В статье приводятся результаты экспериментальных исследований неравномерности действия крутящих моментов на ведущих колесах гусеничного трактора из-за их перезацепления с гусеничной цепью. Исследования проводились на стенде, имитирующем режим полного буксования трактора при различных частотах вращения ведущих колес.
Ключевые слова:трактор, трансмиссия, силовая передача, гусеничная цепь, динамическая нагруженность, ведущее колесо.
Одним из наиболее существенных факторов, влияющих на неравномерность действия крутящего момента на участках трансмиссии гусеничного трактора, является ударное взаимодействие траков гусеницы с ведущим колесом при перезацеплении [1, 2, 3, 5]. По данным [2, 5], динамическая составляющая крутящего момента на участках от ведущих колес до главной передачи и далее по валопроводу может составлять до 60 % от средней. При выходе трактора из поворота и установившемся прямолинейном движении положение ведущих колес относительно друг друга может быть различным: угловое смещение зубьев левого колеса относительно правого может быть нулевым, т. е. зубья перезацепляются синфазно; относительный угол смещения зубьев не равен нулю, т. е. зубья перезацепляются несинфазно. Максимальный угол рассогласования при этом равен половине угла между соседними зубьями. В работе выполнено исследование характера изменения упругих моментов, возникающих на ведущих колесах гусеничного трактора семейства «Агромаш-90», при их синфазном (угол рассогласования равен 0 град.) и несинфазном (угол рассогласования равен 13,84 град.) относительном положении. Определен коэффициент внешних нагрузок [1] для различных относительных положений ведущих колес. Полученные данные использованы для определения внутренних динамических нагрузок, действующих на участках силовой передачи.
На первом этапе исследования разработана и изготовлена экспериментальная установка, включающая в себя гусеничный трактор, неподвижно закрепленный на раме и работающий в режиме полного буксования (рис. 1) Значения моментов на ведущих колесах записывались с помощью тензорезистивных датчиков, наклеенных на ступицу колеса по мостовой схеме (рис.2) и обрабатывались с помощью АЦП ZET 220.
Рис. 1. Общий вид экспериментальной установки
1- трактор; 2- сварная рама; 3- деревянные полозья; 4- кронштейн крепления
Рис. 2. Схема наклейки тензодатчиков на ведущее колесо
1 — тензодатчики, 2 — светочувствительный датчик прохождения зубьев
Рис. 3. Аналого-цифровой преобразователь ZET 220
Перед проведением исследований тензомост, измеряющий крутящий момент на валу заднего моста, протарирован. Проверена линейность характеристик мостов и получены масштабные отклонения параметров.
Трогание трактора с места и его движение осуществлялось на первой, второй и третьей передаче КПП при оборотах двигателя n=3000 об/мин. Время включения сцепления составляло t=0,5 с. Отметчики прохождения зубьев ведущих колес относительно датчика осуществлялись с помощью светочувствительных элементов.
На первом этапе эксперимента замеры момента выполнялись при нахождении зубьев левого и правого ведущих колес в несинфазном положении друг относительно друга (сдвиг фаз составлял половину угла между зубьями, j=13,84 град). На приведенных ниже рисунках две верхние осциллограммы являются реализацией записи отметчиков прохождения зубьев относительно корпуса, а нижняя — крутящего момента на ведущем колесе.
Рис. 4. Осциллограммы крутящих моментов на ведущем колесе при включенной в КПП; 1-ой передаче и несинфазном относительном положении ведущих колес: а) разгон трактора; б) установившиеся движение
Рис. 5. Осциллограммы крутящих моментов на ведущем колесе при включенной в КПП 2-ой передаче и несинфазном относительном положении ведущих колес:
а) разгон трактора; б) установившиеся движение
Рис. 6. Осциллограммы крутящих моментов возникающих на ведущем колесе, при включенной в КПП 3-ей передаче и несинфазном относительном положении ведущих колес
а) разгон трактора; б) установившиеся движение
На рисунках 7, 8 и 9 приведены результаты экспериментального исследования неравномерности крутящих моментов с относительным углом сдвига зубьев левого и правого колес 0 градусов, т. е. при их синфазной работе.
Рис. 7. Осциллограммы крутящих моментов на ведущем колесе при включенной в КПП 1-ой передаче и синфазном относительном положении ведущих колес:
а) разгон трактора; б) установившиеся движение
Рис. 8. Осциллограммы крутящих моментов на ведущем колесе при включенной в КПП 2-ой передаче и синфазном относительном положении ведущих колес:
а) разгон трактора; б) установившиеся движение
Рис. 9. Осциллограммы крутящих моментов на ведущем колесе при включенной в КПП
3-ей передаче и синфазном относительном положении ведущих колес:
а) разгон трактора; б) установившиеся движение
С помощью полученных осциллограмм определены коэффициенты неравномерности действия нагрузки, которые вычисляются по формуле [1, 2]:
K =Ммах / Мсред.
Полученные значения коэффициентов неравномерности для различных режимов работы трактора сведены в таблицу 1.
Таблица 1
Коэффициенты неравномерности действия внешних нагрузок
|
Взаимное положение ведущих колес |
Номер передачи |
|||
|
1 |
2 |
3 |
||
|
Несинфазное |
Ммакс |
712,8 |
366,6 |
534 |
|
Мсред |
273,4 |
158,5 |
193,2 |
|
|
Ki |
2,6 |
2,31 |
2,76 |
|
|
Синфазное |
Ммакс |
677,6 |
331 |
395 |
|
Мсред |
319,5 |
157,9 |
208,5 |
|
|
Ki |
2,12 |
2,1 |
1,89 |
|
Анализ полученных данных показал, что при разгоне трактора на первой передаче с несинфазным положением ведущих колес максимальный коэффициент неравномерности превышает более чем на 22 % коэффициент неравномерности при синфазном положении ведущих колес. На второй передаче превышение коэффициента неравномерности составляет 10 %, а на третьей передаче — 46 %. Значительное увеличение коэффициента неравномерности при установке ведущих колес несинфазно объясняется возникновением флуктуаций моментов сил упругости на валу колеса при перезацеплении. При несинфазной установке в момент зацепления тяговое усилие полностью передается через одно ведущее колесо. В следующий промежуток времени, когда ведущее колесо повернется на угол, равный половине угла между зубьями, момент на нем значительно уменьшается, а тяговое усилие будет передаваться соседним колесом. При синфазной установке ведущих колес тяговое усилие распределяется по бортам приблизительно равномерно и поровну. Поэтому пиковые значения крутящих моментов оказываются значительно ниже. Следует заметить, что значительное увеличение коэффициента неравномерности при включенной третьей передаче, вероятнее всего, связано с приближением частоты перезацепления ведущего колеса с гусеничной цепью к одной из собственных частот трансмиссии.
Проведенное исследование показало, что относительное положение ведущих колес гусеничного трактора по углу поворота значительно влияет на величину возмущающих моментов, действующих на трансмиссию.
Литература:
1. Солитерман Ю. Л., Славина Н. Б. Прогнозирование надежности деталей и агрегатов трансмиссий самоходных машин. Обзорная информация. — Минск, «БелНИИНТИ», 1992.
2. Солдаткин М. Т., Высоцкий М. С., Дронг И. И., Кашуба Б. Б. Проектирование и расчет зубчатых колес. Нормаль для автомобильной и тракторной промышленности. — Минск, 1965.
3. Шнайдман М. А. Динамика силовых факторов и показателей скоростного режима сельскохозяйственных агрегатов в условиях эксплуатации и методика их исследования (на примере агрегатов с гусеничным трактором ДТ-75М): Дис.... канд. техн. наук. — Волгоград, 1978.
4. Кузнецов Н. Г., Филатов А. И., Дегтярев Ю. П. Управление связи колебаний остова и ведущего колеса гусеничного трактора.// Совершенствование конструкций и использование машин в сельском хозяйстве / Сб. научн. трудов.- Волгоградский с.-х. институт. Волгоград, 1991.
5. Шеховцов В. В. Анализ и синтез динамических характеристик автотракторных силовых передач и средств для их испытания. Монография.– Волгоград, изд-во РПК «Политехник», 2004.
6. Свитачев А. И. Совершенствование методов анализа и синтеза динамических свойств силовой передачи трактора: Дис. … канд. техн. наук — Красноярск, 1989.
7. Крутильные колебания от основных эксплуатационных нагрузок в валопроводе силовой передачи трактора ВТ-100 / В. В. Шеховцов, М. В. Ляшенко, Вл.П. Шевчук, Н. С. Соколов-Добрев, К. В. Шеховцов // Международный научно-исследовательский журнал. –2013. — № 7 (ч. 2). — C. 125–128.
8. Исследование динамических характеристик трансмиссии сельскохозяйственного трактора 6-ого тягового класса / Вл.П. Шевчук, В. В. Шеховцов, Е. В. Клементьев, Н. С. Соколов-Добрев, А. В. Калмыков // Современные наукоёмкие технологии. –2013. –№ 2. –C. 44–49.
9. Оценка воздействия неравномерности крутящего момента ведущего колеса на нагруженность элементов трансмиссии ТТС / В. В. Шеховцов, Н. С. Соколов-Добрев, Ал.Ал. Козлов, А. В. Калмыков // Молодой учёный. –2011. –№ 6, ч. 1. –. 66–69.
10. Нагруженность участков трансмиссии от колебаний вследствие одновременного неравномерного действия основных эксплуатационных нагрузок / В. Борковски, Э. Цыпко, Б. Михаловски, А. В. Победин, В. В. Шеховцов, Н. С. Соколов-Добрев // Прогресс транспортных средств и систем — 2005: матер. междунар. науч.-практ. конф., (20–23 сент. 2005 г.) / ВолгГТУ и др. –Волгоград, 2005. –Ч.. –C. 265–266.
11. Соколов-Добрев, Н. С. Исследование влияния несинфазной перемотки гусениц на динамическую нагруженность трансмиссии на нерезонансных режимах / Н. С. Соколов-Добрев, В. В. Шеховцов, А. В. Победин // Doskonalenie konstrukcji oraz metod eksploatacji pojazdow mechanicznych = Совершенств. констр. и методов эксплуатации мех. трансп. средств: сб. ст. VIII междунар. симпоз., (11–13 дек. 2002) / Воен.-техн. акад. [и др.]. — Warszawa-Rynia (Польша), 2002. — Cz. I. — C. 337–342.
