Обоснование кинематической схемы, параметров и режимов переключения коробки передач мотоблока с изменяемым межцентровым расстоянием

В жилищно-коммунальном хозяйстве в настоящее время применяются малогабаритные тяговые и транспортные машинные агрегаты на базе передвижных средств малой механизации, основное назначение которых состоит в ликвидации ручного малопроизводительного труда в условиях, когда нет возможности использовать традиционную транспортную технику, либо это экономически или технологически нецелесообразно. Мотоблоки и мини — тракторы на сегодняшнем этапе развития общества переживают второе рождения. Развернуты широкие работы по созданию современных конструкций таких машин на многих отечественных машиностроительных предприятиях. Особое внимание уделяется разработке трансмиссии мотоблоков — характеристики, которой во многом определяют эксплуатационные параметры изделия и как следствие, конкурентоспособность продукции на рынке. Поскольку управляет мотоблоком один человек, не имеющий специальной квалификации, большое внимание при разработке современной конструкции мотоблока уделяется автоматизации процесса переключения передач. В то же время, ввиду ограниченности стоимости конструкции, предпочтение отдается обычным ступенчатым механическим коробкам передач (КП).

При решении задачи автоматизации процесса переключения ступенчатых механических трансмиссий, снижении времени переключения передач, основной упор в автомобилеи тракторостроении делался на применение фрикционных элементов управляемых сложными гидравлическими системами, либо электроприводом, или в случае автоматизации переключения в КП с зубчатыми муфтами сервопривода. В подобных конструкциях обязательно наличие электронного процессора обрабатывающего информацию и управляющего процессом переключения. Эти конструкции слишком сложны и дороги чтобы использоваться при производстве серийных, недорогих машин. 8.

В процессе разработки и создания перспективной трансмиссии современного мотоорудия была предложена оригинальная конструкция КП, позволяющая при сравнительно простой конструктивной схеме решать проблему автоматизации переключения. Переключение в данной конструкции осуществляется за счет изменения межосевого расстояния в переключаемой паре зубчатых колес и внутренних сил и моментов.

Подобная конструкция ранее в массовом машиностроении не применялась, нет методики расчета конструктивных параметров кинематической схемы. Выбор в качестве объекта применения новой коробки передач мотоблока продиктован тем, что в этом случае можно проводить исследование при относительно невысоких действующих мощностях и крутящих моментах, простой компоновке, малых габаритах, невысоких требованиях технологии и доступности изготовления, опытных образцов. В то же время основные полученные результаты могут быть перенесены на КП других машин по известным методам теории подобия и размерностей.

Теоретическим вопросам автоматизации процесса переключения механических ступенчатых КП посвящены работы Кнутова B.C., Овечкина А. И., Элизова А. Д., Лозина A.B., Семенова А. Г., Шехада Д. А., Барда Э.О.Х. и других авторов.

При решении задачи автоматизации процесса переключения механических, ступенчатых трансмиссий, снижении времени переключения передач до 0,2 — 0,3 с, основной упор делался на применение фрикционных элементов управляемых гидравликой либо электроприводом, или в случае автоматизации переключения в КП с зубчатыми муфтами сервопривода. В подобных конструкциях обязательно наличие электронного процессора обрабатывающего информацию с множества датчиков и управляющего процессом переключения /6, 31, 39/. Эти конструкции слишком сложны и 9 дороги чтобы использоваться при производстве серийных, недорогих мотоблоков.

В процессе разработки и создания перспективной трансмиссии современного мотоорудия была предложена оригинальная конструкция КП, позволяющая при сравнительно простой конструктивной схеме решать проблему автоматизации переключения. Подобная конструкция ранее в массовом машиностроении не применялась, нет методики расчета конструктивных параметров кинематической схемы. Переключение в данной конструкции осуществляется за счет изменения межосевого расстояния в переключаемой паре зубчатых колес. При данном способе переключения основной проблемой является возможность заклинивание коробки передач при переключении. Поэтому возникла необходимость в разработке методики выбора режимов переключения, при которых переключение передач происходит без блокировки КП.

Указанные вопросы имеют несомненную актуальность и в то же время не отражены в современной литературе по теории, конструированию и расчету трансмиссий транспортных средств.

СНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

В представленной диссертационной работе рассмотрена возможность применения нового метода переключения передач в ступенчатой механической коробке передач посредством изменения межосевого расстояния в переключаемой паре зубчатых колес. Обоснована целесообразность установки данной КП на малогабаритное мотоорудие мотоблок. Произведены расчеты режимов переключения, предложены зависимости, определяющие основные параметры кинематической схемы. Основные выводы по результатам работы.

1. Разработан новый способ переключения передач в механической ступенчатой КП за счет изменения межосевого расстояния в паре зубчатых колес, позволяющий производить переключения при вращающихся валах.

2. Установлено, что для практической реализации предложенного способа возможно два типа режимов переключения: с перекрытием силовых модулей или нейтралью.

3. Предложена кинематическая схема, реализующая предложенный способ путем установки на ведущий вал подвижного водила с разведенными осями паразитных шестерен сблокированных между собой силовых модулей.

4. Получены уравнения для определения основных, кинематических параметров КП различных типов переключения передач с перекрытием и без перекрытия силовых модулей, позволяющие выбирать передаточные отношения, углы развода осей паразитных шестерен модули зубчатого зацепления. Показано, что а) суммарный угол развода осей паразитных шестерен, обеспечивающий переключение с перекрытием, должен быть как можно большим, тем самым, обеспечивая наименьшее угловое перемещение.

111 водила, при котором одновременно начинают работать два силовых модуляб) при проектировании водила его геометрические размеры следует выбирать таким образом, чтобы момент инерции был наименьшим для снижения его влияние на динамику переключенияв) при выборе числа передач и передаточных чисел следует минимизировать интервал передаточных отношений КП для улучшения динамики процесса переключения.

5. Определены области существования параметров кинематической схемы многомодульной КП, определяемые соотношением действующих моментов в трансмиссии, а также взаимной ориентацией зубьев шестерен переключаемой пары. Показано, что для снижения ударных нагрузок в процессе переключения величина момента на водиле должна быть минимальной, но достаточной для полного включения передачи. Для обеспечения включения без блокировки приводной момент на ведущем вале должен превысить сумму сил сопротивления вращению в момент переключения.

6. Получены кинематические и силовые зависимости для обоих типов КП, позволяющие определить методику выбора режимов и требования к устройству стопорного механизма переключения.

7. В результате теоретических и экспериментальных исследований установлено, что переключение с перекрытием происходит с меньшими силовыми динамическими нагрузками при переключении в КП.

8. Выполнено экспериментальное стендовое исследование для КП с двумя вариантами передаточных отношений. Показано, что расчеты по разработанным методикам с приемлемой точностью совпадают с экспериментальными результатами. Созданная конструкция КП показала работоспособность на режимах использования ее на мотоблоке. Проведенные испытания показали возможность переключения передач на ходу без остановки водила и без синхронизаторов.

9. Из анализа теоретических, силовых зависимостей и эксперимента на стенде установлена возможность автоматизации процесса переключения силовых модулей в КП с изменяемым межосевым расстоянием путем изменения подачи топлива и как следствие изменения величины и направления момента на водиле.

10. Предложенные кинематическая схема и методики выбора основных кинематических параметров приняты при проектировании двухступенчатой коробки передач для привода обкаточного стенда механизмов вращения подьемного крана КС — 45 721 на ОАО «Челябинский механический завод» — при проектировании и расчете экспериментальной перспективной модели трансмиссии для мотоблока, на Режевском экспериментальном заводепри разработке альтернативного варианта существующей конструкции раздаточной коробки автомобиля «Урал», производства ОАО «Автомобильный завод «Урал».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В процессе разработки и создания перспективной трансмиссии современного мотоорудия (мотоблока) была предложена оригинальная конструкция КП, использующая новый способ переключения передачизменением межосевого расстояния и обоснована целесообразность установки данной КП на мотоблок.

Исследуемая КП при сравнительно простой конструктивной схеме позволяет решать проблему автоматизации процесса переключения передач, при этом процесс переключения происходит практически без полного разрыва силового потока, за время менее 0,2 с.

Представленные методики расчета геометрических параметров исследуемой кинематической схемы коробки передач при использовании эвольвентного, прямозубого зубчатого зацепления без смещения, позволяют определять основные параметры кинематической схемы в зависимости от выбранного способа переключения.

Предложены зависимости определения силовых факторов в КП позволяющие подобрать режимы переключения, при которых исключается блокировка, а переключение происходит под действием суммарного момента на водиле, которое в данной конструкции КП является исполнительным звеном механизма переключения передач.

Определена область существования параметров выбранной для исследования кинематической схемы КП, показано, что возможно создание довольно большого количества сочетания передаточных отношений силовых модулей соседних ступеней для организации процесса переключения с перекрытием передач.

На основании выполненных экспериментальных исследований исследуемой КП на режимах близких к рабочим режимам мотоблока среднего класса, проверена адекватность разработанных расчетных методик и работоспособность данной конструкции.