Лекция 8.1 Процесс разгона машинно-тракторного агрегата

Модуль 8. Разгонная и тормозная динамика колёсных и гусеничных машин

Лекция 8.1 Процесс разгона машинно-тракторного агрегата

8.1.1. Динамическая и математическая модели МТА при буксовании муфты сцепления и разгоне агрегата

Способность трактора к троганию с места и быстрому разгону является существенным динамическим свойством, приобретающим всё большее значение в связи с повышением скоростей движения, увеличением числа передач и расширением использования тракторов на транспортных работах.

При исследовании процессов разгона вместо тракторного агрегата целесообразно рассматривать эквивалентную ему в динамическом отношении модель. Для соблюдения динамического подобия рассматриваемой эквивалентной модели реальному тракторному агрегату нужно подбирать маховые массы таким образом, чтобы кинетическая энергия каждой из них была равна суммарной кинетической энергии заменяемых ею масс. Принципы подобия должны также соблюдаться при выборе других элементов динамической модели.

Наиболее полно отвечает указанным условиям многомассовая комбинированная модель тракторного агрегата, в состав которой входят:

- пять маховых масс с моментами инерции , из которых первая масса имитирует вращающиеся и прочие движущие массы двигателя, вторая – вращающиеся детали ведомой части муфты сцепления, третья – вращающиеся детали трансмиссии, четвёртая и пятая – вращающиеся передние и задние ведущие колёса с приводом;

- две поступательно движущиеся массы, представляющие собой соответственно массы трактора и агрегатируемой машины;

- три фрикционных элемента, из которых один установлен между первой и второй массами, представляет муфту сцепления трактора, а два других имитируют буксование передних и задних колёс;

- шесть упругих звеньев с податливостями и шесть демпфирующих звеньев с коэффициентами демпфирования, которые характеризуют элементы связи маховых масс;

- две касательные силы тяги, развиваемые передними и задними ведущими колёсами, сила сопротивления качению трактора и сила сопротивления движению сельскохозяйственной машины.

Процесс разгона тракторного агрегата с использованием приведённой динамической модели описывается математической моделью, включающую в себя систему дифференциальных уравнений, которая позволяет оценить процесс разгона тракторного агрегата с учётом упругих свойств и демпфирования элементов трансмиссии, буксования движителей, что приближает теоретические параметры процесса разгона к реальным.

Однако из-за сложности решения системы дифференциальных уравнений для предварительной оценки параметров процесса разгона используют упрощённую двухмассовую динамическую модель (рис. 64), полученную без учёта влияния упругости и демпфирования элементов трансмиссии, ведущих колёс и сцепки, а также без учёта буксования движителей. В этой модели маховые массы с моментами инерции и поступательно движущиеся массы трактора и агрегатируемой машины заменены одной массой с моментом инерции , приведённым к коленчатому валу двигателя (лекция 1.6.), изъяты фрикционные элементы, имитирующие буксование движителей, а момент инерции движущихся масс двигателя обозначен .

Все допущения в этой модели являются факторами, затрудняющими возможность разгона, так как они предусматривают одновременное ускорение сразу всех разгоняемых масс агрегата.

Представленная модель состоит из двух маховиков, первый из которых посажен на коленчатый вал двигателя, а второй на первичный вал трансмиссии. Валы соединены между собой фрикционной муфтой сцепления. К коленчатому валу приложен крутящий момент двигателя , а к первичному валу трансмиссии – приведённый момент , создаваемый всеми силами сопротивления тракторного агрегата.

Момент инерции первой маховой массы, имитирующей вращающиеся и поступательно движущиеся массы двигателя, имеет для данного агрегата постоянное значение. Основным его компонентом является момент инерции маховика, установленного на двигателе. Момент инерции второй маховой массы имеет различные значения в зависимости от номера включённой передачи в трансмиссии и массы тракторного агрегата.

На рисунке 65 изображена теоретическая диаграмма разгона тракторного агрегата. При её построении были приняты два допущения: первое на регуляторной ветви характеристики двигателя считаем, что момент двигателя равен моменту трения муфты сцепления, т.е. и второе на перегрузочной ветви момент двигателя остаётся постоянным и равным номинальному моменту .

На верхней половине диаграммы нанесены кривые изменения с течением времени крутящего момента двигателя и момента трения муфты сцепления , а на нижней половине – соответствующие им кривые угловых скоростей коленчатого вала двигателя и первичного вала трансмиссии. Момент сопротивления , приложенный к первичному валу трансмиссии, условно принят постоянным и изображён на диаграмме прямой, параллельной оси абсцисс.

Процесс разгона можно разделить на два периода. Первый период охватывает отрезок времени, затрачиваемый на выравнивание угловых скоростей коленчатого вала двигателя и первичного вала трансмиссии. Второй период разгона составляет время, необходимое для дальнейшего повышения скорости движения агрегата до установленного значения.

При трогании с места плавно включают муфту сцепления, постепенно увеличивая, таким образом, развиваемый ею момент трения. При построении диаграммы принято, что момент трения увеличивается по линейному закону в течение времени . После окончания включения муфты её момент трения имеет постоянное расчётное значение , где - коэффициент запаса муфты сцепления. В первый период разгона момент трения муфты для коленчатого вала двигателя является моментом сопротивления, а для первичного вала трансмиссии – ведущим моментом. Относительно момента двигателя и момента сопротивления движению тракторного агрегата ранее были приняты соответствующие допущения.

Первичный вал трансмиссии в начальный момент разгона остаётся неподвижным и начинает вращаться только через какой-то отрезок времени , когда момент трения муфты достигает величины (точка «» на оси абсцисс диаграммы). В дальнейшем под действием разности моментов его угловая скорость постепенно возрастает.

Угловая скорость коленчатого вала двигателя в процессе первого периода разгона постепенно снижается, так как всё это время .

Математическая модель, описываемая первый период разгона тракторного агрегата, будет иметь вид

;

.

По мере нарастания угловой скорости первичного вала трансмиссии и снижения угловой скорости коленчатого вала двигателя разница между ними уменьшается и в точке «» становится равной нулю. В этот момент прекращается буксование муфты сцепления и заканчивается первый период разгона. Окончание его характеризуется резким, почти мгновенным снижением крутящего момента, подводимого к первичному валу трансмиссии, так как прекращается трение между дисками муфты сцепления. С прекращением буксования муфты сцепления начинается ускоренное вращение коленчатого вала двигателя совместно с первичным валом трансмиссии, вследствие чего знак момента касательных сил инерции движущихся масс двигателя изменяется на противоположный.

В процессе второго периода разгона тракторного агрегата динамическая модель его из двухмассовой превращается в одномассовую с моментом инерции , (), а математическая модель будет иметь вид

.

Во время второго периода разгона коленчатому валу двигателя и первичному валу трансмиссии сообщаются одинаковые угловые ускорения, величина которых зависит от разности крутящих моментов . Крутящий момент, передаваемый муфтой равен .

Для характеристики динамических (разгонных) свойств тракторного агрегата, исследуем возможность разгона неподвижного агрегата без переключения передач и продолжительность разгона.

Дата добавления: 2015-10-24