Устройство определения оценочных показателей процесса переключения передач трансмиссии мобильной машины

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОЦЕНОЧНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЦЕССА ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ ТРАНСМИССИИ МОБИЛЬНОЙ МАШИНЫ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Басалаев Владимир Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство определения оценочных показателей процесса переключения передач трансмиссии мобильной машины, содержащее бортовой компьютер, датчики угловых скоростей двигателя и выходного вала коробки передач, а также датчик нагрузки двигателя, подключенные к входам бортового компьютера, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком угловой скорости турбинного колеса гидротрансформатора, подключенным к входу бортового компьютера. Предлагаемая полезная модель относится к транспортной технике и может быть использована в устройствах управления как механическими, так и гидромеханическими трансмиссиями мобильных машин, в которых переключение передач осуществляется с помощью фрикционных муфт, для определения оценочных показателей процесса переключения передач при проведении исследовательских испытаний в дорожных условиях. 59942010.02.28 К оценочным показателям процесса переключения передач таких трансмиссий следует отнести удельную работу и мощность буксования фрикционных муфт удельную максимальную мощность буксования фрикционных муфт время буксования фрикционных муфт температуру нагрева фрикционных дисков за время буксования фрикционных муфт уровень динамических нагрузок в трансмиссии. При проведении исследовательских испытаний мобильных машин в дорожных условиях установление качества процесса переключения передач в гидромеханических трансмиссиях с фрикционными муфтами представляет трудоемкую задачу, связанную с получением и обработкой информации для определения оценочных показателей процесса переключения передач. При этом из перечисленных выше оценочных показателей процесса переключения передач, характеризующих качество этого процесса, могут быть получены только динамические нагрузки, возникающие в трансмиссии в процессе переключения передач и время буксования фрикционных муфт. При проведении исследовательских дорожных испытаний для получения первичной информации используют датчики угловых скоростей элементов трансмиссии, ускорения,нагрузки двигателя, давления рабочей жидкости и ее температуры в гидравлическом контуре коробки передач трансмиссии. Для определения уровня динамических нагрузок, возникающих в трансмиссии в процессе переключения передач, крутящие моменты на элементах трансмиссии измеряются в основном с помощью наклеенных тензорезисторов,сигналы которых снимаются токосъемными устройствами. После испытаний информация из накопителя переносится в стационарную ЭЦВМ для ее обработки и исследования 1. Применение данного устройства не позволяет установить следующие оценочные показатели, определяющие качество процесса переключения передач удельную работу и мощность буксования фрикционных муфт удельную максимальную мощность буксования фрикционных муфт температуру нагрева фрикционных дисков за время буксования указанных муфт. Определение указанных оценочных показателей связано с вычислением момента сопротивления движению мобильной машины, который может изменяться в широких пределах при проведении исследовательских испытаний в дорожных условиях. Момент сопротивления движению и соответственно оценочные показатели процесса переключения передач, зависящие от него, не могут быть определены в стационарной ЭЦ при обработке полученных результатов испытаний. Момент сопротивления движению мобильной машины может быть найден только в процессе ее движения в устройстве, содержащем бортовую ЭЦВМ (бортовой компьютер). При проведении исследовательских испытаний в дорожных условиях с применением данного устройства требуются выполнение большого объема работ и затраты времени для получения результатов испытаний, связанных в основном с установкой и отладкой используемых тензорезисторов. При этом исключается возможность определения оценочных показателей процесса переключения передач, связанных с работой буксования фрикционных муфт, а также снижается достоверность получаемых результатов испытаний вследствие низкой точности тензорезисторов. Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению является устройство определения оценочных показателей процесса переключения передач механической трансмиссии мобильной машины 2, содержащее датчики угловых скоростей двигателя и выходного вала коробки передач, датчик нагрузки двигателя, а также бортовой компьютер, при этом датчики угловой скорости двигателя и его нагрузки, а также датчик угловой скорости выходного вала коробки передач подключены к входам бортового компьютера. 2 59942010.02.28 Указанное устройство позволяет осуществить определение оценочных показателей процесса переключения передач в механических трансмиссиях во время движения мобильной машины. Однако оно не позволяет определить оценочные показатели гидромеханической трансмиссии при проведении исследовательских испытаний в дорожных условиях. Задачей настоящего технического решения является расширение функциональных возможностей устройства при проведении исследовательских испытаний в дорожных условиях. Поставленная задача решается в устройстве определения оценочных показателей процесса переключения передач трансмиссии мобильной машины, содержащем бортовой компьютер, датчики угловых скоростей двигателя и выходного вала коробки передач, а также датчик нагрузки двигателя, подключенные к входам бортового компьютера, при этом, согласно техническому решению, оно снабжено датчиком угловой скорости турбинного колеса гидротрансформатора, подключенным к входу бортового компьютера. Предлагаемое устройство позволяет определять оценочные показатели процесса переключения передач за счет поступления информации в режиме реального времени об изменении скоростных и силовых параметров мобильной машины во время ее движения от датчиков в бортовой компьютер, а также проводить в нем вычисления указанных показателей с использованием заданной информации в бортовом компьютере о параметрах мобильной машины. На фигуре дана схема устройства для определения оценочных показателей процесса переключения передач гидромеханической трансмиссии мобильной машины. Устройство содержит три датчика 1 угловых скоростей, один из указанных датчиков установлен на выходном валу двигателя 2, связанном с насосным колесом 3 гидротрансформатора 4 и муфтой 5 блокирования гидротрансформатора 4 второй - на выходном валу турбинного колеса 6 гидротрансформатора 4 а третий - на выходном валу 7 коробки передач, содержащей узел 8 переключения передач, содержащий муфты 9 и 10 включения соответственно высшей и низшей передач датчик 11 нагрузки двигателя 2, задаваемой положением педали 12 подачи топлива бортовой компьютер 13, к входам которого подключены выходы датчиков 1 угловых скоростей двигателя 2, турбинного колеса 6 гидротрансформатора 4 и выходного вала 7 узла 8 переключения передач, а также выход датчика 11 нагрузки двигателя 2. Для определения оценочных показателей процесса переключения передач в бортовом компьютере 13 задаются скоростная характеристика двигателя 2, характеристика гидротрансформатора 4, а также массово-инерционные и конструктивные параметры мобильной машины. Устройство работает следующим образом. Во время движения мобильной машины для определения оценочных показателей процесса переключения передач компьютер 13 периодически производит опрос датчиков 1 угловых скоростей двигателя 2, турбинного колеса 6 гидротрансформатора 4 и выходного вала 7 коробки передач, а также датчика 11 натрузки двигателя 2. Информация с указанных датчиков поступает в компьютер 13, где при использовании параметров мобильной машины, заданных в компьютере 13, по известным зависимостям производится определение оценочных показателей процесса переключения передач. Для определения оценочных показателей процесса переключения передач в компьютере 13 во время движения мобильной машины периодически вычисляются момент сопротивления движению МС и массамобильной машины. Определение момента МС и массы а при движении мобильной машины с гидромеханической трансмиссией с заблокированным гидротрансформатором 4 (при включенной муфте 5 блокировки гидротрансформатора 4) находится аналогично, как и в случае движения мобильной машины с механической трансмиссией. При движении мобильной машины с разблокированным гидротрансформатором 4(муфта 5 блокировки гидротрансформатора 4 выключена) для определения момента МС и 3 59942010.02.28 массы а компьютер 13 периодически производит опрос датчиков 1 угловой скорости двигателя 2 и турбинного колеса 6 гидротрансформатора 4. В результате этого опроса находится в определенной точке движения мобильной машины передаточное отношение тн гидротрансформатора 4 и угловое ускорение т его турбинного колеса 6 тт/,где т - угловая скорость турбинного колеса 6- текущее время. Если т 0, то определяется ускорениемобильной машины из уравнениятк/т,где тр - передаточное число трансмиссии к - радиус качения ведущих колес. В указанной точке в зависимости от ускоренияв компьютере 13 вычисляются силы инерциивращающихся масс двигателя 2, насосного 3 и турбинного 6 колес гидротрансформатора 4, а также трансмиссии, приведенные к ведущим колесам мобильной машины, и определяется сила тягимобильной машины в соответствии с уравнением КМтурбтртр/к,где т - КПД трансмиссии Мтурб - крутящий момент турбинного колеса 6, определяемый в зависимости от передаточного отношения тн гидротрансформатора 4 по заданной его характеристике в компьютере 13. В процессе разгона мобильной машины угловая скорость т турбинного колеса 6 возрастает, а его крутящий момент турб и ускорение т снижаются, и гидротрансформатор 4 выходит через некоторое время в другой точке движения мобильной машины на установившийся режим работы, где угловое ускорение турбинного колеса 4 т 0. В этой точке крутящий момент турб турбинного колеса 6 вычисляется аналогично первой точке. Момент МС сопротивления движению в данной точке находится из уравнения МСМтурбтртр. В зависимости от момента МС в указанной точке определяется силасопротивления движению. Учитывая, что за время перемещения мобильной машины из одной точки в другую момент МС сопротивления движению изменяется незначительно, масса а мобильной машины вычисляется в компьютере 13 из уравнения для первой точки, где угловое ускорение турбинного колеса 6 гидротрансформатора 4 т 0(К)/. Если масса а мобильной машины во время движения не изменяется, то ее достаточно определить один раз в начале движения. Затем с известной величиной а, используя последнее уравнение, периодически в процессе движения машины в одной точке находят силуи момент МС сопротивления движению. При поступлении сигнала в компьютер 13 на включение передачи производится включение соответствующей фрикционной муфты узла 8 коробки передач. При переключении с низшей на высшую передачу ведущие фрикционные диски муфты 9 высшей передачи вращаются быстрее ведомых дисков. В результате этого в процессе буксования муфты 9 во время сжатия фрикционных дисков этой муфты турбинное колесо 6 гидротрансформатора 4 нагружается моментом трения М муфты 9. При этом угловая скорость турбинного колеса 6 снижается в соответствии с уравнением движения инерционных масс ведущих частей трансмиссии, из которого можно определить момент трения М буксующей муфты 9 ММтурбтт, 4 59942010.02.28 где т - момент инерции двигателя 2, насосного 3 и турбинного 6 колес гидротрансформатора 4, а также ведущих частей трансмиссии, приведенный к входу узла 8 переключения передач. Крутящий момент турб турбинного колеса 6 в каждый момент времени процесса буксования муфты 9 определяется в зависимости от передаточного отношения тн гидротрансформатора 4 по заданной его характеристике в компьютере 13. Из уравнения для определения М видно, что любой из факторов, влияющих на величину момента трения буксующей муфты 9, находит свое отражение в изменении ускорения т турбинного колеса 6 гидротрансформатора 4 и его крутящего момента турб, что позволяет вычислять в компьютере 13 фактические величины моментов трения М в каждый момент времени процесса буксования муфты 9. Для определения оценочных показателей процесса переключения передач в компьютере 13 находится угловая скорость скольжения отн фрикционных дисков муфты 9 из уравнения отнтвмк,где т - угловая скорость турбинного колеса 6 гидротрансформатора 4 на входе узла 8 переключения передач, определяемая при опросе датчика 1 турбинного колеса 6 вм - угловая скорость на выходе узла 8 переключения передач, определяемая при опросе датчика 1 выходного вала 7 коробки передач к - передаточное число высшей передачи узла 8 переключения передач. Оценочные показатели процесса переключения на высшую передачу гидромеханической трансмиссии определяются аналогично случаю процесса переключения на высшую передачу механической трансмиссии. При переключении с высшей на низшую передачу включается фрикционная муфта 10 узла 8 переключения передач. В этом случае ведомые диски муфты 10 низшей передачи вращаются быстрее ведущих дисков. В результате этого в процессе буксования муфты 10 в процессе сжатия фрикционных дисков этой муфты ее момент трения М способствует разгону турбинного колеса 6 гидротрансформатора 4 и торможению выходного вала 7 коробки передач. Момент трения М муфты 10 также может быть найден в компьютере 13 из уравнения движения инерционных масс ведущих частей трансмиссии МттМтурб. Оценочные показатели процесса переключения гидромеханической трансмиссии на низшую передачу определяются также аналогично случаю переключения на низшую передачу механической трансмиссии. Определяемые таким образом оценочные показатели процесса переключения передач позволяют во время исследовательских дорожных испытаний мобильных машин установить качество процесса переключения передач в соответствии с его оценочными показателями, что способствует более эффективному дальнейшему совершенствованию трансмиссий мобильных машин. При этом повышается достоверность получаемых результатов исследовательских дорожных испытаний, уменьшается трудоемкость определения оценочных показателей процесса переключения передач, а также сокращается время и уменьшается стоимость проведения испытаний. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5