Особенности расчета подвижности гусеничных машин с гидромеханической трансмиссией на различных этапах разгона Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

A mathematical model for assessing the combat readiness of a combat vehicle is presented, taking into account, in contrast to existing analogous models, the effect of the preparedness indicator on the designation of a model, taking into account the probabilities of weapons readiness states corresponding to the stages of preparation for use, which makes it possible to more objectively assess the readiness of weapons Machines to their intended use.

Key words: armament of a combat vehicle, readiness for use as intended, combat readiness of a combat vehicle.

Slutsky Konstantin Anatolievich, associate adjunct full-time staff, [email protected], Russia, Ryazan, Ryazan, Higher Airborne Command School named after General of the Army V.F. Margelov,

Starikov Nikolay Evgenievich, Doctor of Technical Sciences, Professor, stari-kov_taii@,mail.ru, Russia, Ryazan, Ryazan Higher Airborne Command School named after Gener of the Army V.F. Margelova,

Bogomolov Sergey Nikolaevich, associate adjunct full-time staff, sergei. [email protected], Russia, Ryazan, Ryazan, Higher Airborne Command School named after General of the Army V.F. Margelov

УДК 621.354.341

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ПОДВИЖНОСТИ ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН С ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ НА РАЗЛИЧНЫХ ЭТАПАХ РАЗГОНА

Р.А. Топольник

Рассмотрены особенности расчета подвижности гусеничных машин с гидромеханической трансмиссией на различных этапах разгона с обоснованием необходимости учета по величине и расположению в силовом потоке инерционных масс всех элементов моторно-трансмиссионной установки.

Ключевые слова: гусеничная машина, гидромеханическая трансмиссия, момент инерции, разгон.

В соответствии с программой развития Вооруженных Сил и планом оснащения подразделений перспективными образцами вооружения и военной техники (ВВТ) к 2020 году планируется принять на вооружение целое семейство современных гусеничных машин (ГМ) с гидромеханической трансмиссией (ГМТ). Вместе с тем, согласно анализу результатов пробего-вых испытаний, проведенных представителями завода-изготовителя, выявлено несоответствие требованиям тактико-технического задания по ряду пунктов, одним из которых является время разгона до максимальной скорости.

Однако, как стоит заметить, именно характеристиками подвижности ВВТ в значительной степени определяется боеспособность Вооруженных Сил. Одним из критериев, определяющих подвижность ВВТ в целом и ГМ с ГМТ в частности, является быстроходность, которая непосредственно зависит от динамических, в том числе разгонных, качеств машины, что обуславливает актуальность задачи по обоснованию способа расчета подвижности [1].

В данной статье приведена методика расчета разгона боевой гусеничной машины (БГМ) на следующих этапах: 1) с места до начала блокирования гидротрансформатора (ГДТ); 2) при включении блокировочного фрикциона; 3) при заблокированном ГДТ; 4) при переключении передач и блокировании ГДТ [2]. Особенностью настоящего расчета является специфика учета инерционных масс всех элементов от двигателя до ведущих колес и поступательно движущихся масс БГМ. Кроме того, принимается во внимание, что ГДТ делит силовой поток на две части: «от двигателя до насосного колеса ГДТ», «от турбинного колеса ГДТ до ведущих колес» (рис. 1) [3].

В данной схеме используются следующие условные обозначения: ¡! - момент инерции вращающихся масс первого звена, включающего суммарный момент инерции элементов двигателя, согласующего редуктора, насосного колеса ГДТ, корпуса блокировочного фрикциона ГДТ и вращающихся деталей масляного насоса питания ГДТ, кг-м2; 12 - момент инерции вращающихся масс второго звена, включающего момент инерции турбинного колеса ГДТ, диска блокировочного фрикциона ГДТ, планетарной коробки передач, кг-м2; 13 - момент инерции вращающихся масс третьего звена, включающего момент инерции бортовых передач и ведущих колес, кг- м2; 14 - момент инерции вращающихся масс четвертого звена, включающего момент инерции гусеничного движителя, кг-м2; 1ГМ -момент инерции поступательно разгоняющейся массы БГМ, кг-м2; 1дВ -момент инерции двигателя, кг-м2; 1СР - момент инерции согласующего редуктора, кг-м2; 1НК - момент инерции насосного колеса, кг-м2; 1ТК - момент инерции турбинного колеса, кг-м2; 1ПКП - момент инерции планетарной коробки передач, кг- м2; 1БП - момент инерции бортовых передач, кг-м2; 1ВК -момент инерции ведущих колес, кг-м2; 1ГУС - момент инерции гусеничного движителя, кг-м2; Мдв - крутящий момент двигателя, Н-м; МНК - крутящий момент на валу насосного колеса, Н-м; МТК - крутящий момент на валу турбинного колеса, Н- м; МС - суммарный момент сопротивления движе-

тт -1

нию, Н-м; бдВ - угловая скорость коленчатого вала двигателя, с ; соНК -

угловая скорость вала насосного колеса ГДТ, с-1; бОтК - угловая скорость

вала турбинного колеса ГДТ, с-1; бПКП - угловая скорость вторичного вала

планетарной коробки передач, с-1; бОВК - угловая скорость ведущих колес, с-1; иТР1 - передаточное число элементов трансмиссии турбинного колеса

ГДТ до ведущих колес, с учетом включенной передачи в ПКП; Г1ТР1 - КПД

элементов трансмиссии турбинного колеса ГДТ до ведущих колес с учетом включенной передачи в ПКП; иТР2 - передаточное число элементов трансмиссии турбинного колеса ГДТ до ведущих колес с учетом включенной

передачи в ПКП; Г\ТР2 - КПД элементов трансмиссии турбинного колеса ГДТ до ведущих колес с учетом включенной передачи в ПКП;

Г\ГУС - КПД гусеничного движителя.

Рис. 1. Обобщённая инерционная схема трансмиссии БГМ

Расчетные схемы для этапов разгона БГМ с ГМТ представлены на

рис. 2.

в

Рис. 2. Расчетные схемы для этапов разгона БГМ с ГМТ: а - трогание и разгон до момента блокирования; б - включение механизма блокирования ГДТ; в - разгон при заблокированном ГДТ

276

Разгон БГМ с места до начала блокирования ГДТ

Уравнение работы двигателя согласно рис. 2, а принимает вид

11

ДВ

(г

= М дв - М НК - М ПР ,

(1)

где

ДВ

-2.

угловое ускорение коленчатого вала двигателя, с ; М

а ..................................................' ' ' -дв "

эффективный крутящий момент двигателя при работе в установившемся режиме, т.е. соответствующий скоростной характеристике, Н- м; Мнк -крутящий момент на насосном колесе ГДТ, Н- м; Мпр - крутящий момент, затрачиваемый на приводы дополнительного и вспомогательного оборудования, Н- м.

На рис. 3, а представлены основные характеристики двигателя, из которых находим эффективный крутящий момент двигателя

мдв = мдв0 •1 + а(ыдв - ыдв 0) + р(ыдв - ыдв 0) где Мдво - крутящий момент двигателя, соответствующий Ыдв = Ыдво ,

Нм; а, р - коэффициенты аппроксимации реальной характеристики мдв = /(ыдв ) и идеальной характеристики двигателя; аДВ - угловая ско-

(2)

рость коленчатого вала двигателя, с

-1

кТ Р'АКГ

А „

/ о. V > 2 1 !

ъ о. _Л, (-

рШ

30

20

10

0,2

0,4

0,6

0,8

б

а

Рис. 3. Основные характеристики двигателя и гидротрансформатора а - основные характеристики двигателя; б - безразмерные характеристики гидротрансформатора

Исходя из зависимостей безразмерных характеристик ГДТ (рис. 3, б) находим коэффициент входного момента насосного колеса 1нК, определяющий нагружающие свойства ГДТ:

у МНК

1НК

Р Ж юНК • ВУ (3)

где р ж - плотность рабочей жидкости ГДТ, кг/м ; Ва - активный диаметр насосного колеса ГДТ, м.

Из формулы (3) выражаем величину М Нк :

900 1 2 „5

МНК =—ТРЖ •1 НК • юНК ' Ва . (4)

Р 2

В соответствии со схемой, приведенной на рис. 2, а, для первого этапа разгона уравнение БГМ имеет вид

МДВ - МНК • ЬТ - МПР - МС = / л

А +12 +13 +14 + 1гм

иТР2 -ЛТР2 'ЛГУС

Му = "^ 5 2 , (7)

ВК (5)

ж '

V ^ ТР2 ■ 'ТР2 1 МУС у

Суммарный момент сопротивления движению МС, приведенный к валу турбинного колеса, определяем по формуле

Мс = ММц+ му, (6)

где Му - момент сопротивления дороги, Н-м; М^ - момент сопротивления повороту БГМ, Н-м; Му = / (ю вк ) - момент холостых потерь в агрегатах трансмиссии и гусеничном движителе БГМ, Н- м.

Момент сопротивления дороги определяем по формуле

тГМ • Я•¥• гвк иТРТ • ЛТР2

где тгм - масса БГМ, кг; я - ускорение свободного падения, м/с2; у -коэффициент сопротивления дороги.

Момент сопротивления повороту БГМ определяем по формуле

М т= т ГМ • ^ ^ГМ , (8)

где т - коэффициент сопротивления повороту БГМ; Ьгм - длина опорной поверхности гусеничного движителя, м.

Данный расчет следует вести до начала блокирования ГДТ. Ввиду того, что БМД-4М оснащена гидромеханической трансмиссией с комплексным ГДТ, момент окончания расчета должен соответствовать условию юдв = юдв0 , где юдв0 - угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя в момент начала блокирования.

Разгон БГМ при включении блокировочного фрикциона ГДТ Так как согласно расчетной схеме (рис. 2,б) блокировочный фрикцион ГДТ в силовом потоке располагается параллельно гидротрансформатору, то при юдв > ю^л формула (1) принимает вид

dю дв

1\ - = МДВ - МНК - МПР - МБЛ , (9)

где Мбл - крутящий момент, передаваемый блокировочным фрикционом от насосного до турбинного колеса гидротрансформатора, Н-м.

При ®дв = ®БЛ, то есть в начальный момент включения блокировочного фрикциона, мбл = 0. При проведении расчета принимаем, что м бл = / (г) изменяется по экспоненте

г

М БЛ = М тах

(-*БЛ) \ - е т

(\0)

где Мтах - максимальный момент трения блокировочного фрикциона гидротрансформатора, Нм; т - постоянная времени, определяющая темп включения блокировочного фрикциона (при проведении данного расчета принимается равной 0,2 с); г - общее время работы ГДТ; г бл - время работы блокировочного фрикциона.

Формула (9) имеет смысл до момента выравнивания угловых скоростей насосного &нк и турбинного ютк колес ГДТ.

Работа буксования в блокировочном фрикционе ГДТ Абл определяется так:

dAБЛ

мбл (юнк -ютк ) = —тг • (п)

dt

При проведении расчетов используются приведенные ранее формулы (\)-(9). Следует отметить, что при проведении настоящего исследования именно на основе уравнений (9)-(\\) сформулировано обоснование наиболее подходящего начала включения блокировочного фрикциона ГДТ.

Разгон БГМ при заблокированном ГДТ

В случае, когда блокировочный фрикцион включен (рис. 2, в), разгон БГМ описывается формулой

м дв - МПР - МС =

ь + и + и + и + 1ГМ

иТР2 '^ТР2

^. (12)

Из-за того, что блокировочный фрикцион гидротрансформатора включен, справедливо равенство Юнк = мТК , далее расчет производится ранее приведенным способом.

Разгон БГМ при переключении передач (п + \) и блокировании

гидротрансформатора

При разгоне на данном этапе гидротрансформатор заблокирован, а двигатель работает в тяговом режиме. Процесс разгона гусеничной машины описывается по формуле

f

\

M дв - M ПР - Mc = h +12 +13 +14 +

При этом соответственно обороты коленчатого вала двигателя пропорциональны оборотам ведущего колеса БГМ:

Далее расчет разгона БГМ до итах с переключением передач ведется в соответствии с уравнениями ранее рассмотренных этапов. При этом параметры, полученные в конце каждого этапа, являются начальными условиями для расчета следующего этапа.

Таким образом, в данной статье раскрыты особенности расчета подвижности гусеничных машин с гидромеханической трансмиссией на различных этапах разгона, а также обоснована необходимость учета вращающихся масс не только по величине, но и расположению в силовом потоке.

1. Котельников С.Н. Метод снижения динамической нагруженности гидромеханических трансмиссий высокомобильных транспортных средств: дис. ... канд. техн. наук. Рязань, 2007. 159 с.

2. Григоренко Л.В., Арсеньев Е.С. Исследование работы моторно-трансмиссионных установок транспортных машин на неустановившихся режимах // Труды института НИИ-21. 1968. Сб. 3. С. 77-98.

3. Васильченков В.Ф. Автомобили и гусеничные машины. Теория эксплуатационных свойств: учебник. Рязань: АРП, 1996. 430 с.

Топольник Роман Андреевич, адъюнкт, topolro@mail.т, Россия, Рязань, Рязанское высшее воздушно-десантное командное училище имени генерала армии В. Ф. Марге-лова

FEATURES OF THE CALCULATION OF THE MOBILITY OF TRACKED VEHICLES WITH HYDROMECHANICAL TRANSMISSION AT VARIOUS STAGES

OF ACCELERATION

The features of the calculation of the mobility of tracked vehicles with hydro-mechanical transmission at different stages of acceleration with rationale is necessary-STI account in the amount and location in the power flow of the inertial masses of all the elements of the power pack installation.

Key words: tracked vehicle, the hydro mechanical transmission, the moment of inertia, acceleration.

Topolnik Roman Andreevich, adjunct, topolro@,mail. ru, Russia, Ryazan, Ryazan Higher Airborne Command School named after General of the Army V.F. Margelov

wHK = wTK = wBK ■

(14)

Список литературы

R.A. Topolnik