Экспериментальное исследование бесступенчатой гидрообъемно-механической трансмиссии

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Международный Научный Институт & quot-Educatio"- III (10), 2015
6
Технические науки
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ БЕССТУПЕНЧАТОЙ ГИДРООБЪЕМНОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ
Самородов В. Б,
д-р. техн. наук, проф. НТУ «ХПИ», Харьков
Митцель Н. А, аспирант НТУ «ХПИ», Харьков Бурлыга М. Б,
ассистент КрНУ им. М. Остроградского, Кременчуг
АННОТАЦИЯ
Экспериментальное исследование бесступенчатой гидрообъемно-механической трансмиссии /В. Б. Самородов, М. Б. Бурлыга //Втник НТУ «ХП1». Серiя: Автомобше- та тракторобудування, 2015. — № (). — С. — Бiблiогр.: 3 назви.
Запропонована ктематична схема стенда, що Штуе роботу безступтчатог гiдрооб’eмно-механiчноi транс-мiсii. Проведено експериментальне до^дження на стендi параметрiв безступтчатог гiдрооб'-емно-механiчноi транс-мiсii. Наведет розраховаш за допомогою комплексного пакету MATHCAD залежностi параметрiв навантаження гiдрооб'-емно-механiчноi трансмiсii i гiдрооб'-емноi передачi вiд часу навантаження.
Ключовi слова: гiдрооб'-емно-механiчна трансмiсiя, гiдрооб'-емна передача, тиск навантаження, тиск тджив-лення, гiдромотор.
ABSTRACT
The kinematic diagram of test bench that simulates a continuously variable getobjname-mechanical transmission is proposed. The stepless getobjname-mechanical transmission parameters are investigated on the stand by experiment. The calculated through a comprehensive package MATHCAD based loading parameters of getobjname-mechanical transmission and hydrostatic transmission from the time of loading.
Keywords: getobjname-mechanical transmission, hydrostatic transmission, pressure load, pressure feed, the hydraulic
motor.
Предложена кинематическая схема стенда, имитирующего работу бесступенчатой гидрообъемно-механической трансмиссии. Проведено экспериментальное исследование на стенде параметров бесступенчатой гидрообъемномеханической трансмиссии. Приведены рассчитанные с помощью комплексного пакета MATHCAD зависимости параметров нагружения гидрообъемно-механической трансмиссии и гидрообъемной передачи от времени нагружения.
Ключевые слова: гидрообъемно-механическая трансмиссия, гидрообъемная передача, давление нагрузки, давление подпитки, гидромотор.
Введение. Один из механизмов развития тракторостроения Украины состоит в использовании достижений ведущих мировых тракторопроизводящих фирм, таких, как «Fend», «Class», «Case И Steyr», «Deutz-Fahr», «Caterpillar», «Massey Ferguson» и др [1].
В основном тракторы этих фирм оснащены двухпоточными бесступенчатыми гидрообъемно-механическими трансмиссиями (ГОМТ) на базе гидрообъемных передач (ГОП) аксиально-поршневого типа.
Анализ последних достижений и исследований. Ученые кафедры «Автомобиле- и тракторостроения» НТУ «ХПИ» совместно со специалистами АО «ХТЗ» разработали инновационную двухпоточную бесступенчатую гид-рообъемно-механическую трансмиссию ГОМТ-1С для колесных тракторов, которая увеличивает их производительность, экономит топливо и одновременно с этим существенно уменьшает психофизические нагрузки на тракториста. Созданная бесступенчатая ГОМТ-1С для линейки колесных тракторов АО «ХТЗ» является первой оригинальной патентозащищенной на постсоветском пространстве трансмиссией. При этом новая трансмиссия значительно дешевле указанных выше зарубежных аналогов
и позволяет тракторам производства ХТЗ оставаться в бюджетном сегменте рынка.
На данном этапе опытные образцы трансмиссии уже изготовлены, проведены заводские стендовые и ходовые натурные испытания в составе трактора, которые подтвердили эффективность созданной бесступенчатой трансмиссии. В настоящее время новая ГОМТ-1С установлена на трактор ХТЗ-210 с двигателем Д-260, на котором отрабатывается ее микропроцессорная система управления и работа в составе трактора при выполнении транспортных и сельскохозяйственных технологий.
Параллельно с созданием новой тракторной трансмиссии на кафедре «Автомобиле- и тракторостроения» НТУ «ХПИ» был изготовлен впервые на Украине универсальный стенд, имитирующий работу бесступенчатых двухпоточных ГОМТ как с дифференциалом на входе, так и с дифференциалом на выходе. Вместе с другими сотрудниками указанной кафедры авторы принимали активное участие в разработке, запуске и научных исследованиях на стенде ГОМТ-ХПИ. Общий вид стенда представлен на рис. 1.
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- III (10), 2015 _ Технические науки
Рисунок 1 — Общий вид стенда ГОМТ-ХПИ
Цель и постановка задачи. Подготовка стенда ГОМТ-ХПИ для проведения эксперимента по определению основных параметров бесступенчатой гидрообъемно-механической трансмиссии. Отработка на стенде надежной записи чисел оборотов и крутящих моментов на валах приводного электродвигателя, нагрузочного тормоза- чисел оборотов на валу объемного гидромотора- высокого давления нагрузки и давления подпитки в гидромашинах ГОП для дальнейшего сравнения с результатами математического моделирования параметров ГОМТ с помощью программного пакета MATHCAD.
Материалы и результаты исследований. Исследовательский стенд ГОМТ-ХПИ смонтирован на мощной монтажной плите. Для проведения эксперимента на стенде использованы следующие датчики:
— индуктивные датчики частоты вращения (ИДС) —
— датчики для измерения давления-
— тензорные датчики для измерения крутящего момента.
Кинематическая схема стенда представлена на
рис. 2.
Г 3 I- 4
-L ЭЛ — электродвигатель.
___ ПТ — порошковый тормоз,
ЛЧВ 2 ~ датчик частоты вращения,
ДКМ — датчик крутящего момента:
ИЛП — индикатор давления (магистраль подпитки! ИЛВ — индикатор давления (магистраль высокого давления!
9
Рисунок 2 — Кинематическая схема стенда: 1 — электродвигатель- 2 — порошковый тормоз- 3 — датчик частоты вращения вала электродвигателя- 4 — датчик крутящего момента- 5 — редуктор- 6 — вал- 7 — индикатор давления (магистраль подпитки) — 8 — гидро-объемная передача (насос — мотор) — 9 — индикатор давления (магистраль высокого давления) — 10 — муфта- 11 — редуктор- 12 — муфта- 13 — коробка передач- 14 — шестерня- 15 — редуктор- 16 — муфта- 17 — вал-
18 — датчик крутящего момента- 19 — датчик частоты вращения ГОП- 20 — датчик частоты вращения тормоза-
21 — шестерня.
Тензорные датчики наклеивались на валах 16 и 17 по схеме, компенсирующей тепловое воздействие [2]. Подробное описание схем, принципа работы и настройки электронных тензометрических датчиков крутящего момента приведены в работе [3]. Технические особенности системы управления наклонной шайбой гидронасоса, которая была спроектирована для стенда ГОМТ-ХПИ раскрыты в работе [4].
Для преобразования аналоговых сигналов датчиков в цифровые использовался универсальный модуль с интерфейсом USB на базе ноутбука АЦП Е14−140М производства компании Л-кард (входных дифференцированных каналов 16, обычных — 32). Для создания крутящего момента на стенде использовался асинхронный электродвигатель мощностью 30 кВт, с 1450 об/мин и КПД 0,95. Для имитации нагрузочных усилий использовался тормоз ПТ100М- тормозной момент 0−1000 Нм, номинальная рассеиваемая мощность — 25 кВт.
Испытание ГОМТ проводилось на 7 каналах:
— 1 канал — число оборотов тормоза, датчик запитан от 30 В, число зубьев шестерни — 31-
— 2 канал — число оборотов электродвигателя, датчик АБС запитан от 5 В, число зубьев шестерни — 31-
— 3 канал — число оборотов гидромотора, датчик запитан от 12 В, число зубьев шестерни — 61-
— 4 канал — высокое давление гидромотора, сопротивление датчика R = 200 Ом-
— 5 канал — давление подпитки, сопротивление датчика R = 200 Ом-
— 6 канал — крутящий момент тормоза-
— 7 канал — крутящий момент электродвигателя.
С помощью нагрузки, создаваемой на тормозе 12, изменялись крутящие моменты, характеризующие работу ГОМТ.
Было проведено пять замеров на всех каналах.
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- III (10), 2015
8
Технические науки
Результаты эксперимента были обработаны с помощью комплексного программного пакета MATHCAD. Текстовые файлы с расширением TXT, в которых были записаны результаты эксперимента, были импортированы непосредственно в среду программы MATHCAD в виде матрицы. Из этой матрицы были построены графики эксперимента. После обработки этих графиков были получены результаты эксперимента на всех каналах для пяти случаев нагружения тормоза.
Частично матрица для первого случая нагружения представлена в табл. 1, где в нулевом столбце представлено время в секундах, а в столбцах 1−8 представлены результаты замеров в вольтах.
Графики характеристики изменения частоты вращения вала тормоза, вала электродвигателя и вала гидромотора от времени нагружения представлены на рис. 3. На графиках по оси Х отложено время испытания, а по оси Y — величина нагрузки в вольтах.
Таблица 1
Матрица для первого случая нагружения
№ п/п Время t, с Каналы (в вольтах)
0 1 2 3 4 6 7 8
1 0. 00 4. 910 5. 068 8. 620 0. 016 4. 5810−3 1. 782 0. 668
2 2. 5010−4 4. 907 5. 031 8. 623 0. 013 4. 2610−3 1. 782 0. 669
3 5. 0010−4 4. 909 5. 001 8. 624 0. 007 2. 0610−3 1. 782 0. 669
4 7. 5010−4 4. 909 5. 001 8. 625 0. 011 4. 5810−3 1. 782 0. 664
5 1. 0010−3 4. 907 5. 015 8. 627 0. 016 7. 9010−3 1. 791 0. 664
6 1. 2510−3 4. 909 5. 016 8. 628 0. 008 5. 5210−3 1. 791 0. 665
7 1. 5010−3 4. 909 5. 026 8. 627 0. 009 4. 7010−4 1. 791 0. 665
8 1. 7510−3 4. 907 5. 015 8. 627 0. 013 3. 3210−3 1. 792 0. 665
9 2. 0010−3 4. 907 5. 006 8. 631 0. 013 4. 7010−4 1. 792 0. 664
10 2. 2510−3 4. 907 5. 006 8. 631 0. 005 4. 7010−4 1. 791 0. 669
11 2. 5010−3 4. 907 5. 016 8. 628 0. 008 2. 0610−3 1. 792 0. 668
12 2. 75 • 10−3 4. 907 5. 021 8. 631 0. 014 2. 0610−3 1. 791 0. 669
13 3. 0010−3 4. 907 5. 030 8. 633 0. 009 3. 0010−3 1. 791 0. 669
14 3. 2510−3 4. 909 4. 996 8. 632 0. 007 8. 0510−3 1. 791 0. 668
в
Рисунок 3 — Характеристики изменения частоты вращения во времени: а — вала тормоза- б — вала двигателя- в — вала гидромотора
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- III (10), 2015
9
Технические науки
Числа оборотов считались по числу пиков за еди- валу тормоза и на валу электродвигателя от вре-
ницу времени. мени нагружения представлены на рис. 4.
Характеристики изменения высокого давления в ГОП, давления подпитки крутящего момента на
Рисунок 4 — Характеристики изменения во времени:
а — высокого давления в ГОП- б — давления подпитки- в — крутящего момента на валу тормоза- г — крутящего момента
на валу электродвигателя
Точная обработка сигналов каналов давления и крутящих моментов была выполнена с помощью комплексного программного пакета MATHCAD [5].
С помощью команды N: =last (P) графики на рис. 4 а — 4 г были очищены от шумов и построены в виде функциональной зависимости. Окончательно сигналы графика построены с помощью команды
Ps: =supsmooth (Z<-0>-, Z<-n>-), (1)
где 0 — канал времени, а n — номер задействованного канала, и представлены на рис. 5 а — 5 г.
На графиках по оси Х отложено значение времени (t) в секундах, а по оси Y — значение в вольтах. Для перевода графиков на рис. 5 а — 5 г в систему координат «Давление — Время» и «Крутящий момент — Время» использовались зависимости перевода, например, для давления Y (t) в ГОП:
Y (t)
X (t) • [МПа]
В
(2)
где [МПа] - величина давления (в МПа) —
[В] - величина сигнала в вольтах.
Таким образом, с помощью трассировки графиков на рис. 4 а — 4 г можно получить величины давления и крутящих моментов в любой момент времени.
В табл. 2 показаны выборочные числа оборотов, значения давления в ГОП, давления подпитки и величины крутящих моментов для пяти значений нагрузки тормоза в зависимости от времени.
Выводы.
В результате подготовки и проведения эксперимента на стенде ГОМТ-ХПИ определены основные параметры бесступенчатой гидрообъемно-механической
трансмиссии с дифференциалом на выходе — числа оборотов и крутящие моменты на валах электродвигателя, нагрузочного тормоза, числа оборотов на валах гидромашин гидропередачи, высокое давление нагрузки и давление подпитки. Полученные результаты позволяют сравнить экспериментальные данные с теоретическими расчетами по определению параметров ГОМТ.
Международный Научный Институт & quot-Educatio"- III (10), 2015
10
Технические науки
Рисунок 5 Зависимость параметров стенда ГОМТ-ХПИ от времени нагружения: а — высокое давление в ГОП- б — давление подпитки- в — крутящий момент на валу тормоза- г — крутящий момент на валу электродвигателя
Таблица 2
Результаты эксперимента
Нагрузка тормоза Каналы
число обор. вала тормоза, рад/с число обор. вала эл. -дв., рад/с число обор. гидро-мо- тора, рад/с высокое давление в ГОП, МПа давление подпитки, МПа крутящий момент на валу тормоза, Нм крутящий момент на валу эл. -дв., Нм
6 В- 0,01 А 5,06 162 61 8,540 4,950 80,326 253,012
9 В- 0,09 А 4,87 162 51 8,856 4,821 87,789 254,306
15 В- 0,19 А 3,69 162 61 11,963 6,356 78,738 272,998
19 В- 0,27 А 5,15 162 41 12,275 5,362 73,422 269,536
24 В- 0,31 А 4,87 162 41 12,446 5,028 81,886 246,147
Список литературы
1. Самородов В. Б. Критический обзор работ в области тракторных гидрообъемно-механических
трансмиссий / В. Б. Самородов, А. В. Рогов, М. Б. Бурлыга, Б. В. Самородов // Вшник НТУ «ХП1». Серiя «Автомобше- та тракторобудування». — 2003. № 10, т. 1. — С. 3 — 19.
2. Макаров Р. А. Тензометрия в машиностроении / Р.
А. Макаров, А. Б. Ренский, Х. Г. Боркунский. -Москва: Машиностроение, 1975. — 288 с.
3. Митцель Н. А. Датчик крутящего момента / Н. А. Митцель // Вестник НТУ «ХПИ»: зб. наук.
праць Серiя: «HOTi ршення в сучасних техно-лопях». — 2014. — № 48 (1090). — С. 3 — 9.
4. Самородов В. Б. Исследование свойств шагового электропривода как системы управления двухпоточной гидрообъемно-механической трансмиссией / В. Б. Самородов, Н. А. Митцель // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. — 2014. — № 5/7 (70). — С. 52 — 58.
5. Макаров Е. Инженерные расчеты в Mathcad 15 / Е. Макаров. — СПб.: Питер, 2011. — 400 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой