Поліпшення якості ведучих мостів сільськогосподарських тракторів загального призначення

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 629.1

ПОЛІПШЕННЯ ЯКОСТІ ВЕДУЧИХ МОСТІВ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ ТРАКТОРІВ ЗАГАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

Спеціальність 05.22.02 - автомобілі та трактори

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ГРИНЕНКО Олексій Анатолійович

Харків - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному технічному університеті сільського господарства імені Петра Василенка Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник:заслужений діяч науки і техніки України,

доктор технічних наук, професор

Лебедєв Анатолій Тихонович,

Харківський національний технічний університет сільського господарства, завідувач кафедри трактори та автомобілі.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Волков Володимир Петрович,

Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідувач кафедри технічної експлуатації та сервісу автомобілів;

кандидат технічних наук, доцент

Третяк Віктор Михайлович,

Національний науковий центр «Інститут механізації

та електрифікації сільського господарства»,

завідувач лабораторії мобільної енергетики.

Захист відбудеться «23» червня 2010 р. о 1200 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.059.02 при Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті за адресою: 61002, м. Харків,

вул. Петровського, 25.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного автомобільно-дорожнього університету за адресою: 61002,

м. Харків, вул. Петровського, 25.

Автореферат розісланий «22» травня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Наглюк I.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

трактор міст ведучий

Актуальність теми. Якість продукції - це сукупність її властивостей, що обумовлюють здатність продукції задовольняти потреби споживачів згідно її призначення. В умовах жорсткої конкуренції якість продукції виходить на перший план та подальше стає все більш вагомим аргументом на користь одного або іншого продукту. Основними показниками якості продукції є її надійність, безвідмовність, ресурс.

Технічна експлуатація тракторів показує, що базові елементи тракторів являються ресурсовизначальними, бо вони сприймають значні динамічні навантаження, які виводять їх з ладу.

Одним з найбільш визначальних базових елементів тракторів є ведучі мости, які поєднують в собі до чотирьох різних систем (трансмісія у складі головної передачі та колісних редукторів; несуча ходова система у складі опорного корпуса моста, ступиці коліс та безпосередньо коліс; гальмова система у складі робочих та/або стоянкових гальм; система рульового керування у складі рульової трапеції, шарнірів та з'єднання кулак-шкворень). Саме ведучі мости сприймають найскладніше навантаження, бо вони безпосередньо зв'язані з опорною поверхнею та першими реагують на вплив навколишнього середовища.

Використовуючи існуючі методи розрахунку, не можливо достатньо точно оцінити величину і характер дії напружень ведучих мостів тракторів. Тому актуальною є робота щодо розробки та вдосконалення методик визначення режиму навантаженості для визначення параметрів, які впливають на оптимальну колію машино-тракторного агрегату та визначення нерівномірності розподілу навантажень по елементах ведучих мостів, що призводить до втрати їх працездатності.

Виходячи з пріоритетів розвитку України - забезпечення народного господарства високонадійною технікою, тема дисертаційної роботи актуальна.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась за держбюджетними темами кафедри тракторів та автомобілів Харківського національного технічного університету сільського господарства на 2000-2002 р. «Методологія оцінки і прогнозування стану автотракторних конструкцій, які втрачають працездатність при поступових відмовах (зокрема, від втомленості)» (№06-53-01) та на 2004-2006 р. «Теоретичні основи забезпечення надійності автотракторних конструкцій» (№02-53-04), програмою Держсільгоспмашу Міністерства промислової політики України на 1998-2005 р. «Виробництво технологічних комплексів машин та обладнання для АПК», тема «Підвищення технічного рівня серійних тракторів» (№22.70.98). Результати роботи спрямовані на реалізацію «Концепції Державної програми по технічній політиці в агропромисловому комплексі на період до 2010 р.», затвердженої розпорядженням Кабінету Міністрів України №93_р від 15.02.2006 р.

Мета та задачі дослідження є поліпшення якості ведучих мостів сільськогосподарських тракторів загального призначення шляхом вдосконалення методів проектування та заходів при експлуатації.

Для досягнення поставленої мети сформульовані наступні задачі:

- проаналізувати якість роботи основних елементів ведучих мостів сільськогосподарських тракторів загального призначення, та з урахуванням аналізу статистичних відмов визначити причини її порушення;

- вдосконалити (розробити) методологію визначення режиму навантаженості при оранці для визначення параметрів, які впливають на оптимальну колію сільськогосподарського трактора в режимі оранки;

- вдосконалити (розробити) методологію визначення нерівномірності розподілу навантажень елементів трансмісії, що призводить до втрати працездатності елементів трансмісії трактора;

- провести експериментальні дослідження працездатності конструктивних елементів ведучих мостів для визначення нерівномірності їх навантаження та впливу наслідків нерівномірного навантаження на конструктивні елементи трансмісії;

- розробити рекомендації по підвищенню працездатності ведучих мостів тракторів.

Об'єктом дослідження є процес навантаження та зміни довговічності ведучих мостів сільськогосподарських тракторів загального призначення під час виконання трактором сільгоспробіт.

Предметом дослідження є методи проектування ведучих мостів з урахуванням нерівномірного розподілу навантаження по бортам сільськогосподарського трактора загального призначення.

Методи дослідження. У теоретичній частині використовуються методи математичного моделювання. В експериментальній частині використано метод тензометрії та математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів:

Вперше:

Ш встановлена залежність розподілу відмов елементів трансмісії трактора від їх розташування [3, 7];

Ш виявлено параметри, що найбільш впливають на несиметричне навантаження трактора [2, 6];

Ш розроблено методологію розрахунку оптимальної колії трактора в залежності від характеристик приєднаного сільгоспзнаряддя та методологію розрахунку елементів трансмісії трактора (колісних редукторів) під впливом нерівномірного навантаження [2, 3, 8];

Ш встановлено основну причину втрати трактором працездатності одних елементів трансмісії при задовільній працездатності інших [3, 8].

Одержала подальший розвиток теорія тягової динаміки трактора з приєднаним до нього сільськогосподарським знаряддям і, на відміну від відомих, враховує нерівномірне навантаження елементів трансмісії трактора в залежності від характеристик агрегатування та дозволяє розкрити процеси розподілу цих навантажень.

Практичне значення одержаних результатів.

Розроблена та програмно реалізована математична модель роботи машино-тракторного агрегату, що дозволяє на етапі проектування вибрати оптимальну колію трактора, визначити необхідну потужність двигуна та оцінити параметри працездатності трансмісії трактора.

Розроблені і прийняті для впровадження на ВАТ »ХТЗ» рекомендації по підвищенню якості ведучих мостів сільськогосподарських тракторів. За результатами роботи на ВАТ «ХТЗ» було ухвалено дві програми випробувань та шість технічних звітів. Запропонована методика проектування ведучих мостів з урахуванням нерівномірного розподілу навантаження при роботі сільськогосподарського трактора з оралом використовується при проведені науково-дослідницьких робіт, а також у навчальному процесі на кафедрі тракторів і автомобілів Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка.

Особистий внесок здобувача. Автору належать: математична модель навантаження колісних редукторів під впливом нерівномірного навантаження трактора [1…3, 5, 6, 8]; удосконалена методика розрахунку їх довговічності [3, 4, 7, 8]; визначені закономірності розподілу відмов елементів трансмісії трактора в залежності від їх розташування [3].

Особистий внесок у наукових працях, опублікованих у співавторстві, наведений у списку публікацій в авторефераті.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи оприлюднені та одержано позитивну оцінку на десяти міжнародних науково-технічних конференціях: «Проблеми надійності машин на етапах проектування, експлуатації та ремонту» (м. Харків, 2002 р.); «Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки» (м. Харків, 2003 р.); «Проблеми якості та довговічності зубчатих передач, редукторів, їх деталей та вузлів» (м. Севастополь, 2003 р.); «Надійність то довговічність механізмів, елементів конструкції та біомеханічних систем» (м. Севастополь, 2004 р.); «Технічний прогрес в АПК» (м. Харків, 2006 р.), «Сберегающее земледелие как путь стабилизации агробизнеса в условиях кризиса» (м. Москва, 2008), «Об основных результатах новых подходов внедрения ресурсосберегающих технологий в АПК» (м. Москва, 2008), «Новітні техніко-технологічні рішення обробітку ґрунту і посіву основних сільськогосподарських культур» (м. Київ, 2009 р.), «Агро Олімп_150» (смт. Дослідницьке, 2009 р.), «Автоматизовані системи контролю використання палива та техніки. Обладнання та програмне забезпечення для точного землеробства» (смт. Чубинське, 2009 р.).

У повному обсязі дисертаційна робота обговорена та схвалена на розширеному засіданні кафедри автомобілів Харківського Національного автомобільно-дорожнього університету.

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи викладено у 9 друкованих працях, з них 7 - у фахових журналах ВАК України. Одержано патент України.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Загальний обсяг роботи складає 194 сторінки, у тому числі 58 рисунків, 6 таблиць та 7 додатків на 77 сторінках. Список використаних літературних джерел включає 128 найменувань на 14 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, визначена наукова новизна, практичне значення, викладені основні положення, що виносяться на захист.

Дане дослідження є продовженням циклу робіт по вдосконаленню методики проектування автотракторних конструкцій, що виконані в Харківському національному технічному університету сільського господарства, Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті А.Т. Лебедєвим, В.Г. Кухтовим, Л.В. Назаровим, В.П. Волковим, В.В. Нічке, М.А. Подригало, О.С. Полянським, В.Д. Мигалем, О.В. Щербаком та О.М. Лесем. Результати роботи можуть бути застосовані в спеціалізованих САПР для пошуку раціональних параметрів конструкцій тракторів, які створюються або модернізуються.

У першому розділі «Стан питання та задачі дослідження» проаналізовано фактори, що впливають на якість ведучих мостів та функціональну стабільність усього машино-тракторного агрегату, створеного на базі сільськогосподарського трактора загального призначення та методи розрахунку базових елементів ведучих мостів. Питанням розрахунку навантаженості елементів тракторів присвячені роботи вчених: А.І. Селиванова, А.С. Пронікова, В.В. Болотіна, А.С. Гусєва, В.П. Когаева, Ксеневіча І.П., Гуськова В.В., Є.Є. Александрова, Д.О. Волонцевича, В.Б. Самородова, В.Я. Аниловича, Л.В. Гячева, Т.А. Смирнова, Н.Н. Коденко та ін. При виконанні машино-тракторним агрегатом різноманітних сільськогосподарських робіт на його тягові показники впливає багато факторів, таких як потужність двигуна, передаточні числа трансмісії, швидкість МТА, розподіл маси трактора по його мостам, характеристики ґрунту (щільність, вологість та ін.), ширина захвату сільськогосподарських знарядь, їх питомий опір, та багато інших. Але разом з переліченими вище факторами велике значення має також співвідношення між колією трактора та шириною захвата сільськогосподарських машин та знаряддь, від їх взаємного узгодження. В результаті досліджень Г.М. Кутькова, В.Т. Надикто, В.І. Калиновського, І.П. Шподаренко, Л.Б. Думай, А.М. Мигаль та ін. виявлено, що при різних схемах агрегатування можна отримати різні техніко-економічні показники машино-тракторних агрегатів. При цьому, дослідженнями Л.Б. Думай було встановлено, що для курсової стійкості трактора необхідно виконання умови проходження лінії тяги трактора крізь центр тиску його ходової частини (центр повороту трактора).

При двохточковій схемі начіпного пристрою цього можна досягти зміщенням його миттєвого центру повороту з осі симетрії трактора на величину , де l - відстань у повздовжньої площині від центру повороту трактора до точки приєднання орала, м; - кут відхилення лінії тяги від напрямку поступального руху орала.

При трьохточковій схемі начіпного пристрою умову проходження лінії тяги крізь центр тиску ходової частини трактора можна забезпечити центральним розташуванням начіпного пристрою на осі симетрії трактора.

Аналіз рекомендацій по розрахунку на міцність деталей ведучих мостів встановив, що найбільш розповсюдженим видом руйнування шестірень є втомне викрашування робочих поверхонь, яке відбувається при тривалий дії змінних по напрямку дії та величині напружень, через що на робочих поверхнях зубів виникають тріщини втомного характеру, подальший розвиток яких призводить до відділення часток металу. Саме через це довговічність зубів шестерень колісного редуктору знаходиться за допомогою оцінки діючих контактних навантажень.

В основу проектувальних та перевірочних розрахунків ведучих мостів, тракторів покладені залежності що спираються на базові закономірності прикладної механіки та деталей машин. Так, довговічність зуба ведучої шестерні колісного редуктора знаходиться за формулами:

для постійного режиму роботи:		для змінного режиму роботи:
;		, (1)

де hо - контактні напруги, що відповідають межі витривалості; hi - діючі контактні напруги; NhG - число циклів, що відповідає межі витривалості; ?i - доля роботи при визначеному режимі навантаження.

Самі ж контактні навантаження при незмінних інших умовах пропорційні діючому крутному моменту, тобто h.

Необхідно відмітити, що у більшості випадків розрахунки на міцність ведуться по статичному навантаженню, а урахування динамічного навантаження здійснюється через коефіцієнт динамічності. При цьому, на цей час відсутня методика визначення режиму навантаження, діючого на деталі ведучих мостів з урахуванням несиметричного розподілу навантаження від опору орала.

З метою визначення елементів ведучих мостів, що найбільшою мірою впливають на їх якість, був здійснений збір відомостей про відмови ведучих мостів усіх типів тракторів (які виробляє ВАТ «ХТЗ») протягом гарантійного періоду, починаючи з 2000 року та закінчуючи 2006 роком.

Найбільша кількість відмов припадає на механічну частину рульового керування тракторів сімейства ХТЗ_160, головну передачу та колісні редуктора. При цьому найбільш розповсюдженими є відмови, що пов'язані з міцністю вузлів та якості їх виготовлення та збирання.

Було розглянуто декілька втілених та запропонованих у виробництво конструктивних рішень по підвищенню працездатності ведучих мостів, таких як перехід на ковані важелі рульового керування зі зміненою геометрією, збільшення ребер корпусу головної передачі, впровадження диференціалу з підвищеними функціональними властивостями, зміна матеріалу картера колісного редуктора, забезпечення повного перекриття шестернею епіциклічною сателіта та зміна конструкції приводу заднього моста. Все разом це дозволило в декілька разів зменшити рівень відмов, що видно з рис. 1. Для повноти картини треба відзначити, що усі відомості по відмовам, які наведені у даній роботі, стосуються лише гарантійного періоду роботи трактора (рис. 2).

Рис. 1. Динаміка відмов по ведучим мостам	Рис. 2. Розподіл відмов ведучих мостів по їх терміну роботи до відмови

Враховуючи світову тенденцію до збільшення потужності тракторів та терміну їх роботи, можна зробити висновок, що підвищення рівня працездатності ведучих мостів - є нагальною потребою, яку слід вирішувати як найшвидше.

У другому розділі «Режим навантаження трактора та працездатність елементів ведучого моста при оранці» розглянуто розрахункову схему машино-тракторного агрегату, складеного з тракторів різного типу та орала та складено їх математичну модель. Для зразка наведено розрахункову схему (рис. 3) та математичну модель (2) по гусеничному трактору.

При цьому використано такі позначення: Ркі - сила тяги колеса; Рсі - сила опору котіння колеса; Рбі - бокова сила опору; Ру, Рх - сумарна сила повздовжніх та поперечних складових опору ґрунту корпусам орала; Fтр - сумарна сила тертя польових дощок орала о стінку борозни; Fп - сумарна сила опору стінки борозни, що сприймається польовими дошками та відхилена від нормалі до поверхні останніх на кут тертя, Н; bп , bк - колія переднього, заднього ведучого моста;

Вп, Вк - ширина передніх, задніх коліс; Впл - ширина орала; lнав - відстань у повздовжньої площині від вісі заднього моста до точки приєднання; е, а,

s - відстань у поперечній площині від вісі трактора до точки приєднання орала, від точки приєднання орала до центра опору орала, від краю орала до центра колеса орала; m - відстань між зовнішньою поверхнею колеса трактора та стінки борозни; с, d - відстань у повздовжньої площині від точки приєднання орала до центра опору орала, до вісі колеса орала; ? - кут повороту плуга відносно задньої напіврами (рами) трактора; ? - кут тертя польових дощок о стінку борозни;

г - кут, утворений лезом лемешу орала зі стінкою борозни; 1, 2, 3, 4, 5 - переднє ліве, переднє праве, заднє ліве, заднє праве, орала колесо.

Рис. 3. Розрахункова схема МТА, складеного з гусеничного трактора та орала

Зробивши декілька перетворень та з урахуванням прийнятих припущення, які майже не впливають на остаточний результат отримаємо різницю у навантаженні на різні борта трактора:

для гусеничного трактора:

(3)

для колісного трактора:

(4)

або, у найбільш типовому випадку (колія передніх та задніх коліс рівна):

,(5)

де iп, iк - передаточні числа приводу переднього, заднього моста; rп, rк - динамічний радіус передніх, задніх коліс; Рлев, Рпр - сила тяги коліс лівого, правого борта;, - сумарні повздовжні, поперечні сили опору ґрунту; G, Gпл - вага трактора, орала; hкр - висота розташування крюка трактора; f, fпл - коефіцієнт опору котінню коліс трактора, орала.

На підставі отриманих залежностей було зроблено два висновки:

1. На нерівномірність розподілу навантаження по бортам гусеничного та колісного трактора, крім основних, оказують вплив передаточні числа привода до переднього та заднього ведучого мостів та динамічні радіуси коліс. При цьому у випадку, коли колія передніх коліс більше, ніж колія задніх, нерівномірність розподілу навантаження по бортам трактора знижується.

2. Сумарні поперечні сили опору ґрунту, які діють на колісний трактор, прагнуть знизити, а на гусеничний трактор - навпаки збільшити нерівномірність розподілу навантаження по бортам трактора.

Проведено оптимізацію нерівномірності розподілу навантаження по бортам тракторів по критерію її мінімізації, в результаті чого було отримано залежності для знаходження оптимальної колії гусеничного трактора:

(6)

колісного трактора:

, (7)

де К0 - питомий опір ґрунту корпусам орала; hг - глибина оранки.

Проаналізовано вплив різних факторів на оптимальну колію трактора, який виявив, що на неї найбільший вплив здійснює ширина захвату орала, ширина колеса (гусениці) та відстань від заднього моста до центру опору орала. Значення оптимальної колії трактора збільшується зі збільшенням ширини захвату орала та відстані від заднього моста до центра опору орала та, навпаки, зменшується зі збільшенням повздовжньої бази трактора (довжина плями тиску), ширини його коліс (гусениці) та разом зі збільшенням ваги орала.

Рис. 4. Вплив основних вагово-геометричних параметрів трактора та приєднаного сільгоспзнаряддя на колію трактора

З метою дослідження впливу несиметричності розподілу навантаження по бортах трактора на довговічність шестерен колісних редукторів було знайдено коефіцієнти зниження довговічності зуба ведучої шестерні колісного редуктора при симетричному та несиметричному розподілу навантаження, які складають для гусеничного трактора:

(8

(9)

для колісного трактора:

; (10)

; (11)

(12)

(13)

де ?н, ?с - доля роботи при несиметричному, симетричному режимі навантаження.

Було розраховано значення коефіцієнта зниження довговічності зубів ведучої шестерні колісного редуктора для тракторів ХТЗ у агрегаті зі всіма, вказаними в інструкції по застосуванню, оралами по вказаними там же схемам. Скорочені результати розрахунків наведено в табл. 1-2.

Таблиця 1

Результати розрахунків коефіцієнта зниження довговічності зубів ведучої шестерні колісного редуктора колісних тракторів

Трак-тор	Орало	М1,3, кН•м	М2,4, кН•м	М1,2, кН•м	М3,4, кН•м	1,3	2,4	Nкол, кВт
		min	max	min	max	min	max	min	max	min	max	min	max	min	max
ХТЗ-150К-09 (b=1,86м)	ПЛН-5-35	2,8	4,3	6,3	12,8	8,6	9,6	6,8	7,6	0,869	0,885	1,246	1,354	67,4	125,7
	ПЛП-6-35	3,6	5,9	6,8	13,9	8,3	9,6	6,9	7,8	0,883	0,901	1,197	1,268	76,3	146,3
	ПН-4-40	2,5	3,6	6,1	12,3	8,7	9,7	6,8	7,5	0,864	0,880	1,271	1,401	63,7	117,0
	ПЛ-5-35	2,8	4,1	6,5	13,1	8,6	9,6	6,8	7,6	0,867	0,885	1,280	1,390	68,6	126,9
	ПКГ-5-40В	3,5	5,7	6,5	13,3	8,4	9,6	8,9	7,8	0,883	0,901	1,190	1,262	73,7	140,3
ХТЗ-150К-09 (b=1,68м)	ПЛН-5-35	3,0	4,6	6,2	12,5	8,5	9,7	6,8	7,6	0,873	0,890	1,222	1,321	67,4	125,7
	ПЛП-6-35	3,8	6,4	6,6	13,4	8,3	9,6	6,9	7,8	0,891	0,910	1,166	1,228	76,3	146,3
	ПН-4-40	2,6	3,8	6,0	12,1	8,7	9,7	6,8	7,5	0,867	0,883	1,251	1,373	63,7	117,0
	ПЛ-5-35	2,9	4,4	6,4	12,8	8,5	9,7	6,8	7,6	0,871	0,890	1,255	1,358	68,6	126,9
	ПКГ-5-40В	3,7	6,2	6,3	12,9	8,3	9,6	6,9	7,8	0,892	0,910	1,160	1,223	73,7	140,3
ХТЗ-17221	ПЛП-6-35	4,9	8,6	6,9	13,6	10,2	11,6	8,5	9,9	0,919	0,937	1,089	1,128	69,3	129,8
	ПЛН-5-35	3,7	5,7	6,9	13,4	10,5	11,7	8,5	9,6	0,881	0,899	1,173	1,259	61,5	111,9
	ПНЯ-4-40	3,7	5,9	6,7	13,1	10,5	11,7	8,5	9,6	0,885	0,903	1,156	1,234	61,2	111,3
	ПНУ-4-40	3,3	4,9	6,7	13,0	10,6	11,7	8,4	9,5	0,874	0,892	1,195	1,301	58,3	104,3
	ПНУ-5-40	3,9	6,3	7,5	15,0	10,3	11,6	8,5	9,8	0,881	0,898	1,184	1,266	66,9	124,5
	ПКГ-5-40В	4,3	7,1	7,2	14,2	10,3	11,6	8,6	9,8	0,895	0,913	1,139	1,201	67,1	124,7
ХТЗ-16331	ПУН-4-40	5,2	9,5	5,1	9,4	9,4	10,5	8,9	10,0	1,004	1,008	0,993	0,997	61,3	112,8
	ПУН-5-40	6,9	13,3	5,0	9,4	9,0	10,4	9,0	10,4	1,085	1,094	0,936	0,943	70,8	135,2

Таблиця 2

Результати розрахунків коефіцієнта зниження довговічності зубів ведучої шестерні колісного редуктора гусеничних тракторів

Трактор	Орало	М1, кН•м	М2, кН•м	М1, кН•м	М2, кН•м	1	2	Nкол, кВт
		min	max	min	max	min	max	min	max	min	max	min	max	min	max
Т-150-05-09	ПН-4-40	1,3	1,4	7,1	15,4	13,9	14,1	13,5	13,7	0,851	0,855	1,557	1,787	54,7	107,4
	ПЛН-5-35	2,0	2,7	7,1	15,3	13,9	14,1	13,5	13,7	0,854	0,862	1,426	1,592	58,4	115,9
	ПЛ-5-35	2,1	2,7	7,2	15,5	13,9	14,1	13,5	13,7	0,854	0,863	1,415	1,592	59,6	117,1
	ПЛП-6-35	2,8	4,5	7,6	16,6	13,9	14,1	13,4	13,6	0,862	0,874	1,313	1,431	67,1	136,2
ХТЗ-181	ПН-4-40	1,2	1,3	6,8	14,6	14,4	14,6	14,3	14,3	0,851	0,855	1,552	1,801	55,7	107,4
	ПЛН-5-35	1,9	2,4	6,8	14,6	14,4	14,6	14,3	14,3	0,853	0,862	1,427	1,608	59,3	115,9
	ПЛ-5-35	2,0	2,4	6,9	14,7	14,4	14,6	14,3	14,3	0,853	0,863	1,416	1,608	60,4	117,0
	ПЛП-6-35	2,7	4,1	7,3	15,8	14,5	14,7	14,2	14,3	0,861	0,873	1,320	1,449	67,9	135,8

Як бачимо з табл. 1-2, нерівномірність розподілу навантаження по бортах трактора призводить до того, що при деяких видах агрегатування необхідний крутячий момент на колесах трактору перевищує ймовірний по зчепленню з ґрунтом. В цьому випадку, завдяки роботі блокування диференціалу, нестачу крутячого моменту на одному колесі намагається компенсувати друге колесо цього ж моста, що призводить до втрати прямолінійності руху МТА. Саме через цей перерозподіл крутячого моменту між колесами трактористи і вимушені переважну більшість часу під час оранки втрачати на піддержання прямолінійності руху.

Розглядати питання підвищення працездатності елементів ведучих мостів недоцільно без перевірки їх безпеки при роботі, тим більше, коли розглядаються питання підвищення навантаження. Якщо все це поєднати з світовою тенденцію збільшення максимальних швидкостей тракторів, виникає задача збільшення можливого гальмового моменту робочих гальм трактора.

Аналіз конструкцію колісних гальм показав, що основним елементом, сприймаючим гальмовий момент є супорт, для якого виконаємо оцінку напружено-деформованого стану з використанням методу кінцевих елементів.

Таблиця 3

Результати розрахунку супорту гальм

Параметр	Варіант конструкції
	базова	змінена
Найбільші напруги, МПа	500	300
Межа міцності матеріалу супорта, МПа	390	450
Найбільші напруги в тілі супорта, МПа	500	310
Найбільше переміщення в зоні кріплення вісі колодок, мм	0,650	0,211

Запропонована методика дозволила за відносно короткий час провести дослідження напружено-деформованого стану різних конструкцій супорту гальм колісних тракторів виробництва ВАТ «ХТЗ». Найбільші діючі напруги вдалося зменшити на 65%, переміщення супорту в зоні кріплення вісі колодок вдалося зменшити у три рази.

У третьому розділі «Експериментальні дослідження» подані результати експериментальних досліджень навантаження ведучих мостів як у польових, так і в лабораторних умовах. Оскільки згідно з результатами теоретичних досліджень нерівномірність навантаження колісних редукторів гусеничних тракторів більша ніж у колісних тракторів, то в експлуатаційних випробуваннях об'єктом дослідження був машино-тракторний агрегат на базі трактора Т_150М. Тензодатчики наклеювали в торці напіввісі. При оранці було помічено односторонній увід машино-тракторного агрегату праворуч. На рис. 5 подано фрагмент осцилограми.

Безперервний процес зміни крутячого моменту оцінювався за допомогою статистичних характеристик: середнього значення крутячого моменту, дисперсії процесу навантаження, середньоквадратичному відхиленню процесу навантаження та коефіцієнту варіації процесу навантаження (табл. 4).

Рис. 5. Фрагмент осцилограми сталого руху МТА у складі трактора

Т_150М та орала ПЛП_6_35

Таблиця 4

Статистичні характеристики сталого руху МТА на базі гусеничного трактору

, Н•м	D, (Н•м)2	, Н•м	V, %
колісний редуктор
лівий	правий	лівий	правий	лівий	правий	лівий	правий
Т_150М + ПЛП_6_35; 2 передача, h=0,27 м
2040	2690	68644	59166	262	243	12,845	9,043	1,32
Т_150М + ПЛН_5_35; 2 передача, h=0,27 м
1620	2473	147456	169744	384	412	24	17	1,53
Т_150М + БДТ_7; 2 передача
1700	1767	67600	46225	260	215	15	12	1,04
Т_150М + (СП_16 + 3 КПС_4) ; 2 передача
2400	2578	22801	27556	151	166	6	6	1,07

З метою дослідження довговічності колісних редукторів тракторних ведучих мостів при їх роботі під навантаженням, яке було визначене під час експерименту, було проведено стендові дослідження. Тривалість роботи найбільш навантажених елементів колісного редуктора наведено на рис. 6.

Рис. 6 Тривалість роботи сонячних шестерен (ліворуч) та вісі сателітів (праворуч) колісного редуктора під час стендових випробувань

Була досліджена закономірність виникнення відмов колісних редукторів (рис. 7-8).

Рис. 7. Розподіл відмов колісних редукторів тракторів з шарнірно-зчленованою рамою, пов'язаних з міцністю деталей, у залежності від їх розміщення	Рис. 8. Розподіл відмов колісних редукторів гусеничних тракторів, пов'язаних з міцністю деталей, у залежності від їх розміщення

В результаті експериментальних випробувань було виявлене наступне:

1. Правильне урахування режиму навантаження на колісні редуктори при їх розрахунках на міцність має вирішальне значення, оскільки при різниці в навантаженості в 15% ми маємо різницю в довговічності у два і більше разів.

2. Велике значення має повна обкатка при вводі трактора в експлуатацію на його подальшу працездатність.

3. Доцільність комплектної заміни шестерень сонячних разом з сателітами при проведенні ремонтних робіт.

4. Найбільша кількість відмов тракторів з шарнірно-зчленованою рамою у гарантійний період, що пов'язані з міцністю деталей колісних редукторів тракторів, припадає на задній правий колісний редуктор. Далі по відмовам - задній лівий, передній правий та передній лівий колісні редуктори. Для гусеничного трактора - найбільше відмов по правому колісному редуктору.

У четвертому розділі «Порівняння результатів математичного моделювання та експериментального дослідження з даними по відмовам» виконано комплексну оцінку якості проведених досліджень, шляхом порівняння результатів теоретичного дослідження, проведеного у рамках цієї роботи, експлуатаційних та стендових випробувань, а також відомості по відмовам. Для полегшення порівняння приведемо усі дані в графічному безрозмірному вигляді (рис. 9...10).

Рис. 9. Порівняльні дані по колісному редуктору трактора з шарнірно-зчленованою рамою	Рис. 10. Порівняльні дані по колісному редуктору гусеничного трактора

Як бачимо з отриманих результатів, існує ідентичність між результатами математичного розрахунку, експлуатаційних випробувань та даних по відмовам. Розбіжність розрахункових та експериментальних результатів, а також статистичних даних з реальної експлуатації не перевищує 15%.

ВИСНОВКИ

Розроблені в дисертації теоретичні положення, результати експериментальних досліджень працездатності елементів ведучих мостів та числові дослідження напружено-деформованого стану ведучого моста дозволили сформувати основні наукові результати і висновки [1…8].

1. Аналіз стану питання та існуючої науково-технічної літератури показав, що на цей час не можливо достатньо точно спрогнозувати якість ведучих мостів через відсутність методики визначення режиму навантаження, діючого на деталі ведучих мостів з урахуванням несиметричного розподілу навантаження від опору орала.

2. Обґрунтовані основні параметри, що впливають на несиметричне навантаження трактора та виявлено найбільш впливові з них. Так, найбільшою мірою на несиметричність навантаження трактора впливає ширина захвату орала, ширина колеса (гусениці) та відстань від заднього моста до центру опору орала. При цьому майже не впливають вага плуга та повздовжня база трактора (довжина плями тиску).

3. Розроблено методологію розрахунку оптимальної колії трактора в залежності від характеристик орала та методологію розрахунку елементів трансмісії (колісні редуктора) під впливом нерівномірного навантаження. Так, для трактора ХТЗ_150К_09 найбільший коефіцієнт зниження довговічності зуба ведучої шестерні колісних редукторів правого борта в залежності від колії трактора та приєднаного орала дорівнює 1,223...1,401 при оранці правими колесами по стерні та 1,138...1,224 при оранці правими колесами в борозні (нажаль для трактора даного типу такий засіб оранки не є типовим). Для тракторів ХТЗ_17221 - 1,128...1,301, ХТЗ_16331 - 0,936...0,997, Т_150_05_09 - 1,431...1,787 та ХТЗ_181 - 1,449...1,801 відповідно.

4. Обґрунтовані нові залежності втрати трактором прямолінійності руху внаслідок перевищення потрібного крутного моменту ведучого колеса ймовірного по зчепленню та спрацювання міжколісного диференціалу (колісних тракторів). При цьому у трактора ХТЗ_150К_09 необхідний крутячий момент для виконання потрібної роботи на оранці на правому задньому колісному редукторі перевищує можливий по зчепленню в усіх розглянутих випадках оранки. В умовах степу при оранці на глибину 30 см вказане перевищення може досягати 85%, та при роботі в умовах лісостепу та степу в буксування можуть зриватися обидва колеса правого борта. Подібна картина повторюється і на тракторі ХТЗ_17221 з тією лише різницею, що максимальне перевищення досягає 64% і стосується лише оранки на глибину 27-30 см в умовах степу. На тракторі ХТЗ_16331 перевищення вже на колесах лівого борта може досягати лише 37% та лише з одним оралом при глибокій оранці (27-30 см) в умовах степу та 30 см в умовах лісостепу. Що правда при цьому при оранці на глибину 30 см в умовах степу можливий зрив у буксування трьох коліс, що виключає можливість виконання трактором своєї роботи. У гусеничних тракторів зрив в буксування гусениць можливий лише при оранці на глибину 30 см в умовах степу. При цьому максимальне перевищення необхідного крутячого моменту над можливим по зчепленню для трактора Т_150_05_09 складає 15%, а для трактора ХТЗ_181 - 3%.

5. На основі аналізу розподілу відмов колісних редукторів встановлено, що найбільша кількість відмов тракторів з шарнірно-зчленованою рамою у гарантійний період, що пов'язані з міцністю деталей колісних редукторів тракторів, припадає на задній правий колісний редуктор (36,36%). Далі по відмовам - задній лівий (27,27%), передній правий (22,73%) та передній лівий (13,64%) колісні редуктори. В гусеничному тракторів на правий колісний редуктор припадає 55,56%, а на лівий - 44,44%. Основною причиною такого розподілу є несиметричне навантаження трактора.

6. Проведені експлуатаційні випробування в польових умовах та проаналізована статистика розподілу відмов по елементам ведучих мостів, які підтвердили адекватність розробленої математичної моделі та методології розрахунку елементів трансмісії під впливом нерівномірного навантаження. Розбіжність розрахункових і експериментальних результатів, а також статистичних даних з реальної експлуатації не перевищує 15%.

7. На підставі досліджень, які проведені в дисертаційній роботі, запропоновано впровадити та впроваджено наступні конструктивні заходи для забезпечення підвищення ресурсу елементів ведучих мостів тракторів ХТЗ:

Ш впроваджено диференціал з більш стабільними функціональними характеристиками, що призводить до підвищення проходимості трактора;

Ш запропоновано включення до інструкції з експлуатації трактора заміну навхрест редукторів (або шестерні сонячної, водила у складанні та шестерні епіциклічної) з одного колісного редуктора на інший, приймаючи до уваги термін експлуатації трактору до капітального ремонту - 8000 мотогодин (з заводських ТУ) через 4000 мотогодин, у той самий час, коли за інструкцією по експлуатації трактора треба перевіряти регулювання підшипників головної передачі;

Ш запропоновано включення до програми приймально-здатних заводських випробувань трактора збільшений час обкатки перед вводом його в експлуатацію (продажем) для збільшення працездатності елементів трансмісії;

Ш на стадії впровадження у виробництво новий супорт гальм, що за результатами моделювання напружено-деформованого стану дозволяє на 60% знизити максимальні напруги та забезпечувати необхідний гальмовий момент робочих гальм.

8. Розрахунковий економічний ефект від забезпечення підвищеної працездатності конструкцій ведучих мостів складе в споживача 21 832,04 грн. від експлуатації однієї машини за 10 років.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Шаповалов Ю.К. Распределение нагрузок по бортам трактора при его работе в составе машино-тракторного агрегата на пахотных работах / Ю.К. Шаповалов, А.А. Гриненко // Тракторная энергетика в растениеводстве. Сб. научных трудов ХГТУСХ, вып. 4 - Харьков, 2001. - С. 36-40. Автором особисто розроблена розрахункова схема та проведено аналіз тяглових зусиль колісних редукторів.

2. Гриненко А.А. Влияние распределения нагрузок по бортам трактора на долговечность деталей ведущих мостов / А.А. Гриненко // Тракторная энергетика в растениеводстве. Сб. научных трудов ХГТУСХ, вып. 5 - Харьков, 2002. - С. 180-186.

3. Гриненко А.А. Методика оценки влияния неравномерного распределения нагрузок по ведущим колесам трактора на долговечность колесных редукторов / А.А. Гриненко, А.Н. Лесь, Ю.К. Шаповалов // Вестник НТУ «ХПИ». Тем. Вып. «Автомобиле- и тракторостроение». - 2003. №4, - С. 55-61. Автором особисто виконано математичну модель машино-тракторного агрегату, розрахунки коефіцієнтів зниження довговічності колісних редукторів та дослідження розподілу відмов колісних редукторів в гарантійний період в залежності від їх розташування.

4. Лебедев А.Т. Тяговый КПД трактора при неравномерном распределении реакций между колесами / А.Т. Лебедев, Н.П. Артемов, А.А. Гриненко // Тракторная энергетика в растениеводстве. Сборник научных трудов, ХГТУСХ, Харьков, вып. 6, 2003. - С. 49-56. Автором проведено дослідження зниження довговічності колісних редукторів на оранці.

5. Мазоренко Д.І. Завантаженість і характер зношування деталей і агрегатів трансмісії трактора / Д.І. Мазоренко, О.А. Гриненко // Тракторная энергетика в растениеводстве. Сборник научных трудов, ХГТУСХ, Харьков, вып. 6, 2003. - С. 67-74. Автором проведено аналіз нерівномірного навантаження колісних редукторів при використанні машино-тракторного агрегату на орних роботах.

6. Гриненко А.А. Исследование возможных путей снижения неравномерного распределения нагрузок по ведущим колесам трактора / А.А. Гриненко // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства. Вип. 17 «Підвищення надійності відновлюємих деталей машин». - 2003. - С. 172-178.

7. Гриненко А.А. Обеспечение долговечности редукторов / А.А. Гриненко // Тракторы и сельскохозяйственные машины -2004. - №8, - С. 42-43.

8. Гриненко О.А. Навантаженість тракторів під час оранки / О.А. Гриненко /Тракторна енергетика. Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства, ХНТУСГ, Харків, вип. 89, 2009. - С. 46-52.

9. Пат. 46082 Україна, F16H 48/00. Підшипниковий вузол ведучої шестерні головної передачі транспортного засобу / Гриненко О.А.; заявив та патентоотримувач АТ «УПЕК» - Заявл. 05.06.2009; Опубл. 10.12.2009; Бюл.№23.

10. Шаповалов Ю.К. Серийно выпускаемая продукция и перспективы развития тракторостроения на ОАО «ХТЗ» / Ю.К. Шаповалов, А.А. Гриненко // Проблемы качества и долговечности зубчатых передач редукторов, их деталей и узлов: Междунар. науч.-тех. конф. Севастополь, 1-4 сентября 2004г. - Севастополь, СевНТУ, 2004. - С. 3_6. Автором сформульовано задачі по підвищенню технічного рівня тракторів.

АНОТАЦІЯ

Гриненко О.А. Поліпшення якості ведучих мостів сільськогосподарських тракторів загального призначення. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.02 - автомобілі та трактори. - Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Харків, 2010.

Сформульована і вирішена задача по вдосконаленню методики розрахунку на втомну довговічність шестерен колісного редуктора машино-тракторного агрегату при його використанні в режимі несиметричного навантаження. Проведено експериментальні дослідження навантаженості шестерен колісних редукторів в експлуатаційних умовах при агрегатуванні трактора з основними сільгоспзнаряддями та проведено стендові дослідження ведучих мостів з урахуванням їх навантаженості, визначеної під час експлуатаційних досліджень. Проаналізовано розподіл відмов колісних редукторів в залежності від їх розташування та отримано ідентичні результати під час теоретичного математичного моделювання та розрахунків, експериментальних досліджень та аналізу відмов. Проведено числові дослідження напружено-деформованого стану елементів ведучого моста за допомогою методу кінцевих елементів. Надані рекомендації щодо знаходження оптимальної колії транспортного засобу та ряд рекомендацій по підвищенню працездатності елементів ведучих мостів.

Ключові слова: трактор, ведучий міст, навантаження, якість, проектування, експлуатація.

АННОТАЦИЯ

Гриненко А.А. Улучшение качества ведущих мостов сельскохозяйственных тракторов общего назначения. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.02 - автомобили и тракторы. - Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Харьков, 2010.

Из анализа методов расчета базовых элементов ведущих мостов было установлено, что в большинстве случаев расчеты ведутся по статической нагрузке с учетом динамики посредством коэффициента динамичности. При этом не учитывается реальная нагрузка на элементы при несимметричном нагружении. Для определения необходимости учета несимметричного распределения нагрузки от сопротивления плуга была установлена закономерность распределения отказов элементов ведущих мостов тракторов ОАО «ХТЗ», которая показала четкую зависимость количества отказов колесных редукторов от их расположения.

Сформулирована и решена задача по определению уровня нагрузки, действующего на шестерни колесных редукторов в зависимости от их расположения. Разработана методика определения оптимальной колеи трактора при пахоте в зависимости от условий его нагружения и проанализированы факторы, влияющие на оптимальную колею с учетом их степени влияния. Установлено, что на оптимальную колею трактора наибольшее влияние оказывает ширина захвата плуга, ширина колеса (гусеницы) и расстояние от заднего моста до центра сопротивления плуга. Для оценки влияния несимметричного распределения нагрузки по бортам трактора была разработана методология определения коэффициентов снижения долговечности зубьев шестерен колесных редукторов при симметричном и несимметричном приложении нагрузки, в результате чего было определено различие в долговечности шестерен правого и левого бортов в среднем в 1,3…1,5 раз в зависимости от состава машино-тракторного агрегата и условий его эксплуатации.

Эксплуатационные исследования машино-тракторного агрегата на различных сельскохозяйственных работах позволили экспериментальным путем определить уровень нагрузок, действующих на шестерни колесных редукторов и их распределение по бортам трактора. Было определено, что для гусеничного трактора разность в нагрузке на шестерни правого и левого бортов при пахоте составляет 1,32 и 1,53 раз в зависимости от марки плуга. При этом тоже отношение для работ с дисковой бороной и паровым культиватором, дающими симметрическую нагрузку, составило 1,04 и 1,07 соответственно. Стендовые ускоренные испытания мостов позволили установить значительное (в два и более раз) снижение долговечности шестерен при повышении нагрузки в пределах 18%, важность полной обкатки изделия перед его запуском в эксплуатацию и необходимость комплектной замены всех сопряженных шестерен при проведении ремонтных робот, а также отсутствия влияния твердости водила на долговечность колесного редуктора.

Сопоставление результатов теоретического математического моделирования, экспериментальных исследований и данных по отказам ведущих мостов показало их высокую степень идентичности.

Методом конечных элементов исследовано напряженно-деформированное состояние суппорта колесных тормозов. Выявлены зоны максимальных напряжений и перемещений, предложена и исследована усовершенствованная конструкция, позволяющая на 65% снизить максимальные действующие напряжения и в пять раз снизить максимальные деформации. При этом деформации суппорта в зоне крепления тормозных колодок были снижены в три раза.

Были даны рекомендации по повышению долговечности элементов ведущих мостов.

Ключевые слова: трактор, ведущий мост, нагрузка, качество, проектирование, эксплуатация.

ABSTRACT

Grynenko Oleksii. Increase quality the driving axle of the agricultural all-purpose tractor. - Manuscript.

Thesis for the academic degree of Candidate of Engineering Sciences in speciality 05.22.02 - Automobiles and Tractors. - Kharkiv National Automobile and Highway University, Kharkiv, 2010.

The problem of improvement of calculation method of the fatigue life time of the wheel reduction gears of the agricultural tractor in the mode of asymmetrical loading was formulated and solved. Experimental research of loading of wheel reduction gears in operating conditions while unitizing tractor with main agricultural implements was done, as well as bench testing of driving axles with consideration of their loading capacity determined during the experimental research. Distribution of failures of wheel reduction gears depending on their location was analyzed and identical findings during theoretical mathematical simulation and calculations, experimental research and failure analysis were received. Numerical research of stressedly-deformed mode of elements of driving axle by means of finite element method was done. Recommendations on finding optimal track of transport vehicle were given, as well as a number of recommendations on the increase in capacity of elements of driving axles.

Key words: tractor, driving axle, load, quality, designing, operation.

Размещено на Allbest.ru

...