Устойчивость управляемого движения МТА с различным типом кинематической связи ведущих колес Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 629. 114.2

УСТОЙЧИВОСТЬ УПРАВЛЯЕМОГО ДВИЖЕНИЯ МТА С РАЗЛИЧНЫМ ТИПОМ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ ВЕДУЩИХ КОЛЕС

С.Д. Фомин, кандидат технических наук, доцент

ФГБОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия

Рассматриваются динамические показатели МТА, в том числе устойчивость управляемого движения, на примере транспортного агрегата в составе колесного трактора класса 1,4 в широком диапазоне скоростей с измененными параметрами трансмиссии с различным типом кинематической связи ведущих колес.

Ключевые слова: транспортный агрегат, упругодемпфирующие звенья, гироскопические датчики, галлопирование, рыскание, устойчивость управляемого движения, тип кинематической связи ведущих колес.

Тип кинематической связи ведущих колес (блокированный дифференциал, дифференциальный привод), а также характеристики трансмиссии (жесткость, диссипативные свойства) оказывают непосредственное влияние на формирование крутящих моментов, касательных усилий на ведущих колесах, а следовательно, и на динамику взаимодействия элементов системы «трактор - прицеп -опорное основание» и, в конечном итоге, на все динамические показатели МТА, в том числе на галлопирование и рыскание, устойчивость и управляемость как трактора, так и прицепного звена. Испытаниям с целью выявления этого влияния подвергался транспортный агрегат в составе экспериментального трактора кл. 1,4 и прицепа ПСЕ-12,5. Трактор был оснащен экспериментальным пневмогидравлическим упругодемпфирующим приводом ведущих колес [2], изменяющим параметры трансмиссии: увеличивающим податливость и диссипативные свойства и обеспечивающим плавное восприятие резко изменяющейся нагрузки.

В качестве оценочных показателей устойчивости управляемого движения были приняты среднеквадратические отклонения курсовых углов трактора оат и агрегатируемой машины-прицепа оап. Показатели устойчивости оценивались в системе «транспортный агрегат - дорога -водитель», т.е. при наличии управляющих воздействий со стороны водителя-оператора [5]. Это в полной мере соответствует реальным условиям эксплуатации, в отличие от методик исследования устойчивости с закрепленным рулевым управлением или со свободным рулевым управлением. Поэтому дополнительно определялось среднеквадратическое отклонение угла поворота рулевого колеса оч<,

характеризующее напряженность работы водителя-оператора по поддержанию заданной траектории движения агрегата.

С целью максимального уменьшения субъективного влияния водителя-оператора на результаты экспериментальных исследований и обеспечения сопоставимости опытов, к проведению испытаний допускался квалифицированный водитель-оператор, имеющий сложившиеся навыки управления транспортным агрегатом; кроме того, весь объем испытаний проводился одним водителем.

Для проведения данного вида испытаний был выбран прямолинейный участок грунтовой плотно укатанной дороги. Поперечный уклон не превышал 0,5 %, продольный - 1 %. Длина мерного участка составляла 100 м.

Эксперименты проводились на III, IV, V, VI передачах без редуктора и VIII с редуктором при максимальной подаче рейки топливного насоса, что соответствовало скорости 1,90; 2,36; 2,81; 3,30 и 3,61 м/с соответственно. Исследования проводились в широком диапазоне податливостей эластичных элементов. Начальное давление жидкости в пневмогидроаккумуляторе Ро варьировалось от 3 МПа до 10 МПа, начальный объем газа Vo - от 400 см3 до 2400 см3. Испытания проводились от максимальной жесткости (Ро=10 МПа, ^=400 см3) до максимальной податливости (Ро=3,0 МПа, ^=2400 см3). При большей податливости наблюдаются «пробои» эластичного элемента. Кроме того, испытания проводились и на рациональной характеристике, установленной для транспортных работ с энергетической точки зрения (по критерию минимума расхода топлива). Для этой характеристики начальные параметры составляют Ро= 6 МПа, ^=2000 см . Кроме того, варьировались и диссипативные свойства эластичного элемента установкой дросселей различного проходного сечения: 0=1 мм, 0=2 мм, Б=3 мм и 0=6 мм (без дросселей). Испытания проводились с различным типом кинематической связи ведущих колес: с дифференциальной связью и с блокированным дифференциалом.

Для проведения экспериментальных исследований устойчивости и управляемости при движении с блокированным дифференциалом разработано устройство, предотвращающее автоматическую разблокировку дифференциала при повороте управляемых колес на угол, превышающий 8°, и обеспечивающее надежную блокировку ведущих колес. С этой целью, фрикционная муфта с гидравлическим сжатием дисков автоблокировки дифференциала была отсоединена от насоса гидроусилителя рулевого управления и подключена к пневмогидроаккумулятору, в который от штатного гидрораспределителя нагнеталась жидкость под давлением. При достижении необходимого давления, которое контролировалось по манометру, установленному в кабине трактора, аккумулятор

отключался от нагнетающей гидролинии. Пневмогидроаккумулятор обеспечивал поджатие фрикционной муфты заданным давлением жидкости в течение длительного времени. Величины давления, которое поддерживается в штатной системе автоблокировки в пределах 0,7 - 0,9 МПа недостаточно для надежной блокировки дифференциала: при повороте на плотном основании происходит проскальзывание дисков фрикциона. Нас же интересовала для чистоты экспериментов полная блокировка дифференциала. В связи с этим, были экспериментально определены величины давлений, обеспечивающие полную блокировку дифференциала. Для этого необходимо в полость диафрагмы фрикционной муфты подать давление жидкости не менее 1,5 МПа. Эксперименты проводились с некоторым запасом давления при Р=1,8 МПа.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что с ростом скорости степень рыскания тракторного поезда увеличивается, курсовая устойчивость ухудшается как для серийного, так и для эластичного приводов [3]. Однако, устойчивость трактора по критерию среднеквадратического отклонения (стандарта) угла рыскания оат с эластичным приводом существенно выше (на 16,3-30,1 %), чем с серийным. Интенсивность изменения оат для трактора практически одинакова для обоих типов привода. Однако интенсивность изменениястепени рыскания прицепа оап в зависимости от скорости для эластичного привода заметно ниже, чем для серийного. Это является следствием существенного снижения интенсивности взаимодействия масс агрегата при введении упругодемпфирующих звеньев. С ростом скорости, вследствие увеличения ударных нагрузок со стороны неровностей, существенно возрастает изменчивость крюкового усилия [1], увеличиваются колебания в сцепном устройстве, учащаются рывки и увеличивается их интенсивность, увеличивается число накатов прицепа на трактор. Введение упругодемпфирующих элементов в трансмиссию обеспечивает создание запаса потенциальной энергии при действии пиковых нагрузок, что способствует «смягчению» динамических процессов при взаимодействии звеньев поезда: стабилизируется крюковая нагрузка на 14...25 %; уменьшается вариация зазора в сцепке на 15...50 %; снижается количество накатов на 50...80 % [6].

Уменьшение угловых колебаний в продольно-вертикальной плоскости (по критерию стандарта угла Р) [4] приводит к более равномерной загрузке переднего и заднего мостов трактора. На рис. 1 представлены стандарты вертикальных ускорений мостов трактора при движении с серийным и эластичным приводами. Установлено снижение вертикальных ускорений: на 12-30 % для переднего и на 19-37 % для заднего мостов трактора. Снижение вертикальных колебаний мостов способствует уменьшению возмущений от боковых составляющих сил,

действующих со стороны неровностей, повышению сопротивляемости мостов уводу. Все эти факторы в целом приводят к уменьшению степени рыскания тракторного поезда, улучшению курсовой устойчивости управляемого движения.

4 § I I

ш

а

5 К

о

>

а

I

га

5

III пер, без IV пер. без Упер, без VI пер, без VIII пер, с скорость ред. ред. ред. ред, ред, (передача)

Рисунок 1 - Стандарты вертикальных ускорений заднего моста трактора при движении с серийным и эластичным приводами ведущих колес в

зависимости от скорости «Смягчение» динамики взаимодействия элементов системы «трактор - прицеп - опорное основание» приводит и к уменьшению уровня горизонтальных ускорений и их изменчивости (рис. 2). Повышение равномерности движения (по критерию оап) зарегистрировано на 20-25 %. При движениис серийным приводом на высших передачах (на VI и VIII) уровень горизонтальных ускорений составляет 0,23g и 0,27g, что превышает допустимый (0,^-0^). Снижение жесткости трансмиссии позволяет снизить горизонтальные ускорения до величин, не превышающих верхний уровень допустимых значений во всем диапазоне скоростей, что, наряду с уменьшением уровня вертикальных ускорений, снижением степени галлопирования, снижением степени рыскания, уменьшением напряженности психомоторной работы водителя-оператора по поддержанию заданной траектории, способствует улучшению условий его работы.

III пер, без IVпер. без Упер, без VI пер, без VIII пер, с ред. скорость

ред. ред. ред. ред.. (передача)

Рисунок 2 - Стандарты горизонтальных ускорений прицепной машины при движении с серийным и эластичным приводами ведущих колес в

зависимости от скорости

0,935tj/'

- Полиномиальная (СП БД)

- Полиномиальная (ЭП БД)

0,034х2-0Д48х +0,813 Ц R2 - 0,961^,

III пер. без IVnep. без V пер. без VI пер. без VIII пер, с скорость ред. ред. ред. ред. ред. (передача)

Рисунок 3 - Влияние жесткости трансмиссии на курсовую устойчивость трактора (по критерию стандарта курсового угла оаТ) в зависимости от скорости при движении с блокированным дифференциалом

Проведенные исследования устойчивости при движении с блокированным дифференциалом выявили аналогичный характер явлений, которые наблюдаются при введении эластичных элементов с дифференциальной связью ведущих колес (рис. 3, 4).

III пер. без IV пер. без V пер. без VI пер. без VIII пер. с скорость ред. ред. ред. ред. ред. (передача)

Рисунок 4 - Влияние жесткости трансмиссии на курсовую устойчивость прицепа (по критерию стандарта курсового угла оаП) в зависимости от

скорости при движении с блокированным дифференциалом

Таким образом, снижение жесткости трансмиссии способствует «смягчению» динамики взаимодействия элементов системы «трактор -прицеп - опорное основание», что выражается в стабилизации крутящих моментов, в уменьшении буксования, стабилизации крюковой нагрузки; уменьшении изменчивости зазора в сцепке, количества накатов, угловых колебаний в продольно-вертикальной плоскости; снижении вертикальных ускорений мостов трактора. А эти факторы способствуют улучшению устойчивости движения как трактора, так и MTA в целом. Снижение буксования ведущих колес, колебаний в продольно-вертикальной плоскости, вертикальных ускорений мостов трактора приводит и к увеличению динамической сопротивляемости уводу. Кроме того, при введении эластичных элементов уменьшается генерирование возмущающего отклоняющего момента, действующего в горизонтальной плоскости и возникающего от разности крутящих моментов и касательных сил на ведущих колесах, вследствие кинематического несоответствия колес.

Библиографический список

1. Аврамов, В.И. Снижение динамической нагрузки на переходных режимах работы МТА [Текст] / В.И. Аврамов, С. Д. Фомин // Механизация и электрификация с.-х. - 2004. - № 8. - С. 24-25.

2. А.с. №1110681 СССР, МЕСИ В60к17/32. Привод ведущего колеса коленного трактора [Текст] /В.Л. Строков, В.И. Иындак, В.И. Аврамов, С.Ю. Юдин, С.Д. Фомин. №358557/27-11. Заявлено 06.05.83, опубл. 30.08.84, Бюл. №32

3.Фомин, С.Д. Влияние характеристик трансмиссии на степень галлопирования и рыскания трактора [Текст] / С.Д. Фомин // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. -2011. - № 2 (22). - С. 218-224.

4. Фомин, С.Д. О некоторых аспектах динамики разгона и установившегося движения МТА с упругодемпфирующими звеньями [Текст] / С.Д. Фомин, А.Г. Жутов, В.И. Аврамов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. -2010. - №4(20).-С. 181-185.

5. Фомин, С. Д. Повышение управляемости и курсовой устойчивости транспортного агрегата на базе колесного трактора кл. 1,4 путем применения пневмогидравлического эластичного привода ведущих колес [Текст]: дис... кандидата тех. наук:05.20.01, 05.20.03 /Фомин Сергей Денисович-Волгоград,1993. - 250 с.

6. Фомин, С.Д. Устойчивость движения транспортного агрегата с пневмогидравлическим упруго демпфирующим приводом ведущих колес [Текст] / С. Д. Фомин, В.И. Аврамов //Механизация и электрификация с.-х. - 2004. -№ 8. - С. 17-19.

Е-таП^с! 58@mail.ru