Повышение эксплуатационных свойств трансмиссий транспортных машин специального назначения на основе совершенствования управления процессом блокировки гидротрансформатора




Скачать 296.03 Kb.
НазваниеПовышение эксплуатационных свойств трансмиссий транспортных машин специального назначения на основе совершенствования управления процессом блокировки гидротрансформатора
страница1/2
Дата конвертации28.03.2013
Размер296.03 Kb.
ТипАвтореферат
  1   2



На правах рукописи


КЛИМОВА Александра Сергеевна


ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ТРАНСМИССИЙ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ БЛОКИРОВКИ ГИДРОТРАНСФОРМАТОРА


Специальность 05.05.03 – Колесные и гусеничные машины


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук


Ижевск – 2011

Работа выполнена на кафедре “Гусеничные машины” ГОУ ВПО “Курганский государственный университет”.



Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, заслуженный машиностроитель РФ

Держанский Виктор Борисович




Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Филькин Николай Михайлович (г. Ижевск)


кандидат технических наук

Громовой Сергей Владимирович (г. Ижевск)





Ведущая организация:

ОАО “Специальное конструкторское бюро машиностроения” (г. Курган)



Защита состоится « 21 » июня в 15.00 на заседании диссертационного совета Д 212.065.03 в Ижевском государственном техническом университете по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИжГТУ. С авторефератом можно ознакомиться на официальном сайте ИжГТУ: www.istu.ru


Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7, на имя ученого секретаря диссертационного совета Д 212.065.03.


Автореферат разослан « 12 » мая 2011г.



Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор



Ю.В. Турыгин

ОБЩАЯ ХРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ ДИССЕРТАЦИИ

В конструкциях многоцелевых гусеничных и колесных транспортных машин специального назначения, эксплуатируемых в особо трудных условиях, широко используются гидромеханические трансмиссии (ГМТ). Несмотря на успехи в создании опытных образцов электромеханических, гибридных и вариаторных трансмиссий гидромеханические сохраняют свою конкурентоспособность. Поэтому в настоящее время для проектируемых и модернизируемых машин рассматриваемого класса разрабатывают все более совершенные конструкции ГМТ. В то же время эффективность машин, оснащенных ГМТ, и надежность их функционирования ограничивается долговечностью фрикционов блокировки гидротрансформатора (ГТК) из-за высокой нагруженности. Анализ параметра потока отказов ГМТ показывает, что частота разрушений фрикционных элементов блокировки ГТК находится на втором месте после роликовых обгонных муфт реактора. Это объясняется тем, что в характерных условиях эксплуатации многоцелевых транспортных машин число блокировок ГТК в 1.7…2.1 раза превышает число переключений передач и достигает 7.2…8.9 на км пути, при значении динамического момента до 2.7…3.5 раз выше расчетного. Высокая цикличность включения фрикциона блокировки связана не только с числом переключений передач, но и автоматических выключений-включений фрикциона при интенсивном изменении сопротивления дороги, реализации различных режимов движения машины. Снижение цикличности блокировок автоматизированной системой приводит к существенному повышению вероятности тепловой перегрузки ГМТ и расхода топлива.

Особенностью условий эксплуатации транспортных машин специального назначения является интенсивное изменение сопротивления и широкий спектр требуемых режимов движения, а также изменения технического состояния элементов системы. Реализация высокой подвижности и эффективности машин обеспечивается при надежности функционирования системы автоматического управления. Вследствие указанных особенностей рассматриваемых машин повышение долговечности элементов необходимо осуществить на основе качественно нового подхода к созданию системы блокировки ГТК, базирующегося на мониторинге и идентификации требуемых режимов движения и технического состояния элементов.

ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИИ состоит в повышении эксплуатационных свойств трансмиссий транспортных машин специального назначения на основе совершенствования управления процессом блокировки гидротрансформатора.

Для достижения цели в диссертации поставлены и решаются следующие задачи:

1. Выполнение теоретического исследования динамики переходных процессов механической системы «двигатель – трансмиссия – транспортная машина» при блокировке гидротрансформатора.

2. Определение зависимости работы буксования и динамической нагруженности узлов трансмиссии от законов управления механизмом блокировки гидротрансформатора.

3. Проведение экспериментального исследования динамики механической системы «двигатель – трансмиссия – транспортная машина» в процессе блокировки гидротрансформатора.

4. Синтез программы и создание функциональной схемы системы автоматического управления блокировкой гидротрансформатора для обеспечения минимального значения работы буксования и ограничения коэффициента динамичности нагрузки.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

При построении расчетной схемы и математической модели механической системы «двигатель – трансмиссия – транспортная машина» в процессе блокировки ГТК применены методы теоретической и аналитической механики, дифференциального и интегрального исчисления. Моделирование нелинейной системы и анализ динамических процессов осуществлялся с применением прикладных методов вычислительной математики.

Синтез адаптивного управления процессом блокировки ГТК осуществлялся в соответствии с методами теории автоматического регулирования.

При обработке экспериментальных данных применялись методы математической статистики и автоматизированной обработки данных с использованием прикладных программных пакетов MathCAD и PowerGraph.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработаны расчетная схема и математическая модель, отличающиеся тем, что позволяют имитировать работу системы “двигатель – трансмиссия – транспортная машина” при параллельной работе гидротрансформатора и фрикциона блокировки, а также исследовать поведение системы в зависимости от начальных условий и характера временной функции нарастания управляющего давления, определяемого по сигналу обратной связи.

2. Получены новые экспериментальные данные о динамических процессах, протекающих в системе “двигатель – трансмиссия – транспортная машина” при блокировке гидротрансформатора.

3. Синтезирована программа, разработана функциональная схема системы автоматического управления блокировкой гидротрансформатора и алгоритм ее работы, отличающиеся тем, что адаптивное управление блокировкой ГТК осуществляется в зависимости от результатов мониторинга, идентификации требуемых режимов движения машины и ее технического состояния.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ

1. Установлена область оптимального управления блокировкой ГТК, обеспечивающая минимум работы буксования элементов при ограничении динамического момента.

2. Разработан пакет программ, который позволяет исследовать динамику системы “двигатель – трансмиссия – транспортная машина” при вариации начальных условий и временной функции управляющего давления.

3. Обоснована необходимость мониторинга и идентификации требуемых режимов движения, таких как поворот гусеничных машин и стабилизация их траекторий движения, исключение резонансных режимов в дотрансформаторной зоне и фрикционных элементах переключения передач, движении на спусках, в экстремальной и фатальной ситуации, осуществление пуска двигателя буксиром и других.

4. Синтезирована программа управления процессом блокировки гидротрансформатора, позволяющая обеспечить минимум целевой функции на основе результатов мониторинга и идентификации требуемых режимов движения.

5. Реализация оптимального управления, базирующегося на результатах выполненных теоретических и экспериментальных исследований, позволяет снизить работу буксования фрикциона блокировки ГТК от 20 до 45%, при уменьшении коэффициента динамического момента в 1.5 раза, что создает предпосылки обеспечения требуемой долговечности элементов фрикциона блокировки.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

1. Расчетная схема и математическая модель, отличающиеся тем, что позволяют имитировать работу системы “двигатель – трансмиссия – транспортная машина” при параллельной работе гидротрансформатора и фрикциона блокировки, исследовать поведение системы в зависимости от начальных условий и характера временной функции нарастания управляющего давления, определяемого по сигналу обратной связи.

2. Новые зависимости интегральных характеристик процесса блокировки гидротрансформатора, полученные на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований динамических процессов, протекающих в системе “двигатель – трансмиссия – транспортная машина”.

3. Программа, функциональная схема системы автоматического управления блокировкой гидротрансформатора и алгоритм ее работы, отличающиеся тем, что адаптивное управление блокировкой ГТК осуществляется в зависимости от результатов мониторинга и идентификации требуемых режимов движения машины, технического состояния.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ

Результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в двух отчетах о НИР и трех актах, переданных ОАО "СКБМ" (г. Курган), ООО НИИ "МЕХМАШ" и ООО "Стратегия", Завод нестандартного оборудования (ЗНО). Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе при подготовке студентов по специальности 190202 Курганского государственного университета.


АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные положения и материалы работы докладывались и обсуждались на 4 научно-технических конференциях, в том числе на Межвузовской конференции “Молодые ученые – транспорту-2007” – Екатеринбург: УрГУПС, 2007 г.; Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов “Будущее машиностроения России” – Москва, МГТУ им. Баумана, 2008 г.; Международной научно-технической конференции “Состояние и перспективы транспорта. Обеспечение безопасности дорожного движения” - Пермь, ПГТУ, 2009 г; Международной научно-практической конференции “Актуальные вопросы современной науки и практики” – Курган: Курганский институт железнодорожного транспорта, 2011г. В полном объеме работа обсуждалась на объединенных семинарах Курганского государственного университета и Ижевского государственного технического университета в 2011 г.

ПУБЛИКАЦИИ

По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ (из них 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации основных научных результатов).

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, основных результатов работы и выводов, списка литературы из 85 наименований. Работа содержит 135 страниц машинного текста, включая 62 рисунка, 8 таблиц, и приложений.

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 и обоснование задач исследования) приводятся анализ проблемы снижения динамической и тепловой нагруженности ГМТ в процессе блокировки гидротрансформатора, расчетных схем и моделей динамических систем, обоснование необходимости оптимального управления процессом блокировки, критический обзор автоматических систем управления блокировкой и реализуемых программ управления, предлагаемый подход решения проблемы.

Динамическая нагруженность фрикциона блокировки во многом определяется программой автоматического управления этим процессом. Большинство существующих программ управления блокировкой гидротрансформатора определяют лишь условия необходимости блокировки-разблокировки. Реализация различных режимов движения транспортных машин специального назначения, таких как поворот гусеничных машин и стабилизация их траекторий движения, исключение резонансных режимов в дотрансформаторной зоне и фрикционных элементах переключения передач, движении на спусках, в экстремальной и фатальной ситуации, осуществление пуска двигателя буксиром и других требует существенной адаптации программы управления. Кроме того, в процессе эксплуатации существенно изменяются температурный режим и техническое состояние элементов.

Необходимые зависимости интегральных критериев качества процесса блокировки определяются на основе имитационного моделирования динамики системы по математической модели. Вопросам построения расчетных схем и математических моделей механических систем “двигатель – трансмиссия – транспортная машина” и исследованию нагруженности ГМТ рассматриваемого класса машин посвящены работы В.Б. Альгина, Г.С. Белоутова, С.Е. Бурцева, Ф.Р. Геккера, О.И. Гируцкого, А.И. Гришкевича, Ю.К. Есеновского-Лашкова, В.А. Иванова, Г.О. Котиева, И.П. Ксеневича, П.П. Лукина, А.А. Полунгяна, О.С. Руктешель, В.П. Тарасика, И.Н. Успенского, И.С. Цитовича, В.М. Шарипова, Ю.И. Чередниченко и многих других специалистов БНУ (БПИ), ВНИИТРАНСМАШ, ИжГТУ, МАМИ, МГТУ им. Н.Э. Баумана, НАМИ, НАТИ, ОИМ НАН Белоруссии, ОВА ВС РФ и многие другие.

В анализируемых работах сформулированы основные подходы к моделированию механических систем. Рассмотренные модели позволяют исследовать процесс буксования фрикционных элементов (без учета свойств гидротрансформатора) или динамику системы с разблокированным гидротрансформатором. Однако динамика системы с гидротрансформатором в процессе его блокировки проведенным анализом не установлена, что и определяет необходимость составления более точной расчетной схемы и проведения соответствующего исследования.

Переходные режимы работы ГТК описываются уравнением движения насосного и турбинного колес, а также уравнением связи. Последнее наиболее точно определяется движением рабочей жидкости в полостях ГТК - дифференциальным уравнением баланса энергии. В работах Ю.Н. Лаптева, В.И. Лапидуса, А.Н. Нарбута и др. показано, что при колебательном характере изменения моментов и угловых скоростей на валах насосного и турбинного колес в диапазоне угловых ускорений до 900 с-2 можно с достаточной точностью использовать статические характеристики ГТК, а связь насосного и турбинного колес описать уравнением кинематической связи.

В процессе управления блокировкой момент трения фрикциона является суммой двух составляющих: номинальной и вариативной, и зависит от - искомой временной функции давления. Современное аппаратное и программное обеспечение в отличие от релейного управления (электромагнитом) позволяет достаточно точно реализовать требуемый закон .

Коэффициент трения зависит от многих параметров конструкции фрикциона блокировки и режима его работы, а именно от относительной скоро­сти скольжения ведущих и ведомых дисков, удельного давления, температуры и износа дисков. В дисковых фрикционах блокировки, работающих в масле, коэффициент трения зависит от параметров, определяющих критерий Зоммерфельда, установленного для гидродинамических подшипников. Для материалов пар трения, используемых в конструкции фрикционов блокировки “сталь 65Г – металлокерамика МК5”, работающих в масле ТЗСП-8 в рабочем диапазоне температуры 80-100оС нелинейную зависимость коэффициента трения от относительной угловой скорости можно принимать в соответствии с экспериментальными данными Криулина А.В. и др.

Стандартизованная методика расчета фрикционных узлов трансмиссий заключается в определении следующих параметров при заданных условиях процесса: коэффициента запаса в буксующем и включенном состоянии фрикционного узла. Особое внимание уделяется оценке долговечности по износу дисков трения; температурному расчету дисков трения; формоизменению дисков трения в процессе эксплуатации (коробление и усадка); необходимому удельному расходу масла для смазки дисков трения; моменту сопротивления и потерям мощности в разомкнутом фрикционном узле, работающем в масле. Подавляющее большинство существующих рекомендаций по выбору параметров конструкции фрикционных узлов проектируемых трансмиссий базируются на данной методике расчета, однако, задача управления процессом, обеспечивающая минимум работы буксования, не ставится.

В работах С.В. Абдулова, И.П. Ксеневича, В.П. Тарасика, В.Ф. Ягубова и др. показано, что интенсивное нарастание момента трения вызывает существенные динамические нагрузки в трансмиссии. Плавное включение фрикциона снижает динамическую нагруженность, однако приводит к росту работы буксования во фрикционе. Можно предположить, что такой же характер наблюдается и во фрикционе блокировки ГТК. Таким образом, задача поиска управления является противоречивой и требует оптимального решения и проведения дополнительных исследований.

Требуемые математические зависимости интегральных параметров процесса блокировки от начальной относительной скорости, длительности процесса и временной функции давления необходимо установить при исследовании динамики системы. В связи с тем, что модель системы строится с определенными допущениями, в процессе экспериментальных исследований необходимо определить их корректность и адекватность модели, а так же идентифицировать параметры процесса.

При изменении состояния или режимов функционирования фрикционных устройств необходима коррекция управляющих воздействий, направленная на снижение влияния этих изменений на качественные показатели работы трансмиссии, но эта задача является многопараметрической. Учет большого количества параметров повышает контролируемость и диагностируемость объекта и возможность повышения качества процессов управления, однако приводит к увеличению количества датчиков, повышению требований к системе сбора и обработки информации, усложнению алгоритмов функционирования системы управления. В связи с этим систему информационного обеспечения необходимо разделить: при диагностике и контроле технического состояния использовать максимум информации, а для управления переходными процессами обходиться минимумом, т.е. управление должно осуществляться в условиях недостаточности информации об объекте управления, его технического состояния и условиях функционирования. В работах Тарасика В.П., конструкциях ведущих фирм-производителей автоматических трансмиссий, таких как «Zahnrad Fabric», «Mercedes Benz» (Германия), «Toyota», «Nissan» (Япония), «General Motors», «Allison» (США) показано, что эффективным параметром оценки технического состояния и длительности процесса буксования целесообразно принять относительную скорость элементов в процессе буксования фрикциона. Это позволяет ограничить работу буксования регулированием давления . В процессе синхронизации элементов величина давления должна быть достаточной для преодоления приведенного момента сопротивления, а по окончании буксования давление доводится до рабочего уровня.

С использованием современного аппаратного и программного обеспечения представляется возможным реализовать адаптивное управление блокировкой на основе мониторинга требуемых режимов движения, приведенных выше, а также технического состояния элементов системы управления. На основе приведенного анализа в работе обоснованы и решены задачи, приведенные выше.

  1   2

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Повышение эксплуатационных свойств трансмиссий транспортных машин специального назначения на основе совершенствования управления процессом блокировки гидротрансформатора icon«Техническая эксплуатация силовых агрегатов и трансмиссий»
Сервис и техническая эксплуатация транспортных и транспортно-технологических машин и

Повышение эксплуатационных свойств трансмиссий транспортных машин специального назначения на основе совершенствования управления процессом блокировки гидротрансформатора icon«Повышение эксплуатационных свойств режущего инструмента из твердого сплава Т15К6 методом термообработки»
Тема: «Повышение эксплуатационных свойств режущего инструмента из твердого сплава Т15К6 методом термообработки»

Повышение эксплуатационных свойств трансмиссий транспортных машин специального назначения на основе совершенствования управления процессом блокировки гидротрансформатора iconРазработка методики поиска рациональных передаточных чисел трансмиссии с учетом эксплуатационных свойств и назначения автомобиля
Работа выполнена на кафедре «Автомобили и тракторы» Нижегородского государственного технического университета

Повышение эксплуатационных свойств трансмиссий транспортных машин специального назначения на основе совершенствования управления процессом блокировки гидротрансформатора iconПовышение эффективности управления проектами строительства транспортных объектов (на примере мостового перехода)
Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

Повышение эксплуатационных свойств трансмиссий транспортных машин специального назначения на основе совершенствования управления процессом блокировки гидротрансформатора iconII. транспортных средств в отношении установки элементов специального оборудования официально утвержденного типа для использования в их двигателях сжатого природного газа (спг)
О принятии единообразных технических предписаний для колесных транспортных средств, предметов оборудования и частей, которые могут...

Повышение эксплуатационных свойств трансмиссий транспортных машин специального назначения на основе совершенствования управления процессом блокировки гидротрансформатора iconПрограмма учебной практики по информатике по специальности 190603. 65 Сервис транспортных и технологических машин и оборудования
Программа учебной ознакомительной практики составлена на основе гос впо второго поколения по специальности 190603. 65 – Сервис транспортных...

Повышение эксплуатационных свойств трансмиссий транспортных машин специального назначения на основе совершенствования управления процессом блокировки гидротрансформатора iconХарактеристик строительного гипса
Расширение диапазона использования гипсовых строительных материалов и изделий на их основе возможно за счет повышения их эксплуатационных...

Повышение эксплуатационных свойств трансмиссий транспортных машин специального назначения на основе совершенствования управления процессом блокировки гидротрансформатора iconИсследование свойств композиционных материалов конструкционного назначения на основе целлюлозосодержащих отходов

Повышение эксплуатационных свойств трансмиссий транспортных машин специального назначения на основе совершенствования управления процессом блокировки гидротрансформатора iconПрогнозирование эксплуатационных свойств автотранспортных средств на основе согласованности силовой установки и силового привода
Ведущее предприятие: гоу впо «Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева»

Повышение эксплуатационных свойств трансмиссий транспортных машин специального назначения на основе совершенствования управления процессом блокировки гидротрансформатора iconПовышение контрастности физико-химических и флотационных свойств пирротина и пентландита на основе использования электромагнитного импульсного воздействия
Повышение контрастности физико-химических и флотационных свойств пирротина и пентландита


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница