The magnitude of frictional clutch moment during the start acceleration of automobile or tractor

Abstract


At the present time there are still works where it is assumed that the frictional clutch moment in dynamics is greater than in static. In reality, this is not the case. It is shown that for existing types of friction linings (based on asbestos, asbestos-free polymer or powdered sintered), working in a dry environment with cast iron, the sliding friction coefficient is 0.23 ... 0.27. In this case, its value is 60 ... 70% of the coefficient of static friction. For friction clutches operating in oil, the value of the static coefficient of friction in the contact of the closed clutch discs of the disconnected gear is 1.7 ... 2.2 larger than the dynamic friction coefficient of the friction clutch of the gear involved. These data were obtained experimentally for friction discs with sintered powdered material MK-5 on a copper basis, Shadef on an iron basis, as well as HS43 and HS09 (Hoerbiger, Austria) on a copper basis. This confirms that frictional clutch moment in the dynamics is always less than in the static. The oscillograms with the results of the process of dispersal from the place of various tractor units are given, from which it follows that in most cases of start acceleration of the vehicle the clutch ends its slipping until it is fully turned on. Consequently, in most cases start, the acceleration of the vehicle does not use the maximum friction torque of the clutch in the dynamics, which, as was shown above, is always less than the frictional clutch in static.

Full Text

Введение Основным параметром, определяющим функциональную пригодность фрикционного сцепления (ФС), является величина передаваемого им крутящего момента [1-3]. При этом различают величину момента трения ФС в статике и в динамике. Поскольку ФС является одним из агрегатов трансмиссии машины, то при исследовании работы самого ФС или динамических процессов в трансмиссии машины необходимо разработать математическую модель работы ФС в системе всей машины. В настоящее время разработаны методы расчета статического и динамического момента трения ФС [1, 3]. При этом доказано, что момент трения ФС в статике всегда больше, чем в динамике [1-3]. Однако до сих пор в печати появляются работы [4-7], где авторы принимают, что момент трения ФС в динамике существенно больше чем в статике. Все это в действительности является глубоким заблуждением авторов указанных работ [4-7]. Цель исследования - обосновать величину момента трения ФС при разгоне автомобиля и тракторного агрегата с места. Методы, результаты исследования и их обсуждение Нами в работе [8] сделана попытка на основе теоретических и экспериментальных исследований объяснить причину указанных заблуждений авторов работ [4-7]. Однако оказалось, что этого недостаточно. В 2012 г. появилась работа [9], где опять ее авторы при создании математической модели процесса разгона автомобиля с места неверно описывают характер изменения момента трения ФС. В Московском политехническом университете длительное время проводились теоретические и экспериментальные исследования процесса разгона различных тракторных агрегатов с различными тракторами в самых разнообразных условиях эксплуатации. Анализ экспериментальных исследований, выполненных в Московском политехническом университете, и аналогичных исследований в других организациях показал, что в тех работах, где экспериментально замер момента трения ФС осуществлялся на его валу, величина этого момента всегда была меньше статического момента трения ФС [8]. Аналогичные результаты были получены при разгоне с места автомобилей [10] и быстроходных гусеничных машин [11]. В работах, где экспериментально момент замерялся на других элементах валопровода трансмиссии, например на полуоси автомобиля или трактора, и после этого приводился к валу ФС¸ величина этого момента превышала иногда в несколько раз величину статического момента трения ФС. Экспериментальное измерение величины крутящего момента непосредственно на валу ФС представляет определенные трудности. В связи с этим многие исследователи выполняют аналогичные замеры в более доступных местах трансмиссии автомобиля и трактора, например на полуоси, и далее его приводят к валу ФС. Такой подход справедлив только для статических условий нагружения элементов трансмиссии автомобиля и трактора. При работе же машины на переходных режимах, т.е. при переменной скорости ее движения, оценивать нагруженность элементов трансмиссии по таким экспериментальным данным недопустимо. Результаты таких исследований очень часто приводят к ложным выводам. К сожалению, в России длительное время проводились теоретические исследования динамики машин [6, 7], где принималось, что момент трения ФС в динамике в несколько раз превышает величину статического момента трения. На эти исследования были затрачены финансовые ресурсы, время, и они длительное время вводили в заблуждение конструкторские бюро заводов автотракторной отрасли. В этих работах предлагались мероприятия по снижению динамических нагрузок на парах трения ФС. Однако они заканчивались только разработкой математических моделей, достоверность которых не подтверждалась экспериментальными исследованиями на автомобилях, тракторах и быстроходных гусеничных машинах. Следовательно, при исследовании динамических процессов в трансмиссии машины для получения достоверной информации о нагруженности ее какого-либо элемента необходимо экспериментально мерить величину этого момента только на этом элементе. Максимальный расчетный момент трения ФС без учета потерь в направляющих ведущих и ведомых дисков [1, 2] , где - коэффициент запаса ФС; - номинальный крутящий момент двигателя; - сила сжатия дисков ФС; - коэффициент трения скольжения в контакте фрикционной накладки с металлическим ведущим диском; - радиус расположения равнодействующей сил трения; - число пар поверхностей трения. В действительности реальное значение максимального момента трения ФС зависит при прочих равных условиях от потерь в направляющих ведомых и ведущих дисков и может быть определено по методике, приведенной в работах [1, 3]. Для существующих типов фрикционных накладок (на основе асбеста, безасбестовых полимерных или порошковых спеченных), работающих в сухую в паре с чугуном [1, 2]. При этом , где - коэффициент трения покоя (статический) в контакте фрикционной накладки с металлическим ведущим диском. Для ФС, работающих в масле, значение статического коэффициента трения в контакте дисков замкнутого ФС выключаемой передачи в 1,7…2,2 больше динамического коэффициента трения ФС включаемой передачи [12, 13]. Эти данные получены экспериментально для фрикционных дисков со спеченным порошковым материалом МК-5 на медной основе, Шадеф на железной основе, а также HS43 и HS09 (Hoerbiger, Австрия) на медной основе (см. рис. 1). В математических моделях процесса разгона автомобиля и тракторного агрегата с места и при переключении передач, достоверность которых подтверждена экспериментальными исследованиями, учитываются реальные значения момента трения ФС и характер их изменения [1, 2, 10, 14, 15]. Рис. 1. Зависимость коэффициента трения от скорости скольжения для спеченных порошковых материалов по стали в масле: 1 - МК-5; 2 - Шадеф; 3 - HS43; 4 - HS09 Поскольку для ФС, работающих в сухую и в масле, всегда соблюдается условие, что , то момент трения ФC в статике всегда больше чем в динамике. В качестве примера в табл. 1 приведены типичные осциллограммы моментов на валу ФС в процессе разгона различных тракторных агрегатов, из которых следует, что буксование ФС может заканчиваться до полного его включения, или оно может кратковременно буксовать при максимальном динамическом моменте трения до полного выравнивания угловых скоростей ведущих и ведомых дисков [16]. Таблица 1 Типичные осциллограммы моментов на валу ФС в процессе разгона тракторного агрегата Источник информации Тип тракторного агрегата Осциллограмма момента на валу ФС [17] МТЗ-50 с одноосным прицепом [18] Т-75, разгон трехсеялочного агрегата на VII передаче [19] Т-40М, разгон транспортного агрегата на IV передаче [20] Т-150К с прицепом 1-ПТС-9, разгон на V передаче [20] Т-4А с плугом ПЛ-5-35, пахота на VI передаче [20] Т-4АП2, бульдозерные работы на IV передаче [20] ДТ-75М, с плугом ПЛ-5-35, пахота на IV передаче [21] ТТ-4, трелевка леса комлями на щите, объем пачки 12 м3 и - время включения и буксования ФС, соответственно. Выводы 1. На основе теоретических и экспериментальных исследований доказано, что в процессе разгона с места автомобиля или тракторного агрегата в большинстве случаев разгона ФС заканчивает свое буксование до полного включения. Следовательно, в большинстве случаев разгона машины с места не используется максимальный момент трения ФС в динамике, который всегда меньше момента трения ФС в статике. Только при тяжелых условиях нагружения при разгоне машины с места момент трения ФС может достигать максимального значения, и оно буксует при этом моменте до выравнивания угловых скоростей ведущих и ведомых дисков. 2. В процессе разгона автомобиля и тракторного агрегата с места максимальное значение момента трения ФС в динамике всегда меньше его момента трения в статике.

About the authors

V. M Sharipov

Moscow Polytechnic University

Email: trak@mami.ru

DSc in Engineering

M. I Dmitriev

Moscow Polytechnic University


PhD in Engineering

E. V Klimova

Moscow Polytechnic University


References

  1. Барский И.Б., Борисов С.Г., Галягин В.А. Сцепления транспортных и тяговых машин / под ред. Ф.Р. Геккера, В.М. Шарипова, Г.М. Щеренкова. М.: Машиностроение, 1989. 344 с.
  2. Шарипов В. М. Конструирование и расчет тракторов. М.: Машиностроение, 2009. 752 с.
  3. Барский И.Б., Эглит И.М., Колодий Ю.К., Шарипов В.М. К определению момента трения при включении дисковой муфты сцепления // Тракторы и сельхозмашины. 1979. № 3. С. 15-17.
  4. Соколов-Добрев Н.С. Разработка методов анализа и снижения динамической нагруженности силовых передач гусеничных сельскохозяйственных тракторов: автореф. дис. …канд. техн. наук. Волгоград, 2007. 20 с.
  5. Ефимов М.А., Рыжков Ю.Н., Долгов Е.П. Расчет динамических нагрузок в системе фрикционное сцепление - гидравлический усилитель с применением численных методов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2007. № 9. С. 29-30.
  6. Геккер Ф.Р. Динамика машин, работающих без смазочных материалов в узлах трения. М.: Машиностроение, 1983. 168 с.
  7. Федоров А.И., Геккер Ф.Р., Борисов С.Г. Исследование динамических процессов в двухдисковой муфте сцепления // Тракторы и сельхозмашины. 1976. № 3. С. 11-14.
  8. Шарипов В.М., Дмитриев М.И., Крючков В.А. К вопросу о величине момента трения фрикционного сцепления // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2008. № 3. С. 23-24.
  9. Рябов И.М., Чернышов К.В., Голубев Д.А., Талызов А.М. Математическое моделирование процесса трогания автомобиля с места при наличии дополнительной упругодемпфирующей связи в трансмиссии // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2012. № 5. Т. 2. С. 38-41.
  10. Щеренков Г.М. Пары трения автомобильных сцеплений (теория, испытания и расчет): дис. … д-ра техн. наук. Ярославль, 1976. 370 с.
  11. Талу К.А. Конструкция и расчет танков. М.: Издание академии БТВ, 1963. 541 с.
  12. Шарипов В.М., Дмитриев М.И., Городецкий К.И. О коэффициенте трения в контакте пар трения фрикционных муфт в коробках передач автомобилей и тракторов при переключении передач без разрыва потока мощности // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2016. № 8. С. 21-30. doi: 10.7463/0816.0842932.
  13. Шарипов В.М., Городецкий К.И., Сопкин В.А., Дмитриев М.И. К вопросу о коэффициенте трения в контакте пар трения фрикционных муфт в коробках передач автомобилей и тракторов // Современные тенденции развития науки и технологий. 2016. № 5-3. С. 131-135.
  14. Шарипов В.М. Дмитриев М.И., Зенин А.С. Математическая модель процесса переключения передач в коробке передач трактора // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. № 5. С. 50-69.
  15. Шарипов В.М., Городецкий К.И., Дмитриев М.И. Математическая модель процесса переключения передач в коробке передач трактора с помощью фрикционных муфт // Известия МГТУ «МАМИ». 2012. № 1(13). С. 112-121.
  16. Шарипов В.М., Городецкий К.И., Дмитриев М.И. Автоколебательные процессы в сцеплениях автомобилей и тракторов // Известия МГТУ «МАМИ». 2013. № 1(15). Т. 1. С. 239-242.
  17. Вернигор В.А., Солонский А.С. Переходные режимы тракторных агрегатов. М.: Машиностроение, 1983. 183 с.
  18. Барский И.Б., Анилович В.Я., Кутьков Г.М. Динамика трактора. М.: Машиностроение, 1973. 280 с.
  19. Чунихин В.И. Исследование долговечности пар трения тракторных муфт сцепления и некоторых путей ее повышения: дис. … канд. техн. наук. М., 1977. 204 с.
  20. Шарипов В.М., Шарипова Н.Н., Шевелев А.С., Щетинин Ю.С. Теория и проектирование фрикционных сцеплений колесных и гусеничных машин / под общ. ред. В.М. Шарипова. М.: Машиностроение, 2010. 170 с.
  21. Лялин В.П. Выбор оптимальных геометрических параметров пар трения с целью улучшения характеристик теплового режима и работоспособности муфты сцепления трактора: дис.. канд. техн. наук. М., 1984. 167 с.

Statistics

Views

Abstract - 9

PDF (Russian) - 2

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

Copyright (c) 2017 Sharipov V.M., Dmitriev M.I., Klimova E.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies