Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,969

ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННОЕ Формирование СОБСТВЕННОГО ЧАСТОТНОГО СПЕКТРА СТЕНДА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ТРАНСМИССИЙ ТРАКТОРОВ

Шеховцов В.В. 1 Ходес И.В. 1 Шевчук В.П. 1 Соколов-Добрев Н.С. 1 Шеховцов К.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет»
В статье описан метод формирования спектра собственных частот стенда для испытаний трансмиссий тракторов. В общем случае состав трансмиссий трактора и стенда, а также упруго-инерционные параметры их элементов существенно различны. Вследствие этого нагруженность деталей от крутильных колебаний в трансмиссиях трактора и стенда также существенно отличается. Это отличие становится особенно велико, когда частота воспроизводимой на стенде нагрузки приближается к одной из собственных частот трансмиссии стенда. Из-за этого результаты испытаний на стенде могут быть недостоверными. Предложенный метод позволяет на стадии проектирования целенаправленно формировать спектр собственных частот стенда, включая в него основные собственные частоты трансмиссии трактора. При этом наиболее опасные для прочности и долговечности деталей резонансные режимы в трансмиссиях стенда и трактора будут иметь место на тех же самых частотах, что повышает достоверность стендовых испытаний трансмиссий.
испытания трансмиссий
стенд
спектр собственных частот
упруго-инерционные свойства элементов
крутильные колебания
нагруженность
достоверность испытаний
1. Шеховцов В.В. Разработка стендов и управления их динамическими свойствами для испытания трансмиссий тракторов: дис. ... канд. техн. наук / Волгоградский политехнический институт (ВолгПИ). – Волгоград, 1990. – 256 с.
2. Шеховцов В.В. Разработка стендов и управления их динамическими свойствами для испытания трансмиссий тракторов: автореф. дис. ... канд. техн. наук / Волгоградский политехнический институт (ВолгПИ). – Волгоград, 1990. – 22 с.
3. Шеховцов В.В. Управление динамическими свойствами силовых передач стендов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 1997. – № 11. – C. 32–35.
4. Шеховцов В.В. Справочные графические комплексы для формирования спектра собственных частот силовой передачи: Справочник // Инженерный журнал. – 1998. – № 11. – C. 59–64.
5. Разработка конструкций, экспериментальные и расчетные исследования тягово-транспортных средств / А.В. Победин, Е.И. Тескер, Вл.П. Шевчук, А.В. Котовсков, В.В. Шеховцов, М.В. Ляшенко, И.В. Ходес // Наука – производству. – 2000. – № 1. – C. 44–48.
6. А.с. 1332173 (СССР), МКИ G 01 М 13/02. Стенд с замкнутым силовым контуром для испытания трансмиссий транспортных средств / И.В. Ходес, В.В. Шеховцов; ВолгПИ. № 4051734/31-11; Заявл. 07.04.86; Опубл. 23.08.87; Бюл. № 31 / Открытия. Изобретения. – 1987. – № 31.
7. Шеховцов В.В. Влияние демпфирования на нагруженность участков силовой передачи трактора Т-5 «Дончак» на резонансных режимах // Техника машиностроения. – 2002. – № 4. – C. 107–113.
8. Шеховцов В.В. Влияние динамической связанности и параметров звеньев трансмиссии на передачу энергии крутильных колебаний // Известия вузов. Машиностроение. – 2002. – № 9. – C. 9–18.
9. Шеховцов, В.В. Влияние крутильной жесткости валопровода трансмиссии на динамическую связанность колебаний ее звеньев // Техника машиностроения. – 2002. – № 6. – C. 32–36.
10. Исследование резонансных режимов силовой передачи трактора ВТ-100 / В.В. Шеховцов, Вл.П. Шевчук, С.В. Зленко, И.А. Долгов, В.В. Косенко, А.О. Куликов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 2002. – № 7. – C. 11–13.
11. Распространение крутильных колебаний в валопроводе силовой передачи трактора ВТ-100 / В.В. Шеховцов, Вл.П. Шевчук, С.В. Зленко, И.А. Долгов, В.В. Косенко, А.О. Куликов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 2002. – № 8. – C. 10–12.
12. Шеховцов, В.В. Влияние демпфирования на нагруженность участков силовой передачи трактора Т-5 «Дончак» на резонансных режимах / В.В. Шеховцов // Справочник. Инженерный журнал. – 2003. – № 7. – C. 26–31.
13. А.с. 1250877 (СССР), МКИ G 01 М 13/02. Стенд с замкнутым силовым контуром для испытания трансмиссии транспортных средств / В.П. Шевчук, И.В. Ходес, В.В. Шеховцов, В.Я. Тетерятников; ВолгПИ. – № 3888110/27-11; Заявл. 15.03.85; Опубл.15.08.86; Бюл. № 30 // Открытия. Изобретения. – 1986. – № 30.
14. А.с. 1422048 (СССР), МКИ G 01 М 13/02. Стенд с замкнутым силовым контуром для испытания агрегатов трансмиссии транспортных средств / И.В. Ходес, В.В.Шеховцов; ВолгПИ. – № 4190609/31-11; Заявл. 04.02.87; Опубл. 07.09.88; Бюл. № 33 // Открытия. Изобретения. – 1988. – № 33.
15. А.с. 1422049 (СССР), МКИ G 01 М 13/02. Стенд для испытания моторно-трансмиссионной установки транспортного средства // И.В. Ходес, В.В. Шеховцов, А.А. Скопп; ВолгПИ. – № 4190610/31-11; Заявл. 04.02.87; Опубл. 07.09.88; Бюл. № 33 // Открытия. Изобретения. – 1988. – № 33.

Показатели работоспособности и долговечности трансмиссий тракторов определяются как в результате полевых испытаний, так и испытаний на стендах. Чтобы результаты испытаний были достоверными, их режимы должны соответствовать режимам эксплуатационной нагруженности трансмиссий [1, 2, 11]. Однако в общем случае состав трансмиссий трактора и стенда а также упруго-инерционные параметры их элементов существенно различны [3, 4, 6, 11, 12, 13, 14, 15]. Так, в состав стендов обычно не включают ходовую систему, подвеску и ряд других узлов; стенды также обычно имеют электрический привод [1, 2, 6, 13, 14, 15]. В эксплуатации на динамическую нагруженность трансмиссии трактора оказывает влияние совместная работа каждого из ее узлов, имеющего прямое или косвенное влияние на прохождение через нее силового потока [7, 8, 9, 10, 11]. При стендовых же испытаниях на эту нагруженность оказывает влияние совместная работа испытуемой трансмиссии с узлами стенда, имеющими иные упруго-инерционные характеристики [1, 2, 3, 5]. Вследствие этого результаты испытаний в ряде случаев оказываются не отвечающими результатам эксплуатации [1, 2].

На динамическую нагруженность трансмиссии существенное влияние оказывают крутильные колебания в валопроводе, приводящие в эксплуатации к постоянному нарушению законов движения деталей [1, 2, 7, 8, 9, 10, 11, 12], а при испытаниях – к искажению режима испытаний. Характер крутильных колебаний [1, 2, 3, 11] в трансмиссиях трактора и стенда обычно бывает значительно разным.

Амплитуды крутильных колебаний масс трансмиссии вдали от резонанса обычно незначительны и не оказывают заметного влияния на нагруженность деталей [1, 2, 11]. Наибольшая нагруженность имеет место на резонансных и околорезонансных режимах, на которых накапливается основная часть усталостных повреждений деталей [7, 10]. Следовательно, для сближения условий работы трансмиссий на тракторе и на стенде необходимо, чтобы частоты собственных колебаний их масс совпадали или были близки, то есть чтобы собственные частотные спектры трансмиссий стендов включали в себя основные частоты из спектров трансмиссий тракторов [1, 2, 3].

Предложенная методика формирования частотных характеристик трансмиссии стенда, позволяющая сближать собственные частотные свойства трансмиссий испытательного стенда и трактора, предусматривает [1, 2, 3]:

1. Определение возможностей получения собственных частот трансмиссии трактора в спектре собственных частот стенда за счет изменения упруго-инерционных параметров его элементов и их сочетаний.

2. Исследование влияния параметров каждого из элементов трансмиссии стенда на изменение собственных частот.

3. Выбор элементов трансмиссии стенда, изменение упруго-инерционных параметров которых конструктивно наименее сложно.

4. Выполнение расчетных исследований и определение на их основе значений упруго-инерционных параметров изменяемых элементов стенда, при которых возможно получение в его спектре заданных собственных частот трансмиссии трактора.

В соответствии с методикой выполнено сближение собственных частотных свойств гидромеханических трансмиссий тракторов семейства ДТ производства ВгТЗ и разработанного на кафедре «Тракторостроение» стенда (рис. 1) с гидрозамкнутым силовым контуром [1, 2, 3].

pic_14.wmf

Рис. 1. Гидрокинематическая схема стенда: 1 – испытуемая трансмиссия с гидротрансформатором, 2 – согласующий редуктор, 3 – приводная балансирная машина, 4 – раздаточная коробка, 5 – нагружающий гидронасос, 6 – нагружающий гидромотор

Для расчетного анализа созданы динамические модели трансмиссий, при этом полная динамическая модель трансмиссии трактора включает в себя 33 сосредоточенные массы, редуцированная – 11, соответственно модели стенда 63 и 14 масс. На рис. 2 представлен полученный расчетным путем при помощи созданного на кафедре программного комплекса DASP [1, 2] спектр собственных частот трансмиссии трактора на первой передаче (ширина околорезонансной зоны для каждой собственной частоты принята равной 5 % от ее значения) и спектр собственных частот трансмиссии стенда с первоначальными и с измененными значениями параметров. Цифрой 1 обозначен спектр стенда до изменения параметров, цифрой 2 – спектр трактора, цифрой 3 – спектр стенда после изменения параметров. Как видно из рис. 2, пять собственных частот трансмиссий стенда и трактора соответствуют друг другу, пять – не соответствуют; таким образом, в собственном частотном спектре стенда необходимо получить частоты 11,6; 13,7; 205,1 и 302,5 Гц, присутствующие в спектре трансмиссии трактора.

В соответствии с описанной методикой и при помощи программ пакета DASP [1, 2, 3] выполнено исследование возможностей получения в спектре стенда необходимых значений собственных частот. Как показали результаты исследования [3], далеко не каждое изменение моментов инерции масс и жесткости связей (или их сочетаний) может привести к получению в спектре трансмиссии стенда заданной собственной частоты. К тому же при получении в спектре заданных собственных частот изменяются упруго-инерционные параметры элементов, что влечет за собой изменение других собственных частот. Поэтому предварительно следует определить влияние на собственные частоты параметров тех элементов, которые конструктивно возможно изменять [3]. Здесь одним из препятствий является то, что, в соответствии с расчетом, для получения заданной собственной частоты некоторые параметры должны принять отрицательное значение и, следовательно, таким изменением параметров данная собственная частота не может быть получена [3]. Для примера в табл. 1 приведены различные варианты сочетания моментов инерции масс и жесткости связей, за счет изменения которых определялась возможность получения в собственном частотном спектре стенда частоты 11,6 Гц.

Но в пределах одного варианта сочетания параметров возможно также несколько их взаимосвязанных изменений (например, уменьшение момента инерции массы с одновременным уменьшением жесткости связи) при условии сохранения заданной собственной частоты. Так, например, при рассмотрении варианта 23 (табл. 1) в табл. 2 показана возможность получения собственной частоты 14,2 Гц одновременным изменением момента инерции массы I2 и жесткости связи C1 [1].

pic_15.wmf

Рис. 2. Собственные частотные спектры силовых передач стенда и трактора

Таблица 1

Определение возможности получения в спектре стенда частоты 11,6 Гц

Номер варианта

Изменяемые динамические параметры

Результат

I1

I2

I3

I12

I13

I14

C1

C2

C10

C11

C12

C13

Отриц. момент инерции

Отриц. жесткость

Получ. возможно

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

+

+

+

+

+

+

 

 

 

 

 

 

+

+

+

+

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

+

+

+

+

 

 

 

 

 

 

+

+

+

+

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

+

Таблицы, подобные табл. 1 и 2, после выполнения расчетов составляются для каждой собственной частоты, которую следует получить в собственном спектре трансмиссии стенда. При этом возможно рассмотрение всех вариантов сочетаний изменяемых параметров и выбор оптимального с конструктивной точки зрения.

Таблица 2

Варианты значений C1 и I2 для получения собственной частоты 14,2 Гц

Номер варианта

Величины изменяемых динамических параметров

Изменяющиеся собственные частоты, Гц

I2, кг⋅м2

C1, Н⋅м/рад

1

2

3

4

23

12,38

3,7086

2,1199

1,4525

1,0852

1,0533

0,8528

30 966

18 319

13 007

10 083

8 232

8 062

6 956

9,0

8,9

8,8

8,6

8,5

8,4

8,3

14,2

14,1

14,1

14,1

14,1

14,1

14,3

40,5

41,8

43,2

44,5

45,9

46,1

47,5

413,9

416,4

419,1

422,1

425,3

425,7

429,5

Для облегчения этой задачи комплекс DASP и созданные для этой цели графические комплексы [4] обеспечивают возможность выполнить исследование влияния каждого из изменяемых параметров на собственные частоты модели. На рис. 3 для примера показано изменение собственных частот при изменении момента инерции первой массы I1 и жесткости ее связи С1.

аpic_16.wmfб

Рис. 3. Изменение собственных частот при изменении: а – момента инерции первой массы I1, б – жесткости ее связи С1

Таблица 3

Собственные частоты передач до и после изменения параметров

Номер собственной частоты

 

Собственные частоты, Гц

Трактор ДТ-175С

Испытательный стенд с ГЗСК

До изменения параметров

После изменения параметров

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1,0

11,6

13,7

71,8

205,1

236,3

302,5

649,1

1080,8

3060,5

1,1

8,7

28,4

33,3

38,7

56,6

72,9

236,2

247,3

258,2

611,0

649,1

1080,8

0,8

11,5

13,8

48,2

71,8

205,0

211,8

236,3

302,5

608,2

649,1

791,0

1080,8

Руководствуясь данными графических комплексов [4] и табл. 1 и 2, а также характером изменения собственных частот при изменении параметров по графикам рис. 3, подбирают оптимальные значения изменяемых параметров остальных элементов стенда для максимального сближения частотных спектров трансмиссий трактора и стенда. В табл. 3 приведены значения собственных частот трансмиссий трактора и стенда до и после изменения параметров, когда частотный спектр стенда уже включает в себя все искомые собственные частоты трансмиссии трактора [1, 2, 3]. Колебания с очень высокими, акустическими частотами имеют пренебрежительно малое влияние на нагруженность, поэтому частоту 3060,5 Гц в спектре стенда получать не обязательно.


Библиографическая ссылка

Шеховцов В.В., Ходес И.В., Шевчук В.П., Соколов-Добрев Н.С., Шеховцов К.В. ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННОЕ Формирование СОБСТВЕННОГО ЧАСТОТНОГО СПЕКТРА СТЕНДА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ТРАНСМИССИЙ ТРАКТОРОВ // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 2. – С. 50-54;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=31329 (дата обращения: 19.08.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252