Оптимизация параметров пневмогидравлической планетарной муфты сцепления для повышения разгонных качеств МТА с трактором МТЗ-80Л тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Воробьева, Наталья Сергеевна

• Воробьева, Наталья Сергеевна
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Воробьева, Наталья Сергеевна

Введение.

1. Обзор исследований разгона МТА

1.1. Конструктивные особенности трансмиссий трактора.

1.2. Математическое моделирование процесса трогания и разгона машинно-тракторного агрегата (МТА).

1.3. Исследование процесса разгона с механической трансмиссией.

1.4. Исследование процесса разгона с гидромеханической трансмиссией.

1.5. Разгонные качества трактора с ДПМ с использованием вала отбора мощности.

Выводы и задачи исследования.

2. Разгон МТА с колесным трактором использованием планетарной пневмогидравлической муфты сцепления (ПГПМС)

2.1. Обоснование работоспособности ПГПМС.

2.2. Оптимизация разгонных качеств ПГПМС.

2.3. Математическая модель трогания и разгона МТА с ПГПМС.

2.4. Математический алгоритм расчета процесса разгона МТА с пневмогидравлической муфтой сцепления.

2.4.1. Математический алгоритм расчета процесса трогания.

2.4.2. Математический алгоритм расчета процесса разгона.

2.4.3. Корректировка алгоритма расчета при других видах разгона.

Выводы по второй главе.

3. Вычислительный эксперимент

3.1. Методика вычислительного эксперимента.

3.2. Обоснование решения математической модели процесса разгона в среде MathCAD.

3.2.1. Методы решения дифференциальных уравнений.

3.2.2. Особенности современных математических пакетов.

3.2.3. Особенности решения дифференциальных уравнений вереде MathCAD.

3.3. Математический алгоритм процесса разгона МТА с ПГПМС в среде

MathCAD.Ill

3.3.1. Математический алгоритм расчета процесса трогания.

3.3.3. Математический алгоритм расчета процесса разгона.

3.3.4. Результаты расчета параметров разгона.

3.4. Расчет по критериям оптимизации процесса разгона.

Выводы по третьей главе.

4. Идентификация математической модели экспериментальными данными

4.1. Методика экспериментальных исследований.

4.1.1. Программа исследования.

4.1.2. Объект исследования.

4.1.3. Регистрируемые параметры.

4.1.4. Размещение и тарировка датчиков.

4.1.5.Условия проведения эксперимента.

4.1.6. Результаты экспериментов.

4.2. Идентификация математической модели опытными данными.

4.3. Вычислительный эксперимент с учетом объемного к.п.д. насоса.

Выводы по четвертой главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация параметров пневмогидравлической планетарной муфты сцепления для повышения разгонных качеств МТА с трактором МТЗ-80Л»

Актуальность темы исследования. Режимы работы машинно-тракторных агрегатов определяются почвенно-климатическими условиями, в которых эксплуатируется техника. Их разнообразие, нестабильность характеристик в направлении движения даже в одной и той же почвенно-климатической зоне требует формировать преобразующие механизмы трансмиссии так, чтобы их свойства обеспечивали устойчивое функционирование всего машинно-тракторного агрегата (МТА) и его рабочих органов.

При изучении режимов работы тихоходных МТА эксплуатационные режимы разделялись на установившиеся, характеризовавшиеся постоянством усилий на крюке и сопротивления движению трактора и неустановившиеся [12], связанные с разгоном и остановкой агрегатов.

Обычно обоснование конструкционных параметров трансмиссий тракторов МТА и тяговых устройств осуществляется на базе результатов исследования работы МТА на стационарных режимах. Динамичность нагружения механизмов МТА на неустановившихся режимах выше, поэтому необходима проверка на нагруженность их и на этих режимах.

Математическое моделирование работы МТА на режимах разгона позволяет не только оценить аналитическими методами уровень нагруженности, но выявить факторы и их уровни, оптимизирующие его. Речь идет о конструктивных особенностях трансмиссий и сцепных устройств трактора и сельскохозяйственного орудия.

Из существующих моторно-трансмиссионных групп наиболее распространены ступенчатые механические трансмиссии и трансмиссии с гидротрансформаторами. Для механических трансмиссий характерно нефиксированное время включения, что влечет за собой повышение динамичности разгона, зависящей от квалификации оператора, гидротрансформаторы обладают низким к.п.д.

Пневмогидравлическая планетарная муфта сцепления (ПГПМС) обладает свойством фиксированного времени включения, зависящим от скорости заполнения пневмогидроаккумулятора жидкостью, поэтому изучение разгонных качеств ПГПМС в экстремальных условиях актуально с целью возможности снижения динамичности нагружения МТА.

Цель работы - отыскание оптимальных параметров пневмогидравлической планетарной муфты сцепления для повышения разгонных качеств МТА с трактором МТЗ-80 JI.

Для достижения указанной цели были сформулированы следующие задачи: составить математическую модель процесса разгона МТА с трактором МТЗ 80JI использованием пневмогидравлической планетарной муфты сцепления; разработать алгоритм числового исследования математической модели с использованием современной вычислительной среды; проверить адекватность математической модели реальному процессу разгона в экспериментальных условиях; изучить влияние пневмогидравлической планетарной муфты сцепления на процесс разгона трактора в составе МТА и разработать рекомендации по использованию результатов научного исследования.

Объектом исследования является МТА на базе универсально-пропашного колесного трактора MT3-80JI с пневмогидравлическим упругим элементом в планетарной муфте сцепления.

Научную новизну диссертационной работы составляют: математическая модель разгона МТА с учетом физического процесса работы насосного узла и пневмогидравлического аккумулятора; математический алгоритм решения уравнений с переменными параметрами в системе MathCAD; оптимизация параметров ПГПМС на разгонном режиме МТА.

Достоверность научных положений определяется использованием и глубокой теоретической проработкой физических процессов моторно-трансмиссионной установки на базе основных законов теоретической механики, закономерностей взаимодействия движителей энергетического средства МТА с почвой в условиях эксплуатации и установкой адекватности математической модели экспериментальными данными.

Практическая значимость исследования состоит в разработке рекомендаций по настройке параметров пневмогидравлической муфты сцепления для повышения разгонных качеств МТА с трактором МТЗ-80 JI.

Апробация работы. Материалы исследований рассматривались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Волгоградской ГСХА (2008- 2010 г.)

На защиту выносятся:

- математическая модель разгона МТА с трактором МТЗ-80 JI использованием пневмогидравлической планетарной муфты сцепления;

- математический алгоритм решения дифференциальных уравнений с переменными параметрами в системе MathCAD;

- настройки планетарной муфты сцепления, повышающие разгонные качества МТА.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Воробьева, Наталья Сергеевна

Общие выводы

1. Составлена математическая модель процесса разгона МТА, адекватно отражающая реальные физические процессы, происходящие в моторно-трансмиссионной установке трактора с ПГПМС и в системе реализации тягового усилия его движителями, которая позволяет проводить предварительную оценку параметров разгона в процессе проектирования эксплуатационных свойств МТА.

2. Разработанный алгоритм решения математической модели в среде MathCAD, учитывает все ограничения (работу двигателя во всей области регуляторной характеристики, работу ПГА и гидронасоса, подачу жидкости в жидкостный объем ПГА при разгоне и изменения направления потока жидкости в насосе при колебаниях крюковой нагрузки МТА).

3. Разработанная система критериев оптимизации, позволяет оптимизировать решение математической модели по изменяемому критерию - коэффициенту запаса муфты сцепления |3, по затраченной работе на перепуск масла, по затратам работы движителей на буксование, по температуре нагревания масла в баке ПГПМС.

4. Оптимизация по предложенным критериям показала, что оптимальным режимом работы МТА является разгон при ограничениях давления в ПГПМС, соответствующая коэффициенту запаса муфты сцепления Р=1,30 и давлению в гидросистеме 11,7 МПа. При этом режиме наибольшие изменения достигают значения: угловой скорости на паровом поле и на стерне Аю=45с"1, момента двигателя на паровом поле ДМд=50 Нм и на стерне АМД=75 Нм, приведенного момента насосной шестерни к валу двигателя на паровом поле ДМн=80 Нм и на стерне ДМн=Т30 Нм.

5. Доказана адекватность математической модели по описанию физических процессов, происходящих в системе, экспериментальным данным.

6. На основании полученных экспериментальных исследований был установлен уровень давления в ПГА, вызывающий появление утечек в шестеренном насосе, этот факт может быть вызван следующими причинами:

- Неточностями изготовления на предприятии;

- Наличием скрытых полостей, которые при определенном давлении заполняются жидкостью и приводят перекачку масла на линию всасывания. В этом случае начинают действовать законы, связанные с наличием случайных ошибок при изготовлении деталей насоса, вероятность неточности изготовления следует изучить будущим исследованием.

- Снижение оборотов вращения насоса до нуля на установившихся режимах.

7. Установленный уровень утечек в экспериментальном узле снижал общий к.п.д. ПГПМС при разгоне до 0,92.

8. Для устранения негативных явлений при работе ПГПМС предложены возможные пути устранения утечек: изменение технических условий на изготовление шестеренных насосов и замена шестеренного насоса на аксиально-поршневой с объемным к.п.д. до 0,97.

В заключении автор выражает благодарность сотрудникам кафедры «Информатика, теоретическая механика и ОНИ» Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии за плодотворное сотрудничество по теме диссертации. Отдельно хотелось бы выразить искреннюю благодарность своему научному руководителю профессору Кузнецову Николаю Григорьевичу за выбор научного направления и постоянную поддержку в течение всей работы и доценту кафедры «Сельскохозяйственные машины" Нехорошеву Дмитрию Артемовичу за переданный опыт и помощь в проведении экспериментов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Воробьева, Наталья Сергеевна, 2010 год

1. Аврамов, В.И. Повышение эффективности работы МТА на базе колесного трактора 1.4 с пневмогидравлическим эластичным приводом ведущих колес: дис.канд. техн. наук /В.И. Аврамов. Волгоград: Волгоградский с.-х. институт, 1988. - 259 с.

2. Агеев, JI.E. Основы расчёта оптимальных и допустимых режимов работы машинно-тракторных агрегатов / JI.E. Агеев. — JL: Колос, Ленингр. отд., 1978.-295 с.

3. Алексеев, Е.Р. Решение задач вычислительной математики в пакетах MathCAD 12, MATLAB 7, Maple 9: учебный курс / Е.Р. Алексеев, О.В.Чеснокова. -М.:НТ Пресс,2006. 496 с.

4. Анохин, В.И. Применение гидротрансформаторов на скоростных гусеничных тракторах / В.И. Анохин. М.: Машиностроение, 1972. -. 304 с.

5. Балжи, М.Ф. Соединительная муфта с упругими демпфирующими связями и ее антивибрационные свойства / М.Ф. Балжи, Г.Д. Есин. — Челябинск, 1959.-51 с.

6. Барский, И.Б. Динамика трактора/ И.Б. Барский, В.Я. Анилович, Г.М. Кутьков. М.: Машиностроение, 1973. — 279 с.

7. Башта, П.У. Гидропривод и гидропневматики / П.У. Башта М.: Машиностроение, 1972. - 133 с.

8. Беляев, Б.М. Вопросы теории разгона скоростного машинно-тракторного агрегата с учетом сцепления движителя трактора с грунтом /Б.М.Беляев// Доклады МИСП «Тракторы и автомобили». М.: МИСП, 1964.-Том 1.-Выпуск2.-С. 131-139.

9. Беляев Б.М. Утонченный расчет динамических показателей процесса разгона машинно-тракторного агрегата / Б.М. Беляев // Доклады МИСП «Тракторы и автомобили». М.: МИСП, 1964-Том 1. - Выпуск 2. - С. 141154.

10. Беляев Б.М. Диаграмма разгона машинно-тракторного агрегата при буксовании движителя трактора / Б.М. Беляев // Доклады МИСП «Тракторы и автомобили». М.: МИСП, 1965. - Том 1. - Выпуск 2. С. 91-103.

11. Болтинский, В.Н. Работа тракторного двигателя при неустановившейся нагрузке / В.Н. Болтинский. М.: Сельхозиздат. - 1949. - 216 с.

12. Болтинский, В.Н. Разгон машинно-тракторных агрегатов на повышенных скоростях / В.Н. Болтинский // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. — 1961. №3. — С. 1-9.

13. Борисов, С.Г. Оценка эффективности гасителя крутильных колебаний на ведомых дисках муфты сцепления СМД-60. / С.Г.Борисов, С.А.Лапшин, В.А.Васильев // Тракторы и сельхозмашины -1971.-№2. -С. 1-3.

14. Василенко, П.М. Построение математических моделей машинных агрегатов / П.М. Василенко // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. — 1975. — № 11. — С. 51-54.

15. Введение в математическое моделирование: Учебное пособие / Под ред. П.В. Тру сова. М.: Логос,2005. - 440 с.

16. Вейц, В.Л. Динамические расчёты приводов машин / В.Л. Вейц,

17. A.Е.Качура, А.Н. Мартыненко. Л.: Машиностроение, 1967. —219 с.

18. Вернигор, В.А. Переходные режимы тракторных агрегатов /

19. B.А. Вернигор, А.С. Солонский. М.: Машиностроение, 1983. - 183 с.

20. Гавриленко, Б.А. Гидродинамические передачи: проектирование, изготовление и эксплуатация/ Б.А Гавриленко, Н.Ф.Семичастнов М.: «Машиностроение», 1980. — 224 с.

21. Громов, Д.И. Исследование нагрузок, возникающих в трансмиссии трактора при трогании с места / Д.И. Громов // Тракторы и сельхозмашины. — 1963.-№2-С. 8-10.

22. Гурский, Д.А. Вычисление в MathCAD 12: учебный курс / Д.А. Гурский, Е.С.Турбина. СПб.: Питер, 2006. - 544 с.

23. Долгов, И.А. Исследование работы гидротрансформатора с системой опорожнения рабочей полости на неустановившихся режимах / И.А. Долгов.- Кн. «Совершенствование тракторных конструкций». М.: БАТИ; 1983. -С. 32-34.

24. Долгов, И.А. Анализ факторов, влияющих на5 разгонные качества гидротрансформатора при заполнении рабочей полости / И.А.Долгов. Кн. — М.: НАТИ, 1985. - С. 84- 85.

25. Есин, Г.Д. Исследование влияния соединительной муфты с упругими связями на крутильные колебания силовой установки: дис.канд. техн. наук/ Г.Д. Есин Волгоград: Волгоградский с.-х. институт, 1978. — 180 с.

26. Есин, Г.Д. Исследование работы машинно-тракторного агрегата с центробежной муфтой / Г.Д. Есин — Земледельческая механика: Машиностроение, 1969. Т.12. - С. 197 - 208.

27. Злотник, М.И. Работа трактора с гидромеханической трансмиссией на частных скоростных режимах / М.И. Злотник, В.П. Вагин // Тракторы и сельхозмашины, 1984 №1. - С. 7 - 9.

28. Иванов, В.М. Влияние гидротрансформатора на динамические нагрузки трансмиссии / В.М. Иванов, В.А. Золотухин // Тракторы и сельхозмашины, 1968.-№9, С. 11-13.

29. Касап, И'.Ф. Оптимизация переходных процессов транспортных средств / И.Ф. Касап, Э.П. Данцев. Волгоград: Труды Волгоградского СХИ, 1984. -Т. 86.-С. 127-132.

30. Кацыгин, В.В. Анализ показателей разгона агрегата с учетом буксования / В.В. Кацыгин, А.И. Бобровник // Механизация" и* электрификация социалистического сельского хозяйства, 1975. №10. - С.32-35.

31. Кирьянов, Д.В. Самоучитель MathCAD / Д.В. Кирьянова СПб.: БХВ-Петербург,2003.-560 с.

32. Коденко, М.Н. Синтез оптимального управления разгоном тракторного агрегата /М.Н. Коденко // Тракторы и сельхозмашины, 1972. — №3. -С. 22.24.

33. Косульников Р.А. Повышение эксплуатационных показателей МТА на базе колесного трактора с двигателем постоянной мощности: дисс. канд. техн. наук. Волгоград, 2002. - 150 с.

34. Кондаков, С.В. Выбор параметров моторно-трансмиссионной установки бульдозера с учётом переходных режимов: автореф. дис. .канд. техн. наук / С.В. Кондаков. Челябинск, 1986. - 17 с.

35. Копытин, А.Н. Исследование процесса разгона гусеничного сельскохозяйственного трактора с гидромеханической трансмиссией: автореф. дис. .канд. техн. наук / А.Н. Копытин — М., 1965 -17 с.

36. Котовсков, А.В. Исследование динамики механической гидромеханической трансмиссий энергонасыщенного гусеничного сельскохозяйственного трактора на переходных режимах движения: автореф. дис. . .канд. техн. наук / А.В. Котовсков Волгоград, 1980. - 17 с.

37. Кочкарев, А.Я. Гидродинамические передачи. /А.Я. Кочкарев. Л.: Машиностроение, 1971. - 336 с.

38. Ксендзов, В.Н. Прогнозирование нагруженности и надёжности трансмиссий машин / В.Н. Ксендзов, H.JI Осроверхов, В.Н. Стукачёв. -Минск: Наука и техника, 1987. В.Н. 176 с.

39. Кузнецов, Н.Г. Двигатель постоянной мощности со свободным впуском воздуха как энергетическое средство сельскохозяйственных машинно-тракторных агрегатов / Н.Г. Кузнецов, В.Г. Кривов. — Волгоград: Изд-во Волгоградского СХИ, 1991. 86 с.

40. Кузнецов, Н.Г. Теория тягового баланса энергонасыщенных колёсных тракторов при работе на тяжёлых почвах засушливых зон / Н.Г. Кузнецов. -Волгоград: Издательско-полиграфический комплекс ВГСХА «Нива», 2004. — 140 с.

41. Кузнецов, Н.Г. Стабилизация режимов работы скоростных машинно-тракторных агрегатов. / Н.Г. Кузнецов Волгоград: Издательско-полиграфический комплекс ВГСХА «Нива», 2006. - 424 с.

42. Кузнецов, Н.Г. Вводные лекции по математическому моделированию и математической теории эксперимента: учебное пособие / Н.Г. Кузнецов, С.И. Богданов. Волгоград: гос. с.-х. акад., 2008. - 182 с.

43. Кузнецов, Н.Г. Характеристика пневмогидравлической планетарной муфты сцепления сельскохозяйственного трактора/ Кузнецов Н.Г., Нехорошев Д.А., Воробьева Н.С. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2009 — №10. — С. 28-30

44. Куликов, Н.К. Расчёт динамики разгона и экономики автомобиля с гидромеханической передачей в процессе разгона / Н.К.Куликов. М.: Труды НАМИ, 1955. - Вып. 67. - С. 3-45.

45. Курзель, И.А. Расчет разгона системы с гидродинамическим трансформатором / И.А. Курзель. Вестник машиностроения, 1968. - №5. -С. 27-29.

46. Кутьков, Г.М. Тяговая динамика тракторов / Г.М. Кутьков. М.: Машиностроение, 1980. - 214 с.

47. Лаптев, Ю.Н. Динамика гидромеханических передач / Ю.Н. Лаптев М.: Машиностроение, 1983. — 104 с.

48. Лукьянов, А.В. Снижение нагруженноети гидромеханической трансмиссии промышленного трактора на режимах включения фрикционных механизмов: автореф. дис. . канд. техн. наук. Челябинск, 1986. - 19 с.

49. Львов, Е.Д. Теория трактора / Е.Д.Львов М.: Машгиз, 1960. - 252 с.

50. Львовский, К.Я. Трансмиссии тракторов / К.Я. Львовский и др. -М.: Машиностроение, 1987, с. 184.

51. Макаров, Е.Г. MathCAD: учебный курс / Е.Г. Макаров. СПб.: Питер, 2009. - 384с.

52. Малашков, И.И. Влияние процесса включения сцепления на динамические нагрузки в, трансмиссии автомобиля / И.И! Малашков, Ю.Г.Стефанович // Автомобильная промышленность, 1971. — №3. С. 22-24.

53. Молоканов G.B. Повышение эффективности использования^ МТА с колесным трактором к. 1,4 за счет применения пневмогидравлической^ навески: дис. . канд. техн. наук. Волгоград, 2003 -150 с.

54. Морозов А.Х. Структурная схема трактора как динамической системы для расчета скоростного режима / А.Х. Морозов. В кн.: Повышение рабочих скоростей машинно-тракторных агрегатов. — М.: Колос, 1973 - С. 120-127.

55. Научные основы повышения рабочих скоростей машинно-тракторных агрегатов. М.:Колос,1965 536 с.

56. Оразмамедов, О.О. Совершенствование разгонных качеств машинно-тракторного агрегата с трактором ДТ-175С, имеющим упругое звено внавеске: дисс.канд. техн. наук./ О.О. Оразмамедов. Ашхабад, 1990. - 195 с.

57. Орлов, М.А. Исследование процесса разгона гусеничного сельскохозяйственного трактора с гидротрансформатором: автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1964. — 17 с.

58. Очков, В.Ф. MathCAD 14 для студентов и инженеров: русская версия. /В.Ф. Очков СПб.:БХВ-Петербург, 2009 - 512 с.

59. Пин, Г.Э. Аналитический расчет разгона автомобиля с комплексным гидротрансформатором. / Г.Э. Пин Автомобильная промышленность, 1975 -№7 - С.11-13.

60. Пискунов, Н.С. Дифференциальное и интегральное вычисление / Н.С. Пискунов. М:: Колос, 1970. - 576 с.

61. Соколов, Л.П. Исследование процесса разгона, колёсного трактора класса 1.4 т с гидротрансформатором: автореф. дис. канд. техн. наук. — Воронеж, 1968.-20 с.

62. Стесин, С.П. Гидромеханические передачи / С.П. Стесин, Е.А. Яковенко. М.: Машиностроение, 1973. - 352 с.

63. Строков, В.Л. Об эластичном приводе ведущих колёс трактора /

64. B.Л.Строков, А.А Карсаков, Т.И. Макарова // Тракторы и сельхозмашины, , 1974. -№8. С. 8.10.

65. Тракторные моторно-трансмиссионные установки с двигателями постоянной мощности / С.И. Дорменёв, А.П. Банник, И:А. Коваль, Ю.Б. Моргулис- М.: Машиностроение, 1987/- 184 с.

66. Трусов С.М. Расчет динамических показателей и расхода топлива для автомобиля с гидродинамической передачей в процессе разгона /

67. C.М. Трусов, В.В. Алешин. Труды НАМИ. М., 1971. - Вып.128. - С. 48-63.

68. Харитончик, Е.М. Снижение динамических нагрузок в трансмиссиях колесных тракторов /Е.М. Харитончик, С.Т. Павленко, В.А.Кочетков // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, 1976. -№3. С.53-54.

69. Холин, А.И. Математическая модель движения трактора с механической и гидромеханической трансмиссией при установившейся нагрузке и разгоне. /А.И. Холин М.: Труды НАТИ, 1975. - Вып. 236. - С. 35^3.

70. Цукуров, A.M. Исследование влияние жесткости внешних связей колесного трактора класса 14 кН на разгон агрегата: автореф. дис.канд. техн. наук/ A.M. Цукуров. — Волгоград, 1975. — 27 с.

71. Черпак, Ф.А. Вопросы применения гидромеханической трансмиссии на энергонасыщенном тракторе тягового класса 3 т. / Ф.А. Черпак, Б.З. Шохрин, Е.М. Шапиро. В кн.: Гидромеханические передачи тракторов. - М.:Труды НАТИ,1974, С. 25-38.

72. Чудаков, Д.А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля / Д.А.Чудаков. М.: Колос, 1972.-384 с.

73. Шевчук, В.П. Исследование работы тракторного гидротрансформатора при заполнении и опорожнении рабочей полости / В.П. Шевчук, В.А. Введенский, И.А. Долгов, В.Я. Боков. Волгоград. — 34 с. - Деп, в ЦНТИтракторсельмаш, 3.11.1986, №760 тс - 87с.