Устройство определения изменения коэффициента трения фрикционных муфт в процессе переключения передач механической трансмиссии

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ФРИКЦИОННЫХ МУФТ В ПРОЦЕССЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ МЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Басалаев Владимир Николаевич Альгин Владимир Борисович Шарангович Андрей Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство определения изменения коэффициента трения фрикционных муфт в процессе переключения передач механической трансмиссии, содержащее датчики угловых скоростей двигателя и выходного вала коробки передач, включающей узел с фрикционными муфтами переключения на смежные передачи датчик нагрузки двигателя датчик температуры рабочей жидкости в системе управления входные, выходные и сливные гидролинии, отличающееся тем, что оно снабжено бортовым микропроцессорным блоком управления и электрогидравлическими пропорциональными клапанами включения фрикционных муфт узла переключения передач, электрические входы которых подключены к 42432008.02.28 выходам микропроцессорного блока управления, а выходные гидролинии этих клапанов соединены с гидроцилиндрами включения фрикционных муфт узла переключения передач, при этом датчики угловой скорости двигателя и его нагрузки, а также датчик угловой скорости выходного вала коробки передач и датчик температуры рабочей жидкости в системе управления подключены к входам микропроцессорного блока управления, при этом входные гидролинии электрогидравлических пропорциональных клапанов сообщены с источником давления, а выходные - с гидроцилиндрами включения фрикционных муфт.(56) 1. Тарасик В.П. Фрикционные муфты автомобильных гидромеханических передач. Мн., 1973. - С. 227-235. 2. Тарасик В.П. Фрикционные муфты автомобильных гидромеханических передач. Мн., 1973. - С. 227. Предлагаемая полезная модель относится к транспортной технике и может быть использована в устройствах управления трансмиссиями мобильных машин, в которых переключение передач осуществляется с помощью фрикционных муфт. Величина коэффициента трения в процессе буксования фрикционных муфт является переменной и зависит от многих факторов. Расчетно-теоретические исследования динамических нагрузок в трансмиссиях мобильных машин и нагруженности фрикционных дисков при включении фрикционных муфт могут дать достоверные результаты лишь при учете закономерности изменения коэффициента трения в процессе буксования фрикционных дисков этих муфт. Для определения коэффициента трения проводятся трудоемкие специальные экспериментальные исследования на натурных образцах, позволяющие лишь приближенно находить закономерность изменения коэффициента трения в процессе буксования фрикционной муфты. Известны инерционные стенды для определения изменения коэффициента трения фрикционных муфт, на которых исследуется процесс буксования фрикционных муфт и определяется зависимость коэффициента трения от параметров буксования этих муфт 1. Такие исследования не могут учесть все факторы, влияющие на величину коэффициента трения в процессе эксплуатации мобильной машины, что снижает точность его определения и приводит к значительным погрешностям при проведении расчетнотеоретических исследований переходных процессов переключения передач. Рост коэффициента трения в процессе буксования фрикционных муфт в значительной мере определяет динамические нагрузки в трансмиссиях мобильных машин. Возможность компенсации роста коэффициента трения при включении фрикционных муфт за счет соответствующего снижения давления в их гидроцилиндрах позволяет снизить указанные нагрузки. В качестве ближайшего аналога служит инерционный стенд, включающий балансирную машину постоянного тока инерционную массу зубчатый редуктор, на входном и выходном валах которого установлены датчики скоростей вращения упомянутых валов фрикционную муфту, закрепленную на выходном валу зубчатого редуктора, внутри фрикционных дисков которой установлены датчики их температуры, а на входе в гидроцилиндр этой муфты установлен аналоговый датчик давления рычаг с закрепленными в нем тензодатчиками, соединенный с выходным валом редуктора и фундаментом стенда клапан включения муфты, содержащий входную, выходную и сливную гидролинии 2. Работает устройство следующим образом. Вначале производится разгон инерционной массы до определенной скорости с помощью балансирной машины. После этого балансирная машина отключается, и в гидроцилиндр фрикционной муфты подается под давлением рабочая жидкость, обеспечивая сжатие фрикционных дисков. При определении коэффициента трения на данном стенде производится осциллографирование параметров,2 42432008.02.28 характеризующих процесс торможения. Момент трения измеряется с помощью тензодатчиков, закрепленных на рычаге. Давление рабочей жидкости в гидроцилиндре муфты фиксируется аналоговым датчиком давления. Для замеров температуры используются термопары, устанавливаемые в стальном диске, расположенном в средине пакета фрикционных дисков. После обработки результатов исследований устанавливается зависимость коэффициента трения от относительной скорости скольжения фрикционных дисков,удельной мощности их буксования и температуры нагрева. Недостатком таких устройств является то, что полученные зависимости не могут учесть все факторы, обуславливающие изменение коэффициента трения в процессе буксования фрикционной муфты, включая и те факторы, которые появляются в процессе эксплуатации мобильных машин. К последним следует отнести изменение состояния в процессе эксплуатации поверхностей трения фрикционных дисков вследствие их износа,накопление продуктов износа этих дисков и зубчатых колес в рабочей жидкости системы управления, изменение состава и температуры рабочей жидкости и другие факторы. Это приводит к неточности определения изменения коэффициента трения в процессе буксования фрикционных муфт. Для снижения динамических нагрузок в трансмиссии целесообразно в переходном процессе переключения передач для компенсации роста коэффициента трения буксующих муфт соответственно снижать давление в их гидроцилиндрах. Указанные погрешности определения на стенде коэффициента трения при его использовании для реального процесса переключения передач во время движения мобильной машины не позволяют произвести корректную компенсацию коэффициента трения в процессе переключения передач во время движения мобильной машины. В этом случае, если величина коэффициента трения, определенного на таком стенде, превышает фактическое его значение, то динамические нагрузки в трансмиссии, связанные с ростом коэффициента трения, не могут быть полностью устранены в процессе их компенсации. В то же время, в рассматриваемом случае, если коэффициент трения, определенный на этом стенде, оказывается ниже фактического его значения, то его компенсация приводит к излишней работе буксования фрикционных муфт. Поэтому важно определить фактическое изменение коэффициента трения фрикционных муфт для компенсации его роста в процессе переключения передач. Задачей настоящего технического решения является повышение точности определения коэффициента трения фрикционных муфт и компенсация его роста в процессе переключения передач механической трансмиссии во время движения мобильной машины. Поставленная задача решается в устройстве определения изменения коэффициента трения фрикционных муфт в процессе переключения передач механической трансмиссии,содержащем датчики угловых скоростей двигателя и выходного вала коробки передач,включающей узел с фрикционными муфтами переключения на смежные передачи датчик нагрузки двигателя датчик температуры рабочей жидкости в системе управления входные, выходные и сливные гидролинии, причем, согласно техническому решению, оно снабжено бортовым микропроцессорным блоком управления и электрогидравлическими пропорциональными клапанами включения фрикционных муфт узла переключения передач, электрические входы которых подключены к выходам микропроцессорного блока управления, а выходные гидролинии этих клапанов соединены с гидроцилиндрами включения фрикционных муфт, при этом датчики угловой скорости двигателя и его нагрузки, а также датчик угловой скорости выходного вала коробки передач и датчик температуры рабочей жидкости в системе управления подключены к входам микропроцессорного блока управления, при этом входные гидролинии электрогидравлических пропорциональных клапанов сообщены с источником давления, а выходные - с гидроцилиндрами включения фрикционных муфт. Предлагаемое устройство позволяет учесть всевозможные факторы, обуславливающие точность определения изменения коэффициента трения фрикционных муфт, а также обеспечить компенсацию роста коэффициента трения в процессе переключения передач. Это 3 42432008.02.28 осуществляется благодаря размещению информации о параметрах мобильной машины в микропроцессорном блоке управления, а также получению информации от датчиков об изменениях скоростных и силовых параметров машины в процессе переключения передач и ее обработке в указанном блоке управления. На чертеже дана схема устройства для определения изменения коэффициента трения фрикционных муфт в процессе переключения передач механической трансмиссии. Устройство содержит датчики 1 угловых скоростей двигателя 2 и выходного вала 3 коробки передач (не показана), включающей узел 4 переключения на смежные передачи, содержащий фрикционную муфту 5 включения низшей передачи и муфту 6 включения высшей передачи датчик нагрузки 7 двигателя, задаваемой положением педали 8 подачи топлива микропроцессорный блок управления 9, к входам которого подключены выходы датчиков 1 угловых скоростей двигателя 2, выходного вала 3 коробки передач, а также датчика 7 нагрузки двигателя 2 электрогидравлические пропорциональные клапаны 10 включения фрикционной муфты 5 низшей передачи и фрикционной муфты 6 высшей передачи узла 4 переключения передач, электрические входы которых подключены к выходам микропроцессорного блока управления 9, а выходные гидролинии клапанов 10 подключены к гидроцилиндрам 11 включения фрикционных муфт 5 и 6 узла 4 переключения передач датчик 12 температуры рабочей жидкости в системе управления фрикционными муфтами 5 и 6, выход которого подключен к входу микропроцессорного блока управления 9. Устройство работает следующим образом. При переключении с низшей на высшую передачу с выхода микропроцессорного блока управления 9 включения низшей передачи исчезает напряжение. Электрогидравлический клапан 10 включения муфты 5 низшей передачи обесточивается, и гидроцилиндр 11 низшей передачи через клапан 10 подключается к сливной магистрали. При поступлении напряжения с выхода микропроцессорного блока управления 9 для включения муфты 6 высшей передачи к клапану 10 происходит его открытие, и рабочая жидкость под давлением с гидравлического выхода клапана 10 поступает в гидроцилиндр 11 фрикционной муфты 6 высшей передачи. Поршень гидроцилиндра 11 перемещается, сжимая фрикционные диски муфты 6. Так как ведущие диски муфты 6 при переключении с низшей на высшую передачу вращаются быстрее ведомых,то в процессе буксования муфты 6 двигатель 2 при сжатии фрикционных дисков этой муфты нагружается возрастающим ее моментом трения. При этом угловая скорость двигателя 2 снижается в соответствии с уравнением движения инерционных масс Д ДДТ , где Д - момент инерции двигателя и ведущих частей трансмиссии, включая фрикционные ведущие диски муфты 6, приведенный к входу узла 4 переключения передач Д - угловая скорость двигателя МД - крутящий момент двигателя, приведенный к входу узла 4 переключения передач МТ - момент трения фрикционной муфты 6 высшей передачи узла 4 переключения передач. Обозначив ускорение двигателя Д и решая уравнение движения инерционных масс двигателя относительно МТ, получим МТМД - Д. Функциональная зависимость МД(Д,) задается в микропроцессорном блоке управления 9. Крутящий момент МД двигателя 2 выбирается в блоке управления 9 в процессе буксования муфты 6 в зависимости от угловой скорости двигателя 2, определяемой при опросе датчика 1, и его нагрузки , определяемой при опросе датчика 7. Угловое ускорениеопределяется в микропроцессорном блоке управления 9 в процессе буксования 4 42432008.02.28 муфты 6 в зависимости от изменения угловой скорости Д двигателя 2 за время между опросами датчика 1 угловой скорости двигателя 2. Таким образом, любой из факторов, влияющих на величину момента трения фрикционных дисков буксующей муфты, находит свое отражение в изменении ускорения двигателяи соответственно его крутящего момента МД, что позволяет вычислять фактические величины моментов трения МТ. Величина коэффициента трениядля буксующей муфты 6 в каждый момент времени может быть найдена из уравнения Т,СЖЭ где СЖ - сила сжатия фрикционных дисков муфты 6- количество пар трения Э - эквивалентный радиус трения фрикционных дисков муфты 6. СЖ - без учета сил трения поршня муфты 6 о стенки гидроцилиндра 11, определяется из уравнения СЖП,где- давление в гидроцилиндре 11 муфты 6, обеспечивающее сжатие ее фрикционных дисков П - площадь поршня муфты 6. Давлениеопределяется из уравнения РЦ - РО,где- статическое давление в гидроцилиндре 11 муфты 6, зависящее от выходной характеристики электрогидравлического пропорционального клапана 10, задаваемой в микропроцессорном блоке управления 9 РЦ - центробежное давление рабочей жидкости в гидроцилиндре 11 муфты 6, определяемое в зависимости от угловой скорости Д двигателя 2 РО - противодавление, действующее на поршень муфты 6, определяемое усилием отжимных пружин муфты 6. Если учесть, что центробежное давление рабочей жидкости вследствие ее инерционности в процессе буксования муфты 6 изменяется незначительно, то темп (скорость) С нарастания давления в гидроцилиндре 11 муфты 6 определяется изменением статического давления РСТ. При линейном характере изменения РСТ величина давления в гидроцилиндре 11 муфты 6 в каждый момент времени может быть найдена из уравнения РЦ - РО. Подставив это выражение в уравнение для определения , получим ДД,(СЦО ) где А - коэффициент, определяющий конструктивные параметры муфты 6 АПЭ. Темп (скорость) С нарастания момента трения МТ в буксующей муфте 6 определяется темпом (скоростью) нарастания давления С в ее гидроцилиндре 11 и изменением коэффициента тренияфрикционных дисков муфты 6. Темп С может быть найден из уравнения САС. Обеспечение постоянного темпа С нарастания момента трения МТ в муфте 6 в процессе ее буксования позволяет снизить динамические нагрузки в трансмиссии мобильной машины. Для этого темп нарастания давления С в буксующей муфте 6 должен уменьшаться в соответствии с возрастанием коэффициента трения . В этом случае во время роста момента трения в буксующей муфте 6 происходит компенсация роста текущей величиныза счет снижения темпа нарастания давления в муфте 6 в соответствии с уравнением 42432008.02.28 где Т - коэффициент трения в начале буксования муфты 6 СО - темп нарастания давления в гидроцилиндре 11 муфты 6 в начале ее буксования. Темп изменения давления на выходе клапана 10 муфты 6 определяется скважностью электрических импульсов, поступающих на вход клапана 10 с выхода микропроцессорного блока управления 9. С уменьшением скважности поступающих электрических импульсов темп нарастания давления на выходе клапана 10 и в гидроцилиндре 11 муфты 6 снижается в соответствии с представленным выше уравнением. В микропроцессорном блоке управления 9 задаются функциональные зависимости темпов нарастания давления С на выходе клапанов 10 от скважности электрических импульсов, подаваемых на их входы, и температуры рабочей жидкости в гидравлической системе управления, которые могут быть реализованы в процессе буксования фрикционных муфт. Условием окончания буксования муфты 6 является равенство Д,где М - угловая скорость выходного вала коробки передач- передаточное число высшей передачи. При переключении с высшей передачи на низшую передачу узла 4 переключения передач с выхода блока управления 9 включения высшей передачи исчезает напряжение. Электрогидравлический клапан 10 высшей передачи обесточивается, в результате чего гидроцилиндр 11 высшей передачи через клапан 10 подключается к сливной магистрали. При поступлении напряжения с выхода микропроцессорного блока управления 9 для включения муфты 5 низшей передачи к клапану 10 происходит его включение, и рабочая жидкость под давлением с гидравлического выхода клапана 10 поступает в гидроцилиндр 11 фрикционной муфты 5 низшей передачи. Поршень гидроцилиндра 11 перемещается,сжимая фрикционные диски муфты 5. Так как ведомые фрикционные диски муфты 5 при переключении с высшей на низшую передачу вращаются быстрее ведущих, то в процессе включения буксующей муфты 5 двигатель при сжатии фрикционных дисков муфты 5 разгоняется под действием возрастающего момента трения этой муфты. Угловая скорость двигателя 2 возрастает в соответствии с уравнением движения инерционных масс Д ДДТ . Момент трения МТ находится из уравнения МТД - МД. Отсюда коэффициент трения буксующей муфты 5 низшей передачи находится из уравнения ДД,(ЦО ) где А - коэффициент, определяющий конструктивные параметры муфты 5. Компенсация роста коэффициента трения в буксующей муфте 5 низшей передачи производится аналогично, как и в рассмотренном выше случае буксования муфты 6 высшей передачи. Условием окончания буксования муфты 5 низшей передачи является равенство Д-1,где -1 - передаточное число низшей передачи. Данное устройство может быть также использовано в стендовых условиях для определения изменения коэффициента трения в процессе буксования фрикционных муфт при переключении передач механической трансмиссии. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6