авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Расчетно-экспериментальный метод повышения надежности элементов гидромеханической трансмиссии специального колесного шасси на основе отстройки параметрических

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Ушенин Алексей Сергеевич

Расчетно-экспериментальный метод повышения надежности элементов гидромеханической трансмиссии специального колесного шасси на основе отстройки параметрических субгармонических резонансов

Специальность 05.05.03 – Колесные и гусеничные машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Курган — 2013

Работа выполнена на кафедре гусеничных машин Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Курганский государственный университет» и в отделе механики транспортных машин Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институте машиноведения Уральского отделения Российской академии наук

Научный руководитель: Тараторкин Игорь Александрович, доктор технических наук, заведующий отделом механики транспортных машин Института машиноведения УрО РАН

Официальные оппоненты: Келлер Андрей Владимирович,

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО ЮУрГУ (Национальный исследовательский университет)

Лахтюхов Михаил Георгиевич,

кандидат технических наук, доцент

ФГБОУ ВПО Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (Национальный исследовательский университет)

кафедра «Колесные машины»

Ведущая организация: ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт транспортного машиностроения (ВНИИТрансмаш», г. Санкт-Петербург)

Защита диссертации состоится « 25 » сентября 2013 г., в 15 00 на заседании диссертационного совета Д 212.298.09 при ФБГОУ ВПО ЮУрГУ (НИУ) по адресу: 454080, г. Челябинск, проспект Ленина, 76.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮУрГУ.

Автореферат разослан « 23 » августа 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук профессор Лазарев Е.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В вооруженных силах Союзного государства России и Белоруссии большая часть тяжелого ракетно-артиллерийского вооружения, в том числе грунтовые мобильные ракетные комплексы «Тополь», «Тополь-М», «Ярс» и другие монтируются на специальных колесных шасси (СКШ) производства Минского и Курганского заводов колесных тягачей. Эти же СКШ широко применяются как транспортные средства и технологическое оборудование в нефтегазовом комплексе страны в экстремальных условиях эксплуатации Крайнего Севера и Западной Сибири. Кроме того, эти шасси эксплуатируются и требуют сервисного обслуживания во Вьетнаме, Таджикистане, Анголе, в Индии, Китае, Кипре и других странах. Указанные шасси оснащены по существу единой гидромеханической трансмиссией, надежность которой, во многом ограничена, в частности, долговечностью согласующих редукторов.

Фирма «Allison» предлагает проект модернизации СКШ путем монтажа своей моторно-трансмиссионной установки. Однако стоимость проекта составляет 14 млн. рублей, что почти в четыре раза превышает стоимость капитального ремонта всего СКШ. Повышение долговечности согласующих редукторов, разработка конструкций, их реализация, т.е. модернизация трансмиссии в процессе сервисного обслуживания и ремонта шасси является эффективным путем повышения надежности.

Особенностью рассматриваемой конструкции трансмиссии является введение согласующего редуктора с несколькими зубчатыми передачами, обеспечивающими не только кинематическое согласование характеристик двигателя и гидротрансформатора, но и привод агрегатов систем моторной установки. Экспериментально установлено, что в данной конструкции наблюдается субгармонический резонанс при частотах возмущения кратно превышающих частоту свободных колебаний нелинейной системы. Существенная нелинейность системы обусловлена раскрытием зазоров в зубчатых передачах и известные методы исключения резонансов в данном случае неэффективны. В связи с этим тема диссертационной работы, посвященной анализу условий возникновения субгармонических резонансных режимов в существенно нелинейной системе и обоснованию метода их отстройки является актуальной.

Цель и задачи исследования. Целью данной работы является определение путей повышения надежности элементов гидромеханических трансмиссий СКШ, разработка и реализация конструктивных решений, обеспечивающих отстройку от параметрических субгармонических резонансных колебаний на основе синтеза гасителя крутильных колебаний нового типа.

Указанная цель достигается решением следующих задач:

  1. Разработка расчетной схемы и математической модели трансмиссии СКШ как существенно нелинейной системы для анализа динамических процессов, их устойчивости.
  2. Проведение экспериментальных исследований динамической нагруженности трансмиссии СКШ на установившихся резонансных режимах и на переходных процессах.
  3. Обобщение результатов теоретических и экспериментальных исследований, разработка метода выбора параметров конструкции гасителей крутильных колебаний нового типа и оценка эффективности результатов исследований.

Решение этих задач позволит дополнить существующие методы расчета динамической нагруженности дотрансформаторной зоны трансмиссий транспортных машин, как нелинейной системы, создать предпосылки повышения надежности элементов гидромеханических трансмиссий.

Методология и методы исследования. Для решения поставленных в диссертационной работе задач проводится спектральный анализ исследуемых процессов, компьютерное моделирование динамики механической системы «дизельный двигатель – гаситель – насосное колесо гидротрансформатора» как существенно нелинейной, анализ условий возникновения субгармонических колебаний, их устойчивости, экспериментальное исследование динамической нагруженности, а также решается обратная задача выбора параметров упруго-диссипативной характеристики гасителя крутильных колебаний нового типа, обеспечивающих повышение надежности трансмиссии СКШ. Обработка экспериментальных данных велась на основе методов теории вероятности, частотного анализа в программных пакетах, MatLab, Mathcad 2014 и Statistica 5.5.

Научная новизна работы заключается в изучении закономерностей возникновения и обосновании способа исключения резонансных субгармонических режимов в системе «дизельный двигатель – гидромеханическая трансмиссия» на основе исследования динамики существенно нелинейной системы при полигармоническом возмущении от дизельного двигателя. В работе приводятся новые экспериментальные данные по динамической нагруженности в механической системе на установившихся резонансных режимах, при частотах возмущения кратно превышающих частоту собственных колебаний нелинейной системы, а также при переходных процессах пуска и останова дизельного двигателя, трогания СКШ с места, переключения передач и блокировке гидротрансформатора.

Новизна технического решения по отстройке субгармонических резонансных режимов за пределы рабочего диапазона частот работы двигателя подтверждена патентом Российской Федерации.

Практическая ценность. Разработан метод синтеза гасителя крутильных колебаний, обеспечивающий отстройку субгармонических резонансных режимов в существенно нелинейной системе. Разработана конструкция согласующего редуктора с гасителем нового типа, которая позволила уменьшить амплитуду динамического момента в дотрансформаторной зоне в 5…6 раз и вывести резонансный режим за пределы рабочего диапазона частот вращения двигателя, тем самым создав предпосылки обеспечения требуемой долговечности элементов трансмиссии. Предложенная конструкция гасителя крутильных колебаний максимально унифицирована для семейства СКШ производства Минского и Курганского заводов колесных тягачей и реализуется в процессе выполнения сервисных и ремонтных работ.

На защиту выносятся закономерности возникновения и способ исключения резонансных параметрических субгармонических колебаний в системе «дизельный двигатель – гидромеханическая трансмиссия» на установившихся режимах работы при частотах возмущения кратно превышающих частоту собственных колебаний нелинейной системы, новые экспериментальные данные по динамической нагруженности в механической системе при переходных процессах пуска-останова двигателя, трогания СКШ с места, переключения передач и блокировке гидротрансформатора, а также конструкция согласующего редуктора с гасителем нового типа, позволяющая осуществить отстройку субгармонических резонансных режимов.

Реализация работы. Теоретические и экспериментальные исследования отражены в 2 отчетах о НИР, подготовленных по результатам выполнения государственных контрактов №7826р/11397 от 15.04.2010, №9874р/11397 от 11.01.2012 с Федеральным государственным бюджетным учреждением «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере». Разработанная конструкция согласующего редуктора с гасителем нового типа внедрена и используется предприятием ООО «Технотранс», г. Курган при выполнении ремонтных и сервисных работ трансмиссий СКШ.

Результаты работы используются также в учебном процессе при подготовке студентов специальности 190110 в Курганском государственном университете.

Степень достоверности результатов. Достоверность научных результатов работы подтверждается корректностью постановки задач и применяемых методов нелинейной теории колебаний, базирующейся на фундаментальных трудах отечественных и зарубежных ученых. Результаты численного моделирования динамики системы с использованием разработанной математической модели, согласуются с экспериментальными данными в исследуемом частотном диапазоне. Расхождение, наблюдаемое по частоте и амплитуде момента, не превышает 7…10%, что связано с отклонением начальных условий при моделировании. Достоверность подтверждена результатами измерений с использованием современной высокоточной измерительной аппаратуры.

Апробация результатов работы. Основные положения и материалы работы докладывались и обсуждались: на VII Межрегиональной научно-практической конференции «Инновационные технологии, системы вооружений и военной техники, наука и образование» (Броня 2012). – Омск, 2012; на X Международной научно-технической конференции «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса», Екатеринбург, 2012; на 71-ой научно-методической и научно-исследовательской конференции Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) – Москва, 2013; на XVI Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы защиты и безопасности», Санкт-Петербург, 3-6 апреля 2013; на первой международной научно-практической конференции «Инновации и исследования в транспортном комплексе», 23-24 мая 2013 г.; на научных семинарах кафедры гусеничных машин КГУ 2011 – 2013 гг.

В полном объеме диссертационная работа обсуждалась на объединенных семинарах Курганского и Южно-Уральского государственных университетах и на научном семинаре ИМАШ УрО РАН.

Публикации. Все основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах, в том числе 6 статей, из них 3 в изданиях перечня ВАК РФ, 1 патент РФ на полезную модель, 1 отчет о НИР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов основного текста, выводов, списка использованных источников и приложений. Содержание работы изложено на 125 страницах текста, включающих 54 рисунка, 8 таблиц, списка использованных источников из 75 наименований и шести приложений.

      1. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы. Дана краткая характеристика состояния проблемы, поставлена цель и задачи исследования, сформулированы научная новизна и практическая ценность результатов, приведены основные положения, которые выносятся на защиту.

В первом разделе (Состояние вопроса, степень разработки темы и обоснование задач исследования) приводятся характерные повреждения деталей гидромеханических трансмиссий СКШ и анализ научных работ, посвященных повышению надежности конструкции путем уменьшения динамических нагрузок.

Динамическая нагруженность трансмиссии определяется воздействием значительных по величине знакопеременных моментов, возникающих при резонансах на установившихся режимах, а также при переходных процессах пуска двигателя и останова, разгона и торможения машины, переключении передач и блокировке гидротрансформатора.

Следует отметить, что высокая динамическая нагруженность моторно-трансмиссионных установок, соответственно и ограниченная долговечность их элементов, характерна для транспортных машин, оснащенных дизельным двигателем и гидромеханической трансмиссией. В большинстве конструкций это вызвано сложностью исключения резонансных режимов в зоне «дизельный двигатель–гидромеханическая трансмиссия» (так называемой дотрансформаторной зоне). В выполненных в последнее время опытно-конструкторских работах показано, что резонансный режим возникает при совпадении собственной частоты дотрансформаторной зоны с одной из основных моторных гармоник двигателя на определенном скоростном режиме. В этих же работах предложены методы синтеза гасителя крутильных колебаний, исключающих резонансный режим.

Следует указать, что наибольшее количество поломок элементов механической системы «дизельный двигатель – трансмиссия - транспортная машина» приходится именно на участок между дизелем (возбудителем механических колебаний) и насосным колесом гидротрансформатора, о чем свидетельствует статистика отказов.

Значительный вклад в разработку методов исследования и способов уменьшения динамических нагрузок в механических приводах внесли П.М. Алабужев, К.В. Фролов, В.И. Бабицкий, М.З. Коловский, И.И. Вульфсон, В.В. Гурецкий, Ф.А. Фурман, Г.Я. Пановко, Дж. П. Ден-Гартога, В.Л. Вейц, А.Е. Кочура, М.Д. Генкин и ряд других авторов. Приводится анализ принципов динамического гашения колебаний.

Проблемы снижения динамической нагруженности трансмиссий транспортных машин решается многими отечественными и зарубежными фирмами. Предлагаемые исследователями способы оптимизация упруго-инерционных параметров системы, обеспечивающих вывод резонансных режимов работы за пределы рабочего диапазона, не всегда могут быть реализованы из-за конструктивных, технологических и экономических ограничений. Эта задача решается обычно путем линеаризации системы, поэтому частоты и формы собственных колебаний не всегда соответствуют действительным.

Решение конкретных задач затруднено отсутствием объективной оценки выбора типа конструкции гасителя и определения его параметров. Это предопределяет большой объем экспериментальных и доводочных работ на этапе создания конструкции, когда внесение изменений требует существенных затрат времени, труда и материалов.

Базой выполняемых исследований являются научные разработки Геккера Ф.Р., Лукина П.П., Успенского И.Н., Швецова В.Т., Иванова Ю.Б., Полунгяна А.А., Лахтюхова М.Г., а так же труды научных школ: Военной академии БТВ, ВНИИ Трансмаш, МГТУ им. Баумана, Объединенного института машиностроения НАН Беларуси, МАМИ, МАДИ, НАТИ, НАМИ и БНТУ. Наиболее полно методика исключения резонансных режимов на основе синтеза гасителей колебаний изложена в работах Белоутова Г.С., Полунгяна А.А., Лахтюхова М.Г., Гришкевича А.И., Тараторкина И.А. Решение этой проблемы изложено в методиках и справочной литературе фирмы Centa (Германия). Результаты исследования этой фирмы, ее разработки находят широкое применение в мировом машиностроении, в том числе, и в России. Однако известные работы не позволяют в достаточной степени учесть существенные нелинейности упругих характеристик, свойственных исследуемой системе.

На основе анализа научных работ, посвященных исследованию и проектированию гасителей колебаний сделано заключение, что снижение динамической нагруженности и синтез гасителя при учете реальных нелинейных свойств, порождающих субгармонические параметрические колебания и резонансы, не представляется возможным из-за сложной взаимосвязи элементов системы. В работе обоснована необходимость проведения теоретических и экспериментальных исследований с использованием современных методов нелинейной механики, оценки устойчивости параметрических колебаний, имитационного моделирования и обработки экспериментальных данных.

Во втором разделе (Теоретическое исследование динамической нагруженности) представлены общая структурная схема системы «дизельный двигатель – трансмиссия – транспортная машина» и математическая модель прямолинейного движения, на основе которых определены формы и частоты свободных колебаний, исследована устойчивость возможных периодических решений.

Гидромеханическая трансмиссия является сложной разветвленной механической нелинейной системой переменной структуры, содержащей кольцевые элементы. Подробный анализ данной модели позволил сделать вывод о том, что динамический момент на валах трансмиссии формируется:

  • периодической составляющей момента дизельного двигателя, как на стационарных, так и на нестационарных режимах работы;
  • динамикой механической системы при переходных процессах трогания с места, разгона, переключения передач и блокировки гидротрансформатора.

В работе показано, что динамическая нагруженность элементов конструкции согласующего редуктора, лимитирующих долговечность моторно-трансмиссионной установки в целом рассматриваемого семейства тягачей, может быть эффективно определена на основе исследования динамики двухмассовой системы – так называемой дотрансформаторной зоны. Эта система включает маховик двигателя, насосное колесо гидротрансформатора, соединенные с ними элементы моторно-трансмиссионной установки и согласующий редуктор. Характер взаимосвязи между этими двумя массами формируется упруго-диссипативными характеристиками гасителя крутильных колебаний и зубчатых передач согласующего редуктора. Анализ динамического процесса в рассматриваемой системе и определение путей снижения динамической нагруженности ведутся на основе математической модели дотрансформаторной зоны гидромеханической трансмиссии как нелинейной двухмассовой системы. Введением координаты относительного углового перемещения модель приводится к виду нелинейного дифференциального уравнения (1)

(1)


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.