CC BY
25
Логвин Валерій Олександрович, аспірант, кафедра кібернетики хіміко-технологічних процесів, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», e-mail: [email protected].
Корінчук Катерина Олексіївна, аспірант, відділ теплофізичних процесів в котлах, Інститут технічної теплофізики НАНУ, e-mail: [email protected].
Безносик Юрий Александрович, кандидат технических наук, доцент, кафедра кибернетики химико-технологических процессов, Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт».
Логвин Валерий Александрович, аспирант, кафедра кибернетики химико-технологических процессов, Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт». Коринчук Екатерина Алексеевна, аспирант, отдел теплофизических процессов в котлах, Институт технической теплофизики НАНУ.
Beznosyk Yuriy, National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute», e-mail: [email protected].
Logvyn Valeriy, National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute», e-mail: [email protected]. Kotinchuk Kateryna, Institute of Engineering Thermophysics of NASU, e-mail: [email protected]
УДК 629.4.075
Самородов В. Б., результати моделювання процесу
Б°ндаренк° а. і. розгону трактора-аналога
«беларус 3022 дв» з гідрообємно-механічною трансмісією
У роботі визначено вплив законів зміни параметрів регулювання гідрооб’емної передачі, робочих об’ємів гідромотора на основні параметри трансмісії та буксування коліс трактора при змінній силі тяги на гаку та розгоні на тяговому діапазоні, проведено порівняльний аналіз буксування коліс трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ» з гідрооб’емно-механічною трансмісією з трактором, що має еквівалентні параметри, але механічну трансмісію. Також в роботі розглянуто та проаналізовано розгін трактора при виконанні транспортних робіт.
Ключові слова: розгін, колісний трактор, гідрооб’емно-механічна трансмісія, буксування, динаміка, тяговий режим.
1. Вступ
За даними досліджень тільки близько 12 % площі полів не підверглися дії рушіїв, а сумарна площа слідів рушіїв більш ніж в два рази перевищує площу поля. Недобір урожаю з цієї причини досягає за різними даними від 20 до 40 %. Найбільш помітним і ключовим чинником в ущільненні ґрунту є буксування. Особливо підвищене буксування спостерігається при роботі колісних тракторів на м’яких і вологих ґрунтах.
Останнім часом почали широко використовуватися трактори з гідрооб’ємно-механічними трансмісіями (ГОМТ) і, відповідно, постало питання пов’язане з можливістю зниження буксування коліс даних тракторів в порівнянні з тракторами, що мають еквівалентні параметри, але механічну трансмісію.
2. Аналіз останніх досягнень і публікацій
В роботах [1—7] визначені переваги та недоліки ГОМТ, області їх застосування, оцінено доцільність використання ГОМТ на сільськогосподарських машинах, визначені кінематичні, силові та енергетичні параметри ГОМТ, що розроблена для тракторів «Беларус 3022 ДВ» з потужністю двигуна 300—350 к. с. з диференціалом на виході і двома керованими гідроагрегатами та створена Індустріальною групою «Українська промислова енергетична компанія» в тісному
творчому контакті з НТУ «ХПІ» і ТОВ «Українське бюро трансмісій і шасі».
В роботах [8—10] наведена математична модель двигуна внутрішнього згоряння, модель ГОМТ трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ», опис взаємодії коліс з опорною поверхнею, фізичні та математичні моделі процесу розгону колісних тракторів при русі переднім та заднім ходом. Саме матеріали з робіт [8—10] і будуть використовуватися для моделювання процесу розгону трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ» з ГОМТ.
3. Мета і постановка завдання
Метою даної роботи є аналіз результатів моделювання процесу розгону трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ» з ГОМТ.
Для досягнення поставленої мети необхідно:
— визначити вплив законів зміни параметрів регулювання гідрооб’ємної передачі (ГОП), робочих об’ємів гідромоторів на основні параметри трансмісії та буксування коліс трактора при змінній силі тяги на гаку та розгоні на тяговому діапазоні;
— провести порівняльний аналіз буксування коліс трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ» з ГОМТ з трактором, що має еквівалентні параметри, але механічну трансмісію;
— розглянути та проаналізувати розгін трактора при виконанні транспортних робіт.
4. Результати моделювання процесу розгону трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ» з ГоМТ
Для моделювання процесу розгону колісного трактора та перехідних процесів в ГОМТ створена програмна реалізація, що розроблена в системі МаШЬ за допомогою підсистеми моделювання динамічних процесів Simulink (рис. 1).
колесами
Рис. 1. Програмна реалізація процесу розгону трактора
Програмна реалізація процесу розгону колісного трактора (рис. 1) дозволяє моделювати рух переднім та заднім ходом, з причепом та без нього при різних кутах підйому дорожньої поверхні, різних трансмісіях (замінюється блок «математична модель ГОМТ»), різних двигунах (замінюється блок «математична модель двигуна»), різною силою тяги на гаку і т. п. Блок «закон змін e1 та е2 » дозволяє варіювати швидкістю руху трактора, часом розгону до заданої швидкості.
Результати моделювання розгону трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ» (двигун потужністю 300—350 к. с., максимальні оберти колінчастого валу двигуна 2100 об/хв., радіус передніх коліс ті1 = 0,703 м, радіус задніх коліс ті2 = 0,923 м; маса трактора 16000 кг) на тяговому діапазоні руху при законі зміни коефіцієнта er (t), що характеризує положення органу керування подачею палива (рис. 2), та при різних законах зміни е(), e2(t) (рис. 3), які задаються з допомогою блоку Simulink — Signal Builder, різних робочих об’ємах гідромотора Qm (від 250 до 350 см3), змінній силі тяги на гаку Fy, представлені на рис. 4—13 (при законах зміни ej(t), e2(t) з рис. 3,а та зміною сили тяги на гаку Fy є[0; 49,5] кН по лінійному закону в діапазоні часу t є[10;100] секунд на рис. 4—8; при законах зміни ej(t), e2(t) з рис. 3,б та зміною сили тяги на гаку Fy є[0; 49,5] кН по лінійному закону в діапазоні часу t є[10;25] секунд на рис. 9—13).
File Edit Group Signal Axes Help
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 o.«(
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Time (sec)
e 1 : : ! ! .
і і і І І і І і І І ! і І ! І
! і і і і і ! 'І і і і і і і і і і
-і і і І і
і і і і
і і і і
і ! ! : і і і і і : : і і
20 25 З
Time (sec)
35 40 45 50
б
Рис. 3. Закони зміни відносних параметрів регулювання ГОП еі(/), Є2О (залежність параметрів регулювання ГОП еі, Є2 від часу () а — повільний розгін; б — прискорений розгін
Рис. 2. Закон зміни коефіцієнта £ГМ (залежність коефіцієнта, що характеризує положення органу керування подачею палива ег від часу ()
Рис. 4. Поверхня потужності двигуна N в координатах робочих об'ємів гідромотора 0Ш та швидкості трактора V при законах зміни Є2^) з рис. 3,а
Моделювання розгону трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ» на транспортному та тяговому діапазонах руху при коефіцієнті опору коченню f = 0,05 відбувається без урахування буксування в зв’язку з тим, що цей параметр не суттєво впливає на параметри ГОМТ та динаміку розгону трактора при експлуатації без сили тяги на гаку, при прямолінійному русі, та за відсутності нахилу дорожньої поверхні.
а
Рис. 5. Поверхня перепаду робочого тиску в ГОП Ар в координатах робочих об'ємів гідромотора От та швидкості трактора V при законах зміни еі (/), Є2О з рис. 3,а
Рис. 9. Поверхня потужності двигуна N в координатах робочих об'ємів гідромотора От та швидкості трактора V при законах зміни еі(А, Є2О з рис. 3,б
Рис. 6. Поверхня буксування передніх коліс 5 в координатах робочих об'ємів гідромотора От та швидкості трактора V при законах зміни еі(/), Є2О з рис. 3,а
Рис. 10. Поверхня перепаду робочого тиску в ГОП Ар в координатах робочих об'ємів гідромотора От та швидкості трактора V при законах зміни еі( й, е2(А з рис. 3,б
Рис. 7. Поверхня коефіцієнта корисної дії (ККД) трансмісії ^тр в координатах робочих об'ємів гідромотора От та швидкості трактора V при законах зміни еі( (), е2( () з рис. 3,а
Рис. 8. Поверхня сили тяги на гаку ^в координатах робочих об'ємів гідромотора От та швидкості трактора Vпри законах зміни еі( (), е2( () з рис. 3,а
Рис. 11. Поверхня буксування передніх коліс 5 в координатах робочих об'ємів гідромотора От та швидкості трактора V при законах зміни еі( й, е2(А з рис. 3,б
Рис. 12. Поверхня ККД трансмісії ^тр в координатах робочих об'ємів гідромотора От та швидкості трактора Vпри законах зміни еі( /), е2( () з рис. 3,б
Рис. 13. Поверхня сили тяги на гаку Ріг в координатах робочих об'ємів гідромотора От та швидкості трактора V при законах зміни еі(/), 62^) з рис. 3,б
Рис. 16. Результати аналізу ГОМТ трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ» на транспортному діапазоні руху, час розгону 100 с (залежність основних параметрів трансмісії еі, е2, ^ТР, АР,
швидкості трактора V та потужності двигуна N від часу ()
Результати моделювання розгону трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ» на транспортному та тяговому діапазонах руху при / = 0,05 і різних законах зміни в\(і), в2(Ь) представлені на рис. 14—17.
/ /
/
* / ——— ■—
L/ \V
і / /
я/
/
/ ; ;
"/ : ! / ; ;
Рис. 14. Результати аналізу ГОМТ трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ» на тяговому діапазоні руху, час розгону 100 с. (залежність основних параметрів трансмісії еі, е2, N¡4 ^ТР, Ар, швидкості трактора V та потужності двигуна N від часу ()
/
/ / : NsV
, /
V / -
- У /
/ 2 є
100
Рис. 15. Результати аналізу ГОМТ трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ» на тяговому діапазоні руху, час розгону 200 с (залежність основних параметрів трансмісії еі, е2, ^¡а, ^ТР, Ар, швидкості трактора V та потужності двигуна N від часу ()
На рис. 18 наведено буксування передніх коліс трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ» при різних робочих об’ємах гідромотора та змінній силі тяги на гаку (лінії 1—6), буксування тих же коліс трактора з механічною трансмісією і еквівалентними параметрами (лінія 7).
/ : : / "
/ ^
[ / \v
, / / / / / /
/ /
/ 0 1 7— 0 180
Рис. 17. Результати аналізу ГОМТ трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ» на транспортному діапазоні руху, час розгону 180 с (залежність основних параметрів трансмісії еі, е2, ДОд^ ^ТР, Ар, швидкості трактора V та потужності двигуна N від часу ()
5,%
0.11
і
1 4Î
I '* (ft \1
/ / 7* %
Ю V, км/год
Рис. 18. Залежність буксування передніх коліс 5 від швидкості руху трактора V: 1 — робочий об'єм гідромотора 350 см3, закон зміни еі(/), 62^) з рис. 3,6; 2 — робочий об'єм гідромотора 300 см3, закон зміни еі(/), Є2І0 з рис. 3,6; 3 — робочий об'єм гідромотора 250 см3, закон зміни еі(/), е2Ь з рис. 3,6; 4 — робочий об'єм гідромотора 350 см3, закон зміни еі(/), Є2І0 з рис. 3,а; 5 — робочий об'єм гідромотора 300 см3, закон зміни еі(6, Є2(/) з рис. 3,а; 6 — робочий об'єм гідромотора 250 см3, закон зміни еі(І), Є2(А з рис. 3,а;
7 — трактор з механічною трансмісією
В результаті моделювання розгону трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ» на тяговому діапазоні руху було встановлено:
— при використанні гідромотора максимальним об’ємом 350 см3 замість 250 см3 спостерігається, в залежності від закону зміни ej(t), зниження Apmax на 28,11 %; зміна Ndmax в діапазоні — 1,80—5,80 %, зміна hTPmax в діапазоні — 1,8—5,5 %; сила тяги на гаку Fymax та буксування коліс 8 суттєво не змінюються;
— при застосуванні закону зміни відносних параметрів регулювання ГОП e1(t), e2(t) з рис. 3,а замість рис. 3,б спостерігається, в залежності від максимального об’єму гідромотора, зниження Apmax на
0.67.2,72 %, Ndmax на 5,76—13,78 %, підвищення hTPmax на 4,22—10,02 %, буксування коліс 8 від 0 % до більш ніж 100 %; сила тяги на гаку Fkr max суттєво не змінюється;
— використання ГОМТ замість механічної трансмісії при певному законі зміни відносного параметру регулювання ГОП e1(t) призводить до зниження буксування коліс. Чим менше інтенсивність зміни параметру регулювання e1(t), тим менше буксування. В результаті моделювання розгону трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ» на тяговому діапазоні руху при f = 0,05 та застосуванні закону зміни відносних параметрів регулювання ГОП e1(t), e2(t) з рис. 15 замість рис. 14 спостерігається зниження Apmax на 1,10 %, Nd max на 9,20 %; значення hTPmax та потужності у відсотках, що передається через гідравлічну гілку до вихідної потужності із замкнутого контуру, майже не змінюються.
В результаті моделювання розгону трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ» на транспортному діапазоні руху при f = 0,05 та застосуванні закону зміни відносних параметрів регулювання ГОП e1(t), e2(t) з рис. 17 замість рис. 16 спостерігається зниження Apmax на 20,10 %, Nd max на 1,30 %, значення hTPmax та потужності у відсотках, що передається через гідравлічну гілку до вихідної потужності із замкнутого контуру, майже не змінюються.
5. Висновки
1. Підвищення інтенсивності зміни параметрів регулювання ei(t), e2(t) призводить до збільшення буксування коліс, перепаду робочого тиску в ГОП, потужності двигуна за рахунок збільшення дії сили опору, прискоренню трактора.
2. Збільшення робочого об’єму гідромотора призводить до зменшення перепаду робочого тиску в ГОП.
3. Розрахунково-теоретичним шляхом підтверджена гіпотеза, що однією з переваг ГОМТ є забезпечення меншого буксування, ніж при ступінчастих трансмісіях на аналогічних режимах роботи. Чим менше інтенсивність зміни параметрів регулювання e1(t), e2(t), тим яскравіше проявляється різниця в значенні буксування.
література
1. Самородов, В. Б. Критический обзор работ в области тракторных гидрообъемно-механических трансмиссий [Текст] : сб. научн. трудов. / В. Б. Самородов, А. В. Рогов, М. Б. Бурлыга, Б. В. Самородов // Вестник НТУ «ХПИ». Тематический выпуск: «Автомобиле- и тракторостроение». — 2003. — № 4. — С. 3—19.
2. Щельцын, Н. А. Современные бесступенчатые трансмиссии с.-х. тракторов [Текст] / Н. А. Щельцын, Л. А. Фрумкин, И. В. Иванов // «Тракторы и сельхозмашины». — 2011. — № 11. — С. 18—26.
3. Рогов, А. В. Развитие методов расчета систем «двигатель — трансмиссия» автомобилей и тракторов [Текст] : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: спец. 05.22.02 «Автомобілі та трактори» / А. В. Рогов. — Харків, 2006. — 24 с.
4. Айтцетмюллер, Х. Функциональные свойства и экономичность тракторной и специальной техники с трансмиссиями VDC [Текст] / Х. Айтцетмюллер // Механика машин, механизмов и материалов. — 2009. — № 1(6). — С. 20—24.
5. Самородов, В. Б. Тенденції та перспективи застосування в автомобіле- і тракторобудуванні безступінчастих гідро-об’ємно-механічних трансмісій [Текст] : сб. научн. трудов / В. Б. Самородов, А. І. Бондаренко // Автомобильный транспорт. — 2012. — № 30. — С. 13—22.
6. Самородов, В. Б. Безступінчасті гідрооб’ємно-механічні трансмісії як невід’ємний елемент сучасних тракторів [Текст] : зб. наук. пр. / В. Б. Самородов, В. В. Єпіфанов, А. І. Бондаренко // Вісник СевНТУ. Серія: Машиноприладобудування та транспорт. — 2012. — № 135. — С. 244—247.
7. Самородов, В. Б. Аналіз безступінчастих двопотокових гідро-об’ємно-механічних тракторних трансмісій: вибір і обґрунтування перспективних схем [Текст] : зб. наук. праць / В. Б. Самородов, О. В. Григоров, А. І. Бондаренко // Вісник національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Тематичний випуск: Транспортне машинобудування. — 2012. — № 20. — С. 24—46.
8. Самородов, В. Б. Динаміка процесу розгону колісного трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ» з гідрооб’ємно-механічною трансмісією [Текст] / В. Б. Самородов, А. І. Бондаренко // Східно-Європейський журнал передових технологій. — 2012. — T 6, № 7(60). — С. 15—19.
9. Самородов, В. Б. Динаміка процесу розгону колісних тракторів серії Fendt 900 Varrn [Текст] / В. Б. Самородов,
А. І. Бондаренко // Східно-Європейський журнал передових технологій. — 2013. — T 1, № 3(61). — С. 4—11.
10. Чудаков, Д. А. Основы теории и расчета трактора и автомо-
биля [Текст] / Д. А. Чудаков. — М.: «Колос», 1972. — 384 с.
результаты моделирования процесса разгона трактора-аналога «беларус 3022 дв» с гидрообъемномеханической трансмиссией
В работе определенно влияние законов изменения параметров регулирования гидрообъемной передачи, рабочих объемов гидромотора на основные параметры трансмиссии и буксование колес трактора при переменной силе тяги на крюке и разгоне на тяговом диапазоне, проведен сравнительный анализ буксования колес трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ» с гидро-объемно-механической трансмиссией с трактором, который имеет эквивалентные параметры, но механическую трансмиссию. Также в работе рассмотрен и проанализирован разгон трактора при выполнении транспортных работ.
Ключевые слова: разгон, колесный трактор, гидрообъемно-ме-ханическая трансмиссия, буксование, динамика, тяговый режим.
Самородов Вадим Борисович, доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри «Автомобіле- і тракторобудування», Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут».
Бондаренко Анатолій Ігорович, кандидат технічних наук, кафедра «Автомобіле- і тракторобудування», Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», e-mail: [email protected].
Самородов Вадим Борисович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Автомобиле- и тракторостроения», Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт».
Бондаренко Анатолий Игоревич, кандидат технических наук, кафедра «Автомобиле- и тракторостроения», Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт».
Samorodov Vadim, National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute».
Bondarenko Anatoliy, National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», e-mail: [email protected]
