автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Снижение динамических нагрузок в тягово-приводных агрегатах за счет упруго-демпфирующего привода вала отбора мощности

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ К.Д.ГЛИНКИ

На правах рукописи

ПОДГОРНЫЙ Игорь Евгеньевич

СНИЖЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В ТЯГОВО-ПРИВОДНЬГХ АГРЕГАТАХ ЗА СЧЕТ УПРУГО-ДЕМПФИРУЮЩЕГО ПРИВОДА ВАЛА ОТБОРА МОЩНОСТИ

Специальность 05. 20. 01 -Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ВОРОНЕЖ - ] 998

Работа выполнена на кафедре "Тракторы и автомобили" Воронежского государственного аграрного университета им. К.Д. Г линки.

Научные руководители:

заслуженный деятель науки и техники РФ, чл. корр. Академии транспорта РФ, доктор технических наук, профессор В.П. Гребнев; доктор технических наук, профессор О.И. Поливаев

Официальные оппоненты:

чл. корр. ЖКА РФ, доктор технических наук,

профессор В.Р. Карамышев;

кандидат технических наук, доцент В. А. Иванов.

Ведущее предприятие - АО "Липецкий тракторный завод".

Защита состоится " 9 " декабря 1998 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д.120.54.01 Воронежского государственного аграрного университета им. К.Д. Глинки по адресу:

394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, 1, ВГАУ.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета.

Автореферат разослан "3 " /сьл&рЩ 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Увеличение объема производства сельскохозяйственной продукции невозможно без повышения энергонасыщенности машинно-тракторных агрегатов ( МТА ). Однако рост энергонасыщенности тяговых энергетических средств сдерживается из-за ограничений, накладываемых невозможностью дальнейшего повышения рабочей скорости и роста тягового сопротивления агрегатов за счет увеличения ширины захвата.

Одно из перспективных направлений рационального использования мощности энергонасыщенного трактора является применение комбинированных МТА и его агрегатирование с машинами и орудиями, имеющими активные рабочие органы ( АРО ). В этом случае часть мощности двигателя через ВОМ используется для привода АРО сельскохозяйственных машин. Однако при работе тягово-приводных агрегатов { ТГ1А ) энергия двигателя к потребителям идет не одним потоком, как у тягового агрегата, а двумя ( на передвижение МТА и на привод рабочих органов, выполняющих технологический процесс ). Существенное влияние на динамическую нагружениость приводной ветви оказывает неравномерная работа элементов карданной передачи. Одновременные изменения нагрузок в тяговой и приводной ветвях вызывает возникновение повышенных колебательных процессов в моторно-трансмиссиогшой установке, снижает производительность и качество выполнения заданных технологических операций. В связи с этим снижение динамических нагрузок и повышение эксплуатационных качеств МТА является важной проблемой, непосредственно связанной с повышением производительности, надежности и долговечности его работы. Решение указанной проблемы возможно за счет сопершенствования конструкции и изменения отдельных параметров мобильных энергетических средств.

Научная проблема - установление закономерностей взаимовлияния колебательных процессов в тяговой и приводной ветвях с целью обоснования рекомендаций по снижению динамических нагрузок в моторно-трансмиссионной установке ТПА.

Цель работы - повышение эффективности функционирования тягово-приводных МТА за счет применения упруго-демпфирующего привода ВОМ, обеспечивающего снижение динамических нагрузок.

Обьект исследования - машинно-тракторный агрегат, состоящий из трактора МТЗ-80, оборудованного жестким и упруго-демпфирующим приводом ВОМ, и скоростного силосоуборочного комбайна КСС-2,6.

Предмет исследования - выявление закономерностей изменения комплекса показателей, характеризующих динамические качества МТА при установке УДП ВОМ с рациональными параметрами.

Научная новизна диссертации заключается в том, что разработана математическая модель малых колебаний в тягово-приводном агрегате, особенностью которой является двупоточная система с учетом случайных возмущений на АГО, ведущих колесах и неравномерной работы элементов карданной передачи, а также с учетом применения упруго-демпфирующего привода ВОМ; впервые рассмотрено и проанализировано влияние жесткости и демпфирования привода ВОМ на колебания в тяговой и приводной ветвях; определены закономерности изменения динамической нагруженное™ вала двигателя в зависимости от жесткости приводной ветви ВОМ; предложено новое технические решение по реализации характеристики УДП ВОМ.

Практическая значимость. Проведенные теоретические исследования позволили обосновать рациональные параметры УДП ВОМ, на основании которых была разработана конструкция УДП и экспериментально исследована эффективность ее применения в заднем ВОМ. Экспериментально установлено, что применение ВОМ с УДП снизило динамическую нагруженность трансмиссии и колебания угловой скорости вала двигателя, увеличило производительность МТА на 5,4 %. Разработанная математическая модель позволяет на стадии проектирования производить динамический анализ работы МТА при различных режимах движения.

Реализация работы. Математическая модель ТПА и рекомендации по выбору рациональной характеристики УДП ВОМ приняты для использования при разработке перспективных моделей универсально-пропашных тракторов Липецкого тракторного завода. УДП ВОМ опытного исполнения внедрен и используется на тракторе МТЗ-80 в хозяйстве АО "Прогресс" Красненского района Белгородской области.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и одобрены на конференции молодых ученых и специалистов в г. Воронеже в 1997 г., посвященной семидесятилетию аспирантуры ВГАУ им. К.Д.Глинки; научной и учебно-методической конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов, посвященной 85-летию ВГАУ им. К.Д. Глинки в 1998 г.; на Международной научно-технической конференции "ИНТЕРСТРОЙМЕХ-98".

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том «теле получено 2 положительных решения на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Диссертационная работа изложена на 163 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков, 5 таблиц, 4 приложения. Список используемой литературы включает 136 наименования, из них 3 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАКОТЫ

Во введении дана краткая характеристика состояния проблемы, которой посвящена диссертация, изложены вопросы актуальности и новизны темы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

В первой главе проведен анализ научных исследований по влиянию динамических нагрузок на работу МТА и способов их снижения.

Исследованием энергетических показателей ТПА и нагрузок в приводе ВОМ занимались: Л.Е. Агеев, Н.М. Гусейнов, Б.Ц. Дубровский, Е.А. Дьячков, В.Р. Карамышев, E.H. Пустынцев, Г.И. Скундин, Н.Ф. Скурятин, Р.Ш. Хабатов и др. Отмечается, что двупоточное использование энергии двигателя ( на тягу и на привод АРО сельскохозяйственной машины ) в большинстве случаев увеличивает динамическую нагруженность моторно-трансмиссионной установки тракторов, по сравнению с тяговыми агрегатами. Отсюда решение проблемы снижения динамической нагруженности в тягово-приводных агрегатах становится более сложным и острым, чем в тяговых агрегатах.

Большой вклад в повышение эксплуатационных свойств тракторов внесли: В.И. Анохин, И.Б. Барский, В.Н. Болтинский, В.П. Гребнев, В В. Гуськов, П.И. Никулин, В.П. Росляков, В.А. Скотников, Е.М. Харитончик, Д.А. Чудаков и др.

Анализ опубликованных работ показал, что в настоящее время проблема снижения динамических нагрузок в тягово-приводных агрегатах за счет снижения жесткости приводной ветви, а также сами нагрузки и взаимовлияние колебаний в тяговой и приводной ветвях мало изучены.

Решением проблемы снижения динамических нагрузок в тракторах за счет различных упругих и демпфирующих устройств, устанавливаемых в трансмиссии, приводах ведущих колес, прицепном и навесном устройствах занимались: С.Г. Борисов, Ф.Р. Геккер, В.А. Иванов, ИЛ. Ксеневич, Н.Т. Кузнецов, В.Г. Кривов, Г.М. Кутьков, Ю.Н. Ломоносов, О.И. Поливаев, В.Н. Кычев, В.Л. Строков и др. Выявлено, что эффективным способом снижения динамических нагрузок со стороны внешних воздействий в тяговом энергетическом средстве является установка упругих элементов в конечных звеньях трансмиссии. Это позволяет высказать научную гипотезу, состоящую в том, что снижения динамических нагрузок в тягово-приводном МТА и повышения их эксплуатационных качеств можно достигнуть за счет установки УДП ВОМ.

Анализ состояния вопроса позволил сформулировать следующие задачи исследования:

1 .Разработать математическую модель тягово-приводного агрегата для определения динамических нагрузок в приводе ВОМ при его различной жесткости.

2. Определить рациональные параметры УДИ ВОМ.

3. Оценить динамические нагрузки, действующие в моторно-транс-миссионлой установке при использовании УДИ ВОМ.

4. Определить эксплуатационную эффективность применения ВОМ с УДП в тягово-приводных агрегатах с трактором МТЗ-80.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УДП ВОМ В ТЯГОВО-ПРИВОДНОМ АГРЕГАТЕ

Во второй главе приведены метод выбора рациональных параметров УДП ВОМ и моделирование динамических нагрузок на валу двигателя.

Для решения задачи по выбору рациональных параметров упруго-демпфирующего привода принята в качестве расчетной динамической модели тягово-приводного агрегата эквивалентная ей трехмассовая система ( Рис. 1 ). При этом, исходя из конкретных условий работы агрегата принят ряд упрощений: движение агрегата происходит на горизонтальном участке пути; сцепление трансмиссии, ведущие колеса н предохранительные муфгы в приводе сельскохозяйственной машины не буксуют; колебания угловой скорости вала двигателя происходят в зоне нечувствительности регулятора.

Расчетная колебательная схема, эквивалентная тягово-нриводному агрегату

12.Ф2

Рис. 1

Уравнения движения масс эквивалентной системы записаны на основе выражений потенциальной и кинетической энергии и уравнений Ла-гранжа второго рода для каждой обобщенной координаты:

Ь?»2 -Ki2(<»i - <?i)-С|2(ф1 --ф2>= -м»;

IiPi+KniPi - P2>^-Ci2(<!>i-<P2)+Ki3(?>t - рз)^С1з(ч>1 -фз) = ± R+Мд+Мир;

h<p з - рз)-Си((р1-фз) = -(Мш,р+Мр ±R), (1)

где It, 1г и 1з - приведенные к валу двигателя моменты инерции вращающихся деталей двигателя ( Ii ), вращающихся деталей трансмиссии и поступательно движущихся масс МТА ( 12 ), вращающихся масс сельскохозяйственной машины (Ij ); С12 - эквивалентная жесткость трансмиссии и шин ведущих колес; Сц - эквивалентная жесткость привода ВОМ и УДП; К« - коэффициент демпфирования в трансмиссии и шинах ведущих колес; Кп - коэффициент демпфирования в приводе ВОМ; фь фг и <рз - углы поворота коленчатого вала двигателя ( q>i), трансмиссии и поступательно движущихся масс агрегата ( фг ), вращающихся масс сельскохозяйственной машины ( фз); Мд, М„ Ц , Мгар и R - крутящий момент двигателя, момент внешних сопротивлений движению агрегата, момент сопротивления на активных рабочих органах, момент возмущения от карданной передачи и момент трения в демпфере.

При движении агрегата моменты сопротивлений Мр и Mt на валах трансмиссии являются случайными функциями времени М=М( t). Если Мо соответствует некоторому равновесному состоянию системы, то отклонение от этого значения 5М является воздействием на динамическую систему и выражается в виде случайной функции малых колебаний:

М = Мо+8М (2)

То же самое можно написать и для углов поворота соответствующих масс ф2, фЬ tp3:

<р = ф0 + 8ф + 8фд, ( 3 )

где ф0 - угол поворота, вызванный статической нагрузкой; 6фд - отклонение угла поворота от равновесного состояния ввиду воздействия на систему переменного момента со стороны двигателя; 8ф - отклонение угла поворота спг равновесного состояния ввиду воздействия иа систему переменного момента со стороны трансмиссии.

Подставив (2)и(3)в уравнение ( 1 ), получено уравнение для "равновесного" состояния ( 4 ) и режима малых колебаний системы ( 5 ).

Ь5фд2 - К|2(6фд, - 8фл2) - С,2(ч>01 +5фд1 - Ч>о2 -6<Рд2) = Мк',

Ii&P,ii + Ка (6фд1 - 5фд) +Кц (8фД1 - 5фд3) + С,2(фо1 + &Рд1 - ф«2 - &<P,tf) + + Сп(фо1 + 5ф., - ((¡„J -5ч>дз) = Мд + 5МД;

Ь&Рдз - К1з(5фд, - 5фд}) - Cu(q>o! + &ря1 - фоз - 5фдз) = Мр, ( 4 )

где 5фд1, бфдг, 5фд} - отклонения углов поворота от равновесного состояния ввиду воздействия на систему переменного момента со стороны двигателя; (Роь Фо2, (роз - утлы поворота, вызванные статической нагрузкой.

hb<?z -K|2fS<p i - Ь<рг) - Ci2(5(pi -&Р2) = -5М,; I.Sf i+Ki2(6i? 1-5¥>2>+<:12(6ф,-6ср2>^К1з(5р 1-8рз)+С|з(5фг &рз)==Мир ± R; Ij5p3 - Кв(6^[ -брз)-C13(&pi-&р3) = -(M^+SMpt R), (5)

где 5фь Sq>2, &рз - колебания мгновенного угла поворота относительно равновесного состояния.

От колебаний углов поворота перейдем к колебаниям моментов в трансмиссии 8МТ и ВОМ 5М»:

8МТ= С,2(5ф1 - 5фг); 5Мг= C^CScpt - 5срг); 5М,- Cu(Sq>i - 5фг); Ш„= С13(5ф| - 2фг); 5М„ = Cn(&Pi - S^); 6М„= C13(5^i - ( 6)

Подставив уравнения (б)в(5)и преобразовав получившиеся уравнения, получим:

6МТ + 5Мт(КиЛ, + К,2Л2) + 8Мт(С,2Я, + С П<Ъ) + 5MB(KnC12/IiC,3) +

+оМ,Сп/и =МИр Cn/Ii + 8М, С,2л2 ± R С|2Дь 5м„ + 8М В<К)3Л, + К, зЯз) + 8Мв(СцЛ, + С13Л3) + 5М ¿К12С1}П ,С,2) + +5МгС,зЛ, =Мир (СцЛ, + С,зЛз) +МР СцЛз ± R. (С13Я1 + С13Л3) ( 7 )

Решая систему уравнений { 7 ), получим выражения для определения крутящих моментов, нагружающих трансмиссию и ВОМ:

Мт = (М)ар±R) +М+М-Wtо,) + ^ a,(S' + b,S + 62) _

•М,

р

b,(a3S-ia4). S

м»=(м^р ± R) + мр

S $

где 8 = (SJ+S ai + a2) (S2+S b, + bj) - (S b3+ b4) (S a3+ a,),

ai,a2,a3,ai,as и bi,b2,bj,b4,b5 - коэффициенты динамической системы

a, = К,2Л1 + К,2Л2; а2= C,/I| + C12/I2; а3 = К13С12Л,С,3; ^ = С,2Л,; а5= С,2Л2;

b,= К|3Я, + К13Л,; Ь = С,зЛ, + С13Л3;Ъ3 = К,3С|з/1|С|2; Ь4 = С„Л,; bs = СпЛз.

Момент на валу двигателя от внешних возмущений:

МД = МХ + Н, (9)

В результате подстановки ( 8 ) в ( 9) получены выражения для определения малых колебаний на валу двигателя:

Мд = хД + х2Н2 + х3Н3 +Х4Н3, { 10 )

где xi = АМр, хг= АМЬ Х3 =Mrjp> Х4 = R;

Hi, Ы2, Н) - передаточные функции, определяемые ниже:

5 S

Hj(S) ~ +<-b>~bJS + hi - ¿4>--MS' -a})S + a2 -o4) ^¡^

5

Как видно из формулы ( 10 ), момент малых колебаний на валу двигателя при возмущениях, действующих со стороны трансмиссии, складывается из четырех слагаемых, каждое из которых представляет произведение возмущающего момента, изменяющегося по случайному закону, на передаточную функцию динамической системы. Учитывая случайный характер возмущений, воздействующих на трансмиссию ТПА, реакция системы выражена через спектральную плотность крутящего момента двигателя.

Спектральная плотность крутящего момента на валу двигателя, с учетом корреляционной связи между моментами сопротивления на АРО сельскохозяйственной машины и на ведущих колесах трактора, а также между моментами трения в демпфере и от карданной передачи, представлена в виде:

S„b (ю) = Si(oj) /H,(i t»)/2 + Szira) ПЛ2(туг + S,2(e>) (H,(ia>)H2*(ico) + + H,*(i<o)H2(i®)) + S3(ffl) Л13(т>)/2 + S4(cd) m/iay2 - S^royifyica)/2, (12 )

где Si(ffl), S2(e>) - спектральные плотности моментов на АРО сельскохозяйственной машины, ведущих полуосях трактора; 83(00), S^co) - спектральные плотности момента возмущения от неравномерной работы элементов карданной передачи и момента трения в демпфере; Si2(o)- взаимная спектральная плотность приведенных к валу двигателя момента на АРО сельскохозяйственной машины и ведущих полуосях трактора; SM(«)- взаимная

спектральная плотность момента от карданной передачи и момента трения в демпфере; II) (¡со) и Н^к;)) - величины, комплексно сопряженные с передаточными функциями Н|(1ш) и Н2(1й>); <в - частота колебаний.

Дисперсия Э крутящего момента на валу двигателя и его средне-квадратическое отклонение БКО определяются как

D= — f S( a)dtoили SKO = Vd, (13)

* о

При решении задачи по выбору рациональной жесткости привода ВОМ исходили из того, что энергетические показатели двигателя снижаются с увеличением коэффициента вариации крутящего момента и его среднего значения, что ведет к снижению производительности МТА. Поэтому поиск рациональной жесткости проведен для энергоемкого уборочного агрегата, состоящего из трактора МТЗ-80 и скоростного силосоуборочного комбайна КСС-2,6.

В результате вычисления динамических нагрузок на валу двигателя по выражению ( 13 ) получили зависимость изменения среднеквадратиче-ского отклонения момента на валу двигателя от жесткости приводной ветви на 3-х передачах ( Рис. 2 ).

Из Рис. 2 установлено, что наиболее рационален диапазон эквивалентной жесткости приводной ветви в интервале 200...500 Нм/рад, при котором на исследуемых передачах среднеквадратическое отклонение момента на валу двигателя имеет наименьшие значения.

Снижения жесткости приводной ветви до ее рационального значения можно достигнуть установкой в ВОМ упруго-демпфирующего привода. В результате расчетов получили, что рекомендуемая эквивалентная жесткость привода ВОМ 200...500 Нм/рад достигается последовательной установкой в трансмиссию ВОМ упругих элементов жесткостью 3070...12580 Нм/рад.

Спектральная плотность крутящих моментов на валу двигателя МТА во время его работы с жестким и УДП ВОМ при передаточном числе трансмиссии iIp = 187,5 представлена на Рис. 3. Откуда видно, что УДП ВОМ вызывает снижение энергии колебательного процесса и ее перераспределение. Смещение всплесков спектральной плотности происходит за счет сдвига собственных частот колебательной системы в область низких частот. Так, с "жестким" ВОМ всплески амплитудно-частотных характеристик ( АЧХ ) от источников возмущения к валу двигателя приходится на частоты 19...21 с"1. УДП ВОМ смещает эти всплески на частоты 4...6 с"1, уменьшая их величину. За счет сдвига всплесков АЧХ на низкие частоты происходит смещение всплесков спектральной плотности момента в диапа-

Зависимость изменения среднеквадратического отклонения момента на валу двигателя от жесткости приводной ветви

Рис.2. 1.- = 187,5; 2.-Ьр = 142; 3,- ¡^ = 110,2. Спектральная плотность моментов на валу двигателя

8дв(«0),

Рис.3

- ВОМ жесткий;

-ВОМ с УДП

зон частот 4...6 с"'. При этом максимумы ( всплески ) этих АЧХ не совпадают с максимумами спектральных плотностей внешних воздействий, что уменьшает дисперсию момента на валу двигателя. УДП ВОМ также увеличивает частотный диапазон, на котором происходит взаимное гашение колебаний моментов на валу двигателя от АРО сельскохозяйственной машины и ведущих колес трактора, что дополнительно снижает динамическую нагруженность вала двигателя. Применение УДП уменьшает возмущения от карданной передачи, за счет чего снижается динамическая нагруженность ВОМ и трансмиссии в области высоких частот.

Установка УДП изменяет яе только эквивалентную жесткость ВОМ, но и повышает его демпфирующие свойства. Момент трения определяется как полуразность моментов для закручивания УДП на некоторый угол <рудо и для его раскручивания, то есть:

Н = (С„-СУч>уд1/2. (14)

Установлено, что демпфированием в УДП колебаний крутящих моментов со стороны ATO и движителей можно пренебречь и основной задачей демпфера в УДП считаем гашение крутильных колебаний, вызываемых карданной передачей. Рациональный момент трения в УДП при выполнении операции по уборке кукурузы на силос находится в диапазоне 120...450 Нм.

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В третей главе изложена программа экспериментальных исследований и методика их выполнения, описано испытательное оборудование и приборы, дана оценка погрешности результатов измерений.

Программа экспериментальных исследований включала выполнение лабораторных, полевых и эксплуатационных исследования.

Лабораторными исследованиями предусматривалось определение характеристик, необходимых для моделирования динамических нагрузок на валу двигателя во время работы тягово-приводного агрегата, а также характеристики УДП.

УДП ВОМ состоит из наружного и внутренних трубчатых элементов, установленных подвижно в наружном трубчатом элементе, между которыми установлены пакеты пружин. При приложении крутящего момента трубчатые элементы поворачиваются на определенный угол, сжимая пакеты пружин, что приводит к их деформации и гашению колебаний за счет гистерезиса в пакетах пружин и внешнего трения в местах их соприкосновения. Подобное техническое решение можно использовать для подвески сиденья МТА.

Полевые исследования проведены с целью определения динамических нагрузок, возникающих в моторно-трансмиссионной установке трактора во время уборки кукурузы на силос с УДП и жестким приводом ВОМ, а также для определения влияния УДП на динамическую нагруженность двигателя. Способ оценки - сравнительный.

В процессе работы МТА на ленту осциллографа регистрировались следующие параметры: крутящие моменты на ведущих колесах трактора; крутящие моменты на УДП (вход и выход); угловая скорость коленчатого вала двигателя; время опыта. Путь, пройденный агрегатом, определяли рулеткой, массу скошенной кукурузы - взвешиванием.

Сравнительные эксплуатационные испытания проводили для оценки влияния УДП на технико-экономические показатели при работе трактора МТЗ-80 на энергоемкой операции по уборке кукурузы на силос комбайном КСС-2,6. Регистрировались: путь, пройденный агрегатом, время работы, расход топлива, масса скошенной кукурузы. Сравнивались показатели МТА с жестким и УДП ВОМ.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований. Установлено ( Рис.4а ), что характеристика привода по жесткости нелинейна. Привод, имеющий такую характеристику, обеспечивает "бегущую" собственную частоту колебательной системы. Малая жесткость УДП при небольшом крутящем моменте обеспечивает плавное включение ВОМ и снижает динамические нагрузки при разгоне АРО. Увеличение жесткости УДП в зоне повышенного момента исключает удары в приводе при динамических нагрузках. Данный привод способен воспринимать нагрузки как при прямом, так и при обратном ходе, что делает возможным его применение при реверсном режиме.

Разница между значениями линий нагрузки и разгрузки обусловлена трением в приводе ( Рис.4б ). Основным источником демпфирования в конструкции данного привода является позиционное трение между упругими элементами, в местах сопряжения упругих и трубчатых элементов, а также внутреннее трение в самих упругих элементах. Из характеристики видно, что до <р = 18° момент трения на рабочем участке характеристики с некоторым приближением можно принять пропорциональным нагрузке. Следовательно, в данном случае имеет место позиционное трение. Момент трения на рабочем участке характеристики 0 < (р < 18" обеспечивает рабту УДП без заклинивания

Значаще жесткости УДП при моменте на ВОМ, необходимом для осуществления процесса уборки кукурузы на силос комбайном КСС-2,6,

Статическая характеристика УДП

Мщ Им 1000

600 400 200

/У

1 ! /

- Т ( /

1 /, (/1

I /

У

Л

1 I /

У 7

*

-

0 4 В 12 16 20 ^

Рис. 4а

ш 200 100

Момент трения в УДП

0 4 8 12 16 20 ^

Рис. 46

соответствует рациональной жесткости УДП 5730 Нм/рад, а момент |рения - 130 Им.

В результате экспериментального исследования показателей динамической нагруженности агрегата при его холостой работе установлено, что применение УДП снижает дисперсию момента на ВОМ трактора до 2,5 раз.

Для полного понимания исследуемых колебательных процессов в моторно-трансмиссиошюй установке проведено спектральное разложение дисперсии показателей- процессов. Установлено, что колебания моментов на ВОМ, полуосях и угловой скорости вала двигателя происходят на одних и тех же низких частотах ( до 5 Гц ), они являются зависимыми друг от друга параметрами. Так, при работе МТА с "жестким" приводом ВОМ наблюдается взаимосвязь между колебаниями моментов па ведущих полуосях и угловой скоростью вала двигателя на частотах 14 с"1, 18... 19 с"1, 22...23,5 с"' и т.д., причем с увеличением частоты она уменьшается. На частоте, близкой к значению 10 с"1, взаимосвязаны колебательные процессы моментов на ведущих полуосях и ВОМ, которые также приводят к колебаниям угловой скорости вала двигателя.

Снижение эквивалентной жесткости приводной ветви за счет УДП привело к смещению собственной частоты колебаний в системе в диапазон пониженных частот, что вызвало перераспределение энергии колебательного процесса в частотной области, а демпфирование снизило взаимосвязь между колебаниями исследуемых параметров. При этом колебания моментов в приводной и тяговой ветвях оказало меньшее влияние { чем при работе без УДП ) на колебание угловой скорости вала двигат еля при частотах более 8 с"1, т.к. отсутствуют совместные всплески нормированной спектральной плотности в указанном диапазоне.

Перераспределение энергии колебательного процесса и демпфирование в УДП оценено по спектральной плотности крутящих моментов ( Рис.5). Применение УДП снизило колебания крутящих моментов на ВОМ в частотных диапазонах 4,5...7,5 с"1, 8,5...11 с"1, 14 с"1 и выше, при незначительном увеличении в диапазоне П...14 с"', объясняемом смещением собственных частот Колебаний в диапазон пониженных частот. При этом площадь под кривой спектральной плотности, а следовательно, и дисперсия крутящего момента на ВОМ при работе с УДП меньше дисперсии момента при работе ВОМ без УДП. Расхождение результатов теоретических и экспериментальных исследований составляет 4... 19%.

Возмущение от карданной передачи приходится на повышенные частоты ( около 18 Гц ) и вызывает повышенную динамическую нагружен-ностъ трансмиссии ВОМ ( Рис. 6 ). На ВОМ с УДП возникают меньшие колебания момента, чем при работе с "жестким" приводом.

Спектральная плотность момента на ВОМ во время работы агрегата с серийным и УДП ВОМ.

SH,

Рис. 5 экспериментальные зависимости:

--ВОМ жесткий;----ВОМ с УДП;

теоретические зависимости: -- ВОМ жесткий;.......... -ВОМ с УДП.

Спектральная плотность крутящего момента на ВОМ при холостой работе силосоуборочного агрегата

Рис. 6 .1. - привод ВОМ "жесткий"; 2 - ВОМ с УДП (вход); 3- ВОМ с УДП (выход).

На Рис. 7 представлена спектральная плотность угловой скорости вала двигателя при работе с "жестким" и УДП ВОМ. Применение ВОМ с УДП снизило колебания угловой скорости во всем диапазоне частот. Характер изменения спектральной плотности угловой скорости вала двигателя имеет менее выраженные всплески в исследуемом частотном диапазоне. При этом уменьшается дисперсия гармоник угловой скорости вала двигателя всего частотного диапазона.

Спектральная плотность угловой скорости вала двигателя

Рис. 7--ВОМ жесткий; ----------ВОМ с УДП

Результаты сравнительных эксплуатационных испытаний показали, что применение УДП ВОМ обеспечило повышение производительности уборочного МТА на 0,043 га/ч или на 5,4 %. По скошенной массе производительность повысилась на 0,72 т/час или в среднем также на 5,4 %. Погектарный расход топлива и расход топлива на 1т. скошенной кукурузы снизились соответственно с 8,29 до 8,01 кг/га и с 0,485 до 0,469 кг/т или в среднем на 3,5 %.

5. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ УДП ВОМ

В пятой главе дано экономическое обоснование применения УДП ВОМ в агрегате МТЗ-80 + КСС-2,6. Годовой экономический эффект от внедрения УДП на один трактор МТЗ-80 составляет 742,7 руб. в ценах мая 1998 года при окупаемости дополнительных капвложений 0,49 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Проблема снижения динамических нагрузок в моторно-трансмиссионной установке ТПА имеет свои особенности, по сравнению с тяговыми агрегатами, ввиду двупоточности использования энергии двигателя и взаимоаляния колебаний в тяговой и приводной ветвях. Одним из направлений по снижению динамической нагруженности является применение УДП ВОМ.

2. Разработана математическая модель малых колебаний в моторно-трансмиссионной установке, особенностью которой является учет двухпо-точного отбора энергии от двигателя при случайных возмущениях на ведущих колесах трактора и активных рабочие органах сельскохозяйственной машины, а также учет возмущений от карданной передачи и демпфирования в УДП. Это позволило выявить закономерности изменения динамических показателей в зависимости от жесткости приводной ветви ВОМ.

3. На основании критерия минимума динамических нагрузок на валу двигателя выбран рациональный диапазон жесткости приводной ветви (250... 50Ü Нм/рад). Жесткость УДП ВОМ агрегата МТЗ-80 + КСС-2,6 должна составлять 3070...12580 Нм/рад на рабочем участке характеристики, а момент трения в УДП - 120...450 Нм.

4. Экспериментально установлено, что применение разработанного на основе теоретических исследований УДП снизило дисперсию момента на ВОМ до 2,5 раз, уменьшило связь между колебаниями моментов на ВОМ, ведущих полуосях трактора и угловой скорости вала двигателя, что оказало стабилизирующее действие на динамическую нагруженность мо-торно трансмиссионной установки.

5. Снижение динамических нагрузок за счет УДП ВОМ обеспечило повышение производительности силосоуборочного агрегата, оборудованного таким приводом на 5,4 %, погектарный расход топлива снизился на 3,5 %. Годовой экономический эффект от внедрения УДП на один трактор МТЗ-80 составляет 742,7 руб. в ценах мая 1998 года при окупаемости дополнительных капвложений 0,49 года.

6. Разработано новое техническое решение по реализации рациональной жесткости УДП ВОМ. На данное техническое решение получено положительное решение о выдаче патента. На основании исследований ре-

комендуется установка в приводе ВОМ упруго-демпфируюшего привода механического типа с рациональными параметрами.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Подгорный И. Е., Беляев АН. Снижение динамической кагружен-ности в приводе вала отбора мощности. // Тезисы докл. Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, Воронеж., 1997. -С.93-94

2. Поливаев О.И., Беляев А.Н., Подгорный И.Е. Упругодемпфирую-щнй привод (УДП) ведущих колес трактора ЛТЗ-155. -Воронеж, ¡996. -4 с. -(Информ. листок / Воронеж. ЦНТИ; № 430-96).

3.Гребнев В.П., Поливаев О.И., Чернигин A.C., Подгорный И.Е. Снижение динамических нагрузок в приводе ВОМ тракторов. // Тезисы докл. Международной научно-технической конференции "Ингерстрой-мех-98", Воронеж, 1998. -С.93-94

4. Поливаев О.И., Гребнев В.П, Подгорный И.Е. Выбор упругодемп-фирующих приводов ВОМ тракторов. //Вестник /Воронежский Госагро-университ им. К.Д.Глинки. -1998. -N I. -С. 175-183.

5. Механизм привода вала отбора мощности мобильных энергетических средств / О.И. Поливаев, В.П. Гребнев, А.Н. Беляев, И.Е. Подгорный. Заявлено на патент 05.12.96. Полож. решение о выдаче патента по заявке № 96122995/28(029800) от 14.05.97.

6. Подвеска сиденья транспортного средства / О.И. Поливаев, А.И. Беляев, И.Е. Подгорный, А.Н. Климов. Заявлено па патепт 22.05.97. Полож. решение о выдаче патента по заявке№97108494/28(008827) ог 10.02.98.