CC BY
15
УДК 621.83.062.1
САМОРОДОВ В.Б., д.т.н., професор (НТУ «ХП1»), БОНДАРЕНКО А.1., к.т.н., доцент (НТУ «ХП1»)
Експериментальне досл1дження робочих процес1в у пдрооб'емно-механ1чних трансм1с1ях з диференщалом на вход1 та з диференщалом на виход1
Samorodov V., Dr. of Technical Sciences, Professor (NTU «KhPI»), Bondarenko A., Ph.Dr. of Technical Sciences, Associated Professor (NTU «KhPI»)
Experimental research of working processes in hydrostatic-mechanical transmissions with a differential on the entrance and with a differential on an output
Вступ
1з-за необхщносп безстутнчастого регулювання швидкосп, спрощення конс-трукцп трансмюп, забезпечення плавност руху з мiсця, пiдвищення тягово'1' динамiки та ергономiчних властивостей при вико-наннi рiзноманiтних технологiчних опера-цiй, пiдвищення середнiх швидкостей руху, ефективного i рацiонального вирiшення за-вдання пiдведення та трансформацп по за-даних законах потужностi вщ двигуна до робочих органiв або рушив машини пос-тiйно збшьшуеться кiлькiсть самохiдних машин (СМ) з пдрооб'емно-мехашчними трансмiсiями (ГОМТ) та рiзноманiття ви-конуваних ними технологiчних операщй.
В той же час з появою нових типiв гь дромашин об'емного типу, пiдвищенням швидкостей руху СМ, особливо загостри-лась проблема збереження безпеки в ре-жимi гальмування.
Теоретичне дослщження процесу гальмування СМ з ГОМТ рiзноманiтного схемного виконання не можливе без попе-редньо'1' перевiрки адекватностi iснуючих математичних моделей, що описують ди-намiку ГОМТ, зокрема i в гальмiвному ре-жимi.
Анал1з досл1джень i публжацш
1з лiтератури [1 - 6] вщомий пiдхiд зi складання математичних моделей для опису динамши роботи ГОМТ, який реко-мендуеться для використання як при роз-гош СМ, так i 1'х гальмуванш, проте досi не дослiджено на скшьки доцiльне використання даних математичних моделей (тд-ходу).
Робочою групою кафедри автомо-бiле- i тракторобудування НТУ «ХП1» пiд керiвництвом завщувача кафедри, д.т.н., проф. Самородова В. Б. розроблений лабо-раторний стенд, за допомогою якого може виконуватися комплексне експериментальне дослщження робочих процеав у ГОМТ на рiзноманiтних режимах роботи. Стенд швидко переналаштовуеться як на роботу за схемою «диференщал на виходЬ», так i схемою «диференщал на входЬ» [7, 8].
Постановка задач1
Мета роботи полягае у експеримента-льному дослiдженнi робочих процеав у ГОМТ з диференщалом на входi та з диференщалом на виходi при реалiзащi процесу гальмування.
Для досягнення поставленоi мети не-обхiдно визначити вплив закошв змiни па-раметрiв регулювання гщромашин пд-
рооб'емно'' передачi (ГОП) е^), е2(^) та за-кошв змiни гальмiвного моменту М^ на основш параметри ГОМТ рiзних структур (розглядалися двi схеми: одна з диференщ-алом на входi, друга - з диференщалом на виход^ при реалiзащi процесу гальмування, а також перевiрцi адекватностi математич-них моделей ГОМТ (пiдхода до складання моделей), що наведенi в роботах [5, 6].
Основний матер1ал
На достовiрнiсть результатiв випро-бувань значною мiрою впливае методика дослiдження, тобто вибiр виду випробу-вань, ощнних критерпв, умов i режимiв проведення.
Необхщш умови при проведеннi дос-лвдв полягають в наступному:
- умови проведення випробувань по-виннi вщповщати умовам роботи ГОМТ в складi СМ при виконаннi рiзноманiтних технолопчних операцiй;
- дiапазон змiни параметрiв регулю-вання е1, е2 для схеми ГОМТ з диференщалом на виходi - е1е [-1;1], е2 = 1, з диференцiалом на входi - е1 е [0;1], е2
= 1; . .
- забезпечення е^валентносп ланок лабораторного стенду елементам ГОМТ.
Завдання випробувань полягають у визначенш кутових швидкостей валiв пд-ромотора а2, асинхронного двигуна а0 (ви-ходячи зi значення а0 встановлюеться i ку-това швидкють вала гiдронасоса порошкового гальмiвного механiзму тиску в нагштаючш магiстралi ГОП Р, тиску усмо-ктування Рр, рiвного за значенням тиску, що створюеться насосом пщпитки (в пода-льших розрахунках та порiвняльному ана-лiзi буде ф^урувати значення перепаду ро-бочого тиску в ГОП ДР=Р-Рр, так як саме АР визначаеться в процес теоретичних до-слiджень); крутного моменту на валу асинхронного двигуна М0 та на валу порошкового гальмiвного мехашзму Mg при здшс-неннi гальмування вала порошкового галь-
мiвного механiзму лише за рахунок змши параметра регулювання гiдронасосу е1, а також гальмування одночасно за рахунок змши гальмiвного моменту М& та параметра регулювання гидронасосу е1 при збереженш в усiх випадках кiнематичного зв'язку з двигуном.
Об'ектом випробувань виступають ГОМТ з диференщалом на входi та з диференщалом на виход^ кожна з яких склада-еться з планетарного ряду (ПР), ГОП з мак-симальним робочим об'емом пдромашин по 33 см3, редукторiв та з'еднувальних ва-лiв.
Спрощеш структурнi схеми ГОМТ зi стендiв наведенi на рис. 1, схеми стендiв на рис. 2 - 3, загальний вигляд стендiв на рис. 4 - 5.
а)
б)
Рис. 1. Спрощеш структуры схеми ГОМТ зi стендiв: а - з диференщалом на виходц б - з диференщалом на входц АД - асинхронний двигун; ПГМ - порошковий гальмвний механiзм; к - внутршне передавальне вiдношення ПР [9]; ^ - передавальне вщношення редуктора.
Рис. 2. Схема стенду ГОМТ з диференщалом на виходг 1 - регульований гщронасос; 2 - нерегульований пдромотор; 3, 5, 6, 9 - редуктор; 4 - ПР; 7, 10, 33 - зубчастий венець для шдуктивного датчика частоти обертсв;
8 - порошковий гальмiвний механiзм; 11 - асинхронний двигун; 12 - система охолодження порошкового гальмiвного мехашзму; 13, 14 - датчик надлишкового тиску; 15 - джерело живлення датчиюв надлишкового тиску (36 В); 16 - джерело живлення крокового двигуна (40 В); 17 - драйвер крокового двигуна; 18 - кроковий двигун; 19, 22, 28 - шдуктивний датчик частоти обертсв; 20, 23 - джерело живлення шдуктивного датчика частоти обертсв (12 В); 21, 25 - блок прийому по радюканалу, обробки та цифро-аналогового перетворення сигналiв з тензомоста; 24, 26 - блок пщсилення сигналiв тензомоста, аналого-цифрового перетворення та передачi по радюканалу; 27 - джерело живлення порошкового гальмiвного мехашзму; 29 - джерело живлення шдуктивного датчика частоти обертсв (5 В); 30 - аналого-цифровий перетворювач; 31 - ноутбук; 32 - система охолодження мастила в ГОП;
34, 35 - джерело живлення блоку прийому по радюканалу, обробки та цифро-аналогового перетворення сигналiв з тензомоста (5 В).
6 35 2% 21 22
30 23
х25 \ 9 \28
Рис. 3. Схема стенду ГОМТ з диференщалом на входi (позначення аналопчш рис. 2)
Рис. 4. Загальний вигляд стенду ГОМТ з диференщалом на виxодi (позначення аналопчш рис. 2)
Рис. 5. Загальний вигляд стенду ГОМТ з диференщалом на вxодi (позначення аналопчш рис. 2)
Випробування виконуються на стендах, схема яких наведена на рис. 2 - 5, в два етапи:
- на першому етат збирасться схема ГОМТ з диференщалом на виходi (рис. 1 а, 2, 4) та виконусться гальмування валу порошкового гальмiвного мехашзму споча-тку лише за рахунок змши параметра регу-лювання гiдронасосу е1 (при рiзних законах е1(^)), а потiм одночасно за рахунок змши гальмiвного моменту Мё та параметра регу-лювання гiдронасосу е1 (при рiзних законах Мё(^) та е1(^)) зi збереженням в усiх випад-ках кшематичного зв'язку з двигуном;
- на другому етат вщбуваеться пере-налаштування стенду з метою отримання схеми ГОМТ з диференщалом на входi (рис. 1 б, 3, 5) i вже для ново! схеми реаль зуються тi ж самi варiанти гальмування, що i для схеми ГОМТ з диференщалом на ви-ходь
Значення гальмiвного моменту Мё, що створюеться порошковим гальмiвним механiзмом, на пряму залежить вщ напруги иё, яка задаеться уручну за допомогою джерела живлення 27 (рис. 2 - 5).
В зв'язку з тим, що використання ГОП в процес гальмування вщбуваеться у випадку виникнення необхщносп лише знизити швидмсть СМ, i в рiдших випад-ках - добитися 11 повно! зупинки, потреба в максимальному уповшьненш вiдсутня. Саме тому час, за який змшюеться е1 вiд положення, що характеризуеться максимальною кутовою швидкiстю вала порошкового гальмiвного механiзму, до поло-ження, яке вщповщае повнiй зупинцi вала, приймаемо 10 та 20 секунд, залеж-шсть е1(^) носить лiнiйний характер. На по-рошковий гальмiвний механiзм подаеться напруга 0 В.
Гальмування одночасно за рахунок змши гальмiвного моменту Мё та параметра регулювання гiдронасосу е1 при збереженш кiнематичного зв'язку з двигуном майже не використовуеться в процес експлуатацп СМ з ГОМТ, а якщо i застосовуеться, то лише у випадку екстреного гальмування, тому час змши гальмiвного моменту вщ нульового (в якост нульового значення
приймаеться момент 12 Нм - створюеться порошковим гальмшим механiзмом за вщ-сутностi керуючо! напруги) до максимального значення повинен бути як найменшим, приймемо 0,5 секунд. Розглянемо додат-ково випадок, що iмiтуе бшьш повiльнiше гальмування - змiна гальмiвного моменту вiд нульового до максимального значення вщбуваеться за 5 секунд. Останнш випадок дослiджуеться лише з метою в подальшому додатково перевiрити адекватнiсть матема-тично! моделi ГОМТ в процес гальмування. Напруга иё, що подаеться на поро-шковий гальмiвний механiзм, в обох випа-дках змiнюеться вiд 0,5 В до 3,0 В з кроком 0,5 В. Залежшсть Мё(() носить лiнiйний характер.
Кожен вимiр проводився 3 рази. Фiк-сащя даних припинялася в момент повно! зупинки валу порошкового гальмiвного мехашзму.
Теоретичне моделювання процесу га-льмування не можливе без наявносп iнфо-рмацii стосовного функщонально! залежно-стi мiж керуючим сигналом иё та гальмiв-ним моментом Мё на валу порошкового га-льмiвного мехашзму. В процеа теоретичного дослщження максимальне значення створюваного гальмiвного моменту Мё для кожного значення керуючого сигналу бра-лося саме iз результатiв, що отриманi екс-периментальним шляхом, закони змши Мё{() (як теоретичний, так i експеримента-льний) при цьому максимально зберегли на-ближенють один до одного.
За результатами порiвняльного ана-лiзу було встановлено, що розбiжнiсть мiж теоретичними та експериментальними зна-ченнями крутного моменту на валу порошкового гальмiвного мехашзму не переви-щуе 1,41%.
З метою збереження працездатносп стендiв, максимальний гальмiвний момент задавався Мё = 40 Нм. Збшьшення гальмiвного моменту Мё призводить до зменшення часу вщ початку гальмування до повно! зупинки валу порошкового гальмiвного мехашзму та суттевого пiдвищення перепаду робочого тиску в ГОП АР.
Висновки
1. Чим вище штенсившсть змiни параметра регулювання гщронасосу e1 та повшьшше наростання гальмiвного моменту, тим менше перепад робочого тиску в ГОП, на iншi параметри розглянутих ГОМТ закони e\(t) та Mg(t) в процесi гальмування суттево не впливали.
2. В результат! порiвняння теоретич-них результатiв з експериментальними було встановлено, що не залежно вщ схеми ГОМТ, найбшьша похибка не перевищуе 8,82% [10] при визначенш максимального перепаду робочого тиску в ГОП, 8,97% -для крутного моменту на валу асинхронного двигуна, 1,41% - для крутного моменту на валу порошкового гальмiвного ме-хашзму, 7,46% - для кутово'1 швидкосп вала гщронасоса, 2,74% - для кутово'1 шви-дкостi вала гiдромотора, 1,80% - для кутово'1 швидкосп вала асинхронного двигуна, 5,56% - для кутово'1 швидкосп вала порошкового гальмiвного мехашзму, 2,13% - для часу вщ початку гальмування до повно'1 зу-пинки валу порошкового гальмiвного ме-ханiзму.
3. Експериментальним шляхом повнь стю доведена адекватнють математичних моделей ГОМТ (тдходу до складання математичних моделей) [3, 4], що використо-вувалися для моделювання роботи стенду в гальмiвному режима Саме цей пiдхiд для складання математичних моделей рекомен-дуеться i для опису ГОМТ в ходi моделю-вання процесу гальмування СМ з трансмь аями даного типу.
Список л1тератури:
1. Самородов В. Б. Динамша процесу розгону колюних тракторiв серп Fendt 900 Varw / В. Б. Самородов, А. I. Бондаренко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2013. - № 1/3 (61). - С. 4 - 11.
2. Колесные и гусеничные машины высокой проходимости: в 10 томах. Том 3: Трансмиссии. Книга 2: Бесступенчатые трансмиссии: расчет и основы конструирования/Е.Е.Александров, В.Б.
Самородов, Д.О. Волонцевич, А.С. Палащенко - Харьков: ХГПУ, 1997. - 185 с.
3. Самородов В. Б. Динамша процесу розгону колюного трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ» з пдрооб'емно-мехашчною трансмideю / В. Б. Самородов, А. I. Бондаренко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2012. - № 6/7 (60). - С. 15 - 19.
4. Рогов А. В. Развитие методов расчета систем «двигатель - трансмиссия» автомобилей и тракторов: дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: спец. 05.22.02 «Автомобш та трактори» / Рогов Андрей Владимирович. - Харюв, 2006. -168 с.
5. Самородов В. Б. Динамша процесу гальмування колюних тракторiв сери Fendt 900 Vario / В. Б. Самородов, А. I Бондаренко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2013. - № 1/7 (61).
- С. 4 - 11.
6. Самородов В. Б. Динамша процесу гальмування колюного трактора-аналога «Беларус 3022 ДВ» з гщрооб'емно-мехашчною трансмiсieю / В. Б. Самородов, А. I. Бондаренко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2013. - № 2/3 (62). - С. 26 - 30.
7. Самородов В. Б. Исследование свойств шагового электропривода как системы управления двухпоточной гидрообъемно-механической трансмиссией / В. Б. Самородов, Н. А. Митцель // ВосточноЕвропейский журнал передовых технологий.
- 2014. - № 5/7 (70). - С. 52 - 58.
8. Самородов В. Б. Система керування пдрооб'емно-мехашчною трансмiсieю на базi крокового двигуна // Збiрка тез мiжнародноi' науково-практично!' конференци з нагоди Дня автомобшста i шляховика: «Нов^ш технологи розвитку конструкций виробництва, експлуатацп, ремонту i експертизи автомобшя», 15 - 16 жовтня 2014 р., м. Харюв) / МЫстерство осв^и i науки Укра'ни, ХНАДУ. - Харюв: ХНАДУ, 2014. - С. 57 - 59.
9. Красненьков В. И. Проектирование планетарных механизмов транспортных
машин / В. И. Красненьков, А. Д. Вашец. -М: Машиностроение, 1986. - 272 с.
10. Кассандрова О. Н., Лебедев В. В. Обработка результатов наблюдений: учебн. [для студ. высш. учебн. зав. ] / О. Н. Кассандрова, В. В. Лебедев. - М.: «Наука», 1970. - 104 с.
Spysok literatury:
1. Samorodov V. B. Dynamika procesu rozgonu kolisnyx traktoriv seriyi Fendt 900 Vario / V. B. Samorodov, A. I. Bondarenko // Vostochno-Evropejskyj zhurnal peredovix texnologyj. - 2013. - № 1/3 (61). - P. 4 - 11.
2. Kolesnye i gusenichnye mashiny vysokoj prohodimosti: v 10 tomah. Tom 3: Transmissii. Kniga 2: Besstupenchatye transmissii: raschet i osnovy konstruirovanija / E. E. Aleksandrov, V. B. Samorodov, D.
0. Voloncevich, A. S. Palashhenko -Harkov: HGPU, 1997. - 185 p.
3. Samorodov V. B. Dynamika procesu rozgonu kolisnogo traktora-analoga «Belarus 3022 DV» z gidroobyemno-mexanichnoyu transmisiyeyu / V. B. Samorodov, A.
1. Bondarenko // Vostochno-Evropejskyj zhurnal peredovix texnologyj. - 2012. - № 6/7 (60). - P. 15 - 19.
4. Rogov A. V. Razvytye metodov rascheta system «dvygatel - transmyssyya» avtomobylej i traktorov: dys. na zdobuttya nauk. stupenya kand. texn. nauk: specz. 05.22.02 «Avtomobili ta traktory» / Rogov Andrej Vladymyrovych. - Xarkiv, 2006. - 168 p.
5. Samorodov V. B. Dynamika procesu galmuvannya kolisnyx traktoriv seriyi Fendt 900 Vario / V. B. Samorodov, A. I. Bondarenko // Vostochno-Evropejskyj zhurnal peredovix texnologyj. - 2013. - № 1/7 (61). - P. 4 - 11.
6. Samorodov V. B. Dynamika procesu galmuvannya kolisnogo traktora-analoga «Belarus 3022 DV» z gidroobyemno-mexanichnoyu transmisiyeyu / V. B. Samorodov, A. I. Bondarenko // Vostochno-Evropejskyj zhurnal peredovix texnologyj. - 2013. - № 2/3 (62). - P. 26 - 30.
7. Samorodov V. B. Yssledovanye svojstv shagovogo elektropryvoda kak syistemy upravlenya dvuxpotochnoj gydroobemno-mexanycheskoj transmyssyej / V. B. Samorodov, N. A. Mytcel // Vostochno-Evropejskyj zhurnal peredovix texnologyj. -2014. - № 5/7 (70). - P. 52 - 58.
8. Samorodov V. B. Systema keruvannya gidroobyemno-mexanichnoyu transmisiyeyu na bazi krokovogo dvyguna // Zbirka tez mizhnarodnoyi naukovo-praktychnoyi konferenciyi z nagody Dnya avtomobilista i shlyaxovyka: «Novitni texnologiyi rozvytku konstrukciyi, vyrobnycztva, ekspluataciyi, remontu i ekspertyzy avtomobilya», 15 - 16 zhovtnya 2014 r., m. Xarkiv) / Ministerstvo osvity i nauky Ukrayiny, XNADU. - Xarkiv: XNADU, 2014. - P. 57 - 59.
9. Krasnenkov V. Y. Proektyrovanye planetarnix mexanyzmov transportnix mashyn / V. Y. Krasnenkov, A. D. Vashecz. - M: Mashynostroenye, 1986. - 272 p.
10. Kassandrova O. N., Lebedev V. V. Obrabotka rezultatov nablyudenyj: uchebn. [dlya stud. vissh. uchebn. zav.] / O. N. Kassandrova, V. V. Lebedev. - M.: «Nauka», 1970. - 104 p.
Анотацн:
У статп визначено вплив закошв змши napaMeTpiB регулювання пдромашин пдрооб'емно! передaчi та закошв змши гaльмiвного моменту на основш параметри гвдрооб'емно-мехашчних трaнсмiсiй рiзних структур (розглядалися двi схеми: одна з диференцiaлом на вход^ друга - з диференщалом на виход^ при реaлiзaцil процесу гальмування, а також експериментальним шляхом повшстю доведена aдеквaтнiсть математичних моделей пдрооб'емно-мехашчних трaнсмiсiй (шдходу до складання математичних моделей), що використовувалися для моделювання роботи стенду в гaльмiвному режимi.
Ключовi слова: експериментальне
дослвдження, гiдрооб'eмно-мехaнiчнa трaнсмiсiя, пдрооб'емна передача, диференщал на входi, диференцiaл на виход^ математична модель, гальмування.
В статье установлено влияние законов изменения параметров регулирования гидромашин гидрообъемной передачи и законов изменения тормозного момента на основные параметры гидрообъемно-механических трансмиссий различных
структур (рассматривались две схемы: одна с дифференциалом на входе, другая - с дифференциалом на выходе) при реализации процесса торможения, а также экспериментальным путем полностью доказана адекватность математических моделей гидрообъемно-механических трансмиссий (подхода к составлению математических моделей), которые использовались для моделирования работы стенда в тормозном режиме.
Ключевые слова: экспериментальное исследование, гидрообъемно-механическая
трансмиссия, гидрообъемная передача,
дифференциал на входе, дифференциал на выходе, математическая модель, торможение.
In the article certainly influence of laws of change of parameters of adjusting of a pump and a motor of hydrostatic transmission and laws of change of brake moment on the basic parameters of hydrostatic-mechanical transmissions of different structures (two charts were examined: one with a differential on the entrance, other - with a differential on an output) during realization of braking process, and also experimental way the fully proved adequacy of mathematical models of hydrostatic-mechanical transmission (approach to drafting of mathematical models), which were used for the design of work of stand in the brake mode.
Keywords: experimental research, hydrostatic-mechanical transmission, hydrostatic transmission, differential on the entrance, differential on an output, mathematical model, braking.
УДК 662.93
СКАЛЫГА Н.Н., к.т.н., доцент (Луцкий НТУ), РУДИНЕЦ Н.В., к.т.н., доцент (Луцкий НТУ)
К вопросу использования на железнодорожном транспорте пироллизных сжигающих устройств, как автономных источников тепловой энергии
Skalyga N., Ph.D. of Technical Sciences, St. Lecturer (Lutsk NTU) Rudinets N., Ph.D. of Technical Sciences, St. Lecturer (Lutsk NTU)
To the question about of using on the railway transport of the pyrolysis firing devices like as independed heat energy sources
Введение
Специфика эксплуатации железнодорожного транспорта требует применения различных вспомогательных источников тепловой энергии. Использование подобных устройств для подвижного состава, прежде всего, продиктовано необходимостью наличия возможности предпускового и стояночного прогрева теплоносителя (воды и масла) в соответствующих системах тепловозного двигателя (дизеля).
Так, в частности, на двигателях дизель-поездов Д1, ДР1, для этих целей используется котел-нагреватель, встроенный в систему охлаждения [1]. Кроме того, котел-нагреватель используется также для за-
питки системы отопления кабины экипажа и салона вагонов. Для работы котла-нагревателя используется штатное топливо из системы питания двигателя.
На настоящий момент времени, в целях экономии топлива и снижения количества токсических выбросов от его сжигания, осуществляется практически повсеместная замена котлов-нагревателей устройствами электрического или парового нагрева. Для первого случая характерно применение электрических ТЭНов, запитывае-мых от тягового генератора и (или) специальной линии электропередачи. Во втором - используется водяной пар, вырабатываемый котельными депо или станций, подводимый к месту отстоя тепловоза по специ-
