Slipping of discs of disengaged clutches in tractor gearboxes

Abstract

For gearbox of Agromash Ruslan tractor (ЧН-6), rotation frequencies and relative rotation frequencies of discs of friction clutches are determined in parameterized form, in numerical and graphical expression, which are necessary for determination of basic parameters of shifting process.

Full Text

УДК 629.114.2.001.63(075.8) ТСМ № 9-2014 Скольжение дисков выключенных муфт в коробках передач тракторов Д-р техн. наук К.И. Городецкий (Университет машиностроения (МАМИ), kg1101@yandex.ru), инж. Е.М. Алендеев (ОАО «НИИ cтали») Аннотация. Для коробки передач (КП) трактора «Агромаш Руслан» (ЧН-6) определены частоты вращения и относительные частоты вращения дисков фрикционных муфт (ФМ) в параметризованном виде, числовом и графическом выражении, необходимые для определения основных параметров процесса переключения. Ключевые слова: коробка передач, фрикционная муфта, трактор, относительная частота вращения, момент ведения муфты, мощность буксования. Износ ФМ зависит от передаваемого ей момента и относительной скорости скольжения ее дисков [1-3]. Проведем анализ относительных скоростей скольжения дисков ФМ на примере КП трактора «Агромаш Руслан» (ЧН-6). На рис. 1 представлена кинематическая схема КП этого трактора. Данная механическая КП с шестернями постоянного зацепления позволяет осуществлять переключения передач без разрыва потока мощности и обеспечивает получение диапазонов скоростей движения переднего хода (технологического, двух рабочих и транспортного - 16 передач) и одного диапазона скоростей заднего хода (3 передачи). Переключение всех передач осуществляется посредством электрогидравлического привода управлением ФМ включения соответствующих пар шестерен. Используемые в КП гидроподжимные муфты - «мокрые». Для включения передачи необходимо включить одну муфту передач и одну муфту диапазонов, поэтому в зацеплении оказываются две пары шестерен, а остальные шестерни в это время вращаются с разными скоростями по отношению к валам, на которых они установлены. Присутствие масла в малых зазорах между фрикционными дисками муфты приводит к гидродинамическим потерям энергии. Чем больше ФМ в КП находится в разомкнутом состоянии, тем больше эти потери. Данную КП можно условно разбить на коробку передач (между первичным и промежуточным валами) и коробку диапазонов (между промежуточным и вторичным валами). Оценка частот вращения валов, шестерен и, следовательно, проскальзывания фрикционных дисков как разности или суммы частот вращения может быть сделана исходя из данных табл. 1, 2. В этих таблицах для каждой ФМ в общем виде приведены параметризованные коэффициенты, величина которых, умноженная на частоту вращения входного вала КП, покажет частоты вращения фрикционных дисков соответствующих ФМ [4]. Таблица 1 Коэффициенты для определения относительного скольжения фрикционных дисков в муфтах передач i1-2 Ф1 Ф2 Ф3 Ф4 ЗХ nв nш nв nш nв nш nв nш nв nш pq3 1 1 1/(pq3) 1/(pq2) 1 1/q2 1 1/q3 1/(pq3) 1/r pq2 1 q 1 1 1 1/q 1 1/q2 1/(pq2) 1/r pq 1 q2 1/(pq) 1/(pq2) 1 1 1 1/q 1/(pq) 1/r p 1 q3 1/p 1/(pq2) 1 q 1 1 1/p 1/r r 1 pq3/r 1/r 1/(pq2) 1 pq/r 1 p/r 1 1 Таблица 2 Коэффициенты для определения относительного скольжения фрикционных дисков в диапазонных муфтах i2-3 ТА ФБ ФВ ФГ nв nш nв nш nв nш nв nш kq6 1 1 1 q3 1 q3,5 1 q6 kq3 0 q0,5/(q3,5-1) 1 1 1 q0,5 1 q3 kq2,5 0 1/(q3,5-1) 1 1/q0,5 1 1 1 q2,5 k 0 1/(q6-q2,5) 1 1/q3 1 1/q2,5 1 1 Первая колонка в табл. 1, 2 показывает передаточные числа: i1-2 - между первичным и промежуточным валами; i2-3 - между промежуточным и вторичным валами. Правее приведены частоты вращения валов nв и шестерен nш. Относительное проскальзывание представляет собой разность этих частот вращения, за исключением передач заднего хода (см. табл. 1), где разность должна быть заменена суммой. Конкретные же значения коэффициентов рассчитываются исходя из задаваемых показателей: p, k, r - минимальные значения передаточных чисел для муфт передач, диапазонов и заднего хода соответственно; q=1,3 - коэффициент геометрического ряда скоростей трактора. Затемненные ячейки в таблицах указывают на то, что в данный момент вал и шестерня заблокированы и вращаются с одинаковыми частотами. Соотношения между передаточными числами в табл. 2 определены исходя из перекрытия скоростей между диапазонами. Так, перекрытие между передачами 4 и 5 составляет 1,3=q; между 5 и 6: 1,15=q0,5; между 12 и 13: 1,15=q0,5. Из табл. 1, 2 видно, что для муфт, расположенных на первичном и вторичном валах, относительная частота вращения дисков в общем виде примет вид nдвс(1±qn) либо nдвс(1±1/qn). Для варианта nдвс(1±qn) с увеличением q относительная частота вращения будет расти, а для варианта nдвс(1±1/qn) - уменьшаться, причем в этом случае относительная частота вращения будет меньше. Также для этих вариантов характерно то, что их частота вращения не может корректироваться за счет передаточного числа верхней передачи в диапазоне. Для муфт Ф2 и ЗХ, учитывая дополнительное влияние передаточного числа верхней передачи на относительную частоту вращения, появляется возможность ее изменять (с увеличением p и r будет происходить уменьшение относительной частоты вращения). В табл. 3, 4 представлены числовые значения коэффициентов, а также относительные частоты вращения для муфт передач; в табл. 5, 6 - для диапазонных муфт при частоте вращения двигателя nдвс=2100 мин-1. Данные табл. 6 показывают, что для ФБ и ФВ максимальные значения относительного скольжения (свыше 1200 мин-1) имеют место на транспортном диапазоне КП, для ФГ - на технологическом и на верхних передачах рабочего; для ТА значения не превышают 562 мин-1. Таблица 3 Числовые значения коэффициентов для определения относительного скольжения фрикционных дисков муфт передач i1-2 Ф1 Ф2 Ф3 Ф4 ЗХ nв nш nв nш nв nш nв nш nв nш 54/29 1 1 0,537 0,694 1 0,606 1 0,476 0,537 0,615 49/34 1 1,29 1 1 1 0,783 1 0,615 0,694 0,615 44/39 1 1,65 0,886 0,694 1 1 1 0,786 0,886 0,615 39/44 1 2,1 1,128 0,694 1 1,273 1 1 1,128 0,615 39/24 1 1,146 0,615 0,694 1 0,694 1 0,545 1 1 Таблица 4 Относительные частоты вращения фрикционных дисков муфт передач при nдвс=2100 мин-1 i1-2 Ф1 Ф2 Ф3 Ф4 ЗХ nв nш nв±nш nв nш nв±nш nв nш nв±nш nв nш nв±nш nв nш nв±nш 54/29 2100 2100 0 1127,7 1457,4 -329,7 2100 1272,6 827,4 2100 999,6 1100,4 1127,7 1291,5 2419,2 49/34 2100 2709 -609 1457,1 1457,1 0 2100 1644,3 455,7 2100 1291,5 808,5 1457,4 1291,5 2748,9 44/39 2100 3465 -1365 1860,6 1457,4 403,2 2100 2100 0 2100 1650,6 449,4 1860,6 1291,5 3152,1 39/44 2100 4410 -2310 2368,8 1457,4 911,4 2100 2673,3 -573,3 2100 2100 0 2368,8 1291,5 3660,3 39/24 2100 2406,6 4506,6 1291,5 1457,4 2748,9 2100 1457,4 3557,4 2100 1144,5 3244,5 1292,3 1292,3 0 Таблица 5 Числовые значения коэффициентов для определения относительного скольжения фрикционных дисков диапазонных муфт i2-3 ТА ФБ ФВ ФГ nв nш nв nш nв nш nв nш (90/42+1)·65/33 1 1 1 2,731 1 3,143 1 7,597 68/30 0 0,537 1 1 1 1,151 1 2,782 65/33 0 0,467 1 0,869 1 1 1 2,417 44/54 0 0,193 1 0,359 1 0,414 1 1 Таблица 6 Относительные частоты вращения фрикционных дисков диапазонных муфт при nдвс=2100 мин-1 i1-3=iкп nвых ТА ФБ ФВ ФГ nв nш nв-nш nв nш nв-nш nв nш nв-nш nв nш nв-nш 11,527 182,2 182,2 182,2 0 182,2 497,5 -315,4 182,2 572,6 -390,4 182,2 1384 -1201,8 8,922 235,4 235,4 235,4 0 235,4 642,8 -407,4 235,4 739,8 -504,4 235,4 1788,1 -1552,8 6,984 300,7 300,7 300,7 0 300,7 821,2 -520,5 300,7 945,1 -644,4 300,7 2284,3 -1983,6 5,487 382,7 382,7 382,7 0 382,7 1045,2 -662,5 382,7 1202,9 -820,2 382,7 2907,5 -2524,8 4,221 497,5 0 267,2 -267,2 497,5 497,5 0 497,5 572,6 -75,1 497,5 1384,1 -886,6 3,668 572,5 0 267,4 -267,4 572,5 497,5 75 572,5 572,5 0 572,5 1383,8 -811,3 3,267 642,8 0 345,2 -345,2 642,8 642,8 0 642,8 739,9 -97,1 642,8 1788,2 -1145,5 2,839 739,7 0 345,4 -345,4 739,7 642,8 96,9 739,7 739,7 0 739,7 1787,8 -1048,2 2,557 821,3 0 441 -441 821,3 821,3 0 821,3 945,3 -124 821,3 2284,8 -1463,5 2,222 945,1 0 441,4 -441,4 945,1 821,3 123,8 945,1 945,1 0 945,1 2284,3 -1339,2 2,009 1045,3 0 561,3 -561,3 1045,3 1045,3 0 1045,3 1203,1 -157,8 1045,3 2908 -1862,7 1,746 1202,7 0 561,7 -561,7 1202,7 1045,2 157,6 1202,7 1202,7 0 1202,7 2907 -1704,3 1,517 1384,3 0 267,2 -267,2 1384,3 497 887,3 1384,3 573,1 811,2 1384,3 1384,3 0 1,174 1788,8 0 345,2 -345,2 1788,8 642,2 1146,6 1788,8 740,5 1048,2 1788,8 1788,8 0 0,919 2285,1 0 441 -441 2285,1 820,3 1464,7 2285,1 946 1339,1 2285,1 2285,1 0 0,722 2908,6 0 561,4 -561,4 2908,6 1044,2 1864,4 2908,6 1204,2 1704,4 2908,6 2908,6 0 10,06 208,7 208,7 208,7 0 208,7 570,1 -361,3 208,7 656,1 -447,3 208,7 1585,9 -1377,1 3,683 570,2 0 306,2 -306,2 570,2 570,2 0 570,2 656,3 -86,1 570,2 1586,3 -1016,1 1,324 1586,1 0 306,1 -306,1 1586,1 569,4 1016,7 1586,1 656,6 929,5 1586,1 1586,1 0 Целесообразно отобразить эти показатели графически. Анализируя рис. 2, 3, можно прийти к выводу, что передачами с максимальными относительными частотами вращения, которые могут сопровождаться значительными потерями на «мокрое» трение и нагревом элементов КП, на переднем и заднем ходах являются 4, 16 и 17, 19 соответственно (относительные частоты вращения максимальны как для муфт передач, так и муфт диапазонов). Однако необходимо помнить, что на величину момента ведения выключенной муфты оказывает влияние не только относительная, но и абсолютная величина частот вращения дисков [5-7]. На рис. 4, 5 представлены графики изменения абсолютных частот вращения дисков ФМ в зависимости от включаемой передачи. Под абсолютной частотой подразумевается большая из nв и nш. Чем больше абсолютная частота вращения, тем больше масла перемещается к периферии дисков под действием центробежных сил, что приводит к увеличению момента ведения. Также на момент ведения влияет количество дисков в конкретной муфте: с его увеличением момент ведения возрастает. Если условно принять, что момент ведения пропорционален произведению абсолютной или относительной частоты вращения дисков на количество пар трения в ФМ (количество пар трения в муфтах Ф1, Ф2, Ф3, Ф4 - 8; ФБ - 12; ФВ - 10; ФГ - 4; ТА - 6), то это произведение может стать оценочным параметром. По существу, произведение абсолютной частоты вращения дисков на число пар трения в данном случае будет параметром, определяющим непосредственно момент трения, а это первая составляющая мощности буксования. Относительная частота - второй параметр, необходимый для определения мощности буксования. Мощность буксования, в свою очередь, определяет работу буксования. Тогда, сопоставляя рис. 2 и 4, 3 и 5 с учетом количества пар трения в соответствующей муфте, можно определить передачу с максимальным суммарным моментом ведения на всех выключенных ФМ, когда КПД коробки будет минимальным, а суммарная работа буксования и нагрев элементов муфт - максимальными. Такими передачами для КП трактора «Агромаш Руслан» (ЧН-6) будут: 4, 16 переднего хода и 17, 19 заднего. Выводы 1. Для КП трактора «Агромаш Руслан» (ЧН-6) определены частоты вращения и относительные частоты вращения дисков ФМ в параметризованном виде, числовом и графическом выражении, необходимые для определения основных параметров процесса переключения. 2. Установлено, что передачи 4, 16 переднего и 17, 19 заднего хода неблагоприятны по нагреву и по значению КПД коробки.