автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Улучшение баланса мощности промышленного трактора общего назначения с гидромеханической трансмиссией путем оптимизации её параметров

ВВЕДЕНИЕ.

СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.$.¿

Глава I. УСЛОВИЯ РАБОТЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ТРАКТОРА И ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ВЫБОРУ ПАРАМЕТРОВ BIT ТРАКТОРОВ И ДРУГИХ ТЯГОВЫХ МАШИН

1.1. Условия работы промышеиного трактора общего назначения. Среднеожидаемая мощность как критерий оптимизации параметров ГМТ.

1.2. Обзор исследований по выбору параметров ГМТ тракторов и других тяговых машин.

1.3. Постановка задачи и цели исследования

Глава 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВЯЗИ СРЕЩНЕОЖИДАЕМОЙ МОЩНОСТИ С ПАРАМЕТРАМИ ШТ

2.1. Взаимосвязь критерия оптимизации с параметрами IMT и выбор оптимизируемых параметров . f:::

2.2. Оцределение связи конструктивных элементов ГТР с коэффициентами быстроходности его рабочих колес и коэффициентом трансформации на режиме трогания.::

2.3. Исследование связи среднеожидаемой мощности с оптимизируемыми параметрами. Общее решение задачи. Решение задачи оптимизации при ограничениях.; -.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ IMT И

ВЕРОЯТНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВНЕШНЕЙ НАГРУЗКИ НА СРЩЕОЖИДАЕМУЮ МОЩНОСТЬ. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОПТИМИЗИРОВАННЫХ ПАРАМЕТРОВ ШТ ПРОМЫШЛЕННОГО ТРАКТОРА ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

3.1. Определение основных расчетных зависимостей для среднеожидаемой мощности.

3.2. Влияние параметров ШТ и вероятностных характеристик внешней нагрузки на среднеожидаемую мощность.

3.3. Методика расчета оптимизированных параметров ГМТ промышленного трактора общего назначения.-Ff.wfQM

Глава 4. ЭКСШРИМЕНТАЛЪНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1. Экспершлентальные исследования тракторных гидротрансформаторов.'РЛ-.-гИ?

4.2. Экспериментальные исследования промышленного трактора общего назначения кл. 10.

4.3. Экспериментальная проверка аналитических зависимостей методики оптимизации параметров ГМТ промышленного трактора общего назначения.

Глава 5. РЖШЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ПАРАМЕТРОВ BIT

ПРОМЫШЛЕННЫХ ТРАКТОРОВ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ КЛ. 15, Т-ЗЗО, КЛ. 75.

Решения ХХУТ съезда КПСС, июньского (1983 г.) и апрельского (1984 г.) Пленумов ЦК КПСС предусматривают дальнейшее повышение эффективности производства в народном хозяйстве СССР. Решение поставленных задач в области промышленного строительства, горнодобывающей промышленности и мелиорации невозможно без дальнейшего улучшения эксплуатационных свойств тракторов. Повышение производительности тракторов может достигаться совершенствованием его систем, узлов и агрегатов и, в частности, его трансмиссии.

Выбор типа трансмиссий зависит от специфики работы машино-тракторного агрегата. Работа промышленного трактора общего назначения характеризуется значительными колебаниями внешних нагрузок (более 100$ от среднего значения). Поэтому моторн<игрансмиссионная установка должна обеспечивать большой диапазон силового регулирования. В настоящее время на промышленных тракторах получили широкое распространение гидромеханические трансмиссии с гидротрансформатором. Црименение этих трансмиссий позволяет улучшить баланс мощности трактора за счет увеличения мощности, снимаемой с его ведущих колес. При этом увеличивается производительность машино-тракторного агрегата в целом за счет большей загрузки двигателя, внутренней автоматичности ГТР, увеличения плавности хода и большей надежности.

В СССР в настоящее время создаются и осваиваются в серийном производстве промышленные трактора общего назначения Т-160, кл.15, Т-330, кл. 75. Разработка мощных промышленных тракторов обусловлена значительным ростом вскрышных работ, открытых разработок рудников и карьеров. Поэтому работы, направленные на улучшение баланса мощности промышленного трактора, в том числе путем оптимизации параметров 1МТ, являются актуальными.

Настоящая работа посвящена вопросам улучшения баланса мощности промышленных тракторов общего назначения кл. 15, Т-330 и кл. 75 за счет увеличения мощности на ведущих колесах, путем оптимизации параметров их 1МТ, а также разработки методики оптимизации параметров 1МТ промышленных тракторов общего назначения.

Работа выполнялась в НПО "НА.ТИ", экспериментальные исследования проводились на Уральской станции и на стендах лаборатории гидротрансформаторов НПО "НАТИ".

СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОШАЧЕНЙЯ

МТА - машино-тракторныЁ агрегат

МТУ - моторно-трансмиссионная установка

ДВС - двигатель внутреннего сгорания

ГМТ - гидромеханическая трансмиссия

ГТР - гидротрансформатор

ГМ - гидромуфта к. п.д. - коэффициент полезного действия ГТР

Л - параметр совмещения характеристик ДВС-ГТР

Ь - ширина проточной части круга циркуляции ГТР (м)

6 - безразмерный параметр проточной части круга циркуляции

1)а - активный диаметр ГТР коэффициент приспособляемости ДВС по крутящему моменту

Кп - коэффициент скоростного диапазона ДВС (по частоте вращения)

К - коэффициент трансформации крутящего момента ГТР коэффициент трансформации крутящего момента на режиме трогания

Кг - гидравлический коэффициент трансформации крутящего момента ГТР

К*- коэффициент трансформации на режиме максимального к.п.д. ГТР

Кор- действительные значения коэффициентов трансформации крутящего момента на режиме трогания

Мтах^т;*;- пределы интегрирования на I -ом участке совмещения характеристик ДВС-ГТР

14 в - крутящий момент вентиляционных потерь (Нм)

Мм- максимальное значение крутящего момента ДВС (Нм)

Мл - номинальное значение крутящего момента двигателя (Нм)

- крутящий момент на насосном колесе ГТР (Нм)

Нт - крутящий момент на турбинном колесе ГТР (Нм)

М - математическое ожидание крутящего момента на ведущих колесах трактора (Нм) - крутящий момент на ведадах колесах трактора (Нм)

Пэ - крутящий момент на коленчатом валу ДВС (Нм)

П,= П - коэффициент прямой прозрачности нагружающих свойств ГТР

Пг -коэффициент обратной прозрачности нагружающих свойств ГТР

Р, ,Р2 - значения показаний весовых устройств на стенде (Н)

Пм - частота вращения коленчатого вала ЖВС при максимальном значении крутящего момента ДВС (с )

- номинальная частота вращения ДВС (с~^) т

Н^Лц- частота вращения насосного колеса ГТР (с ) т

Пг=Пг- частота вращения турбинного колеса ГТР (с )

Пси=Г\ь— коэффициент быстроходности насосного колеса ГТР

Г\ - коэффициент быстроходности турбинного колеса ГТР

Па - частота коленчатого вала двигателя (с""*)

I - кинематическое передаточное отношение гидротрансформатора

1С.Р.- передаточное число согласующего редуктора

1ТР - передаточное число механической части трансмиссии г - кинематическое передаточное отношение на режиме максималь-^ ного к. п. д. ГТР

АИ=Я - коэффициент крутящего момента насосного колеса ГГР

- максимальное значение А

Агм - значение А при переходе на режим 1М А0 - значение А при 1=0 Я^* - значение А на режиме максимального к. п. д. ^ - коэффициент полезного действия ГГР коэффициент полезного действия согласующего редуктора

- максимальный коэффициент полезного действия

- механический коэффициент полезного действия ГГР гидравлический коэффициент полезного действия ГТР

- коэффициент полезного действия механической части трансмиссии - удельный вес рабочей жидкости ГТР (Ц/м3)

- коэффициент вариации внешней нагрузки

ГЧ/пр — приведенная среднеожидаемая мощность на ведущих колесах трактора

N - среднеожидаемая мощность на ведущих колесах трактора (кВт)

Мт - мощность на насосном колесе ГТР (кВт) н - мощность на турбинном колесе ГГР (кВт)

Мэ - экспериментальная среднеожидаемая мощность на ведущих колесах трактора (кВт)

N1 - экспериментальное мгновенное значение мощности на ведущих колесах трактора (кВт)

N - значение мощности на ведущих колесах трактора (кВт)

- мощность на ведущих колесах трактора на ^ участке совмещения характеристик ДВС-ГТР (кВт) й - среднеквадратичное отклонение внешней нагрузки (ИМ) утол наклона лопасти насосного колеса ГТР на входе угол наклона лопасти насосного колеса ГТР на выходе угол наклона лопасти турбинного колеса ГТР на входе угол наклона лопасти турбинного колеса ГТР на выходе г1- утол наклона лопасти колеса реактора ГТР на входе угол наклона лопасти колеса реактора ГТР на выходе д угол отклонения потока рабочей жидкости за колесом реактора

Я - действительный утол наклона потока рабочей жидкости на выходе из колеса реактора

Т« - средний радиус на входе в насосное колесо ГТР (м) средний радиус на выходе из насосного колеса ГТР (м)

7.п - средний радиус на входе в турбинное колесо ГТР (м)

Ч-и - средний радиус на выходе из турбинного колеса ГТР (м)

- средний радиус на входе в колесо реактора ГТР (м) средний радиус на выходе из колеса реактора ГТР (м)

- радиус ведущего колеса (м)

I - параметр приведения внешней нагрузки

С - параметр меридианальной скорости рабочей жидкости

Ст,г- меридианальная составляющая скорости рабочей жидкости (м/с)

С* - параметр меридианальной скорости рабочей жидкости на режиме максимального к. п. д. окружная скорость рабочей жидкости на выходе из насосного колеса (м/с)

- коэффициент отклонения потока рабочей жидкости за насосным колесом

5г - коэффициент отклонения потока рабочей жидкости за турбинным колесом - параметр круга циркуляции ГТР

- ускорение свободного падения (м/<?) ц^ц, - напор рабочей жидкости, создаваемый в насосном колесе ГТР (м) ит=цг- напор рабочей жидкости, создаваемый в турбинном колесе ГТР (м) йн=Й,- безразмерный параметр напора, создаваемого в насосном колесе ГТР

ЙД- безразмерный параметр напора, создаваемого в турбинном колесе ГТР безразмерный параметр напора на режиме максимального к.п.д. и; - безразмерный параметр напора, создаваемого на турбинном колесе 1ТР = расход рабочей жидкости в круге циркуляции (м3/с)

0. - параметр расхода рабочей жидкости в круге циркуляции

СЬг^г параметр расхода рабочей жидкости на режиме максималь-= 0* ного к.п.д.

- коэффициент стеснения потока рабочей жидкости на выходе из турбинного колеса ф,г - коэффициент стеснения потока рабочей жидкости на выходе из насосного колеса

V - эмпирический коэффициент преобразующих свойств ГТР о(и - угол атаки натекания рабочей жидкости на насосное колесо ГГР о(м - угол атаки натекания рабочей жидкости на турбинное колесо ГТР о(а1 - угол атаки натекания рабочей жидкости на колесо реактора коэффициенты ударных потерь в рабочих колесах ГТР

ГПц^Дг коэффициенты приведения абсолютных скоростей к мериди-анальным

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что параметры 1МТ, влияющие на баланс мощности промышленного трактора общего назначения, взаимосвязаны. В работе выявлена связь мощности на ведущих колесах (среднеожи-даемой мощности), как элемента баланса мощности с параметрами ШТ, с учетом зависимостей между этими параметрами и закона распределения внешней нагрузки.

2. Выявлено, что среднеожидаемая мощность может быть рассмотрена как функция четырех обобщенных переменных: коэффициента совмещения, коэффициента быстроходности насосного колеса ГТР, коэффициента трансформации на режиме трогания ГТР, коэффициента приведения внешней нагрузки. Получены расчетные зависимости, устанавливающие их аналитическую связь.

3. Разработана методика оптимизации параметров ГМТ промышленного трактора общего назначения на базе критерия среднеожида-емой мощности с учетом взаимосвязи параметров 1МТ и закона распределения внешней нагрузки. Экспериментальные исследования трактора кл. 10 подтвердили правильность основных положений разработанной методики. Расхождение экспериментальных и расчетных значений среднеожидаемой мощности не превышает 4$.

4. Определены для ГТР с симметричным расположением насосного и турбинного колес уточненные эмпирические зависимости между нагружающими и преобразующими характеристиками и коэффициентами быстроходности насосного колеса и трансформации на режиме трогания, позволившие исследовать во взаимосвязи их влияние на критерий оптимизации. Стендовые исследования подтвердили эти зависимости. Уточнен реальный диапазон изменения значений коэффициента трансформации на режиме трогания Ко = 1,8.4,5 и коэффициента быстроходности насосного колеса ГТР /7^ = 70. НО.

5. Исследованиями установлено, что при увеличении коэффициента вариации целесообразно:

- применение ГТР с большими коэффициентами быстроходности насосного колеса, например, для 7/ = 0,1 использование ГТР с

П5= 77 приводит к росту приведенной среднеожидаемой мощности на &% по сравнению с ГТР, имеющим /7^ = ПО, а для г/ = 0,24 ГТР с П^ = ПО дает А/ на Ъ% больше, чем у ГТР с П^ = 77;

- использование ГТР с большими значениями коэффициента трансформации на режим трогания, например, для V" = 0,1 использование ГТР с К0 = 2,4 увеличивает среднеожидаемую мощность

N на Ъ% по сравнению с ГТР, имеющим Хо - 3,2, а для I? = = 0,24 ГТР с И о = 3,2 увеличивает N на 6% по сравнению с ГТР, имеющим Но =2,4.

6. На основании положений предложенной методики для трактора Т-330 разработан и внедрен гидротрансформатор ГТР-4802 с параметрами характеристик 2,53; К0- 3,2; /7 = 1,5; 0,912 и рекомендовано передаточное число механической части трансмиссии на рабочей передаче СТр- 102. Их применение повышает среднеожидаемую мощность на 5%. Предварительный экономический эффект от их внедрения, приходящийся на долю автора, составляет 214485 руб.

Для тракторов кл. 15 и кл. 75 на основании положений методики разработаш ГТР со следующими параметрами характеристик: кл- 15 - Л„аг 3,475; К. = 3,1; П = 1,61; ¿*= 0,91 кл. 75 - 6,043; К9= 2,4; П = 2,36; ¿>*= 0,92.

1. Аксененко В.Д.Петров A.B. Планетарные и гидравлические передачи. - М.: Воениздат, 1961. 36 О с

2. A.C. 4I33I8. Гидротрансформатор /Ф.Черпак, Б.Шохрин и др. -Опубликовано в БИ, 1974, № 4.

3. A.C. 459630. Комплексный гидротрансформатор /Ф.Черпак, Б.Шох-рин и др. Опубликовано в Ей, 1975, $ 5.

4. A.C. 464734. Комплексный гидротрансформатор /Ф.Черпак, Б.Шох-рин и др. Опубликовано в ЕИ, 1975, № II.

5. A.C. 759784. Гидротрансформатор /Ф.Черпак, Б.Шохрин и др. -Опубликовано в Ей, 1980, В 33.

6. A.C. 77I39I. Гидротрансформатор /Ф.Черпак, Б.Шохрин и др. -Опубликовано в Ей, 1980, № 38.

7. Алексеева Т.А. Гидропривод и гидроавтоматика землеройно-транспортных машин. М.: Машиностроение, 1968, 146 с.

8. Алексопольский Д. Я. Гидродинамические передачи. М.: Машгиз, 1963, 271 с.

9. Анилович В.Я., Барский И.Б., Кутьков Г.В. Динамика трактора.-М.: Машиностроение, 1973, 2. SO с.

10. Анилович В.Я., Водолажченко Ю.Т. Конструирование и расчет сельскохозяйственных тракторов. Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1976, 455 с.

11. Антонов A.C., Машдович Е.И., Новохатько И.С. Гидромеханические и электромеханические передачи транспортных машин. -М.-Л.: Машгиз, 1963, 351 с.

12. Анохин В.И. Применение гидротрансформаторов на скоростных гусеничных сельскохозяйственных тракторах. М.: Машиностроение, Шз, 304 с.

13. Анохин В. И., Трусов С.М., Шаров М.А., Иванов A.A., Дьячков Г. А.0 выборе основных параметров гидромеханической трансмиссии скоростного гусеничного сельскохозяйственного трактора. М. :Тракторы и с.х. машины, 1967, В 10. C.23-2G.

14. Антонов A.C., Григоренко Л.Б., Новохатько И.С.Гидродинамические передачи транспортных машин. Л.: ВАТТ, 1959, 351 с.

15. Арсеньев Е.С. Исследование работы моторно-трансмиссионных установок транспортных и тяговых машин на неустановившихся режимах. Автореф. дис. канд.техн.наук, Л.: 1965.

16. Барский И.Б. Конструирование и расчет тракторов. М.: Машиностроение, 1968, 376 с.

17. Баловнев В.И., Кудайбергенов Р.К., Яркин A.A. Определение производительности бульдозера при его проектировании. М.: Строительные и дорожные машины, 1973, ß 12. /5"-/f?ct

18. Анилович В.Я., Водолажченко Ю.Т. Конструирование и расчет сельскохозяйственных тракторов. Справочное пособие, М.: Машиностроение, 1976, 455 с.

19. Брацлавский Е.Л. Гидротрансформаторы в приводах отечественных и зарубежных строительных и дорожных машин. М.: ЦНИИСтрой-дормаш, 1968, 255 с.

20. Бронштейн И.Н., Семиндяев К.А. Справочник по математике. -М.: Машгиз, 1961, 608 с.

21. Вольф М. Гидродинамические муфты и трансформаторы. Расчет и конструкция. М.: Машиностроение, 1967, 320 с.

22. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Физматгиз, 19

23. Веледницкий Ю.Б., Яркин A.A. Режимы нагружения бульдозера на тракторе класса 15 т. М.: ВНИИСДН, Труды института, выпуск В 47, 1970, с. 47-54.

24. Гавриленко А. Б., Семичастнов И.Ф. Гидродинамические муфты и трансформаторы. М.: Машиностроение, 1969, 392 с.

25. Гинзбург Ю.В. Особенности тяговой динамики и тягового расчетагусеничного трактора-бульдозера с гидромеханической трансмиссией. Автореф. дис. канд. техн.наук, Челябинск, 1971.

26. Грянко Л. П. Исследование влияния выходных углов насосной лопасти гидротрансформатора на характер потока в круге циркуляции. Изв. вузов, Энергетика, 1961, № 4, с. 103-108.

27. Гурьев В. П. Испытания гидравлических машин. Л.: Госэнерго-издат, 1953, 214 с.

28. Горбунов П. П., Черпак Ф.А., Львовский К. Я. Гидромеханические трансмиссии тракторов. М.: Машиностроение, 1966, 447 с.

29. Горбунов П.П., Черпак Ф.А. Выбор типа и параметров гидротрансформаторов для механических тракторных трансмиссий. Сборник

30. Автоматизация режимов работы тракторных трансмиссий". М.: ЦИНТИАМ, 1963, с. 6-16.

31. Гордеев A.C. Исследование проточной части гидродинамических трансформаторов. М.: Транспорт, 1963, Труды МИИТ, $ 175, с. 5-35.

32. Злотник М.И., Кавьяров И. С. Трансмиссии современных промышленных тракторов. М.: Машиностроение, 1971, 248 с.

33. Довжик В. Л. Исследование совместной работы двигателя и гидротрансформатора промышленного трактора. Автореф. дис.канд.техн.наук, Челябинск, 1975 г., 28 с.

34. Довжик В.Л., Злотник М.И., Черпак Ф.А. Оптимальные нагружающие характеристики гидротрансформаторов промышленных тракторов. М.: Тракторы и сельхозмашины, 1974, № I, с. 19-22.

35. Злотник М.И. Разработка основных предпосылок, создание и исследование опытного образца гидромеханической трансмиссии трактора класса 6 тонн. Автореф. дис. канд.техн.наук, Челябинск, ЧПИ, 1966, 26 с.

36. Злотник М.И., Кавьяров И. С., Магарилло Б. Л., Позин Б.М.

37. О выборе рабочих передач промышленных тракторов. М.: Тракторы и сельхозмашины, 1969, № I, с. 17-18.

38. Забавников И. А. Основы теории транспортных гусеничных машин.-М.: Машиностроение, 1968, 396 с.

39. Ильин Ю.Н. Некоторые вопросы проектирования и экспериментального исследования турботрансформаторов.- Коломна, Труды ВНИТИ выпуск 13, 1961, с. 3-52.

40. Изучение работы тракторов, агрегатируемых с основными видами строительно-дорожных машин. М.: Труды НАТИ выпуск 189, 1967, с. 3-54.

41. Кавунов В.В. Исследование тяговой характеристики колесного промышленного трактора с гидромеханической трансмиссией в бульдозерном агрегате. Автореф. дис. канд.техн.наук, 22 с.

42. Кацнельсон Д.Э. Основные принципы выбора оптимальных параметров комплексных гидротрансформаторов для трансмиссий тяжелых автомобилей высокой проходимости. Автореф. дис. канд. техн. наук, Минск, 1970, 24 с.

43. Кавьяров И.О., Позин Б.М., Саматов Ю.П. Зависимость производительности тракторных агрегатов от удельных параметров тракторов. М.: Тракторы и сельхозмашины, 1966, & 10, с. 9-10.

44. Колесов В.А. Влияние совмещения характеристик гидротрансформатора и двигателя внутреннего сгорания на основные показатели силовой установки. Л.: Мажгиз. Выпуск ЕГО, кн. 52,с. 73-80.

45. Кочкарев А.Я. Гидродинамические передачи. I.: Машиностроение, 1971, 336 с.

46. Кочкарев А.Я. Методика обработки материалов по испытанию гидропередач. М.-Л.: Машгиз, Труды ЛПИ J& 193, 1958, с. 75-86.

47. Кочкарев А.Я. Гидродинамические передачи. Л.: ЛШ им. Калинина, 1961, 143 с.

48. Крюков А.П. Опыт работ по проектированию, изготовлению и испытанию гидротрансформаторов. Гидродинамические передачи. -М.: Машгиз, НТО Машпром, кн. 52, 1959, с. I08-II4.

49. Кудрявцев А.П. Проектирование, постройка и испытания гидравлических турбопередач. М.: Машгиз, 1947, 237 с.

50. Курдель И.А. Исследование некоторых вопросов работы гидродинамических передач и движения городских автобусов с гидромеханическими трансмиссиями. Автореф. дие. канд.техн.наук, МАМИ, 1965, 22 с.

51. Кудрявцев Я.Б. Исследование лопастных гидротрансформаторов с центробежной турбиной и цилиндрическими лопатками. М.: Труды МНИТ, выпуск $ 141, 1961, с. 69-100.

52. Кудрявцев Я.Б. Расход жидкости в гидротрансформаторах, как функция параметров рабочих колес. Вестник ВНИИЖТ, 1963, № 6, с. 28-31.

53. Кузьмин Г.Л., Гордеев A.C. Аналитический расчет непрозрачного гидротрансформатора. М.: Труды МИИТ $ 128, i960, с. 77-91.

54. Куликов А.К. Определение оптимальных режимов работы двигателя внутреннего сгорания с гидротрансформатором. М.: Автомобильная промышленность, 1953, № 2, с. 10-12.

55. Лаптев Ю.Н. Автотракторные одноступенчатые гидродинамические трансформаторы. М.: Машгиз, 1963, 219 с.

56. Ломакин A.A. Центробежные и осевые насосы. М.-Л.: Машиностроение, 1966, 364 с.56,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66,67