Обоснование и выбор параметров гидродифференциального выпрямителя момента инерционной автоматической бесступенчатой передачи мобильных машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.03, кандидат технических наук Новожилов, Борис Анатольевич

• Новожилов, Борис Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Новожилов, Борис Анатольевич

Принятые обозначения.

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Тенденции конструкторских разработок.

1.2. Морфологическое описание объекта исследования.

1.3. Сравнительный анализ инерционных преобразователей момента.

1.4 Анализ конструкций и условий функционирования преобразователей момента ИГТВ.

Выводы.

Глава 2. Теоретическое исследование рабочего процесса инерционного гидродифференциального трансформатора вращающего момента (ИГТВМ).

2.1 Анализ показателей объемных гидромашин с точки зрения применимости в ИГТВМ.

2.2 Теоретическое обоснование параметров гидросистемы выпрямителя момента.,.

2.3. Теоретическое обоснование параметров обратных клапанов гидросистемы ИГТВМ.

2.4. Обоснование и выбор параметров дифференциального ряда выпрямителя момента.

2.5. Выбор и обоснование типа рабочей жидкости.

Выводы.

Глава 3. Математическое моделирование рабочего процесса

ИГТВМ.

3.1. Математическая модель рабочего процесса ИГТВМ.

3.2. Описание рабочего процесса ИГТВМ математической моделью.

3.3. Исследование влияния основных конструктивных параметров выпрямителя момента на его характеристики.!06 Выводы.

Глава 4. Экспериментальные исследования ИГТВМ.

4.1. Конструкция испытательного стенда и информационно-измерительная аппаратура.

4.2. Методика экспериментальных исследований и результаты испытаний.

4.3. Рекомендации по выбору основных конструктивных параметров гидродифференциального выпрямителя момента.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование и выбор параметров гидродифференциального выпрямителя момента инерционной автоматической бесступенчатой передачи мобильных машин»

Одним из основных направлений развития машиностроения в России, является повышение эффективности и производительности машин при одновременном снижении их удельной металлоёмкости и уменьшении габаритных размеров.

Важнейшей задачей в области машиностроения является создание новых, высокопроизводительных машин, дальнейшее повышение качества и надёжности создаваемых конструкций. В автотракторостроении актуальной задачей является разработка и внедрение автоматического бесступенчатого привода от двигателя к ведущим колёсам. С ростом автотракторного парка и интенсивности скоростей движения простота и удобство управления, улучшение тягово-скоростных и топливно-экономических характеристик приобретает первостепенное значение.

Одним из путей совершенствования конструкций транспортных и тяговых машин является применение в их трансмиссиях автоматических бесступенчатых передач. Бесступенчатый привод позволяет повысить производительность машин за счёт более полного использования мощности двигателя, улучшить эксплуатационные качества, повысить безопасность движения. Из числа известных в настоящее время механических бесступенчатых передач инерционно-импульсные передачи могут считаться перспективными для применения в силовых приводах самоходных машин в силу ряда присущих им преимуществ, таких как автоматичность и бесступенчатость регулирования скорости и крутящего момента на ведущих колёсах машины в широком диапазоне при высоком коэффициенте полезного действия, возможность защиты двигателя от перегрузок, простота и удобство управления.

Большой вклад в развитие теории и создание инерционно-импульсных передач внесли работы А.С.Антонова, М.Ф.Балжи, С.П.Баженова, А.А.Благонравова, Г.Г.Васина, С.Н.Кожевникова, Н.К.Куликова, А.И.Леонова, В.Ф.Мальцева, В.А.Умняшкина.

Проведённые исследования касаются вопросов кинематики и динамики различных инерционных передач, отдельных узлов и их механизмов. Однако до сих пор эти передачи не получили широкого применения в промышленности по причине низкой надёжности выпрямителя инерционного момента, состоящего из двух механизмов свободного хода (МСХ). МСХ работают с большой частотой включения в единицу времени, при больших динамических нагрузках, что предъявляет повышенные требования к их конструктивным и технологическим параметрам. Теоретически и экспериментально исследованы выпрямители момента различного принципа действия и конструктивного исполнения, в том числе роликовые, пластинчатые, микрохраповые, эксцентриково- клиновые с кинематической связью в виде кулисно-крестовой муфты и внутреннего зубчатого зацепления, кулачковые, пружинные, гидрообъёмные.

Однако введение гидравлических звеньев в конструкцию инерционного трансформатора в качестве элементов, передающих силовой поток, или служащих опорными звеньями при передаче последнего механическим путём переносит такую передачу в разряд гидромеханических. В связи с этим рассмотрено семейство объёмных гидромеханических передач с целью выявления наиболее рациональной конструкции автоматической бесступенчатой передачи. Проведён обзор работ А.Ф.Андреева, Т.М.Башты, В.А.Васильченко, Ю.А.Данилова, Ю.Л.Кирилловского, Ю.Г.Колпакова, В.А.Петрова, К.Д.Шабанова.

Наименее исследован круг вопросов, касающихся теории расчёта и обоснования выбора конструктивных параметров гидрообъёмного выпрямителя момента. В данной конструкции в качестве МСХ используются две гидромашины, в гидравлический контур каждой из которых включён обратный клапан. Известен также гидродифференциальный выпрямитель момента (A.c. №1028924 РФ) [57], в котором благодаря использованию дифференциального ряда становится возможным стационарное закрепление корпусов гидромашин, что значительно упрощает конструкцию гидравлической арматуры.

В специальной и технической литературе приведены математические зависимости, позволяющие определить основные параметры гидромашины, рассчитать статическую характеристику клапана, определить сопротивление гидросистемы, но получение заданных динамических свойств, представляет определённые трудности. Эти свойства определяются моментом инерции вращающихся масс, связанных с ведущим валом гидромашины, массой клапана, жёсткостью его пружины, законом увеличения открытия щели, рабочим давлением, присущими гидроаппарату силами демпфирования. Динамические свойства выражаются поведением клапана при переходных процессах, вызванных скачкообразным и периодическим изменением расхода.

В различных гидросистемах, обладающих различными объёмами, длинами труб и характеристиками гидродвигателей, характеристики переходных процессов одного и того же гидроаппарата различны. Поэтому оценка применимости гидроаппарата для определённой гидросистемы или получение динамических характеристик вновь разрабатываемого гидроаппарата возможна только в результате исследования его поведения в условиях, близких к эксплуатационным, либо экспериментальным путём, либо путём моделирования переходных процессов на ЭВМ.

Диссертационная работа посвящена исследованию рабочего процесса гидродифференциального выпрямителя момента. Целью настоящей работы является установление фактической работоспособности инерционной передачи с гидродифференциальным выпрямителем момента, исследование влияния параметров обратного клапана на протекание переходных процессов в гидросистеме выпрямителя момента, а также изучение влияния конструктивных параметров выпрямителя на силовые и динамические характеристики инерционной передачи. Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и приложения.

Заключение диссертации по теме «Колесные и гусеничные машины», Новожилов, Борис Анатольевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны динамическая и математическая модели, описывающие рабочий процесс инерционной бесступенчатой автоматической гидродифференциальной передачи. Математическая модель передачи представляет собой систему нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка с переменными коэффициентами, имеющих различный вид в каждом такте рабочего цикла ИГТВМ. Она позволяет графически представить характер движения звеньев передачи, а также динамику корпусного и выходного гидро-МСХ в зависимости от изменения конструктивных параметров передачи.

2. Методом математического моделирования рабочего процесса передачи на ЭВМ исследовано влияние основных конструктивных параметров выпрямителя момента на его характеристики, а также влияние параметров обратного клапана на протекание переходных процессов в гидросистеме выпрямителя момента.

3. При проведении моделирования установлен характер влияния на рабочий процесс передачи следующих конструктивных параметров: а) жесткости пружины клапана и величины её предварительного сжатия; б) массы обратного клапана; в) момента инерции реактора; г) момента инерции коронного колеса и д) объёмного КПД гидромашин МСХ. Также проведено исследование влияния времени запаздывания при закрытии обратного клапана и режима работы передачи на величину максимального давления в гидросистемах МСХ.

4. При проведений исследования определён мощностной баланс гидродифференциального выпрямителя момента во всём диапазоне изменения передаточного отношения инерционной передачи. Установлено, что мощность, теряемая с утечками, несмотря на их количественное уменьшение с увеличением объёмного КПД не уменьшается в диапазоне

Т]о(. = 90.98 %, вследствие прогрессивного роста максимального давления в напорной магистрали гидро-МСХ на режиме трансформации момента. Таким образом, потеря энергии при включении гидро-МСХ имеет постоянную величину (при неизменной упругости системы) и практически не зависит от величины объёмного КПД гидромашины.

5. Обратный клапан с коническим затвором является наиболее приемлемым вариантом, т.к. обеспечивает высокую износостойкость рабочих поверхностей вследствие более плавной посадки затвора на седло. Также он отличается наименьшим сопротивлением прямому току жидкости, высоким быстродействием (малая масса затвора), надежной работой при высоком давлении. Недостаток клапанов такого типа, связанный с обеспечением высокой точности при изготовлении, устранен в конструкции с самоустанавливающимся запорным элементом.

6. Основные характеристики рабочей жидкости - вязкость, модуль упругости, а также максимальное рабочее давление должны выбираться исходя из конкретных условий эксплуатации. Однако вязкость жидкости в любом случае не должна быть менее 80 мм2/с, во избежание падения объемного КПД шестеренной гидромашины. Повышение вязкости ведет к увеличению момента сопротивления прокручиванию гидро-МСХ на холостом ходу. Повышение рабочего давления свыше 20 МПа также ведет к снижению объемного КПД гидромашины, а его снижение - к увеличению габаритных размеров последней.

7. Разработана методика, конструкция испытательного стенда и информационно - измерительная аппаратура, позволяющие использовать современные методы и средства при экспериментальном исследовании рабочего процесса ИГТВМ и при обработке результатов экспериментов. В ходе эксперимента установлена фактическая работоспособность ИГТВМ и соответствие параметров рабочего процесса реального механизма расчётным, полученным в результате моделирования рабочего процесса на ЭВМ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Новожилов, Борис Анатольевич, 2000 год

1. Алексеева C.B. Силовые передачи транспортных машин: Динамика и расчёт. JL: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1982. - 256с.

2. Андреев А.Ф., Барташевич Л.В., Богдан Н.В. и др. Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Мн.: Выш. школа, 1987. -310с.

3. Антонов A.C. Силовые передачи колёсных и гусеничных машин. Теория и расчёт. Л.: Машиностроение, 1975. - 480с.

4. Антонюк Е.Я. Инерционно-импульсные вариаторы как системы переменной структуры // Инерционно-импульсные системы. Челябинск: ЧПИ, 1983. С. 61-66. (Межвуз. темат. сб. науч. тр.).

5. Баженов С.П. Теория и расчёт инерционных автоматических приводов с двигателем внутреннего сгорания: Дис. докт. техн. наук. Липецк, 1988. - 367с.

6. Баженов С.П., Андреев В.Е. Экспериментальные исследования автоматической инерционной передачи автомобилей типа «Урал» // Автомобили, тракторы и двигатели. Челябинск: ЧПИ, 1972. №119. - С.60-65.

7. Баженов С.П., Белоглазов В.Г. К анализу работы механизмов свободного хода в импульсной передаче. В кн.: Передаточные механизмы. -М.: Машиностроение, 1971. - С.198-205.

8. Балжи М.Ф., Болотов Г.А. Зависимость параметров инерционного импульсатора от его схемы // Автомобили, тракторы и двигатели. Челябинск: ЧПИ, 1968. №62. С. 15-21.

9. Башта Т.М. Объёмные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. М.: Машиностроение, 1977. - 352с.

10. Белоглазов В.Г. Инерционные трансформаторы вращающего момента с нефиксированными опорными звеньями прямого и обратного хода // Инерционно-импульсные механизмы, приводы и устройства. Челябинск: ЧПИ, 1983. С.46-50. (Тр. III Всесоюз. науч. конф.).

11. Бидерман В.А. Теория механических колебаний. М.: Машиностроение, 1980. 408с.

12. Благонравов A.A. Механические бесступенчатые передачи нефрикционного типа. М.: Машиностроение, 1977. - 144с.

13. Болдырев Р.Н. Использование инерционного трансформатора вращающего момента в тяговых механизмах // Автомобили, тракторы и двигатели. Челябинск: ЧПИ, 1977. №195. - С.111-116.

14. Большаков В.А. Справочник по гидравлике. Киев: Выш. школа, 1977. - 280с.

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

16. Вейц В.Л., Кочура А.Е., Куценко Б.Н. Расчёт и проектирование электромеханических стендов для испытаний транспортных машин с ДВС.;под ред. К.М.Рагульскиса. JL: Машиностроение, Ленингр., отд-ние, 1985. -92с.

17. Вульфсон И.И. Динамические расчёты цикловых механизмов. Л.: Машиностроение, 1976. - 328с.

18. Герасимов Г.В. Бесступенчатые передачи тракторов. М.: МАМИ; 1975. 174с.

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

20. Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин / Андреев А.Ф., Барташевич Л.В., Богдан Н.В. и др.; под ред. В.В.Гуськова. Мн.: Выш. школа, 1987. - 310с.

21. Данилов Ю.А., Кирилловский Ю.Л., Колпаков Ю.Г. Аппаратура объёмных гидроприводов: Рабочие процессы и характеристики. М.: Машиностроение, 1990. - 272с.

22. Дзильно A.A., Полянин В.А. Гидрообъёмные трансмиссии зарубежных строительных машин // Строительные и дорожные машины 1984. - №6. - С.21-22.

23. Инерционно-импульсные механизмы, приводы и устройства // Тр.

24. Всесоюз. науч. конф. Челябинск: ЧПИ, 1974. 232с.

25. Инерционно-импульсные механизмы, приводы и устройства // Тр.

26. Всесоюз. науч. конф. Челябинск: ЧПИ, 1978. 178с.

27. Инерционно-импульсные механизмы, приводы и устройства // Тр.

28. I Всесоюз. науч. конф. Челябинск: ЧПИ, 1983. 145с.

29. Иринг Ю. Проектирование гидравлических и пневматических систем: Пер. со словац. Л.: Машиностроение, 1983. - 363с.

30. Красневский Л.Г. Управление гидромеханическими многоступенчатыми передачами мобильных машин. Мн.: Наука и техника, 1990. -256с.

31. Красненьков В.И., Вашец А.Д. Проектирование планетарных механизмов транспортных машин. М.: Машиностроение, 1986. - 271с.

32. Когаев В.П., Махутов H.A., Гусенков А.П. Расчёты деталей машин на прочность и долговечность. М.: Машиностроение, 1985. 224с.

33. Комаров М.С. Динамика механизмов и машин. М.: Машиностроение, 1969. - 256с.

34. Кондаков Л.А. Рабочие жидкости и уплотнения гидравлических систем. М.: Машиностроение, 1982. - 217с.

35. Кропп А.Е. Приводы машин с импульсными вариаторами. М.: Машиностроение, 1988. - 144с.: ил.

36. Кропп А.Е. Янчевский Ю.В. Исследование одной схемы гидравлического механизма свободного хода // Бесступенчато-регулируемые передачи. Ярославль: ЯПИ, 1978. Вып. 3. С. 76-79.

37. Крупицкий С.М., Крылов Б.Н., Болотов Г.А. Инерционная передача для трактора класса 15 тонн // Автомобили, тракторы и двигатели. Челябинск: ЧПИ, 1972. №103. - С.55-60.

38. Лапидус В.И., Петров В.А. Гидромеханические передачи автомобилей. Изд. 2-е перераб. М.: Машгиз., 1961. - 465с.

39. Леонов А.И. Инерционные автоматические трансформаторы вращающего момента. М.: Машиностроение, 1978. - 223с.

40. Леонов А.И., Дубровский А.Ф. Механические бесступенчатые передачи непрерывного действия. М.: Машиностроение, 1984. - 192с.

41. Летопур В.Э. Экспериментальное исследование инерционно-импульсного вариатора с упругими звеньями в приводе // Теория механизмов и машин. Респ. межвед. науч.-техн. сб. Харьков: Выщ. школа, 1983. Вып. 35. С. 102-105.

42. Ловкие З.В. Гидроприводы сельскохозяйственных машин. Мн.: Урожай, 1986. -215с.

43. Мальцев В.Ф. Импульсные вариаторы. М.: Машгиз., 1963. - 280с.

44. Мальцев В.Ф. Роликовые механизмы свободного хода. М.: Машиностроение, 1968, - 415 с.

45. Мальцев В.Ф. Механические импульсные передачи. М.: Машиностроение, 1978. - 366с.

46. Математические модели и оптимизация вычислительных алгоритмов: Сб. науч. тр./МГУ, фак. вычисл. математики и кибернетики /Под ред. А.Н.Тихонова, А.А.Самарского. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1993. - 256с.

47. Математическое моделирование: Пер. с англ./Под ред. Дж.Эндрюса, Р.Мак-Лоуна. М.: Мир, 1979. - 277с.

48. Машиностроительный гидропривод / Л.А.Кондаков, Г.А.Никитин, В.Н.Прокофьев и др.; под ред. В.Н.Прокофьева. М.: Машиностроение, 1978. - 495с.

49. Метлюк Н.Ф., Автушко В.П. Динамика пневматических и гидравлических приводов автомобилей. М.: Машиностроение, 1980. - 231с.

50. Никитин О.Ф., Холин K.M. Объёмные гидравлические и пневматические приводы. М.: Машиностроение, 1981. - 267с.

51. Новожилов Б.А. Анализ показателей объёмных гидромашин при работе в качестве механизмов свободного хода. // Тезисы докл. Областной научной конференции «Молодёжь и наука на рубеже XXI века», Липецк, 1997.-С.69-71.

52. Новожилов Б.А., Баженов С.П. Выбор параметров дифференциального ряда выпрямителя момента. Тезисы докл. Первой международной научно-технической конференции «Бесступенчатые передачи, приводы машин и промысловое оборудование», Калининград, 1997. С. 16.

53. Новожилов Б.А., Баженов С.П. Результаты математического моделирования рабочего процесса гидродифференциального выпрямителя момента. Тезисы докл. Международной научно-технической конференции «Балттехмаш-98», Калининград, 1998. С.103.

54. Объёмные гидравлические приводы / Т.М.Башта, И.З.Зайченко, В.В.Ермаков, Е.И.Хаймович; под ред. Т.М.Башты. М.: Машиностроение, 1969.-628с.

55. Одинец С.С., Кувалакова Л.Л., Лышко Г.П. Методы и средства измерения механической мощности. М.: Машиностроение, 1991. - 256с.

56. Пат. 1028924 РФ, МКИ Г 16 Н 47/04. Инерционный гидродифференциальный трансформатор вращающего момента ( С.П. Баженов, С.Ф. Петров. №2879997/28; Заявл. 06.02.80.; 0публ.15.07.83.; Бюл. №26. - 5с.

57. Пермяков В.А. К вопросу о физическом моделировании динамических процессов в трансмиссии трактора // Машиноведение и прикладная математика. Челябинск: ЧПИ, 1971. №99. С.41-46.

58. Петров В.А. Гидрообъёмные трансмиссии самоходных машин. -М.: Машиностроение, 1988. 248с.

59. Погарский H.A., Степанов А.Д. Универсальные трансмиссии пневмоколёсных машин повышенной единичной мощности. М.: Машиностроение, 1976. - 224 с.

60. Пожбелко В.И. Единая теория инерционно-импульсных силовых систем переменной структуры // Инерционно-импульсные системы. Челябинск: ЧПИ, 1983. С. 10-16. (Межвуз. темат. сб. науч. тр.).

61. Попов Д.Н. Нестационарные гидромеханические процессы. М.: Машиностроение, 1982. - 240с.

62. Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем. -М.: Машиностроение, 1987. 464с.

63. Попов Д.Н., Ермаков С.А., Лобода И.Н. Инженерные исследования гидроприводов летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1978. -142с.

64. Райков И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания. М.: Высшая школа, 1975. - 320с.

65. Руднев С.С., Кузнецов B.C. Определение коэффициента расхода и действующей силы на клапанном устройстве с конусным седлом // Сб. «Ри-порт». М.: ВИМИ. - 1975. - №18. - С. 15-20.

66. Свешников В.К., Усов A.A. Станочные гидроприводы: Справочник. М.: Машиностроение, 1982. - 464с.

67. Скребцов А.И. К вопросу неравномерности вращения ведущих звеньев системы ДВС ИТВМ // Машиноведение. Челябинск: ЧПИ, 1974. №142.-С.104-107.

68. Соболь И.Н., Статников Р.Б. Наилучшие решения. М.: Машиностроение, 1982. - 64с.

69. Современные методы решения дифференциальных уравнений / Дж.К.Батчет, Дж.К.Лэмберт, А.Протеро и др.: пер. с англ., под ред. А.Д.Горбунова. М.: Мир, 1979, - 312с.

70. Сцепления транспортных и тяговых машин / И.Б.Барский, С.Г.Борисов, В.А.Галагин и др.; под ред. Ф.Р.Геккера. М.: Машиностроение, 1989. - 339с.

71. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник / Под ред. А.И.Голубева и Л.А.Кондакова. М.: Машиностроение, 1986. - 464с.

72. Федяков Е.М., Колтаков В.К., Богдатьев Е.Е. Измерение переменных давлений. М.: Изд-во стандартов, 1982. - 216с.

73. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1981.254с.

74. Фролов К.В. Методы совершенствования машин и современные проблемы машиноведения. М.: Машиностроение, 1984. 224с.

75. Фролов К.В., Гусенков А.П. Проблемы надёжности и ресурса в машиностроении. М.: Машиностроение, 1988. - 248с.

76. Цитович И.С., Альгин В.Б., Грицкевич В.В. Анализ и синтез планетарных коробок передач автомобилей и тракторов. Мн.: Наука и техника, 1987. - 223с.

77. Шабанов К.Д. Замкнутые дифференциальные передачи. М.: Машиностроение, 1972. - 282с.

78. Яблонский A.A. Курс теоретической механики. 4.II. Динамика. -М.: Высшая школа, 1977. 430с.

79. Blackburn J., Reethof G., Shearer J. Fluid power control. New Jork, 1960,465p.

80. Bouer Jean Jacques. Les transmissions hydrostatiques de puissans // Ing. Automob. 1975. №10. P. 267-274.

81. Kogevnikov S.N., Antoniouk E.J. Dynamics of mechanisms of a variable structure // Proc. of the fifth world congress on the theory of machine and mechanisms. Montreal, 1979. V. 1. P. 574-578.150.