Введение к работе
Актуальность темы
Развитие отраслей производства сельскохозяйственных, дорожных, строительных и транспортных машин подтверждает, что гидравлические передачи являются одним из основных средств, открывающих принципиально новые пути в развитии конструкции и повышении эффективности машин.
Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, проведенные в нашей стране и за рубежом, выявили техническую и экономическую целесообразность применения гидропередач и передач на их основе в трансмиссиях тракторов и сельскохозяйственных комбайнов, в дорожной технике, а также для приводов активных рабочих органов сельскохозяйственных машин.
Применение объемных гидропередач (далее - ОГП) повышает производительность агрегатов, качество работы, создает условия для автоматизации, обеспечивает повышение коэффициента загрузки двигателя.
Применение ОГП в трансмиссиях указанных классов машин обуславливают следующие особешюсти их развития:
переход на повышенные рабочие скорости и повышение энергонасыщенности, что выдвинуло задачу эффективного использования мощности на всем комплексе работ;
неспособность применявшихся ранее бесступенчатых несаморегулируемых передач (на основе вариаторов) надежно передавать повышенные рабочие мощности машин, что особенно ярко проявилось в комбайнах;
повышение транспортных скоростей, выдвигающее требование дополнительного расширения силового и кинематического диапазона регулирования трансмиссии;
повышение доли мощности двигателя, передаваемой через рабочие органы, что приводит к снижению относительной стоимости ОГП;
внедрение бортового компьютера, позволяющее автоматизировать процессы, происходящие в системе.
Как показали исследования, проведенные НАТИ, ВИМом, УНИИСХом, применение бесступенчатого регулирования позволяет существенно повысить загрузку двигателя, снизить утомляемость
водителя, сократить затраты времени на остановки и холостые переезды и приводит к повышению производительности на 15-25% в зависимости от вида работ.
Логика развития данных отраслей показывает, что одной из важнейших задач совершенствования ОГП являются расширение ее диапазона регулирования и снижение установочных мощностей гидромашин.
Этой проблеме посвящены различные исследования как в области полнопоточных ОГП, так и в области объемных гидромеханических передач. Как показано в этих работах, диапазон бесступенчатого регулирования ОГП явно недостаточен вследствие ограниченности диапазона регулирования гидромашин. Поэтому возникла необходимость расширения диапазона регулирования ОГП за счет комбинации ступенчатого и бесступенчатого регулирования. В этом направлении ведутся основные разработки в нашей стране и за рубежом. Одним из основных недостатков использующихся схем является ограничение кинематического диапазона регулирования минимально допустимой частотой вращения валов гидромоторов, ниже которой передача работает неустойчиво.
Эти обстоятельства определяют актуальность проблемы разработки ОГП, обеспечивающей широкий диапазон регулирования, возможность устойчивой работы в области скоростей, сколь угодно близких к нулю, и плавное переключение диапазонов бесступенчатого регулирования.
Целью работы является разработка ОГП, обеспечивающей широкий кинематический и силовой диапазон регулирования, устойчивую работу в зоне скоростей, сколь угодно близких к нулевым, плавное переключение диапазонов бесступенчатого регулирования.
Основные задачи исследования:
Разработка принципиальной схемы передачи на базе гидромотора с широким диапазоном регулирования (ГМШР), обеспечивающей широкий диапазон регулирования и возможность переключения на ходу режимов ее работы.
Разработка методики определения основных параметров и рекомендаций по выбору рабочих объемов гидромашин для различных условий применения.
Проведение теоретического анализа процессов переключения режимов работы передачи на основе ее математического моделирования.
Оптимизация параметров переключения поддиапазонов передачи.
Методы исследования.
Исследования режимов работы и регулирования проводились путем математического моделирования с использованием ЭВМ на базе разработанных математических моделей и алгоритмов переключений режимов работы передачи на основе гидромотора с широким диапазоном регулирования.
Научная новизна.
Разработан новый подход к решению задач по переключению объемных гидропередач с двумя гидромашинами в моторной части, соединенными с выходным валом через дифференциальную связь, обеспечивающий сведение к минимуму разрыва потока мощности, потери скорости и перегрузки в передаче.
Составлено математическое описание работы объемной гидропередачи на основе ГМШР в различных режимах работы, а также переключений между ними.
Получены критерии качества переключений в передаче.
Практическая значимость работы.
Разработанные схемы передачи и алгоритмы переключения позволяют создать привод для сельскохозяйственных и дорожностроительных машин, имеющий широкий диапазон регулирования и обеспечивающий плавность переключений на ходу между ступенями передачи, дающий возможность достижения скоростей, сколь угодно близких к нулю, при устойчивой работе системы, а также реверсирования вращения выходного вала передачи без ее переключения и реверсирования гидромашии.
Новые результаты, которые выносятся на защиту.
Из теоретических разработок:
математическое описание статики (установившихся режимов работы) оригинальной передачи на основе ГМШР;
методика выбора типоразмеров гидромашин передачи исходя из критерия минимизации суммарного рабочего объема входящих в
нее гидромашин для случая равенства их коэффициента быстроходности;
математическая модель и алгоритмы расчета процессов переключения в передачах на основе ГМШР;
критерии качества переключений на режимы, обеспечивающие большие максимальные скорости;
результаты влияния различных эксплуатационных факторов на динамику переключений;
методика оптимизации процессов переключения в системе без использования обратных клапанов по критерию минимизации потери скорости и перегрузок при их проведении.
Из научно-технических разработок:
новая принципиальная схема объемной гидропередачи на основе ГМШР, обеспечивающая все ее режимы функционирования и полное использование силовых диапазонов входящих в нее гидромашин;
обоснование целесообразности применения блокировочных устройств на гидромашинах ГМШР.
Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались на научно-технических конференциях МАДИ в 1994, 1995, 1996 и 1997 гг.
Публикации.
По теме диссертации сдано на депонирование 3 статьи, подана 1 заявка на патент.
Объем и структура работы.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов по работе, списка использованной литературы. Диссертация изложена на 216 стр. (с приложениями), иллюстрирована 43 рисунками и 3 таблицами. Список литературы содержит 43 наименования.