CC BY
39
УДК 629.114.2
A. Т. Скойбеда, д-р техн. наук, проф., А. М. Статкевич, канд. техн. наук, доц.,
B. С. Чешун
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ ВОМ ТРАКТОРОВ МОЩНОСТЬЮ 45 И 58 Л. С.
ПРИ РАБОТЕ С ЭНЕРГОЕМКИМИ МАШИНАМИ
Выполнен анализ влияния коэффициента запаса и темпа включения на выбранные оценочные показатели процесса включения муфты привода ВОМ тракторов мощностью 45 и 58 лошадиных сил.
Данная работа посвящена исследованию динамических процессов, происходящих в приводе вала отбора мощности (ВОМ) трактора при его работе с энергонасыщенными машинами. Целью работы является обоснование параметров системы управления ВОМ на основании проведенных исследований динамических процессов в приводе вала отбора мощности при его включении и разгоне рабочих органов энергонасыщенных машин.
В реальных условиях эксплуатации существуют три разновидности разгона рабочих органов сельхозмашины:
- разгон трактора с места при вращающихся рабочих органах сельхозмашины;
- разгон рабочих органов сельскохозяйственной машины при установившемся движении трактора;
- разгон рабочих органов сельскохозяйственной машины при остановленном тракторе.
С точки зрения нагруженности привода вала отбора мощности третий режим является наиболее тяжелым, так как в этом случае через привод ВОМ может быть реализована вся мощность двигателя.
Объектом данных исследований являются малогабаритные колесные универсальные тракторы «Беларусь-422» мощностью 45 л. с. и «Беларусь-622» мощностью 58 л. с., предназначенные для выполнения основной и предпосевной обработки почвы, посева зерновых культур, посадки картофеля, выполнения работ по заготовке кормов, уборке зерновых и технических культур, пропашных работ в
междурядьях от 450 до 800 мм. Использование этих тракторов для высокопроизводительного выполнения сельскохозяйственных операций в агрегате с орудиями, имеющими активные рабочие органы, может потребовать до 80 % мощности двигателя на их привод. Это свидетельствует о значительных нагрузках, которые испытывают элементы привода ВОМ в процессе эксплуатации исследуемых тракторов. В связи с тем, что мощность и крутящий момент двигателя, установленного на тракторе «Беларусь-622», выше, все расчеты будем проводить для этого трактора.
Муфта вала отбора мощности трактора «Беларусь-622» рассчитана на передачу максимального крутящего момента двигателя, который составляет около 160 Н-м. Такой случай возможен, например, при разгрузке на месте какого-либо сельхозагрегата (разбрасыватель удобрений) или при разгоне и разгрузке рабочих органов картофелеуборочных агрегатов после их заклинивания и т. д. Поэтому исследование динамических процессов в приводе ВОМ выполняем исходя из максимального крутящего момента двигателя.
Имитационное математическое моделирование работы машинно-тракторных агрегатов позволяет в краткие сроки получить характер нагрузочных режимов и обосновать выбор рациональных параметров как отдельных конструктивных элементов, так и всего привода. Независимо от используемых теоретических методов исследования, одним из важ-
нейших этапов является переход от реальной к соответствующей ей динамической схеме. В инженерной практике предоставляется возможность на основании рекомендаций [1, 2] с учетом требуемой точности расчетов упростить реальную механическую систему. Поэтому для оценки переходных процессов в приводе ВОМ исследуемых тракторов в качестве расчетной динамической схемы принимаем четырехмассовую модель (рис. 1).
Используя рекомендации [3], в расчетной динамической схеме демпфирование не учитывалось, так как целью исследований является определение максимальных динамических нагрузок на переходных режимах.
В расчетной схеме:
J1 - момент инерции маховика, эквивалентного возвратно-поступательно и вращательно-движущимся массам двигателя;
J2 - момент инерции ведомых частей муфты включения ВОМ;
Jз - момент инерции ведущих частей муфты включения ВОМ;
J4 - момент инерции деталей привода ВОМ и рабочих органов сельхозмашин, расположенных после муфты включения ВОМ, приведенный к ведомому валу привода;
е1-2 - податливость рабочего участка вала привода от маховика двигателя до муфты ВОМ;
е3-4 - податливость рабочего участка вала привода от муфты ВОМ до рабочих органов сельхозмашины.
М.ОД - крутящий момент двигателя;
Мф - момент трения муфты включения ВОМ;
Мс - момент сопротивления движению рабочих органов сельхозмашин.
Математическое описание процессов, происходящих в принятой динамической схеме, выполнено на основе уравнений Лагранжа [3]. Описывая разгон рабочих органов сельхозмашин и считая, что муфта включения ВОМ Мф буксует, для рассматриваемой динамической системы (рис. 1) получены следующие уравнения:
Ji-Wi = Md(t) — Mi_2; J2*W2 = Mi_2 — Мф^;
Js-«3 = Мф(() — Мз_4; J4*«4 = Мз_4 — MC(t); Mi_2'ei_2 = Wi — W2; Мз_4*ез_4 = Юз — Ю4,
где Wi, Ю2, Юз, ю4 - угловые скорости вращения масс расчетной динамической схемы; Mi-2 , Мз-4 - упругие моменты в звеньях схемы.
После замыкания муфты включения ВОМ расчетные уравнения будут следующими:
Ji’Wi = Мада — М1_2;
(J2 + Jз) W2 = М1_2 — Мз_4 ;
J4"W4 = Мз-4 — Mc(t);
М1_2*е1_2 = Wi — Ю2;
Мз-4*ез-4 = Юз — Ю4.
На основании изложенной математической модели разработаны алгоритм и программа расчета оценочных параметров процесса включения муфты ВОМ и разгона рабочих органов сельхозмашин, реализованная в виде пакета программ на алгоритмическом языке ПАСКАЛЬ. Дифференциальные уравнения движения решались методом Рунге-Кутта [4].
Крутящий момент двигателя моделировался путем кусочно-линейной аппроксимации характеристики двигателя Ма = f(n) (рис. 2).
В качестве оценочных показателей приняты:
— работа буксования фрикционной муфты ВОМ L6, Дж;
— мощность буксования фрикционной муфты ВОМ N6, кВт;
— коэффициент динамической на-груженности силовой передачи
Kd Мк max 1 Mн, где Мк max — максимЗЛЬ>-
ный динамический крутящий момент на валах привода; Мн — номинальный момент двигателя.
Мдф Мф Мс
п ------►
Рис. 2. Характеристика двигателя
Теоретические расчеты проводим, приняв приведенный к ведомому валу муфты включения ВОМ момент сопротивления Мс постоянным и равным максимальному моменту двигателя (Мс = 160 Н-м).
Закон включения муфты ВОМ принят линейным Мфф = сЧ. В качестве одного из основных параметров муфты включения ВОМ принят коэффициент запаса
в = Мф тах/ Мн , (3)
где Мф тах - максимальный момент трения муфты включения ВОМ.
Результаты расчетов приведены в виде графиков изменения оценочных показателей в зависимости от различных темпов включения и от коэффициента запаса муфты ВОМ (рис. 3-5). При проведении расчетов были определены и приняты следующие значения параметров динамической
2 2 схемы: 11 = 0,41 кг-м ; 12 = 0,01 кг-м ;
1з = 0,01 кг-м2; 14 = 1,0 кг-м2; е1-2 = 0,005 1/Н-м; е3_4 = 0,02 1/Н-м. Время расчета составляло 6 с.
Анализ приведенных зависимостей позволяет сделать вывод, что наиболее приемлемым темпом включения муфты привода ВОМ следует считать 300-400 Н-м/е, так как при этом темпе включения оценочные параметры имеют оптимальное соотношение. Увеличение темпа включения до 500 Н-м/с приводит к незначительному снижению работы буксования, но при этом растет мощность буксования и коэффициент динамической нагруженности. Дальнейшее увеличение темпа включения муфты ВОМ до 600 Н-м/с приводит к тому, что разгон рабочих органов сельхозмашин становится невозможным вследствие снижения оборотов двигателя ниже минимально допустимых (на рис. 4 и 5 рез-
кое снижение оценочных показателей). Снижение темпа включения муфты ВОМ до 200 Н-м/с и ниже приводит к значи-
тельному росту работы буксования и не снижает динамическую нагруженность привода.
= 1,0 = 1,5 =2,0 =2,5 =3,0
Рис. 3. Зависимость работы буксования муфты ВОМ от темпа включения и коэффициента запаса
=1,0
=1,5
=2,0
=2,5
=3,0
С
Рис. 4. Зависимость мощности буксования муфты ВОМ от темпа включения и коэффициента
запаса
=1,0
=1,5
=2,0
=2,5
=3,0
Рис. 5. Зависимость коэффициента динамических нагрузок на валу до муфты ВОМ от темпа включения и коэффициента запаса
С
С
Анализ влияния коэффициента запаса муфты ВОМ на оценочные показатели позволяет сделать вывод, что наиболее приемлемым является значение Р = 1,5-2,0, так как при этих значениях работа буксования находится в средних пределах, однако коэффициент динамической нагруженности минимален.
Результаты математического моделирования разгона рабочих органов сельхозмашин позволяют сделать следующие рекомендации.
1. Для обеспечения оптимального протекания процесса разгона рабочих органов сельхозмашин рациональный темп включения муфты ВОМ необходимо под-
держивать в пределах 300-400 Н-м/с.
2. Коэффициент запаса муфты включения ВОМ принять в пределах 1,5—2,0.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ривин, Е. И. Динамика привода станков / Е. И. Ривин. - М. : Машиностроение, 1966. - 204 с.
2. Вернигор, В. А. Переходные режимы тракторных агрегатов / В. А. Вернигор, А. С. Со-лонский. - М. : Машиностроение, 1983. - 183 с.
3. Молибошко, Л. А. Динамические расчеты трансмиссий транспортных машин / Л. А. Молибошко, О. С. Руктешель, А. И. Гришкевич. -Минск, 1977. - 67 с.
4. Мак-Кракен, Д. Численные методы и программирование на ФОРТРАНе / Д. МакКракен, У. Дорн. - М. : Мир, 1977. - 584 с.
Белорусский национальный технический университет Материал поступил 03.11.2006
А. Т. Skoibeda, A. M. Statkevich,
V. S. Cheshun
Substantiation of parameters of a control system of a drive SSC of tractors by capacity 45 and 58 h. p. at work with power-intensive machines
Belarusian National Technical University
In clause the substantiation of rate of inclusion and factor of a stock of muff SSC of small-sized tractors by capacity 45 and 58 h. p. is executed.
