ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК В ПРИВОДЕ УРАВНОВЕШИВАЮЩЕГО МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЯ Д-160 ЧТЗ

Одной из основных причин недостаточной надежности и долговечности системы привода уравновешивающих механизмов четырехцилиндровых тракторных двигателей являются нагрузки, возникающие в элементах привода при резонансе крутильных колебаний .

С целью проверки возможности появления резонансных режимов движения масс, разделенных зазорами, и определения нагрузок в приводе механизма было проведено динамическое исследование системы привода уравновешивающего механизма двигателя Д-160 ЧТЗ, имеющего наиболее общую кинематическую схему.

Теоретическое исследование проводилось с помощью АВМ ЭМУ-10. Привод уравновешивающего механизма был представлен эквивалентной восьмимассовой системой с пятью нелинейностями в виде зазоров, совершающей вынужденные колебания под действием гармоники второго порядка крутящего момента двигателя на режимах максимальной мощности.

Экспериментальное исследование проводилось в стендовых условиях. Нагрузки в приводе механизма определялись по величине крутящего момента на ведущем противовесе и по величине изгибающего момента, действующего на валик привода маслонасоса. При исследованиях использовалась высокочастотная аппаратура, включающая усилитель типа УТС 1-ВТ-12 и гальванометры типа MSU-I и MSU-IV.

Исследованиями установлено, что движение системы привода уравновешивающего механизма является устойчивым, но не однозначным. Неоднозначность движения (одним и тем же возмущениям соответствуют различные периоды собственных колебаний системы) проявляется в основном при первой форме колебаний (частота собственных колебаний первой формы изменяется от 11,6 до 21,6 гц, а частота колебаний второй формы равна 125 гц) и обусловлена появляющимися «разрывами» кинематической цепи, что характерно, по данным , для систем с нелиней-ностями типа «зазор».

Моделирование показало, что нагрузки в приводе механизма будут знакопеременными ударного характера из-за наличия зазоров в кинематической цепи и зависят в первую очередь от соотношения собственной частоты системы и частоты действия возмущающего момента. Так, при совпадении частоты действия гармоники второго порядка крутящего момента двигателя с частотой собственных колебаний системы (рис. 1) амплитуда момента в приводе возрастает в десятки раз, а на нерезонансных режимах последняя изменяется в соответствии с величиной возмущающего момента.

Анализируя возмущения, действующие на исследуемую систему, можно предположить, что опасные нагрузки в приводе механизма возникнут при резонансе гармоник 1,5; 2 и 4-гопорядкоз крутящего момента двигателя с частотой собственных колебаний первой формы.

Причем, наибольшую опасность представляют резонансные режимы с гармониками 2-го порядка, так как гармоники 1,5-го порядка в четырехцилиндровом тракторном двигателе.взаимно уравновешены, а амплитуда гармоники 4-го порядка, как показал гармонический анализ крутящего момента двигателя, почти в три раза меньше (на режимах максимальной мощности) амплитуды гармоники второго порядка.

Теоретические предпосылки подтвердились результатами экспериментального исследования. Установлено, что система привода уравновешивающего механизма вступает в резонанс в диапазоне скоростных режимов 310—760 и 1050—1100 об/мин с гармониками, соответственно, 2 и 1,5-го порядков. Резонансных явлений от действия гармоники 4-го порядка при исследованиях не обнаружено.

Иагружение элементов привода является знакопеременным и практически симметричным относительно момента сопротивления (рис. 2) за исключением резонансных режимов, так как при резонансе амплитуда момента в приводе значительно возрастает, что приводит к повышению демпфирующих свойств системы.

Зона резонанса, а следовательно, и нагрузки в приводе механизма существенно зависят от нагрузочного режима двигателя. Так, при работе двигателя на холостом ходу (рис. 2) резонанс наблюдается только до скоростных режимов 580—600 об/мин, а при работе с максимальной нагрузкой — 750—760 об/мин для исследованных приводов. Смещение зоны резонанса в сторону больших частот вращения коленчатого вала при увеличении загрузки двигателя характеризует колебательную систему как жесткую, особо неблагоприятную для тракторного двигателя, поскольку совпадение характеристик системы привода и крутящего момента двигателя приводит к резонансным явлениям при относительно больших возмущениях, вследствие чего нагрузки в элементах привода возрастают.

Максимальные нагрузки в приводе механизма наблюдаются при резонансе гармоники второго порядка и работе двигателя на режимах максимальной мощности. При этом амплитуда момента на ведущем противовесе изменяется от —8 (момент сопротивления) до +6 (инерционный момент) кГм (рис. 2), а изгибающий момент на валике привода маслонасоса (наименее прочное звено привода) достигает 16 кГм. Напряжения, возникающие в валике привода маслонасоса под действием этих нагрузок, достигают 29 кГ/мм2 и могут вызвать его поломку.

Таким образом, теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что основной причиной появления опасных нагрузок в элементах привода уравновешивающего механизма является резонанс крутильных колебаний.

Для снижения нагрузок в приводе механизма целесообразно уменьшить жесткость системы с тем, чтобы обеспечить значение собственной частоты в диапазоне от 10 до 14 Гц .