Введение

Динамический анализ является важным этапом проектирования механических и гидромеханических приводов и трансмиссий различных машин и механизмов (автомобилей, самоходных шасси, тракторов, катков, тягачей, погрузчиков, экскаваторов, скреперов, станков и т.д.) и позволяет задолго до создания опытного образца смоделировать рабочие процессы и получить необходимые данные о динамических свойствах трансмиссии и особенностях протекания рабочих процессов, обратить внимание на наличие узких мест в приводе,  и до проведения испытаний выбрать оптимальное проектное решение на базе результатов математического моделирования и вариантного анализа.

Математическое моделирование различных современных технических систем определенного класса (механических, гидравлических, электрических и др.) связано с построением моделей, обеспечивающих формализованное описание любой такой системы произвольной структуры. Для построения формальной динамической модели гидромеханического привода в целом используется метод, основанный на представлении системы в виде конечной элементно-узловой структуры . В основе такого подхода лежит идея метода конечных элементов, когда сложную по конфигурации систему можно условно разделить на отдельные функциональные элементы , математическое описание которых известно и для которых в рамках рассматриваемой системы можно однозначно определить условия связей этих элементов друг с другом ( вход – выход ). Тогда для описания системы в целом достаточно указать имя ( идентификатор типа) элемента , пронумеровать его узлы на входе и выходе , задать необходимые физические, геометрические и конструктивные параметры (константы) и записать уравнения, преобразующие переменные на входе элемента в переменные на выходе.

В качестве таких базовых элементов в гидромеханических приводах могут быть: дизельный двигатель с центробежным регулятором, редуктор (коробка перемены передач), фрикционная и гидродинамическая муфты, гидротрансформатор, упругий вал, маховик (сосредоточенная вращающаяся масса), дифференциал, колесный движитель. Тогда структура любой произвольной передачи может быть описана посредством идентификации элементов, нумерации узлов (точек соединения элементов в схеме по принципу вход – выход ) и формирования на основе этого матриц связей , отражающих структуру (топологию) схемы.

Особенностью моделирования таких передач является наличие двух основных режимов движения:
1) разблокированного вращения масс , когда имеет место проскальзывание между ведущей и ведомой частями фрикционной муфты, гидротрансформатора (именуемых в дальнейшем для краткости муфтами);
2) блокированного вращения , когда ведущая и ведомая части муфты вращаются с одинаковой угловой скоростью.

Для каждого из этих режимов движения момент, реализуемый муфтой, определяется по-разному, причем в момент блокировки имеет место скачок ускорения, а сами условия блокировки муфты зависят от структуры схемы, распределения внешних моментов и приведенных моментов инерции,   а также режима вращения других муфт, жестко связаннных с данной. Все это в совокупности представляет определенные трудности для анализа подобных передач, так как в процессе их моделирования требуется постоянная проверка условий блокировки с соответствующим изменением моментов, релизуемых муфтами.

Таким образом, для моделирования динамических процессов в механических и гидромеханических передачах произвольной структуры необходимы:
– алгоритм структурного описания произвольных схем привода;
– библиотека базовых элементов и их математических моделей;
– систематизация исходных данных, и способ их формирования и подготовки;
– алгоритм автоматического формирования системы уравнений, описывающих механическую или гидромеханическую передачу произвольной структуры в целом;
– метод решения сформированной системы уравнений;
– программная реализация динамического расчета произвольных гидросхем;
– способ представления и анализа полученных результатов.

Программа анализирует исходную информацию и в зависимости от состава элементов и структуры исследуемой передачи выбирает из библиотеки базовых элементов и их математических моделей необходимые уравнения, формируя общую математическую модель системы и решая ее при заданных внешних воздействиях.