Подготовка исходных данных для модернизации гусеничного трактора общего назначения ДТ-175С в ходе капитального ремонта Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

чивости автомобиля.

2. Наиболее применимыми при расчётах параметров управляемости и устойчивости автомобиля представляются полуэмпирические одномерные модели шин вследствие их наиболее полного удовлетворения требованиям, предъявляемым к ним со стороны математической модели автомобиля.

Литература

1. Красавин П.А., Лукьянов М.Н., Надеждин B.C. Ограничение скорости при криволинейном движении с учётом наклона плоскости качения управляемых колёс // Сборник материалов 79-й международной научно-технической конференции ААИ, НГТУ, 2012г.

2. Красавин П.А., Смирнов А.О., Тимаев Д.М. О необходимости управления давлением воздуха в шинах легковых автомобилей // Известия МГТУ «МАМИ», 2013г.

3. Бернацкий В.В., Зверев И.Н. Универсальный шинный тестер. // «Автомобильная промышленность» № 6, 1991г.

Подготовка исходных данных для модернизации гусеничного трактора общего назначения ДТ-175С в ходе капитального ремонта

к.т.н. проф. Крумбольдт Л.Н., Зенин А.С., к.т.н. Головашкин Ф.П.

Университет машиностроения, ОАО «ММЗ» 8 (495) 223-05-23 доб. 1527, [email protected]

Аннотация. В статье определяется возможность установки на гусеничном тракторе ДТ-175С гидромеханической трансмиссии с двухпоточным механизмом передач и поворота I группы (полнопоточной при прямолинейном движении и двухпоточной при повороте). В дополнительный привод к суммирующим планетарным рядам предусматривается включение гидрообъемной передачи ГСТ-90 с установочной мощностью, равной мощности дизельного двигателя СМД-66. Составлена кинематическая схема трансмиссии, и рассмотрены прямолинейное движение и поворот трактора.

Ключевые слова: двухпоточный механизм передач и поворота (МПП), гидрообъемная трансмиссия, фрикционное включение, суммирующие планетарные ряды (СПР)

Трансмиссии с двухпоточным механизмом передач и поворота (МПП) получили распространение на быстроходных гусеничных машинах [1-5].

V V

Рисунок 1. Кинематическая схема гусеничного трактора СЬа11е^ег-65

Гусеничные машины, оснащенные такими трансмиссиями, более совершенны. В них значительно улучшены маневренность, легкость управления, эргономика водителя (экипа-

жа), они имеют небольшие габариты, высокий КПД и надежны в условиях длительной эксплуатации.

В настоящее время трансмиссии с двухпоточным МПП находят применение на гусеничных тракторах различного назначения и прежде всего на сельскохозяйственных [3].

На рисунке 1 представлена кинематическая схема трансмиссии с двухпоточным МПП и гидрообъемным механизмом в дополнительном приводе сельскохозяйственного гусеничного трактора Challenger-65. Конструкция его суммирующих планетарных рядов (СПР) содержит три планетарных ряда, в которых водило первого планетарного ряда - ведущее, водила второго и третьего планетарных рядов - ведомые, а эпицикл второго планетарного ряда -управляемое звено.

На рисунке 2 дана кинематическая схема трансмиссии сельскохозяйственного гусеничного трактора фирмы John Deer, у которого два планетарных ряда образуют СПР, солнечные шестерни которых являются ведущими, водила - ведомыми, эпициклы - управляемыми звеньями.

Рисунок 2. Кинематическая схема трансмиссии с двухпоточным МПП гусеничного

трактора John Deer

На рисунке 3 представлена обобщенная схема МПП, включающая входной редуктор 1, разветвляющий вал 2, коробку передач (КП) 3, СПР 4 и дополнительный привод к солнечным шестерням СПР 5. Ведущими звеньями суммирующих планетарных рядов служат эпициклы (коронные шестерни), кинематически жестко связанные с ведомым валом КП.

Водила, являясь ведомыми звеньями, передают суммарную мощность двигателя на ведущие колеса гусеничного движителя через бортовые (конечные) передачи; солнечные шестерни СПР выполняют функцию управляемых звеньев. Они через дополнительный привод конструктивно жестко связываются с двигателем с постоянным передаточным числом. Угло-

вая скорость эпициклов - величина переменная и зависит от включенной передачи КП.

Угловые скорости солнечных шестерен СПР в криволинейном движении гусеничной машины сохраняют величину постоянную (при постоянной частоте вращения вала двигателя). Поэтому при повороте машины на различных включенных передачах КП возникают разные соотношения поступательных скоростей забегающей и отстающей гусениц гусеничного движителя, а следовательно, и разные по величине радиусы ее поворота, увеличиваясь с повышением ступени коробки передач.

По работе дополнительного привода двухпоточного механизма передач и поворота при прямолинейном движении различают [2]:

• однопоточные М1111 с остановленными солнечными шестернями СПР или М1111 1-ой группы;

• с разветвлением потока мощности или М111111-ой группы;

• с циркуляцией потока мощности или М1111 Ш-ей группы.

Проведем анализ работы трансмиссии с двухпоточным М1111 при прямолинейном движении машины (см. рисунок 3).

Передаточное число от двигателя к разветвляющему валу равно:

(.)

гар

где: Юдв иЮр - угловые скорости соответственно вала двигателя и разветвляющего вала. Передаточное число от разветвляющего вала к солнечным шестерням СПР равно:

«„ =± —, (2) ®а

где: СОа - угловая скорость солнечных шестерен СПР.

Знак «+» ставится, если солнечные шестерни СПР вращаются в направлении вращения эпициклов, знак «-» - при вращении солнечных шестерен СПР в направлении противоположном вращению эпициклов.

Передаточное число от разветвляющего вала к эпициклам СПР (передаточное число КП М1111 на /-ой передаче) равно:

ОХ

И* =±—> (3)

юс

где: СОс - угловая скорость вращения эпициклов.

Передаточное число двухпоточного М1111 (импп) определим из рис. 3. Работа двухпроточного М1111 описывается уравнением кинематики суммирующих планетарных рядов:

та +юс • к = юв • (1 + к), (4)

где: С0В - угловая скорость водила СПР;

к = —- - характеристика планетарных рядов (внутреннее передаточное число при оста-

2

а

новленном водиле), - число зубьев эпицикла; га - число зубьев солнечной шестерни.

Характеристика планетарного ряда: 1,5 < к < 4,5. Угловые скорости солнечной шестерни и эпицикла СПР:

юв =± = (5)

ии • ил К • иЫ

Серия 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. Подставив (5) в (4), находим передаточное число М1111 по выражению: „ _ + ®ДВ _ Ып • ип ' Щг ■ (1 + к)

Ммпп -± - Т • (6)

®с Мд ± Щг

Для гусеничных машин, оснащенных трансмиссией с однопоточным М1111 (первой группы), при прямолинейном движении Мд = оо (соа = 0) . Тогда:

1 + к

к

ММПП/ = Мп • Щ , (7)

где: ^+ ^ - передаточное число СПР при прямолинейном движении.

к

Согласно (7), основной привод М1111 нагружается полной мощностью двигателя. Передаточное число трансмиссии с М11111 группы при прямолинейном движении:

1 + к

иЪ = Uu • Uki • — • U6n, (8)

где: ибп - передаточное число бортовой (конечной) передачи.

Из уравнения (7) в трансмиссии гусеничной машины с М1111 с разветвлением потока

®Р

мощности двигателя (II группы) при прямолинейном движении и = Н--, поэтому:

иа ■ ип ■ иъ ■ (1 + к) Имппя = " Д -~ ■ (9)

Мд + Щг

Из уравнения (7) в трансмиссии гусеничной машины оснащенной М1111 с циркуляцией

юр

потока мощности двигателя и =--следовательно:

Д

иа ■ ип ■ иъ ■ (1 + к)

«МПП/// = " Д " -- • (10)

Мд - Щг

Определим диапазон изменения передаточного числа МПП. Величина этого показателя определяется из зависимости:

7 _ MMnnt

а МПП _ ' (11)

Ммппт

где: ММПП1 - передаточное число МПП на низшей ступени коробки передач; Ммпп - передаточное число МПП на высшей ступени коробки передач. Подставляя (6) в (11), после преобразований получим:

к ■ и ± и,

И = И__3_^ Г19ч

"мпп и к , , ' к ■ ид ± ик1

где: - диапазон изменения передаточного числа коробки передач,

= (13)

Ыкт

- передаточное число коробки передач на низшей ступени; икт - передаточное число коробки передач на высшей ступени. Из уравнения (12) следует: • для МПП с остановленными солнечными шестернями СПР при прямолинейном движе-

нии иа = оо , поэтому, раскрывая неопределенность, получим:

Г

мпп,

= й,, •

к • и

+

и

\

кт

V их ± ик1

ид ± %)

= йг.

(14)

Из полученного выражения следует, что диапазон изменения передаточного числа МПП, а следовательно, и трансмиссии гусеничной машины ^ определяется диапазоном этого показателя КП.

• для МПП с разветвлением потока мощности двигателя при прямолинейном движении гу-

ю„

сеничной машины и = __Е.. Тогда искомая зависимость примет вид:

д ©„

МПП,

= й . к • ^д + икт

к к • ид + ик1

(15)

Так как Щт < ип, то ^мппи < с1к

Снижение диапазона изменения передаточного числа МПП является существенным недостатком трансмиссии с разветвлением потока мощности.

т

• в МПП с циркуляцией потока мощности и =---, поэтому искомая зависимость:

со

к • и - и

^ МПП т ^к " 7

к • и„

кт

и

(16)

к 1

Так как икт > ик1,ю ймпп;

> \ ■

Повышение диапазона изменения передаточного числа МПП над этим показателем коробки передач является достоинством таких трансмиссий.

Со второй половины XX столетия военные гусеничные машины (ВГМ) оснащаются трансмиссиями с двухпоточными МПП, полнопоточными при прямолинейном движении и двухпоточными дифференциальными механизмами поворота с гидрообъемными передачами в дополнительном приводе (танки, боевые машины пехоты и машины на их базе).

Конструктивно они являются более современными, обеспечивая высокую среднюю скорость и маневренность ВГМ, при этом в механизмах поворота исключают фрикционные устройства управления поворотом машины (дисковые тормоза и блокировочные фрикцио-

л

&

Рисунок 4. Кинематическая схема гидромеханической трансмиссии гусеничного

трактора ДТ-175С

Конструкция трансмиссии такого типа может быть рекомендована в качестве серийной для трактора ДТ-175С при капитальном ремонте с наименьшей конструктивной разработкой новых агрегатов и механизмов (см. рисунок 4).

В ходе создания такой трансмиссии сохраняются:

1) источник энергии трактора - дизельный двигатель СМД-66 мощностью 125 кВт (170 л.с.) при номинальной частоте вращения вала 1900 мин"1 и номинальном крутящем моменте 628 Н-м;

2) задний мост, из которого изымаются тормоза солнечных шестерен одноступенчатого механизма поворота, оставляя главную (центральную) передачу с передаточным числом игп = 2,24. Планетарные ряды одноступенчатого планетарного механизма поворота трансмиссии серийного трактора станут суммирующими планетарными рядами с характеристикой (внутренним передаточным числом) к = 2,42. Остановочные тормоза будут использоваться только по прямому назначению и в механизм поворота не войдут;

3) бортовая передача с передаточным числом иБП = 5,46.

Согласно рисунку 4 необходимо:

• к солнечным шестерням СПР подключить дополнительный привод с гидрообъемной передачей ГСТ-90 аксиально-поршневого типа 23-го типоразмера с однотипными гидравлическими машинами [2], рабочий объем которых Уон = Уом = 89 см3, максимальная частота вращения - 2700 мин"1, максимальное давление рабочей жидкости в напорной гидролинии 35 МПа, расчетное - 21...25 МПа. Первая машина выполняет функцию регулируемого насоса, вторая - нерегулируемого реверсивного гидромотора;

• в основной привод мощности «двигатель - ведущие колеса гусеничного движителя» установить однореакторную комплексную гидродинамическую передачу ГТ-400-70 с автоматическим включением блокировочного фрикциона (активный диаметр Д=0,315 м, оптимальная частота вращения насосного колеса пн =2600 мин"1, коэффициент трансформации на стоповом режиме Ка =2,8);

• применить двухступенчатую КП без разрыва потока мощности с фрикционным включением, гидроподжимные муфты, которые работают в масле. Передаточные числа на первой передаче = 2,32, на второй щ2= 1,0, заднего хода икзз = 3,0. Можно использовать КП трансмиссии трактора Т-150К;

• разработать согласующие редукторы к насосному колесу гидродинамической передачи ис = 0,73 и к приводному валу блока цилиндров регулируемого насоса гидрообъемной

передачи ис2= 0,73;

• исходя из величины минимального относительного радиуса поворота на первой передачи КП р = К /В = 3,5 (Я - радиус поворота; В - ширина колеи гусеничного движителя трактора ДТ-175С). Назначить передаточное число дополнительного привода ид = 4,8.

В ходе прямолинейного движения трактора производительность (подача) регулируемого насоса гидрообъемной передачи ГСГ-90 равна нулю (= 0). Солнечные шестерни СПР остановлены. Мощность двигателя по основному приводу потока передается на ведущие колеса гусеничного движителя, обеспечивая устойчивое прямолинейное движение трактора.

Передаточное число трансмиссии машины составит величину

МТ, = Ыа ' ит ' иЬ ' МГП ' МСПР ' МБП > О7)

где: ит - передаточное отношение гидродинамической передачи;

1 + к

мспр - передаточное число суммирующих планетарных рядов, Мспр =-= 1,41.

к

Передаточное число трансмиссии по исходным данным при включенном блокировочном фрикционе гидродинамической передачи на I передаче мТ1 = 28,8, на второй - иТ2 =

Серия 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. 12,0. Максимальные скорости движения трактора:

П N ' Яек

У1тах = 0,377 • —^-- = 9,0 км/ч на первой передаче в КП;

П N ' Яек

К2шах = 0,377 • —^-- = 20 км/ч на второй передаче,

иТ2

где: = 0,365 м - радиус ведущего колеса;

- номинальная частота вращения вала двигателя, п^ = 1900 мин"1.

Рассмотрим криволинейное движение (поворот) трактора ДТ-175С с новой схемой МПП.

Осуществляя поворот трактора, водитель воздействует на привод управления поворотом - штурвал, изменяет производительность регулируемого насоса гидрообъемной передачи. Система «двигатель - МПП» переходит на двухпоточный режим передачи мощности.

Основной поток мощности передается на эпициклы СПР как в прямолинейном движении. При передаче второго потока мощности по дополнительному приводу на СПР солнечная шестерня со стороны отстающей гусеницы будет вращаться в противоположном направлении относительно вращения эпицикла, а солнечная шестерня со стороны забегающей гусеницы будет вращаться с той же угловой скоростью, но в одинаковом направлении с эпициклом, увеличивая скорость водила СПР, а следовательно, и забегающей гусеницы.

Величина радиуса поворота на выбранной передаче будет изменяться отоодо минимального значения, увеличиваясь с повышением ступени коробки передач. Стабильность радиуса поворота при движении трактора в тяжелых грунтовых условиях не будет сохраняться. Величина радиуса поворота в этом случае будет зависеть не только от передаточного отношения гидрообъемной передачи игоп, но и от передаточного отношения гидродинамической

передачи иг .

На высшей ступени КП радиус поворота (относительный) определяется из формулы:

Я к • и

Р = -ТГ = ^ + °>5> (18)

В 2 ик1

где: ид - передаточное число дополнительного привода,

Мд = Мс2 • МГОП • "с3; (19)

игоп ' передаточное отношение гидрообъемной передачи с реверсивным гидромотором,

-1,0 < -игоп < 0 < +игоп < 1,0 . (20)

В случае движения трактора в тяжелых дорожно-грунтовых условиях гидродинамическая передача переключится на режим работы гидротрансформатора, поэтому:

р= к ' ис2 'Мгоп 'Мс3 + 0,5, (19)

ис1 ■ ит ■ ип

где: Мс3 - передаточное число цилиндрического редуктора от гидромотора к солнечным шестерням СПР. В этом варианте р = /(ит • мгоп) . Возможен поворот трактора ср = Я / В = 0,5 на нейтрали в КП и торможении ведущего вала главной передачи.

Результаты расчетов по исходным данным, представленным в тексте при включенном блокировочном фрикционе гидродинамической передачи, пренебрегая объемными потерями мощности в гидрообъемной передаче ГСТ-90 при максимальной подаче регулируемого насоса ( = = 0,98 ), сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Результаты расчетов

Показатели Пе] эедачи КП

I II III

Передаточные числа коробки передач 2,32 1,0 -3,0

Передаточные числа трансмиссии 28,0 12,0 -37,7

Максимальная скорость движения тактора, км, ч 9,0 20,0 6,65

Минимальный относительный радиус поворота трактора 3,5 7,5 2,5

КПД коробки передач 0,97 0,97 0,94

Заключение

Результаты проведенных расчетов могут быть использованы для разработки гидромеханической трансмиссии трактора с двухпоточным МПП первой группы.

Прямолинейное движение трактора устойчиво. Малое время переключения передач в КП и наличие в гидродинамической передаче блокировочного фрикциона значительно повышает КПД трансмиссии и обеспечивает использование трактора в сельском хозяйстве.

Применение КП с фрикционным включением с гидроподжимными муфтами, работающими в масле, обеспечивает движение трактора без разрыва потока мощности. В качестве КП может быть использована КП трактора Т-150К.

Использование в дополнительном приводе к солнечным шестерням СПР гидрообъемной передачи обеспечит хорошую управляемость машиной при повороте и исключает использование фрикционных устройств управления. Остановочные тормоза в трансмиссии используются только по прямому назначению. Величина радиуса поворота определяется зависимостью (18) и плавно регулируется отоо до минимального значения на выбранной передаче в КП. Радиусы поворота являются расчетными, а центр масс трактора сохраняет скорость прямолинейного движения. Возможен радиус поворота с величиной Я = В / 2 .

При разблокированной гидродинамической передаче радиусы поворота нестабильны и определяются зависимостью (21). Это обстоятельство хотя и ухудшает управляемость машиной, но расширяет область радиусов ее поворота [1,4,6].

Литература

1. Шарипов В.М. Конструирование и расчет тракторов. М.: Машиностроение, 2009. - 752 с.

2. Крумбольдт Л.Н. Механизмы передач и поворота гусеничных тракторов. - М.: МАМИ, 1985.-48 с.

3. Тракторы. Конструкция. / В.М. Шарипов, Д.В. Апелинский, |Л.Х. Арустамов| и др.; Под

общ. ред. В.М. Шарипова. - М.: Машиностроение, 2012. - 792 с.

4. Выбор и определение параметров гидромеханических передач. / |В.С. Кожевников], А.П. Маринкин, В.В. Серебряков, В.М. Шарипов, Т.М. Шакиров; Под общ. ред. В.М. Шарипова. - М.: Университет машиностроения, 2012. - 66 с.

5. Стрелков А.Г. Конструкция быстроходных гусеничных машин. - М.: МГТУ «МАМИ», 2005.-616 с.

6. Крумбольдт Л.Н., Головашкин Ф.П., Стрелков А.Г. Полнопоточные гидрообъемные и двухпоточные гидромеханические трансмиссии самоходных машин. / Под общ. ред. Л.Н. Крумбольдта. - М.: МГТУ «МАМИ», 2010. - 78 с.