Ускоренные испытания силовых передач тракторов играют существенную роль в процессе доводки конструкций новых машин [8, 10, 11, 12, 14]. С учетом этого, коллективом кафедры «Тракторостроение» ВолгГТУ в сотрудничестве с Волгоградским тракторным заводом создан комплекс стендового оборудования, предназначенного для исследовательских и ресурсных испытаний силовых передач тракторов [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 13, 14].
Одним из важнейших источников генерации в силовой цепи трактора динамических возмущений является традиционный гусеничный движитель [8, 10]. При перемотке звенчатой гусеницы за счет ряда кинематических и силовых факторов возникает целый спектр колебаний ведущего колеса по углу поворота, которые далее уже как крутильные колебания распространяются по валопроводу, нарушая законы движения деталей, приводя к их дополнительной динамической нагруженности и к накоплению усталостных повреждений [8, 13, 14]. Воспроизвести в стендовых условиях воздействия от гусеничного движителя без его использования в составе стенда не представляется возможным. С учетом этого предложены схема и конструкция стенда [1, 2, 7] для испытания трансмиссий тракторов с замыканием контура гусеничными цепями (рис. 1). Выполненный на стенде комплекс испытаний позволил получить необходимую информацию о характере нагруженности силовых передач тракторов семейств ДТ и ВТ производства ВгТЗ от перемотки гусеничного движителя и выработать рекомендации по снижению величины генерируемых при этом динамических нагрузок в деталях силовой передачи.
Для выполнения длительных, ресурсных испытаний трансмиссий очевидными преимуществами с точки зрения экономии энергии обладают стенды с замкнутым силовым контуром [7, 13]. Устройства, замыкающие контур, должны быть по возможности простыми, недорогими и не вносить в контур вредных дополнительных возмущений. Коллективом кафедры «Тракторостроение» ВолгГТУ предложен ряд схем таких устройств, использованных в стендах для ресурсных испытаний трансмиссий [1, 2, 3, 4, 5, 8, 13, 14, 15]. Одной из самых простых является схема с замыканием контура технологическими валами (рис. 2). Достоинствами стенда является то, что одновременно в одинаковых условиях испытываются две трансмиссии 3 и 5, а также дешевизна самих технологических валов 6, замыкающих контур. Нагрузка в силовом контуре стенда задается путем закрутки шкива тормоза солнечной шестерни планетарного механизма поворота одной из трансмиссий при остановленном приводе на определенный угол при помощи подвешиваемого на рычаге груза 7; при этом все звенья силовой цепи обеих трансмиссий и стенда оказываются нагруженными заданным моментом, величина которого при приведении деталей во вращение сохраняется и циркулирует по замкнутому контуру.
Экономной и технологически простой является также схема стенда [7, 13] с замыканием контура карданными валами (рис. 3). На этом стенде одновременно испытываются аж 4 трансмиссии 2, 3, 4 и 5, причем трансмиссии 4 и 5 работают в режиме заднего хода, валы отбора мощности трансмиссий 2 и 4, 3 и 5 соединены короткими карданными валами, а конечные передачи трансмиссий 2 и 3, 5 и 4 соединены длинными карданными валами. Закрутка валов стенда осуществляется выше описанным нагружателем.
б)
Рис. 1. Стенд с замыканием силового контура гусеничными цепями:а – схема стенда; б – электрогидравлическое нагружающее устройство; 1 – приводная электрическая балансирная машина; 2, 4 – карданные передачи; 3, 5 – испытуемые силовые передачи; 6 – ведущие колеса; 7 – гусеничные цепи; 8 – направляющее колесо; 9 – электроуправляемый гидравлический нагружатель
Схемы стендов, представленных на рис. 1–3, интересны прежде всего использованными в них способами замыкания силового контура. В схемах этих стендов нагружающее устройство показано в виде гидроцилиндра или простого рычага с грузом, величиной которого задается уровень постоянной нагрузки в замкнутом контуре стенда. Такой способ нагружения можно избрать только при проведении каких-либо лабораторных испытаний трансмиссий, предметом которых может быть, например, экспериментальное определение нагруженности отдельных деталей. При проведении же ресурсных испытаний необходимо воспроизводить на стенде тождественные эксплуатационным динамические режимы нагружения. Такие режимы возможно воспроизвести и на описанных стендах, если действие нагружателя будет управляться по заданной программе и осуществляться, например, электрогидравлическим устройством.
Рис. 2. Схема стенда с замыканием силового контура технологическими валами:1 – приводная балансирная машина; 2, 4 – карданные валы; 3, 5 – испытуемые трансмиссии; 6 – технологические валы, 7 – нагружающее устройство
Рис. 3. Схема стенда с замыканием силового контура карданными валами:1 – приводная балансирная машина; 2, 3, 4 и 5 – испытуемые трансмиссии; 6 – карданные валы; 7 – нагружатель
Как показывает опыт отечественного и зарубежного стендостроения [7, 8, 13, 14], электрогидравлические системы, обладающие рядом несомненных достоинств (высокое быстродействие, высокая удельная мощность, малая инерция подвижных частей при развитии больших усилий, возможность автоматизированного управления по электросигналу задающей программы) наиболее полно отвечают требованиям к системам, способным воспроизводить сложные переменные во времени нагрузочные режимы. Такая система управления нагрузочным режимом реализована в созданном кафедрой стенде для ускоренных испытаний трансмиссий тракторов с замыканием силового контура гидрообъемными передачами [6, 7, 8, 13, 14, 15]. В конструкции созданного стенда гидравлические устройства используются и для формирования режима нагружения, и для замыкания силового контура. Гидрокинематическая схема стенда приведена на рис. 4.
Рис. 4. Гидрокинематическая схема стенда с гидрозамкнутым силовым контуром:1 – испытуемая гидромеханическая силовая передача; 2 – согласующий редуктор; 3 – раздаточная коробка; 4 – приводная балансирная машина; 5 – нагружающий гидромотор; 6 – нагружающий гидронасос; 7 – электроуправляемый гидроклапан; 8 – электроуправляемый гидропульсатор; 9 – насос подпитки; 10 – привод насоса подпитки; 11 – насос системы управления; 12, 17 – предохранительный клапан; 13, 14 – регулируемый дроссель; 15 – гидрораспределитель; 16 – привод пульсатора; 18 – напорный золотник; 19 – система управления давлением; 20 – гаситель гидроудара; 21 – фильтр; 22 – радиатор; 23 – масляный бак; 24 – кран выпуска воздуха; 25, 26, 27, 28 – манометры; 29 – напорная магистраль; 30 – магистраль низкого давления; 31 – всасывающая магистраль подпиточного насоса; 32 – дренажная труба–коллектор; 33 – вентиль
В процессе испытаний передача энергии от выходных валов испытуемой механической или гидромеханической силовой передачи 1 к входному валу (то есть замыкание силового контура) осуществляется гидроагрегатами. Силовой поток отдельно по каждому борту стенда замыкается регулируемыми гидрообъемными передачами, включающими в себя соединенные с бортовыми редукторами испытуемой силовой передачи 1 через согласующие редукторы 2 гидронасосы 6, напорные 29 и сливные 30 магистрали которых зациклены и сообщены с гидромоторами 5, связанными с входным валом испытуемой трансмиссии 1 через раздаточную коробку 3. При этом отпадает необходимость в длинных карданных валах и других громоздких механических устройствах, замыкающих контур. Привод стенда осуществляется балансирной электрической машиной 4 через вал отбора мощности.
Для повышения функциональных возможностей стенда в его конструкции использован гидрораспределитель 15 – устройство, играющее роль межбортового блокируемого дифференциала, которое осуществляет соединение и разъединение напорных магистралей бортов и позволяет таким образом осуществлять перераспределение мощности, циркулирующей по каждому из бортов в замкнутом силовом контуре стенда.
Гидрообъемное замыкание силового контура обладает рядом достоинств по сравнению с другими способами замыкания. Одним из этих достоинств является возможность воспроизведения в замыкаемом силовом контуре нагрузок с требуемым законом изменения во времени. Режим нагружения испытуемой силовой передачи реализуется за счет подъема и сброса по заданному закону давления в напорных магистралях гидропередач при помощи специальных электроуправляемых гидравлических исполнительных механизмов. В качестве таковых использованы электроуправляемые гидроклапан 7 и гидропульсатор 8. Гидроклапан 7 обладает чрезвычайно малой инерционности их рабочих органов. Он состоит из электрогидравлического блока и золотникового блока с узлом обратной связи. Электрогидравлический блок включает в себя электромеханический преобразователь сигнала и конструктивно соединенный с ним гидравлический мост управления, выполненный на базе дифференциального элемента типа «сопло-заслонка». Гидроклапан по заданному программой управления закону осуществляет подъем и сброс давления в напорных магистралях; он отрабатывает сигналы с частотой до 40 Гц. Электрогидропульсатор 8 позволяет воспроизводить изменение нагрузки с частотами в диапазоне 0,5–26 Гц. Таким образом, при совместной работе этих электрогидравлических устройств обеспечивается возможность воспроизведения на стенде нагрузок эксплуатационного характера с частотами изменения не менее 50 Гц.
На рис. 5 и приведен пример участка осциллограммы записи процессов нагружения трансмиссии на стенде при возбуждении гидропульсатором колебаний с разными частотами [8, 13, 14]. Записи процессов на осциллограммах обозначены следующим образом: процесс изменения давления – буквой Р, момента – М, частоты вращения вала привода – цифрой 1, отметчика времени – цифрой 2, частоты вращения тензометрируемого вала – цифрой 3.
Рис. 5. Характер изменения нагрузок на валу конечной передачи трансмиссии при возбуждении колебаний с частотой 0,5 Гц
Анализ комплекта осциллограмм, полученных при возбуждении колебаний с разными частотами и амплитудами, с разным изменением нагрузок во времени позволил получить обширную информацию о дополнительной динамической нагруженности отдельных деталей и участков валопровода трансмиссии при ее работе на эксплуатационных режимах, во время которых она испытывает нагрузки с подобными амплитудами и частотами изменения, и выработать рекомендации по корректировке упруго-демпфирующих параметров элементов трансмиссии для снижения этой нагруженности.
Библиографическая ссылка
Шеховцов В.В., Ходес И.В., Шевчук В.П., Соколов-Добрев Н.С., Шеховцов К.В. СТЕНДОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ СИЛОВЫХ ПЕРЕДАЧ ТРАКТОРОВ // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 1. – С. 36-40;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=31235 (дата обращения: 21.11.2024).