинаторные алгоритмы. Теория и практика. М.: Мир, 1980. - 476 с.

65. Реклейтиз Г., Рейвиццран А., Рэгсдел К., Оптимизация в технике, T.I. М.: Мир, 1986. - 349 с.

66. Решетов Л.Н. Самоустанавливающиеся механизмы. Справочник. 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1985. - 272 с.

67. Розенфельд М.З. О построении и свойствах некоторых классов сильно-регулярных графов. УМН, 1973, 28, Л 3, с.197198.

68. Руденко Е.П. Статические характеристики двухпоточных электромеханических передач постоянной скорости. Электричество, 1966, Ш 9, с.67-71.

69. Сачков Б.Н. Введение в комбинаторные методы дискретной математики. М.: Наука, 1982. - 384 с.

70. Семенов М.В. Теория одно-двухступенчатых планетарных передач. М. - Л.: Машиностроение, 1966. - 164 с.

71. Сушков Ю.А. Графы зубчатых механизмов. Л.: Машиностроение, 1983. - 215 с.

72. Тарасенков Д.А. Синтез сложных зубчатых механизмовс разнородными структурными элементами. Автореф.дис. . канд. техн.наук. Л.: ЛПИ, 1983.

73. Тарасенков Д.А., Федотов С.Н. Формальное описание + сложных зубчатых механизмов с гидрообъемными элементами.- В сб.: Новое в расчетах и конструировании зубчатых, планетарных и волновых передач. Л., 1984, с.74-79.

74. Тарасенков Д.А., Федотов С.Н. Автоматизированный анализ передач с гидрообъемными элементами регулирования. В сб.: Автоматизированное проектирование зубчатых планетарныхи волновых передач. Л., 1987, с.36-40.

75. Тартаковский И.И., Иванов A.B. Генерирование неизоморфных структурных схем сложных планетарных механизмов.- Теория механизмов и машин, 1981, выпуск 30, с.86-88.

76. Теория механизмов и машин. / Под ред.К.В.Фролова.w- М.: Высш.ж., 1987. 496 с.

77. Тракторные моторно-трансмиссионные установки с двигателями постоянной мощности. / С.И.Дорменев, А.П.Банник,

78. И.А.Коваль. М.: Машиностроение, 1987. - 184 с. д

79. Фадеев Д.К. Лекции по алгебре. М.: Наука, 1984. - 416 с.

80. Фараджев И.А. Конструктивное перечисление комбинаторных объектов. В сб.: Алгоритмические исследования в комбинаторике. -М.: Наука, 1978, с.З-П.

81. Фараджев И.А. Генерирование неизоморфных графов с заданным распределением степеней вершин. В ст.: Алгоритмические исследования в комбинаторике. - М.: Наука, 1978, с.II-19.

82. Федотов С.Н. Управление структуры сложных зубчатых механизмов с учетом связности их элементов. В сб.: Автоматизированные электротехнические установки водного транспорта. Л., 1984, с.88-94.

83. Форсайт Дж., Моулер К. Численное решение систем линейных алгебраических уравнений. М.: Мир, 1968. - 167 с.

84. Форсайт Дж., Малькольн М., Моулер К. Машинные методы математических вычислений. М.: Мир, 1980. - 278 с.

85. Харари Ф., Теория графов. М.: Мир, 1970. - 300 с.

86. Харари Ф., Палнер Э. Перечисление графов. -М.: Мир, 1977. 224 с.

87. Цитович И.С., Альгин В.Б., Грицкевич В.В. Синтез коробок передач по обобщенным структурным схемам. Минск: АН БССР, 1983. - 56 с.

88. Черенин В.П. Символические изображения планетарныхи дифференциальных механизмов. Изв.АН СССР, GHT, 1958, № I, с.35-43.

89. Шабанов К.Д. Замкнутые дифференциальные передачи. -М.: Машиностроение, 1972. 159 с.

90. За счет применения коробки передач данной конструкции ожидаемый экономический эффект может достигать 450 тыс .руб. (при годовом выпуске 1000 тракторов).

91. Начальник ГСКБ ^^^^^^^^ В.В.Акимов Зам.начальника ГСКБ —Ф.В.Федосеев1. Зав.лабораторией колесныхлесопромышленных тракторов1. В.П.Сергеев