ВПЛИВ ОБ’єМУ ГіДРОМОТОРА НА ОСНОВНі ПАРАМЕТРИ ГіДРООБ’єМНО-МЕХАНіЧНИХ ТРАНСМіСіЙ, ЩО ПРАЦЮЮТЬ ЗА СХЕМОЮ “ДИФЕРЕНЦіАЛ НА ВИХОДі” Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Вроботi наведет схеми ггдрооб'емно-мехашчних трансмсй, що працюють за схемою "диференщал на виходi"зрiзним з'еднанням мехатчног та гiдравлiчноi гшки з ланками планетарного мехатз-му, визначеш основш параметри роз-глянутих трансмиш при рiзних об'емах гидромотору, зроблеш вiдповiднi виснов-ки

Ключовi слова: гiдрооб'eмно-механiч-на трансм^я, схема "диференцшл на

виход", планетарний мехатзм □-□

В работе приведены схемы гидрообъемно-механических трансмиссий, которые работают по схеме "дифференциал на выходе" с разным соединением механической и гидравлической ветви со звеньями планетарного механизма, определены основные параметры рассмотренных трансмиссий при различных объемах гидромотора, сделаны соответствующие выводы

Ключевые слова: гидрообъемно-механическая трансмиссия, схема "дифференциал на выходе", планетарныймеха-низм

-□ □-

УДК 621.83.062.1

вплив об'£му

г1дромотора на основн1 параметри

пдрооб'смно-

механ1чних трансм1с1й, що працюють за схемою "диференц1ал

на виход1"

В.Б. Самородов

Доктор техычних наук, професор, завщувач кафедри* Контактний тел.: (057) 707-64-64 E-mail: [email protected] А.1. Бондаренко Кандидат техычних наук* Контактний тел.: (057) 707-64-64 E-mail: [email protected] *Кафедра "Автомобте- i тракторобудування" Нацюнальний техшчний уыверситет "Харкiвський полiтехнiчний шститут" вул. Фрунзе, 21, м. Хармв, УкраТна, 61002

1. Вступ

1з року в рiк збiльшуeться юльюсть самохщ-них машин, обладнаних Ндрооб'емно-мехашчни-ми трансмiсiями (ГОМТ). Це обумовлено перш за все: безстушнчастим регулюванням швидкостi, що iстотно пiдвищуe рухлившть i ергономiчнiсть само-хiдних машин; тдвищенням керованостi машини в порiвняннi з механiчною ступiнчастою трансмiсieю, осюльки з'являеться можливiсть змiнювати в широких штервалах тягове зусилля на провщних колесах машини при достатньо малих, прийнятних для водiя, зусиллях на органах керування; забезпеченням галь-мування самохщно! машини за рахунок пдрооб'ем-но1 передачi (ГОП); спрощеним керуванням машини i т.п.

Не зважаючи на величезну рiзноманiтнiсть ГОМТ самохщних машин, на даний момент мало вивче-ний вплив об'ему пдромотора на основнi параметри ГОМТ, що працюють за схемою "диференщал на виходГ'.

2. Аналiз останшх досягнень i публiкацiй

Питанням з розробки об'емних гiдромашин та ГОП, створення i дослiдження ГОМТ для колшних та гусе-ничних тракторiв, вантажних автомобШв, комбай-

шв, дорожньо-будiвельних машин присвячеш працi Айтцетмюллера Х., Аврунша Г.А., Александрова G.G., Башти Т.М., Борисюка М.Д., Васильченка В.О., Горо-децького К.1., Григорова О.В., Забелшинського З.Е., Завадського А.М., Каменова О.В., Юсточкша G.C., Ко-мiсарика С.Ф., Кононенка В.О., Курмаева Р.Х., Лебедева А.Т., Назарова Л.В., Панченка А.1., Петрова В. А., По-номаренка Ю.Ф., Пономарьова G.n., Прокофьева В.М., Прочка G.I., Рогова А.В., Самородова В.Б., Суковша М.В., Тарана 1.О., Фiлiчкiна М.В., Monika M.I., Blake A.C., Kyle R.W., Weber M. та ш. [1-8].

У в«х ГОМТ, виконаних за схемою "диференщал на виходГ', як правило, використовуеться одна регу-льована i одна нерегульована гщромашини [9]. Перевагою таких ГОМТ е мала встановлююча потужшсть гiдромашин завдяки використанню деюлькох mддiа-пазонiв, на початку кожного пiддiапазону потужнiсть циркулюе в замкнутому контурi трансмiсii, спричи-няючи зниження ii коефiцiента корисноi ди (ККД), в кшщ дiапазонiв циркуляцiя вщсутня.

В роботах [9-10] наведенi схеми ГОМТ, що най-бiльш часто використовуються та працюють за схемою "диференщал на виходГ', складен спрощеш кшема-тичнi та структурнi iх схеми, наведений математичний опис змши кiнематичних, силових та енергетичних параметрiв, визначенi основнi параметри розглянутих трансмкш при рiвних об'емах гiдромашин (гвдронасо-са та гiдромотора).

© В.Б

3. Мета i постановка завдання

Метою дано! роботи е визначення впливу об'ему гщромотора на основнi пара-метри ГОМТ, що працюють за схемою "диференщал на виходГ':

- складання кшематичних схем ГОМТ з рiзним з'еднан-ням механiчноi та гiдравлiч-но1 гiлки з ланками планетарного мехашзму (з сонячною шестернею, коронною шестернею, водилом);

- визначення кiнематич-них, силових та енергетичних параметрiв даних трансмкш, ККД ГОП i трансмкш в цiлому при рiзних об'емах пдромо-тору;

- аналiз отриманих ре-зультатiв.

Вплив об'ему гiдромотора на основш параметри ГОМТ, що працюють за схемою "ди-ференцiал на виходГ'.

Рис. 1. Спрощене 3^ зображення схем ГОМТ з диференщалом на виходi при рiзних з'еднаннях мехашчноТ та riдравлiчноТ гiлки з ланками планетарного мехашзму

Як було зазначено в роботах [9-10], у ГОМТ самохщних машин, що працюють за схемою "диференщал на виходГ', можливi 6 варiантiв з'еднання мехашчно! i гiдравлiчноi гiлки з ланками планетарного мехашзму.

В роботах [9-10] наведеш спрощеш кшематичш та структурнi схеми, наведений математичний

Рис. 2. Спрощеш кшематичш схеми ГОМТ з диференщалом на виходi при рiзних з'еднаннях мехашчноТ та riдравлiчноТ гiлки з ланками планетарного мехашзму: * — регульований пдромотор

опис змши кiнематичних, силових та енергетичних параметрiв, визначенi основш параметри розгляну-тих трансмiсiй при рiвних об'емах гiдромашин (Н-дронасос та пдромотор мають максимальний об'ем по 130 см3, 3^ зображення даних схем наведено на рис. 1).

На рис. 2. наведеш спрощеш кшематичш схеми ГОМТ самохщних машин з диференщалом на вихо-дi з одшею регульованою i однiею нерегульованою пдромашинами, двома регульованими Ндромаши-нами (Ндронасос мае максимальний об'ем 130 см3, пдромотор - 250 см3).

Для визначення основних параметрiв ГОМТ, що наведеш на рис. 2, з Ндронасосом максимальним об'емом 130 см3, гщромотором - 250 см3, використаш математичш описи змши кшематичних, силових та енергетичних параметрiв, що представлен в робоп

[9].

В якосп початкових даних для аналiзу вибранi на-ступнi параметри: максимальш оберти колiнчастого валу двигуна 2250 об/хв; радiус колiс г = 0,85 м; маса трактора 9000 кг; швидюсть, що реалiзуеться на тяговому дiапазонi при коеф^ени опору руху 0,5 - вщ 0 до 10 км/год; робочий об'ем пдронасоса - 130 см3, робочий об'ем гщромотора - 250 см3; гщромашини виробництва "Saueг-Danfoss".

Результати статичного аналiзу ГОМТ з диференщалом на виходi з нерегульованим пдромотором наведенi на рис. 3 - 8, з регульованим пдромотором - на рис. 9 - 14 (позначення на рис. 3 - 14: по - за-гальний об'емний ККД ГОП; п - загальний ККД ГОП; пТР - ККД трансмiсii; Nd - потужшсть дви-

N2

потужнiсть, що виходить з ГОП,

гуна, кВт;

кВт; е1,е2 - вщносний параметр регулювання ГОП; Ар - перепад робочого тиску в ГОП; - вщно-шення потужностей у вiдсотках, що передаються через гiдравлiчну гiлку до вихщно! потужностi iз замкнутого контуру).

Рис. 3. Результати статичного анатзу ГОМТ № 1 з диференц1алом на виход1 з нерегульованим гщромотором

у '

дт*

ЛР ^

"Г" ^ » л-■ «к"~*\ ЫдИ

\ v у

1

N2

у У

Рис. 7. Результати статичного анатзу ГОМТ № 5 з диференц1алом на виход1 з нерегульованим г1дромотором

0,8 - 0,8 ■ 0,6 - 0,6 ■ 0,4 - 0,4 • 0,2 - 0,2 ■ 0 - 0 • -0,2 ■ -0,4 ■

N " X Г|тр

Ч Ч N.

у' ч Ч Ч

Ый Х X

Ч МП

... X | "Ч /

ч у11 ар/

ч ч ч

У ч ^

ч ч ч

Рис. 4. Результати статичного анал1зу ГОМТ № 2 з диференц1алом на виход1 з нерегульованим гщромотором

0,6 -- 0,6 0,4 -- 0,4 0,2 -- 0,2

А«/ Г|тр ^гг .— ■

пу' / у

N \ 1 * уу

N<1 У у --¿г

/ы ___________

. . . . * 1 \ Др/

"*> \ 1

у\ у

у

у

Рис. 8. Результати статичного анал1зу ГОМТ № 6 з диференц1алом на виход1 з нерегульованим гщромотором

Рис. 5. Результати статичного анал1зу ГОМТ № 3 з диференц1алом на виход1 з нерегульованим гщромотором

Рис. 9. Результати статичного анал1зу ГОМТ № 1 з диференц1алом на виход1 з регульованим гщромотором

ч * ч ' П птр

ч ч .

\ ч ч

ч ч \Ngid

--

1

ар/ \ ч

N2 4 ч

N •--

\ Ч" |

ч Г|тр \ , \ \ 1/

ч \\ Ч 11/ \ \ ии-

N

X 31/ \

ч

ч ч

Рис. 6. Результати статичного анал1зу ГОМТ № 4 з диференц1алом на виход1 з нерегульованим гщромотором

Рис. 10. Результати статичного анал1зу ГОМТ № 2 з диференц1алом на виход1 з регульованим гщромотором

Рис. 12. Результати статичного анал1зу ГОМТ № 4 з Рис. 14. Результати статичного анал1зу ГОМТ № 6 з

диференц1алом на виход1 з регульованим пдромотором диференц1алом на виход1 з регульованим г1дромотором

Таблиця 1

Узагальнеш результати статичного анал1зу ГОМТ з диференц1алом на виход1 (г1дронасос мае максимальний об'ем 130 см3, пдромотор — 250 см3)

Схема Ар , МПа 'ЛтРтах Кутова швидюсть ^т^ кВт Кутова швидюсть валу, рад/с

сателтв, рад/с гщронасоса пдромотора

з нерегульованим гiдромотором

1 -7,63 - -9,28 0,849 -81,2 - 891,3 150,7 -368,6 -193,1 - 185,4

2 -10,12 - -11,09 0,843 -95,9 - -893,6 148,2 -298,9 -161,4 - 149,1

3 -8,23 --9,81 0,855 137,1 - -219,9 149,0 -345,9 -183,5 - 173,5

4 -22,26 --22,71 0,877 -176,7 - -283,4 141,6 -140,0 -79,9 - 65,1

5 30,60 -36,00 0,834 -235,1 - -135,9 154,5 -95,3 57,3 - -39,9

6 9,59 - 11,84 0,856 -153,5 - 66,1 148,4 -282,6 152,3 - -140,4

з регульованим пдромотором

1 -4,97 - -13,49 0,823 -81,2 - 1341,0 161,7 -368,6 -193,1 - 360,4

2 -6,78 - -15,87 0,827 -95,9 --1251,0 155,8 -298,9 -161,4 - 288,3

3 -5,43 --14,2 0,833 137,1 --383,3 159,1 -345,9 -183,5 - 336,9

4 -15,81 --32,67 0,883 -176,7 --323,8 149,0 -140,0 -79,9 - 120,1

5 24,24 -58,05 0,856 -235,1 --110,2 184,0 -95,3 57,3 - -69,1

6 6,45 - 17,03 0,845 -153,5 -163,9 158,7 -282,6 152,3 - -270,8

Узагальнеш результати розрахунюв основних па-раметрiв ГОМТ з диференцiалом на виходi з рiзними об'емами гiдромашин зведеш до табл. 1.

В процеа порiвняльного аналiзу визначено як змь нюються параметри ГОМТ з рiзними об'емами пдро-машин (гiдронасос мае максимальний об'ем 130 см3, пдромотор - 250 см3) вщносно параметрiв ГОМТ з рiвними об'емами пдромашин (гiдронасос та пдро-мотор мають максимальний об'ем по 130 см3) [9-10]. Результати дослщження наведенi в табл. 2.

В табл. знак "-" характеризуе зменшення параметра ГОМТ з рiзними об'емами гiдромашин вщносно па-раметрiв ГОМТ з рiвними об'емами гiдромашин, знак "+", вщповщно, збiльшення.

Таблиця 2

Змiна параметрiв ГОМТ, %

4. Висновки

В результат аналiзу ГОМТ з диференщалом на виходi було встановлено:

- не дивлячись на те, що внутршне передавальне вiдношення планетарного ряду схем № 1, 2 в розра-хунках прийнято к = -4,5 , кутовi швидкосп сатель ив досягають 891,3 i -893,6 рад/с (з нерегульованим пдромотором), 1341,0 i -1251,0 рад/с (з регульованим гiдромотором) при швидкостi 10 км/год (допустимо не б^ьше 600 рад/с), що свщчить про непрацездат-нiсть даних трансмшш;

- оберти валу регульованого пдромотора схеми № 1 та перепад робочого тиску в ГОП схеми № 5 (з регульованим пдромотором) перевищують максимально допустимi значення, що свщчить про непра-цездатнiсть даних трансмiсiй;

- при використанш гiдромотора максимальним об'емом 250 см3 заметь 130 см3 спостертеться, в за-лежностi вiд схеми, зниження Артах на 0,04 -17,92%, ^атал на 0,14 - 6,54%, максимально! кутово! швидкостi валу пдромотора на 36,96 - 49,74%; шдвищення максимально'! кутово! швидкостi валу пдронасоса на 0,0

- 15,72%; змша ПТРтах в дiапазонi -2,23 - 0,80%, змша максимально'! кутово! швидкостi сателiтiв в дiапазонi -48,45 - 4,15%.

У ГОМТ з диференщалом на виходi з нерегульованим пдромотором, що розглядаються, при руа перед-нiм ходом зi швидкiстю 5,5 - 10 км/год (для схем № 1

- 4, 6), 6,0 - 10,0 км/год (для схеми № 5) в замкнутому контурi трансмкш циркулящя потужноси вщсутня

- потужнiсть передаеться по паралельних плках дво-потоково! трансмiсii.

При русi зi швидюстю 0 - 5,5 км/год (для схем № 1

- 4, 6), 0 - 6,0 км/год (для схеми № 5) в замкнутому кон-турi з'являеться циркулящя потужноси, що приводить до перевантаження мехашчно! плки.

У ГОМТ з диференщалом на виходi з регульованим пдромотором, що розглядаються, при ру« передшм ходом зi швидюстю 3,9 - 10 км/год (для схем № 1 - 4, 6), 4,9 - 10,0 км/год (для схеми № 5) в замкнутому контурi трансмшп циркулящя по-тужносп вщсутня - потужшсть передаеться по паралельних плках двопотоково! трансмшп. При русi зi швидюстю 0 - 3,9 км/год (для схем № 1 - 4, 6), 0

- 4,9 км/год (для схеми № 5) в замкнутому контурi з'являеться циркулящя потужноси, що приводить до перевантаження мехашчно! плки.

Якнайкращою з розглянутих ГОМТ з диференщалом на виходi (рис. 2) е схема № 4 (можна використо-вувати !! як з нерегульованим, так i з регульованим пдромотором), на другому мшщ № 6, трете мкце дь лять схеми № 3, 5 (схема 5 - пльки з нерегульованим пдромотором).

Схеми № 1, 2 (з нерегульованим пдромотором), № 1 - 2, 5 (з регульованим пдромотором) - не працез-датш.

а а , вв ° 'S н .s 4 ке т аас Максимальна кутова швидкють валу, рад/с

м е х С APmax nTPmax И Л 3 Sott Я '§ о В ки s в Ndmax пдронасоса пдромотора

з нерегульованим пдромотором

1 -6,55 0,12 -48,45 -2,71 0,00 -49,21

2 -7,43 0,72 -46,59 -2,31 0,00 -46,34

3 -15,43 -1,27 -39,49 -0,93 15,72 -41,13

4 -0,04 0,80 0,78 -0,14 0,00 -49,33

5 -2,52 -0,24 -0,08 -0,58 0,00 -49,74

6 -8,57 0,23 -46,22 -1,46 1,25 -46,60

з нерегульованим пдромотором

1 -11,19 -0,24 -46,36 -7,65 0,00 -44,54

2 -9,93 0,36 -46,03 -6,54 0,00 -45,94

3 -17,92 -2,23 -36,12 -3,05 15,72 -36,96

4 -4,97 0,57 4,15 -5,10 0,00 -44,40

5 -1,38 0,23 -0,08 -3,21 0,00 -39,39

6 -10,51 0,00 -44,48 -5,03 1,25 -45,06

Лиература

1. Колесные и гусеничные машины высокой проходимости: в 10 томах. Том 3: Трансмиссии. Книга 2: Бесступенчатые трансмиссии: расчет и основы конструирования / Е.Е. Александров, В.Б. Самородов, Д.О. Волонцевич, А.С. Палащенко - Харьков: ХГПУ, 1997. - 185 с.

2. Рогов, А.В. Развитие методов расчета систем «двигатель - трансмиссия» автомобилей и тракторов: дис. на здобуття наук.

ступеня канд. техн. наук: спец. 05.22.02 "Автомобш та трактори" [Текст] / Рогов Андрей Владимирович. - Харгав, 2006. - 168 с.

3. 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.

4. Комисарик, С.Ф. Гидравлические объемные трансмиссии [Текст] / С.Ф. Комисарик, Н.А. Ивановский. - М.: МАШГИЗ, 1963. - 155 с.

5. Петров, В.Г. Гидрообъёмные трансмиссии самоходных машин [Текст] / В.Г. Петров. - М.: Машиностроение, 1988.

- 248 с.

6. Городецкий, К.И. Конструирование и расчет составных частей объемного гидропривода [Текст] / К.И. Городецкий, Л.Н. Крумбольдт, Н.А. Щельцын; под ред. В.М. Шарипова. - М.: МАМИ, 1994. - 139 с.

7. Прочко, Е.И. Методы построения систем силовых гидрообъемных приводов колес полноприводных автомобилей: дис. на соискание уч. степени канд. техн. наук: спец. 05.05.03 "Колесные и гусеничные машины" [Текст] / Прочко Евгений Игнатьевич. - Москва, 2006. - 213 с.

8. Суковин, М.В. Система автоматизации проектирования устройства управления гидрообъемной трансмиссией цепного траншейного экскаватора: автореф. дис. на соискание уч. степени канд. техн. наук: спец. 05.13.12 "Системы автоматизации проектирования (промышленность)" [Текст] / М.В. Суковин. - Омск, 2010. - 19 с.

9. Самородов, В.Б. Основные параметры гидрообъемно-механических трансмиссий, работающих по схеме "дифференциал на выходе" [Текст] / В.Б. Самородов, А.И. Бондаренко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2012.

- № 3/7 (57).- С. 4 - 12.

10. Самородов, В.Б. Анашз безстутнчастих двопотокових пдрооб'емно-мехашчних тракторних трансмiсiй: вибiр i обгрунту-вання перспективних схем [Текст] / В.Б. Самородов, О.В. Григоров, А.1. Бондаренко // Вюник нацюнального техшчного ушверситету "Харгавський полпехшчний шститут": зб. наук. праць. Тематичний випуск: Транспортне машинобудування.

- 2012. - № 20. - С. 24 - 46.

Abstract

Every year the number of selfpropelled machines equipped with hydrovolumetric mechanical transmissions increases. In the process of creation of new hydrovolumetric mechanical transmission the designers faced a number of difficult issues: the choice of optimal structural chart, determination of necessary parameters of hydrovolumetric transmission, etc. The article examines the influence of hydromotor volume on the main parameters of hydovolu-metric mechanical transmissions working according to the scheme "output differential." The article represents the kinematic scheme of hydrovolumetric mechanical transmissions with different connection of mechanical and hydraulic strand with units of planetary train (sun gear, crown gear, cage). There are definitions of kinematic, force and energy parameters of given transmission, efficiency of hydrovolumetric transmission and transmission in general at different volumes of hydromotors. The analysis of hydrovolumetric mechanical transmission with output differential showed that using hydromotor of maximum volume of250 cm3 instead of 130 cm3 we can observe the reduction of the maximum pressure to 0.04 - 17.92% , the maximum power output to 0.14 - 6.54%, the maximum angular velocity of hydromotor shaft to 36.96 - 49.74%, the increase of maximum angular velocity of the shaft of hydropump to 0.0 - 15.72%, the change of maximum efficiency value in the range 2.23 - 0.80%, the change of maximum angular velocity of satellites in the range -48.45 - 4.15%

Keywords: hydrovolumetric mechanical transmission, scheme "differential output", planetary train