CC BY
36
Приведены результаты исследований влияния основных параметров процесса изготовления древесных композиционных материалов с использованием отходов рапса на их механические показатели. Показаны зависимости механических показателей материала от содержания рапсовых частиц и клея. Определены рациональные величины удельного содержания сырья из рапса в исходной композиции. Доказана возможность использования рапсового сырья, как альтернативного, в производстве древесных композиционных материалов.
Ключевые слова: древесные композиционные материалы, стружечные плиты, растительное сырье, физические свойства, пшенично-ржаная солома, стебли рапса.
Kopansky M.M. The Determination of Some Mechanical Properties of Wood-composite Material Manufactured Using Rape Stems
The effects of the main parameters of the process of wood composites manufacturing using rape stems on their mechanical properties are researched. Dependance of rape particles and the content of the adhesive on the mechanical properties of the material content is shown. The influence of these factors on the development of the material is analysed. Rational value of the specific content of raw rapeseed in the original composition is calculated. The possibility of using rapeseed raw materials as an alternative in the production of wood composite materials is justified.
Keywords: wood composites, particle boards, plant material, mechanical properties, stems rape.
УДК 629.02 Доц. Н.В. Шевченко, канд. техн. наук - НЛТУ Украти, м. Львiв
ЗАСТОСУВАННЯ ПДРОМЕХАН1ЧНО1 ТРАНСМ1СН НА Л1СОВОЗНИХ АВТОМОБ1ЛЯХ
Обгрунтовано переваги застосування пдромехашчно! трансмюп на люовозних ав-томобшях. Розглянуто методику шдбирання гидротрансформатора та узгодження його роботи з двигуном автомобшя. Складено розрахункову та математичну моделi руху люо-возного автомобшя з пдромехатчною траисмгаею та зроблено пор]вняльний аналiз па-раметр]в розгону для автомобшв з пдромехашчною i мехашчною трансмiсieю. За допо-могою комп'ютерно! програми розрахунку поступального руху, з урахуванням крутиль-них коливань у трансмюп, отримано результати розрахунку параметр]в розгону, палив-но! екож^чност та продуктивной лiсовозного автомобшя з рiзною вантажнiстю.
Ключовi слова: пдромехашчна трансмiсiя, гiдротрансформатор, лiсовозний авто-мобiль, математична модель.
Постановка проблеми. На закордонних самохвдних лкових машинах ще з 70-х роив минулого стол1ття широко застосовують пдромехашчш трансмки з пдродинам1чними або пдростатичними передавачами. Пдродинам1чш трансмь си почали вже застосовувати 1 на украшських лкових тракторах, наприклад, Т-157Н 1 Т-157НС. Така трансмк1я мктить пдротрансформатор 1 мехашчну коробку передач та шш мехашчш передавач1 [1].
Бшьшкть лковозних автомобшв працюе у важких умовах експлуатаци: розбип дороги; лков1 дороги, зазвичай, з великими ухилами тощо. Тому для по-легшення керування, шдвищення тягових можливостей 1 надайносп лковозних автомобшв доцшьно застосовувати пдромехашчш трансмки з пдротрансфор-матором (ГТ).
Мета роботи - обфунтувати переваги застосування пдромехашчно!' трансмки на лковозних автомобшях 1 методику шдбирання пдротрансформато-ра та узгодження його роботи з двигуном.
Об'ект дослщжень - трьохосьовий лiсовозний автомобiль з колГсною формулою бхб, вантажнiстю 50 кН, максимальною швидкГстю руху 85 км/год та двигуном ЯМЗ 236М.
Виклад основного матерiалу. Автоматична безступГнчаста змiна силового й швидкГсного передатних чисел гГдромехатчно! трансмiсií Гстотно полег-шуе керування лiсовозним автомобГлем у складних умовах ексилуатацп. Безстутнчаста змГна тягово! сили на тягових елементах рушiя автомоб1ля сприяе та-кож пiдвищенню ii прохГдностГ на слабких Грунтах i на пГдйомах внаслiдок вГд-сутностi рiзких змiн тягових сил, що дГють з боку рушiя на опорну поверхню. Це сприяе повнiшому використанню потужностi двигуна й пiдвищенню середньо! швидкостi руху автомоб1ля. Зменшуеться також ймовiрнiсть зупинки двигуна пiд час його перевантаження.
Проектуючи гiдромеханiчну трансмГсГю лГ-совозного автомобiля, необхiдно вибрати й обГрунтувати тип гiдротрансформатора i за вГдо-мими параметрами й безрозмiрними характеристиками наявних гiдротрансформаторiв вибрати вiдповiдний ГТ. Гiдротрансформатори мають по-рiвняно малу вагу й малi розмiри та значно прос-тiшу будову, порiвняно з гГдрооб'емними передачами (рис. 1). Вони надiйнi в ексилуатацп, майже усi 1хнГ частини практично не зношуються.
Вибирають гiдротрансформатор за таких умов: число обертГв колiнчастого вала двигуна за максимально! потужностГ nN мае приблизно дорГв-нювати числу обертГв насосного колеса гГдрот-рансформатора nH; крутний момент двигуна мае дорiвнювати крутному моменту насосного колеса. На вибiр гiдротрансформатора впливають також максимальна потужнГсть двигуна Nemax та коефГ-цiент прозоростi гiдротрансформатора, а також коефГцГент трансформацп К.
Врахувавши наведет вище вимоги, для двигуна ЯМЗ 236М з Nemax =132 кВт та номГнальними обертами nN = 2100 об/хв., найкраще пГдходить чо-тирьохколГсний гГдротрансформатор ЛГ-400-36 Гз безрозмГрною характеристикою, наведеною на рис. 2. На усталеному режим роботи автомобГля моменти та частоти обертання вала двигуна та насосного колеса (якщо нема узгоджувально-го редуктора) - однаковГ, тобто MH = Me Г nH = ne.
Основною задачею узгодження роботи заданого двигуна Г вибраного гГд-ротрансформатора е визначення режиму 1'хньо! спГльно! роботи, тобто знаходжен-ня дГапазону частот обертання вала насосного колеса nH min - ne max, для якого зна-чення моментГв насосного колеса збГгаються з вГдповГдними значеннями крутного моменту двигуна пГд час його роботи на зовнГшнГй характеристицГ, тобто коли MH = Me. Цей дГапазон частоти обертання насоса мае знаходитись у вибраному оптимальному дГапазонГ роботи двигуна, який не може виходити за межГ nM - nN.
Рис. 1. Деталi гiдротрансформатора:
1) насосне колесо; 2) турбтне колесо; 4) колесо реактора; 4) частина корпуса; 8) упорний тдшипник реактора; 9) упорна шайба турбтного колеса; 10) залишкиробочог ргдини
О ОД 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 |ГТ
Рис. 2. ГрафЫ безрозмiрноi характеристики гiдротрансформатора
Для знаходження робочого режиму стльно! роботи системи на тдстав1 безрозм1рно'1 характеристики вибраного пдротрансформатора розраховують та будують навантажувальш параболи Мн (пн ) за формулою
Мн = 9,81рЛнп2 нО \, де: § - густина робочо'1 рщини (g = 840 ... 890 кг/м3 при ? = 90... 1200С); пн - частота обертання насосного колеса об/хв; Ба - активний д1аметр пдротрансформа-тора, м; 1н - коефщ1ент моменту насосного колеса.
На побудовану навантажувальну характеристику ГТ наноситься крива зовшшньо'' характеристики двигуна Ме (п), яка визначаеться за формулою
мМ = 9550 • N
а Ь • п п2
де а 1 Ь - постшш коефщ1енти.
Характеристику входу системи "двигун-пдротрансформатор" розрахова-но та побудовано за допомогою програми 01ёго ТЯ, розроблено'1 на кафедр1 люо-вих машин НЛТУ Укра'ни (рис. 3) [1, 2].
пн, об/хв
Рис. 3. ГрафЫ сптьно'1 роботи двигуна iз гiдротрансформатором
Побудувавши характеристику входу системи "двигун-пдротранс-форма-тор" можна граф1чно визначити точки стльно'1 роботи максимальноможливими значеннями крутних моменлв двигуна 1 насосного колеса для вибраних значень передатних вщношень пдротрансформатора ¡гт .
Точки стльно'* роботи на характеристик входу визначаються точками перетину навантажувальних парабол 1 криво'' зовшшньо'* характеристики Me (пн). Для побудови залежност1 крутного моменту MT вщ частоти обертан-ня пт вала турбши, яку називають характеристикою виходу системи "двигун-идротрансформатор", визначаються аналггично частоти обертання вала насосного колеса, що вщповщають точкам стльно'* роботи.
Анал1тично визначаються частоти обертання насосного колеса шляхом сптьного розв'язування р1внянь 1 прир1внявши для цього Мн (пН]) = Ме(п^]), де у = 1,2... - номери в1дпов1дних точок на характеристик виходу. Отримане таким чином р1вняння е квадратним р1внянням вщносно пщ, яке запишемо у виглядг
Ап щ + Вп1 + С = 0;у = 1;2...,
де: А = 9,81-g - +
9550М,
9550ЬМе
С=
9550аЫе
Рис. 4. Графж характеристики виходу системи "двигун-ГТ"
Для дослщження параметр1в розгону автомобiля з пдромехашчною тран-см1с1ею використано модель поступального руху люовозного автомобiля у виг-ляд' системи обертових мас, яка включае як обертову масу, що еквшалентна пос-тупальнш мас1 автомобшя, так 1 обертов1 маси трансмю" та колю.
Одномасова розрахункова модель не дае змогу моделювати процес розго-ну автомобiля з урахуванням змши передатного числа трансмю", а нехтування пружними властивостями вал1в трансмю" та еластичних шин може внести знач-ш похибки в розрахунку перехщних режим1в руху. Тим бшьше одномасову модель не можна використовувати для моделювання руху автомобшя з пдромехашчною трансмЫею, яка мютить гщротрансформатор 1 мехашчну передачу (коробку передач, роздавальну коробку та ш) [1, 3].
Схема зведено'' до вала турбши ГТ розрахунково'' модел1 (рис. 5) включае гщротрансформатор, три обертов1 маси, пружну й дисипативну ланки, що моде-люють податливють 1 тертя у шинах колю. Обертов1 маси задан моментами терц" маховика двигуна J1 та обертових мас агрегапв трансмю" J2 1 обертово'' маси, екв'валентно' поступальнш мас1 автомобiля з вантажем Jm+mQ= /3.
Це найпростша модель, що включае тшьки одну пружну ланку, яка моде-люе властивосп шин тягових колю. За необхщнютю дослщження не тшьки поступального руху автомобшя, але й крутильних коливань трансмю", розрахунко-ва модель може бути ускладнена.
Рис. 5. Зведена схема розрахунковог мод^ руху автомобтя з гiдромеханiчною трансмiсieю: ГТ -
комплексний гидротрансформатор; Ме - крутний момент двигуна; МТ - момент турбтного колеса ГТ; М2, М3—зведенг моменти опору руховг; ф1 -кут обертання маховика двигуна; ф, ф - зведет кути повороту мас трансмгсГХ та тггових кол1с;
J1 - момент гнерци маховика двигуна J2, -зведен моменти гнерци обертових мас трансмгси та поступальноХмаси автомобтя; с2 - зведений коефщент крутильноХ жорсткостг шин
Прийнявши за узагальнеш координати кути повороту ф, ф й ф3 обертових мас зведено'1 розрахунково'1 модел^ можна записати рiвняння и руху у вигляд^ Ме - J фф - (1 - ЛгтМе) = 0; К • Ме - J2ф - Mf - кф - фз) - с2(ф2 - ф) = 0;
кф -фз) + е2(ф - фз) - ф - Mf - Мг = 0.
Використавши наведену систему диференщальних рiвнянь, аналггичний опис функцш К = К (гГТ) i цгт = Лгт (ггт) та залежносп для обчислення моментiв опору коченню М£ i пiдйому Мг та зм™ моменту двигуна Ме, тд час зрушення з мюця й розгону автомобтя, за допомогою комп'ютерно'1 програми розрахунку обертового руху та крутильних коливань у трансмiсií отримано результати розрахунку параметрiв розгону, паливно'1 економiчностi та продуктивной люовоз-ного автомобiля з рiзними навантаженнями (мд) (табл.).
Табл. Результати розгону автомобтя до швидкостi 85 км/год
и « £ К 2 ^ н Д « £ о о г-10 ^ о о о о о о о ¿с £ Уерк о (1ар1к о 1 о о о 1 ЖерХк £
5000 85 132 27,6 252,7 55,9 33 64,4 53,9 59,2 40,35 28,1 165,1 321,8 269,6 425
4000 85 132 25,8 235 52 32,8 69,2 53,7 58,7 40,24 28,1 131,1 276,8 214,7 340
3000 85 132 24,1 217,5 48,1 32,5 74,8 53,4 58,12 40,11 28,1 97,5 224,4 160,1 255
2000 85 132 22,4 200,1 44,3 32,2 81,3 53 57,44 39,96 28,1 64,4 162,7 106 170
1000 85 132 20,7 182,9 40,4 31,9 89,1 52,6 56,61 39,78 28,1 31,9 89,1 52,6 85
0 85 132 19 165,9 36,5 31,5 98,5 52 55,6 39,56 28,1 0 0 0 0
На основi табл. побудовано графки залежностей параметрiв розгону для люовозних автомобiлiв з пдромехашчною i механiчною трансмiсieю (рис. 6, 7).
Висновки. Як показують результати розрахунку, час i шлях розгону з мюця е значно меншими для лiсовозного автомобiля з пдромехашчною трансмь сieю, порiвняно з таким же автомобшем з механiчною трансмiсieю. Окрiм цього, гiдротрансформатор слугуе своерщним демпфером крутильних коливань, що в 3-4 рази зменшуе динамiчнi навантаження на механiчнi вузли силово'1 передачi автомобiля, порiвняно з механiчною трансмiсieю. Довговiчнiсть двигуна й тран-смюп, внаслiдок цього, значно зростае.
Автомобш з такими трансмiсiями можуть реалiзувати широкий дiапазон безступiнчастоí змiни тягово'1 сили в межах кожно'1 передач^ що iстотно зменшуе кiлькiсть перемикань передач тд час руху i сприяе пiдвищенню продуктивностi та зменшенню втомленостi водш.
Рис. 6. Залежтсть часу розгону
л^овозного автомобиля з гiдромеханiчною та мехатчною трансмiсiями eid навантаження
Рис. 7. Залежтсть шляху розгону до 60 км/год л^овозного автомобиля з гiдромеханiчною та мехатчною трансмiсiями вiд навантаження
Лггература
1. Бшик Б.В. Проектування самохщних л1сових машин : навч. пойбн. / Б.В. Бшик, М.Г. Ада-мовський. - Льв1в : Вид-во ЗУКЦ, 2004. - 160 с.
2. Шевченко Н.В. Анатз результатов моделювання поступального руху люовозного автомо-бшя та оптишзацИ його основних параметр1в / Н.В. Шевченко // Науковий в1сник НЛТУ УкраГни : зб. наук.-техн. праць. - Льв1в : РВВ НЛТУ Украни. - 2011. - Вип. 21.07. - С. 102-106.
3. Автомобили. Конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия / под ред. А. И. Гриш-кевича. - Минск : Изд-во "Выш. шк.", 1985. - 240 с.
Шевченко Н.В. Применение гидромеханической трансмиссии на лесовозных автомобилях
Обоснованы преимущества применения гидромеханической трансмиссии на лесовозных автомобилях. Рассмотрена методика подбора гидротрансформатора и согласования его работы с двигателем автомобиля. Составлена расчетная и математическая модели движения лесовозного автомобиля с гидромеханической трансмиссией и сделан сравнительный анализ параметров разгона для автомобилей с гидромеханической и механической трансмиссией. С помощью компьютерной программы расчета поступательного движения, с учетом крутильных колебаний в трансмиссии, получены результаты расчета параметров разгона, топливной экономичности и производительности лесовозного автомобиля с разной грузоподъемностью.
Ключевые слова: гидромеханическая трансмиссия, гидротрансформатор, лесовозный автомобиль, математическая модель.
Shevchenko N. V. Hydromechanical Transmission Usage for Log Trucks
It was justified the advantages of forest hydromechanical transmission usage for log trucks. It was described the method of picking torque converter and coordination of its work with the engine. It was constructed calculation and mathematical model for the truck with hydromechanical transmission and done comparative analysis of parameters of acceleration for cars with hydro-mechanical and manual transmissions. Using the computer program calculating the translational motion, considering torsional vibrations in the transmission, the results of calculation of parameters of acceleration, fuel economy and performance with different timber trucks load.
Keywords: hydromechanical transmission, torque converter, log truck, mathematical model.
