РАЗДЕЛ 2
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ АВТОГРЕЙДЕРА С ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК В ЕГО ОСНОВНЫХ УЗЛАХ
2.1. Конструктивные особенности исследуемого автогрейдера. Основные допущения при математическом моделировании динамических процессов
Известные расчетные схемы и математические модели для оценки динамических нагрузок автогрейдеров, разработаны в основном для машин с механической трансмиссией и колесной формулой [2,24,94,110]. Объясняется это тем, что подавляющее большинство автогрейдеров, выпускаемых в СНГ, комплектовались как механической, так и гидромеханической трансмиссиями. При этом у однотипных машин конечные элементы трансмиссии: главная передача и бортовые редукторы одинаковы. Поскольку тяговая диаграмма машин с механической трансмиссией более жесткая, чем у автогрейдеров с гидромеханическим тяговым приводом, то, предположительно, и нагрузки у первых из них более высокие [63]. Об этом же указано и в работе А.М.Холодова [108]. Поэтому в независимости от типа тягового привода расчетные нагрузки на автогрейдер определялись по методикам машин с механической трансмиссией. Однако более поздние исследования [83] показали, что незначительные динамические нагрузки на ЗТМ с гидромеханической трансмиссией, на что указал А.М. Холодов [108], характерны для гусеничных машин с малыми начальными скоростями движения (до 1м/с) и при малых жесткостях препятствий. С увеличением начальных скоростей и с повышением жесткости препятствий, взаимодействующих с рабочими органами ЗТМ, нагрузки у машин с гидромеханической трансмиссией могут оказаться существенно более высокими, чем у машин с механической трансмиссией.
В то же время в мире сложилась твердая тенденция увеличения доли выпуска автогрейдеров массой 12-16т, оборудованных исключительно гидромеханическими трансмиссиями. В частности, ведущая в мире по выпуску землеройной техники фирма Caterpillar продает более 35% таких автогрейдеров массой 15-16 т. Немецкая фирма ZF специализируется на выпуске достаточно совершенных гидромеханических коробок передач, предназначенных для тяговых приводов автогрейдеров. Брянский завод "Арсенал", главный производитель автогрейдеров в РФ, полностью перешел на выпуск машин среднего типа с гидромеханической трансмиссией. Орловский завод "Дормаш" начал выпускать автогрейдеры ДЗ-122Б массой 14,5т, оборудованные двигателем ЯМЗ-236 и гидромеханической трансмиссией.
Изложенными выше соображениями обусловлена необходимость постановки исследований динамических процессов автогрейдеров с гидромеханической трансмиссией. Характерным представителем этого типа машин является автогрейдер ДЗк-251, опытный образец которого выпущен Крюковским вагоностроительным заводом. При массе в 16 т он имеет классическую компоновку, оборудован двигателем СМД-35, мощностью 165л.с. Тяговый привод включает гидромеханическую трехступенчатую коробку передач ЛЗГМП (г. Львов), оборудованную гидротрансформатором с эффективным диаметром 370 мм. Задняя тележка автогрейдера снабжена двумя балансирами с ходовыми колёсами 14-20. Ее главная передача заимствована у КрАЗ-260 и снабжена блокируемым дифференциалом. На заднюю тележку приходиться примерно 65% силы тяжести автогрейдера. В отличии от автогрейдеров семейства ДЗк-250 у исследуемой машины предусмотрен дополнительный гидрообъемный привод ходовых колес переднего моста с отбором мощности на регулируемый насос непосредственно от двигателя (до гидротрансформатора). Заводские испытания автогрейдера ДЗк-251 с отключенным и включенным передним мостом показали, что реализуемое тяговое усилие на асфальтобетоне в первом случае выше (около 9 тс), чем во втором (около 8 тс). Объясняется это тем, что насос питания гидромоторов переднего моста отбирает мощность непосредственно у двигателя, ухудшая его выходную характеристику и рассогласовывая совместную работу двигателя и гидротрансформатора. Нельзя не отметить, что для полноприводного автогрейдера массой 16т мощности двигателя в 165л.с. явно недостаточно.
Учитывая сказанное, а также то обстоятельство, что большинство выпускаемых в мире автогрейдеров массой 10-18т имеют колесную формулу , было принято решение исследовать автогрейдер типа ДЗк-251 с отключенным передним мостом. В остальном, автогрейдер ДЗк-251 не отличается от машин классической компоновки, поэтому для математического моделирования динамических процессов автогрейдеров с гидромеханическим тяговым приводом использована заводская диаграмма совместной работы двигателя СМД-35 с гидротрансформатором ЛГ-370 (рис.2.1). Отметим, что диаграмма (рис.2.1) приведена к ходовым колесам задней тележки без учета их буксования.
Помимо указанного при составлении расчетной схемы автогрейдера и ее математического описания, учитывая пространственный характер движения автогрейдера в процессах стопорения (удар края отвала о препятствие, интенсивное заглубление рабочего органа в грунт), приняты следующие допущения, не противоречащие данным других исследователей:
1. При анализе движения автогрейдера по трем координатным осям полагается, что масса автогрейдера сосредоточена в его центре тяжести.
2. При угловых колебаниях машины она обладает моментами инерции относительно соответствующих координатных осей.
3. Рассматриваемый тип автогрейдера на рабочей передачи КП обладает достаточной энергонасыщенностью (), что обеспечивает полное буксование ходовых колес на скоростях менее 4 км/час. Отметим, что этому условию соответствуют все автогрейдеры ведущих в мире фирм Caterpillar, Komatsu. В то время как Российские автогрейдеры типа ДЗ-143 и ДЗ-122 имеют примерно на 10% меньшую удельную мощность ().
4. Жесткость трансмиссии автогрейдера, приведенная к ходовым колесам, не менее, чем на порядок превосходит продольную жесткость его металлоконструкций и системы подвески рабочего оборудования. Аналогичное допущение применительно к плоской модели ЗТМ принято А.М. Холодовым [108], Л.В Назаровым [63,75,78] и другими.
5. Продольная жесткость автогрейдера в проце