Совершенствовать привод — нюансы эксплуатации ВОМ
Текст: А. В. Бобрышов, канд. техн. наук, доц.; С. Н. Капов, д-р техн. наук, проф.; А. В. Орлянский, канд. техн. наук, проф.; А. Н. Петенев, канд. техн. наук, доц.; И. А. Орлянская, канд. техн. наук, доц., ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный аграрный университет»
Сейчас в сельскохозяйственном производстве для улучшения качества выполняемых работ широко используются машины с активными рабочими органами, привод которых осуществляется через валы отбора мощности (ВОМ) тракторов. Это делает необходимым внимательно следить за условиями их эксплуатации.
При функционировании таких агрегатов важно, чтобы возникающие максимальные динамические нагрузки в их приводе были невысокими. Данное решение позволит повысить надежность работы оборудования. Этого можно добиться за счет совершенствования конструкций и механизмов, имеющихся у вала отбора мощности.
ДВА РЕЖИМА
Работа привода ВОМ трактора проходит в двух режимах: установившемся и переходном. Первый вариант из времени функционирования оборудования оказывается наиболее длительным, второй же по сравнению с ним является кратковременным и представляет собой разгон и остановку активных рабочих органов. Эксплуатация агрегатов показала, что при переходных режимах в трансмиссии появляются максимальные динамические моменты, превышающие почти в четыре раза эти же нагрузки на установившихся типах. По этой причине следует изучать влияние параметров и режима работы ВОМ на нагруженность трансмиссии агрегата в процессе разгона его рабочих органов.
Конструкции современных тракторов предусматривают включение привода ВОМ реже посредством фрикционных муфт, управляемых через механические органы. Наиболее популярными являются гидроуправляемые разновидности. Качество их работы в значительной степени зависит от конструктивного исполнения и гидравлических органов управления. Для выявления влияния работы фрикционной муфты ВОМ на нагруженность трансмиссии агрегатов специалистами были проведены натурные испытания МТА в составе трактора Belarus-1523.4 с двумя прицепными комбайнами — кормоуборочным KPKU-75 и трехрядным картофелеуборочным ККD-3. Следует отметить, что момент инерции рабочих органов первой машины оказался значительно больше в сравнении со второй. Привод активных рабочих органов комбайнов осуществлялся через задний независимый ВОМ трактора, включавшийся посредством гидроуправляемой фрикционной муфты. Ее активация производилась гидравлическим краном, обеспечивавшим подачу и давление рабочей жидкости. Для регулирования соответствующего темпа серийный кран управления был заменен опытным образцом, позволяющим регулировать время нарастания давления рабочей жидкости в бустере муфты.
ВЫБРАТЬ МЕТОДИКУ
Опыты по определению динамических нагрузок в трансмиссии агрегатов были проведены на переходном режиме работы. Разгон рабочих органов производился в двух вариантах: при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя трактора — резкий, с минимально возможным значением данного параметра и последующим его увеличением до наибольшего показателя, чтобы мотор не заглох, — плавный. В соответствии с инструкцией операция выполнялась при неподвижном агрегате. В этом режиме эксплуатации агрегата на привод рабочих органов через ВОМ может передаваться вся мощность двигателя, а нагруженность трансмиссии оказаться значительной.
Темп включения муфты ВОМ регулировался изменением времени, за которое нарастал момент трения гидроуправляемого фрикционного устройства за счет повышения или снижения интенсивности подачи рабочей жидкости в его бустер. Также управление выполнялось путем установки определенного проходного сечения в канале подачи жидкости опытным краном. Резким включением фрикционной муфты считался тот момент, когда давление масла в бустере от начала его повышения до появления крутящего момента на хвостовике ВОМ не превышало 1,2 с.
Разгон рабочих органов агрегатов также осуществлялся при установке на фрикционной муфте разных значений момента трения. Регулирование этого параметра производилось двумя способами: изменением количества пар трения ведущих и ведомых дисков и установкой необходимого давления рабочей жидкости в бустере муфты, что контролировало усилие сжатия ведущих и ведомых дисков. При испытании регистрировались определенные параметры: крутящий момент на хвостовике ВОМ, частоты вращения коленчатого вала двигателя, ведущих и ведомых частей фрикционной муфты, время опыта.
РЕЗКИЙ РАЗГОН
Результаты исследований показали, что максимальные динамические нагрузки в трансмиссии агрегатов возникали на резком режиме разгона активных рабочих органов. При этом момент трения фрикционной муфты ВОМ у обоих комбайнов был одинаковым. Однако возникающие нагрузки в трансмиссии картофелеуборочного агрегата оказались на 15% больше, чем у второй техники, хотя моменты инерции рабочих органов у него были в разы меньше. По этой причине время нарастания момента трения фрикционной муфты ВОМ было в три раза меньше у картофелеуборочного комбайна по сравнению с кормоуборочной машиной, что повышает ускорение разгона рабочих органов и приводит к большему росту динамических нагрузок в трансмиссии.
Для их уменьшения была снижена величина момента трения фрикционной муфты ВОМ от исходного значения: с 1766 до 1153–1262 Н∙м для кормоуборочного комбайна, до 701 Н∙м для картофелеуборочного. Такое решение привело к тому, что при резком режиме разгона рабочих органов отмечалось уменьшение динамических нагрузок в трансмиссии агрегатов на 45–47%, а также падение минимальной скорости вращения коленчатого вала двигателя в 1,7–1,9 раза. При этом произошел рост удельной работы буксования фрикционной муфты ВОМ. Так, при изменении момента трения за счет уменьшения числа пар ведущих и ведомых дисков она составила 659,1 кДж/ кв. м, а при регулировании этого параметра посредством изменения давления рабочей жидкости в бустере — 540,3 КДж/кв. м. Большее значение удельной работы буксования при включении фрикционной муфты ВОМ для первого варианта уменьшения момента трения происходило из-за снижения контактной площади пар трения, а также в связи с увеличением времени ее буксования. Однако допускаемая удельная работа буксования для металлокерамических фрикционных дисков, работающих в масле, соответствовала 1000–1200 кДж/ кв. м, что свидетельствовало о небольшой нагруженности элементов фрикционной муфты ВОМ.
ПЛАВНЫЙ ВАРИАНТ
Разгон рабочих органов комбайнов во втором режиме имел несколько особенностей. Так, включение фрикционной муфты ВОМ осуществлялось на минимально возможной частоте вращения коленчатого вала двигателя в 102,5 рад/с. Следует отметить, что в начальный период в этом режиме вращающиеся детали мотора и ведущих частей фрикционной муфты обладали небольшим запасом кинетической энергии. Из-за малой разности между величинами скоростей вращения ведущих и ведомых частей при этом варианте разгона про¬исходило непродолжительное буксование фрикционной муфты. Максимальные значения крутящего момента в трансмиссии агрегатов формировались при завершении буксования этого устройства, и их величина составляла для кормоуборочного агрегата 1736 Н∙м, картофелеуборочного орудия — 813 Н∙м.
В результате натурных испытаний агрегатов с активными рабочими органами в режиме разгона специалисты установили, что для оптимизации функционирования механизма ВОМ с точки зрения снижения максимальных динамических нагрузок в приводе необходимо несколько решений. Первое из них — осуществление разгона активных рабочих органов с минимально возможной частоты вращения коленчатого вала двигателя трактора. Также следует использовать кран управления фрикционной муфтой, обеспечивающий заданный режим ее включения. Более того, данное устройство должно иметь регулируемый момент трения, величина которого устанавливается в зависимости от момента инерции рабочих органов присоединяемой к трактору сельскохозяйственной машины. Для реализации данных рекомендаций можно в привод ВОМ трактора установить несколько специальных механизмов, например распределительное устройство для управления фрикционной муфтой и другие.