Влияние переходных процессов в трансмиссии на эксплуатационные свойства лесной машины

УДК 621.833.67:629 В.Н. Холопов, В.А. Лабзин, А.Б. Ерыгин

ВЛИЯНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ТРАНСМИССИИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ЛЕСНОЙ МАШИНЫ

Рассмотрено влияние переходных процессов в трансмиссии колесных транспортных лесных машин с дифференциальным приводом ведущих колес на параметры движения. Приведены результаты исследования.

Ключевые слова: транспортная колесная машина, дифференциал, мощность, момент, угловая скорость, радиус колеса, момент инерции, сила тяги, сцепление.

V.N. Kholopov, V.A. Labzin, A.B. Erygin INFLUENCE OF THE TRANSIENT PROCESSES INTRANSMISSION ON THE TIMBER MACHINEOPERATIONAL PROPERTIES

Influence of the transient processes in transmission of the wheel transport timber machines with driving wheeldifferential drive on the motion parameters is considered. The research results are given.

Key words: transport wheel machine, differential, power, moment, angular speed, wheelradius, inertiamo-ment, draftforce, coupling.

В исследованиях эксплуатационных свойств колесных транспортных лесных машинах проходимость является одной из наиболее важных, и в то же время недостаточно изученным явлением. Среди работ, проводимых в этой области, большее значение уделяется параметрам движителя и его взаимодействию с опорной поверхностью [1]. Вместе с тем, влияние переходных процессов в трансмиссии с дифференциальным приводом ведущих колес на эксплуатационные показатели освещены недостаточно. Поэтому целью данной работы является определение влияния переходных процессов в трансмиссии на показатели движения машины.

Рассмотрим особенности компоновки и работу дифференциального привода в трансмиссии колесной машины.

На рисунке 1, а,б приведены кинематические схемы зубчатых механизмов с тремя основными звеньями, обладающие двумя степенями свободы [2,3]. В трансмиссии колесных транспортных машин (см. рис. 1, а) выполнены так называемые симметричные дифференциалы, которые используются как межколесные в ведущих мостах и межосевые между ведущими мостами. По схеме 1, б выполнены межосевые дифференциалы.

а б

Рис. 1. Схемы дифференциалов: а - симметричные; б - межосевые; 1 - водило

В дифференциальном механизме, используемом для распределения крутящих моментов, в качестве ведущего звена используется водило, а в качестве ведомых звеньев - солнечная и коронная шестерни. В дальнейшем это будем учитывать.

Из условия сохранения энергии в дифференциальном механизме имеем

Хвод=Мс+Мк+Мтр,

или

Меобтео6 = М/!)С + МКЮК + Ктр,

где Л^ой;Мвой; совод- соответственно, мощность (квт), крутящий момент (Нм), угловая скорость водила дифференциального механизма (сек-1);

; Мс; сос - соответственно, мощность (квт), крутящий момент (Нм), угловая скорость солнечной шестерни диф. механизма (сек-1);

Ик; Мк; сок - соответственно, мощность (квт), крутящий момент (Нм), угловая скорость коронной шестерни диф. механизма (сек-1);

Нтр - мощность потерь на трение в диф. механизме (квт).

Мощность потерь на трение определяется через коэффициент полезного действия дифференциального механизма

Л'„=ЛГ^

где т]дм - коэффициент полезного действия дифференциального механизма при ведущем водиле.

Из условия равновесия внешних сил дифференциального механизма имеем

Мвод-Мс-Мк= О.

Уравнение скоростей дифференциального механизма имеет вид

с =Щ

где сос;сок; <х>вод- соответственно, угловые скорости солнечной шестерни, коронной шестерни и водила дифференциального механизма;

г(свк) - главное передаточное отношение дифференциального механизма, равное отношению угловых

скоростей солнечной и коронной шестерен при остановленном водиле.

Определим мощность на водиле дифференциального механизма через крутящий момент солнечной шестерни.

Подставим в уравнение (2) значение мощности потерь на трение из уравнения (3).

МвоРвод=МссОс +Мксок + Ывод

Из уравнения (4) получим

мс =Мвод-Мк ,

а из уравнения

м

_ 03С -  Ак ,04

ск

Подставим в уравнение (6) значения величин из уравнений (7) и (8) с целью исключения из уравнения (6) крутящего момента Мс.

кводд-т,дм)

д /Г ____ ______к ск ____вод \^~Чйм) £ Лв) 1С\

вод ~ ¿(б) -а? Уе) К ск - [ }

ск ^ис сик Ьёк

Исключим теперь из уравнения (6) крутящий момент Мк. Из уравнения (4) получим

МК=Меод-Мс

Подставим в уравнение (6) значения величин из уравнений (8) и (10).

м„=ме

Мс-Юк

Исключим теперь из уравнения (6) крутящий момент Мвод. Из уравнения (4) получим

Мвод = Мс+Мк.

Подставим в уравнение (6) значения величин из уравнений (8) и (12).

М, =м/:,у)+Ы'*<^~’,"\1-4").

Уравнения (9), (11) и (13) определяют взаимозависимости крутящих моментов звеньев дифференциального механизма.

С использованием уравнений (8) и (9) определим мощность на водиле дифференциального механизма через крутящий момент коронной шестерни.

дг _ (и]

Л1-4в))-К-,4в)»7* '

С использованием уравнений (8) и (11) определим мощность на водиле дифференциального механизма через крутящий момент солнечной шестерни.

м =м

1Уеод 1У1С , .(в)ч л .(в)ч

При буксовании одного колеса крутящий момент для его вращения определится как сумма крутящего момента, необходимого для преодоления сил сцепления этого колеса с опорной поверхностью, и крутящего момента, необходимого для вращения колеса с ускорением. Будем считать при этом, что потери крутящего момента между колесом и выходным валом межколесного дифференциала с = -1 отсутствуют. Пусть

буксует колесо, с которым связана солнечная шестерня. Крутящий момент на этом колесе определяется

условиями его сцепления с опорной поверхностью

мбукс = &кол

Момент на солнечной шестерне, связанной с этим колесом, определится:

мс = Окол

где О Хко- вес, приходящийся на переднее колесо, кН;

<р 1кол- коэффициент сцепления буксующего колеса; гг кол - динамический радиус буксующего колеса, м;

•Лкол ~ момент инерции буксующего колеса, кгм2; в, - угловое ускорение буксующего колеса, рад/сек2.

Подставим в уравнение (13) значение величины из уравнения (15).

(Рс - Ю/ск )Ъм - <Ок (і - 4в))"

мк = мс{-%+г:

Подставим в уравнение (19) значение момента солнечной шестерни из (18) и получим уравнение, определяющее крутящий момент на небуксующем колесе.

М =

К V СК / •Ге) \ ґл .(вЛ\' у кол т кол кол кол кол)' \ /

Выразим ускорение колеса через ускорение двигателя

Обозначим

Тогда

г

кол ' >

и

тр

СК /• • Ґй'іч ҐЛ • Ґй'іч  V /

М, = А.

и

тр

При равном минус единице, главном передаточном отношении, коэффициент А принимает вид

Л-и ^~г!дм)

Оа>с+а>к)г1дм-2а>к '

Определим суммарное тяговое усилие на колесах моста.

, , , , ^кал Гкоп 0-+ Л) + АЛ коп

р ______________________________________и^

к >>вел ' ^ '

кол кол

Суммарное тяговое усилие на колесах моста при г]дм = 1 и при етс = 0:

РК увел = 20колФкол

Для оценки прироста проходимости введем такой параметр, как коэффициент увеличения силы тяги, равный отношению тягового усилия на колесе, буксующем с ускорением, к тяговому усилию на небуксующем колесе.

Коэффициент увеличения ТЯГИ при Г/дм{1 и при е№С)0\

АЛ кол — е

Р &колФшлГкол (1 + А) + — А1КШ

г г 1 + А и

гг _ к Увел _ 'кол _ , тР /ОС\

кУвел - —— --------------------гт;---------------------- —— + —------------------

рк 2Сколфкол 2 20кол(рколгкол

Для анализа данных был использован пакет программ Mathcad 14.

С использованием формулы (26) построим графики на примере автомобиля ЗИЛ-130.

Исходные данные:

п„-и = 1; <Рт л = 0,2; Окол = 12000кН; Jкoл = 11,96кг • м2; сок = Ос"1; сос = 0,4с 1

гкоп = 0,48м; мтс =400 Я • м; ^ = -1; т]дм = 1; ^я.ол = 0,2; Мщс = 400Я  м;

г/„,я = 23,511; итр2 = 12,956; итр3 = 7,237; итр4 = 4,645; итр5 = 3,160; 17тр = 0,88.

К

1.167

1.133

• • • • - 1-ая передача - 2-ая передача - 3-ья передача - !>-ая передача - 5-ая передача

% % % % % . % V % \ \

\ % \ \ \ \ \ -л \ -ч

чЛ \ ч V.. 'ч •••.. ч •••..

\ ч# \ ч. % ч Л * / / / / / # #

1 ч# ч ч ч ч 9 » 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

1.1

1.067

1033

ЦЗ*П

25»10-

З.ЫО1

О, Н

Рис. 1. Зависимость коэффициента увеличения силы тяги от веса, приходящегося на колесо

Из рисунка 1 видно, что при увеличении веса, приходящегося на колесо, происходит снижение коэффициента увеличения силы тяги, характерное для каждой передачи. С повышением номера передачи угол наклона кривой к оси абсцисс увеличивается. При этом максимальное значение коэффициента увеличения силы тяги возрастает с первой по третью передачу, а с четвертой - снижается.

К

уш • • • • - 1-ая передача - 2-ая передача - 3-ья передача -!*-ая передача - 5-ая передача

*Л V‘Л \ •> \ -\ \ л \*л « • ж

\ \ *л \ \ •> \ \ \ \ Ч ‘л \ ^’*ч

•ч

Гь».-»-

0.2

0,333

ОМЫ

0.6

ОЛЗЗ

0.86 7

Рис. 2. Зависимость коэффициент увеличения силы тяги от КПД дифференциального механизма

Из рисунка 2 видно, что при увеличении КПД дифференциала происходит снижение коэффициента увеличения силы тяги, характерное для каждой передачи. До третьей передачи максимальное значение коэффициента увеличения силы тяги возрастает, с четвертой - снижается.

— - 1-ая передача - 2-ая передача - 3-ья передача

II и - !*-ая передача - 5-ая передача

• *1 *. Ч \ '• Ч\

• ч\ \ * А \ *. *4 \ * ^

О 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 V

Рис. 3. Зависимость коэффициент увеличения силы тяги от коэффициента сцепления

Аналогично предыдущим графикам, из рисунка 3 видно, что при увеличении коэффициента сцепления происходит снижение коэффициента увеличения силы тяги, характерное для каждой передачи. С повыше-ним номера передачи максимальное значение коэффициента увеличения силы тяги снижается.

К

1.125

1.075

1.05

1.025

1

1-ая передача • • • • - 2-ая передача / / / /

вт • т _ 4 -ая передача / / .♦ / .* / .* г

.• / .* / / ✓ /

* / / > / / / $

✓ / / / / / / г

/ ✓ / / / / / / /

150

208 2Ь7 325 383 112 йм

Рис. 4. Зависимость коэффициент увеличения силы тяги от крутящего момента двигателя

Функция, представленная на рисунке 4, линейна, при увеличении крутящего момента двигателя происходит повышение коэффициента увеличения силы тяги, характерное для каждой передачи. До третьей передачи максимальное значение коэффициента увеличения силы тяги возрастает, с четвертой - снижается.

Таким образом, наиболее эффективным увеличение проходимости будет при движении негруженного автомобиля по опорной поверхности с меньшими коэффициентом сцепления и коэффициентом сопротивления дороги, при включении повышенных передач.

Периодическое ускорение буксующего колеса возможно при переменном дросселировании двигателя.

Литература

1. Андреев А.Ф., Ванцевич В.В., Лефаров А.Х. Дифференциалы колесных машин. - М.: Машиностроение, 1987. - 176 с.

2. Гакенсон Б.С. Планетарные механизмы тракторов. - М.: Машностроение, 1972. - 176 с.

3. КирдяшевЮ.Н. Многопоточные передачи дифференциального типа. - Л.: Машиностроение, 1981. - 223 с.