CC BY
36
УДК 621.1.02
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ГИДРООБЪЁМНОЙ ПЕРЕДАЧИ В СОСТАВЕ МЕХАНИЗМА ПОВОРОТА БЫСТРОХОДНОЙ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ ПРИ МАНЕВРИРОВАНИИ
С.В. Кондаков
Одним из параметров, лимитирующих работоспособность гидрообъёмной передачи (ГОП) в составе механизма поворота быстроходных гусеничных машин (БГМ) с двухпоточной трансмиссией, является температура рабочей жидкости ГОП. Перегрев рабочей жидкости ведет к ухудшению и, в конце концов, к потере управляемости БГМ. В связи с этим, возможность оценки температуры рабочей жидкости ГОП на ранней стадии проектирования позволяет определить наиболее опасные с точки зрения температуры рабочей жидкости режимы криволинейного движения БГМ.
Имеющиеся в литературе математические модели БГМ с ГОП в механизме поворота направлены на решение различных задач: расчеты нагруженности элементов ходовой системы БГМ, стабилизации режимов прямолинейного движения и поворота и др. [1-3]. В указанных работах определены наиболее опасные с точки зрения прочности элементов трансмиссии, устойчивости и управляемости БГМ режимы движения, но ответа о термодинамических нагрузках они не дают.
Математическая модель движения БГМ, приведенная в работах [4, 5] позволяет, наряду с информацией о физических параметрах движения БГМ (скоростях, нагрузках в элементах трансмиссии и БГМ в целом, давлениях и расходах в магистралях ГОП), получать информацию и о температуре рабочей жидкости ГОП в реальном масштабе времени.
Расчетные схемы основного гидропривода и теплового расчета ГОП приведена на рис. 1, 2. Основные уравнения теплового баланса включены в общую систему дифференциальных уравнений [4, 5]. В данной статье приведены только те уравнения, которые определяют температуры в различных точках (магистралях, камерах, линиях) ГОП.
Температура рабочей жидкости гидрообъёмной передачи в механизме поворота быстроходных гусеничных машин существенно влияет на работоспособность гидрообьёмной передачи и управляемость быстроходной гусеничной машины в целом. С помощью математического моделирования термодинамических процессов появляется возможность достовернее описать работу гидрообъёмной передачи на ранней стадии проектирования.
(1)
dt{ _NnA3-pCxQK3(r5-0 dT pCjV1+V2) ;
(2)
(3)
2 « 'Г 'И-"-"-"-" "ГТ-" ,
шн(Янр + Янм )СжР
(4)
3 2 5
тм ( Чмр + Ямм )С'жР
(5)
(6)
Ч -
8,т'в+<2лп(1* + (Рк~гРвс)Аэ)
_____________^жР _____________
Qmm + Q.
dP Е
~~^Г ~ ( Q dpi ~ QkU ~ Qkll + Qk 21 + Q к22 )
dP5
dT
(ôi/б Qùp\ Qkü5 -Qv
dP, dP,
+ A
(7)
(8)
(9)
(10)
й?Т dT
Здесь - температура рабочей жидкости в баке, °С; А - температура рабочей жидкости в магистрали низкого давления, °С; *2 - температура рабочей жидкости в магистрали высокого давления, °С; ^ - температура рабочей жидкости, попадающей из гидромотора в магистраль высокого давления, °С; и - температура рабочей жидкости после предохранительного клапана, °С; и - температура рабочей жидкости в линии нагнетания вспомогательного насоса, °С; 4 - температура рабочей жидкости в линии всасывания вспомогательного насоса, °С; Рз - давление рабочей жидкости в камере между дросселем и предохранительным клапаном, МПа; Р5 - давление рабочей жидкости в магистрали нагнетания вспомогательного насоса, МПа; Р6 - давление рабочей жидкости в камере между дросселем и подпиточным клапаном, МПа; Ql - расходы насоса и мотора ГОП, клапанов, дросселей и
др., м /с; V, - объемы соответствующих магистралей м .
Pi
©м
Рис. 1. Расчетная схема основного гидропривода: Pi - давление в магистрали всасывания; Р2 - давление в магистрали нагнетания; Р„ - давление в корпусе; ш«, ым, - частоты вращения насоса и мотора; Q„i, Q»2 - расходы насоса на выходе и на входе соответственно; QMi, Q»2 - расходы мотора на входе и на выходе соответственно; др2 - дроссель между вспомогательным насосом и клапаном подпитки; Q«i2, QKn - расходы клапана охлаждения; Оде - расход перепускного клапана; Q«22, Сі „г і - расходы предохранительного клапана; 0„зг, 0«и - расходы клапана подпитки; р„ - угол отклонения наклонной шайбы управляемого насоса
Рис. 2. Расчетная схема для теплового расчета ГОП: кл1 - клапан охлаждения; кл2 - предохранительный клапан; клЗ - клапан подпитки, МУ - механизм управления; ОуЕ>н. Оувм - утечки в магистрали высокого давления насоса и мотора; Оу„„, Оунм- утечки в магистрали низкого давления насоса и мотора; (Эц, 0,2, 0«з - расходы через соответствующие клапана; О,™ - расход из бака; ОдР1, (Здрг, Одрз, - расходы через соответствующие дроссели; <2му - расход в механизме управления; Р, давления и температуры в соответствующих точках
Математическая модель реализована в среде программирования УВБШ.
1. Температура рабочей жидко-
сти в магистрали низкого давления:
2. Тепловые потери на предохранительном клапане К2, на подпиточном клапане КЗ, потери на дросселирование расходов компрессии и декомпрессии при переходе рабочих камер гидромашин из полости в полость:
10 к. Аэ —
800 |-— 1885 |—* рої— Т5с>-
3. Температура рабочей жидкости в линии нагнетания вспомогательного насоса ВН (насоса подпитки):
0.25 |—► VI
0.3 —► МІ
-►Горр--
»1 0РР21
-►І Орагі+Окб
♦
0.002 I— »
темп бака1
масса метал в баке |— -* *
См | —:— >
Г>| темпб]—
темп в баке |
} —И масса жид в баке | ► *
* Сжі ► — и 4*©—
-►I 1/Э |------►і темп в баке |—
5. Температура рабочей жидкости в магистрали высокого давления:
Приведенная модель позволяет провести математический эксперимент, имитирующий криволинейное движение БГМ, в том числе и переходные режимы входа-выхода из поворота.
Для сравнения использованы два фрагмента эксперимента при условиях:
1) полный поворот штурвала за 0*2 с, вход в поворот, движение по кругу в течение 3 секунд и выход из поворота;
2) длительное движение по кругу двух радиусов;
3) маневрирование по трассе типа «змейка».
На рис. 3, 4 и 5 приведены результаты расчетов при совершении БГМ различных маневров. Анализ показывает, что наиболее опасным, с точки зрения температурной нагрузки, явля-
Кондаков C.B.
Температурный режим работы гидрообъемной передачи а составе механизма поворота быстроходной гусеничной машины...
ется режим движения по «змейке», наименее опасным - движение по кругу большого радиуса.
t,*c
100
t,’c
Î2 12
—ч А
и 1 \ 100
.... .
\ ti « !
0
Рис. 3. Температура в различных точках ГОП: и-в баке, °С; Ъ - в магистрали низкого давления, °С; - в магистрали высокого давления, °С. Совершаемый маневр: вход в поворот, кратковременное движение в повороте и выход из поворота
10
Т,с
Рис. 4. Температура в магистрали высокого давления. Совершаемый маневр: движение по «змейке»
t,°c
100
t,°c
С4 ч 100 Î2 А /
tö
\ «: 1 , ^
10
т,с
10
Т,с
а)
Рис. 5. Температура в различных точках ГОП: и- в баке, °С; Ь - в магистрали низкого давления, °С;
- в магистрали высокого давления, °С; Совершаемый маневр: вход в поворот и длительное движение по кругу а) радиусом 10 м, б) радиусом 25 м
Следует особо подчеркнуть, что математические модели криволинейного движения БГМ, описывающие только установившиеся режимы движения, соответствуют именно длительному движению по кругу.
Таким образом, предлагаемая математическая модель БГМ позволяет получить новые результаты не только по силовым нагрузкам в элементах трансмиссии на переходных режимах криволинейного движения, но и по температурам рабочей жидкости, которая зачастую лимитирует работоспособность ГОП механизма поворота и БГМ в целом.
Литература
1. Березин И.Я., Абызов Ä.A. Концепция и методы имитационных испытаний мобильной техники (сообщение 1, 2) //Динамика, прочность и износостойкость машин. Международный журнал на электронных носителях. - Челябинск: 41 ТУ, 1996. - Вып. 2. - С. 61-68, 1997. - Вып. 3. - С. 75-82.
2. Красненькое В.И. Основы теории управляемости транспортных гусеничных машин. - М.: Изд. МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1977.-264 с.
3. Благонравов A.A., Держанский В.Б. Динамика управляемого движения гусеничной машины: Учебное пособие. - Курган: Изд. Курганского машиностроительного института, 1995. -162 с.
4. Кондаков С.В. Обеспечение управляемости быстроходных гусеничных машин на переходных режимах криволинейного движения // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». — 2001. -Вып. 1. -№6 (06). - Челябинск: Изд. ЮУрГУ. - С. 10-15.
5. Кондаков С.В. Кинематические и силовые параметры криволинейного движения БМП-3 // Конструирование и эксплуатация наземных транспортных машин: Сборник трудов. - Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2002.-С. 21-26.
