Конструкция и оптимизация параметров автоматического клиноременного вариатора мототранспортных средств Михеев, Сергей Станиславович

Введение к работе

Актуальность темы. В плане конверсии оборонной промышленности и расширения товаров народного потребления предусматривается проектирование и внедрение в производство новых механизмов и машин, в частности мототехники, обладающей более высокими технико-эксплуатационными свойствами. Одним га путей улучшения эксплуатационных характеристик мототехники является их автоматизация, позволяющая обеспечить безопасность движения, простоту управления и возможность работы двигателя на оптимальном режиме. В последние годы наметилась тенденция применения в трансмиссии мототранспортных средствсобъемом двигателя до 100см³ автоматических клиноременных вариаторов. Проектирование таких вариаторов требует уточненных расчетов, основанных на исследовании его тягово-динамических качеств с учетом всех определяющих факторов и конструктивных параметров передачи. Важное значение имеет вопрос выбора той или иной схемы нажимных устройств и автоматического сцепления, обеспечивающих наилучшую динамику разгона мототранспорта.

Цель работы. Основной целью настоящей работы является разработка методики выбора оптимальных параметров и характеристик автоматического клиноременного вариатора для мототранспортных средств с рабочим объемом двигателя до 100см³ из условия обеспечения достаточно высоких тягово-динамических свойств мототранспортного средства в целом.

Основные задачи

1. Построение математической модели движения мототранспортного средства с автоматическим клиноременным вариатором, учитывающей изменение КПД трансмиссии при изменении передаточного отношения и передаваемого крутящего момента двигателя.

2. Разработка тягово-динамического расчета мототранспортного средства с автоматическим клиноременным вариатором.

3. Разработка алгоритма определения основных кинематических и динамических зависимостей автоматического клиноремешюго вариатора мототранспортного средства.

4. Разработка методики и программы расчета на ЭВМ оптимальных параметров автоматического клиноременного вариатора, обеспечивающих максимальную динамику разгона мототранспортного средства.

5. Экспериментальное исследование опытного образца мокика с автоматическим клиноременным вариатором в трансмиссии для подтверждения полученных теоретических результатов.

Общая методика исследования. При определении общей методики исследования были использованы работы отечественных и зарубежных авторов, посвященные исследованию собственно клиноременных вариаторов, автоматических клиноременных вариаторов мототранспортных средств, а также работы по исследованию автоматических сцеплений.

Теоретическое исследование мототранспортного средства с автоматическим клиноременным вариатором выполнено с помощью уравнений Лагранжа второго рода. Решение полученного уравнения проведено численными методами с применением ЭВМ.

Оптимизация параметров автоматического клиноременного вариатора осуществляется с помощью многопараметрического метода Нел-дера и Мида минимизации нелинейной функции при наличии ограничений по деформируемому многограннику.

Корректность математической модели и достоверность основных теоретических исследований проверены экспериментальным путем на опытном образце транспортного средства в стендовых и дорожных условиях. При обработке экспериментальных данных используются статистические методы.

Научная новизна. В работе впервые исследованы кинематические характеристики автоматического клиноременного вариатора мототранспортного средства при автоматическом изменении передаточного отношения на основе тягово-динамического расчета.

Разработана программа тягово-динамического расчета мототранспортного средства с автоматическим клиноременным вариатором в трансмиссии.

Получена экспериментальная зависимость изменения КПД автоматического клиноременного вариатора при различных режимах работы.

Проведена оптимизация параметров автоматического клиноременного вариатора.

Практическая ценность. Разработанная мето дика тягово-динамического расчета мототранспортного средства с автоматическим клино-

ременным вариатором даетвозможность на стадии проектирования провести комплексный анализ работы проектируемого автоматического кли-ноременного вариатора и мототранспортного средства в целом.

Основные положения и '"'екомен^яцик диссертационной заботы использованы при создании автоматического клиноременного вариатора мокика класса 50см³.

Реализация результатов. Разработанная методика и программы расчета и оптимизации внедрены на ОАО "Завод нм.В АДегтярева" при проектировании мототранспортного средства с объемом двигателя 50см³ и автомаптческим клиноременным вариатором в трансмиссии. На основе созданной теории спроектирована, изготовлена и внедрена опытно-промышленная партия (15шт) мокиков с автоматическим клиноременным вариатором.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и нашли положительную оценку на:

- первой международной научно-технической конференции по
бесступенчатым передачам, приводным механизмам и промысловому
оборудованию (Калининград, 1997г.);

- научно-практическом семинаре (Владимир, 1995г.);
-научно-техническойконференции (Ковров, 1995г., 1997г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы

8 работ, в том числе тезисы докладов на первой международной научно-технической конференции по бесступенчатым передачам, приводным механизмам и промысловому оборудованию.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пятиглав, выводов и приложений. Список использованной литературы содержит 71 наименование. Общий объем 156с, 36 рис.

Актуальность темы. Подвижные конструкции с автобалансирующим устройством широко используются в бытовых стиральных автоматических, полуавтоматических машинах, центрифугах. С учетом мировой практики в настоящее время наиболее перспективными являются модели автоматических стиральных машин с вертикальной осью вращения, совмещающих в одном барабане процессы стирки и центробежного отжима. Такие стиральные машины позволяют максимально автоматизировать процесс обработки белья и сократить время работы оператора. Однако их эксплуатационные показатели не отвечают современным требованиям, ибо:

- угловая скорость движения ротора во время центрифугирования
недостаточна для обеспечения качественного отжима белья;

наблюдается высокий уровень вибраций в режиме отжима, обусловленных большой неуравновешенностью загрузки (дебалансом);

в основных узлах стиральной машины действуют большие динамические усилия, снижающие их прочность, надежность и долговечность.

Анализируя состояние рынка отечественных бытовых стиральных машин, можно отметить довольно низкий их потребительский уровень по следующим критериям: металлоемкости, динамическим нагрузкам, вибрации в основных узлах, надежности. Практика эксплуатации полуавтоматической стирально-отжимной машины "Волга-11 А" показала, что в процессе выполнения центробежного отжима белья имеют место значительные вибрации как вращающегося барабана, так и всей машины в целом. В некоторых случаях из-за значительной неуравновешенности барабана с бельем амплитуды его колебаний возрастают до таких значений, что происходит срабатывание блокировочного выключателя, и машина останавливается. Это не позволяет осуществить выпуск машины серии "Волга" в варианте с автоматическим управлением.

В настоящей работе рассматривается проблема виброзащиты подвижных конструкций в бытовых стиральных машинах с вертикальной осью вращения с использованием устройства гашения их колебаний, имеющего оптимальную по способности противостоять действию дебаланса конструкцию маятниковой подвески, а также автобалансирующее устройство со свободным перемещением корректирующей массы-жидкости.

Цель работы. Исследовать динамику подвижных конструкций бытовых стиральных машин с вертикальной осью вращения, разработать способ снижения их вибраций на этапах разгона барабана и установившегося вращения.

Методы исследований. В данной работе использовались математическое моделирование на ПЭВМ и экспериментальные методы исследований. Математическое моделирование осуществлялось на основе разработанной модели, описывающей колебания внутренней части стиральной машины. Экспериментальные исследования проводились по разработанной методике на серийной бытовой полуавтоматической стиральной машине "Волга-11А". Алгоритм расчета оптимальных параметров предлагаемого устройства основан на использовании системы дифференциальных уравнений и анализа кинематических и динамических моделей взаимодействия элементов конструкции стиральной машины.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать математическую модель подвижной конструкции бытовой стиральной машины с вертикальной осью вращения. Провести кинематический и динамический анализ этой модели, определить оптимальные ее параметры для повышения динамической устойчивости подвижной конструкции стиральной машины.

2. Провести экспериментальные исследования кинематических и динамических моделей взаимодействия элементов подвижной конструкции бытовой стиральной машины "Волга-11 А" во время выполнения отжима белья.

3. Разработать устройство гашения колебаний внутренней части и корпуса стиральной машины, содержащее автобалансирующее устройство с корректирующей массой-жидкостью.

4. Разработать конструкцию автобалансирующего устройства, имеющего во внутренней полости жидкости - растворы высокой плотности.

5. Провести подбор жидкостей для заполнения внутренней полости автобалансирующего устройства.

6. Разработать программное обеспечение для выбора оптимальных параметров устройства гашения колебания внутренней подвижной части и корпуса бытовой стиральной машины с вертикальной осью вращения.

Научная новизна. Разработана математическая модель, описывающая пространственные колебания внутренней части и корпуса стиральной машины с вертикальной осью вращения, определены оптимальные параметры модели, характеризующие динамическую устойчивость конструкции машины.

На основе предложенного экспериментального метода исследования подвижной конструкции бытовой стиральной машины с вертикальной осью вра-

цения определены условия для эффективного гашения колебаний внутренней іасти и корпуса стиральной машины. Описаны основные модернизации юдвижной конструкции стиральных машин такого типа.

Разработана конструкция устройства гашения колебаний внутренней части и :орпуса стиральной машины, содержащего балансировочное кольцо со вободным перемещением корректирующей массы-жидкости. Предложен и іспользован алгоритм по выбору оптимальных параметров этого устройства, їпервьіе подобран ряд растворов высокой плотности для заполнения внутрен-іей полости автобалансиругощего устройства и определена модернизация инструкций автобалансирующих устройств с вертикальной осью вращения.

Разработано программное обеспечение для исследования и анализа кинема-ических и динамических моделей взаимодействия элементов подвижной кон-трукции стиральной машины с вертикальной осью вращения.

Практическая ценность. Проведенные исследования показали эффективность іредлагаемого устройства гашения колебаний внутренней части и корпуса сти-іальной машины при использовании его в конструкциях отечественных быто-ых стиральных машин с вертикальной осью вращения серий "Волга", "При-юрье", "Иволга", "Алтай-Электрон". Реализация подвески и модерни-ированного балансировочного кольца в стиральной машине серии "Волга" юзволила на этапе разгона барабана и установившегося вращения повысить на ,0% способность внутренней подвижной части сопротивляться действию іентробежной силы инерции, приложенной к дебалансной массе, в 2 раза снижаются вибрации корпуса стиральной машины и шумы. Предложенные модер-іизации в рамках технологии серийно выпускаемых стиральных машин и [ентрифуг с вертикальной осью вращения, значительно упрощают конструк-[ию последних, снижают их материалоемкость и позволяют увеличивать корости центрифугирования.

Реализация работы в промышленности. Данная работа представляет собой асть научно-исследовательских и конструкторских разработок, проводимых с ,елью модернизации серийной бытовой полуавтоматической стиральной гашины серии "Волга", а также создания бытовой автоматической машины той серии. Внедрено 4 рационализаторских предложения по изменению онструкции этих машин на ПО им. В.И. Чапаева (г.Чебоксары).

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной аботы докладывались на Всероссийской научной конференции "Электротех-ология: сегодня и завтра" (г.Чебоксары, 1997), на Всероссийской научно-рактической конференции "75 лет Госсанэпидслужбы России" (г.Чебоксары, 997), научно-технических конференциях ЧГУ им. И.Н. Ульянова и ЧГПУ им. [.Я. Яковлева.

Публикации. По теме диссертационной работы имеется 10 печатных работ, 3 положительных решения на выдачу патентов Российской Федерации на изобретения.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 181 странице машинописного текста, содержащего 4 таблицы, 53 рисунка. Список литературы включает 180 нименований. В приложении представлены решения патентной экспертизы о выдаче патентов РФ на изобретения, листинг разработанного программного обеспечения, 5 рисунков.