Режимы работы механической трансмиссии гусеничного подвижного наземного объекта

УДК 629.3.01

Д.О. Феофилов, асп.,

РЕЖИМЫ РАБОТЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ ГУСЕНИЧНОГО ПОДВИЖНОГО НАЗЕМНОГО ОБЪЕКТА

Рассмотрены установившиеся режимы работы и переходные процессы механической трансмиссии гусеничного подвижного наземного объекта. Показано, что учет переходных процессов в расчетах позволяет повысить точность математического моделирования работы трансмиссии.

Ключевые слова: трансмиссия, коробка передач, планетарный редуктор, установившийся режим, переходный процесс, подвижный наземный объект, математическая модель.

Математическое моделирование подвижных наземных объектов (ПНО) предусматривает вычисление координат моделируемого объекта в пространстве с учетом статических и динамических характеристик объекта, внешних воздействий окружающей среды и управляющих воздействий оператора. Управление режимами работы механической трансмиссии гусеничного ПНО обусловлено конструкцией трансмиссии (рис. 1).

Рис. 1. Схема механической трансмиссии гусеничного ПНО

Управление осуществляется путем изменения передаточных чисел правой и левой коробок передач (КП). Процесс переключения передачи в большинстве современных КП невозможен под нагрузкой, что обуславливает необходимость отключения двигателя от трансмиссии (выключение сцепления) [1]. Также следует учитывать специфику управления двумя коробками передач: привод избирателя передач задает общее передаточное число, приводы поворота понижают передаточное число соответствующей КП на 1 передачу.

Таким образом, трансмиссия с двумя планетарными КП может функционировать в следующих установившихся режимах: пассивный режим (выключены обе КП - нейтральная передача), активный симметричный режим (включены обе КП - при разных передаточных числах - поворот, при одинаковых передаточных числах - прямолинейное движение), активный несимметричный режим (включена одна из КП - поворот относительно остановленного движителя). Установившиеся режимы удобно представить в виде таблицы (таблица).

Установившиесярежимы механической трансмиссии

№ У становив- № передачи Характеристика движения ПНО Возмож-

п/п шийся режим общий правой КП левой КП ные переходы

1 Пассивный режим -* - - Прямолинейное движение по инерции 2, 3

П=1 1 1 Прямолинейное движение вперед 1

П>1 п п-1 Движение вперед, поворот влево 1

П>1 п-1 п Движение вперед, поворот вправо 1

2 Активный симметричный режим п> 1 п-1 п-1 Прямолинейное движение вперед 1

п=-1 -1 -1 Прямолинейное движение назад 1

п<-1 п п+1 Движение назад, поворот влево 1

п<-1 п+1 п Движение назад, поворот вправо 1

п<-1 п+1 п+1 Прямолинейное движение назад 1

1 1 - Поворот вокруг левого движителя 1

3 Активный асимметрич- 1 - 1 Поворот вокруг правого движителя 1

ный режим -1 -1 - Поворот вокруг левого движителя 1

-1 - -1 Поворот вокруг правого движителя 1

* - коробка передач отключена.

Переход от одного активного установившегося режима к другому активному режиму осуществляется через переход на нейтральную передачу. Таким образом, возможны только переходные процессы с нейтральной

передачи на симметричную/несимметричную схему включения и обратно. Более подробное исследование каждого из режимов позволяет учитывать переходные процессы в трансмиссии при моделировании движения гусеничных ПНО.

Пассивный режим (нейтральная передача) характеризуется тем, что ПНО можно рассматривать как две независимые механические системы: силовую установку, работающую на холостом ходу и корпус, движущийся по инерции, т.к. системы механически не связаны (выключены обе коробки передач). Рассмотрим дифференциальные уравнения работы этих систем.

Движение корпуса по инерции:

п

т

му + х ^внеш. = о, м + X мг- = о,

/=1 /=1

где /гвнеш. - ¿-я внешняя сила, действующая на корпус ПНО [2];

М/внеш. - ¿-й внешний момент, действующая на корпус ПНО [2]; т, п - количество внешних моментов и сил, действующих на корпус ПНО соответственно; V - продольное ускорение ПНО; V - угловая скорость ПНО по углу курса.

Работа двигателя на холостом ходу (в общем виде):

--М

ст :

где J д - момент инерции подвижных частей силовой установки, О д - угловая скорость выходного вала двигателя, М вс - момент внутренних сил сопротивления, М ст - момент, создаваемый сгоранием топлива.

Переходный процесс также можно рассматривать как работу двух независимых систем, но в отличие от нейтральной передачи системы связаны через сцепление. Момент сцепления может быть рассчитан по следующей формуле [3]:

Мсц = (1 - а сц М сцтах .

Момент сцепления является движущим по отношению к корпусу ПНО, т.о. движение корпуса является ускоренным. Дифференциальное уравнение движения корпуса:

для несимметричного режима

п

М„л,

му + X ^внеш = сц п

г=1

т

'в.к

г=1

в.к

или

Л0 + X Мвнеш =^цп Г;

п

г=1

т

М„лТ

му + X ^внеш = сц

в.к

М„Лг

ло + х Мвнеш =^цл г

г=1

в. к

для симметричного режима

п

ыу + х ^

г=1

внеш

Ы сц

к

в.к

т

3 + х ы-

г=1

внеш

Ысц (гп 7 л ) Т

. Ту.

в.к

Момент сцепления также является нагрузкой, действующей на двигатель, под воздействием которой происходит снижение оборотов. Дифференциальное уравнение работы двигателя:

3 д д + Ы вс + Ы сц = Ы ст .

Установившийся режим характеризуется тем, что ПНО рассматривается как одна сложная механическая система, для описания которой используется одно дифференциальное уравнение, основой которого является уравнение работы двигателя:

3д д + Ывс + Ысц = Ыд .

Момент нагрузки на двигателе Ыд при симметричном режиме

Ы

Ыд = И1П.В.К +

Ы

л.в.к

Ы

п.в.к *л

• и + Ы

• 7

л.в.к (п

л

7п •7 л

Подстановка значений моментов на ведущих колесах в уравнение двигателя позволяет вычислить значение угловой скорости выходного вала двигателя. Для расчета продольной и угловой скорости корпуса можно использовать следующие выражения: для симметричного режима

у = Уп + Ул = 1 2 2

2кдкв.к . 2кдкв.к

+

Уп - Ул

V 7п

г

л

= р д гв.к

7п +7 л 7п7л

2 Ь

у

2Ь

у

2кд кв.к 2кд гв.к

п

л

7п 7л

дв.к . . Т 7п7л ьу

для несимметричного режима

У = Ул = 1 22

2к д гв.к

л

ККв к

= —^  7п

д

У

л

2Т у 2Т у

2р д гв.к

л

кк

в.к

7 ь д

пу

1

1

Также необходимо рассмотреть условия, при которых трансмиссия работает в переходном или установившемся режиме. Условием переходного режима является неравенство угловых скоростей входного и выходного валов сцепления (в случае использования планетарной КП в качестве входного вала сцепления рассматривается выходной вал двигателя, а в качестве угловой скорости выходного вала сцепления - условная угловая скорость, равная продольной скорости ПНО, приведенной к выходному валу сцепления).

Условие выхода из переходного процесса

1п1л

V

ргв.к

Условием установившегося режима является превышение моментом сцепления передаваемого крутящего момента:

асц М с

Мд >(1

сцг сцтах '

В случае, если условие не выполняется, система переходит в неуста-новившийся режим.

На рис. 2 показан процесс разгона гусеничного ПНО с механической трансмиссией.

Рис. 2. Графики разгона гусеничного ПНО:

1 - продольная скорость ПНО; 2, 3 - угловые скорости входного и выходного валов трансмиссии соответственно;

4 - режим работы ПНО

Учет переходных процессов в расчетах позволяет повысить точность математического моделирования ПНО.

Список литературы

1. Бухарин Н.А., Прозоров В.С., Щукин М.М. Автомобили. Конструкция, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля. учеб. пособие для вузов. Л.: Машиностроение, 1973. 504 с.

2. Сергеев Л.В. Теория танка. М.: ВА БТВ, 1973. 493 с.

3. Сцепления транспортных и тяговых машин / И.Б. Барский [и др.]; под ред. Ф.Р. Геккера и др. М.: Машиностроение, 1989. 344 с.

D. Feofilov

Modes of mechanical transmission of tracked mobile ground objects

Steady state modes and transients of mechanical transmission of caterpillar moving ground targets are considered. It is shown that the inclusion of transitional processes in the calculations improves the accuracy of mathematical modeling of transmission.

Key words: transmission, gearbox, planetary reducer, steady state, transient, mobile ground object, mathematical model.

Получено 02.11.10