Влияние упругих элементов в начальном звене механической трансмиссии на работу машинно-транспортного агрегатов

- уточнить математическую модель оптимизации жесткости упругих элементов в сочлененных системах;

- сформулировать нагружающую характеристику механизма - пневмогидравлической муфты сцепления.

5. провести экспериментальные исследования по влиянию конструктивных параметров пневмогидравлического упругого элемента, а также типа его характеристики на эксплуатационные показатели МТА и на стабилизацию в силовом потоке.

Раздел 1.

1.Пути снижения динамических нагрузок тракторных трансмиссий

Проанализируем общие свойства силовых передач трактора, которые влияют на энергетическую эффективность МТА.

На сельскохозяйственных тракторах преимущественное распространение получили ступенчатые механические трансмиссию. Такая трансмиссия обычно состоит из муфты сцепления, коробки передач, раздаточной коробки ( у полноприводных колёс трактора ) и ведущих мостов ( одного или двух ).

Тяговая динамика таких тракторов существенно зависит от типа привода ведущих колёс, а так же от перераспределения веса между колёсами и от других факторов. Как отмечают авторы работ [68.131.133], тип привода влияет на перераспределение моментов по колёсам трактора.

Для предохранения трансмиссии от колебаний, возникающих в системе двигатель-трансмиссия, применяются специальные демпфирующие устройства. Характерной особенностью, которых является наличие упругого элемента, обеспечивающего уменьшения собственных частот колебаний силовой передачи.

Использование центробежных соединительных муфт с упругими динамическими связями исследовали авторы [9,55,56,121]. Муфты такого типа обладают переменной динамической жёсткостью, переменным моментом инерции и являются звеном, хорошо изолирующим трансмиссию от колебаний момента двигателя. Это позволило уменьшить жесткость соединения в 6…8 раз, в результате чего, амплитуда высокочастотной составляющей момента двигателя снизилась в 2,3 раза. Однако, в не рабочей зоны муфта имеет жёсткость, равную серийной, а в режиме перегрузок, даже больше. Кроме того, муфты с упруго-динамическими связями не защищают всю трансмиссию от воздействия изменяющейся нагрузки, а так же нагрузки, связанной с колебаниями остова трактора на неровностях.

Минский тракторный завод и НАТИ разработали рациональную схему трансмиссии для сельскохозяйственного трактора, которая имеет ступенчатое переключение передач и без ступенчатую подстройку передаточного отношения в приделах соседних фиксированных скоростей. Макетный образец объемного гидродинамического преобразователя крутящего момента (ПКМ), предназначенного для установки на колёсный трактор 14кН с целью бесступенчатого изменения передаточного отношения коробки между смежными передачами, был испытан. Испытания показали, что в следствие разделения потока мощности и малого диапазона бесступенчатого регулирования ПКМ лишь незначительно (от 2 до8 %) повышает к.п.д. трактора во всём диапазоне скоростей.

Исследования [46,47,48] показывают, что отсутствие жёсткой связи в гидротрансформаторе обеспечивает плавное трогание трактора с места и его разгон, даже при резком включении муфты сцепления. Гидротрансформаторы гасят крутильные колебания в силовой передаче и снижают ударные нагрузки на её детали. Непрерывность изменения скорости, плавное и непрерывное изменение нагрузки на ведущих колёсах уменьшают буксование и улучшают проходимость трактора по мягким и сыпучим грунтам, влажной почве и снегу потому, что при этом уменьшается разрушение поверхности качения.

В результате исследования установлено [64,115,135], что уменьшение жёсткости упругого элемента в демпферном устройстве муфты сцепления снижает динамические нагрузки трансмиссии. В то же время, демпфер значительно снижает общую жесткость трансмиссии. При этом, уменьшение жесткости трансмиссии за счёт упругих элементов в муфте сцепления снижает крутильные колебания двигателя, однако, динамические нагрузки в силовой передачи снижаются незначительно.

В последнее время появился ряд работ [61,62,66], посвящённых применению гидродинамических передач в трансмиссии сельскохозяйственных тракторов. В этих работах отмечается, что вопрос уменьшения колебания скорости может быть решён подбором степени прозрачности гидротрансформатора. Существовавшие ранние мнение, что гидротрансформатор для сельскохозяйственного трактора должен быть прозрачным [69], в настоящее время до некоторой степени изменилась. Проведённые исследования НАТИ [14.59] показали, что с увеличением прозрачности гидротрансформатора резко снижается амплитуда колебания скорости поступательного движения трактора. Наибольший эффект достигается при увеличении степени прозрачности до 1,8…2 [6].

В некоторых исследованиях отмечается, что применение гидромеханических трансмиссий на автомобилях улучшают их проходимость, а применение их на гусеничных тракторах снижает буксование.

Исследования показывают, что отсутствие жесткой связи в гидротрансформаторе обеспечивает плавное трогание трактора с места и его разгон; даже при резком включении муфты сцепления, гидротрансформаторы гасят крутильные колебания в силовой передачи и снижают ударные нагрузки на её детали.

Как показали исследования [59.60], установка гидротрансформатора со степенью прозрачности 1,5…2 сравнительно мало защищает трансмиссию от динамических нагрузок, возникающих в следствие изменчивости сопротивления передвижению машинно-тракторного агрегата. По сравнению с механической гидротрансмиссия имеет ряд недостатков: к.п.д. гидропередачи не высок (0,85…0,9 на оптимальных режиме), что отражается на экономии расхода топлива, стоимость выше, а эксплуатационные расходы больше.

В настоящее время много исследований ведётся по определению эксплуатационных качеств гидрообъёмных бесступенчатых передач.

Такие передачи находят применение в транспортных, строительных и дорожных машинах. Это объясняется определёнными достоинствами этих передач по сравнению с другими типами. Но вопрос применения гидрообъёмных передач в сельскохозяйственных тракторах ещё полностью не решён из-за относительно высоких нагрузок, из-за низкой герметичности и большей стоимости по сравнению с механическими передачами.

2. Выводы и постановка задачи исследования

1. Проанализировав работы, связанные с исследованиями нагрузочных режимов машинно-транспортного агрегата, отметим, что при современной тенденции увеличения скоростей движения тракторов и их энергонасыщенности при оставшихся существующих конструкциях трансмиссий значительно увеличиваются нагрузочные колебания, которые воздействуют на движитель трансмиссии, а также двигатель. Это приводит к снижению производительности МТА, повышению износа деталей трансмиссии и шин, увеличенному расходу топлива, а также к усилию негативного влияния движителей на почву.

2. Положительное влияние на показатели работы МТА оказывает установка упруго-демпфирующих звеньев в трансмиссию трактора как во время установившегося движения, так и во время разгона. Существующие конструкции муфт сцепления с механическими упругими элементами имеют несколько недостатков: отсутствие оперативного регулирования параметров, ограниченность выбора вида упругой характеристики, неудовлетворительное функционирование при переменном режиме нагружения.

3. Наибольший эффект в гашении колебаний достигается при введении упругих звеньев в трансмиссию трактора. Для более эффективного снижения динамических нагрузок упругий элемент должен обладать оптимальной, упругой и демпфирующей характеристиками при возможной плавной регулировке рабочих характеристик в широком диапазоне.

4. Вопросы, связанные с выбором конструктивных элементов в силовом валопроводе от СХМ к двигателю, являются важной составляющей в программе исследования энергонасыщенных МТА.

Настоящая работа ставит своей цель изыскать способ, позволяющий смягчить колебания нагрузки любого происхождения.

Для достижения указанной цели предполагается:

- разработать механизм в силовом приводе с пневмогидравлическим упругим элементом, повышающий надёжность функционирования, отвечающий требованиям компактности, обладающий возможностью его адаптации к условиям работы и способный сочетать в себе свойство муфты сцепления и упруго-демпфирующего элемента силового привода;

- уточнить математическую модель оптимизации жёсткости упругих элементов в сочленённых системах;

- сформировать нагружающую характеристику механизма- пневмогидравлической муфты сцепления.

5. Провести экспериментальные исследования по влиянию конструктивных параметров пневмогидравлического упругого элемента, а также типа его характеристики на эксплуатационные показатели МТА и на стабилизацию в силовом потоке.

Раздел 2

1. ВЫБОР И РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ УПРУГОГО ЭЛЕМЕНТА ПЛАНЕТАРНОЙ МУФТЫ СЦЕПЛЕНИЯ

1.1 Описание предлагаемой конструкции с пневмогидравлическим упругим элементом

Схема новой конструкции (планетарной муфты) представлена на рис.1.1. Особенностью её конструкции является то, что её можно устанавливать на трактор серийного производства без каких либо конструктивных изменений.

Предлагаемая муфта состоит из коронной шестерни 3, которая болтами 2 крепится к маховику 1. Водило 4 планетарного механизма является его выходным валом, соединяющимся с помощью шлицев с ведомым валом коробки передач. С помощью сателлитов 6 водило связанно с коронной 3 и солнечной 7 шестернями. Солнечная шестерня 7 входит в зацепление с шестернёй привода гидронасоса 8 пневмогидравлического аккумулятора 13 (ПГА),обеспечивающего торможение солнечной шестерни при включении муфты сцепления и упругую работу трансмиссии трактора. ПГА в нагнетающей ветви насоса имеет распределитель, включающий его в работу и выключающий (устройство управлением гидропневматической планетарной муфтой сцепления).

Работа осуществляется следующим образом:

Коронная шестерня 3 вращается вместе с маховиком и передаёт вращение на сателлиты 6. Так как момент сопротивления на первичном валу (водиле) велик по сравнению с моментом сопротивления солнечной шестерни, сателлиты начинают вращать солнечную шестерню, которая через приводную шестерню насоса включает в работу шестерёнчатый насос. Насос подаёт масло через включённый распределитель 11 в жидкостную полость ПГА, увеличивая давление в газовой полость до величины, способной уравновесить момент солнечной шестерни, то есть остановить её, при передаче всей мощности двигателя через водило к коробке передач.

При выключенном распределителе насос подаёт масло на слив, солнечная шестерня вращается в связи с малым моментом сопротивления на ней, а водила остаётся неподвижным, значит, и трактор находится в покое.

Рис.2.1. Планетарная муфта сцепления

1 - маховик, 2 - болт, 3 - коронная шестерня, 4 - водило, 5 - ведомый вал, 6 - сателлиты, 7 - солнечная шестерня, 8 - гидронасос, 9 - всасывающая магистраль, 10 - нагнетательная магистраль, 11 - распределитель, 12 - сливная магистраль, 13 - пневмоаккумулятор.

При установившемся движении МТА с колебаниями нагрузки на крюке ПГА при нарастании нагрузки аккумулирует часть энергии двигателя, а при снижении отдаёт её валу водила, способствует стабилизации режима нагружения двигателя при правильно выбранной его жёсткости.

1.2 Методика расчёта оптимальной жёсткости пневмогидравлической планетарной муфты сцепления

Характеристика планетарной муфты сцепления зависит от типа устройства, блокирующего вращение солнечной шестерни. Таким устройством может быть и жёсткая зубчатая муфта, и фрикционная муфта меньших размеров, чем при использовании её в цепи передачи крутящего момента двигателя к движителям.

Цель, поставленная при создании муфт сцепление, состояла в том, чтобы снизить динамические нагрузки в валопроводе при трогании и разгоне МТА, снизить ударные воздействия неравномерностей протекания технологических операций на энергетические затраты трактора. Исходя из этого положения, в качестве устройства блокирующего солнечную шестерню планетарного ряда муфты выбран гидронасос, а упругого устройства, способного сглаживать ударные воздействия - пневмогидроаккумулятор.

Для обеспечения работоспособности планетарной пневмо-гидравлической муфты сцепления, направленной на обеспечение передачи мощности двигателя к движителям (включение муфты сцепления), необходимо приложить со стороны привода гидронасоса к солнечной шестерне тормозной момент, равный реактивному моменту на ней при передаче всей мощности к водиле планетарного ряда и дальше к первичному валу коробки передач.

Если момент двигателя, реализуемый через муфту сцепления, МД, то реактивный момент солнечной шестерни будет:

где к - внутреннее передаточное число планетарного ряда,

Момент на валу насоса при наличии зубчатого привода, связывающего его с солнечной шестерней, с передаточным числом привода iПР , будет равен в этом случае:

(2.1)

C другой стороны, этот момент при неподвижной (блокированной) солнечной шестерне должен быть уравновешен моментом сопротивления гидронасоса. Это возможно при определённом давлении в напорной магистрали насоса р.

Тогда момент на вале привода насоса будет

(2.2)

где F - проекция нагнетающей поверхности зуба на центральную радиальную поверхность его; 2pF - сила, действующая на нагнетающие зубья; - радиус делительной окружности шестерни насоса.

Поэтому

Откуда блокирующее давление в нагнетательной магистрали должно быть:

(2.3)

Скорость нарастания тормозного момента солнечной шестерни, а значит, и момент на ведущем валу коробки передач, должна обеспечивать снижение времени разгона (а вернее, выход на установившийся режим работы в процессе разгона), а также способствовать снижению динамической составляющей крюковой нагрузки при анизотропности свойств обрабатываемого материала и фона, на котором работает МТА.

Согласно работе [86] приведённая жёсткость упругого элемента, установленного перед ведущим валом коробки передач, будет определяться частотой собственных колебаний не подпружиненных горизонтально расположенных масс, которая вычисляется по формуле

(2.4)

где - частота собственных колебаний ; -масса трактора, кг; -масса сельскохозяйственного орудия, кг; - приведённый момент инерции трансмиссии к ведущему колесу трактора, кг ; r - динамический радиус колеса, м; - коэффициент учёта вращающих масс трактора, ; - частота (господствующая) вынужденных колебаний трансмиссии.

При расчёте приведённого момента инерции трансмиссии можно считать, что его составляют два момента инерции ведущего колеса, два Приведённых момента инерции вращающихся деталей конечной передачи, два момента инерции всех деталей тормозов, момент инерции дифференциала (детали коробки передач можно отбросить).

Тогда оптимальная жёсткость упругого элемента ПГА, приведённая к прямолинейно движущимся массам, может быть подсчитана из условия:

Подставив в эту зависимость значение частоты собственных колебаний из формулы (2.4), получим:

(2.5)

Для расчёта жесткости муфты сцепления, приведённой к первичному валу коробки передач (водилу планетарной муфты сцепления), сначала приводим эту жёсткость к валу ведущего колеса по следующей методике.

Жёсткость муфты, приведённая к валу ведущего колеса, по определению:

где - изменение момента на колесе, - соответствующий этому изменению момента угол закрутки вала колеса, , , (- перемещение горизонтального упругого элемента жёсткостью .)

Теперь

(2.6)

В этом выражении - приведённая к прямолинейному движению МТА жёсткость муфты сцепления. Рассуждая точно так же, установим, что

(2.7)

где iТР - передаточное число трансмиссии, - изменение момента на водиле планетарного ряда, соответствующее повороту его на угол , - КПД трансмиссии.

Оптимальная жёсткость упругого элемента определяется по условию непосредственного соединения подпружиненной массы с тягачём, поэтому жёсткость упругого элемента, установленного в трансмиссии, должна учитывать необходимость повышения крутящего момента, вызванного потерями в трансмиссии, поэтому в формуле (2.7) появился КПД трансмиссии .

Особенность устройства планетарной муфты сцепления приводит к тому, что название передаточное число (iТР) не является полным передаточным числом, определяемым отношением iтр(п)= wд/w к, а уменьшенным в раз, т.е.

Жёсткость упругого элемента муфты сцепления, определяющая режим работы валопривода, на основании выражений (2.7),(2.6) и (2.5) оказывается равной:

(2.8)

Приведение этой жёсткости к солнечной шестерне даёт

где - изменение нагрузки на солнечной шестерне, - угол закрутки под действием солнечной шестерни, (к+1) - передаточное число от водила к солнечной шестерни, - КПД от водила к солнечной шестерне (0,96).

Точно так же можно показать, что приведённая оптимальная жёсткость к валу гидронасоса будет:

где iПР - передаточное число привода насоса.

Окончательно

(2.9)

1.3 Обоснование конструктивных размеров пневмогидравлических аккумуляторов планетарной муфты сцепления

Для обоснования конструктивных размеров пневмогидроаккумулятора приведём жёсткость, полученную по формуле (2.9), к газовому объёму.

Жёсткость газового пространства оценивается отношением

где - изменение давления в жидкости полости ПГА, - соответствующее изменение объёма газового пространства.

Согласно выражению (2.3)

Изменение объёма газового пространства ПГА можно подсчитать по объёму поданной жидкости насосом при повороте на угол . Если подача на один зуб шестерни насоса v (см. рис. 2.2), то подача на один оборот будет vz, где z - число зубьев шестерни насоса, и далее - подача на один радиан , а при повороте на угол .

рис 2.2. объём жидкости, подаваемый насосом на один зуб.

Теперь с учётом этого

изменение момента двигателя можно выразить через изменение момента на шестерне по выражению (2.1):

Поэтому

Окончательно выражение для определения оптимальной жёсткости ПГА имеет вид:

или с учётом выражения (2.1)

(2.10

С другой стороны жёсткость ПГА может быть подсчитана из условия, что процесс сжатия и расширения в ПГА - процессы политропные =const, где n - показатель политропы, равной 1,3.

При поступлении в жидкостную полость ПГА объёма жидкости прирост давления в газовой полости возрастает на :



(2.11)

При малых значениях можно сказать, что

(2.12)

где СПГА - жёсткость ПГА, тангенс угла наклона касательной к р=f(V), а он равен производной от по .

Дифференцируя по выражение (2.11), получим

Так как , то , где р2 и V2 можно рассматривать в качестве текущих значений давления и объёма, а как текущие значения жёсткости ПГА, т.е.

(2.13)

Как следует из начала этого раздела, при стационарной нагрузке двигателя крутящим моментом со стороны трансмиссии величина давления в ПГА, уравновешивающая солнечную шестерню планетарного ряда муфты, при полной нагрузке оценивается выражением (2.3). Тогда на основании выражения (2.13)

(2.14)

Для выполнения заданной программы исследования требуется определить оптимальный газовый объём ПГА, обеспечивающий требуемую жёсткость упругого элемента. Он может быть определён из равенства выражений (2.10) и (2.14).

Откуда

(2.15)

Для количественного определения газового объёма ПГА, обеспечивающего при заданном моменте двигателя блокирование одной степени свободы планетарного вала и оптимальную величину жёсткости первичного вала коробки передач при условии смягчения взаимодействия сельхозмашины с препятствиями, необходимо иметь экспериментальный материал по спектральной плотности колебаний крюковой нагрузки трактора с жесткой трансмиссией при работе в составе МТА, откуда выбирается наиболее энергоёмкая частота вынужденных колебаний 1/с.

При полном снятии нагрузки с двигателя, максимальный объём газового пространства VMAX (при р0=1атм=0,1Мпа) определим из условия:

где р и V - параметры состояния газа на расчётном режиме.

Отсюда

или (2.16)

Формулы (2.15) и (2.16) выявляют возможность управления размерами ПГА (объёмом газового пространства, обеспечивающим выполнение ПГА заданных функций) путём изменения передаточного числа iПР привода гидронасоса гидропневматической муфты сцепления.

Корректировка его величин может быть проведена и за счёт изменения внутреннего передаточного числа планетарного ряда муфты. Уменьшение газового объёма (а значит и размеров пневмогидроаккумулятора) приведёт к росту расчётного давления в ПГА. Принятие компромиссного решения при выборе объёма и рабочего давления способствует использованию в системе предложенной муфты ПГА из стандартного ряда.

1.4 Нагружающая характеристика пневмогидравлической планетарной муфты сцепления

Может случиться, что максимальный объём газового пространства VMAX ПГА окажется слишком большим. Ограничить размеры ПГА можно выбором типа нагружающей характеристики пневмогидравлической планетарной муфты сцепления.

Сделать это можно путём обоснования рабочей зоны упругих ПГА в эксплуатационных условиях. Она определяется возможным диапазоном изменения (колебания) тягового усилия трактора в процессе эксплуатации. Именно в его пределах должны проявляться упругие свойства валопровода, обеспечивающие стабилизацию режима нагружения. Многие исследования МТА (в том числе и исследования сотрудников ВГСХА) показывают, что предельные отклонения тягового усилия РКР от среднего его значения составляют в экспериментальных случаях 35%[75,88].

При таком режиме колебаний нагрузки приемлемой будет показана на (рис.2.3) нагружающая характеристика пневмогидравлической муфты (в случае постоянства СПГА).

Характерными особенностями работы пневмогидравлической планетарной муфты сцепления по (2.1) являются:

- упругими свойствами система обладает в пределах нагружения МД(РАБ)0,35МД(РАБ);

- в точке 1 характеристика ПГА блокируется, отсоединяется от системы торможения солнечной шестерни;

- в точке 3 может быть два варианта регулировки ПГА:

1. жёсткий упор для поршня, разделяющего газовый и жидкостный объём (например, в цилиндрическом ПГА)(линия 3-5 графика нагружения);

2. установка редуктора клапана в жидкостном объёме для обеспечения слива жидкости и постоянства момента на первичном валу коробки передач (линия 3-4 на том же графике);

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.2.3. нагружающая характеристика пневмогидравлической муфты

- во втором случае при коэффициенте загрузки двигателя на рабочем режиме 0,8 МД(НОМ) и коэффициенте приспособляемости двигателя 1,15 двигатель не будет глохнуть на перегрузках, а замедление скорости и остановка трактора побудит оператора выключить муфту сцепления и переключить передачу в КП. В этом состоит преимущество второго варианта конструкции пневмогидравлической муфты;

- в точке 1 кривой нагружения рост момента нагружения должен осуществляться рывком резкого импульсного подъёма давления нагнетательной магистрали гидронасоса;

- корректировка участка 0-1 нагнетающей характеристики может быть произведена за счёт пневмогидравлической муфты сцепления с изменяемой характеристикой упругого элемента в нагнетательной магистрали (рис.2.4).

при холостом ходе (отключенной муфте сцепления) поток жидкости от насоса проходитпо отверстиям золотника на слив. В связи с большой скоростью движения возможен некоторый отсос жидкости из дроссельного объёма. Клапан дросселя при этом находится в закрытом положении и поддерживает давление в ПГА, соответствующее точке 1, нагружающей характеристики при включённой муфте сцепления (0,65 от расчётного давления в ПГА).

рис 2.4. обеспечение работы муфты сцепления по скорректированной характеристике нагружения

При включении муфты сцепления (золотник находится в положении “включено”) масло может поступать через дроссельный объём в ПГА, что сначала приводит к заполнению и подъёму давления в нём до давления, обеспечивающего реализацию двигателем момента в точке 1 скорре-ктированной характеристики нагружения (рис.2.5) и ввод в работу ПГА за счёт открытия клапана дросселя.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.5. скорректированная нагружающая характеристика муфты сцепления с постоянной жёсткостью в пределах участка 1-3

Жёсткость нагружающей характеристике на этом первом участке 0-1 определяется временем включения золотника, заполнением дроссельного объёма до подъёма давления включения ПГА. Исходя из этих положений, и может быть подсчитана величина . Однако, при этом будет достаточно много допущений, поэтому лучше этот показатель определить экспериментально.

Описанное протекание нагружающей характеристики муфты сцепления обеспечивает реализацию крутящего момента двигателя во всём диапазоне частот вращения его по нагрузочной характеристике двигателя.

Гидронасос муфты может создать тормозной момент на солнечной шестерне планетарного ряда, необходимый для реализации крутящего момента двигателя М1, при давлении масла:



При этом объём газового пространства ПГА будет равен

если V - расчётный объём газового пространства, полученный по выражению (2.15).

Этот объём, максимальный объём газового пространства, обеспечивающий работу упругого элемента муфты сцепления.

Жёсткость упругого элемента в точке 1 нагружающей характеристики на участке 1-3 в соответствии с выражением (2.13) будет

Так как р1=0,65, то

или

при n=1,3 .

Для точки 3 характеристики этот расчёт даёт

р3=1,35р,

Теперь можно скорректировать нагружающую характеристику муфты сцепления. Её вид представлен на (рис. 2.6).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.6. Нагружающая характеристика муфты сцепления с изменяющейся жёсткостью на участке 1-3

В пределах работы пневмогидравлической планетарной муфты сцепления в упругом режиме при максимально возможных колебаниях момента сопротивления двигателя значительно изменяются её упругие свойства.

Однако исследования [81] показали, что с увеличением неравномерности нагружения дизельных двигателей снижается мощность, реализуемая в этих условиях двигателем, падает частота вращения, что в конечном счёте приводит к снижению оптимальной жёсткости упругой муфты сцепления согласно формуле (2.15)(падает МДВ, уменьшается средняя частота вращения, а значит и скорость движения, вызывая снижение частоты вынужденных колебаний, в целом при этом возрастает V, что соответствует снижению требуемой жёсткости ПГА). Криволинейность рабочей части нагружающей характеристики способствует частичной компенсации этих изменений режима работы двигателя.

1.5 Числовой анализ теоретических положений по отношению к МТА с колёсным трактором МТЗ-80

Данные для расчёта.

Рассчитываемый режим нагружения - четвертая передача серийного трактора (для макета - шестая):

- передаточное число трансмиссии iТР=68,6;

- передаточное число привода гидронасоса iПР=0,98;

- число зубьев шестерни гидронасоса z=11;

- внутренние передаточное отношение планетарного ряда к=2,39, радиус колеса r =0,78;

- показатель политропы сжатия n=1,3;

- номинальный крутящий момент двигателя МД=255,6 Н*м;

- масса трактора (МТЗ-80) mТР=3450 кг;

- масса культиватора m=781 кг;

- приведённый момент инерции трансмиссии, рассчитанный по данным таблицы (2.1)(к движителям) IТР=362,09 кг*;

- подача маслом насоса на один зуб л;

- коэффициент учёта вращающихся масс

где IМ - момент инерции двигателя с маховиком (1,45 ); Iмф - момент инерции муфты (0,268 ); IВТР - момент инерции трансмиссии приведённый к валу двигателя; I2к - момент инерции движителей, приведённый к валу двигателя, ();

- произведение КПД (), подсчитанные с учётом числа пар зацеплений на выбранной передаче - 0,825.

Расчётное значение (оптимальное) газового объёма ПГА (размерность ПГА) по формуле (3.1) составило: V=3,03 л.

Давление, стабилизирующие работу пневмогидравлической муфты сцепления, по формуле (2.3), р=9 МПа

1.6 Выводы по главе

1. Предложена гидропневматическая муфта сцепления [а.с. СССР №1592173 ], обеспечивающая соединения трансмиссии с двигателем без трения в фрикционном механизме гашения, а также стабилизацию режима нагружения двигателя со стороны трансмиссии и навески трактора.

2. Разработана математическая модель оптимального функционирования планетарной муфты сцепления с пневмогидравлическим упругим элементом, скомпонованный в одном узле.

3. Обоснована нагружающая характеристика планетарной муфты сцепления, обеспечивающая нелинейную зависимость передаваемого момента от двигателя к движителям и позволяющая частично приспосабливаться к изменению условий нагружения.

4. Произведена предварительная оценка параметров пневмогидроаккумулятора планетарной муфты сцепления.

Раздел 3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ КОНСТРУКЦИИ

Для оценки технико-экономической эффективности проектируемой машины необходим комплексный анализ ее экономичности в сфере производства, производимый путем сопоставления себестоимости этой машины с себестоимостью базовой модели машины, а также необходим анализ экономичности сравниваемых машин в сфере эксплуатации, выполняемый путем сопоставления их производительности и эксплуатационных расходов.

Расчет затрат на изготовление пневмогидравлического упругого элемента в трансмиссии трактора ВТ-150

Стоимость упругого элемента рассчитываем по формуле:

,

где - стоимость корпусных деталей, руб.; - стоимость покупных изделий, руб.

Стоимость корпусных деталей будет:

,

где - масса материала, израсходованного на изготовление корпусных деталей, кг; - средняя стоимость одного килограмма готовых деталей (18,5 руб/кг).

Результаты вычислений приведены в таблице (1).

Стоимость покупных деталей С заносим в таблицу ().

Тогда

руб.

Таблица 1

Стоимость корпусных деталей

№ п/п	Наименование	Количество, шт.	Масса деталей, кг	Стоимость деталей, руб.
1	2	3	4	5
1	Фланец	1	5,8	406
2	Кожух	1	6,1	426
3	Вал привода ВОМ	1	1,8	126
4	Ступица	1	1,3	91
5	Шестерня	1	2,1	146,4
6	Вал привода гидромашины	1	1,7	119
7	Крышка	1	1,2	84
8	Обойма	1	1,6	112
9	Колесо	1	0,8	56
Всего			22,4	1566,4

Определяем стоимость трактора после установки конструкции. Стоимость трактора ВТ-150 =260000 руб.

Определяем стоимость пневмогидравлического упругого элемента по формуле:

,

где - коэффициент, учитывающий стоимость монтажных работ, 1,35; - коэффициент, учитывающий стоимость крепежных работ, 1,05.

Тогда:

руб.

Определяем стоимость трактора с упругим элементом:

руб.

Таблица 2

Стоимость покупных деталей

№ п/п	Наименование	Количество деталей	Стоимость, руб.
			одной детали	всех деталей
1	2	3	4	5
1	Солнечная шестерня
2	Коронная шестерня
3	Сателлит
4	Ось сателлита
5	Ролик 4*35
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Всего

Определяем технико-экономических показателей применения упругого элемента в тракторе ВТ-150 при культивации

Производительность за один час сменного времени

,

где 0,1 - переводной коэффициент; - рабочая скорость, км/ч; В - ширина захвата, м.

Для серийного трактора:

га/ч.

Для разрабатываемой модели трактора:

га/ч.

Производительность за смену

где: =7 ч. - время смены.

Тогда:

га/см,

га/см.

Определяем сезонную производительность

,

где: Т=1050 ч. - занятость серийной машины за сезон

Тогда:

га,

га.

Определяем затраты труда на единицу работы

,

где: п=1 - количество рабочих, занятых на культивации, чел.

Тогда:

чел.-ч/га,

чел.-ч/га.

Рост производительности:

,

.

Определяем экономию затрат труда

,

чел.-ч.

Определяем снижение затрат труда

,

.

Определяем удельный расход топлива

,

где: - мощность на крюке, кВт; q - удельный расход топлива, кг/кВт ч; - коэффициент полезного действия, 0,8.

Тогда:

 кг/га,

кг/га.

Эксплуатационные расходы в расчете на единицу работы

,

где: - зарплата с начислениями, руб/га; - автоматизация основных средств, руб/га; - расходы на текущий ремонт; - расходы на горюче смазочные материалы, руб/га.

Заработная плата с начислениями

,

где: - затраты труда на единицу работы, чел.-ч/га; - тарифная ставка по 3 разряду, 4,02; - коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату, 1,7.

руб/га,

руб/га.

Амортизация основных средств

,

где: - амортизационные отчисления по трактору, руб/га; -амортизационные отчисления по культиватору, руб/га; и -стоимость трактора и культиватора, руб; и - норма отчислений на амортизацию соответственно трактора и культиватора, 9,1%, 12,5% [14]; и -сезонная нагрузка трактора и культиватора, 1050 ч, 400 ч.

руб/га,

руб/га.

Расходы на ремонт и техническое обслуживание

,

где: и - расходы на ремонт и текущее обслуживание трактора и культиватора, руб/га; и - норма отчислений на ремонт и техническое обслуживание соответственно трактора и культиватора, 17,4%, 9%[126].

Тогда,

руб/га,

руб/га.

Стоимость горюче смазочных материалов

,

где: - стоимость комплексного топлива, 9,5 руб/кг.

Тогда,

руб/га,

руб/га.

Определяем эксплуатационные расходы на единицу работы:

руб/га,

руб/га.

Годовая экономия эксплуатационных расходов

,

руб.

Приведенные затраты

,

руб/га,

руб/га.

Годовой экономический эффект

,

руб.

Срок окупаемости капитальных вложений

,

лет.

=57 дней

Результаты произведенных расчетов сводим в таблицу (3).

Таблица 3

Технико-экономические показатели пневмогидравлического упругого элемента.

№ п/п	Показатели	Единицы измерения	Значения	Отношение проектируемой к базовой модели
			Базовой модели	Проектируемой модели
1	2	3	4	5	6
1	Капитальные затраты	руб.	260000	272202	103,4
2	Производительность
	- за час сменного времени	га/ч	2,28	2,8	121
	- за смену	га/см	15,96	19,6	123
	- за сезон	га	2394	2940	121
3	Затраты труда на ед. работы	чел.-ч/га	0,43	0,35	82
4	Рост производительности труда	%	22,8	22,8
5	Экономия затрат труда	чел.-ч		235,2
6	Снижение затрат труда	%		18,6
7	Удельный расход топлива	кг/га	4,3	2,7	56,7
8	Эксплуатационные расходы в расчете на единицу работы:
	- всего	руб/га	91,98	69,06	56,7
	- зарплата с начислениями	руб/га	2,94	2,39	82
	- амортизация основных средств	руб/га	21,17	17,62	84
	- ремонт и техническое обслуживание	руб/га	27,02	22,73	85
	- ГСМ	руб/га	40,85	26,32	65
9	Годовая экономия эксплуатационных расходов	руб.		70272,72
10	Приведенные затраты	руб/га	108,27	82,95	78
11	Годовой экономический эффект	руб.		77631,12
12	Срок окупаемости	лет		0,15

Выводы по главе

1. Проведение технико-экономического анализа проектируемой машины показало, что эффективность применения пневмогидравлического упругого элемента позволило увеличить производительность труда на 19% и снизить расход топлива на 34,7%.

2. Использование предложенной муфты сцепления в тракторе на всех видах работ срок окупаемости затрат составит 0,15 года. Годовой экономический эффект внедрения эластичного привода составит 77631 рублей.

Размещено на Allbest.ru