Совершенствование конструктивных параметров гидростатической трансмиссии для колесных лесных машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, кандидат технических наук Ильин, Александр Васильевич

• Ильин, Александр Васильевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ильин, Александр Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. Использование гидростатических передач в качестве трансмиссий транспортных машин.

1.1 Состояние вопроса в области разработки и создания гидростатических трансмиссий транспортных машин.

1.2 Условия работы гидростатической передачи в качестве трансмиссий транспортных машин и постановка задачи исследования.

1.3 Задачи исследований.

2. Теоретические исследования.

2.1 Математическая модель движения шарнирно-сочлененной колесной машины.

2.2 Теоретические особенности расчета конструктивных параметров радиально-поршневых высокомоментных гидромоторов с целью повышения КПД.

2.2.1 Конструктивные параметры гидромотора, связанные с повышением КПД.

2.2.2 Теоретический расчет зазора между поршнем и цилиндром для исключения заклинивания и повышения КПД.

2.2.3 Теоретические особенности выбора отношения эксцентриситета к высоте подвески цилиндра и отношения хода поршня к диаметру цилиндра, связанные с повышением КПД.

3. Экспериментальные исследования.

3.1 Стенды, приборы и методика для проведения исследования.

3.2 Методика экспериментальных исследований.

3.3 Результаты экспериментальных исследований.

3.4 Пример сочлененной колесной лесной машины с дополнительным оборудованием.

3.4.1 Схема сочлененной колесной машины и дополнительное оборудование.

3.4.2 Тяговый расчет сочлененной колесной машины с гидростатической трансмиссией.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование конструктивных параметров гидростатической трансмиссии для колесных лесных машин»

Создание высокопроизводительных и экономичных транспортных средств и других машин является важной проблемой. Только за последние шесть лет производство машин возросло более чем в два раза.

Задача развития автотранспорта состоит не только в увеличении численности состава, но и в значительном повышении технического уровня, качественных и эксплуатационных показателей машин, а также в улучшении условий труда водителей.

Для увеличения производительности лесных машин и улучшения условий труда водителей важно максимально упростить управление автомобилями, тракторами и другими транспортными средствами. Функции современного водителя транспортной машины заключаются в оценке дорожных условий, в выборе направления и скорости движения. Но, если направление движения задается воздействием на один элемент управления (у большинства машин - рулевое колесо), то скорость движения определяется четырьмя элементами (рычаг переключения передач, педали сцепления, тормозов и подачи топлива в двигатель), а у некоторых лесных машин и большим количеством элементов управления. Поэтому, управление скоростью движения транспортной машины является достаточно сложной операцией и водитель, выполняющий эту операцию, быстро утомляется, в результате чего снижается безопасность движения и производительность труда. Использование, вместо четырех, одного элемента управления значительно облегчит условия труда водителя и повысит производительность лесной машины.

Еще одним из существенных факторов, влияющих на безопасность управления транспортным средством, является бесступенчатое изменение скорости движения машины. Известно, что существующие двигатели внутреннего сгорания (ДВС) не обладают требуемой тягово-скоростной характеристикой для работы транспортных и тяговых машин. В условиях лесной промышленности задача решается за счет совершенствования трансмиссий, а так же самих ДВС.

К таким трансмиссиям можно отнести гидродинамические, механические, электрические, фрикционные и другие трансмиссии. Наибольшее распространение для бесступенчатого регулирования скорости получили гидродинамические передачи, это относится к автомобилям, автобусам, тягачам и боевым машинам. Гидродинамическая передача облегчает работу водителя, повышает безопасность управления машиной, так как увеличивается время для принятия решений в сложной дорожной обстановке. Но эти передачи достаточно сложны и дороги, их цена достигает до 40% от стоимости машины.

Одним из наиболее перспективных путей, который позволит бесступенчато регулировать скорость движения и значительно упростит процесс управления лесной машиной, является использование гидростатической передачи. Однако, применение такой передачи в качестве трансмиссии транспортного средства сдерживается рядом обстоятельств, наиболее существенным из которых является недостаточно высокий коэффициент полезного действия, что влечет за собой ухудшение экономичности. Кроме того, при движении транспортной машины с гидростатической передачей затрудняется отключение и включение гидромоторов непосредственно на ходу, что снижает проходимость машины.

КПД гидромотора зависит от следующих факторов:

• механических потерь на трение;

• объемных потерь (утечки рабочей жидкости);

• гидравлических потерь давления в системе.

В настоящей работе совершенствование конструкции гидромотора направлено на снижение трения в паре «поршень-цилиндр», за счет применения новых полиамидных материалов; снижение утечек рабочей жидкости за счет нахождения и выбора оптимальных зазоров; снижение расхода топлива за счет простого способа отключения гидромотора на ходу машины.

Данная диссертация посвящена разработке модели многофункционального сочлененного колесного трактора для лесного хозяйства, теоретическому расчету оптимальных параметров, которые обеспечивают повышение коэффициента полезного действия, созданию радиально-поршневого гидромотора встраиваемого в колесо лесной машины, с простым механизмом отключения гидромотора на ходу машины, а также исследованию его работы.

Заключение диссертации по теме «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства», Ильин, Александр Васильевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Предложенная модель сочлененной колесной машины с гидростатической трансмиссией позволяет проводить различные работы, как для лесного хозяйства, так и для лесозаготовок, что подчеркивает ее универсальность и многофункциональность.

2. На основании анализа существующих конструкций трансмиссий транспортных средств установлено, что наибольшим преимуществом обладает гидростатическая трансмиссия с радиально-поршневыми высокомоментными гидромоторами, встраиваемыми в колеса, поэтому в настоящей диссертации она выбрана в качестве объекта исследования.

3. Произведены аналитические расчеты основных конструктивных параметров, влияющих на КПД гидромотора (А] - отношение эксцентриситета к высоте подвески цилиндра и — отношения хода поршня к диаметру цилиндра) Л и установлено, что при уменьшении и при увеличении отношения — с1 происходит возрастание КПД гидромотора. Эти зависимости использованы при конструировании нового гидромотора.

4. Разработана методика расчета узлов радиально-поршневого высокомоментного гидромотора в сопряжении «поршень - цилиндр», что позволяет исключить заклинивание поршня в цилиндре.

5. Разработана математическая модель движения сочлененной колесной машины для лесной отрасли, которая позволят определить характер влияния различных конструктивных параметров машины через обобщенные коэффициенты.

6. С учетом расчетных параметров изготовлен в заводских условиях новый образец радиально-поршневого высокомоментного гидромотора с телескопическими шатунами, с поршнями, покрытыми полиамидной смолой (П-610) и с устройством для отключения гидромотора на ходу машины. Механизм отключения гидромотора на ходу машины применен впервые и позволяет снизить потери на трение, при движении трактора накатом, а также повышает эффективность работы машины в целом.

7. Спроектирована и смонтирована экспериментальная установка, которая состоит из насосной станции, частично стенда КИ - 4815, тормозного устройства, монтажной плиты и контрольно - измерительных приборов, что позволило снять характеристики нового гидромотора с телескопическими шатунами (крутящего момента, давления жидкости в цилиндре, частоты вращения вала гидромотора).

8. Проведены испытания нового гидромотора, которые подтвердили его работоспособность. КПД гидромотора, при давлении 4 МПа составляет 0,905 и с увеличением давления приближается к расчетному, равному 0,957.

9. Предлагаемый гидромотор легко встраивается в колесо транспортного средства и улучшает проходимость , маневренность и экономичность машин, используемых в таких отраслях, как лесное хозяйство, строительство, лесная и военная промышленность. При этом гидростатическая трансмиссия с радиально-поршневыми гидромоторами обеспечивает режимы движения машины с колесной формулой 6x2, 6x4 и 6x6.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ильин, Александр Васильевич, 2005 год

1. Амбарцумян, B.B. Исследование системы автоматического регулирования гидрообъемной трансмиссии трактора Текст. / В.В. Амбарцумян: диссертация НАМИ. М.: 1964. 167 с.

2. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя Текст. / В.И. Анурьев: В 3 т. Т. 2. 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. - М.: Машиностроение, 2001. 912 с.

3. Багин, Ю.И. Повышение эффективности машин лесного хозяйства и лесозаготовок на основе активных прицепов и совершенствования их привода Текст. / Ю.И. Багин: диссертация УЛТИ. Свердловск. 1986. 284 с.

4. Багин, Ю.И. Колесные и гусеничные машины. Конструкция и расчет элементов шасси Текст. / Ю.И. Багин: Учебное пособие. Екатеринбург: Изд-во УГТУ-УПИ 2002. 308 с.

5. Багин, Ю.И., Боровских Ю.М. Конструкция гидромотора с качающимися цилиндрами Текст. / Ю.И. Багин // Труды ССХИ, том 22, Свердловск, 1970. 259 с.

6. Багин, Ю.И. Автомобили и тракторы. Конструкция и элементы расчета шасси Текст. / Ю.И. Багин. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2000. 349 с.

7. Багин, Ю.И. Справочник по гидроприводу машин лесной промышленности Текст. / Ю.И. Багин. М.: «Экология», 1993. 352 с.

8. Баженов, Е.Е. Теория автомобиля и трактора Текст. / Е.Е. Баженов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2000. 125 с.

9. Баженов, Е.Е. Теория автомобиля: Методические указания к курсовой работе Текст. / Е.Е. Баженов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1997. 20 с.

10. Бележков, Ю.А. Коэффициент полезного действия гидрообъемной передачи Текст. / Ю.А. Бележков, Б.Б. Некрасов, И.В. Фатеев «Автомобильная промышленность» № 8, М.: 1975. 65 с.

11. Генель, C.B. Применение полимерных материалов в качестве покрытий Текст. / C.B. Генель. М.: Химия, 1968. 239 с.

12. Гидрообъемная передача преимущественно для быстроходных гусеничных машин Текст.: Авт. Свидетельство № 232773/ Г.В. Герасимов, опубл. 11.05.1967.

13. Городецкий, К.И. Скоростные характеристики зарубежных роторных и аксиально-поршневых гидромашин Текст. / К.И. Городецкий, А.М. Абрадуцкий // «Тракторы и сельхозмашины» № 6. М.: 1978. 55 с.

14. Городецкий, К.И., О выборе оптимальных параметров гидромашин полнопоточной трансмиссии Текст. / К.И. Городецкий, A.A. Михайлин // Труды НАТИ. Вып. 259. М., 1978. 157 с.

15. Гром-Мазничевский, Л.И. Исследование системы автоматического управления бесступенчатой трансмиссией трактора Текст. / Л.И. Гром-Мазничевский: диссертация. Киев. 1974. 133 с.

16. Иванов, Е.П. Теоретические и экспериментальные исследования схем гидростатических трансмиссий для многоприводных машин Текст. / Е.П. Иванов: диссертация НАМИ. М.: 1967. 151 с.

17. Инструкция по эксплуатации мультиметра MY 63 фирмы «Mastech».

18. Калинников, В.В. Исследование системы автоматического управления гидрообъемной передачи автомобиля Текст. / В.В. Калинников: диссертация НАМИ. М.: 1973. 178 с.

19. Келдыш, М.В. Шимми переднего колеса трехколесного шасси Текст. / М.В. Келдыш // Труды ЦАГИ, № 564, 1945. 89 с.

20. Крылов, Г.В., Практикум по методологии научных исследований Текст. / Г.В. Крылов, М.С. Розенблит. М.: МЛТИ, 1973, 143 с.

21. Кузнецов, Л.В. Высокомоментные гидромоторы. ВНИИПТМАШ Текст. / Л.В. Кузнецов. М.: 1962. 106 с.

22. Литвинов, A.C. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств Текст. / A.C. Литвинов, Фаробин Я.Е. М.: Машиностроение, 1989. 240 с.

23. Лесная энциклопедия Текст. / Г.И. Воробьев, H.A. Анучин, В.Г. Атрохин, В.Н. Виноградов и др. В 2-х т., т. 1. М.: Сов. энциклопедия, 1985. 563 с.

24. Лесная энциклопедия Текст. / Г.И. Воробьев, H.A. Анучин, В.Г. Атрохин, В.Н. Виноградов и др. В 2-х т., т. 1. М.: Сов. энциклопедия, 1986. 631 с.

25. Ловцов, Ю.И. О совместной работе двигателя внутреннего сгорания игидростатической трансмиссии Текст. / Ю.И. Ловцов // Сборник трудовt

26. Гидравлический привод и гидравлические системы управления тракторов и сельхозмашин». ВИМ. М.: 1971. 94 с.

27. Ловцов, Ю.И., Влияние переключения схемы питания гидромоторов на потери в гидрообъемной трансмиссии Текст. / Ю.И. Ловцов, А.Я. Рогов // «Тракторы и сельхозмашины» № 3. М.: 1969. 41 с.

28. Макаров, P.A. Тензометрия в машиностроении Текст. / P.A. Макаров, А.Б. Ренский, Г.Х. Боркунский, М.И. Этингоф. Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1975. 287 с.- 11833. Маракин, Н.Ф. Гидравлические моторы в СССР и за рубежом Текст.

29. Н.Ф. Маракин, А.И. Кудрявцев, А.И. Гольдшмидт. ЦИНТИАМ. М.: 1964.192 с.

30. Морозов, Б. И. К описанию движения шарнирно сочлененного колесного трактора Текст. / Б. И. Морозов, Ю.К. Клейн // Труды НАТИ, вып. 214. Исследование гидравлических приводов и автоматов вождения тракторов. М: ОНТИ, 1971. 108 с.

31. Нейхмарк, Ю.И. Динамика неголономных систем Текст. / Ю.И. Неймарк, H.A. Фуфаев. М.: Наука, 1967. 520 с.

32. Некрасов, Б.Б. Особенности рабочих характеристик объемней гидромеханической передачи с разделением потока мощности Текст. / Б.Б. Некрасов, К.И. Городецкий, И. В. Фатеев // «Тракторы и сельхозмашины» № 2. М.: 1975. 73 с.

33. Петров, В.А. Автоматические системы транспортных машин Текст. / В.А. Петров. Машиностроение. М.: 1974. 368 с.

34. Петров, В.А. Автоматическое управление бесступенчатых передач самоходных машин Текст. / В.А. Петров. Машиностроение. М.: 1974. 162 с.

35. Петров, В.А. Выбор схемы и параметров полнопоточной гидрообъемной передачи Текст. / В.А. Петров // «Автомобильная промышленность» № 6, М.: 1975. 89 с.

36. Петров, В.А. Основы теории автоматического управления трансмиссией автомобиля Текст. / В.А. Петров. АН СССР. М.: 1957. 223 с.

37. Платонов, В.Ф. Гусеничные и колесные транспортно-тяговые машины Текст. / В.Ф. Платонов, Г.Р. Леиашвили. М.: Машиностроение, 1986. 296 с.

38. Пономаренко, Ю.Ф. Радиально-поршневые высокомоментные гидромоторы Текст. / Ю.Ф. Пономаренко, А.Я. Рогов. М.: Машиностроение. 1964. 234 с.

39. Прокофьев, В.Н. Автомобильные гидропередачи Текст. / В.Н. Прокофьев. М.: Машгиз. 1947. 245 с.- 11944. Прокофьев, В.Н. Гидравлические передачи колесных и гусеничных машин Текст. / В.Н. Прокофьев. М.: Машгиз. 1960. 154 с.

40. Прокофьев, В.Н. Применение объемных гидропередач к автомобилю Текст. / В.Н. Прокофьев // Труды НАМИ, вып. 56, М.: 1949. 132 с.

41. Пылов, Б.А. Гидростатическая трансмиссия трактора К-700 Текст. / Б.А. Пылов, Ю.И Ловцов и др. // Сборник трудов «Гидравлический привод и гидравлические системы управления тракторов и сельхозмашин». ВИМ. М.: 1971.94 с.

42. Пятницкий, A.A. Ведение в теорию и практику тензометрирования Текст. / A.A. Пятницкий. Новочеркасск, РИО НПИ, 1960. 78 с.

43. Рузга, 3.-Электрические тензометры сопротивления Текст. / 3. Рузга. М.: Мир, 1964. 365 с.

44. Смирнов, Н.В., Курс теории вероятностей и математической статистики Текст. / Н.В. Смирнов, И.В. Дудин-Барковсий. М.: Наука, 1965. 512 с.

45. Солонин, И.С. Математическая статистика в технологии машиностроения Текст. / И.С. Солонин. М.: Машиностроение, 1972. 215 с.

46. Степнов, М.Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний: Справочник Текст. / М.Н. Степнов. М.: Машиностроение, 1985, 232 с.

47. Туричин, A.M. Электрические измерения неэлектрических величин Текст. / A.M. Туричин, П.В. Новицкий, B.C. Левшина. Изд. 5-е, перераб. и доп. Л., Энергия, 1975. 576 с.

48. Фатеев, И.В. Исследование двухпоточной объемной гидромеханической трансмиссии трактора класса 1,4 т, обеспечивающей передачу постоянной мощности Текст. / И.В. Фатеев: диссертация, МАМИ, М., 1976. 206 с.

49. Хан, Г. Статистические модели в инженерных задачах Текст. / Г. Хан С. Шапиро. Пер. с англ./Под ред. В.В. Налимова. М.: Мир, 1969. 395 с.

50. Шакиров, Т. М. Разработка методов расчета параметров и нагруженности модульных объемногидромеханических трансмиссий колесных и гусеничных машин двойного назначения Текст. / Т. М. Шакиров: дис. канд. наук. М.: НАТИ, 2003. 141 с.

51. Шпилевский, Г.Б. Повышение качества автоматического вождения трактора на пахоте Текст. / Г.Б. Шпилевский // «Тракторы и сельхозмашины» №11,1970. 78 с.

52. Шугуров, JI.M. Автомобили России и СССР Текст. / JI.M. Шугуров: В 2 ч. Ч. 2. М.: ИЛБИ: ПРОСТРЭКС, 1994. 160 с.

53. Albert, Т. Eaton's new heavy duty hydrostatic transmissions Text. / T. Albert // Diesel and Gas Turbine Progress. 40. № 11, 1974. p. 64-65

54. ATV combines hydrostatic chain drives // Diesel and Gas Turbine Progress. № 12, 1970. p. 26.

55. Brockinton, Paul. Transmissions for the role of automatics Text. / P. Brockinton// Commer. Mat., 133, № 3416, 1971. p. 49-51.

56. Der Hydraulische Frontantrieb-ein vorteilhafies Antribs-system // Agragten. int. 56, № 6, 1977. s. 18-19.

57. Ditcher, refuse fleet use automatic transmissions // Diesel and Gas Turbine Progress. № 8, 1976. p. 42-43.

58. Firth Donald. Hydrostatic motors direct or indirect Text. / D. Firth // SAE Prepr., № 730785, 1973. p. 11.

59. Gebauer Richard. Europaishe Nutzfahrzeuge fur 1974 Text. / R. Gebauer Bericht von der Internationalen Automobillausstelung. 1974. p. 42.

60. Gottesman Carl A. Drive trans today and tomorrow Text. / C. Gottesman // Automot. Eng., 154, № 10, 1976. p. 24-27.

61. Hagen Hans. Der Einflub eines stufenlosen Getriebes auf die Auslegund des Antriebs von Nutzfahrzeugen Text. / H. Hagen // Automobiltechn. № 4, 1979. s. 139-142.

62. Haney Robert. Electronic control for hydrostatic transmissions Text. / R. Haney, E. Ashby // Diesel and Gas Turbine Progress. № 12, 1974. p. 36-37.

63. Hydrostatische Hochmomentmotoren // Auto und Zübehor 61, № 16, 1973. s. 702-704.

64. Kenney F.L. The design of a 4 wheel steer 4 wheel hydrostatic drive allterrain vehicle for REV-74 Text. / F.L. Kenney, I.C. Harp, J.H. Johnson // SAE Prepr.,№ 750144, 1975. p. 9.

65. Meyer M. Ein Axiallkolbengetriebe mit innerer Leistungseverzweigung Text. / M. Meyer // Oelhydraulik und Pneumatik. № 3, 1959. s. 83-87.

66. Mortimer J. Electric von under test Text. / J. Mortimer // Engineer (G. Brit), 240, №6219, 1975. p. 9.

67. Rigamont G. Trattice a transmissione hydrostatica del Gemotor Text. / G. Rigamont // March, mot. agr., 35, № 4, 1977. p. 53-60.

68. Rubenstein R.D. Use and application of hydrostatic transmissions for farm vehicles Text. / R.D. Rubenstein // Proc. National Conference Fluid Power, Chicago, 29, 1975. p. 247-362.

69. Svoboda I. Development of a hydrostatic hybrid vehicular drive regenerative bracking Text. / H. I. Svoboda, C.K. Kwok, R.M. Cheng // Proc. National Conference Fluid Power, Chicago, 29, 1975. p. 490-506.

70. The Cummins C 420 diesel // Automot. Eng., № 19, 1974. p. 7.

71. Wheelock W.K. The effect of automatic transmissions on military truck fuel Text. / W.K. Wheelock // SAE Prepr., № 750216, 1975. p. 5.