АНАЛИТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ СИЛОВОЙ ПЕРЕДАЧИ ТАНКА Т-64Б ПРИ РАЗГОНЕ

В.Л. Чернышев

Рассматривается динамика переходных процессов в силовой передаче танка Т-64Б в режиме разгона на ровной бетонной трассе. Актуальность работы проявляется в том, что моторно-трансмиссионные установки, которые поставляються Украиной в Пакистан, работают на пределе своих технических возможностей и разработчики вынуждены уменьшить их гарантийный ресурс работы в два раза.

Цель работы: выполнить исследования динамики силовой передачи, оценить нагруженность зубчатых передач трансмиссии и условия работы фрикционных устройств. Аналитическое моделирование выполнено методом динамического состояния, который позволяет исследовать неголономные механические системы.

Приведены результаты работы дизеля 5ТДФ, всережимного регулятора и бортових коробок передач. Показаны законы изменения угловых скоростей вращения элементов трансмиссии и крутящих моментов, действующих на солнечные шестерни планетарних рядов БКП.

Ключевые слова: танк Т-64Б, двигатель 5ТДФ, всережимный регулятор, трансмиссия БКП, фрикционные устройства, планетарные передачи, подшипники качения, динамика, угловые скорости и ускорения, крутящие моменты.

Examines the dynamics of transient processes in the power transmission of the MBT T-64B in the mode of acceleration on a level concrete highway. The relevance of this work is that the engine-transmission setup, which postavlyaetsya Ukraine to Pakistan , at the limit of their technical capabilities and the developers are forced to reduce their warranty life twice.

Objective: to perform studies of the dynamics of the power transmission, to evaluate the response of gear transmission and the working conditions of the friction devices. Analytical modeling is done using dynamic state that allows you to explore a nonholonomic mechanical system.

The results of operation of the diesel engine 5TDF, variable speed controller and bertovich transmissions. Illustrates the laws of variation of the angular speeds of rotation of gears and torques acting on the sun gear planetary the ranks in the power transmission of the MBT T-64B.

Keywords: method of dynamic condition, MBT T-64B, the 5TDF engine, power transmission, torque, dynamics, angular velocity and acceleration.

ВВЕДЕНИЕ

Силовые передачи транспортных средств передвижения (ТСП) являются одной из основных систем, определяющей показатели  подвижности и работоспособности.

Тенденции роста массы машины и скорости движения требуют повышения мощности основного двигателя, что способствует росту нагруженности  элементов моторно-трансмиссионной установки, снижению ее надежности и долговечности.

Семискоростная бортовая коробка передач (БКП), была разработана в начале 60-х годов для танка Т-64 под  двигатель 5ТДФ, мощностью 700 л .с. с 20..30 % запасом по пропускаемой мощности [1].

© В.Л.Чернышев 2017

В 70-е годы БКП была усилена под двигатели В-46 и 6ТД мощностью до 1000 л .с..   БКП является основной трансмиссией танков Т-64, Т-64А, Т-64Б,

Т-80УД, Т-72, Т-84, Т-90С, тягачей МТ-Т, инженерных машин БАТ, БТМ-4М «Тундра», БРМ-3, БРЭМ-1, МТУ-72, МТУ-90, выполненных на шасси МТ-Т, Т-72 и Т-90С, и гусеничных машин ГМ-831..ГМ-835, носителей ракетного вооружения (комплексы С-300В).

В настоящее время БКП работает на пределе своих технических возможностей, морально устарела и не отвечает современным требованиям по передаваемой мощности, управляемости и эргономике.

При создании новых и модернизации существующих силовых передач транспортных машин  различного назначения, возникает необходимость в моделировании протекающих физических процессов и их согласования для обеспечения работоспособности как силовой передачи в целом, так и ее узлов и агрегатов в частности.

Отработка методики моделирования динамики переходных процессов в силовой передаче ТСП на примере танка Т-64Б и выявление ее предельных возможностей является актуальным.

Целью данной работы является:

- отработка методики моделирования и анализа переходных процессов в силовой передаче танка Т-64Б при его разгоне по ровной бетонной трассе;

- получение базовой информации о совместной работе двигателя 5ТДФ, всережимного регулятора и бортовых коробок передач в режиме неравномерного движения танка;

- определение крутящих моментов, действующих на солнечные шестерни планетарных рядов и выявление наиболее нагруженного звена;

- изучение условий работы фрикционных устройств и протекающих в них физических процессов, возникающих при переключении передач, и их влияние на нагруженность планетарных рядов БКП.

1.  Анализ зарубежных публикаций

В соответствии с контрактом [2], Украина должна была поставить Пакистану в период с 1997 по 1999 годы, 325 двигателей 6ТД-2 ( 1200 л .с.) для танка Al Khalid (MBT-2000), что обеспечит объем моторно-трансмиссионного отделения 3.01 м ³. Повышение мощности двигателя на 17% ставит  вопрос о совместимости серийной семискоростной бортовой коробки передач (БКП) танка Т-80-УД, работающей в блоке с двигателем 6ТД-1 ( 1000 л .с.), оценке напряженного состояния элементов силовой передачи и ее ресурса.

 Немецкий основной боевой танк «Leopard-2»,   входит в пятерку ведущих танков  мира [3]. На вооружении Бундесвера он находится с 1979 года. За период эксплуатации в войсках он прошел ряд модернизаций от «Leopard-2А1» ( 1982 г .) до «Leopard-2А7+» ( 2010 г .). [4]. За указанный период, без изменений остались только системы шасси. Основная заслуга в этом принадлежит немецким фирм MTU Friedrichshafen GmbH и RENK AG, совместными усилиями которых был создан единый силовой блок объемом 6.9 м³ , включающий двигатель МВ-873 ( 1500 л .с.), трансмиссию HSWL-354/3 и обслуживающие их системы.

В рамках II фазы модернизации танка «Leopard-2», фирмы MTU и RENK разработали силовой блок Euro Power Pack (EPP) с двигателем МТ883 ( 1650 л .с.), что на 10% выше, чем у одноименного прототипа, и пятискоростную трансмиссию HSWL-295 TM [5]. Новый силовой блок оказался короче серийного почти на 1000 мм , что позволило получить дополнительное  пространство размером 3 м³ , которое можно использовать для топливных баков, боеприпасов или автомата заряжания. Установка EPP в МТО «Leopard-2» позволила увеличить скорость движения танка и сократить на 15%. расход топлива.

Новый блок впервые был установлен в танке «Leopard-2DEMO2» и показан в конце 2001 г . [6], Он так же нашел свое применение на французском танке “Leclerc” и гаубице  PzH-2000.

Короткие сроки разработки и впечатляющий конечный результат свидетельствуют о проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, в которых использованы методы математического моделирования, отличающиеся от известных [7], [8] и [9].

В научно-исследовательском отчете [7] ( 1974 г .), выполненном сотрудниками  U.S. Army Material Command, приведена методология оценки конструктивных и тактико-технических характеристик  силовой передачи HMPT-500, которая носит описательный характер.

 В статье [8] ( 1991 г .) показано распределение потоков мощности в трансмиссиях танков «Leopard-2», «Merkava» и «Abrams» для случая установившегося процесса движения танка на конкретной включенной передаче. Полученные результаты позволяют ориентировочно, без учета ударных, кратко временных перегрузок, оценить прочность зубчатых передач и их ресурс.

В статье [9] ( 2012 г ) построена упрощенная линейная алгебраическая модель работы трансмиссии НМPT-500-3. Модель не учитывает совместную работу двигателя, системы регулирования и переходные процессы в трансмиссии при переключении передач. В приведенных материалах отсутствуют дифференциальные уравнения движения элементов трансмиссии, циклограммы нагружения зубчатых колес и оценка показателей ее надежности.

Анализ зарубежных публикаций  показывает, что рынок силовых передач  для современных боевых бронированных машин выдвигает повышенные требования к увеличению показателей подвижности, маневренности и экономичности создаваемых образцов вооружения, при одновременном снижении массо-габаритных параметров и эксплуатационных затрат. Увеличение мощности двигателя и его совместимость с трансмиссией являются ключевыми условиями этого процесса.

Отсутствие аналитических методов моделирования совместной работы двигателя, трансмиссии, обслуживающих систем и алгоритмов управления движением оказывается очень затратным в финансовом и временном аспектах  и не дает высокую вероятность успеха в конечном результате.

2.    Объект исследования и его режим движения

Объектом исследования является танк Т-64Б  (рис.1), в штатном исполнении [1].  Рассматривается режим разгона на горизонтальной бетонной трассе до скорости   50 км/час. Алгоритм переключения передач определяется правилами вождения боевых машин [10].

Органами управления движением являются:

- педаль подачи топлива;

- педаль сцепления;

- педаль тормоза;

- рычаги управления поворотом;

- кулиса  переключения передач.

Рис.1. Танк Т-64Б

Приводы управления движением действуют на механико-гидравлическом принципе.  За счет воздействия водителем на органы управления (задается скорость перемещения) осуществляется перемещение золотников в механизме распределения, что вызывает изменение давления масла в гидравлической части приводов. Законы нарастания и слива  давления, для каждого фрикционного устройства (ФУ) БКП, являются функцией времени, которые считаются известными. Последовательность воздействия механиком–водителем на органы управления определяется целевой установкой: разгон, движение с постоянной скоростью, торможение, остановка.

2.1.        Силовая передача

Структурная схема силовой передачи представлена на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема силовой передачи танка Т-64Б

2.1.1.      Всережимный регулятор

Система автоматического регулирования дизелем занимает важное место в реализации алгоритмов управления движением машины и оказывает существенное влияние на переходные процессы в силовой передаче. Она обеспечивает заданный механиком-водителем скоростной режим работы двигателя, определенную величину давления воздуха на выходе из нагнетателя (давление наддува) и изменение подачи топлива при работе двигателя на режиме внешней характеристики  [11].

          В систему регулирования входят всережимный регулятор (ВР) числа оборотов, устройства коррекции подачи топлива и управления лопатками нагнетателя.

          Указанные автоматические устройства объединены в одном агрегате- регуляторе, установленном на двигателе .

          Всережимный регулятор числа оборотов, его структурная схема приведена на рис. 3, обеспечивает:

- ограничение максимальных оборотов двигателя;

- поддержание устойчивых минимальных оборотов холостого хода;

- поддержание заданного механиком-водителем скоростного режима

           работы двигателя.

          Поэтому, по характеру выполняемых задач, регулятор является всережимным.

Рис. 3. Структурная схема всережимного регулятора дизеля 5ТДФ

Цифрами обозначены:

  1 - объект регулирования (ДВС);

  2 - формирователь;

 3 - центробежный измеритель угловой скорости вращения коленвала;

  4 - сервомотор измерителя угловой скорости;

  5 - топливный сервомотор;

  6 - пружина;

  7 - рычаг обратной связи;

  8 - рычаг управления;

  9 - упор;

10 - педаль подачи топлива.

При воздействии механиком-водителем на педаль подачи топлива 10 изменяется величина угла  . Это вызывает вращение по часовой стрелке рычага обратной связи 7 под воздействием пружины 6 относительно вращающегося вправо упора 9. Возникающее при этом перемещение поршня топливного сервомотора приводит к увеличению подачи топлива в ДВС.

Математическая модель ВР описывается двумя дифференциальными уравнения первого порядка:

        - скорость перемещения выходного штока сервомотора;

        - скорость перемещения рейки топливных насосов.

2.1.2.      Дизель 5ТДФ

          Двигатель 5ТДФ - это пятицилиндровый, однорядный, двухтактный турбопоршневой дизель жидкостного охлаждения с непосредственными смесеобразованием и прямоточной двухпоршневой продувкой  [11]. Общий вид двигателя представлен на рис.  4.

Рис. 4. Общий вид двигателя 5ТДФ.

При построении математической модели ДВС были сделаны следующие допущения:

·       процессами газообмена, сжатия, смесеобразования и горения - пренебрегаем;

·       крутильными колебаниями коленчатых валов и нагнетателя -  пренебрегаем;

·       двигатель рассматривается как одно массовая система с моментом инерции    J_дв ;

В качестве выходных параметров ДВС используется угловая скорость вращения коленчатых валов и  крутящий момент двигателя (семейство кривых, зависящий от положения рабочей точки дизеля A(w_дв, h_ртн ), с учетом потерь мощности на всасывание и выхлоп, холостые потери, включая работу вспомогательных механизмов, подшипников качения и системы охлаждения (рис. 5). Исходными данными для получения выше указанных параметров является многопараметровая характеристика ДВС.

Рис. 5. Относительные зависимости крутящего момента ДВС на входе в трансмиссию для различных положений рейки топливных насосов.

2.1.3. Бортовая коробка передач

Общий вид БКП в разрезе  (их две, по одной на каждый борт машины) представлен на рис. 6. Кинематическая схема БКП приведена на рис. 7.

БКП включает в себя входной вал 1, который с помощью зубчатой муфты соединяется с коленчатым валом двигателя, сложное водило 2, выходной вал коробки передач 3, бортовую передачу 4 и ведущее колесо 5.

Бортовая коробка передач механическая планетарная с 3 степенями свободы. В ее состав входят 4 планетарных ряда (ПР) - 1ПР . . 4ПР,  бортовая передача (5ПР) и шесть  фрикционных устройств (ФУ) Ф1 . .Ф6. Фрикционы Ф1, Ф4, Ф5 и Ф6 являются тормозными, а Ф2 и Ф3  блокировочными. В 1 и во 2 планетарных рядах солнечная шестерня общая.  Водило планетарных рядов 1ПР, 2ПР и 3ПР (сложное водило) выполнено как единая сборочная единица. Каждый фрикцион состоит из пакета стальных  металлокерамических дисков, работающих в масле, и сжимающего устройства -  бустера.

Включение ФУ производится за счет подачи масла под давлением, в зависимости от номера текущей передачи, в полость между бустером и манжетой. В тормозные фрикционы масло поступает из системы гидроуправления, а в блокировочные - через каналы в корпусных деталях.

Рис.6. Общий вид БКП в разрезе.

Рис.7. Кинематическая схема БКП.

Номера включаемых фрикционов, передаточные отношения и максимальные расчетные скорости движения, в зависимости от номера передачи, приведены в таблице 1.

Таблица 1. 

Выключение фрикционов осуществляется за счет слива масла из бустера и разъединения дисков трения за счет отжимных пружин. В выключенном состоянии между дисками трения существует зазор, который гарантирует отсутствие передачи крутящего момента от ведущих дисков трения к ведомым.

Включение фрикционов Ф4 и Ф5, которые обеспечивают торможение и удержание машины на подъемах и спусках, производится с помощью специального механизма, который состоит из двух шариковых разжимных устройств. Включение этих устройств осуществляется за счет перемещения педали остановочного тормоза.

3. Аналитическое моделирование переходных процессов

в силовой передаче танка Т-64А методом динамического состояния

В основу алгоритма расчета переходных процессов в силовых передачах, была положена авторская разработка:  метод динамического состояния (МДС). Его возможности и результаты применения изложены в работах [12], [13].

Отличительные особенности МДС от методик, приведенных в  [14], [15] следующие:

1. Планетарные трансмиссии транспортных машин, имеющие ФУ, являются неголономными системами и их описание дифференциальными уравнениями, получаемыми на основе уравнения Лагранжа, является неприемлемым [16].

2. МДС описывает структурные изменения силовой передачи, вызываемые  включением, выключением и буксованием фрикционных устройств, при этом учитываются возникающие в системе ударные нагрузки, обусловленные перераспределением кинетической энергии вращающихся деталей и узлов трансмиссии.

3. Данный аналитический метод учитывает автоколебания, возникающие за счет сил трения в ФУ и вызывающие  “срыв” уже  включенного фрикциона, что увеличивает действительное время  его включения.

4. В классической постановке, число дифференциальных уравнений, описывающих поведение механической системы, соответствует числу степеней свободы (обобщенных координат). При использовании МДС в число обобщенных параметров включены кинематические (ускорения) и силовые (моменты) характеристики. При включении и выключении ФУ силовая передача меняет число степеней свободы, что влечет за собой изменение числа необходимых дифференциальных уравнений. МДС позволяет сохранить число дифференциальных уравнений постоянным, охватывает все возможные состояния механической системы, существенно уменьшает время интегрирования дифференциальных уравнений, сохраняет структуру алгоритма  вычислений и позволяет использовать стандартные методы Рунге-Кутта.

5. Метод является аналитическим, учитывает возникновение ударных нагрузок  и позволяет рассматривать комбинированные силовые передачи (электромеханические, гидрообъемные и др.), физические процессы которых имеют малые постоянные времени [17].

4.Исследование динамики силовой передачи танка Т-64Б

в режимах прямолинейного  разгона

В качестве примера рассмотрим разгон танка Т-64 Б на ровной сухой горизонтальной бетонной трассе.

Танк имеет штатные исполнение и алгоритмы управления.

Программа движения танка предусматривает:

-        начало движения с I передачи и последовательный выход на VII передачу:

-        максимальная скорость движения ограничивается  50 км/час;

-        торможение осуществляется методом наката до скорости 2 км/час;

-        остановка осуществляется тормозом и переводом кулисы в нейтральное положение.

-         

4.1.        Разгонная и тормозная характеристики

В  начальный момент времени кулиса установлена в нейтральном положении и механик-водитель не воздействует на органы управления.

Трогание машины начинается через 2 секунды после выжимания педали сцепления, перевода кулисы в положение I передачи, отпускания педали сцепления, выжимания педали подачи топлива и включения фрикционов Ф3 и Ф4.

На  рис. 8 и 9 приведены зависимости  скорости движения и пройденного пути, как функции времени.

Время разгона танка на I передаче занимает порядка 6…7 секунд. Причиной этого является буксование и значительные потери мощности в Ф3, что приводит к неустойчивой работе Ф4. Танк не может разогнаться на I передаче до заявленной разработчиком скорости 7.41 км/час (табл.1).

После достижения машиной скорости 50 км/час (t = 35 с), программный модуль «Водитель» начинает реализовывать режим торможения танка методом свободного наката, т.е. выжимается педаль сцепления, а дизель 5ТДФ переводится в режим минимальных устойчивых рабочих оборотов около 180 рад/с

(1700     об/мин).

4.2.        Динамика дизеля и его системы регулирования

В системе автоматического регулирования  дизелем важное место занимает закон перемещение рейки топливных насосов. Он позволяет оценивать загрузку дизеля на различных режимах движения.

На рис. 10, 11 представлены законы изменения во времени угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя 5ТДФ  (рис.10) и ход рейки топливных насосов (рис. 11). Максимальная подача топлива в цилиндры соответствует значению хода рейки 10.5 мм .

Рис. 8.  Скорость разгона                   Рис. 9. Пройденный путь разгона

Рис. 10. Угловая скорость дизеля         Рис. 11. Ход рейки топливных насосов

Закон изменения  крутящего момента ДВС, как функция режима движения и времени, с учетом холостых потерь мощности  в самом ДВС  и  в системах,  обеспечивающих его работоспособность показан на рис. 12.

Правило знаков мощности в соответствии с курсом «Теория машин и механизмов»: входная мощность (режим компрессора) положительная, выходная (рабочий режим) – отрицательная.

Данные характеристики ДВС позволяют определить его выходную мощность и степень  загруженности двигателя 5ТДФ.

Алгоритмы управления движением танка предполагают переключать БКП на высшую передачу в точках максимальной мощности, что соответствует частоте вращения ДВС  2850 об/мин (293 рад/сек).

Рис. 12. Закон изменения                       Рис. 13. Закон изменения мощности

крутящего момента ДВС                                ДВС во время разгона

.

За счет включения фрикционов, увеличивается нагрузка на ДВС и  угловая скорость  дизеля падает до 200 рад/с (рис. 10, 36 ≤ t ≤ 39 cек).

Выражение  представляет инерционную мощность двигателя, которая является критерием интенсивности динамики переходного процесса. Ее зависимость, как функция времени, показана на рис. 14.

Анализ полученных результатов показывает:

1.    На I передаче дизель 5 ТДФ не догружен и его выходная мощность составляет порядка 230 кВт  (рис. 13).

2.    На II..V передачах рабочая точка дизеля выходит на внешнюю характеристику.

3.    При движении на VI передаче дизель достаточно долго «вытягивает»    (5 …7 сек) машину до скорости 40 км/час, что показывает на недостаточную его мощность.

4.    При движении на VII передаче разгон машины с 40 до 50 км/час занимает около 8. . .9 секунд, при этом система регулирования обеспечивает максимальную подачу топлива в цилиндры (h _ртн= 10.5мм), а угловая скорость дизеля растет достаточно медленно, со значительными сбросами (рис. 10, диапазон  времени  28< t< 35 сек), что свидетельствует о недостаточном коэффициенте запаса Ф3 и Ф4.

5.    Работа двигателя 5ТДФ в объектовых условиях кардинально отличается от стендовых и делать выводы о работоспособности и надежности  дизеля по результатам стендовых испытаний – не допускается.

6.     При трогании  танка на I передаче мощность дизеля избыточна. Система регулирования, с целью удержания угловой скорости вращения коленчатого вала в рабочем интервале, заставляет  двигатель работает на регуляторных режимах. Его рабочая точка  не выходит на внешнюю характеристику, что вызывает появление в системе  значительных динамических нагрузок.

7.     Стремление разработать всережимный регулятор, удерживающий рабочую точку ДВС на регуляторных режимах,  привело к возникновению в системе интенсивных динамических нагрузок и оказалось не эффективным.

8.     Является целесообразным разработка электронного всережимного регулятора с двумя каналами управления по обратной связи:  по угловым скоростям и ускорениям вращения коленчатого вала.

Рис.  14 Инерционная мощность дизеля.

4.1.        Оценка нагруженности зубчатых передач в БКП

Длительный, 50-летний, период эксплуатации БКП обусловлен неудачными попытками разработать ей достойную замену. Известны три случая:

1.    Шестискоростная БКП для танка «Молот» (Главный конструктор Н.А. Шомин) [13]

2.    Электро-механическая БКП [17] (Главный инженер А.В. Бершов)

3.    ГОП-900 для танка «Оплот» [18] (Главный конструктор М.Д. Борисюк)

По различным причинам, ни один из них не дал положительного результата.

Основными узлами танковой трансмиссии являются планетарные передачи (ПР) и фрикционные устройства (ФУ). Их взаимосвязь и распределение потоков мощности в БКП определяется кинематической схемой (рис. 7).

Исследование переходных процессов в БКП  позволяет получить физическую картину происходящих процессов, оценить уровень действующих нагрузок и выработать рекомендации по устранению негативных факторов.

Входной крутящий момент в трансмиссию имеет три составляющие:

- момент ДВС;

- инерционные составляющие;

- рекуперация мощности через коленчатый вал двигателя за счет не значительного смещения во времени процессов включения, выключения и буксования фрикционных устройств (ФУ) правой и левой БКП.

При включении, выключении и буксовании ФУ изменяется текущее состояние трансмиссии (ее число степеней свободы), что вызывает дополнительные особенности как в работе силовой передачи, так и в построении алгоритма расчета.

В моторно-трансмиссионной установке танка Т-64Б будем рассматривать следующие нагрузки:

1.    Моменты сопротивления вращению ведущих колес, которые действуют со стороны ходовой части и несущего основания. Считаем, что они известны.

2.    Силы инерции звеньев БКП.

3.    Моменты трения в фрикционных устройствах, зависящие от геометрических размеров ФУ, характеристик трения системы «сталь-металокерамика», жесткости отжимных пружин и величины давления масла в бустере.

4.    Входной крутящий момент в трансмиссию ( момент ДВС рис. 5).

 Зависимость крутящего момента двигателя 5ТДФ на входе в трансмиссию, как функция времени, уже была рассмотрена (рис. 12). В соответствии с принятым правилом знаков для мощности (входная мощность на звено принимается положительной, а выходная – отрицательной), отрицательные значения крутящего момента соответствуют активному режиму работы ДВС, а положительные – реактивному (режим компрессора).

На рис. 15… рис.18 приведены значения крутящих моментов на солнечных шестернях 1, 2, 3 и 4 планетарных рядов.  Их характер изменения и численные значения позволяют определить действующие напряжения и ресурс зубчатых передач и подшипников качения в сателлитах ПР [19].

Конструктивно 1 и 2 планетарные ряды выполнены с общей солнечной шестерней. Метод динамического состояния позволяет разделить действующие нагрузки для каждого ПР в отдельности.

На рис. 15 представлена зависимость крутящего момента на солнце 1ПР   (М _1d1), как функция времени. Его максимальное (пиковое) значение возникает при движении на VII передаче (t =30 с) и составляет 78 кнм.

Со стороны 2 ПР  (рис. 16) действует противоположно направленный крутящий момент М _1d2 = 35 кнм. Анализ  моментов М _1d1 и     М _1d2   показывает на их кратковременный ударный характер. Причиной их возникновения является срыв фрикциона Ф3.

Рассмотрим крутящий момент на солнечной шестерне 3 ПР рис.17. Его максимальное значение 2.8 кнм достигается при    t =30 с., что вызывает срыв Ф3. Причиной этого явления является не согласованность передаточных чисел V и VI передач, что вызывает «клевок» машины. Следствием этого явились ударные нагрузки в 1 и 2 планетарных рядах и возникновение двух встречных потоков мощности, которые сошлись на общей солнечной шестерне 1 и 2 ПР. Итогом этого явилось уменьшение суммарного, результирующего момента в 2 раза и сохранения работоспособности БКП.

На рис. 18 показан характер изменения крутящего момента на солнечной шестерне 4ПР. Включение Ф3 на VII передаче приводит к циркуляции потока мощности, которая носит знакопеременный характер.

Рис.15. Момент на солнце 1ПР                  Рис.16. Момент на солнце 2 ПР

Полученные зависимости изменения крутящих моментов позволяют построить циклограммы нагружения всех деталей и узлов БКП, оценить их прочность, надежность, и сделать следующие выводы:

1.              Наиболее нагруженным звеном БКП являются 1ПР и 2ПР с общей для них солнечной шестерней. Повышение мощности двигателя до 1200 л .с. (6ТД-2Е) может привести к разрушению их зубьев  и резкому снижению показателей надежности подшипников качения сателлитов.

Рис.17. Момент на солнце 3ПР                 Рис.18. Момент на солнце 4 ПР

2.       Увеличение габаритных размеров двигателей 6ТД-2Е и 6ТД-3, а также

выходной мощности до 1500 л .с., при неизменном объеме моторно-трансмиссионного отделения танка, показывает бесперспективность модернизации существующей БКП и ставит вопрос разработки новой танковой трансмиссии для перспективных украинских образцов бронетанковой техники, работающей на новых физических принципах.

4.4. Оценка условий работы фрикционных устройств БКП

На рис. 19...22 представлены зависимости скольжения ФУ за время разгона танка. На рис. 23...26 показаны потери мощности, обусловленные буксованием дисков трения.

Используем данные зависимости для исследования работы ФУ при переключении с V передачи (работают Ф1 и Ф3) на VI (работают Ф2 и Ф4), так называемый «клевок» (рис. 8…11).

Движение танка на V передаче начинается на 15 секунде  (рис. 8, момент начала подачи масла в бустер Ф1), а конец соответствует моменту времени              t = 18,5 секунд (момент начала слива масла из бустера Ф1).

Работа БКП на V передаче сопровождается интенсивным скольжением фрикционов Ф1 (рис. 19) и Ф3 (рис. 21), которые носят знакопеременный характер, что и обеспечивает движение танка.

Мгновенные значения угловых скоростей скольжения Ф1 и Ф3 по модулю достигают 300...400 рад/сек, однако их длительность очень незначительная, что приводит к небольшим углам смещения дисков трения (до 10…15 градусов).

В момент времени t =18,3 сек начинается выключение Ф1 и Ф3 (слив масла из бустера ) и через 0,3…0,5 секунды начинается включение Ф2 и Ф4 при этом возникают незначительные автоколебания (19,5< t< 20,5), после которых происходит их включение.

Анализ приведенных результатов показывает:

1.    Наибольшие потери мощности на буксование (тепловыделение) имеет место в блокирующих фрикционах Ф2 и Ф3. Это может привести к спеканию металлокерамики и выходу из строя всей БКП.

Рис.19. Скольжение Ф 1                           Рис. 20. Скольжение Ф 2.

Рис. 21. Скольжение Ф 3.                     Рис. 22. Скольжение Ф 4

Рис.23. Потери мощности на                       Рис. 24. Потери мощности на

буксование в Ф1                                           буксование в Ф2

Рис.25. Потери мощности на                        Рис. 26. Потери мощности на

буксование в Ф3                                           буксование в Ф4

Выводы

1.    Отличительной особенностью работы неголономных механических систем является изменение числа степеней свободы, которое сопровождается интенсивными ударными динамическими нагрузками.

2.     Силовая передача танка Т-64Б является сложной механической системой с шестью степенями свободы. Для обеспечения прямолинейного движения необходимо наложить четыре связи, которые являются неголономными, определяются управляющими воздействиями водителя и текущим состоянием силовой передачи.

3.     Существующие методы математического моделирования силовых передач в не полной мере отражают  конструктивные особенности трансмиссий, алгоритмы управления,  действующие кинематические и силовые связи.

4.     Разработанная математическая модель силовой передачи и полученные с ее помощью результаты переходных процессов позволяют оценить нагруженность деталей и узлов БКП, уровень потерь мощности, сформулировать требования к системам управления и охлаждения.

5.     При движении танка Т-64Б на VII передаче в трансмиссии возникают автоколебания в блокирующем фрикционе Ф3, которые вызывают повышенную вибрацию корпуса, которая приписывалась особенностями конструкции ходовой части.

6.     Работа серийной БКП в блоке с двигателями 6ТД-2,3 может привести к разрушению зубьев 1ПР и 2ПР, а так же спеканию дисков трения Ф2 и Ф3.

Литература

1. Чобиток В.В., Саенко М.В., Тарасенко А.А., Чернышев В.Л. Основной танк

    Т-64. 50 лет в строю. М.: «Яуза-каталог», 2016,- 160 с.

2.    Umer Farooq  Al Khalid Main Battle Tank to Get Ukrainian Engines. Jane's   Defence Weekly, 1 May 2002, p. 16.

3.    Thomas Laber . Leopard 1 and 2. The Spearheads of the West German Armored  Forces. Concord Publications,  1990.

4.    Fred Schreir. Leopard-2 – main battle tank for the 80^s , International Defense Review, 1974, №3.

5.    Antriebe für gepanzerte Fahrzeuge. Wehrtechnik,   1998,   № 1, s. 64 - 65

6.    Für den Leopard 2 ist ein noch stärkeres Triebwerk.Soldat und Technik, Oktober, 2002, S. 64

7.    Hydromechanical Power Trains. Final Engineering Report. December 1974 . Contract  DAAEO7-72-C-0200. Performed Under the Technical  Supervision 0. MICV  Project   Office. U. S. Army Material  Command.

8.    Matthew G McGough. Linear Algebraic Modeling of Power Flow in the HMPT500-3 Transmission. 2012NDIA GROUND VEHICLE SYSTEMS ENGINEERING AND TECHNOLOGY SYMPOSIUM MODELING & SIMULATION, TESTING AND VALIDATION (MSTV) MINI-SYMPOSIUM    AUGUST 14-16, MICHIGAN .

9.    MPT'91. ISME International  Conference on Motian and  Рowertransmissions,    Nov,23 -26, 199I, Hiroshima ,  ,Iapan

10.          Курс вождения боевых машин. М.: Военное издание МО СССР,  1986, -

139с.

11.          Быстроходный танковый двигатель 5ТДФ. Техническое описание. М.: Военное издание МО СССР, 1970, - 184 с.

12.          Чернышев В.Л. Исследование динамической нагруженности планетарных передач методом динамического состояния. // Механіка та машинобудування. Харків, ХДПУ, 1997, №1, с. 96-102

13.          Чернышев В.Л, Рагулин С.В.. Информационная технология “Gill” и ее применение в создании подвижных комплексах вооружения. www.btvt.narod.ru/1/gill/gill.htm

14.          Стрелков А.Г. Конструкция быстроходных гусеничных машин. М,: МГТУ «МАМИ», 2005.-610с.

15.          Белоутов Г. С. Метод математического моделирования переходных процессов в транспортных гусеничных машинах // Вестник бронетанковой техники. 1975, №5. с. 22-24

16.          Аппель  П. Теоретическая механика т.2 . М., Изд. Физико-математической литературы, 1960, - 487 с.

17.          Чернышев В.Л. «Проект  “ЭТА”. Электро-механическая трансмиссия перспективного советского танка «Молот» (изд. 477)». www.btvt.narod.ru/raznoe/eta.htm

18.          Харьковское конструкторское бюро по машиностроению имени А.А. Морозова. Харьков, ХКБМ, 2007, - 150 с

19.          Гайдамака А.В. Підшипники кочення. Навчальний посібник.Х.: Видавництво «Форт», 2009,-248 с.

Сведения об авторах / About the Authors

Чернышев Владимир Леонидович – кандидат технических наук, доцент, Национальный технический университет «Харьковский политехнический университет», доцент  кафедры «Детали машин и мехатронные системы».

e-mail: che.vlad.leon@gmail.com

Chernyshev Vladimir  Leonidovich – Candidate of  Technical Sciences (Ph. D.), Docent, National Technical University “Kharkiv Polytechic Institute”, Docent at the Department of “Machine elements and Mechatronic systems”.  e-mail: che.vlad.leon@gmail.com