Дослідження способів підвищення ефективності роботи гусеничного рушія

Волгоградського державного

ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Автотракторний факультет

Магістерська дисертація

найменування теми

Дослідження способів підвищення ефективності

роботи гусеничного двіжітеля_________________

Автор роботи ____________________ Шаров М.І.

підпис, дата прізвище, ініціали

Спеціальність 551402 Трактори_________________

номер, найменування

Керівник

магістерської

програми __________________ Победин А.В.

підпис, дата прізвище, ініціали

Керівник роботи __________________ Ляшенко М.В.

підпис, дата прізвище, ініціали

Волгоград, 2000

Реферат

Магістерська дисертація виконана на 78 сторінках машинописного тексту і включає 12 рисунків, 2 таблиці та список літератури з 27 найменувань.

Ключові слова: ефективність, принцип роботи, гусеничний рушій, ведуча зірочка, навесоспособность, плавність ходу, почвосбереженіе, внутрішнє підресорювання, пружний елемент, машинне моделювання.

Робота присвячена дослідженню деяких аспектів ефективності роботи гусеничного рушія трактора. У ній була піднята проблема забезпечення вимог до характеристик почвосбереженія, економічності, екологічності, плавності ходу гусеничних машин, умов праці оператора на робочому місці.

Відповідно до поставленої задачі було проведено дослідження можливих конструкцій гусеничного тягово-транспортного засобу, що відповідає виставленим вимогам, запропонована конструкція гусеничного рушія з ведучим колесом, опущеним на грунт, і конструкція ведучої зірочки з внутрішнім підресорюванням.

Зроблено оцінку запропонованої конструкції з точки зору кінематики і кінетостатікі. Зроблено висновок про кінематичної і Кінетостатіческій реалізованим даного механізму. Також зроблено розрахунок пружних елементів колеса на вигин, і розрахунок координат точок шарнірів пружних елементів, як однозначно задають положення колеса в просторі.

На основі вироблених обчислень, на ПЕОМ була реалізована електронна модель колеса, що дозволило провести аналіз зміни величини крутного моменту за один цикл. Також проведено оцінку навесоспособності, кутовий жорсткості і розподілу мас нової конструкції. Зроблено висновок про конкурентоспроможність даної моделі і ряді переваг в порівнянні з серійним трактором ВТ-100.

Зміст

1. Введення 6

2. Аналітичний огляд та стан питання 10

2.1 Аналіз літературних джерел 10

2.2 Патентне дослідження 23

2.2.1 АС № 821229 «Пружне колесо транспортного засобу з маточиною і обводом» 23

2.2.2 АС № 933481 «Металлоеластічное колесо транспортного засобу» 25

2.2.3 АС № 160092 «Опорний каток гусеничних машин» 27

2.2.4 Патент США № 5125443 «Пружинно підвішене колісне пристрій» 28

2.2.5 Переваги і недоліки розглянутих конструкцій 33

3. Аналіз роботи об'єкта дослідження 35

3.1 Вимоги, що пред'являються до конструкції 35

3.2 Опис конструкції та принципу роботи ведучого колеса з внутрішнім підресорюванням 36

3.3 Кінематичний розрахунок досліджуваної конструкції 40

3.3.1 Визначення точок кривої траєкторії руху кінця пружного елемента 40

3.3.2 Визначення радіусу ведучого колеса по трьох точках 43

3.3.3 Визначення координат шарнірів пружних елементів колеса в будь-який момент часу 47

4. Фізична здійсненність кінематичної моделі ведучого колеса з внутрішнім підресорюванням 51

4.1 Кінетостатіческій аналіз роботи ведучого колеса з внутрішнім підресорюванням. 51

4.1.1 Розрахункова схема 51

4.1.2 Визначення невідомих реакцій в шарнірах пружного елемента 52

4.2 Розрахунок на вигин пластинчастих пружних елементів, розташованих у площині, перпендикулярної осі маточини 54

5.Аналіз результатів проведених досліджень 60

5.1 Програмна емуляція роботи ведучого колеса з внутрішнім підресорюванням на поверхні з нерівностями грунту 60

5.2 Розрахунок навесоспособності трактора з ведучим колесом з внутрішнім підресорюванням 64

5.3 Розрахунок кутовий жорсткості трактора з ведучим колесом з внутрішнім підресорюванням 68

6. Висновок 73

Список використаної літератури 76

1. Введення

Порівняльний аналіз та співставлення колісних і гусеничних машин при їх експлуатації в важких дорожніх, а особливо у позашляхових, умовах показує перевагу останніх за такими найважливішими показниками, як прохідність, продуктивність, маневреність, тягово-зчіпні якості, зручність і надійність роботи. Многопріводние автомобілі і автопоїзди навіть за наявності чотирьох-п'яти провідних мостів не можуть забезпечити в умовах бездоріжжя таку ж реалізацію тягових якостей, як і гусеничні машини. При цьому складність і громіздкість активного приводу до коліс ліквідує таке важливе гідність автомобіля, як простота конструкцій. Отже, необхідність у розробці нових і модифікації старих конструкцій тягово-транспортних засобів з приводом від гусеничного рушія була і залишається високою. Як і раніше, ефективна робота цілих галузей народного господарства залежить від прогресу в розробках конструкторів гусеничних машин.

Машини з гусеничним приводом дуже різноманітні за конструкцією і призначенням. Це промислові та сільськогосподарські трактори, снегоболотоходние транспортери, спеціальні тягачі, різні налаштування на гусеничному ходу, які використовуються для монтажу виробничого або технологічного обладнання, трубоукладачі на будівництві нафто-і газопроводів і т.д. Гусеничний рушій є одним з найважливіших механізмів, що визначають тягові якості, продуктивність, економічність і надійність всіх цих машин. Тому вдосконалення конструкції рушія, вибір оптимальних параметрів, раціональне поєднання характеристик окремих його елементів, розробка більш досконалої схеми приводу і форми обводу гусениць представляють відповідальний етап при створенні або модернізації гусеничних машин.

Слід також враховувати, що в результаті впливу ходових систем тракторів, в грунті утворюються ущільнені зони, викликаючи нерівномірний розподіл вологи і негативно впливають на врожайності по всій ширині впливу. Дослідження впливу ущільнення грунту важкими мобільними агрегатами на врожай сільськогосподарських культур, проведені в нашій країні, а також у США, Швеції, Японії показали, що урожай знижується на 20-35%. При цьому великий вплив на ущільнення грунту чинить середнє і максимальне питомі тиску. Згідно з даними [16] для більшості грунтів допустимий тиск складає 39-49 кПа, граничне-98-147 кПа, а фактично ж, чиниться мобільними агрегатами тиск досягає 294-420 кПа.

Створення довговічного, економічного, екологічного гусеничного рушія є складною науково-технічною проблемою. Складність її обумовлюється важким режимом роботи рушія, яке зазнає абразивного впливу грунту, високими динамічними навантаженнями, нестабільністю геометрії та кінематики обводу, особливо при русі по пересіченій місцевості.

Прагнення скоротити до мінімуму всі механічні втрати в рушія, іншими словами забезпечити максимальний к. п. д., збільшити економічність машини, підвищити почвосбереженіе ще більшою мірою посилює труднощі вирішення цього завдання, так як неминучим наслідком підвищення енергоємності транспортного засобу, зменшення його маси є збільшення динамічної навантаженості гусеничного рушія і зменшення його надійності.

Істотне удосконалення гусеничного рушія можливо тільки на базі серйозних теоретичних і експериментальних досліджень. Теорія гусеничного рушія була в основному розроблена професорами А. С. Антоновим, Є. Д. Львовим, М. К. Крісті, Л. В. Сергєєвим, О. О. Нікітіним, В. Ф. Платоновим та ін Вона в достатньому обсязі висвітлює питання кінематики нерозтяжного обводу, кочення опорного катка за рівному основи, втрати потужності в рушія і взаємодії опорної гілки з грунтом.

Застосування нових конструктивних рішень при створенні сучасних ходових систем гусеничних машин, а також необхідність поліпшення їх експлуатаційних показників не могли не викликати постановки та вирішення окремих питань теорії гусеничного рушія, розробки нових методів розрахунку його вузлів і деталей. Це дозволило розвивати цю теорію в нових напрямах, що дозволяють більш повно і глибоко вивчити динамічне навантаження гусеничного рушія, обгрунтувати шляхи зниження його навантаженості та підвищення надійності.

Як частина даного напрямку можна розглядати і поточну роботу, основними завданнями якої були вивчення шляхів збільшення к. п. буд гусеничного рушія, економічності та екологічності його роботи шляхом введення нових конструктивних елементів, зокрема провідного колеса з внутрішнім підресорюванням, службовця одночасно ведучим і опорним елементом. Це дозволяє при несуттєвому збільшенні довжини гусеничного обода збільшити базу, навесоспособность і стійкість трактора від перекидання назад, а також значно поліпшити умови праці тракториста на робочому місці шляхом поліпшення характеристик плавності ходу та шумності.

2. Аналітичний огляд та стан питання

2.1 Аналіз літературних джерел

Інтерес до проблем загальної екологічності машини, і почвосбереженія зокрема, економічності конструкцій, що розробляються, збільшення ККД ніколи не слабшав, а нові завдання, поставлені «Федеральної програмою машинобудування для АПК Росії», затвердженої постановою Уряду РФ від 19 квітня 1994 року № 738 [1] , збільшили коло уражених питань.

В аспекті створення нових типів гусеничних рушіїв, а також модернізації старих, з метою збільшення ККД рушія слід в першу чергу звернутися до робіт [8, 9, 10]. У них широко розглядаються як теоретичні питання роботи гусеничного рушія, так і практичні завдання з вирішення проблем втрати потужності в рушія, довговічності гусеничного рушія, динаміки взаємодії гусениць з напрямних і опорними катками, ведучим колесом, стійкості обводу і пр.

Праці [8, 10, 14] показують, що останнім часом використання гусеничних тракторів в сільському господарстві стало більше, ніж колісних. У таблиці 2.1 наведено результати дослідження ущільнень грунту після проходів тракторів з різними типами рушіїв. З таблиці випливає, що середині і максимальні тиску на грунт гусеничних сільськогосподарських тракторів перебувають з межах, відповідно, 0,04-0,06 МПа і 0,154-0,240 МПа [16].

Таким чином, гусеничні трактори мають менший показник впливу і питомим тиском, більшою прохідністю, дозволяючи на один-два тижні раніше розпочинати польові роботи, що дає можливість отримувати більш високі врожаї не тільки за рахунок меншого ущільнення грунту, але і за рахунок підвищення якості технологічного процесу .

Експерименти НАТІ [16, 23-26] показали, що при зміні тиску на грунт досить значно знижується приріст питомого опору оранці. По сліду трактора Т-150 він у 4,34 рази менше, ніж по сліду трактора К-150К, при цьому продуктивність праці в 1,18-1,4 рази більше, а погектарний витрата палива знизився, відповідно, в 1,38 - 1,07 разу. У середньому, за всіма видами робіт, продуктивність МТА з допустимим тиском на грунт зростає в 1,27 рази, а витрати знижуються в 1,22 рази (економія до 4000 кг палива в рік тільки однією машиною).

Завдяки цьому та іншим, описаним нижче, переваг, в сучасному зарубіжному тракторобудуванні також намітилася тенденція використання гусеничних тракторів в сільському господарстві.

Варто також згадати і про порушеному в різних джерелах, як зарубіжних, так і вітчизняних, аналізі розвитку сучасних технологій, що вказує на постійно виникає дисбаланс мас в конструкціях створюваних машин і про шляхи його усунення.

Як видно з таблиці 2.2, основні маси трактора-це двигун і навісні пристрої. Історично склалося так, що при компонування вузлів машини ці дві основні маси врівноважують один одного. Однак, сучасна наука не стоїть на місці. Починають застосовуватися нові матеріали, нові технології, нові енергоносії, що в контексті розвитку двигуні-і тракторобудування призводить до парадоксу, з якого, здавалося б, немає виходу.

Нагадаю, що положення центру ваги, згідно [11], визначається координатами: горизонтальної-від осі ведучого колеса , Вертикальної від поверхні грунту і поперечним зсувом по горизонталі від площини симетрії .

Координати центра ваги для знову проектованого трактора знаходять графічно або графоаналітичний. На бічній проекції трактора виділяють контури основних вузлів і механізмів та наносять вектори їхньої ваги, докладені до центрів тяжкості. При графічному методі побудовою мотузяних багатокутників знаходять вертикальну та горизонтальну равнодействующие суми ваг, точка перетину яких визначить положення центру тяжіння. При графоаналітичний метод знаходять координати центру ваги кожного вузла або механізму , , А потім загальні координати центру ваги: