ГЛАВНАЯ НА ВООРУЖЕНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
РАЗРАБОТКИ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
ЗАЩИТА ПОДВИЖНОСТЬ 

ЭКСКЛЮЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  БИБЛИОТЕКА ФОТООБЗОРЫ
 
 

ДИНАМИКА  ТРАНСМИССИИ  ТАНКА Т-64Б НА  НЕЙТРАЛЬНОЙ  ПЕРЕДАЧЕ

к.т.н. Чернышев В.Л.

Введение

При эксплуатации транспортных гусеничных машин (ТГМ) с семискоростной бортовой коробкой передач (БКП) выявились вибрация корпуса и самопроизвольное трогание с места на нейтральной передаче при выключенном тормозе.

В качестве аргумента, объясняющего данные явления, используется барботаж масла в БКП. Однако это выглядит не достаточно убедительно для машин массой более 40 тонн.

В связи с этим возникла задача исследования переходных процессов в моторно-трансмиссионной установке, содержащей БКП  и работающей на нейтральной передаче.

Решение данной задачи является актуальным, поскольку позволяет отработать методику расчета кратковременных ударных переходных режимов в механической системе, понять физические процессы, происходящие в силовых передачах и в дальнейшем обосновать конструкторские решения, обеспечивающие замену морально устаревшей БКП, не отвечающей современным требованиям эргономики и управляемости.

В качестве теоретической основы используются элементы информационной технологии "Gill" [1], которые представляют силовую передачу как  подсистему " водитель - двигатель – регулятор - трансмиссия", входящую в систему более высокого уровня "среда-машина-водитель".

Целью данной работы является:

- исследование переходных процессов в моторно-трансмиссионной установке (МТУ) танка Т-64Б на нейтральной передаче;

- анализ условий выключения и включения фрикциона Ф4 правой и левой БКП;

- оценка  вибраций корпуса шасси, вызываемых работой дизеля и трансмиссии.

1. Объект исследования

Объектом исследования является семискоростная бортовая коробка передач, которая была разработана в середине  60-х годов для танка Т-64 под двигатель 5ТДФ мощностью 700 л.с. В 70-е годы она была усилена под двигатели В-46 ( 780 л.с.), 6ТД ( 1000 л.с.). и унифицирована для военно-гусеничных машин.

В настоящее время [2], [3] БКП является основной трансмиссией:

- танков Т-64, Т-64А,  Т-64Б, Т-80УД,  Т-72, Т-90С;

- гусеничных тягачей МТ-Т;

инженерных машин БТМ-4М "Тундра", БМР-3, БРЭМ-1, МТУ-72,

МТУ-90, выполненных на шасси МТ-Т, Т-72 и  Т-90С;

2. Постановка задачи

Рассматривается МТУ танка Т-64Б, работающая на нейтральной передаче. Режим запуска дизеля не рассматривается. За начальный момент времени принимается начало устойчивого процесса горения топлива в цилиндрах.

Структурная схема подсистемы "водитель – двигатель – регулятор - трансмиссия" представлена на рис.1.

Цифрами обозначены:          

1 – "водитель" (алгоритмы управления движением);

2 – органы управления;

3 – всережимный регулятор непрямого действия;

4 – дизель 5ТДФ;

5, 6 – соответственно, правая и  левая БКП;

 7, 8 – соответственно, приведенные массы корпуса правого и левого бортов.

Кинематическая схема БКП [2] приведена на рис.2. Здесь введены следующие обозначения:

1 – входной вал трансмиссии;

2 – эпицикл 1 планетарного ряда (ПР);

3 – эпицикл 2 ПР;

4 – сложное водило;

5 – эпицикл 3 ПР;

6 – солнечная шестерня 4 ПР

7 – выходной вал трансмиссии;

8 – бортовая передача (5 ПР).

9 – ведущее колесо;

Силовая передача имеет 6 степеней свободы и для реализации прямолинейного движения необходимо включение двух фрикционных устройств в каждой БКП.

3. Метод  исследования

Трансмиссии транспортных машин, имеющие фрикционные устройства (ФУ), являются неголономными системами и описание их дифференциальными зависимостями, получаемыми с помощью уравнения Лагранжа, является неприемлемым.

В классической постановке, количество дифференциальных уравнений, описывающих поведение механической системы, соответствует числу степеней свободы. При включении и выключении фрикционных устройств силовая передача изменяет число степеней свободы, что ведет к изменению количества необходимых дифференциальных уравнений и перестройке алгоритма расчета.

Подсистема "водитель – двигатель – регулятор - трансмиссия"  характеризуется интенсивными ударными нагрузками, вызываемыми силами инерции при включении и выключении фрикционных устройств. Она описывается 16 дифференциальными уравнениями.

В связи с возникновением в механической системе ударных нагрузок и сложностью их интегрирования численными методами Рунге-Кутта,  была разработана методика решения задач данного типа - метод динамического состояния [4].

Метод динамического состояния позволяет:

- решать совместно дифференциальные уравнения с различными постоянными времени, включая ударные нагрузки;

-  сохранять постоянным структуру алгоритма и число дифференциальных уравнений при  наложении связей.

4. Результаты моделирования

Результаты математического моделирования подсистемы "водитель – двигатель – регулятор - трансмиссия" танка Т-64Б приведены на рис. 3 ..  9.

В начальный момент времени машина неподвижна, двигатель работает на минимальных оборотах, обеспечивающих устойчивый процесс горения топлива (w двс = 98 с –1 ), а кулиса коробки передач установлена в нейтральном положении.

Относительные перемещения педали подачи топлива (кривая 1) и педали сцепления (кривая 2) показаны на рис. 3. В крайних  положениях они имеют люфт до 1%.

Закон изменения давления масла в бустерах Ф4 правой и левой БКП приведен на рис. 4 кривая 1. При положении педали сцепления  0.5,  на прямом ходу, вступает в работу механизм распределения, который начинает сливать масло из бустера фрикциона  Ф4 (t = 0.56 c).

При обратном ходе педали сцепления, в этом же положении, происходит подача масла в бустера фрикционов, которые соответствуют номеру передачи на кулисе. В рассматриваемом случае - это нейтраль (Ф4), t =1.45 c.

Ход рейки топливных насосов является основным параметром всережимного регулятора, с которым связана педаль подачи топлива. Закон ее изменения во времени показан на рис. 4  кривая 2.  

Законы изменения угловой скорости вращения (кривая 1) и мощности двигателя 5ТДФ (кривая 2) во времени приведены на рис. 5. При построении математической модели было принято следующее правило знаков для мощности: входная мощность - положительная, а выходная (активный режим работы двигателя) - отрицательная.

Процесс буксования дисков трения (выключение и включение) фрикциона Ф4 правой (кривая 1) и левой (кривая 2) БКП показан на рис.6. В момент времени  t = 0.56 c начинается слив масла  из бустеров  Ф4, который продолжается 0.1 с. Это вызывает увеличение угловой скорости вращения солнечной шестерни 4ПР до 85 рад/с.

В момент времени t = 1.5 с (кривая 2 рис.4) начинается подача масла в бустер Ф4.

 В связи с действием отжимных пружин и относительно медленным нарастанием давления масла в бустерах, включение фрикционов Ф4 продолжается около 0.3 с, причем характер включения правой и левой БКП резко отличаются друг от друга.

Первым включается Ф4 правой БКП (кривая 1 рис. 6). Инерционная мощность солнечной шестерни 4ПР (произведение момента инерции звена, угловой скорости вращения и углового ускорения), которую поглощает Ф4, не превосходит 20 кВт (кривая 1 рис. 7).

 Условия включения фрикциона Ф4 левой БКП резко ухудшаются, поскольку инерционная мощность солнечной шестерни 4 ПР (кривая 2  рис. 7) возрастает в пять раз (до 100 кВт).

Его буксование приобретает знакопеременный характер с амплитудой порядка 40 рад/с и после четвертого изменения знака происходит включение.

В дальнейшем происходит попеременный срыв в противофазе Ф4 правого и левого бортов, что ведет к  возникновению на ведущих колесах пульсирующих крутящих моментов,  вызывающих вибрации корпуса с частотой 20 .. 35 гц. (рис. 8 и  9).

 Под срывом фрикциона понимается смещение дисков трения на некоторый угол, при котором изменяется знак момента трения и нарушается условие равновесия всей механической системы.

Практика эксплуатации ТГМ с БКП свидетельствует о вибрации корпуса и возможности самопроизвольного движения машины при работе трансмиссии на нейтральной передаче и выключенном тормозе.

Полученные результаты моделирования переходных процессов в моторно-трансмиссионной установке с БКП, работающей на  нейтральной передаче показывают, что причиной вибрации корпуса является недостаточный запас фрикционов Ф4 по крутящему моменту.

Рассмотренные физические явления вызывают вращение ведущего колеса при снятой гусенице или могут привести к самопроизвольному движению машины.

      Условия включения фрикционных устройств правой и левой БКП существенно отличаются друг от друга. Причина этого – инерционная мощность составных звеньев трансмиссии, которая может рекуперировать через дизель с борта на борт.

5. Выводы

5.1. Информационная технология "Gill"  представляет технологию двойного использования и может быть применена к машинам военного и гражданского назначения. В настоящее время она позволяет моделировать физические процессы, протекающие в транспортных машинах, содержащих гидромеханические, гидрообъемномеханические  или электромеханические трансмиссии.

5.2. В процессе работы моторно-трансмиссионных  установок, содержащих семискоростную БКП, на нейтральной передаче с выключенным горным тормозом возникают автоколебания, обусловленные недостаточным запасом фрикциона Ф4, способные вызвать самопроизвольное движение машины.

Литература:

1. Рагулин С.В., Чернышев В.Л. Комплексное моделирование функциональных возможностей зенитной самоходной установки ЗСУ-23-4 «Шилка». Материалы 1 международной конференции «Артиллерийские ствольные системы, боеприпасы, средства артиллерийской разведки и управления огнем», Киев, ГНТЦ АСВ, сентябрь 1997г.

2. Современные танки. Под ред. Сафонова Б.С. и Мураховского В.И. –М.: «Арсенал-Пресс», 1995, -320 с.

3. Харьковское конструкторское бюро по машиностроению им. А.А. Морозова. - Харьков: Рекламное издательство «ИРИС», 1997, -136с.

4. Чернышев В.Л. Исследование нагруженности планетарных передач методом динамического состояния. // Механіка та машинобудування. –1997.-№1,с. 96-102.





 
 
ГЛАВНАЯ НА ВООРУЖЕНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
РАЗРАБОТКИ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
ЗАЩИТА ПОДВИЖНОСТЬ 

ЭКСКЛЮЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  БИБЛИОТЕКА ФОТООБЗОРЫ