Математическая модель машинно-тракторного агрегата с упругодемпфирующим механизмом в трансмиссии трактора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Математическая модель машинно-тракторного агрегата с упругодемпфирующим механизмом в трансмиссии трактора

При расчёте параметров и режимов работы сельскохозяйственного машинно-тракторного агрегата (МТА) обычно применяют типовые тяговые характеристики трактора, построенные при статическом тяговом сопротивлении на прицепном устройстве. В действительности же трактор это сложная динамическая система, состоящая из отдельных элементов и подверженная внешним воздействиям, которые носят динамический характер [1, 2 и др.]. Вероятностный характер внешних воздействий на агрегат, проявляющийся в неравномерности нагрузочного режима, существенно отражается на показателях, определяющих уровень машиноиспользования при выполнении технологических операций [3 и др.].

Рациональным способом оптимизации загрузочных режимов двигателя МТА является компенсация колебаний момента сопротивления [4 и др.].

Анализ показал, что существующие различные гасители колебаний и демпферные устройства обладают рядом существенных недостатков: изменяют жёсткость трансмиссии в небольших пределах, имеют линейную характеристику, не обеспечивают бесступенчатого регулирования передаточного числа трансмиссии и т.д.

Упругодемпфирующий механизм (рисунок 1), разработанный на кафедре «Тракторы и автомобили» Азово-Черноморского инженерного института ФГБОУ ВПО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде и предназначенный для плавного трогания МТА при разгоне, снижения динамических нагрузок в трансмиссии, от колебаний внешней нагрузки, а также бесступенчатого регулирования передаточного числа трансмиссии, лишён таких недостатков [5, 6].

1 - планетарный редуктор; 2 - коронная шестерня; 3 - солнечная шестерня; 4 - шестерня привода масляного насоса; 5 - масляный насос; 6 - подвижные грузы для изменения момента инерции; 7 - сателлиты; 8 - регулятор положения грузов; 9 - всасывающий канал; 10 - нагнетательный канал; 11 - вал водила (первичный вал коробки перемены передач); 12 - коробка перемены передач; 13 - муфта сцепления; 14 - двигатель; 15 - регулируемый дроссель; 16 - вход в дроссель; 17 - предохранительный клапан; 18 - кран управления; 19 - демпферный клапан; 20 - гидробак; 21 - сжатый воздух; 22 - пневмогидроаккумулятор; 23 - подвижный поршень, 24 - маслопровод

Рисунок 1. Принципиальная схема упругодемпфирующего механизма (УДМ) в трансмиссии трактора по патенту 2222440 RU, МПК В60К 17/10

пахотный упругодемпфирующий трактор технологический

Коронная шестерня 2 планетарного редуктора 1 соединена с маховиком двигателя и передает крутящий момент на вал 11 привода коробки передач и на сателлиты, связанные с водилом и солнечной шестерней 3. Водило имеет жесткую связь с ведущим валом коробки перемены передач. Центральная шестерня 3 редуктора через шестерню 4 приводит во вращение податливое звено упругодемпфирующего механизма - гидронасос 5. Насос имеет всасывающий и нагнетательный каналы. Нагнетательный канал соединяет гидронасос с масляной полостью пневмогидроаккумулятора 22 (ПГА). Вторая полость ПГА, отделенная от первой поршнем с уплотнениями, заправлена сжатым воздухом. Заправка осуществляется через воздушный кран. Закономерность подачи масла в ПГА может изменяться регулируемым дросселем 15. Максимальное давление в нагнетательной полости насосов ограничивается предохранительным клапаном 17. Сброс масла при срабатывании клапана 17 и при открытом положении крана 18 осуществляется в бак 20. За время работы в аккумулятор подается определенный объем масла, который зависит от числа оборотов насоса.

В первоначальный период трогания агрегата начинают вращаться солнечная шестерня планетарного редуктора и гидронасос, нагнетая масло в ПГА. Так как момент сопротивления на ведущем валу коробки перемены передач имеет большое значение, трактор стоит на месте до тех пор, пока сопротивление на солнечной шестерне меньше, чем на водиле. При дальнейшем нарастании давления в ПГА агрегат начинает плавно разгоняться, а насос постепенно останавливается. Практически движение трактора начинается в момент, когда ведущий момент на валу коробки передач равен приведенному моменту сопротивления. Скорость нарастания ведущего момента можно регулировать, изменяя проходное сечение дросселя. В конце первой фазы разгона происходит резкое возрастание ведущего момента и, чтобы предупредить динамические нагрузки в трансмиссии трактора, предусмотрен предохранительный клапан. Во второй фазе разгона ведущий момент постепенно снижается до значения приведенного момента сопротивления, на установившемся режиме движения МТА насос стоит, то есть работает в режиме «стоп», и трансмиссия практически ничем не отличается от серийной. При повышении нагрузки насос проворачивается, подавая дополнительную порцию масла в ПГА, и снижает скорость движения МТА, а при снижении нагрузки насос работает в режиме гидромотора, который приводится во вращение маслом из ПГА через обратный клапан 19, увеличивая скорость движения МТА. Тем самым автоматически поддерживается высокий коэффициент загрузки двигателя.

Функциональная схема сельскохозяйственного МТА с УДМ в трансмиссии трактора представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Функциональная схема МТА с УДМ в трансмиссии

Для соблюдения динамического подобия реального агрегата движущиеся массы двигателя заменены маховиком с моментом инерции , масса коронной шестерни УДМ моментом инерции , масса водила УДМ моментом инерции , массы солнечной (центральной) шестерни УДМ моментом инерции , массы силовой передачи - моментом инерции , массы движителя и колес - моментом инерции , поступательно движущиеся массы трактора и сельхозмашины, не связанные с силовой передачей трактора - массой . То есть машинно-тракторный агрегат можно представить последовательно соединёнными звеньями: двигатель - силовая передача - ведущее колесо - нагрузка, с отображением реальных связей между ними (рисунок 3).

Рисунок 3. Схема динамической модели, эквивалентной агрегату с УДМ в трансмиссии трактора

Модель составлена при следующих основных допущениях:

- остов трактора вместе с кабиной рассматривается как твердое тело;

- колебания рассматриваются от положения статического равновесия с началом координат в центре масс трактора;

- трактор движется прямолинейно;

- упругие элементы имеют линейную характеристику;

- воздействия на правое и левое колеса одинаковые и одновременные;

- силы вязкого трения в элементах шины, трансмиссии и УДМ пропорциональны относительным скоростям, а силы неупругого сопротивления - действующим усилиям.

Поведение такой динамической модели определяется следующими обобщенными координатами системы: углами поворота коленчатого вала двигателя, вала муфты сцепления, , , соответственно центральной шестерни, водила планетарного механизма и коронной шестерни первичного вала трансмиссии, оси ведущего колеса, беговой дорожки шины; х - положением МТА. Вследствие того, что двигатели сельскохозяйственных тракторов снабжены всережимным регулятором (масса - ), а некоторые и турбонагнетателем (момент инерции ), необходимо к вышеперечисленным добавить следующие обобщённые координаты: - положение рейки топливного насоса; - угол поворота ротора турбонагнетателя [7 и др.].