автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Влияние кинематических и динамических качеств объемного гидропривода ходовой части трактора на тяговые и эксплуатационные показатели

п о ин

- г. ^опт - 5 ДПР ^ЮФ&ОВСКИЙ АВТОМОШШО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Панасекко Станислав Максимович

ВЛИЯНИЕ КШШДАПИВСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ ОБШШОГО ГИДРОПРИВОДА ХОДОВОЙ ЧАСТИ- ТРАКТОРА НА ТЯГОВЫЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

05.05.03 - автомобили и тракторы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Харьков-1992

Работа выполнена на Харьковском заводе тракторных самоходных шасси и кафедре "Тракторостроение" Харьковского политехнического института им. Б.И. Ленина.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки и техники Украины, доктор технических наук, профессор кандидат технических наук, доцент

Коденко М.Н.

Лебедев А.Т. Шепеленко И.Г.

Ведущая организация - Украинский научно- исследовательский институт сельскохозяйственного, машиностроения (УкрНИИСХСМ).

Защита диссертации состоится "/■¿Г" <Я.ЯР & 1993 г. в 14-00 на заседании специализированного Совета К 068,12.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук Харьковского авг омо бильно -дорожного института по адресу: 310078, г, Харьков, ул. Петровского, 25.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ХАДИ.

Автореферат разослан " 1593 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат' технических наук, доцент

И.В. Дощечкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕШСТККА РДБОШ

Актуальность теш. Одним из перспективных направлений совершенствования конструкций тракторов, создания высокоэффективной техники а новых видов транспортных средств является применение объемных гидроприводов (ОШ) в качестве привода ведущих колес ходовой системы. Или создания средств малой механизации в настоящее время проводятся работы по освоению гибких производственных систем на основе модуль-шх энергетических средств (МХ) мощностью 18...24 кВт, которые ис-юльзуются для механизации работ в овощеводстве, животноводстве, се-гекпжя, перевозке сельскохозяйственных (СХ) грузов и др. Такие жест-ю соединяемые энергетические и технологические модули найдут широ-сое применение при использовании ОШ ведущих колес.

Б последние года в стране и за рубежом уже выявлена техническая [ экономическая целесообразность применения ОШ. Вместе с тем, при :спытаниях тракторов и самоходных машин по различным схемам ОШ хо-;овой части в сравнении с механическим приводом наблвдаются случаи худшения тягово-сцепных показателей. Поэтому к числу основных пробей изучения динамики X модно отнести вопросы исследования тягово-цеиных качеств МТА при использовании гидропривода в трансмиссии,оп-еделения влияния неустановившихся нагрузок и крутильных колебаний а процесс взаимодействия колесного движителя с грунтом.

Теоретические вопросы взаимодействия колесного движителя с рунтом при динамических нагрузках мало исследованы, а работ по ис-педованию влияния кинематических и динамических качеств ОШ на тя-эвые и эксплуатационные показатели трактора вообще не имеется.

Актуальность исследования определяется тематикой отрасли в соот-;тствии с програмными документами и комплексным прогнозом развития эакторного машиностроения на 1991-2010 года.

Целью работы является повышение производительности тракторного фрегата путем выбора типа гидромашин, динамических показателей обь-лного гядропр1вода к движителям ведущих колес и улучшения тягово-

сцепных качеств.

Объект исследования. Опытные самоходные шасси: Ш-104М с полнопоточным объемным гидроприводом и встроенными в движители высокоыо-ментными гидромоторами с редукцией момента; СШ-28Г с полнопоточным ОГП и низкомоментнш гидрокото ром с последующей редукцией момента посредством механической передачи; самоходное шасси Ш-06 (СШ-28) с механической трансмиссией; а также 0П1 трансмиссий и их гидромашин]

Методика исследования. Определение тягово-сцепных качеств колесного трактора с ОГП на основе изучения его динамики и физическо: сущности взаимодействия колеса с грунтом при приложении динамическ нагрузки на крюке и динамических возмущений трансмиссии и контроля углового ускорения движителей. Разработанная методика вибрационных испытаний, имитирующих взаимодействие ведущие колес с грунтом, поз волила исследовать характер сдвиганцих усилий.

При разработке вопросов влияния кинематических и динамически* качеств ОШ ходовой системы трактора на тяговые и эксплуатационные показатели использованы математические методы дифференциального, в тегрального и операционного исчисления для решения дифференциальна уравнений в общем виде.

Выполнено моделирование переходных процессов с учетом систем! нелинейных дифференциальных уравнений; ехсперименталыше исследош ния в лабораторных и полевых условиях проведены с использованием современной измерительной и вычислительной техники. Исследовсние т ретических вопросов динамики взаимодействуя ведущего колеса с груз том базировалось на основе положений теоретической механики, мето; теории автомобиля н трактора, автоматического регулирования и ост глдравлики.

Научная новизна работы заключается в том, что: получено изм нениа буксования ведущих колес от вабродинамического воздействия грузки на МТА и его составные элементы в виде переменной нагрузки крюке, кинематического везиущекня гидропривода и свободных колеба

асс; установлено, что величина утлового ускорения ведущего колеса рвхтора при неустановившемся характере нагрузки является определяв-ей в изменении буксования и зависят от типа я конструктивных осо-енностей гидропередачи; разработаны математическая модель исследо-ания тягово-сцепннх качеств тракторов, методика и измерительный омшгекс для лабораторно-полевнх исследований тракторов, позволяющих дошить совершенство трансмиссии к оценить эксплуатационные показа-елк; получены основные тягозо-динамические н эксплуатационные пока-атели СХ колесных тракторов с ОГО на стациях проектирования и про-эдения хозяйственных испытаний; предложена конструкция датчика угло-эго ускорения катящегося колеса для оценки тягово-сцепннх качеств и эзданн опытные образцы самоходных шасси класса 0,6 с различныт ти-зми 0П1 тракторных трансмиссий.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Проверенные исследования является составной частью комплексной програм-1 научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ отрасли ) созданию самоходных шасси, его модификаций и модульных энергети-гских средств. Получена теоретическая зависимость изменения буксо-шжя от анплнтудшх значений ускорений грунтозацепов. Разработаны шенеряые методы н средства теоретических и экспериментальных иссле-)ваяий определения влияния кинематических и динаигческах качеств П ходовой части трактора на тяговые и эксплуатационные показатели, вводящие на всех этапах создания и освоения машин оценить эти ка-ютва, определить их влияние на тяговые свойства движителей, сокра-ть срохя исследований путей решения задач на моделях.

Разработан, изготовлен и внедрен на Харьковском заводе трактор-х самоходных шасси (ХЗГСШ) комплекс стендов для всесторонних иссле-ваний полнопоточных объемных гадропередач. Результаты конструкторс-х, научно-исследовательских и экспериментальных работ использованы упгаж производственными объединениями, а также в трудах советских зарубежных исследователей. Отдельные конструктивные элементы заща-

щены авторскими свидетельствами и реализованы в народном хозяйстве:

- по а.с. № 215671 на Уфимском моторостроительном заводе (Минавто-

7

пром СССР); в тресте "Татбурнефть" (Миннефтепром СССР); Красноуральс-

ком медекомбинате, Днепропетровском титано-магниевом заводе (Минцвет-

мет СССР); Таллиннском фанерном заводе, Нарвской мебельной фабрике

\

(Минлесбумпром ХСР); Рижском лакокрасочном заводе (Минлакпром Латв. ССР); Кировском заводе (Миноборонпром); объединении "Красный треугольник" (Миннефтехимпром); организация п/я (Минрадиопром);

- по а,с. Уе 300697 на предприятии п/я Г-4807 г. Новосибирска;

- конструктивные решения по а.с. № 224311, 215671, 300697,1304509 внедрены на ХЗТСШ в тракторах с 0ГП и в гидравлических схемах испытательных стендов. Организации указаны в структурах бывшего СССР.

Разработанные в диссертации рекомендации и методические положения, а также результаты исследований использованы ХЗТСШ и УкрНШСХОМ.

Апробация работы. Основные положения работы и отдельные её разделы докладывались на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, сотрудников и аспирантов^а кафедрах гидромашин и тракторостроения ХШ1; на научно-техническом совещании "Гидравлический привод и гидравлическая система управления тракторов и СХ машин"(г. Москва, 1970г.); на научно-технических семинарах: "Перспективы гидропривода на самоходном шасси"(г.Харьков, 1978г.), "Пути создания специализированных конструкций тракторов на базе СХ тракторг ТЛ-28 и самоходного шасси СШ-28"(г. Харьков, 1981г.); научно-технических конференциях: "Перспективы развития тракторных самоходных шасси в XI пятилетке"(г. Харьков, 1980г.); "Перспективы развития тракторных самоходных шасси и повышение эффективности использования их в сельском хозяйстве'Чг. Харьков, 1982г.); "Перспективы развития тракторных самоходных шасси с целью дальнейшего повышения их техническое уровня й эффективности использования в сельском хозяйстве"(1984г.}др

Диссертационная работа также заслушивалась на заседаниях кафедр "Тракторостроение" ХПИ им. В.И„ Ленина (1991г.), "Автомобили" ХДЩ

им. Комсомола Украины (1992г.), обсуждалась на кафедре "Тракторы и автомобили" ХИМЭСХ (1991г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 19 пе-гатных работах, в 'числе которых 4 а.с. на изобретение, а также две научных работы, находящиеся в печати.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав,выводов , списка использованной литературы и приложений. Содержит «« страниц машиногисного текста,?s страниц с рисунками, таблицами, графиками. В списке использованной литературы приведено/3)'наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрено применение ОШ на тракторах, сэмоход-1ых шасси и СХ машинах, их преимущество и недостатки при использова-ши в силовом приводе движителей, рассмотрены типовые схемы отечест-)енннх и зарубежных ОШ трансмиссий и применяемые гидромашины. Лите->атурный обзор включает также изучение состояния вопроса, эксперимен-■альные работы и теоретические исследования тягово-сцепных свойств •ракторов с ОШ в трансмиссии при воздействии статической и динами-:еской нагрузок с учетом кинематических возмущений в силовой цепи.

Исследованию динамических качеств тракторов и агрегатов посвя-;ены работы В.П. Аврамова, В.Я. Аниловича, U.E. Барского, Н.Ф. Боча-ова, H.A. Забавникова, Г.М. Кутькова, В.Ф. Платонова, Я.Е. Фароби-а и др. Оптимизация параметров и режимов работы энергетических редств рассмотрена в работах А.Б. Гредескула, В.В. Гуськова, С.С. митриченко, М.Н. Коденко, В.И. Красненькова и др.

Достоинства полнопоточного ОШ применительно к тракторам общего азначения раскрываются в работах Ю.А. Беленкова, В.В. 1уськова, .И. Городецкого, Л.И. Гром-Маздичевского, А.Т, Лебедева, В.Н. Про-офьева, И.Н. Серебрякова и др., а также изложены в трудах НА1И.ВИМ, 4СХСМ, ХПИ и др. Показано, что достоинства ОШ в наиболее полном ви-з'реализуются в случае применения гидромоторов, встроенных в движи-

тели трактора.

Проведенные лабораторно-полевые испытания экспериментальных тракторов ПАЛИ, ЛТЗ, ХЗТСШ, ШИМЭСХ, института СХ техники (Англия) показали повышенное буксование колес тракторов с ОГО в сравнении с механическим. В то же время институтом СХ техники в Лейпциге (Германия) и МТЗ отмечается снижение буксования, что подтверждает мнение < влиянии типа и параметров трансмиссии, гидромашин и характеристик рабочих жидкостей на тяговые свойства самоходных машин.

Исследованию динамических качеств OIE общего назначения посвящены работы В.H. Прокофьева, Т.М. Башты, Б.С. Гамынина, В.А.Хохдова М.Гийона, ЭЛьгаса, Х.Стерна, Дж.Л .Шерера и др.

Анализ работ по взаимодействию ведущих колес с поверхностью по называет, что многие исследователи устанавливают функциональную зависимость между деформациями грунта и действующими силами. Такие ис следования проведены Я.С.Агейкшшм, В.Ф.Бабковкм, М.Г.Беккером, В.В.Гуськовыы, В.В.Кацыгиным, Е.ДДьвовым,Г.ц. Покровскин'.:.. и др.

Однако в указанных работах не учитывается динамическое воздейс ше нагрузки на ведущее колесо. Так, например, определяющим парамет ром изменения показателей тягово-сцепных качеств трактора с 01П является передаточное число, изменение которого вызвано кинематичест ш параметрами гидромашин в следующем виде:

С = Fkvy>//?fsin/zyin(p+A/!j , (I)

где f , F - площади порешей насоса и гидромотора; п - радиус paenoj

в тч .

жения поршней в роторе насоса;2Г2£,и£ Sîsi(P**J3J-параметры, влияющие на угловые колебания колеса; £ - угол наклона шайбы насоса.

Теоретические исследования по оценке тягово-сцепных свойств движителей при динамическом воздействии неустановившейся нагрузки проводились А.Т.Болтовым, В.А.Ворониным, Г.И.Кобелевым, Й.Рогом, А.К.Гургиевым и др. Опыты в строительной механике Д. Д. Баркана, И .А. Савченко, В.А.Ершова, Н.Д.Красникова, К.А.Цытовича подтвердили пре имущественное снижение прочностных свойств грунтов при переменной

:агрузке.

Основным обобщающим параметром вибрационного характера воздейст-ия нагрузок со стороны дншштеля машины на грунт, характеризующим лаяние нагрузки на грунт, принята величина ускорения,/ =/\ыяпшЪ , авясящая от частоты со и амплитуды /7 колебаний. Исходя из наших сследований, выполнена теоретическая работа чехословацкого ученого •Рога, в которой отмечается, что такие исследования проводились шпь в СССР. В работе Й.Рога не рассматривался процесс взаимодейст-ия колеса с грунтом нарушенной структуры, отсутствует описание ха-актера движения .колеса и др.

Анализ работ многих исследователей показывает перспективность рашенения ОШ на тракторах, однако это требует повышения КПД сюю-эй передачи и снижения буксования движителей. На тягово-сцепные по-азатели влияют амплитуда и частота колебаний нагрузки и кинематика вяжвяия колеса, характеризухщаяся неравномерным его вращением.

. На основании анализа литературных источников по результатам зоретгческих и экспериментальных исследований тягово-сцепных ка -¡ств энергетических средств с 0П1 цри неустановившейся нагрузке,ти-)внх схем, применяемых гидромашин и силовых передач предусматривает-г решение следуидас основных задач данного исследования:

- проведение теоретических исследований по выявлении основных за-»нонерностей, описывающих взаимодействие ведущих колес трактора с унтом при неустановившихся нагрузках;

- разработка математической модели ЫТА, возводящей имитировать ¡боту на различных режимах загрузки. При разработке математической дели учесть мнохомассовув систему, крутильную жесткость, демпфиро-яиа деталей и узлов силовой передачи в особенности гидропривода;

- исследование на математической модели колебательных процессов жителей на установившемся и неустановившемся режимах работы трак-ра, о учетом взаимодействия ведущих колес с грунтом при вибродина-ческом силовом воздействии;

- исследование динамической системы трактора с объемным гидроприводом ходовой части;

- определение необходимых параметров динамической системы для теоретических и экспериментальных исследований, создание измерительного комплекса для выявления совершенства тракторов с ОШ движителей;

- экспериментальные исследования тягово-сцепных качеств тракторов с целью подтверждения теоретических предпосылок и получения данных для оценки достоверности математической модели;

- на основании проведенных исследований выработать рекомендации обоснованного выбора рациональных параметров элементов гидроприводов трансмиссии, обеспечивающих снижение потерь, динамических нагрузок в улучшение тяговых и эксплуатационных показателей трактора.

Во второй главе определена эквивалентная динамическая модель трактора с ОШ и составлена расчетная схема, изложена методика, результаты моделирования и исследований на АВМ процессов взаимодействия движителей трактора с грунтом при установившемся движении и неустановившемся характере нагрузок внутренних возмущений и изменений тягового сопротивления. Изучены амплитудно-частотные характеристики угловых ускорений движителей и их влияние на тягово-сцепные показатели.

Структура динамической схемы несвободной механической системы устанавливается на основе анализа дифференциальных уравнений, описывающих поведение системы и её элементов в зависимых обобщенных координатах. Для исследования процессов, происходящих в тракторных агрегатах в условиях эксплуатации, и определения влияния кинематических параметров и динамических качеств ОШ трансмиссии на тяговые и эксплуатационные показатели представляем трактор в виде многомассовой динамической системы с безынерционными упругими связями. На рис. I показана расчетная схема с гидравлическими связями двухпоточной силовой передачи тракторной трансмиссии.

Ufa составлении уравнений движения масс принятой динамической системы сделаны допущения, что упругие связи в элементах силовой пе-

дачи линейные, зазоры в шшцевых соединениях отсутствуют, связи зтемы стационарны и голономны.

{ез *

Рис. I. Расчетная схема силовой передачи тракторного агрега-та'.Мд ,Мн 'Му > Мс - моменты двигателя, гидронасоса, гидромотора, сцепления движителя трактора с грунтом, сопротивления; , .72, . ~ приведенные моменты инерции сосредото-

ченных масс двигателя, вспомогательных гидроагрегатов, насосов и гидромоторов, ведущих колес, поступательных масс трактора и МТА;

У/» Яг»у'з » $ • Уч »• Рт • !Р<г' У6 ~ Угловые перемещения сосредоточенных масс; , , е/,, • Рц ~ податливости участков валопро-водов; I - коэффициенты демпфирования участков.

В общем случае движение масс принятой динамической системы

иснвается следующей системой дифференциальных уравнений:

'гфг -

№ - =О ;

* (К-Ур/?™ = '

+ (гт-Гб)/е*е. = -О^Л/у, ; (Ю)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8) (9)

л г* &) * А» +

+ - <Рв]/е*в = - ; (II

Зб ¥>6 ~ Мр - "с , (12

где/1 - давление в гидросистеме- КПД насоса и гвдромотор! В качестве, обобщенных координат приняты угДы поворота валовде и да ление р. рабочей жидкости гидропривода. Момент двигателя/^ принимается постоянным.

Тяговый баланс изменяемой части сил колесного трактора с учет неустановившегося характера тяговой нагрузки рассматриваем в виде

. (13

где Р* - касательная сила;/'«-/. - сила тягового сопротивления ;£-ве< трактора; ]к - приведенный момент инерции вращающихся деталей к ос: ведущего колеса; - скорость трактора;«*' - угловая скорость колеоа

Анализ указанного уравнения доказывает, что при воздействии в нужденных колебаний тяговой нагрузки происходит колебание касазель ной силы тяги и возникаю касательные силы инерции движителей и си инерции поступательно движущихся масс трактора. С другой стороны, и менение касательной силы тяги под действием вынужденных колебаний привода ходовой части приводит к возникновению инерционных сил и к лебаний тяговой нагрузки.

Изменяемая часть касательной силы тяги зависит от следующих п казателей 4РК = {(/!, и),£Щ>г|Г*Л/#>*Ж и пропорциональна изменению угловой скорости ведущего колеса со . при условии А(* •РкЫ^К ~ .'

Момент сцепления движителей с грунтом определяется с учетом виброданомического воздействия вовцущапцих нагрузок и изменяемой скорости вращения колеса по форцуле

Мр = [тгУ, х 1и

* ехр£-~Съ(/рг - <рс/)г<] где/77 - коэйициент насыщенности рисунка протектора шины; 4 - нормальное давление шиш на грунт; С - связность грунта; <р - угол

¡нутреннего трения грунта; Р0 - площадь контакта; - показатель,зависящий от вида грунта; 6 сдвиговые характеристики; ради-с колеса; (рс - ускорение, при котором колебания нагрузки не влияет 1а прочностные характеристики грунта; ¿¿г - постоянный коэффициент, ;арактеризунций физико-механические свойства грунтов; £ -количест-ю грунтозадепов, находящихся в зацеплении.

Момент сопротивления движение определялся в зависимости от ско-юстя трактора. Сцепные качества движителей при динамическом нагру-:ении сравниваемых тракторов оценивались следующей зависимостью

При составлении уравнений движения объемного гидропривода ходо-ой системы трактора учитываются параметры гидромашин, влияющие на иловые показатели взаимодействуя колеса с грунтом, сжимаемость ра-очей жидкости с учетом деформации гадролиний и наличия газовоз душой смеси в ней, утечки, вязкость, объемы гадролиний и КПД гвдрома-ин, скорость изменения давления, а также конструктивные элементы, ияематические возмущения гидропривода оценивались степенью неравно-ерности подачи гидромашин а крутящего момента гидромоторов. Получе-ы составляющие дифференциальных уравнений для гидронасоса НАР-53 в иде <р * = 0,511 лр + 2,83 - 20° £ <р ^ 20°; гид-

омотора МГ-265Т £ = а + ву> = 18,55 + 3,044</> . В аксиально-эрпневом насосе исключена неравномерность от силового шарнира. Ав-эроы разработан и установлен в конструкции гидромаиины гаперболожд-& шарнир равных угловых скоростей.

В лабораторных условиях определялись объемы гидролиний нагнета-га У , объемный модуль упругости рабочей жидкости £ , коэффициент ропощиональности утечек £ , а также определялись частоты колебаний 1ешнего сопротивления и кинематических возмущений гидропривода от 1гового усилия Ркр и величины буксования ведущих колес 6 .

На рве. 2 представлен график изменения частот вынужденных коле-шхй разных гармоник в соответствии с выражением

ы = зо1вМ> (/-$)/■%рх/> гкд , (16)

где Л»- коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей гидро-машны; КПД привода;р."- частота свободных колебаний, и график частот неустановившейся тяговой нагрузки

/77*— МеуугЛ-У/Р«'* , (I?)

где & - длина волны переменного сопротивления нагрузки.

ш, гч Л

4а

Л? 2с га

\ 9-г /

\

£

4,/ «2 <р 4* <Г 4 ! Я <в Р<рК#

т, гч

ля

4о

за го га

0 е,1 <¡2 с>з ',4 в 4 г я

Рис. 2. Изменение частоты колебаний ведущих колес самоходного шасси от тятового.усилия и буксования ведущих колес: а- кинематические воздействия гидромотора; б- внешние гармонические колебания

Моделирование динамики тракторного самоходного шасси и решение системы дифференциальных уравнений осуществлялось на аналоговом вычислительном комплексе, состоящем из 2-х связанных ыевду собой аналоговых ЭВМ типа МН-1Ш. В результате решенжя получены амплитудно-частотные характеристики в различных решмах работы и изменяемых па раметрах трактора углового ускорения ведущих колес. Используя динам: ческую модель в заданном нагрузочном режиме, отрабатывалось определ ние влияния качеств ОГО на колебательные процессы и характер измене ния углового ускорения движителей при неустановившейся нагрузке.

Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выцо да:- частоты колебательных нагрузок свыше 8...12 Гц не влияют на тя гово-сцешше свойства колесных тракторов. При указанных частотах и выше крутящий моментМц на колесе остается постоянным, отсутствует угловое ускорение движителей при установившись движении трактора;

- снижение частоты колебаний момента сопротивления Мс приводит к возникновению колебаний крутящего моментаМк на ведущем колесе, его неравномерному вращению и угловое ускорению ¡ру . Колебания углового ускорения имеют линейный характер от амплитуды колебаний момента сопротивления. Изменение амплитуды колебаний момента в пределах

о

70...350 Н.м приводит к росту углового ускорения от 0,05 до 0,25 с . С приближением частоты колебаний нагрузка к резонансному режиму амплитуда колебаний момента/1/* на ведущем колесе увеличивается, что приводит к повышению углового ускорения^ и колебаниям давления рабочей. жидкости р. и её скорости /г .В области резонансных частот изменение углового ускорения ведущих колес от амплитуды тяговой нагрузки носит также линейный характер в пределах^- = 1...4 с , /Я* =10...50 Н.м;

- изменение параметров Е / V на колебательные процессы и характер изменения углового ускорения ведущего колеса при неустановившейся нагрузке, когда £/У= 0,8...0,9 {£ = 500 Ша, V ■= 619 см3),снижение утечек в 7 раз приводит к росту углового ускорения в 1,4 раза; снижение модуля объемной упругости Е или увеличение V объема магистрата нагнетания в 6,65 раза снижает величину углового ускорения до значений ^ = 1,14...1,16 с и почти не зависит от утечек рабочей жидкости (£ = 0,5...3,5 см/Ша.с). Изменение частоты колебаний тяговой нагрузки свыше 6,8 Гц {Е/У= 0,9 МПа/см3) утечки рабочей жидкости не влияют на колебательный процесс, а угловое ускорение<р? - 0,25.. .0,26с,-

- совпадение свободных и вынужденных (внешних и внутренних) частот колебаний сопротивления и возмущений приводит к росту углового ускорения ведущих колес и снижению тягово-сцепных качеств ходовой системы трактора.

На осциллограммах записывались угловое ускорение движителей момент сопротивления трактораи момент на колесе/^/* , частота колебаний, величина давленияу? и скорость его изменения в нагнетательной линии гидросистемы. С целью снижения угловых колебаний колеса (р5

производилась оценка возможности снижения или изоляции внешних возмущающих сил и устранения внутренних возмущений, газовоздушной смеси в рабочей жидкости, соотношения утечек и влияния типа гадропередачи.

В третьей главе представлена расчетная схема динамической системы с целью проведения всесторошях исследований полнопоточного СИП. Степень упрощения динамической системы базируется на анализе моделирования, осциллогрефических записей колебательных процессов в тракторном агрегате, полученных при предварительных испытаниях, сравнении моментов инерции масс и жесткостей упругих связей. В данном упрощении основным являлось условие, что жесткость гадравлического звена значительно ниже (более I02 раз), чем механических связей.

Представим UTA в виде двухмассовой системы, приведенной к ведущему колесу трактора (рис. 3) .

Пз Рис. 3. Упрощенная расчет-

сг m Qy -Л ная данажгческая

|( -^ШШН схема трактора

jJ

В общем случае движение.масс динамической системы принято от

ш

(18)

установившегося статического движения и описывается уравнениями Л, & * Ка (р, - ^ + сгг (<р, ;

-КггСГ,-сгг(р, ~ - * ММ) ,

где (р1 - угловые отклонения масс от установившегося движения; К/г -коэффициент демпфирования привода ;дЛ/$/= ¿Р*.7-* - амплитуда колебаний момента на ведущих колесах, вызванная колебательным характером нагрузки;Сгг , Сг - жесткости гидропривода и связи ведущее колесо -грунт. Расчетная схема состоит из приведенных к ведущим колесам масс вращающихся и поступательно движущихся масс двигателя,механического привода, насосов -Л. и масс Л г , расположенных после жидкостного звена, а также масс трактора и навесной машины с учетом буксования движителей.

В результате решения дифференциальных уравнений получена относительная амплитуда колебаний ведущего колеса трактора

<Pt c \( /Си -Jfto'y X/г со*

Характер зависимости P¿(5) позволяет яа любой бесконечно малом отрезке времени считать касательную силу Р* или силу нагрузки Р*р прямо пропорциональной деформации грунта (буксованию) и условно имитировать её на эквивалентной схеме в виде дополнительного упругого элемента, жесткость Сг которого является функцией буксования. Производная = ) есть мера скорости изменения ^г относительно 5. Производная f (8 ) - угловой коэффициент касательной к графику функции /а- = { {£) в точке 5 .

Недемпфированная система в зависимости от жесткости с/г имеет ' две или одну резонансную частоту колебаний. Зная функцию/?/. = fió ) в некоторой окрестности точки 5 .определяем дифференциал переменной буксования- 5 , который является условной жесткостью связи ведущее колесо-грунт Сг * oíPv,/<¿0 = f fifj .

Жесткость привода прюшмалась в виде

^ - *<v *¿*/¿£ «/«■ ' * = «•>

0,6I9'I0~^m3; ^ = О.бЭг-Ю^м3; С,г = 5,4'Ю4 Нм/рад; а жесткость грунта и шины определялась зависимостью

С2 = Cr'Cv/CCr* if/¿ff; C^fa-ajlir/lS . (20)

Передаточное число гидропривода ведущих колес имеет переменный характер в зависимости от показателей трансмиссии и определяется формулой ¿ gMrr ¿K_ (2I)

а моменты инерции приведенных масс

где jf ,J3 - моменты инерии вращающихся деталей; ¿ - передаточные числа к звену приведения; п - частоты вращения; tj - КПД звена приведения. Крутящий момент на ведущих колесах является изменяемой величиной, зависящей от кинематических качеств гидромашш

_ ( Пк Я г ипХЕШ{у/ф) ■

Из теории колебаний известно, что амплитуда свободных затухающих колебаний изменяется по закону , где Г" - безразмерное время. Анализ типов приводов ходовой части трактора на различных режимах работы оценивался относительным коэффициентом демпфирования £ , где А" - коэффициент демпфирования; С - жесткость привода; -7 - приведенный момент инерции.

Для снижения колебательности привода в консервативной системе требуется введение демпферов с целью гашеная вынужденных колебаний. Таким гасителем является объемный гидропривод движителей трактора.

Оценивая параметр С /J , когда жесткость С,г механической передачи на два порядка выше, чем гидропривода, получим для ОШ

Еу^/у^уо , а постоянная времени Т и относительный коэффициент демпфирования соответственно равны

7~- (2-Я/УУУ/£ . -л г/Я*)УЛ:/\/ . ОШ трансмиссии обладает более высокими показателями вязкого трения и меньшей жесткостью в сравнении с ыеханичес-кой трансмиссией, а следовательно, имеет более высокий коэффициент §

Высокие свойства диссипации ОШ и принятие мер по снижению внешних нагрузок и кинематических несоответствий позволяют снизить динамические нагрузки на ведущие колеса и повысить тягово-сцепные качества. Следовательно , <рг/ргсг - ет/г£о,Эу/ ^^¿Ф^^Г.

На основании дифференциальных уравнений представлены структурные схемы а передаточные функции регулируемого объекта по задающему и возмущающему воздействиям. Увеличение вибрационной нагрузки, зависящее от возмущений, приводит к увеличению углового ускорения колеса и снижению сцепления движителей с грунтом и определяется в виде

I игпт+о-пМс'Мриг. г,¿уг /. <23>

В результате анализа зависимостей Ср ,' г, ? = ,7,2)

которые в свою очередь зависят от конструкции гидромашин и их соединений, температуры и давления рабочей жидкости, подтверждается деле-

зобразность применения 0П1 ходовой части. С этой целью также иеобхо-шо предусматривать шсокомоментные 1МК с приведенной скоростью

— 0 или высокооборотные гидромоторы. Одноходовые ШК не най-(гт применения в СХ тракторах из-за их высокой неравномерности.

Наиболее рационально использование гидропривода движителей при римененш высокооборотных гидромоторов с последующей механической I и редукцией момента к движителям. Моменты инерции вращающихся эле-ентов гидромотора с использованием КП благоприятно влияют на гашение озмущающих нагрузок.

Частота пульсации насоса 480...600 Гц при частоте вращения 6,7...33,3 с-1, частота гидромотора <о =НП = 1,1 Л (0...88 Гц) ,от еговых дорожек и> =7/?= ОД л (0...8 Гц). Анализ полученных резуль-атов позволяет сделать следующие выводы:

Для улучшения тягово-сцепных и эксплуатационных качеств тракто-ов необходимо снижать жесткость Су> , постоянную"времени Т и повы-ать относительный коэффициент демпфирования^ I посредством сни-;ения объема гидролиний нагнетания до возможных минимальных значений, ыбора утечек и оптимального объемного КПД гидромашин, а также объем-ого модуля упругости.Проведенные исследования двухмассовой динами-:еской системы трактора с ОГП ходовой части позволили сравнить с ме-:аническим приводом и дополнить исследования ыногомассовой системы.

В четвертой главе изложены программа, методика и результаты «спериментальных исследований.

В соответствии с программой производилась проверка мощностно-жономических показателей на стационарном стенде по ГОСТ 7057-81; тределялись универсальные характеристики гидромашин, а также определялась неравномерность вращения вала высокомоментного гидромотора. Характеристики снимались при частоте вращения вала гидронасоса :6,7-е"1 и рабочих объемах в диапазоне 5,3.. .56,0 ЧО-6 м3, рабочих

9

[авлениях от/? =/5**, до 21 Ша с интервалов ,5 Ша. Максимальная мощ-юсть ограничивалась 14,7 кВт. При этом измерялись давление, подача

насоса, частота вращения, показания весового устройства балансирной машины, температура и утечки рабочей жидкости, время опыта.

При испытаниях гидромотора дополнительно определялась подача рабочей жидкости, крутящий момент и угловое ускорение вала гидромотора. С целью определения влияния неустановившейся нагрузки на изменение углового ускорения вала гидромотора проводились исследования с переменной нагрузкой на валу. На ленту осциллографа записывались давления в магистралях гидросистемы, частота вращения и угловое ускорение вала гидромотора и рамы балансирного устройства, частота нагружения, время.

При исследованиях вращение насоса осуществлялось балансирной машиной МПБН 24,5/22, момент регистрировался весовым устройством ВКМ-32, регистрация оборотов производилась импульсным счетчиком СЖМДОО. К нагнетательной и сливной гидролишям насоса были подключены манометры для визуального наблюдения за давлением. Кроме того, подключались тензометрические датчики давления, сигналы которых усиливались при помощи усилителя ТА-5 и подавались на осциллограф Н-70С

Тарировка датчиков и проверка манометров производилась на гру-зопоршневых манометрах МП-60 и,МП-600. Одновременно с определением давления осуществлялся замер температуры рабочей жидкости при помощи термометров и термоэлемента ММТ-12 в силовой гидролинии и утечка рабочей жидкости с помощью мерного бака.

Проводились также испытания гидромоторов МГ-265Т на стевде,оборудованном специальной балансирной рамой, ускоряющим редуктором, ленточным тормозом. Крутящий момент замерялся тензометрической балкой. Для определения углового ускорения балансирной раш стенда и углового ускорения вала гидромотора применялся специальный датчик, созданный на базе низкочастотной виброизмерительной аппаратуры АВ-45 с записью показаний на осциллографе.

На специально разработанном устройстве получены экспериментальные данные по определению влияния колебательных процессов, возникаю-

щих в гидроприводе, на прочностные свойства грунтов. Б процессе опытов на ленту осциллографа фиксировались: сопротивление сдвигу, удельное давление, ход подвижной каретки, частота и величина ускорения каретки с моделью грунтозацепа, время.

Проводились также тяговые испытания трех самоходных шасси с различными типами приводов ходовой части с целью определения тягово-экономических показателей и зависимости изменения буксования от тягового усилия и углового ускорения ведущих колес. Тяговые испытания проводились по ускоренной методике на двух фонах: стерне и поле,подготовленном под посев, на четырех условных передачах. При проведении тяговых испытаний дополнительно применялся усилитель 8АНЧ-7М, датчики, углового ускорения устанавливались на движителях шасси, а измерение момента осуществлялось тензоступицами.

В результате стендовых испытаний гидронасосов установлено, что область наибольших значений КПД (0,92) соответствует' режимам /г = 7,5...8,9 МПа, = 1,10...1,31.10"3 м3/с, мощности 9,55 кВт. Зона КПД 0,925...0,930 ограничена мощностью приводного двигателя. При постоянной подаче общий КПД насоса возрастает с увеличением давг ления. Наибольший КПД при давлении fl = 15 МПа.

Область наибольших значений КПД гацромоторов (0,88) соответствует крутящему моменту 1,56...2,06 хН.м при частоте вращения 0,876...0,663 с"1. Оптимальные значения полного КПД имеют место при частоте вала 0,667...0,915 и перепаде давления 9,5...14,5 МПа.

Испытания ОГП показали, что ведущие колеса имеют частоту неравномерного вращения за оборот 66 Гц и при нагрузке возникает дополнительная частота 6 Гц, а ускорение в точках на радиусе 0,592 м изменяется в пределах 0,665^ . При неустановившемся режиме тангенциальное ускорение вала гидрсмотора на отдельных участках натружения значительно увеличивается.

Ан&лаз графиков изменения буксования движителей трактора показал, что,несмотря на практически одинаковый сцепной вес в диапазону

нагрузок, буксование трактора с гидроприводом и высокомоментными гидромоторами превышает до 25., А0% в сравнении' с механическим приводом Например, при тяге 6 кН разница в буксовании 3,5$, а при тяге П,2кН составляет 9$. На поле, подготовленном под посев, при тяге 6 кН-4,5$ 11,2 нН - 13$. На песчаном грунте разница в буксовании 10$ при тяговом усилии 6 кН, а с увеличением до 6,5 кН - 1Э%.

На рис. 4 приведены графики зависимости ¿-Ц от тягового усилия для различных типов приводов движителей.

Рис.4. Изменение ускорения грунтозацепа

от тягового усилия: а) стерня; б) поле, подготовленное под посев

Из графиков видно, что с увеличением тягового сопротивления до определенных значений (/*/> = 2,0...2,5 кН) ускорение грунтозацепа снижается, а затем пропорционально увеличивается.в зависимости от типа привода ходовой части и колебаний движителей трактора.

Анализ испытаний по определению прочностных свойств грунтов и сравнении их с тяговыми испытаниями показал, что увеличение вибрации ной нагрузки, выраженное суммарной величиной ускорения грунтозацепа ведущего колеса, приводит к снижению сцепления колеса с контактируе-мой поверхностью в результате снижения сил трения и прочности грунто] Величина ускорения грунтозацепов движителей влияет на буксование колес. Среднее значение усилий сдвига (рис.5) определялось из условия равенства площадей А и В, т.е. при равенстве произведенной удельной работы. Силовые показатели буксования ведущих колес и сдвиговые ха -

рад терне тики модели определялись формулой б0 = ¡¡Ь Л 00.

Рис.5. Зависимость удель- Рис.6. Изменение относительного

ного сопротивления грунта буксования В от ускоре-

сдвигу от ускорения /- ' ния ^ грунтозацепов

Полученные динамические характеристики (рис.6) подтвердили закономерность влияния вибрационной нагрузки движителя на снижение сцепных свойств вследствие уменьшения сил трения и прочности грунтов

О

(е^г = 0,15; 0,25; 0,12 с /м соответственно для грунта нарушенной структуры, песка и стерни). Проведенные испытания тракторов в полевых условиях и эксперименты на сдвиговом устройстве подтверждают правильность теоретических исследований с точностью до 15%.

ОЕШ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработанная математическая модель динамической системы позволяет на этапе проектирования различных типов приводов движителей при создании ОШ ходовой части трактора исследовать динамичес -гае процессы и выбрать рациональные параметры жесткости гидравлического привода С , постоянной времени Т и повышения относительного коэффициента демпфирования, которые являются изменяемыми посредством выбора рабочей жидкости, кинематических и динамических параметров ; рабочего объема гидромоторов ^ '„ , объемного модуля упругости

Е , объема нагнетательной гидролинии У и коэффициента утечек ъ рабочей жидкости, а также приведенных масс инерции Э .

2. Исследованиями модели и тракторного агрегата установлено,что частотные колебания свыше 12 Гц не влияют на буксование движителей. Внутренние кинематические возмущения гидропривода, свободные коле-

бания динамической системы и колебания внешних нагрузок, влияющие на режим работы движителей энергетического средства, ограничиваются частотами в пределах 0,1-12,0 Гц. Колебания крутящего момента двигателя и подачи насоса через гидросистему не пропускаются.

3. Причиной возникновения колебаний двжжителей и увеличения угловых ускорений грунтозадепов является воздействие внутренних и внешних возмущений близких к резонансным. Диссипация передаваемой мощности путем применения 0Ш позволяет снизить буксование движителей на 11-14$ в сравнении с механической передачей.

Тип ОГП и его конструктивные особенности, динамические качества влияют на основные тягово-динамические и »ксплуатационные показатели трактора.

4. Анализ амплитудно-частотных характеристик ускорений ведущих колес при действии на них неустановившейся нагру»ки показал, что о ростом амплитуды колебаний в пределах 0,15...0,50 кН.м увеличивается угловое ускорение <рг колеса по линейной зависимости от I до

4 с"^; увеличение ускорений на грунтозацепах ведущих колес до 0,4...0,5 р приводит к снижению тягового усилия до 0,5...1,5 кН при одинаковом буксовании сравниваемых тракторов.

5. Нареду с состоянием грунта и его физико-механическими свойствами ( = 2, х 0,15; 0,25; 0,12 с2/м - для поля, подготовленного под посев, песка и стерт) буксование движителей 5 зависит от разности амплитудных значений ускорений л £ сравяивм-мых машин 4 ~ и степени воздействия колебательных нагрузок (крутящего момента М^ ) на колесе,

6. Буксование ведущих колес самоходного шасси о ОГП, имещкн высокооборотные гидромоторы, в сравнении с механическим приводом по мере увеличения нагрузки снижается на II...14? ( б = 0,020... 0,025), при малых нагрузках до 1,5-2,0 кН у трактора с 0Ш буксование превышает в результате повышения углового ускорения фг ведущего колеса.

7. Гидропривод движителей с высокомоментныш гидромотораыи (ГЖ), имеющими кинематическое возмущение или неравномерность вращения, во всем диапазоне нагрузок превышает буксование трактора с механической трансмиссией; установка низкомомектных гидроыогоров способствует снижению буксования при воздействии вынужденных колебаний.

Наиболее рациональные 0П1 ходовой части СХ тракторов характеризуются применением высокооборотных гидромоторов с последующей механической КП и редукцией момента к движителям. Такая схема обладает более высокими свойствами диссипации, что позволяет исключить

источники возникновения колебаний, оказывающих влияние на буксование движителей.

8, Улучшение тягово-сцепных качеств тракторов с ОГП движителей позволяет получить экономический эффект в народном хозяйстве за счет снижения буксования 146 рублей ка трактор, что составляет стоимости машины (экономический расчет проведен до повышения цен на СХ технику).

9. Для исследования динамики гидропривода ходовой системы трактора с постоянной и переменной нагрузками, получения энергетических и динамических показателей гидромашин созданы стещш, разработана и испытана установка по определению сопротивления грунтов при виброди-наннческом воздействии с возможностью изменения амплитуды и частоты колебаний. С целью определения углового ускорения ведущего колеса трактора создан специальный датчик, позволяющий производить запись ускорения движителя при испытаниях в лабораторных условиях и в движении под нагрузкой энергетического средства.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Влияние гидрообьемной трансмиссии на тяговые свойства самоходного шасси/ Серебряков И. Н.Крылов H.A., Адольф В. А., Панасенко С.Ы./Дразторы и сельхозмашины,--I968.- Д 8,- С.10-12.

2. Особенности процесса разгона самоходного шасси с гидрообъемной трансмиссией/ Серебряков И.Н., Крылов И.А., Адольф В.А., Пана-сенко С.М.//Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства.-1969.- И II.- С.13-15.

3. Разработка и усовершенствование самоходного шасси класса 0,6 с гидростатической трансмиссией/Лебединский Г.В., Панасенко C.i«. // Гидравлический привод и гидравлические системы управления тракторов и сельскохозяйственных машин: Тезисы докладов Всесоюзного совещания.- М., 1970.-С.39-41.-(ВИМ).

4. Дебединскгй Г.В., Панасенко С.М. Самоходное шасси с гидростатической трансмиссией//Гидравлический привод и гидравлические онотеыа управления тракторов и сельскохозяйственных машин: Сборник научних трудов/ВИМ.- М., 1971.- С.161-166.

5. Панасенко С.М. К вопросу о скоростном режиме трактора с гидростатической тргшо«вссиеа//Весгник Харьковского политехи, ин-та,

* 57. Тракторостроение, вып.2.- 1971,- С.43-47.

6. Bnöop гидропривода направляющих колес трактора/ Фруыкис И.В., Дмдаа А.Ф., Лебединский Г.В., Панасенко С.М.//Тракторы и сельхозмашин.- 1974.- А 4.- С.5-8.

7. Паваоенко С.М. Тягово-сцепные качества ведущих колес трак-

тора с гидростатической трансмиссией//Вестник Харьковского политехи. ин-та, №120. Тракторостроение, вып.З.-1976.-С.58-63.

8. A.c. 2I567I СССР, MIK F 06¿Присоединительное устройство для трубопроводов/С .М. Панасенко, В .А. Адольф. J6 III8II9/25-8; Заявлено 12.12.§6; Опубликовано 03.U4.68, Бюл.№ 13.

9. A.c. 224311 СССР, MIKf 05$59а, 14. Акскально-поршевая гидромашина/В .А. Адольф, С.М. Панасенко.-16 I000359/25-8.-I968.

IÜ. Панасенко С.М. Исследование сцепных свойств самоходного шасси с гидрообъемной трансмиссией на математической модели//Вест-ник Харьковского пожтехн. ин-та, ЖС78. Конструирование и исследование тракторов, вып.4.-1981.-С.37-41.

11. Панасенко С.М.-К вопросу определения углового ускорения катящегося колеса//ХИМЭСХ.-Харьков,Х981.- Ис. :ил.-Двп. в ЦНИИТЭИ-тракторосельхозмаше, Л 232.

12. Панасенко С.М. Метод исследования тягово-сцепных качеств колесного трактора//Вестник Харьковского политехи, ин-та, № 185. Конструирование и исследование тракторов, вып.5.-1982.-С.28-31.

13. A.c. 300697 СССР, МИК F J.6к 15/00. Односторонний дроссель / С.М. Панасенко, B.C. Валерштейн, В.А. Адольф. Г,В. Лебединский.-№ I328401/25-8; Заявлено 05.05.69; Опубликовано 07.04.71, Бюд.К 13

14. Панасенко С.М. Гиперболовдные силовые шарниры аксиально-поршневых гидромашин//ХИМЭСХ.-Харьков, 1983.- 13с.:ил.-Деп. в ЦШИТЭИтракторосельхозмаше, И 346тс.

15. Панасенко С.М. Оценка работы трактора с гидроприводом движителей при установившемся движении и неустановившемся характере кагрузок//Вестник Харьковского политехи, ин-та, № 222 .Конструирование и исследование тракторов, вып.6.-1985.-С,33-35.

. 16. A.c. 1304509 СССР, ¿"f А F 04 В, 1/20. Аксиально-поршневая гидромашина/С.М. Панасенко, И.Н. Серебряков'.-16 3442432/25-06; Заяв лено 21.05.82; Опубл. 15.12.86,

17. Панасенко С.Ы. Совершенствование аксиально-поршневых гидромашин тракторных передач//Вестник Харьковского политехи, ин-та, ü 254. Конструирование и исследование тракторов, вып.7.-1988.

-С .26-28.

18. Панасенко С.М. Исследование проводов ходовой части перспективных энергетических средств//Вестник Харьковского политехи, ин-та.Конструирование и исследование тракторов, вып.8.(в печати).

19. Панасенко С.Ы. Сравнение некоторых динамическихлкачеств приводов движителей тракторов//Вестник Харьковского политехи.ин-та Конструирование и исследование тракторов, вьш.9.(в печати).