автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Стабилизация режимов работы МТА использованием пневмогидравлической муфты сцепления

л

На правах рукописи

Нехорошее Дмитрий Артёмович

СТАБИЛИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ МТА ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ МУФТЫ

СЦЕПЛЕНИЯ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

15 МАЙ 2014

Волгоград - 2014

005548077

005548077

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Волгоградский государственный аграрный университет»

Научный консультант Кузнецов Николай Григорьевич,

доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки и техники РФ

Официальные оппоненты: Коцарь Юрий Алексеевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова», профессор кафедры «Процессы и сельскохозяйственные машины в АПК»

Богомягких Владимир Алексеевич,

доктор технических наук, профессор, Азово-Черноморская инженерная академия ФГБОУ ВПО «Донской государственный аграрный университет», профессор кафедры «Тракторы и автомобили»

Тимохин Сергей Викторович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия»,

профессор кафедры «Тракторы, автомобили и теплоэнергетика»

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Мичуринский государственный

аграрный университет»

Защита состоится «04» июля 2014 года в 10 ч. 15 мин. на заседании диссертационного совета Д220.008.02 на базе ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет» по адресу: 400002, г. Волгоград, пр-т Университетский, 26, зал заседаний диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте ФГБОУ ВПО «Волгоградский ГАУ» volgau.com.

Автореферат разослан «» ^ ~ 2014 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Ряднов Алексей Иванович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Внедрение в с.-х. производство энергонасыщенной техники привело к увеличению рабочих скоростей машинно-тракторного агрегата (МТА), а значит, и к дальнейшему росту динамической нагруженности составляющих его звеньев. Возросли колебания крюковой нагрузки относительно среднего значения до 30...35 %, что привело к появлению негативных явлений во взаимодействии ходовой системы трактора и почвы.

Достижение необходимой долговечности трансмиссии и повышения производительности МТА при одновременном снижении расхода топлива и улучшении условий труда механизатора обеспечивается за счет стабилизации нагрузочных режимов и снижения динамической нагруженности как на установившемся режиме работы МТА, так и на переходном режиме разгона путем введения в трансмиссию эластичных элементов.

Использование эластичных элементов на колесных тракторах позволило существенно повысить эффективность их работы. Так, производительность повысилась на 8,5... 17,7 %, расход топлива снизился на 11...21 %, а долговечность трансмиссии повысилась в 2...3 раза. Достигается данный эффект как за счет стабилизации нагрузки (повышения вероятности работы на средней нагрузке), так и за счет снижения величины максимальных динамических нагрузок.

Снижение динамических нагрузок в трансмиссии машинных агрегатов путём совершенствования конструкций тракторов является значительным резервом и в повышении их долговечности. В связи с этим защита траксмиссии и ходовой части трактора от динамических нагрузок является важной проблемой, решение которой приведет к росту производительности, долговечности и надежности работы МТА.

Степень разработанности темы. Использование упругих элементов в трансмиссии колёсных тракторов позволяет повысить эффективность их работы. Вместе с тем, степень изученности воздействия упругих элементов на работу МТА при установке их в начальном звене (муфте сцепления) механической трансмиссии достаточно невелика. Поэтому необходимо решить проблему использования упругих приводов, сочетающих в себе свойства демпфирующего элемента и муфты сцепления, для снижения динамических нагрузок на двигатель и трансмиссию, где в качестве муфты сцепления предусмотрено устройство, обеспечивающее бесфрикционное соединение двигателя с ходовой частью трактора и обладающее упругими свойствами стабилизации режимов работы при установившемся движении и постоянством времени включения в рабочее состояние.

Совмещение в этом устройстве пневмогидравлической планетарной муфты сцепления (ПГПМС) со свойствами гасителя колебаний (стабилизатора) тяговой нагрузки и автоматического устройства по фиксации времени «разрыва -соединения» потока мощности свидетельствует о перспективности её использования в сельскохозяйственных тракторах.

Работа выполнена в соответствии с федеральной программой «Развитие АПК», задание 09 - «Разработать высокоэффективные машинные технологии и технические средства нового поколения для конкурентоспособной сельскохозяйственной продукции, энергетического обеспечения и технического сервиса сельского хозяйства»; программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006-2010 гг. Российской академии сельскохозяйственных наук; программой научных исследований, выполняемых ФГБОУ ВПО Волгоградский ГАУ, «Комплексное решение проблемы развития АПК Нижнего Поволжья на основе инновационных технологий в условиях глобального изменения климата» (задание 08 — «Техническое оснащение хозяйства, возможные технологические и технические решения для отраслей Нижнего Поволжья», раздел 05.20.01 - «Стабилизация режимов работы скоростных машинно-тракторных агрегатов»).

Цель работы - стабилизация режимов работы МТА использованием пневмогидравлической муфты сцепления путем снижения динамических нагрузок в трансмиссии трактора и гашения резких колебаний крюковой нагрузки при разгоне и установившемся движении. Задачи исследований:

1. Разработать механизм для установки в трансмиссию колёсного трактора с пневмогидравлическим упругим элементом, сочетающим в себе свойства муфты сцепления и упруго-демпфирующего элемента силовой передачи.

2. Обосновать методику теоретического определения жёсткости и оптимальных параметров пневмогидравлического упругого элемента.

3. Обосновать оптимальные параметры пневмогидравлического аккумулятора (ПГА) пневмогидравлической планетарной муфты сцепления путём имитационного моделирования.

4. Выполнить экспериментальные исследования по выявлению влияния конструктивных параметров пневмогидравлического упругого элемента, а также типа его характеристики на эксплуатационные и динамические показатели МТА при установившемся движении.

5. Составить математическую модель разгона, эквивалентную колёсному МТА, для оптимизации параметров планетарной муфты сцепления с пневмо-гидравлическим упругим элементом и проверить адекватность математической модели реальному процессу разгона в экспериментальных условиях.

6. Изучить влияние пневмогидравлической планетарной муфты сцепления в процессе разгона трактора в составе МТА на эксплуатационные показатели двигателя и обосновать экономическую целесообразность внедрения предлагаемых технических решений.

Объект исследований - процесс функционирования универсально-пропашного колесного трактора МТЗ-80Л с планетарной муфтой сцепления и гшевмогидравлическим упругим элементом.

Предмет исследований - закономерности и способы повышения показателей функционирования МТА путём стабилизации нагрузочных режимов и снижения динамической нагруженности в трансмиссии за счёт использования пневмогидравлического упруго-демпфирующего элемента в моторно-трансмиссионной установке.

Научную новизну работы представляют:

- методика определения оптимальной величины жесткости пневмогидравлического упругого элемента;

- методика определения конструктивных параметров пневмогидравлического аккумулятора как упругого элемента планетарной муфты сцепления;

- аналитическое обоснование параметров пневмогидравлической планетарной муфты сцепления на установившемся режиме МТА;

- аналитическое обоснование параметров пневмогидравлической планетарной муфты сцепления на разгонном режиме МТА;

- математическая модель разгона МТА с учетом физического процесса работы гидравлического блокирующего устройства и пневмогидравлического аккумулятора.

Новизна технических решений подтверждена авторским свидетельством на изобретение № 1592173 и четырьмя патентами РФ на изобретения №2277478, №2294850, №2422695, №2422297.

Теоретическая и практическая значимость работы состоит в усовершенствовании трансмиссии колёсного трактора путём оснащения её пневмогидравлической планетарной муфтой сцепления, способной уменьшить динамическую нагруженность механизмов и узлов трактора при разгоне, а также снизить сопротивление рабочих машин на эксплуатационных нагрузках путём гашения резких колебаний крюковой нагрузки скоростных МТА при выполнении различного вида сельскохозяйственных работ.

5

Результаты теоретических исследований по определению жёсткости и оптимальных конструктивных параметров пневмогидравлического упругого элемента реализованы в опытных образцах: муфта сцепления с пневмогидрав-лическим упругим элементом и планетарная упругая муфта с регулируемым расходом потока жидкости.

Предложенные методики обоснования оптимальных параметров пневмогидравлического упругого элемента и его жёсткости могут быть адаптированы по отношению к МТА с тракторами других классов.

Материалы теоретических и экспериментальных исследований приняты и используются при создании новых и модернизации существующих конструкций тракторов в ОАО «Тракторная компания ВгТЗ».

Техническая документация пневмогидравлической планетарной муфты сцепления передана для внедрения и используется в ООО «Волгоградагро-снаб» г. Волгоград.

Кроме того, результаты диссертационной работы используются в учебном процессе Волгоградского ГАУ для студентов инженерных специальностей и для слушателей института повышения квалификации кадров агробизнеса инженерных специальностей сельскохозяйственного производства.

Методология и методы исследований. Теоретические и аналитические исследования выполнены с использованием известных положений теории тракторов, теоретической механики, гидравлики позволяющих определить закономерности взаимодействия ходовой системы трактора с почвой в реальных условиях эксплуатации МТА. Экспериментальные и полевые исследования по оптимизации параметров упругого элемента пневмогидравлической планетарной муфты сцепления выполнены в соответствии с действующими ГОСТами. Обработка экспериментальных исследований проводилась на ПЭВМ с использованием программ Excel, Mathcad.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

- математическая модель функционирования пневмогидравлической планетарной муфты сцепления в моторно-трансмиссионной установке при установившемся движении МТА, оптимизирующая параметры упругого элемента, обеспечивающего необходимую жёсткость трансмиссии и движителей;

- методика определения оптимальных параметров пневмогидравлического аккумулятора как упругого элемента планетарной муфты сцепления;

- теоретическое определение конструктивных параметров планетарной муфты сцепления;

- математическая модель разгона МТА с учетом физического процесса работы гидравлического блокирующего устройства и пневмогидравлического аккумулятора;

- новые конструкции муфты сцепления с пневмогидравлическим упругим элементом, обладающие возможностью их адаптации к условиям работы и способностью совмещать в себе свойства муфты сцепления и упруго-демпфирующего элемента.

Степень достоверности и апробация результатов исследований определяется теоретическими исследованиями процессов функционирования мо-торно-трансмиссионной установки и подтверждается экспериментальными данными, полученными в условиях эксплуатации МТА.

Результаты теоретических исследований по определению жёсткости и оптимальных параметров пневмогидравлического упругого элемента реализованы в опытных образцах. .•«••-'•<•

Созданы, прошли лабораторные и полевые исследования различные конструкции планетарной муфты сцепления с пневмогидравлическим упругим элементом. Экспериментальный МТА испытывался на полях учхоза «Горная поляна» Волгоградской области и показал высокую эффективность в условиях аграрного производства.

Основные результаты теоретических и •экспериментальных исследований диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены:

- на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО Волгоградский ГАУ (1985...2014 гг.);

- на Всесоюзной научно-технической конференции НПО НАТИ (г. Москва, 1985 г.);

- на научно-технической конференции ВНИПТИМЭСХ (г. Зерноград, 2001 г.);

- на международной научно-практической конференции института повышения квалификации кадров агробизнеса аграрной науки, дополнительного образования и производства (г. Волгоград, 2008 г.);

- на международной научно-практической конференции (г. София «БялГРАД» ООД, 2014 г.), . ^

Опытные образцы, созданные на основе научных исследований, демонстрировались на выставках «Сельскохозяйственный оптовик» (г. Волгоград, 2001 г.), «Волга - агротехмаш» (г. Волгоград, 2003 г.), «Агропромышленный комплекс», (г. Волгоград, 2006 г.), «Агропромышленный комплекс» (г. Волгоград, 2010 г.), «Агропромышленный комплекс» (г. Волгоград, 2012 г.), «Агропромышленный комплекс» (г. Волгоград, 2013 г.), «Агропромышленный комплекс» (г. Волгоград, 2014 г.). На всех выставках работы отмечены дипломами.

7

Публикации по работе. По теме диссертации опубликовано 68 научных работ, из них 2 монографии, 18 статей в изданиях ВАК при Минобрнауки РФ, 18 авторских свидетельств и патентов РФ на изобретения, 30 статей в других изданиях. Общий объём публикаций составляет 32,3 пл., из них автору принадлежит 15,6 п.л.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, восьми разделов, общих выводов, списка литературы из 258 наименований и приложение на 63 с. Диссертация изложена на 283 е., содержит 19 табл. и 84 рис.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена общая характеристика работы, обоснована актуальность, научная новизна, изложены результаты исследований и научные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «Типы моторно-трансмиссионных установок сельскохозяйственных тракторов» проведён анализ различных моделей МТУ (с механической трансмиссией, гидромеханической трансмиссией, объёмногид-равлической трансмиссией, планетарной трансмиссией и трансмиссией, оснащённой двигателем постоянной мощности), а также специальных демпфирующих устройств, характерным отличием которых является возможность стабилизации нагрузочного режима и снижения динамической нагруженности МТА за счёт использования упругого - демпфирующего элемента. Систематизированы основные проблемы и определены перспективные направления совершенствования моторно-трансмиссионных установок, обеспечивающих повышение эксплуатационных и динамических показателей МТА.

Особый интерес в совершенствовании конструкции трансмиссий сельскохозяйственного трактора представляют работы В.И. Анохина, В.Д. Богачёва, В.А. Богомягких, В.Н. Болтинского, B.JI. Довжика, С.С. Дмитриченко, Е.А. Дьячкова, В.М. Иванова, А.П. Иншакова, И.Ф. Касапа, А.Я. Качкарева, А.Н. Копытина, Н.Г Кузнецова, Г.М. Кутькова, Ю.А. Коцаря, Ю.Н. Лаптева, A.B. Николаенко, А.Н. Нарбута, М.А. Орлова, О.И. Поливаева, Ю.В. Прокофьева, Л.П. Соколова, В.Л. Строкова, А.И. Холина, А.Ф. Черпака, В.П. Шевчука и др.

В результате анализа исследований установлено, что одним из путей повышения эффективности моторно-трансмиссионной установки сельскохозяйственного трактора является создание бесфрикционной управляемой планетарной трансмиссии. Это усложняет конструкцию, но использование отдельных особенностей планетарных рядов может способствовать появлению новых свойств моторно-трансмиссионных установок, обеспечивающих новые динамические и другие эксплуатационные качества МТА.

8

Основная цель при создании конструкции муфты сцепления заключалась в снижении динамических нагрузок в трансмиссии трактора при трогании и разгоне МТА, уменьшении ударных воздействий крюковых нагрузок, возникающих при выполнении технологических операций, и энергетических затрат трактора. Поэтому, гидронасос выбран в качестве устройства, обеспечивающего блокирование солнечной шестерни планетарного механизма, а пневмогид-равлический аккумулятор в качестве упруго - демпфирующего устройства, который способен сглаживать ударные воздействия.

На рисунке 1 представлена схема конструкции планетарной муфты, особенностью которой является возможность её установки без внесения дополнительных изменений в трансмиссию трактора.

Предлагаемая конструкция муфты имеет коронную шестерню 2, которая к маховику 1 прикрепляется болтами. Водило 3, соединяется шлицами с валом 4 силовой передачи. Сателлиты 5 обеспечивают соединение водила с коронной шестерней 2 и солнечной 6. Гидравлический насос 7 приводится в движение от солнечной шестерни 6, который соединен всасывающей магистралью 8 с гидробаком, а нагнетательной магистралью 9 с гидрораспределителем 11 и пневмо-гидравлическим аккумулятором 12.

Работает предлагаемая муфта следующим образом.

Крутящий момент от маховика 1 передается на коронную шестерню 2 планетарного механизма. Она начинает враиються и передает вращение на сателлиты 5, приводя в движение солнечную шестерню 6 и привод масленого насоса 7, который, вращаясь, закачивает в его всасывающую магистраль 8 масло из бака гидросистемы трактора. Масло под давлением поступает в нагнетательную магистраль 9 и подходит к распределителю 11. Если же распределитель закрыт, то масло уходит на слив в магистраль 10. так же соединённую с гидросистемой

трактора. При закрытом положении распределителя 11 муфта находится в выключенном положении, транспортное средство не приводится в движение, даже если включена передача. Если же распределитель 11 открыт, то масло поступает по напорной магистрали 9 в пневмогидравлический аккумулятор 12. Насос подает масло до тех пор, пока давление масла не достигнет величины, уравновешивающейся давлением в пневмогидроаккумуляторе. В этом случае насос 7 остановится, в результате этого солнечная шестерня 6 остановится, но при этом сателлиты 5 начнут вращаться вокруг своей оси, обегая солнечную шестерню 6, будут передавать момент на водило 3 и вал силовой передачи 4. Транспортное средство начнет поступательное движение вперед.

Для обеспечения возможного бесступенчатого регулирования жесткости в существующую конструкцию муфты были внесены дополнительные изменения и создана новая конструкция демпфирующего устройства планетарной

Рисунок 2 — Схема муфты сцепления с пневмогидравлическим упругим элементом

При увеличении крюковой нагрузки в трансмиссии вступает в работу регулируемый дроссель 13, который направляет поток жидкости путем дросселирования её в магистраль, соединяющую пневмогидравлические аккумуляторы 14 и 15 в единую демпфирующую систему с изменяемой характеристикой в процессе работы.

Накопленная энергия в пневмогидравлических аккумуляторах в процессе трогания периодически возвращается на элементы трансмиссии. При этом происходит плавное перемещение транспортного средства в период трогания с места и разгона с нагрузкой на крюке. В зависимости от выполняемых работ степень дросселирования регулируется.

муфты сцепления (рисунок 2).

Таким образом, блок гидравлического демпфирования позволяет плавно соединять ведущий и ведомый взды с постепенным нарастанием передаваемого крутящего момента, что позволяет значительно снизить динамические нагрузки, возникающие в трансмиссии и двигателе транспортного средства при тро-гании и разгоне.

Во втором разделе «Определяющие параметры пневмогидравлической планетарной муфты сцепления» на основании математического моделирования процессов работы упругого элемента пневмогидравлической планетарной муфты сцепления составлены методики определения оптимальной жёсткости упругого элемента и величины максимального газового объёма пневмогидрав-лического аккумулятора.

Методика определения оптимальной жёсткости ПГА

Приведенная жесткость пневмогидравлического упругого элемента, установленного перед коробкой передач, в соответствии с разностным критерием, полученным Кузнецовым Н.Г., зависит от частоты собственных колебаний горизонтально расположенных масс и определяется по формуле:

у-,^ 6вр-ттр + т ^ ^

2я тТР + т + % г

где v - частота собственных колебаний, с ; 5вр - коэффициент учета вращающихся масс трактора; т ГР - масса трактора, кг, т - масса сельскохозяйственного орудия, кг; I - приведенный момент инерции трансмиссии к ведущему колесу трактора, кг-мг; г - динамический радиус колеса, м; - частота (господствующая) вынужденных колебаний трансмиссии, с .

Соответственно оптимальную жесткость пневмогидравлического упруго -демпфирующего элемента, приведенную к поступательно движущимся массам, можно определить из условия:

См(пР)=(т1Р + т + ^)- V \ (2)

Используя значение частоты собственных колебаний из выражения (1) в этой зависимости, получим:

(5вр-ттр + т)2

2я2 ( 1Т

I ттр + ш + -~

Жесткость муфты, приведенная к валу ведущего колеса, определяется по выражению:

(4)

где ДМК - изменение момента на колесе, кНм; Дфк - соответствующий этому изменению момента угол закручивания вала колеса, рад; ДМ=ДР Д(рк =Дх/г, (Дх - перемещение горизонтального упругого элемента жесткостью С ),

г _ 1 у°вр-ттр+т; ,2 /эч

тогда с-^-^.г'. (5)

Дх/г Дх

В этом выражении ^^-=СМ(1гр) - приведенная к прямолинейному движению МТА жесткость муфты сцепления. Рассуждая аналогично, установим, что

ДМ,--!—

ДМ, _с 'У?тр = АМ 1 ^

Ар, " Л/рк • 1тг Л<рк ¡1р

где 1 п. - передаточное число трансмиесин; ДМ в - изменение момента на водиле планетарного механизма, Н-м, соответствующее повороту его на угол Дфв, рад; Чтр - К.П.Д. трансмиссии.

Особенность планетарной муфты сцепления заключается в том, что передаточное число (¡„) не может определяться отношением ¡„„^«¡д/ш,,, по-

к + 1

скольку не является полным, а уменьшенным в-раз, то есть

*тр ~ 'трсп)

V (7)

к + 1

Используя выражения (3), (5) и (6), получим величину жёсткости пнев-могидравлического упругого элемента, определяющего режим работы трансмиссии:

С =_±___(бцр-ттр + ш)2-^ (8)

Приведение этой жесткости к солнечной шестерне даёт возможность рассчитать жёсткость

„ дм, дм, , ДМ. 1 „ 1_ ж)

С„=—^ = —77—/[Аф, • (к +')]= ~т ' 7—— = —'

* Дфс (к+1)-л Дф. (к+17 и (к 4-г)

где ДМС - изменение момента на солнечной шестерне, Н-м; Дфс - угол поворота под действием ДМС солнечной шестерни, рад; (к+1)- передаточное число от водила к солнечной шестерне; ц - К.П.Д. передачи от водила к солнечной шестерне (0,96).

Оптимальная приведенная жесткость к валу гидронасоса определяется

по формуле:

АМн -с _с .__!_= с__1__(Ю)

Дфн "пр'Ппр 1пр(К + 'У '1

где 1 пр - передаточное отношение привода насоса; Т1„р - К.П.Д. привода насоса.

Получена формула- для определения жёсткости упругого элемента, обеспечивающая работоспособность муфты сцепления.

С ц= J____(бврШтр + тУ-г3__(11)

(шТР + ш + Др) • • 'пр " (к +1)2" Птр " 1' Лпр

Методика определения газового объёма пневмогидравлического аккумулятора

Обоснование конструктивных параметров пневмогидравлического аккумулятора проведём путём приведения жесткости, полученной из формулы (11), к газовому объему.

Тогда жёсткость газового пространства определяется отношением:

С (12)

где Др-ичменение давления в жидкостной полости ПГА, МПа; ДУ - изменение объема газовой полости, м .

Учитывая количество поданной жидкости насосом при повороте на угол Дф„, определим величину изменения объёма газовой полости ПГА. Если объём жидкости поданной одним зубом шестерни насоса V м3, то за один радиан он равен \-zJ2n, где г - количество зубьев на шестерни насоса, а йри повороте на угол Д<р „ - \ г Дф н /2л.

Тогда с учётом выше сказанного

Др= АМД Ппр—/—.Дфн. (13)

ДУ г-Р-Гщн-к^пр 2л

Учитывал изменение момента на валу насоса, можно определить момент на валу д вигателя по выражению:

ДМл=Мн1п,к. (14)

Отсюда следует

др = с _ амн'к' 'пр (15)

<\у ГГА Дфц Р г^.-к ч,,,

Итоговое выражение, позволяющее определить оптимальную жесткость ПГА, имеет следующий вид:

±_ (Ьвгт„ + тУ -г* -X2___1_ (16)

Г " "

„ + ш + -

п (_ . _ , !тр\;2 .¡2р(к + 1)г 2'Лпр,Лтр'т1'р'гшц-у2

г

Учитывая, что процессы происходящие в ПГА политропные, тогда жесткость ПГА можно определить из условия РУ=соп51, где п - показатель политропы, равный 1,3.

Тогда жёсткость ПГА можно представить в виде:

Величина давления в ПГА, производящая блокирование солнечной шестерни планетарного механизма, при стационарной нагрузке двигателя вычисляется по формуле:

где Мд-момент двигателя, Н-м; Р- площадь поверхности зуба, м2; гшн - радиус делительной окружности шестерни насоса, м.

Тогда на основании выражения (17) жёсткость ПГА можно определить:

(19)

Выполнение поставленной задачи исследований потребовало определения оптимального газового объема ПГА, обеспечивающего достижение необходимой жесткости упругого элемента, который можно определить из равенства выражений (16) и (19).

п--М.ТП,р_= ' (5в!,ттр + т);-г-/.:___1__(2())

я • п • Мд • [ тТ1, + ш + -^г) • ¡тр • ¡пр (к +1)2 V • 2 • -Ппр • г)тр • т)

(5вртгр + т)2 • г2 • А.2 • к

(21)

Величина газового объема, рассчитанная, по формуле (21), обеспечивает блокирование'одной степени свободы планетарного механизма и величину оптимальной жесткости на первичном валу коробки передач при заданном моменте двигателя.

В третьем разделе «Корректировка расчётных параметров упругого элемента пнеемогидравлической планетарной муфты сцепления колёсного трактора класса 1,4 экспериментальными методами» представлены результаты экспериментального исследования трактора Минского тракторного завода. На серийную модель трактора была установлена пневмогидравлическая планетарная муфта сцепления (рисунок 3), в которой в качестве тормозного устройства, блокирующего солнечную шестерню, используется гидронасос.

Рисунок 3 - Общий вид планетарной муфты сцепления

На этапе разработки конструкции особое внимание было направлено на выбор такого типа насоса, который бы соответствовал условиям долговечности, надёжности и удобству обслуживания в период эксплуатации, а также возможности её установки на трактор серийного производства без конструктивных изменений существующей трансмиссии.

При проведении экспериментальных исследований на трактор были установлены датчики для регистрации параметров следующих величин: частоты вращения коленчатого вала двигателя и ведущих колес трактора, крутящего момента на колесах, тягового усилия, давления воздуха в пневмогидравличе-ском аккумуляторе, расхода топлива, пройденного пути агрегатом за опыт и времени опыта.

Для оценки эффективности работы пневмогидравлической планетарной муфты при проведении экспериментальных исследований за основные исходные параметры, отражающие условия проведения опытов, были выбраны следующие показатели:

-величина крюкового усилия (которая изменяется включением различных передач и загрузкой сельскохозяйственной машины);

- жесткость пневмогидравлического упругого элемента (возможно, регулировать изменением начальных параметров ПГА);

- демпфирование (изменялось установкой дросселя в гидросистему).

Экспериментальные исследования машинно-тракторного агрегата были

проведены:

Таблица 1 - Результаты исследования экспериментального МТА на разных фонах

П П Р МПа Рчкгс V;,, КМ Ч N¡5 яВт М£ кН я О* с-' >4 кВт %1» \У га ч

Паровое поле

1 0,14 505 6,93 15,32 9,64 2,45 4",81 0,32 10,45 2,79

■> 0,15 500 ",С0 15 25 9,61 :45 47,85 0,318 10,60 2,80

3 0.19 525 5.94 15,«4 9,Т1 2.46 4"."" 0.327 10,00 "» ""г

4 0,23 819 6,93 15,56 9,64 2,45 47,51 0.325 10,22 2,79

5 о,:; 810 ¡5,9" 15,35 9.63 2.48 4",81 0,321 10,34 2."5

Смрил

1 0,14 899 ",93 19,1" 930 2,52 52,45 0,365 13,44 3,17

• 0Л 5 595 ",56 19,46 9.30 2.33 52,63 0.369 13,33 3,15

з 0,19 910 ",60 19,53 9,40 50,7 0,371 12,49 3.04

4 0,-3 ео; - 19,15 9,40 *- 51,7 0=37 12,95 3,10

0.; ; 900 ",90 19,36 9,20 2,51 51," 0.3 "4 13,35 3,16

Дорога с тгиргкм покрытием

1 0,14 230 5,59 6,"8 2,56 3,16 15,0" 0,3 "5 5,3"

-> 0,15 :то 5,9$ 6-60 2,:б 3.19 1",61 0,374 5,46

•3,19 255 ->"5 ",05 3,03 3.13 15,95 0.3"! 5,24

4 275 8,93 6,69 3,15 17,87 0,374 5,28

< о.:; :з5 5.54 б,56 :,91 3,14 18,2" 0,375 5,33

- с культиватором КПС-4, по паровому полю, подготовленному под посев, масса агрегатируемого орудия 780 кг;

- с культиватором КПС-4, по стерне, масса агрегатируемого орудия 780 кг,

- с прицепом ПСЕ-12,5, на асфальте, масса прицепа 6000 кг.

Таблица 2 - Результаты исследования серийного машинно-тракторного агрегата на разных фонах

Фон/вид рабсты Ркр, кгс Nkp, кВт мк, кНм <в„ с1 Пусл GT, кг/ч W, ; Vpa6, га/ч ' км/ч N„ кВт

Паровое поле культивация 815 12,65 9,88 2,02 0,316 12,34 2,28 5,7 39,95

Стерня культивация 894 15,34 9,8 2,25 0,347 14,3 2,52 6,3 44,1

Асфальт тр;шс-портные рабсты 262 5,78 2,68 2,88 0,374 6,28 - 8,1 15,43

В таблицах приняты следующие обозначения показателей: Ркр - тяговое усилие, М, -крутящий момент на ведущем колесе, Ура6 - скорость движения МТА, ш*- угловая скорость ведущего колеса, N.. - соответственно крюковая мощность и мощность на движителях, Пусл- условный тяговый К.П.Д., О -часовой расход топлива, - производительность МТА.

На основе анализа данных таблиц 1 и 2 можно сделать вывод, что при работе исследуемого агрегата на поле, подготовленном под посев, и стерне давление в ПГА будет равным 0,19 МПа. Изучаемая область начального давления в ПГА показала, что колебания часового расхода топлива были равны на стерне 8,3%, на поле, подготовленном под посев, 5%, на дороге 4%. В исследуемой модели часовой расход топлива уменьшился относительно серийного МТА: на стерне на 14,:>%, на поле, подготовленном под посев, на 22,4%, на дороге на 19%, производительность возросла на стерне - 26,6%, на паровом поле - 21,7%

В четвёртом разделе «Теоретические исследования работы трактора в составе машинно - тракторного агрегата и свойств пневмогидравличе-ской планетарной муфты сцепления при разгоне» для получения необходимых расчётных режимов нагружения рассматривается влияние передаточного отношения трансмиссии и планетарного механизма на изменение жёсткости ПГА при выполнении всех технологических операций на рабочем режиме двигателя 0,8Мд(>ОМ) и коэффициенте приспособляемости двигателя, равном 1,15 по регуляторной характеристике. При этом реализуется возможность изменения жесткости в точке 2 (рисунок 4) нагружающей характеристики муфты сцепления в зависимости от вида выполняемых работ.

Поэтому при изыскании способа регулирования жесткости ПГА надо исходить из формулы оптимальной жесткости (16).

17

Мд

Мз

Мд(рсй

М1

О

Дф, А<р2 Дф3 ф^

Рисунок 4 — Нагружающая характеристика муфты сцепления с переменной жесткостью на участке 1-3

При выполнении трактором какого-либо конкретного вида работ (вспашка, боронование, посев или внесение удобрений) изменяется крюковое усилие Ркр, а следовательно, требуется переключение передачи в коробке (новое передаточное отношение трансмиссии ¡тр). Вместе с этим изменяется скорость агрегата, расчётная частота ударных явлений л, а также сомножитель (5Вр'Шп>+т) в числителе формулы (16), поскольку бвр является функцией ¡тр.

Для определения величины коэффициента 5ВР в первую очередь требуется определение приведенного момента инерции двигателя к валу движителей:

(22)

где 1мдх - момент инерции маховика, кг-м2; 1кор - момент инерции коронной шестерни планетарного ряда, кг-м2; ¡^ - передаточное отношение трансмиссии и планетарного механиз-к + 1

ма-, а коэффициент 0,9 объединяет момент инерции двигателя с 1мах-

к

Поскольку величина кинетической энергии приведенного момента инерции всех деталей планетарного механизма к водилу равна сумме кинетических энергий его составляющих, то приведенный момент вращающихся частей планетарного механизма к водилу можно определить из:

3 4

Т — [ ^МАХ , т |

1дВ Г09~ Н

, 1сАТ-(аСАТ , '•тСАТ-1В-{йВ , т ЮВ _т ШВ

1 2 2 ~2 вгпр>' 2 ' где 1-количество сателлитов в планетарном механизме, шт; 1слт-момент инерции сателлитов, кг-м ; 1в-момент инерции водила ,кгм ; 1в<пр)-приведенный момент рассматриваемых частей к водилу, кг-м2; со,-угловая скорость водила, с ; шС!1Т-угловая скорость сателлитов при блокированной солнечной шестерне планетарного механизма, с"1.

Учитывая, что солнечная шестерня планетарного ряда в процессе работы муфты блокирована, тогда окружная скорость сателлитов будет зависеть от передаточного числа планетарного механизма:

ЮСАТ-Юд

к-1

(24)

Тогда для определения угловой скорости двигателя сод необходимо учитывать и угловую скорость водила:

(Ов=Шд

к+1

ИЛИ (Од.Юв

к + 1

_„ к к + 1 к+1

юсат~ мв---= с0в-

к-1 к к-1

Поэтому

Подставим полученное значение шСат в выражение (23)

(25)

1гат ' <ос

К+О . 1 • тСАТ ■ г„ • со„

к-1

+ Т -—В- = Г •—а-

+ 2 в™1 2 '

(26)

Тогда

Ы„

к + 1 к-1

(27)

Полученный момент инерции приведем к ведущему колесу трактора:

в(кол)~

Мг

к + 1 к-1

+ 1 • ШсАТ • + 1в

(28)

где ц, - передаточное отношение трансмиссии на включенной передаче без учета передаточного числа планетарного механизма.

; — ^тргюлкое i ; к

^ к + 1 -'тдалноЕ.)-к + 1-

к

Определить приведенный момент инерции трансмиссии и движителей к ведущему валу колес можно будет:

1пр(тр)=1т '1тр(п), (30)

где 1тр - приведенный момент инерции трансмиссии с ведущими колесами к маховику (0,0254 кг*м ).

Окончательное выражение для определения приведенного момента всех неподпружиненных масс, на основании формул (22) и (28), имеет вид: 1„

мах , т ;2 1

мгат-1 | + ' ' ШСАТ " Гв + ^в

(31)

Приведенные выше рассуждения дают основание для вычисления коэффициента учета вращающихся масс 58р:

1пр

5Вр=1+-

(32)

тТР • г

где г - динамический радиус ведущего колеса, м.

Тогда величину коэффициента 5ВР с учетом формул (32) и (33) можно выразить следующим образом:

=l+-

г(

0.9

I2 +

II,

к + 1 к — 1

+1 • mr 4Т ■ ri +1„

}• (33)

Анализ выражения (16) изменения жесткости ПГА показывает, что при снижении передаточного числа ¡тр и ¡треп) уменьшается 5Вр, а следовательно, снижается и оптимальная жесткость пневмогидравлического упругого элемента муфты. При этом необходимую оптимальную жёсткость упругого элемента в широком диапазоне скоростей, в зависимости от выполняемой технологической операции, можно получить путем изменения передаточного числа трансмиссии и планетарного механизма муфты.

Теоретические исследования работы трактора в составе МТА с пневмопадрав-лической планетарной муфтой сцепления при разгоне производились с использованием разветвлённой принципиальной схемы МТА, представленной на рисунке 5.

Рисунок 5 — Принципиальная схема машинно-тракторного агрегата с пневмогидравлической планетарной муфтой сцепления: Д- двигатель; J* - момент инерции маховика двигателя; ПГА - пневмогидравлический аккумулятор, ШН - масляный шестеренный насос; i„p - привод ШН (передаточное число); imp - трансмиссия трактора (передаточное число); - момент инерции трансмиссии, приведённый к ведущим колесам; ВЩК - ведущие колеса; ПМС - планетарная муфта сцепления; (ттр+т) — суммарная масса поступательно движущихся масс; Cv — приведённая жёсткость колеса, взаимодействующего с почвой

Кинематическое уравнение планетарного механизма представляет взаимодействие двух ветвей схемы:

(1-к)юв = шс-ка)1с, (34)

где к - внутреннее передаточное число планетарного механизма; со„ ©с, шк - соответственно угловые скорости водила, солнечной и коронной шестерён.

Режим разгона экспериментального МТА состоит из двух этапов: 1) вывод ПГА на режим трогания трактора, при условии достижения значения крюкового усилия, равного сопротивлению орудия, обусловленного деформацией почвы при малых скоростях движения Р^о;

20

2) разгона поступательно движущихся масс механической системы до установившейся скорости движения на эксплуатационном режиме МТА.

Синхронность взаимодействия двух ветвей принципиальной схемы является особенностью первого этапа трогания: вывод ПГА на режим трогания с учетом работы движителей на ¡;х упругих элементах (за счёт круговой деформации шины) и деформации почвозацепами шины пятна контакта.

Момент блокирования насосного колеса на первом и начале второго участка определяется количеством закачиваемого масла в ПГА (при заблокированном водиле планетарного механизма).

Массовые характеристики передаточных звеньев (без учёта массы поступающей жидкости в ПГА) при наззанных условиях позволяют рассчитать приведённый момент инерции двигателя:

• (35)

В приведённом выражении учтены моменты инерции маховика коронной шестерни ПГПМС .1 клр, сателлита -1свт> солнечной шестерни промежуточной шестерни привода насоса .^пр), шестерни привода насоса 1Ш(прн>, шестерни гидронасоса ]ши, передаточные отношения от короной к сателлитным шестерням - ¡к^ат = (г* - число зубьев короны, -число зубьев сателлита), к - внутреннее передаточное число планетарного ряда (от коронной к солнечной шестерне).

Следует учитывать тот факт, что на данном этапе разгона трансмиссия трактора, связанная с ведущими колесами (вторая ветвь принципиальной схемы), будет закручиваться за счёт деформации шин и почвы.

Равенство кинетической энергии всех вращающихся частей трансмиссии и кинетической энергии приведённого момента инерции позволяет рассчитать приведённый момент инерции трансмиссии относительно ведущих колес трактора из выражения:

=21к +21„ + 211ни +(212пга +21^+1^ + 21^ +(7Й,) (36)

В этом выражении представлены моменты инерции: .Г* - ведущего колеса трактора, - ведущего вала колеса, 11ШКП - ведомой шестерни конечной передачи, ^„¡„¡-ведущей шестерни конечной передачи, 1в2ш-вала ведущей шестерни конечной передачи, - дифференциала, ^„д-водила планетарного ряда с первичным валом коробки передач, 1т6-тормозного барабана, - приведенного момента инерции КПП (на определенной передаче) к первичному валу коробки передач (водилу ПГПМС) и передаточные отношения передачи ¡„ и ¡тр.

Дифференциальные уравнения двух разветвлений трогания - разгона объекта исследований представлены следующей системой уравнений:

21

1т =

—^ + + I 0,9 ",р

сат к-сяг

•аг + +**ш(пр) + *ш(пн) ш)'

1

-М1"1 =]' -ф

4 лС011р ^ тр Т|

м.

где М„ -момент насосной шестерни приведённый к двигателю, кг-м2; (р

(37)

угловое ускорение

двигателя, с ; М, - момент на водиле планетарного механизма муфты, Н м; М„„р - момент сопротивления на ведущих колесах, Нм; - момент инерции трансмиссии, приведенный к водилу, кг-м2; ф, -угловое ускорение водила, с"2.

Тогда для определения текущего значения момента насосной шестерни, приведенного к коленчатому валу двигателя, можно использовать выражение:

2p.Fr._Ki.,_. (38)

м. =-

где ро - начальное давление в газовой полости ПГА, МПа; к - внутреннее передаточное число планетарного механизма; У0 - объём газового пространства ПГА, мэ; ф, <р, - углы поворота коленчатого вала и водила, рад.

Работу ведущих колёс трактора определим, используя теоретическую зависимость (рисунок 6) между коэффициентом буксования и нагружением ведущего колеса тяговым моментом.

3

5 \о

0,6 ОА Ц2

/!

1 1

А 1

1 1

Ш 2000

тр „

Г1 даН

Рисунок 6- Теоретическая зависимость между коэффициентом буксования и нагружением ведущего колеса тяговым моментом: 0-1-2 - первый участок кривой буксования; 2-3 - второй участок кривой буксования

Первый этап разгона (трогания) МТА с экспериментальной муфтой сцепления описывается зависимостью в виде уравнений:

67,263 . <р =---—ф —

2 Р.Рг„к1

2 пУ

(кч>-(к + 1)У,)'„,

15726,1 Л.

если 230233,8 с1,

0.5252 . Ч> =—-—ф —

376.4

2 л V,

(кф-(к + 1)у,)/„.

если 157<ф2 230 с ;

^ 2Б +С8(г„ -е)2 2 ц;'С8(г0-е)г

и для второго участка кривой буксования

1™

22500 С,(8- 0,1505)

2С.,

2С

(40)

(41)

(42)

где цк - коэффициент круговой эластичности шин, рад/Н-м; Б - расстояние между почвозаце-пами, м; Мк - момент, действующий на ведущем колесе со стороны двигателя, Н-м; г0 - наружный радиус колеса, м; е - деформация шины в вертикальном направлении под действием вертикальной нагрузки, м; С» - угловой коэффициент кривой буксования; у, - угловая закрутка вала за счёт упругости вала движителя и его буксования, рад; Сф1, Сф2 - приведенная жёсткость трансмиссии, Н-м'рад.

Для вычисления угла закрутки ув используем систему уравнений.

2р0Рг1ШЛ,рк

М. =-

,, • к + 1° - ММ, =ЦМ,---Л„

С„,=

Сг,(г,-е) 23ц;' + Сй1(г0-е!)' 1 2С„'

(43)

для первого и второго участков кривой буксования

к + 1

Мт =1 М„-П„

С„ =

Сц(г0-е)

[Мт-219г,б(г0-е)1

+Сн(г„-е)-

22500 С,, (8 -0,1505

+ •

2С„

2С,.

Сг„-е)

(44)

где Мт - тяговый момент, Н-м; С5Ь С52 - угловые коэффициенты кривой буксования, соответственно, на первом и втором участке.

Зависимость крюкового усилия от нагружения движителей тяговым усилием можно представить выражением:

р _ 1-0,794-10"'С? [р 1-0,397-10"^ [ 1

1

1-0,794-10"^

где Рт = М,/(г0 - е); <3 - вертикальная нагрузка на колесо, Н.

23

свк;

(1-5)

а-С

I---

г., _е

Крюковое усилие определяется сразу после вычисления тягового момента Мт.

В случае, когда тяговое усилие на движителях достигнет значения, при котором Р,ф оказывается отрицательной величиной (Р^ < 0),тогда на ведущем колесе расчет вертикальной нагрузки проведем, используя выражение:

е= 0,03 547-10"2-3/12502 =0,04 м. (46)

Когда тяговое усилие Р,ф становится положительной величиной, тогда в расчётах используется алгоритм коррекции счёта величины () пе:

* <3=<Зс+0,11Ркр. И е=0,03749-^0Г- (47)

Второй этап разгона начнётся с прямолинейного движения масс механической системы, соответственно произойдёт изменение и взаимосвязи двух ветвей силовой передачи, соединяемых планетарной передачей. Эти изменения непосредственно взаимосвязаны с увеличением тягового момента на движителях трактора.

Решая второе уравнение системы (37), получим:

МТА

(48)

На разных участках разгона величина Мн может определяться с использованием различных методик. Момент блокирования насосного колеса на первом и начале второго участка определяется количеством закачиваемого масла в ПГА и регулированием скоростного режима работы двигателя, а изменением величины крутящего момента МД=А», с учетом скоростной регуляторной характеристики двигателя - на остальном времени разгона.

Оценка момента сопротивления на движителях трактора для первой стадии второго этапа разгона представлена в следующем виде:

,(1-5)"

рМ1А _ л Г сопр

сВК; аС,

(1-5)

е +Х'

1 + 0,13ф„(го -е)-

+ (га^ + т) ф. (г„ - е)(1 - 8) • ~

(49)

где © =

1

1-0,794-10 (2

X —

1-0,397 10'5О 1-0,794 10"5д'

Используем это выражение для вычисления тягового момента на движителях трактора = Р^р(г0-с), а угловое ускорение представим следующей зависимостью:

/.»(с-О V

-ф.

V 1

. ту Х + 1

*'ч(.г„-е) к

сВк1 | ас, (1 - 8)! г-е

ЛЛ-

С использованием обозначений

0=;;—Р2—+т)(г„-еК1-8)1!-. В = 0,13хР>р0(г„-е)^.

С = 0

сВк; . аС, (1-й)г\-е

» К+1 * (г»-е) К

(51)

получим дифференциальное уравнение на втором этапе разгона в виде

*-=-§Ф.+(бм--§) (52)

В пятом разделе «Быгаслите-чтый эксперимент и анализ математической модели» методика проведения вычислительного эксперимента была основана на составлении и решении дифференциальных уравнений с переменными параметрами и системой ограничений по моменту двигателя, насосной системы и ПГА, крутящему моменту и коэффициенту буксования.

Для определения оптимума математической модели, представленной на рисунке 5, разработаны критерии оптимизации: коэффициент запаса муфты сцепления Р;' затраты работы движителей А5; затраченная работа на перепуск масла Ап; температура нагрева масла в баке ПГПМС. Дано обоснование выбора программы Ма1Ьсас1 для проведения вычислительного эксперимента, составлены алгоритмы процесса трогания и разгона и представлены результаты расчёта этих параметров.

На основании результатов проведенных исследований, направленных на оптимизацию процесса разгона для разных коэффициентов р от 1,15-1,75 на поле, подготовленном под посев, и на стерне, построены графики изменения момента двигателя Мд, момента насосной шестерни М„, крюкового усилия Р,,р, тягового момента на движителях Мт и т.д.

На рисунках 7 и 8 представлены графические зависимости, полученные в результате вычислительного эксперимента, полный анализ которых приведён в диссертации.

Рисунок 7 - Изменение момента двигателя в зависимости от времени при разгоне на поле, подготовленном под посев (при /3=1.15 - 0—1, 75)

Рисунок 8 - Момент насосной шестерни, приведенный к валу двигателя, в зависимости от времени при разгоне на поле, подготовленном под посев (при 0-1,15—0=1,75)

Анализ графических данных процесса разгона МТА с ПГПМС на различных почвенных фонах показал, что режимы работы 0=1,15-1,30 менее динамично нагружены, по сравнению с режимами 0=1.60-1,75. Результаты расчётов по остальным критериям оптимизации представлены в таблице 3 (первые строки столбцов отражают показатели, полученные на поле, подготовленном под посев, вторые строки столбцов - показатели, полученные на стерне) и на диаграммах (рисунки 9-11).

Таблица 3 - Расчет показателей по критериям оптимизации для выбранных режимов (5=1,15-1,75

Показатели 0=1,15 0 =1,30 0 =1,45 0 =1,60 0=1,75

Работа, затраченная на перекачку масла, Дж 17127.6 11009,4 1839,1 1845,5 2420,5

12598,6 9326,5 84640,46 1748,1 1302,1 1303,7

Работа, затрачен ная на буксование, Дж 83362,86 87092,29 86550,86 87760,90

59066,33 59479,60 61553,91 60364,85 60666,47

Максимальное значение буксования 0,13 0,15 0,83 1 1

0,13 0,14 0,95 1 1

Величина подогрева масла в баке гидросистемы, С0 0,502 0,323 0,054 0,054 0,502

0,369 0,273 0,051 0,039 0,270

Суммарная работа, Дж 100490,46 95649,86 88931,39 88396,36 90181,4

71664,93 68806.1 63302,01 61666,95 61970,17

АЛ, ДЯ£ 18(01)

Рисунок 9 - Влияние коэффициента запаса муфты сцепления на величину затраченной работы на перекачку масла в бак гидросистемы

А.. Дж

90000

том -000« 60000 50000 40000 30000 20000 10000 о

Б пар

«3362.8«

346-10.46

3"092.29

86550.86

8"60.9

Олтрня

50166.33

594-0.6

61553.91

60364.85

60666.4'

р =1.45

р=1."5

■ пар О стерня

Рисунок 10- Влияние коэффициента запаса муфты сцепления на величину затраченной работы на буксование

А.Д*

Рисунок 11 - Влияние коэффгщиента запаса муфты сцепления на величину суммарной затраченной работы

100000 80000 60000 40000

20000 О

Дпар I - (ТСрНЯ

Анализ результатов представленных графиков, диаграмм и показателей таблиц, позволяет сделать следующие выводы:

- оценка режимов разгона по работе, связанной с перекачкой масла и буксованием, показала, что оптимальный режим работы ПГПМС машинно-тракторного агрегата соответствует коэффициенту запаса муфты сцепления (3=1,45, при котором совершена наименьшая работа;

28

- контроль температуры масла в баке гидравлической системы показал, что при любом ¡3 изменение температуры масла незначительно;

- оценка работы МТА с трактором, снабжённым ПГПМС, по критерию допустимого коэффициента буксования, подтвердила возможность использования ПГПМС с коэффициентом запаса муфты (5= 1.15-1,30, при котором коэффициент буксования не превышает значений 5=0,15;

- для уточнения выбора оптимума между режимом Э = 1,15 и р =1,30 дополнительно проведён расчет по расходу топлива (рисунок 12), который показал. что при [5=1,30 расход топлива оказался меньше. Этот режим был принят оптимальным в плане допустимой динамичности нагружения и энергетических затрат.

| хемм

0.1(141"

|

|Р ¡1"<.№ 0.|!»5Я Л.101»"

(¡-М?

11.1 иг ».1

й. 1(1*5 (1.1

Ипл1

и I тжя

Г

0.123.« 0.1

Рисунок 12 — Расход топлива за время разгона в зависимости от коэффициента запаса муфты сцепления

В шестом разделе «Экспериментальная проверка теоретических положений оценки пневмогидравлической планетарной муфты сцепления при разгоне» отражена экспериментальная проверка МТА, оснащенного пневмогидравлической муфтой сцепления, эффективность которой оценивалась в комплексе с проверкой его работоспособности при разгоне и на установившемся движении в трёх возможных случаях: разгон, а потом заглубление; разгон с заглублением; разгон с заглубленным орудием на рабочем гоне.

В результате обработки опытных данных были получены графические зависимости (рисунок 13, рисунок 14, рисунок 15, рисунок 16).

Ркр,Н

9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0

л. /\ л

/ ч V

/ / / \

/

/ /

/

/ /

/ /

5(,С

Рисунок 13 - Изменение крюкового усилия жёсткого и упругого приводов в зависимости от времени (разгон с одновременным заглублением) _ упругий привод, " жёсткий привод

Ркр,Н

9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0

\ / \ Л

У

! /

/

/

/ /

/ 1

О

1

4

6 1, с

Рисунок 14 — Изменение крюкового усилия жёсткого и упругого приводов в зависимости от времени (разгон, с последующим заглублением)

- упругий привод, ~~~ жёсткий привод

30

Ркр, Н 9<Й0

8000

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

О 1 2 3 4 5 ю

Рисунок 15 -Изменение крюкового усилия жёсткого и упругого приводов в зависимости от времени (разгон с заглубленнъш орудием) ---упругий привод —— жёсткий привод

Мт, Нм

25000

20000 15000 10000 5000 0

О 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Рисунок 16 - Изменение тягового момента жёсткого и упругого приводов в зависимости от времени (разгон с заглубленным орудием) ---упругий привод .......■ жёсткий привод

Анализ графического материала по методике, приведённой в шестом разделе, показал, что оптимальным остаётся режим, соответствующий коэффициенту запаса муфты сцепления (3=1,30.

/ А

г VА

__ / J

По расчётным и экспериментальным данным была построена графическая зависимость изменения тягового момента на движителях (рисунок 17).

Mx.Hu

Рисунок 17 -Изменение тягового момента на движителях в зависимости от времени по опытным (паровое поле) и расчетным данным

Сравнительный анализ графиков позволяет сделать следующее заключение: - при достижении Р1ф=7470 Н на экспериментальной и расчетной кривой время трогания совпадает и составляет 1=1,1с, это соответствует рекомендуемым данным в литературных источниках теории разгона.

В седьмом разделе «Экономическая оценка эффективности пневмогидравлической планетарной муфты сцепления» расчёт экономической эффективности применения пневмогидравлической планетарной муфты сцепления в трансмиссии колесного трактора проводился в сравнении с серийным приводом при работе МТА в условиях с.-х. производства, который показал общее снижение затрат труда на 13 % на посеве, бороновании и культивации. Общее снижение расхода топлива составило 11 % на посеве, бороновании и культивации. При внедрении пневмогидравлической планетарной муфты сцепления экономический эффект составит 43172 рубля в год на один МТА. Срок окупаемости дополнительных затрат около года.

Итогом исследований явилось экономическое обоснование эффективности применения пневмогидравлической планетарной муфты сцепления в условиях с.-х. производства, для чего были составлены технологические карты на возделывание подсолнечника с экспериментальным и серийным МТА.

Анализ данных технологической карты показал, что при выполнении экспериментальным колесным трактором МТЗ-80Л основных операций (посев, боронование и культивация) произошло снижение затрат труда на 22 %, а погектарный расхода топлива - на 26 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Использование упругих элементов в моторно-трансмиссионной установке способствует ослаблению степени неравномерности взаимодействия рабочих органов МТА с обрабатываемым материалом, причём при росте переменной крюковой нагрузки их способность стабилизировать рабочий режим двигателя к условиям работы повышается.

2. Необходимость идентификации основных эксплуатационных параметров бесфрикционной пневмогидравлической планетарной муфты сцепления условиям нагружения тракторов при работе на тяжелых почвах засушливых зон потребовала разработки теоретических основ расчета ПГПМС и такая разработка представлена в диссертации. Она состоит в:

- создании методики теоретической оптимизации параметров пневмогид-равлического устройства планетарной муфты сцепления на основании минимизации динамических показателей нагружения трактора в составе МТА крюковым усилием с использованием теоретических положений по разностным критериям выбора жесткости, устанавливаемых в разных местах валопровода упругих элементов, разработанных сотрудниками ВолГАУ;

- разработке аналитической зависимости объема газового пространства пневмогидравлического аккумулятора ПГПМС от условий нагружения и конструктивных параметров трансмиссии и движителей;

- обосновании приемлемости по условиям эксплуатации МТА нелинейной характеристики изменения нагружающего момента сопротивления, автоматически формируемого ПГПМС с увеличением нагрузки на крюке;

- в установлении возможности корректировки величины газового объема ' пневмогидравлического аккумулятора при изменении условий нагружения за счет изменения передаточного числа привода гидронасоса и введения дополнительных газовых объемов.

3. С целью снижения динамических нагрузок в трансмиссии и движителях в эксплуатационных условиях засушливых зон разработана математическая модель разгона МТА с трактором, оборудованным ПГПМС, позволяющая числовым способом исследовать протекание режимов нагружения механизмов трактора при изменении установочных регулировок ПГПМС (по коэффициенту запаса муфты сцепления) с учётом особенностей функционирования агрегата.

4. Разработана система критериев оптимизации давления в пневмогид-равлическом аккумуляторе, позволяющая обосновать основные установочные параметры пневмогидравлического аккумулятора ПГПМС путем анализа чи-

еловых решений математической модели: по коэффициенту запаса муфты сцепления Р, по затратам работы движителей трактора на буксование, по работе, затраченной на перепуск масла, по температуре нагрева масла в баке в ПГПМС.

5. Произведена экспериментальная верификация теоретических положений по обоснованию установочных параметров ПГПМС на примере машинно-тракторного агрегата, в составе трактора-макета типа МТЗ-80Л, оборудованного ПГПМС, включающая:

- определение оптимального расчетного объема пневмогидравлического аккумулятора и начального давления в нем, они оказались равными 3 л и 0,19 МПа;

- создание методики счета статической нагружающей характеристики пневмогидравлической планетарной муфты сцепления, обеспечивающей фиксированное время её включения и тем самым предотвращение жестких динамических нагрузок на двигатель при разгоне МТА;

- корректировку математической модели процесса разгона по отношению к МТА с трактором-макетом на базе MT3-80JI с использованием пневмогидравлической планетарной муфты сцепления, составлении на её основе дифференциальных уравнений трогания - разгона двух разветвлений исследуемого объекта и расчете по ним динамической характеристики нагружающей способности ПГПМС, позволяющей определить действительное время разгона МТА и динамическую нагруженность трансмиссии и движителей при разной установке предельных давлений в пневмогидравлическом аккумуляторе;

- сравнение эксплуатационных показателей экспериментального агрегата и серийного с трактором того же класса, подтвердившего целесообразность использования ПГПМС в качестве муфты сцепления на с.-х. тракторе обеспечивающей:

- рост производительности экспериментального МТА по сравнению с серийным на паровом поле 21,7 %, а на стерне - 26,6 %;

- снижение часового расхода топлива экспериментального агрегата по сравнению с серийным на паровом поле на 22,4 %, на стерне-15,4 % и на доро-ге-на 19 %;

- рост реализуемой мощности двигателем экспериментального трактора на 15,6 % на паровом поле и на 19% на стерне, по сравнению с серийным трактором;

; - снижение времени динамического нагружения при разгоне с применением ПГПМС с 2,0с до 0,8... 1,0с;

- создание расчетно-вычислительного комплекса, позволяющего в автоматическом режиме в системе MathCAD производить оценку оптимальных характеристик ПГПМС любого МТА с колесным трактором.

6. Установлена технико-экономическая эффективность применения пнев-могидравлической планетарной муфты сцепления со сроком окупаемости затрат на переоборудование трактора в течение года, характеризуемая экономическим эффектом в 43172, рубля, обусловленным увеличением производительности МТА вследствие повышения скоростного режима работы двигателя, уменьшением коэффициента буксования движителей и снижением расхода топлива.

Рекомендации производству

1. Повышение производительности и снижение расхода топлива МТА обеспечивается за счёт использования пневмогидравлической планетарной муфты сцепления, которая сочетает в себе свойства муфты сцепления и упруго-демпфирующего элемента, обеспечивая плавное соединение двигателя с трансмиссией.

2. Пневмогидравлическая планетарная муфта сцепления устанавливается на трактор серийного производства без изменения существующей трансмиссии.

3. Техническое обслуживание трактора, оснащённого пневмогидравлической планетарной муфтой сцепления, не требует специального оборудования и инструмента.

Основные результаты исследований опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Нехорошее, Д.А. Оптимизация жесткости планетарного пневмогидравлического сцепления [Текст]/ Н.Г. Кузнецов, Д А. Нехорошее, Д.Д. Нехорошее // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -2004. - №8.- С. 11-12.

2. Нехорошее, Д А. Оптимизация параметров планетарного сцепления с упругим элементом [Текст]/ Д А. Нехорошев, Д.Д. Нехорошее // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -2004. - №8 - С. 16-17

3. Нехорошев, ДА. Характеристика пневмогидравлической планетарной муфты сцепления сельскохозяйственного трактора [Текст]/ Н.Г. Кузнецов, ДА. Нехорошев, Н С. Воробьева // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -2009. - № 10 - С. 28-29.

4. Нехорошев, Д.А. Планетарная упругая муфта в трансмиссии колёсного трактора класса 1,4 [Текст]/ ДА. Нехорошев, Д.Д. Нехорошев // Достижения науки и техники АПК. -

2009. -№12,- С. 60-61.

5. Нехорошев, Д А. Алгоритм расчета математической модели процесса разгона трактора МТЗ-80Л с пневмогидравлической планетарной муфтой сцепления в среде МаЛсасЗ [Текст]/ Н.Г. Кузнецов, ДА. Нехорошее, Н.С. Воробьева // Известия Нижневолжского агро-университетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование - 2010. - № 2 (18).-С. 178-186.

6. Нехорошев, Д А. Динамическая нагружающая характеристика пневмогидравлической планетарной муфты сцепления сельскохозяйственного трактора [Текст]/Н.Г. Кузнецов, Д А. Нехорошев, Н.С. Воробьева // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -

2010. - №4,-С. 20-22.

7. Нехорошев, Д.А. Анализ работы трансмиссии колёсного трактора кл.1,4 и возможности использования её с ДПМ [Текст] /Н.Г. Кузнецов, ДА. Нехорошев, Д.Д. Нехорошев и др // Тракторы и сельхозмашины. - 2010. - №8. - С. 20-22.

35

8. Нехорошее, Д.А. Динамическая нагруженность МТА при разгоне с трактором МТЗ-80, оборудованным пневмогидравлической планетарной муфтой сцепления [Текст]/ Н.Г. Кузнецов, Д А. Нехорошев, Н С. Воробьева // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. -2011. -№2 (22).-С. 176-182.

9. Нехорошев, Д А. Влияние передаточного числа трансмиссии трактора на жёсткость пневмогидравлического упругого элемента [Текст] / Н.Г Кузнецов, Д А. Нехорошев, Д.Д. Нехорошев и др//Техника в сельском хозяйстве. - 2011.-№3 -С. 18-19.

10. Нехорошев, Д А. Эффективность работы пневмогидравлической планетарной муфты сцепления [Текст] / Н.Г. Кузнецов, Д.А. Нехорошев, Н.С. Воробьева // Техника в сельском хозяйстве. -2011. - №5,- С. 25-26.

11. Нехорошев, Д.А. Планетарная упругая муфта с регулируемым потоком жидкости [Текст] / Д.А. Нехорошев, Н.Г. Кузнецов, Д.Д. Нехорошев, и др // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -2011. - № 6. - С. 25-27.

12. Нехорошев, Д.А Динамическая нагруженность МТА с пнемогидравлической планетарной муфтой сцепления при разгоне с учетом объемного к.п.д. насоса [Текст] / Н.Г. Кузнецов, Н.С. Воробьева, Д.А. Нехорошев // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. -2011. - №3(23). - С. 257-261.

13. Нехорошев, Д.А. Совершенствование пневмогидравлической планетарной муфты сцепления [Текст] / Д.А. Нехорошев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -2011.-№10.-С. 19-21.

14. Нехорошев, Д.А. Уточнение параметров упругого элемента в пневмогидравлической планетарной муфте сцепления [Текст] / Д А. Нехорошев, Н.Г. Кузнецов, Д.Д. Нехорошев // Аграрная наука. - 2011. -№ 12. - С. 25-27.

15. Нехорошев, Д.А. Стационарная нагружающая характеристика пневмогидравлической планетарной муфты сцепления [Текст] / Н.Г. Кузнецов, Д.А. Нехорошев, Н.С. Воробьева //Тракторы и сельхозмашины. - 2011. -№12. - С. 18-20.

16. Нехорошев, Д.А. Влияние передаточного числа планетарной муфты на жесткость пневмогидравлического упругого элемента [Текст] / Н.Г. Кузнецов, Д.А. Нехорошев, Д.Д. Нехорошев//Тракторы и сельхозмашины.—2012. — № 1, —С. 28-29.

17. Нехорошев, Д.А. Разгон МТА с планетарной упругой муфтой сцепления [Текст] / Д.А. Нехорошев, Д.Д. Нехорошев // Техника в сельском хозяйстве. -2013. -№ 1. - С. 25-26.

18. Нехорошев, Д.А. Исследования процесса разгона МТА с помощью математической модели [Текст] / Д.А. Нехорошев, Д.Д. Нехорошев // Тракторы и сельхозмашины. — 2013. — №7.-С. 20-21.

Авторские свидетельства и патенты на изобретения

19. A.c. 1172760 СССР, МПК В 60 К 17/32. Конечная передача транспортного средства [Текст] / В.Л Строков, A.A. Карсаков, Д.А. Нехорошев.В.И. Аврамов (СССР).- № 3706251/27-11; заявл. 28.02.84; опубл. 15.08. 85. Бюл. №30.-4 е.: ил.

20. A.c. 1167048 СССР, МПК В 60 К 17/32. Регулятор дросселирования потока жидкости в гидродемпфере конечной передачи транспортного средства [Текст] / В.Л. Строков, A.A. Карсаков, Ю.Г. Лапынин, Д.А. Нехорошев (СССР).- № 3745007/27-11; заявл. 28.02.84; опубл. 15.07. 85, Бюл. №26.-2 е.: ил.

21. A.c. 1207831 СССР, МПК В 60 К 17/32. Конечная передача транспортного средства [Текст] / В.Л. Строков, Д.А. Нехорошев, А.Ф. Рогачёв, A.A. Карсаков (СССР).- № 3815982/27-11; заявл. 22.10.84; опубл. 30.01.86, Бюл. №4.-4 е.: ип.

22. A.c. 1216034 СССР, МПК В 60 К 17/20. Блокирующийся дифференциал [Текст] / В.Л. Строков, Д.А. Нехорошев (СССР).- № 3829971/27-11; заявл. 19.11.84; опубл. 07.03. 86. Бюл. №9.-2 е.: ил.

23. A.c. 1219421 СССР, МПК В 60 К 17/32. Привод ведущих колёс [Текст] / В.Л. Строков, A.A. Карсаков, С.Д.Фомин, Ю.Г. Лапынин, Д.А. Нехорошев (СССР).-№ 3829730/27-11; заявл. 31.10.84; опубл. 23.03 86, Бюл. №11.-4 е.: ил.

24. A.c. 1248854 СССР, МПК В 60 К 17/32. Конечная передача транспортного средства [Текст] / В Л. Строков, Д.А. Нехорошее, Ю.Г. Лапынин, С.Д. Фомин (СССР). -№ 3860136/2711; заявл. 22.02.85; опубл. 07.08. 86, Бюл. №29.-2 е.: ил.

25. A.c. 1279880 СССР, МПК В 60 К 17/32. Конечная передача транспортного средства [Текст] / Д.А. Нехорошев, В.Л. Строков (СССР). -№ 3913420/30-11; заявл. 17.06.85; опубл. 30.12 86, Бюл. №48.-4 е.: ил.

26. A.c. 1240645 СССР, МПК В 60 К 17/32. Привод ведущего колеса транспортного средства [Текст] / В.Л. Строков, A.A. Карсаков, В.И. Аврамов, С.Ю. Юдин, Ю.Г. Лапынин, Д А. Нехорошев. (СССР). -№ 3839751/27-11; заявл. 07.01.86; опубл. 30.06 86, Бюл. №24.-4 е.: ил.

27. A.c. 1283125 СССР, AI, МПК В 60 К 17/32. Привод ведущих колёс [Текст] / ВЛ. Строков, A.A. Карсаков, С.Д. Фомин, Ю.Г. Лапынин, ДА. Нехорошев (СССР). -№ 3896149/3111; заявл. 23.05.85; опубл. 15.01 87, Бюл. №2.-2 е.: ил.

28. A.c. 1299845 СССР, МПК В 60 К17/32. Привод ведущего колеса транспортного средства [Текст] / В.Л. Строков, П.А. Стецко, A.A. Карсаков, В.И. Аврамов, Д А. Нехорошев, и др. (СССР). -X» 3981204/30-11; заявл. 24.10.85; опубл. 30.03 87, Бюл. №12.-4 е.: ил.

29. A.c. 1409479 СССР, МПК В 60 К 17/20. Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства [Текст] / Д А. Нехорошев, В.Л. Строков, В.И. Нехорошева (СССР). -№ 4155185/30-11; заявл. 03.12.86; опубл. 15.07 88, Бюл. №26.-4 е.: ил.

30. A.c. 1592173 СССР, МПК В 60 К 17/10. Трансмиссия транспортного средства [Текст] / Д А. Нехорошев, В.Л. Строков (СССР). -№ 4409783/31-11; заявл. 12.12.88; опубл. 15.09 90, Бюл. №34.-4 е.: ил.

31. A.c. 1593997 СССР, МПК В 60 К 17/32. Привод ведущего колеса транспортного средства [Текст] / В.Л. Строков, П.А. Стецко, Д А. Нехорошев, и др. (СССР). -№ 4325482/3011; заявл. 05.10.87; опубл. 23.09.90, Бюл. №35.-4 е.: ил.

32. A.c. 1625719 СССР, МПК В60К 17/32. Планетарная муфта с изменяемой характеристикой для транспортного средства [Текст] / Д А. Нехорошев, В.Л. Строков, П.А. Стецко A.A. Карсаков, и др. (СССР). -№4451616/11; заявл. 30.05.88; опубл. 07.02.91, Бюл. №5.-4 е.: ил.

33. Пат. 2277478 Российская Федерация, МПК В60К 17/10. Планетарная упругая муфта с регулируемым потоком жидкости [Текст] / Н.Г. Кузнецов, ДА. Нехорошев, Д.Д. Нехорошев.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО ВГСХА. -№2005109041/11; заявл. 29.03.2005; опубл. 10.06.2006, Бюл. №16.-4 е.: ил.

34. Пат. 2294850 Российская Федерация. МПК В60К 17/10. Муфта сцепления с пневмо-гкдравлическим упругим элементом [Текст] / Д А. Нехорошев, Н.Г. Кузнецов, А.Ф. Рогачёв, Д.Д. Нехорошев.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО ВГСХА,- №2003134219/11; заявл. 25.11.2003; опубл. 10.03.2007, Бюл. №7.-4 е.: ил.

35. Пат. 2422695 Российская Федерация, МПК F16D 48/00 Реверсивная муфта сцепления с пневмогидравлическим упругим элементом [Текст] / Н.Г. Кузнецов, Д.А. Нехорошев, Д.Д. Нехорошев, Н С. Воробьёва.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО ВГСХА.-№2009149777/11; заявл. 31.12.2009; опубл. 27.06.2011, Бюл. №18.-4 е.: ил.

36. Пат. 2422297 Российская Федерация, МПК В60К 17/10. Муфта-редуктор с пневмогидравлическим упругим элементом [Текст] / Д.А. Нехорошев, Н.Г. Кузнецов, Д.Д. Нехорошев, В.И. Нехорошева.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО ВГСХА. -N»2010107533/11; заявл. 01.03 2010; опубл. 27.06.2011, Бюл. №18.-4 е.: ил.

Монографии

37. Стабилизация режимов работы скоростных машинно-тракторных агрегатов [Текст]; монография /Н.Г. Кузнецов, Д.А. Нехорошев и др. - Волгоград: Издательско-полиграфический комплекс ВГСХА «Нива», 2006. - 423 с.

38. Динамика разгона машинно-тракторных агрегатов с тракторами различных конструктивных схем [Текст]: монография /Н.Г. Кузнецов, И.А. Долгов, Д.А. Нехорошев, Н С. Воробьёва. - Волгоград: Издательско-полиграфический комплекс ВГСХА «Нива», 2011.-271 с.

Публикации в центральных журналах, сборниках научных трудов и материалах конференций

39. Нехорошее, ДА. Тягово-сцепные свойства трактора в зависимости от типа привода [Текст] / Д А Нехорошее // Создание и использование мобильной энергетики для механизации погрузо-разгрузочных работ в сельском хозяйстве: сб. науч. тр. - Волгоград, 1984 - Том ЬХХХУ.-С. 119-121.

40. Нехорошее, Д А. Пневмогидравлический привод ведущего колёса [Текст] / ДА Нехорошее // Совершенствование тракторных трансмиссий: материалы Всесоюзной научно-технической конференции. - Москва, 1985. -С. 142-143.

41. Нехорошее, ДА. К вопросу влияния гидропневматического эластичного привода на динамику трансмиссии [Текст] / ДА Нехорошее // Участие молодых учёных и специалистов в реализации комплексных программ и важнейших научно-технических проблем: тезисы докладов к научной конференции. - Волгоград, 1985. - С. 135-136.

42. Нехорошее, ДА. Эффективность применения тракторов с эластичными приводами движителей в сельскохозяйственном производстве [Текст] / Д А Нехорошее, В.Л. Строков, П.В. Строков // Ресурсосберегающие технологии и конструкторские решения для машинно-тракторных агрегатов: сб. науч. тр. - Волгоград, 1985. - Том 91. - С. 61-66.

43. Нехорошее, Д А. Без конструктивных изменений [Текст] / ДА Нехорошев // Степные просторы. - 1986. -№2. -С. 44-45.

44. Нехорошев, ДА. Гидропневматический привод ведущих колёс [Текст]/ ДА. Нехорошев // Молодые ученые и специалисты Волгоградской области - ускорению социально-экономическому развитию: тезисы докладов областной научно-практической конференции. -Волгоград, 1986. - С. 18-20.

45. Нехорошев, Д А. Совершенствование ходовой системы МТА [Текст] / ДА Нехорошев //Роль молодых учёных и специалистов в интенсификации сельскохозяйственного производства: материалы конференции молодых учёных. - Волгоград, 1986. - С. 109-110.

46. Нехорошев, Д.А. Анализ моноблочной конструкции пневмогидравлического эластичного привода колёс [Текст] / ДА. Нехорошев // Роль молодых учёных и специалистов в интенсификации сельскохозяйственного производства: материалы конференции молодых учёных. - Волгоград, 1986.-С. 120.

47. Нехорошев, ДА. Блокирующийся дифференциал [Текст]: проспект ВДНХ СССР / ВЛ. Строков, Д А. Нехорошев.-Всшгоград: Изд-во Волгоградского СХИ, 1986. - 3 с.

48. Нехорошев, Д.А. Взаимодействие сдвоенных колёс с почвой [Текст] / ДА. Нехорошев //Тезисы докладов всесоюзной школы молодых учёных и специалистов по современным проблемам защитного лесоразведения и охраны природы. - Волгоград, 1987. - С. 200-201.

49. Нехорошев, ДА. Влияние пневмогидравлического эластичного привода ведущих колёс на эксплуатационные параметры МТА [Текст] / ДА. Нехорошев // Повышение надёжности сельскохозяйственной техники: сб. науч. тр.- Волгоград, 1987. - С. 79-82.

50. Нехорошев, Д.А. Трансмиссия транспортного средства [Текст] / Д А. Нехорошев // Повышение надёжности и эффективности использования сельскохозяйственной техники: сб. науч. тр. - Волгоград, 1992. - С. 70-72.

51. Нехорошев, Д А. Демпфирующие свойства эластичного привода [Текст] / Д.А. Нехорошев // Сб. науч. тр. ВГСХА. - Волгоград, 1993. - С. 26-27.

52. Нехорошев, ДА. Обоснование конструктивных параметров элементов пневмогидроси-стем для запуска ДВС [Текст] / ДА. Нехорошев, В.Л. Строков, С В. Карев // Учёные Волгоградского сельскохозяйственного института науке и практике: материалы научной конференции посвященной 50-летию вуза. - Волгоград, 1996.-С. 120-121.

53. Нехорошев, ДА. Исследования МТА с пневмогидравлическими упругими звеньями в силовой передаче [Текст] / ДА. Нехорошев //Совершенствование научного обеспечения сельскохозяйственного производства Волгоградской области: сб. науч. тр. науч.-практ. конф., по-свящ. 55 годовщине победы в Сталинградской битве. - Волгоград, 1999.-С. 153-154.

54. Нехорошее, Д А. Выбор параметров эластичного привода с пневмогидравлическим упругим элементом [Текст] / Д.А. Нехорошее // Научный вестник: инженерные науки : сб. науч. тр. - Выпуск 2. - Волгоград, 1999. - С. 52-54.

55. Нехорошее, Д.А. Влияние пневмогидравлического упругого элемента на работу муфты сцепления [Текст] / Д.А. Нехорошее, Д.Д. Нехорошее // Проблемы агропромышленного комплекса: сб. науч. тр. международной науч.-практ. конф., посвящ. 60 летию Победы под Сталинградом. - Волгоград, 2003. - С. 82-84.

56. Нехорошее, Д.А. Планетарная муфта сцепления с пневмогидравлическим упругим элементом [Текст] / Д.А. Нехорошее, Н.Г. Кузнецов, Д.Д. Нехорошее // Проблемы агропромышленного комплекса: сб. науч. тр. международной науч.-практ. конф., посвяш. 60 летию Победы под Сталинградом. - Волгоград, 2003. - С. 84-85.

57. Нехорошее, Д.А. Методика расчёта оптимальной жёсткости упругого элемента планетарной муфты сцепления [Текст] / Д.А. Нехорошее // Основы достижения устойчивого развития сельского хозяйства: сб. науч. тр. международной науч.-практ. конф., посвящ 60 летию образования Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии. - Волгоград, 2004. - С. 67-68.

58. Нехорошев, Д.А. Уравнение характеристики пневмогидравлической упругой муфты [Текст] / Д.А. Нехорошев, Д.Д. Нехорошев // Эффективное использование техники в сельскохозяйственном производстве: сб. науч. тр. международной науч.-практ. конф., посвящ. 60 летию Победы в Великой Отечественной войне. - Волгоград, 2005. - С. 64-66

59. Нехорошев, Д.А. Способы снижения уплотнения почвы колёсными ходовыми системами [Текст] / Д.А. Нехорошев, Д.Д. Нехорошев // Модернизация системы кадрового обеспечения АПК на основе интеграции аграрной науки, дополнительного образования и производства: сб. науч. тр. международной науч.-практ. конф., посвящ. 45 летию Института повышения квалификации кадров агробизнеса ФГОУ ВПО Волгоградская ГСХА. - Волгоград, 2008. - С. 253-257.

60. Нехорошев, Д.А Физическая модель МТА с пневмогидравлической муфтой сцепления в моторно-трансмиссионных установках [Текст] / Д.А. Нехорошев, Н.Г. Кузнецов, Н С. Воробьева // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2009. - №3 (13). - С. 120-123.

61. Нехорошев, Д А. Математическая модель процесса разгона трактора МТЗ-80Л с пневмогидравлической планетарной муфтой сцепления [Текст] / Д.А. Нехорошев, Н.Г. Кузнецов, Н С. Воробьева // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. -2009. -№4 (14). - С. 88-93.

62. Нехорошев, Д.А. Динамическая нагруженность МТА при разгоне с трактором МТЗ-80Л, оборудованным пневмогидравлической планетарной муфтой сцепления [Текст] / Д.А. Нехорошев, Н.Г. Кузнецов, Н.С. Воробьева // Интеграционные процессы в науке, образовании и аграрном производстве - залог успешного развития АПК: сб. науч. тр. международной науч.-практ. конф.-Волгоград, 2011.-Том 2.-С. 109-113.

63. Нехорошев, Д. Д. Возможность размещения пневмогидравлической планетарной муфты сцепления в габаритах колесного трактора класса 14 кН [Текст] / Д. Д. Нехорошев, Д. А. Нехорошев // Интеграция науки и производства - стратегия устойчивого развития АПК России в ВТО: сб. науч. тр. международной науч.-практ. конф. -Том 5. -Волгоград, 2013. -С. 143-147.

64. Нехорошев, Д.А. Математическая модель процесса трогания МТА [Текст] / Д. А. Нехорошев, Д. Д. Нехорошев // Интеграция науки и производства - стратегия устойчивого развития АПК России в ВТО: сб. науч. тр. международной науч.-практ. конф. - Волгоград, 2013.-Том5.-С. 261-264.

65. Нехорошев, Д.А. Использование упругодемпфирующих элементов в трансмиссии колёсного трактора [Текст] / Д. А. Нехорошев, Д. Д. Нехорошев // Настоящи изследвания и развитие-2014: сб. науч. тр. X международная научна практична конф. София «Бял ГРАД-БГ» ООД, 2014,- Том 28. - С. 27-30.

В авторской редакции

Подписано в печать 08.04.2014. Формат 60x84I/lf>

Усл.-печ. л. 2,0. Тираж 100. Заказ 123. ИПК ФГБОУ ВПО Волгоградский ГАУ «Нива». 400002, Волгоград, пр. Университетский, 26.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный аграрный университет

05201451 197

Нехорошее Дмитрий Артёмович

СТАБИЛИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ МТА

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ МУФТЫ

СЦЕПЛЕНИЯ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук

Научный консультант: Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Н.Г. Кузнецов

Волгоград 2014

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение.....................................................................................6

1 Типы моторно-трансмиссионных установок сельскохозяйственных тракторов..........................................................................................15

1.1 Механическая ступенчатая трансмиссия.......................................16

1.2 Гидромеханическая бесступенчатая трансмиссия............................22

1.3 Гидрообъёмные бесступенчатые трансмиссии................................27

1.4 Трансмиссии с двигателями постоянной мощности..........................30

1.5 Планетарные трансмиссии.........................................................33

1.6 Способы стабилизации режимов работы машинно-тракторного агрегата..38

1.7 Совершенствование работы машинно-тракторного агрегата за счёт использования пневмогидравлической планетарной муфты сцепления в моторно-трансмиссионных установках сельскохозяйственных тракторов......................49

Выводы.....................................................................................54

2 Определяющие параметры пневмогидравлической планетарной муфты сцепления...........................................................................................56

2.1 Методика оптимизации жёсткости упругого элемента пневмогидравлической планетарной муфты сцепления...........................................................56

2.2 Параметры пневмогидравлического упругого элемента планетарной муфты сцепления, реализующие расчётную оптимальную жесткость...............61

2.3 Формирование рабочей зоны упругой характеристики пневмогидравлической планетарной муфты сцепления......................................................65

2.4 Теоретическая оценка параметров пневмогидравлической планетарной муфты сцепления для сельскохозяйственной модификации МТЗ-80Л...............72

Выводы.....................................................................................74

3. Корректировка расчётных параметров упругого элемента пневмогидравлической планетарной муфты сцепления колёсного трактора класса 1,4 экспериментальными методами........................................................................76

3.1 Обоснование работоспособности пневмогидравлического аккумулятора

пневмогидравлической планетарной муфты сцепления.................................76

3.2 Факторы, подлежащие исследованию и регистрации в экспериментах..81

3.3 Объект экспериментального исследования.....................................87

3.4 Порядок проведения экспериментов.............................................98

3.5 Обработка и анализ результатов экспериментов..............................99

Выводы....................................................................................105

4 Теоретические исследования работы трактора в составе машинно-тракторного агрегата и свойств пневмогидравлической планетарной муфты сцепления при разгоне..............................................................................107

4.1 Режимы нагружения пневмогидравлической планетарной муфты сцепления на разных технологических операциях, выполняемых машинно-тракторным агрегатом.........................................................................................107

4.2 Способы изменения жёсткости пневмогидравлического аккумулятора в зависимости от режима нагружения машинно-тракторного агрегата...............112

4.3 Оптимизация нагружающей характеристики пневмогидравлической планетарной муфты сцепления при расширении зоны эксплуатационных нагрузок машинно-тракторного агрегата...............................................................115

4.4 Трогание и разгон машинно-тракторного агрегата с трактором, оснащённым пневмогидравлической планетарной муфтой сцепления...................123

4.5 Математический алгоритм расчета процесса разгона машинно-тракторного агрегата с пневмогидравлической планетарной муфтой сцепления.... 153

4.5.1 Алгоритм расчета процесса трогания.........................................155

4.5.2 Алгоритм расчета процесса разгона..........................................158

4.5.3 Корректировка алгоритма расчета разгона в разных условиях эксплуатации машинно-тракторного агрегата......................................................161

Выводы.....................................................................................162

5 Вычислительный эксперимент и анализ математической модели.........165

5.1 Обоснование критериев оптимизации работы машинно-тракторного агрегата с пневмогидравлической планетарной муфтой сцепления при разгоне... 165

5.2 Обоснование программы и способов решения дифференциальных

уравнений математической модели........................................................171

5.2.1 Способы решения дифференциальных уравнений........................171

5.2.2 Современные математические пакеты числовых вычислений..........175

5.2.3 Выбор способа решения дифференциальных уравнений в среде Mathcad..............................................................................................177

5.3 Машинный алгоритм исследования процесса разгона машинно-тракторного агрегата с пневмогидравлической планетарной муфтой сцепления в среде Mathcad.....................................................................................180

5.3.1 Машинный алгоритм расчета процесса трогания..........................181

5.3.2 Машинный алгоритм расчета процесса разгона...........................186

5.3.3 Результаты расчета параметров разгона.....................................190

5.4 Оптимизация установочных регулировок пневмогидравлической планетарной муфты сцепления по выбранным критериям оценки процесса разгона.. .212

Выводы....................................................................................216

6 Экспериментальная проверка теоретических положений оценки пневмогидравлической планетарной муфты сцепления при разгоне..........................218

6.1 Результаты обработки опытных данных.......................................218

6.2 Проверка адекватности математической модели по результатам экспериментальных исследований..................................................................222

6.3 Математический анализ эксперимента с учётом объёмного к.п.д. насоса...225

6.4 Оптимизация параметров пневмогидравлической планетарной муфты сцепления с учётом объёмного к.п.д. насоса..............................................232

Выводы....................................................................................236

7 Экономическая оценка эффективности пневмогидравлической планетарной муфты сцепления..........................................................................237

7.1 Расчет затрат на изготовление пневмогидравлической планетарной муфты сцепления....................................................................................238

7.2 Обоснование технико-экономических показателей применения пневмогидравлической планетарной муфты сцепления в трансмиссии колёсного трактора МТЗ-80Л..........................................................................................242

Выводы....................................................................................251

Заключение...............................................................................252

Рекомендации производству.........................................................254

Список используемой литературы...................................................255

Приложение.......................................................................................283

ВВЕДЕНИЕ

После спада производства в АПК, который наблюдался в 2000-е годы, в течение последних десяти лет идет устойчивый процесс его восстановления. За это время прирост продукции сельского хозяйства составил около 40%. Укрепляется экономика значительной части эффективных с.-х. организаций. Россия стала одним из ведущих в мире экспортеров зерна.

Значительное влияние на эти позитивные процессы оказала реализация с 2006 года приоритетного национального проекта "Развитие агропромышленного комплекса" и Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков с.-х. продукции, сырья и продовольствия на 2007...2012 г.г., утвержденной Постановлением Правительства РФ от 14 июля 2007 г. № 446.

Вместе с тем, до конца не решен ряд проблем в аграрном секторе: невысокие темпы обновления основных производственных фондов, наблюдается инфраструктурная отсталость сельского хозяйства, дефицит квалифицированных кадров и устаревшие программы обучения специалистов АПК. На фоне развития экспортного потенциала российского сельского хозяйства и повышения конкурентоспособности за счет снижения издержек особо актуальной становится проблема технической и технологической модернизации АПК и отечественного сельхозмашиностроения.

Достижение устойчивого роста сельскохозяйственного производства, надежное обеспечение страны продуктами питания и сельскохозяйственным сырьем возможно при повышении технического уровня, качества и долговечности сельскохозяйственной техники и широкого внедрения научно-технических достижений, направленных на повышение эффективности ее использования. При этом необходимо повысить производительность тракторов в 1,5... 1,8 раза, снизить удельный расход топлива на 3...5% и довести срок службы до 8... 10 тыс. моточасов.

Важное значение в решении этих задач придается вопросам совершенствования тракторной и другой сельскохозяйственной техники, повышению

её работоспособности, технологичности и надёжности, а также улучшения тягово-динамических и экономических характеристик МТА при их комплектовании и эксплуатации в производственных условиях [7,8,10,160,161,162,209,211,212, 213, 214,225]. Однако всестороннего научного обоснования этого направления до настоящего времени нет. На большинстве технологических операций происходит перерасход топлива, увеличиваются затраты энергии и средств на единицу полученной продукции и обрабатываемой площади. Это определено не согласованностью тяговой характеристики трактора и агрегатируемых сельхозмашин по рабочим скоростям движения и, как следствие, отсутствием оптимальной загрузки двигателя по тяге [34,104,100].

Внедрение в сельскохозяйственное производство энергонасыщенной техники привело к увеличению рабочих скоростей МТА, а значит, и к дальнейшему росту динамической нагруженности составляющих его звеньев.

Возросли колебания крюковой нагрузки относительно среднего значения до 30...35%, что привело к появлению негативных явлений во взаимодействии ходовой системы трактора и почвы.

Чем выше энергонасыщенность МТА и выше тяговый класс трактора, тем более значительны потери от недоиспользования потенциальных возможностей агрегата на высоких скоростях работы. Таким образом, повышение рабочих скоростей и увеличение энергонасыщенности, достигнутые к настоящему времени, привели к необходимости разработки научных основ повышения использования потенциальных возможностей МТА.

Интенсификация рабочих процессов, выполняемых машинно-тракторными агрегатами в сельском хозяйстве, вызвала не только рост средней нагрузки на крюке, но и снизила уровень использования номинальной мощности двигателя.

Устранение негативных явлений повышения рабочих скоростей неразрывно связано с необходимостью разработки оригинальных устройств, обеспечивающих качественное использование новой техники. При этом названная проблема не ограничивается снижением эксплуатационных показателей МТА, а приводит к росту динамических процессов [52,87] во всей цепи передачи мощности к рабочей

машине. Данное обстоятельство усиливает необходимость разработки устройств, снижающих неравномерность нагружения тракторов в составе МТА с целью повышения уровня эффективности использования мощности двигателя.

Снижение динамических нагрузок в трансмиссии машинных агрегатов путём совершенствования конструкций тракторов является значительным резервом и в повышении их долговечности [193]. В связи с этим, защита трансмиссии и ходовой части трактора от динамических нагрузок является важной проблемой, решение которой приведет к росту производительности, долговечности и надежности работы машинно-тракторного агрегата (МТА).

Достижение необходимой долговечности трансмиссии и повышения производительности МТА, при одновременном снижении расхода топлива и улучшении условий труда механизатора, тоже может быть обеспечено стабилизацией нагрузочных режимов как на установившемся режиме работы МТА, так и на переходном режиме разгона путем введения в трансмиссию эластичных элементов [158,159,170,174].

Использование эластичных элементов в трансмиссии колесных тракторов позволило существенно повысить эффективность их работы. Так, производительность повысилась на 8,5...17,7%, расход топлива снизился на 11...21%, а долговечность трансмиссии повысилась в 2...3 раза [149,216]. Достигается данный эффект как за счет стабилизации нагрузки (повышения вероятности работы на средней нагрузке), так и за счет снижения величины максимальных динамических нагрузок.

Вместе с тем, степень изученности воздействия упругих элементов на работу машинно-тракторных агрегатов при установке их в начальном звене (муфте сцепления) механической трансмиссии достаточно невелика. Возникает актуальная проблема совмещения упругих приводов с гасителями колебаний, то есть их использование с дополнительным демпфированием, способствующее значительному увеличению надежности и долговечности машин, а также получению равномерности скорости движения энергонасыщенных МТА. Поэтому для защиты трансмиссии от колебаний, возникающих в систе-

ме двигатель - трансмиссия, рассматривается влияние пневмогидравлических упруго - демпфирующих элементов силовой передачи на снижение колебаний валов трансмиссии и двигателя, а также на качество выполнения технологических процессов машинно-тракторным агрегатом.

Непосредственно к этой проблеме относится и задача исследования представляемой работы - создание теоретических основ оптимизации параметров устройства моторно-трансмиссионной установки сельскохозяйственного трактора, обеспечивающей бесфрикционное соединение двигателя с движителями трактора и обладающей упругими свойствами стабилизации режимов при установившемся движении и фиксированном времени приведения его в рабочее состояние

Работа выполнена в соответствии с федеральной программой «Развитие АПК», задание 09 - «Разработать высокоэффективные машинные технологии и технические средства нового поколения для конкурентоспособной сельскохозяйственной продукции, энергетического обеспечения и технического сервиса сельского хозяйства»; программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006-2010 г.г. Российской академии сельскохозяйственных наук; программой научных исследований, выполняемых ФГБОУ ВПО «Волгоградский ГАУ», «Комплексное решение проблемы развития АПК Нижнего Поволжья на основе инновационных технологий в условиях глобального изменения климата», задание 08 - «Техническое оснащение хозяйства, возможные технологические и технические решения для отраслей Нижнего Поволжья», раздел 05.20.01 - «Стабилизация режимов работы скоростных машинно-тракторных агрегатов», а также тематических научно-прикладных программ Комитета по сельскому хозяйству администрации Волгоградской области и ФГБОУ ВПО «Волгоградский ГАУ».

Цель исследований - стабилизация режимов работы МТА использованием пневмогидравлической муфты сцепления путем снижения динамических нагрузок в трансмиссии трактора и гашения резких колебаний крюковой

нагрузки при разгоне и установившемся движении.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

- разработать механизм для установки в трансмиссию колёсного трактора с пневмогидравлическим упругим элементом, сочетающий в себе свойства муфты сцепления и упруго - демпфирующего элемента силовой передачи;

- обосновать методику теоретического определения жёсткости и оптимальных параметров пневмогидравлического упругого элемента;

- обосновать оптимальные параметры пневмогидравлического аккумулятора (ПГА) пневмогидравлической планетарной муфты сцепления путём имитационного моделирования;

- выполнить экспериментальные исследования по выявлению влияния конструктивных параметров пневмогидравлического упругого элемента, а также типа его характеристики на эксплуатационные и динамические показатели МТА при установившемся движении;

- составить математическую модель разгона, эквивалентную колёсному МТА, для оптимизации параметров планетарной муфты сцепления с пневмогидравлическим упругим элементом и проверить адекватность математической модели реальному процессу разгона в экспериментальных условиях;

- изучить влияние пневмогидравлической планетарной муфты сцепления в процессе разгона трактора в составе МТА на эксплуатационные показатели двигателя и обосновать экономическую целесообразность внедрения предлагаемых технических решений.

Объект исследований - процесс функционирования универсально-пропашного колесного трактора МТЗ-80Л с планетарной муфтой сцепления и пневмогидравлическим упругим элементом.

Предмет исследований - закономерности и спосо�