Оптимизация конструктивных параметров системы "Фрикционное сцепление-гидроусилитель-тормозок" с целью повышения эксплуатационных качеств трактора (на примере трактора Т-130)
Анализ работ в области исследования работоспособности фрикционного сцепления (ФС) и его тормозка. Влияние колебаний усилий пружин ФС и гидроусилителя на диапазон регулирования крутящего момента. Износные исследования фрикционных накладок дисков сцепления.
| Рубрика | Сельское, лесное хозяйство и землепользование |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.05.2018 |
| Размер файла | 957,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
1
Размещено на http://www.allbest.ru/
1
Размещено на http://www.allbest.ru/
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
Оптимизация конструктивных параметров системы «Фрикционное сцепление-гидроусилитель-тормозок» с целью повышения эксплуатационных качеств трактора (на примере трактора Т-130)
05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства
кандидата технических наук
Рыжов Юрий Николаевич
Москва, 2008
Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Орловский государственный аграрный университет»
Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор Ефимов Михаил Александрович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук Астахов Михаил Владимирович
кандидат технических наук Закрепин Александр Владимирович
Ведущая организация: Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Курская государственная сельскохозяйственная академия»
Защита диссертации состоится 19 июня 2008 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 006.034.01 Государственного научного учреждения «Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка» (ГНУ ГОСНИТИ) по адресу: 109428, г. Москва, 1-й Институтский пр., д. 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ГОСНИТИ по адресу: 109428, г. Москва, 1-й Институтский пр., д. 1.
Автореферат разослан и размещен на сайте http://www.gosniti.ru «16 » мая 2008 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Соловьев Р.Ю.
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Основным энергетическим элементом сельскохозяйственной техники является трактор, эксплуатационные качества которого, оказывают значительное влияние на эффективность сельскохозяйственного производства. Широкое распространение в конструкциях тракторов получили фрикционные сцепления (ФС). Однако, опыт эксплуатации тракторов показал, что срок службы ФС значительно ниже других узлов трансмиссии. Основной причиной отказа является повышенный износ фрикционных накладок.
С целью создания более удобного управления ФС и его тормозком в его приводе применяются гидроусилители (ГУ). Установка в привод управления ГУ облегчает управление ФС, однако, как показывают исследования, существенно влияет на процессы, протекающие в ФС при его включении. Таким образом, применение усилителей в приводе управления существенно обострило проблему долговечности ФС и тормозка.
Одним из способов повышения эксплуатационных качеств ФС является снижение его динамической нагруженности. Поэтому, для более полного рассмотрения динамики включения и выключения ФС и тормозка необходимо рассматривать совместную работу системы «ФС - ГУ - тормозок».
Цель работы - повышение эксплуатационных качеств трактора путем снижения динамической нагруженности системы «ФС - ГУ - тормозок» за счет оптимизации ее конструктивных параметров.
Объект исследования - двухдисковое постоянно-замкнутое ФС трактора Т-130 и его привод управления.
Предмет исследования: рабочие процессы, протекающие в системе «ФС-ГУ-тормозок» при выключении сцепления и включении тормозка, а также при выключении тормозка и включении сцепления.
Методы исследования: теоретические (исследование совместной работы ФС с ГУ различного типа следящего действия); статистические (математическое моделирование с применением ПК; дифференциальное исчисление).
Практические: стендовые испытания проводились на специализированном стенде для проведения исследований тракторных сцеплений (СНИТС), а эксплуатационные в реальных условиях на тракторе.
Научная новизна заключается в следующем:
1) найдены аналитические зависимости, наиболее полно описывающие рабочие процессы, протекающих в системах «ФС - ГУ - тормозок»;
2) разработаны динамические модели систем «ФС - ГУ - тормозок»;
3) разработан программный комплекс «Программная система вычисления нагрузок на фрикционных накладках в системе «ФС - ГУ - тормозок»;
4) разработана оригинальная конструкция подпружиненного тормозка ФС трактора Т-130.
Практическая ценность:
1) разработанный программный комплекс позволяет сократить время на проведение расчетов по определению динамической нагруженности исследуемых систем, повышает точность вычислений, что приводит к оптимальному выбору конструктивных параметров деталей и их материалов;
2) предложенная конструкция подпружиненного тормозока позволяет снизить динамические нагрузки, возникающие на фрикционной накладке тормозка при его включении, что приводит к увеличению ресурса до 4000 мото-ч;
3) внедрение разработанных практических рекомендаций позволит снизить динамическую нагруженность системы «ФС - ГУ - тормозок».
Реализация результатов работы. Результаты выполненных исследований использованы при создании оптимальной системы «ФС - ГУ - тормозок», приняты к внедрению на предприятиях: ЗАО «ДОРМАШ» г. Орел и ЗАО «ОРЕЛ-ПОГРУЗЧИК», используются в учебном процессе ОрелГАУ (Орловский государственный аграрный университет) и ОрелГТУ (Орловский государственный технический университет).
На защиту выносятся:
- аналитические зависимости, описывающие рабочие процессы, протекающих в системах «ФС - ГУ - тормозок»;
- комплекс дифференциальных уравнений, описывающих рабочие процессы, протекающие в системах;
- программный комплекс «Программная система вычисления нагрузок на фрикционных накладках в системе «ФС - ГУ - тормозок»;
- конструкция подпружиненного тормозка ФС трактора Т-130;
- результаты экспериментальных исследований.
Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены и получили одобрение на международных научно-практических и научно-технических конференциях и семинарах ОрелГТУ, ОрелГАУ, ГНУ ГОСНИТИ в 2004…2008 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложений, изложена на 184 страницах машинописного текста, включает 1 таблицу, 70 рисунков и библиографический список из 140 наименований.
Содержание работы
Введение включает обоснование темы диссертации, цель работы и краткое изложение ее основного содержания.
Первая глава диссертации «Состояние вопроса. Цель и задачи исследований» посвящена анализу работ в области исследования работоспособности ФС и его тормозка, усилителей приводов управления, совместной работы системы «ФС - ГУ», динамики включения ФС и математического моделирования процессов протекающих при включении сцепления.
В области оценки влияния различных факторов на работоспособность ФС и тормозка получили известность работы Е.А. Чудакова, И.В. Крагельского, Е.Д. Львова, И.Б. Барского, С.Г. Борисова, А.В. Чечинадзе, И.М. Эглита, Ю.К. Колодия, В.И. Власова, В.А. Кулева, П.П. Лукина, Г.М. Щеренкова, В.Я. Юденко, Ф.П. Боудена, Т.П. Ньюкомба, М.А. Ефимова, В.М. Шарипова, Н.Н. Шариповой, и др.
Исследованию совместной работы системы: «ФС - ГУ», посвящены труды А.И. Вощина и И.Ф. Савина, Б.Л. Коробочкина, Л.А. Молибошко, А.А. Рожанского, М.А. Ефимова, В.Е Шевалье и др.
Большой вклад в изучение динамики включения ФС и математического моделирования процессов протекающих при включении сцепления внесли исследования И.Б. Барского, П.П. Лукина, А.К. Фрумкина, Л.А. Молибошко, А.А. Рожанского, Стана, Пинекампа, И.С.Лунева, И.В. Власова, М.А. Ефимова, В.Е. Шевалье и др.
В силу ряда преимуществ на гусеничном тракторе в приводах управления ФС применяют ГУ трех типов следящего действия: ГУ следящего действия по положению (ГУП), ГУ следящего действия по усилию (ГУУ), ГУ комбинированного следящего действия (ГУК). Несмотря на широкое распространение ФС, недостаточно полно изучено влияние некоторых конструктивных параметров на работоспособность ФС; а также вопросы динамики включения ФС.
Анализ научных источников в соответствии с поставленной целью,
позволяет сформулировать следующие задачи:
- разработать рациональную расчетно-динамическую схему системы
«ФС-ГУ-тормозок», позволяющую исследовать влияние конструктивных параметров системы на динамику включения двухдискового ФС и его тормозка;
- разработать компьютерную программу для вычисления динамических нагрузок на фрикционных накладках в системе «ФС - ГУ - тормозок»;
- исследовать теоретически и экспериментально динамику включения системы «ФС - ГУ - тормозок» и влияние на нее конструктивных параметров; фрикционный сцепление тормозок гидроусилитель
- определить влияние на динамику включения ФС и тормозка: типа привода и массы механизма выключения; максимального усилия, создаваемого цилиндром ГУ; коэффициента запаса ФС; податливости привода и ведомых дисков сцепления; упругих характеристик ведомых дисков и диска тормозка, массы нажимного диска ФС.
- дать сравнительный анализ систем «ФС - ГУ - тормозок» с точки зрения влияния динамических нагрузок на износ фрикционных накладок ведомых дисков сцепления и диска тормозка;
- провести технико-экономическую оценку результатов исследований.
Во второй главе диссертации «Теоретические исследования систем: «ФС- ГУ - тормозок» исследованы динамика включения и выключения систем и влияние колебаний усилий пружин ФС и ГУ на диапазон регулирования крутящего момента, передаваемого сцеплением.
Для исследования динамики включения и выключения разработаны динамические схемы систем «ФС - ГУ - тормозок» (рисунок 1…4).
Рисунок 1. Динамическая схема системы «ФС - ГУП - тормозок» при включении ФС и выключении тормозка.
Рассмотрим одновременно процесс включения ФС и выключения тормозка в системе «ФС - ГУП - тормозок».
На динамических схемах и в дифференциальных уравнениях даны следующие обозначения: m1 - масса механизма управления от педали до управляющего звена ГУ, кг; m - масса золотника гидроусилителя, кг; m2 - масса механизма управления от исполнительного звена до нажимного диска ФС, кг; m3, m5, m4, m6 - соответственно массы 1го, 2го ведомых, промежуточного и нажимного дисков ФС, кг; m7 - масса подвижной муфты включения тормозка, кг; m8 - масса тормозка, кг; х1, х2, х3, х4, х5, х6, х7 - перемещения масс m1, m2, m3, m4, m5, m6, m7 соответственно, м; х/1 - соответственно перемещение масс m/1, м; д1, д2, д3, д4 - зазоры между поверхностями трения в полностью выключенном ФС, м; д5 - зазор между поверхностями трения при полностью выключенном тормозке, м; д6 - ход нажимного диска ФС, м; л1, л2, л3, л4 -неплоскостности фрикционных накладок ведомых дисков сцепления, м; л5 -неплоскостность диска тормозка, м; е1 - приведенная податливость привода ФС, м/Н; е2, е3, е4, е5 -податливости фрикционных накладок ведомых дисков соответственно, м/Н; е6 - податливость фрикционной накладки диска тормозка, м/Н; Q1, Q2 - приведенное усилие возвратной пружины педали сцепления и ГУ соответственно, Н; Q3 - приведенное усилие создаваемое цилиндром ГУ и нажимными пружинами ФС соответственно, Н; Q - приведенное усилие, создаваемое цилиндром гидроусилителя на золотник, Н; Q/ - приведенное усилие давления жидкости, действующее на поршень и золотник ГУ, Н; Q2 - приведенное усилие возвратной пружины ГУ, Н; Q/1 - приведенное усилие к педали сцепления, необходимое для выключения ФС и включения тормозка, Н; Q/2 - приведенное усилие пружины клапана управляющего звена ГУ, Н; Т - сила сопротивления перемещению массы m1, Н; Т1, Т2, Т3, Т4, Т5, Т6, - силы сопротивления перемещению масс m2, m3, m4, m5, m6, m7 до соприкосновения трущихся поверхностей соответственно, Н.
В процессе включения сцепления нажимной диск, перемещаясь последовательно «собирает» ведомые и промежуточный диск в одну общую массу, в результате чего, также последовательно на накладках ведомых дисков возникает трение.
Этап1 (Q3 ? Q4 - Q2 - Т1)
В начале этапа масса m1 под действием усилия Q2 возвратной пружины, перемещаясь совместно с управляющим звеном ГУ, сообщает его рабочую полость со сливом. Массы m2, m6 и m7 остаются неподвижными. Движение системы на этом этапе описывается дифференциальным уравнением
+ Q2 - Т (1)
Как только сила Q3, станет меньше разности сил Q4 - Q2 - Т1, приходят в движение массы m2, m6 и m7 и начинается следующий этап.
Этап 2 (x6 ? д4; x7 ? д5)
На этом этапе происходит выключение тормозка. Движение масс описывается системой дифференциальных уравнений
+ Q2 - Т
(2)
Второй этап заканчивается выбором зазора б4 массой m6 и процесс выключения тормозка заканчивается (). На следующем этапе в накладке е5 первого ведомого диска появляется усилие Р5.
Этап 3 (x6 ?д4; усилие в звене е5?; тормозок выключен; x7? л5)
+ Q2 - Т
(3)
Когда усилие Р5 в упругом звене е5 станет больше силы Т4 последует движение массы m5 и начнется следующий этап.
Этап 4 (x6 > д4; x6 ? д4 + д3 + л4; усилие в звене е5>)
Движение системы на этапе описывается следующими уравнениями
+ Q2 - Т
(4)
Заканчивается этап выбором зазора б3 и появлением усилия Р4 в упругом звене е4.
Этап 5 (x6 ? д4 + д3 + л4; усилие в звене е4 < )
Усилие в звене е4 недостаточно для преодоления силы сопротивления перемещению промежуточного диска Т3. Движение системы на данном этапе описывается дифференциальными уравнениями
+ Q2 - Т
(5)
Этап 6 (x6 ? д4 + л4 + д3 + л3 + д2; усилие в звене е4 > )
На шестом этапе усилие в звене е4 преодолевает силу Т3, что соответствует движению массы m4, тогда система уравнений примет вид
+ Q2 - Т
(6)
Этот этап заканчивается выбором зазора б2 и появлением усилия Р3 в упругом звене е3.
Этап 7 (x6 ? д4 + л4 + д3 + л3 + д2; усилие в звене е3 ? )
Движение системы на данном этапе описывается дифференциальными уравнениями
+ Q2 - Т
(7)
Этап 8 (x6 ? д4 + л4 + д3 + л3 + д2+ л2+ д1; усилие в звене
е3 > ; x3 ? д1)
На этом этапе усилие Р3 в звене е3 преодолевает силу Т2 сопротивления перемещению 2-го ведомого диска, и в движение приходит масса m3. Система уравнений имеет следующий вид
+ Q2 - Т
(8)
Этот этап заканчивается выбором зазора б1, что соответствует касанию 2-м ведомым диском маховика и появлением усилия Р2 в упругом звене е2.
Этап 9 (x6 ? д4 + л4 + д3 + л3 + д2+ л2+ д1+ л1)
На этом этапе массы выбирают последний зазор б1. Движение системы описывается уравнениями
+ Q2 - Т
(9)
Этот этап является заключительным, на котором ФС замыкается окончательно (Мтр = ).
Далее рассмотрен одновременно процесс выключения ФС и включения тормозка в системе «ФС - ГУП - тормозок».
Рисунок 2. Динамическая схема системы «ФС - ГУП - тормозок» при выключении ФС и включении тормозка.
Этап1 (Q3 ? Q4 - Q2 + Т1)
В начале этапа масса m1 под действием приведенного к ней усилия Q/1 перемещается совместно с управляющим звеном ГУП, тем самым, уменьшается зазор между управляющим и исполнительным звеньями. В ГУ растет давление жидкости, что приводит к росту усилия Q3. Но на первом этапе усилия Q3 недостаточно для перемещения масс m2, m6 и m7.
Движение системы на этом этапе описывается дифференциальным уравнением
- Q1 - Q2 - Т·sign х (10)
Этап 2 (Q3 > Q4 - Q2 + Т1; x7 < д5 ; x6 < д6; x6 ? л4; m5 - не подвижна)
На данном этапе усилие Q3 преодолевает силу нажимных пружин ФС, а также силы сопротивления перемещению масс m2, m6 и m7 и в движение приходят соответствующие массы.
(11)
Этап заканчивается когда усилие Р5 в звене е5 становится меньше усилия Р4 в звене е4, в результате чего первый ведомый диск m5 перемещается.
Этап 3 (x7 < д5 ; x6 < д6; x6 ? л4; m5 - перемещается; х5 ? л3)
Движение системы на данном этапе описывается дифференциальными уравнениями
(12)
Этап заканчивается, когда усилие Р4 в звене е4 становится меньше усилия Р3 в звене е3, что приводит к началу движения промежуточного диска (m4).
Этап 4 (x7 < д5; x6 < д6; x6 ? л4; х5 ? л3; m4 - перемещается; х4 ? л2)
Движение масс на этом этапе описывается следующей системой уравнений
(13)
Этап заканчивается, когда усилие Р3 в звене е3 становится меньше усилия Р2 в звене е2, в результате чего второй ведомый диск перемещается.
Этап 5 (x7 < д5; x6 < д6; x6 ? л4; х5 ? л3; х4 ? л2; m3 - перемещается; х3< л1)
Движение системы на этом этапе описывается следующими уравнениями
(14)
Этап заканчивается, когда второй ведомый диск перемещается на величину меньшую или равную неплоскостности л1 фрикционной накладки. Крутящий момент ФС еще передается.
Этап 6 (x7 ? д5; x6 ? д6; x6 > л4; х5 > л3; х4 > л2; х3 > л1; ФС - выключено;
Движение системы описывается следующими уравнениями
(15)
Этап заканчивается, когда нажимной диск проходит весь ход, что позволяет ведомым дискам переместиться на расстояние большее величины неплоскостности фрикционных накладок, что приводит к выключению ФС (Мтр = 0). Подвижная муфта в этот момент проходит свободный зазор и фланцем касается накладки тормозка, после чего начинается следующий этап.
Этап 7 (x7 ? д5+ л5; x6 = д6; ФС выключено; тормозок включается)
На этом этапе ФС уже выключено. Под действием усилия ГУ масса m7 продолжает перемещаться. В звене е6 вследствие деформации фрикционной накладки возникает усилие Р6, которое воздействует на фланец подвижной муфты m7, и она останавливается. Движение системы описывается следующими уравнениями
(16)
Этап заканчивается остановкой массы m7, и характеризует полное включение тормозка: М/тр = .
В диссертации рассмотрены процессы включения ФС и выключения тормозка в системах с ГУУ и ГУК, а также процессы выключения ФС и включения тормозка в этих же системах. Ниже представлены динамические схемы указанных систем.
Рисунок 3. Динамические схемы систем «ФС - ГУУ - тормозок»: а - включение ФС и выключение тормозка; б - выключение ФС и включение тормозка;
Процессы протекающие в данных системах аналогичны процессам вышеописанных систем, и отличаются соотношением масс, уравнениями, описывающими движение массы m/1 и характером изменения усилия ГУУ ( Др=ѓ (х1-х/1)).
Процесс выключения сцепления и включения тормозка у системы «ФС-ГУК-тормозок» имеет отличительную особенность от вышеописанных систем.
Процесс выключения ФС у этой системы аналогичен процессу выключения ФС в системе с ГУП, а процесс включения тормозка - системе с ГУУ.
Рисунок 4. Динамические схемы систем «ФС - ГУК - тормозок»: а - включение ФС и выключение тормозка; б - выключение ФС и включение тормозка;
Для оценки влияния различных конструктивных параметров системы «ФС-ГУ-тормозок» на ее динамическую нагруженность нами приняты следующие основные критерии:
- время t, в течение которого происходит полное включение ФС;
- время t0, в течение, которого нажимной диск ФС, перемещается из начального положения, занимаемого им при выключенном ФС, в конечное положение, соответствующее полному включению ФС;
- коэффициент динамичности ФС по силе прижатия дисков ФС ();
- коэффициент динамичности тормозка по силе прижатия ().
Теоретические исследования динамической нагруженности ФС (рисунок 5-6) проведены для случая резкого отпускания педали сцепления (броском), а исследование динамической нагруженности тормозка - при резком нажатии на педаль сцепления.
Анализируя результаты динамики включения систем можно сделать следующие выводы:
- увеличение осевой податливости ведомых дисков приводит к снижению коэффициента динамичности ФС, но к увеличению коэффициента динамичности тормозка;
- увеличение осевой податливости диска тормозка приводит к снижению коэффициента динамичности тормозка и незначительному увеличению коэффициента динамичности ФС;
- увеличением податливости привода можно незначительно снизить коэффициент динамичности ФС и тормозка;
- увеличение неплоскостности фрикционных накладок ведомых дисков и диска торомозка приводит к снижению коэффициентов динамичности во всех системах;
- изменение масс привода приводит к изменению коэффициентов динамичности. Увеличение массы m1 способствует снижению динамической нагруженности ФС и тормозка. Увеличение массы m2 наоборот повышает динамическую нагруженность ФС и тормозка;
- изменение масс нажимного диска и диска тормозка приводит к измене-
нию коэффициентов динамичности. Увеличение массы нажимного диска приводит к увеличению коэффициентов динамичности. С увеличением массы диска торомозка коэффициенты динамичности снижаются;
- увеличение максимального усилия нажимных пружин приводит к увеличению коэффициента динамичности ФС, но снижению коэффициента динамичности тормозка;
- увеличение максимального усилия, создаваемого цилиндром ГУ приводит к увеличению динамической нагруженности системы;
Рисунок 5. Влияние конструктивных параметров системы «ФС-ГУ-тормозок» на ее динамическую нагруженность: а - осевая податливости ведомых дисков; б - осевая податливость диска тормозка; в - податливость привода управления; г - неплоскостность ведомых дисков; д - неплоскостность диска тормозка; е - масса нажимного диска ФС
- изменение масс нажимного диска и диска тормозка приводит к изменению коэффициентов динамичности. Увеличение массы нажимного диска приводит к увеличению коэффициентов динамичности. С увеличением массы диска торомозка коэффициенты динамичности снижаются;
- увеличение максимального усилия нажимных пружин приводит к увеличению коэффициента динамичности ФС, но снижению коэффициента динамичности тормозка;
Рисунок 6. Влияние конструктивных параметров системы «ФС-ГУ-тормозок» на ее динамическую нагруженность: а - масса привода до ГУ; б - масса привода после ГУ; в - масса диска тормозка; г - максимальное усилие нажимных пружин ФС; д - максимальное усилие создаваемое цилиндром ГУ; е - тип ГУ
- увеличение максимального усилия, создаваемого цилиндром ГУ приводит к увеличению динамической нагруженности системы;
-тип ГУ оказывает влияние на динамику включения системы. Наименьший коэффициент динамичности и наибольшее время включения ФС у системы с ГУП, а наибольший у системы с ГУУ. Наименьший коэффициент динамичности и наибольшее время включения тормозка у системы с ГУУ, а наибольший у системы с ГУП. Среднее значение коэффициентов динамичности как ФС, так и тормозка у системы с ГУК.
Вследствие наличия полей допусков на изготовление деталей ФС и ГУУ усилия пружин колеблются в пределах ±10 %. В данной работе также проведено исследование влияния колебания усилий нажимных пружин ФС и рабочих пружин ГУ на характеристику системы «ФС - ГУ».
Исследования показывают, что колебания усилий пружин включения ФС влияют на величину диапазона регулирования крутящего момента, передаваемого ФС и его положение на оси абсцисс. Это означает, что каждый раз, когда тракторист переходит на работу с другим трактором той же марки, ему приходится снова приобретать навыки управления именно этой машиной. Колебания усилий рабочих пружин ГУУ также оказывают влияние на величину диапазона регулирования крутящего момента и его положение на оси абсцисс. Это обстоятельство еще более ухудшает управление трактором.
Перечисленные недостатки можно устранить, если ввести в ГУУ и ФС при их сборке регулировочные устройства, которые будут задавать требуемые усилия рабочих пружин.
При использовании ГУП изменение диапазона регулирования крутящего момента, как по величине, так и по положению не происходит. Колебание усилий пружин ФС оказывает влияние только на величину давления в полости ГУП, но сам диапазон регулирования остается неизменным. С этой точки зрения применение ГУП является предпочтительным.
Аналитическое решение дифференциальных уравнений, описывающих процессы, протекающие в исследуемых системах, весьма затруднено. Применение ЭВМ позволяет решать сложные дифференциальные уравнения, не решаемые аналитическими методами
В третьей главе диссертации «Разработка алгоритма и программного комплекса вычисления динамических нагрузок в системе ФС-ГУ-тормозок» излагаются требования, которым удовлетворяет представленный программный комплекс, а так же приводится его характеристика, схема и алгоритм функционирования. Авторами данного программного комплекса получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007611052.
На рисунке 7 представлена укрупненная блок-схема общего алгоритма действий программного комплекса выключения ФС и включения тормозка в системе «ФС - ГУП - тормозок». Блок-схема включает блоки арифметических (обозначенных прямоугольником) и логических (обозначенных ромбом) действий и состоит из семи основных частей, отражающих этапы процесса выключения ФС и включения тормозка, а также блоков ввода исходных данных и блоков вывода полученных значений.
В четвертой главе диссертации «Методика экспериментальных исследований» представлены программа и схема проведения исследований, определены объекты исследований и этапы подготовки приборов для проведения научного поиска.
Программа экспериментальных исследований составлена в соответствии с теоретическими разработками, приведенными во второй главе, с целью их проверки и включает проведение стендовых и контрольных исследований в полевых условиях на тракторе.
Исследования включали в себя два этапа: исследование динамики включения ФС и тормозка; сравнительные износные исследования фрикционных накладок дисков сцепления и тормозка.
В процессе испытаний записывались на ленте осцилографа: перемещения нажимного диска, управляющего и исполнительного звеньев ГУ и рычага выключения ФС; давление в рабочей полости ГУ; момент трения; температура поверхностей трения ФС и тормозка; число отметок оборотов ведущих и ведомых частей ФС; время включения и продолжительность буксования ФС и тормозка
по числу отметок отметчика осциллографа; величина нажимного усилия на поверхностях трения ФС и рычаге тормозка; величина износа поверхностей трения.
Рисунок 7. Блок-схема алгоритма действий программного комплекса выключения ФС и включения тормозка в системе «ФС - ГУП - тормозок».
В качестве объектов исследований приняты агрегаты трактора Т - 130: ФС с ведомыми дисками различной величины неплоскостности; ГУП; ГУУ с предварительно сжатой пружиной; ГУУ с регулируемой пружиной; ГУК и два типа дисковых тормозка.
Исследованиям подвергались серийные и модернизированные агрегаты в системе «ФС - ГУ - тормозок». На рисунке 8 представлена схема модернизированного дискового подпружиненного тормозка.
Ускоренные экспериментальные исследования проводились на специализированном стенде (СНИТС), принцип работы которого основан на периодическом включении испытываемого ФС и передачи через него крутящего момента от привода стенда к нагружающему устройству, имитирующему условия работы ФС при разгоне трактора.
Рисунок 8. Схема модернизированного дискового подпружиненного тормозка: 1- подвижный диск; 2- фланец; 3- корпус муфты; 4- проставка; 5 - крышка; 6 - пружина
На основании анализа рекомендаций различных исследователей и учитывая требования, предъявляемые к ФС и его тормозку, нами был принят темп (время) перемещения управляющего звена ГУ равным 1,0…1,1 с.
Контольные экспериментальные исследования проводились на тракторе-стенде (трактор Т-130 и тензолаборатория) при работе в полевых условиях. Включение и выключение ФС производились при номинальных оборотах двигателя с темпом перемещения управляющего звена 0,9…1,1 с. Для получения сопоставимых данных порядок проведения исследований и методика замера параметров были аналогичны стендовым.
В пятой главе диссертации «Результаты экспериментальных исследований» представлены результаты динамической нагруженности систем «ФС - ГУ - тормозок» и сравнительные износные исследования фрикционных накладок дисков сцепления и тормозка.
Анализируя графические зависимости (рисунок 9), можно заключить, что для всех систем увеличение времени перемещения управляющего звена ГУ и неплоскостности фрикционных накладок ведомых дисков ФС приводит к снижению коэффициента динамичности и увеличению времени нарастания момента трения. Наименьший коэффициент динамичности и набольшее время нарастания момента трения ФС у системы, имеющей ГУП.
Рисунок 9. Влияние неплоскостности фрикционных накладок ведомых дисков и времени перемещения управляющего ГУ на динамику включения ФС: а) ФС с серийными дисками - ГУ - тормозок; б) ФС с упругими дисками №1 - ГУ - тормозок; в) ФС с упругими дисками № 2 - ГУ - тормозок.
Анализ экспериментальных данных динамики включения тормозка (рисунок 10) показал, что для всех систем увеличение времени перемещения управляющего звена ГУ и неплоскостности фрикционной накладки тормозка приводит к снижению коэффициента динамичности и увеличению времени нарастания момента трения. Наименьший коэффициент динамичности и набольшее время нарастания момента трения тормозка у системы, имеющей ГУУ.
Рисунок 10. Влияние неплоскостности диска тормозка и времени перемещения управляющего звена ГУ на динамику включения тормозка: а) ФС - ГУ - серийный тормозок; б) ФС - ГУ - тормозок с повышенной величной неплоскостности.
Сравнивая исследуемые системы, необходимо отметить, что наибольший коэффициент динамичности ФС Кд =1,27 и наименьшее время t0 = 0,14 с у ФС с
серийными ведомыми дисками работающими с ГУУ. Наименьший коэффициент
динамичности ФС Кд = 0,84 и наибольшее время t0=1,82 с у ФС с величиной неплоскостности ведомых дисков 0,64 мм, работающих с ГУП; наибольший коэффициент динамичности тормозка К/д = 1,57 и наименьшее время t/0 = 0,05 с у серийных тормозков, работающих с ГУП. Наименьший коэффициент динамичности К/д = 1,05 и наибольшее время t/0 = 1,21 с у тормозков с повышенной величиной неплоскостности, работающих с ГУУ.
Увеличение времени перемещения управляющего звена ГУ и неплоскостности ведомых дисков сцепления и тормозка для всех систем приводит к снижению коэффициентов динамичности и увеличению времени нарастания моментов трения.
Наиболее предпочтительной с точки зрения динамики включения ФС и тормозка следует считать систему: «ФС с упругими дисками №2 - ГУП - тормозок с повышенной величиной неплоскостности».
Таким образом, результаты экспериментальных стендовых исследований динамики включения систем подтвердили правильность теоретических выводов. Это позволяет заключить, что разработанные авторами динамические схемы систем «ФС - ГУ - тормозок» и уравнения, описывающие движение масс, достаточно точно отражают процессы, протекающие в системах при включении и выключении.
Проведенные сравнительные износные исследования фрикционных накладок дисков сцепления и тормозка показали, что накладки ведомых дисков изнашиваются неравномерно, наибольший износ у накладки первого ведомого диска, работающей в паре с промежуточным диском, а наименьший - у накладки второго ведомого диска, работающей в паре с маховиком. Кроме того, замечен более интенсивный износ накладок от центра к периферии.
Наилучшими показателями обладает ФС с упругими ведомыми дисками № 2, оно работает при достаточно стабильном коэффициенте запаса и времени разгона. Однако этому ФС свойственно наибольшая величина среднего суммарного линейного износа, что объясняется конструктивным несовершенством данного типа упругих дисков. С целью снижения величины износа фрикционных накладок необходимо применять упругие диски, в которых полностью используется суммарная площадь трения.
Наилучшие показатели по износу ФС и наихудшие по износу тормозка имеет система «ФС - ГУУ - тормозок», а наихудшие по износу ФС и наилучшие по износу тормозка - система «ФС - ГУП - тормозок», что можно объяснить более плавным включением ФС последней системы.
С целью сопоставления результатов стендовых исследований и определения правильности выбора режимов нагружения были проведены контрольные исследования на тракторе, которые показали хорошую сходимость с результатами стендовых испытаний, что говорит о правильности выбора нагрузочных режимов на стенде.
В шестой главе диссертации «Технико-экономическая оценка совместного применения на тракторе Т-130 гидроусилителей управления фрикционным сцеплением различного следящего действия и дискового подпружиненного тормозка» рассчитан годовой экономический эффект от применения конструкторских решений. Годовой экономический эффект от внедрения ГУП и подпружиненного тормозка на всех тракторах Т-130 Орловской области составит 1177600 руб.
Общие выводы
1. Разработаны расчетные динамические схемы систем «ФС-ГУ-тормозок», а также комплекс дифференциальных уравнений, отличающиеся тем, что позволяют наиболее полно отразить рабочие процессы, протекающие в системах.
2. Разработан программный комплекс вычисления динамических нагрузок на фрикционных накладках в системе «ФС-ГУ-тормозок» (А.с. № 2007611052), который позволяет повысить точность расчетов, варьировать исходными параметрами в широком диапазоне и значительно сократить затраты времени на вычисления, что приводит к оптимальному выбору конструктивных параметров деталей и их материалов.
3. Впервые в подобных исследованиях процессы включения сцепления и выключения тормозка рассмотрены раздельно от процессов выключения сцепления и включения тормозка, что позволило изучить их взаимное влияние на рабочие процессы, протекающие в системе.
4. Результатами исследований динамики включения системы «ФС-ГУ-тормозок» установлено:
- увеличение времени перемещения управляющего звена гидроусилителя, величины неплоскостности ведомых дисков, массы привода до ГУ, а также уменьшение коэффициента запаса ФС, массы привода после ГУ и максимального усилия, создаваемого цилиндром ГУ приводит к снижению коэффициента динамичности ФС (Кд) и увеличению времени перемещения нажимного диска;
- увеличение времени перемещения управляющего звена ГУ, величины неплоскостности диска тормозка, массы привода до ГУ, коэффициента запаса ФС, а также уменьшение массы привода после ГУ и максимального усилия, создаваемого цилиндром ГУ приводит к снижению коэффициента динамичности тормозка (К/д) и увеличению времени его включения;
- наименьшая динамическая нагруженность системы «ФС - ГУ - тормозок» достигается в случае, если усилие, создаваемое цилиндром ГУ, равно максимальному усилию нажимных пружин ФС;
- система «ФС - ГУП - тормозок» имеет наименьший коэффициент динамичности ФС (Кд=0,84), но наибольший коэффициент динамичности тормозка (К/д=1,57), что подтверждает целесообразность применения подпружиненного тормозка с целью снижения его коэффициента динамичности. Система «ФС - ГУУ - тормозок» имеет наименьший коэффициент динамичности тормозка (К/д=1,05), но наибольший коэффициент динамичности ФС (Кд=1,27), что подтверждает целесообразность применения гидроусилителя следящего действия по положению с целью снижения коэффициента динамичности ФС.
5. Разработана оригинальная конструкция подпружиненного тормозка (Заявка № 2007130117), позволяющая снизить на 20 % динамические нагрузки на фрикционной накладке при его включении, что приводит к увеличению срока службы до 4000 мото-ч.
6. Результатами экспериментальных сравнительных износных исследований фрикционных элементов систем установлено:
- накладки ведомых дисков сцепления изнашиваются неравномерно. Наибольший износ 0,47 мм имеет накладка первого ведомого диска, работающая в паре со средним диском, а наименьший 0,14 мм - накладка второго ведомого диска, работающая в паре с маховиком, что находится в полном соответствии с законом распределения температуры по поверхностям трения;
- наиболее стабильный коэффициент запаса (в = 3,1…3,2) имеет ФС с величиной неплоскостности упругих ведомых дисков 0,64 мм. Однако это ФС имеет наибольшую величину среднего суммарного линейного износа, что объясняется конструктивным несовершенством данного типа упругих дисков. С целью снижения величины износа фрикционных накладок необходимо применять упругие диски, в которых полностью используется суммарная площадь трения.
7. Установлено, что в системе «ФС-ГУ» колебания усилий пружин ФС и рабочих пружин ГУУ оказывают влияние на величину и положение диапазона регулирования крутящего момента, что подтверждает нецелесообразность применения в приводе управления сцеплением гидроусилителя следящего действия по усилию.
8. Разработанные рекомендации позволяют оптимизировать работу системы «ФС - ГУ - тормозок» и повысить долговечность фрикционных элементов.
9. Годовой экономический эффект от внедрения ГУП и дискового подпружиненного тормозка на всех тракторах Т-130 Орловской области составит 1177600 руб.
Основные положения диссертации опубликованы в работах
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:
1. Рыжов, Ю.Н. Ресурсосберегающий гидроусилитель [Текст] / М.А. Ефимов, Ю.Н. Рыжов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2007. - №3. - С. 7. - ISSN 0235-8573.
2. Рыжов, Ю.Н. Расчет динамических нагрузок в системе фрикционное сцепление - гидравлический усилитель с применением численных методов [Текст] / М.А. Ефимов, Ю.Н. Рыжов, Е.П. Долгов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2007. - №9. - С. 29-30. - ISSN 0235-8573.
3. Рыжов, Ю.Н. Численное моделирование динамических нагрузок в приводе сцепления с гидравлическим усилителем [Текст] / И.С. Константинов, Е.П. Долгов, Ю.Н. Рыжов // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2007. - №11. - С. 9-12.
4. Рыжов, Ю.Н. Пути снижения энергозатрат оператора при управлении фрикционными узлами трактора [Текст] / М.А. Ефимов, Ю.Н. Рыжов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2008. - №5. - С. 7-9. - ISSN 0235-8573.
Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций:
5. Рыжов, Ю.Н. Направление снижения энергозатрат оператора при управлении фрикционными узлами трактора [Текст] / М.А. Ефимов, Ю.Н. Рыжов // Энерго- и ресурсосбережение - XXI век: Сб. материалов II-ой международной научно-практической интернет-конференции, январь-июнь 2004. - Орел: ОрелГТУ, 2004. - 288 с. - С. 269-271. - 500 экз. - ISBN 5-93932-080-5.
6. Рыжов, Ю.Н. Снижение энергозатрат оператора на управление фрикционами трактора с применением гидроусилителей [Текст] / М.А. Ефимов, Ю.Н. Рыжов // Энерго - и ресурсосбережение - XXI век: Сб. материалов II-ой международной научно-практической интернет-конференции, январь-июнь 2004. - Орел: ОрелГТУ, 2004. - 288 с. - С. 271-273. - 500 экз. - ISBN 5-93932-080-5.
7. Рыжов, Ю.Н. Направления снижения энергозатрат оператора при управлении фрикционными узлами трактора [Текст] / М.А. Ефимов // Сб. докладов молодых ученых факультета агротехники и энергообеспечения, 2003-2004. - Орел: ОрелГАУ, 2004. - 176 с. - С. 111-117. - 60 экз.
8. Рыжов, Ю.Н. Исследование процесса включения фрикционного сцепления с гидравлическим усилителем [Текст] / Ю.Н. Рыжов // Энерго- и ресурсосбережение - XXI век: Сб. материалов III-ой международной научно-практической интернет-конференции, март-май 2005. - Орел: ОрелГТУ, 2005. - 288 с. - С. 271-273. - 500 экз. - ISBN 5-93932-107-0.
9. Рыжов, Ю.Н. Влияние механизма управления на динамику включения фрикционного сцепления [Текст] / М.А. Ефимов, Ю.Н. Рыжов // Ресурсосбережение - XXI век: Сб. материалов Международной научно-технической конференции, посвященной 30-летию Орловского государственного аграрного университета и 100-летию Санкт-Петербургского аграрного университета, 1-6 июля 2005. - Орел: ОрелГАУ, 2005. - 417 с. - С. 205 - 210. - 150 экз.
10. Рыжов, Ю.Н. Влияние механизма управления на процесс включения фрикционного сцепления [Текст] / Ю.Н. Рыжов // Механизация интенсивных технологий в АПК: Сб. материалов Международной научно-технической конференции, посвященной 30-летию Орловского государственного аграрного университета, 17 октября - 20 октября 2005. - Орел: ОрелГАУ, 2006. - 208 с. - С. 143 - 147. - 100 экз.
11. Рыжов, Ю.Н. Использование эффекта гидравлической неуравновешенности для создания ресурсосберегающей конструкции гидроусилителя трактора [Текст] / М.А. Ефимов, Ю.Н. Рыжов // Энерго- и ресурсосбережение - XXI век: Сб. материалов V-ой международной научно-практической интернет-конференции, март-май 2007. - Орел: ОрелГТУ, 2007. - 288 с. - С. 202-205. - 500 экз. - ISBN 5-93932-107-0.
12. Рыжов, Ю.Н. Численное моделирование динамических нагрузок в системе фрикционное сцепление - гидроусилитель - тормозок [Текст] / М.А. Ефимов, Ю.Н. Рыжов, Е.П. Долгов // Сб. докладов молодых ученых факультета агротехники и энергообеспечения, 2008. - Орел: ОрелГАУ, 2008. - 176 с. - С. 113-116. - 80 экз.
Запатентованные изобретения
13. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007611052. Программная система вычисления нагрузок на фрикционных накладках в системе фрикционное сцепление - гидравлический усилитель / А.В. Коськин, Е.П. Долгов (ОрелГТУ), Ю.Н. Рыжов (ОрелГАУ) - № 2006612296; Заявл. 03.04.2006 // Зарег. 12.03.2007.
14. МПК F16 D 55/00 - 55/50. Дисковый инерционный тормозок / М.А. Ефимов, Ю.Н. Рыжов (ОрелГАУ). - № 2007130117; Заявл. 06.08.2007// Изобретения. Патент. - 2007.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Разработка проекта колесного тягового трактора сельскохозяйственного назначения. Определение эксплуатационного веса тяговый расчет трактора. Обоснование параметров ходовой части машины и подбор двигателя. Выбор передаточных чисел трансмиссии трактора.
курсовая работа [481,5 K], добавлен 27.09.2014Характеристика трактора, параметры и технические данные. Сельскохозяйственные машины для использования с данным классом трактора. Техническое обслуживание тракторов. Расчет коэффициента использования тягового усилия, расчет годовой загрузки трактора.
контрольная работа [31,2 K], добавлен 17.11.2009Характер динамических нагрузок трансмиссий и ходовой системы сельскохозяйственных тракторов. Способы повышения энергетических показателей энергонасыщенных тракторов. Расчет оптимальной жесткости пневмогидравлической планетарной муфты сцепления.
дипломная работа [232,8 K], добавлен 17.11.2013Назначение, принцип работы и устройство разбрасывателя минеральных удобрений. Техника безопасности при подготовке разбрасывателя трактора. Основные настройки и регулировки разбрасывателя. Проверка надежности прицепной или навесной системы трактора.
отчет по практике [1,4 M], добавлен 12.09.2019Расчет рабочих скоростей и пределы, тягового усилия, часового расхода топлива для трех передач трактора. Определение кинематических параметров агрегата, составляющих баланса времени смены, производительности МТА и эксплуатационных затрат при его работе.
курсовая работа [250,6 K], добавлен 06.04.2014Общая характеристика технологии лесосечных работ на базе трелевочного трактора с чокерным технологическим оборудованием. Особенности очистки лесосек от порубочных остатков. Анализ технико-экономических показателей работы предприятия по лесосечным работам.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 18.12.2010Структура та організаційна система технічного сервісу за машинами. Вибір та розрахунок технологічного обладнання, оснастки, приладів та інструментів для дільниці технічного обслуговування та діагностування машин. Виконання змащувальних робіт трактора.
курсовая работа [129,2 K], добавлен 19.02.2013Общее устройство гусеничного трактора и назначение его основных частей. Влияние использования тяговой мощности на производительность машинно-тракторного агрегата и себестоимость тракторных работ. Устройство и технологический процесс туковых сеялок.
контрольная работа [44,3 K], добавлен 07.01.2011Произведение расчета технических показателей по комплектованию пахотного агрегата. Правила подготовки плугов и поля для выполнения операции перепашки пара на глубину 25 см. Анализ работы агрегатов на загоне. Определение эксплуатационных затрат трактора.
задача [154,7 K], добавлен 05.07.2010Выбор и обоснование технологии озеленительных работ. Обеспечение оптимального с технической (агротехнической) и экономической точек зрения сочетания трактора с рабочими машинами. Расчет количества и производительности машинно-тракторных агрегатов.
контрольная работа [25,1 K], добавлен 14.11.2012Исследование путей повышения производительности сельскохозяйственных машинно-тракторных агрегатов. Выбор их оптимальных режимов. Конструкторская разработка, расчет и построение тяговых характеристик трактора МТЗ-82 с использованием энергетического модуля.
курсовая работа [144,4 K], добавлен 28.10.2010Анализ работы и характеристика причин потери работоспособности узла. Разработка технологической карты на восстановление шестерни. Определение стоимости данного процесса. Разработка приспособления для выпрессовки амортизаторов опоры двигателя трактора.
курсовая работа [211,8 K], добавлен 23.01.2015Расчет удельного сопротивления, рабочей скорости с учетом буксования с целью выбора наиболее рациональных условий производительности культиватора. Подготовка трактора и поля к операции междурядной обработки посевов свеклы. Анализ работы агрегата в загоне.
задача [246,0 K], добавлен 05.07.2010Расчет режима работы лесозаготовительного предприятия. Выбор схемы разработки лесосеки. Расчет объема подготовительных работ и трудозатрат на их выполнение; технически возможной производительности трелевочного трактора. Технология нижнескладских работ.
курсовая работа [82,8 K], добавлен 13.03.2013Ознакомление с агротехническими требованиями к выполнению операции сплошного боронования. Расчет тягового усилия с учетом уклона местности, удельного сопротивления бороны, ширины захвата с целью выбора гусеничного трактора. Подготовка агрегатов к работе.
задача [666,6 K], добавлен 05.07.2010Разработка операционной технологии выполнения полевых механизированных работ. Назначение культивации, агротехнические требования. Выбор трактора и сельскохозяйственных машин. Плуги: техническая характеристика, назначение, устройство, принцип работы.
контрольная работа [24,0 K], добавлен 25.02.2011Технология механизированных работ в растениеводстве. Подготовка сцепа борон и трактора. Разрушение почвенной корки. Рыхление верхнего слоя почвы. Уничтожение сорняков и вредных организмов. Активизация роста озимых. Контроль и оценка качества работы.
реферат [19,4 K], добавлен 27.01.2011Характеристика крестьянско-фермерского хозяйства "Возрождение". Применение новой широкозахватной техники для обработки почвы как фактор повышения производительности труда. Расчет количества технического обслуживания тракторов, периодичности ремонтов.
дипломная работа [77,1 K], добавлен 08.01.2010Физические основы ультразвука. Получение ультразвуковых колебаний и принципиальное устройство аппаратов. Основные признаки ультразвукового исследования органов. Методики исследования органов у животных разных видов. Диагностическая информативность метода.
курсовая работа [25,1 K], добавлен 22.05.2012Анализ биографии русского ученого Алексея Андреевича Роде. Изучение его научной деятельности в области исследования подзолистых почв, подзолообразовательного процесса и водных свойств почв. Определение значения работ А.А. Роде в дисциплине почвоведения.
реферат [27,0 K], добавлен 12.01.2015
