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].
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].
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.
а
б
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: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=31329 (дата обращения: 23.04.2024).