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

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ФРИКЦИОННЫХ МУФТ В ПРОЦЕССЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ 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 гидромеханической трансмиссии, содержащую гидротрансформатор и коробку передач, включающую узел с фрикционными муфтами переключения на смежные передачи датчик угловой скорости выходного вала коробки передач, 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 выходам микропроцессорного блока управления, а выходные гидролинии этих клапанов соединены с гидроцилиндрами включения фрикционных муфт датчиками угловых скоростей насосного и турбинного колес гидротрансформатора, подключенными вместе с датчиком угловой скорости выходного вала коробки передач, а также датчиком температуры рабочей жидкости 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. 229. Предлагаемая полезная модель относится к транспортной технике и может быть использована в устройствах управления гидромеханическими 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 расчетно-теоретических 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 угловых скоростей упомянутых валов фрикционную муфту, закрепленную на выходном валу зубчатого редуктора, внутри фрикционных дисков которой установлены датчики температуры 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,характеризующих процесс торможения. Момент трения измеряется с помощью тензодатчиков, закрепленных на рычаге. 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, обусловливающие 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,2 48572008.12.30 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, что может привести к излишней нагруженности трансмиссии. 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 гидромеханической трансмиссии во время движения мобильной машины. Поставленная задача решается в устройстве определения изменения коэффициента трения фрикционных муфт в процессе переключения передач гидромеханической трансмиссии, содержащую гидротрансформатор и коробку передач, включающую узел с фрикционными муфтами переключения на смежные передачи датчик угловой скорости выходного вала коробки передач датчик температуры рабочей жидкости 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 датчиками угловых скоростей насосного и турбинного колес гидротрансформатора, подключенными вместе с датчиком угловой скорости выходного вала коробки передач, а также датчиком температуры рабочей жидкости 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, обусловливающие точность определения изменения коэффициента трения фрикционных муфт, а также обеспечить компенсацию роста коэффициента трения в процессе переключения передач гидромеханической трансмиссии. Это осуществляется благодаря заданию характеристик гидротрансформатора и параметров гидромеханической трансмиссии в микропроцессорном блоке управления, а также поступлению информации от датчиков угловых скоростей данной трансмиссии в указанный блок управления, и ее обработке в этом блоке. На чертеже дана схема устройства для определения изменения коэффициента трения фрикционных муфт в процессе переключения передач гидромеханической трансмиссии. Устройство содержит двигатель 1 гидротрансформатор 2, содержащий насосное 3 и турбинное 4 колеса датчик 5 угловой скорости насосного колеса 3 гидротрансформатора 2 датчик 6 угловой скорости турбинного колеса 4 гидротрансформатора 2 датчик 7 угловой скорости выходного вала коробки передач (не показана), включающей узел 8 переключения на смежные передачи, содержащий фрикционную муфту 9 включения низшей передачи и муфту 10 включения высшей передачи микропроцессорный блок управления 11, к входам которого подключены выходы датчиков 5 угловых скоростей насосного 3 и турбинного 4 колес гидротрансформатора 2, а также датчика 7 угловой скорости выходного вала коробки передач электрогидравлические пропорциональные клапаны 12 включения фрикционной муфты 9 низшей передачи и фрикционной муфты 10 высшей передачи узла 8 переключения передач, электрические входы которых подключены к выходам микропроцессорного блока управления 11, а выходные гидролинии клапанов 12 подключены 3 48572008.12.30 к гидроцилиндрам 13 включения фрикционных муфт 9 и 10 узла 8 переключения передач датчик 14 температуры рабочей жидкости в системе управления фрикционными муфтами 9 и 10, выход которого подключен к входу микропроцессорного блока управления 11. Устройство работает следующим образом. При переключении с низшей на высшую передачу с выхода микропроцессорного блока управления 11 включения низшей передачи исчезает напряжение. Электрогидравлический клапан 12 включения муфты 9 низшей передачи обесточивается, и гидроцилиндр 13 низшей передачи через клапан 12 подключается к сливной магистрали. При поступлении напряжения с выхода микропроцессорного блока управления 11 для включения муфты 10 высшей передачи к клапану 12 происходит его открытие, и рабочая жидкость под давлением с гидравлического выхода клапана 12 поступает в гидроцилиндр 13 фрикционной муфты 10 высшей передачи. Поршень гидроцилиндра 13 перемещается, сжимая фрикционные диски муфты 10. Так как ведущие диски муфты 10 при переключении с низшей на высшую передачу вращаются быстрее ведомых, то в процессе буксования муфты 10 турбинное колесо 4 при сжатии ее фрикционных дисков нагружается возрастающим моментом трения муфты 10, что вызывает торможение турбинного колеса 4 и соответственно изменение режима работы гидротрансформатора 2. При этом также изменяется передаточное отношениегидротрансформатора 2, которое может быть найдено из уравнения, где- угловая скорость турбинного колеса 4 гидротрансформатора 2, определяемая при опросе датчика 6- угловая скорость насосного колеса 3 гидротрансформатора 2, определяемая при опросе датчика 5 По заданным функциональным зависимостям характеристики гидротрансформатора 2,( в микропроцессорном блоке управления 11 в зависимости от передаточного отношениягидротрансформатора 2 находится значение коэффициентамомента насосного колеса 3 гидротрансформатора 2 и коэффициентатрансформации крутящего момента. Используя полученное значение , вычисляется момент МН насосного колеса 3 гидротрансформатора 2 из уравнения МНж 52 ,где ж - плотность рабочей жидкости, заданная в микропроцессорном блоке управления 11- активный диаметр гидротрансформатора 2, заданный в микропроцессорном блоке управления 11. Крутящий момент Мтурб турбинного колеса 4 гидротрансформатора 2 определяется из уравнения МтурбКМ. Момент трения МТ фрикционной муфты 10 высшей передачи узла 8 переключения передач находится из уравнения движения инерционных масс МТМтурб-,где Мтурб. - крутящий момент турбинного колеса 4, приведенный к входу узла 8 переключения передач- момент инерции турбинного колеса 4 и ведущих частей трансмиссии, заданный в микропроцессорном блоке управления 11 и приведенный к входу узла 8 переключения передач- угловое ускорение турбинного колеса 4, определяемое в микропроцессорном блоке 11 в зависимости от изменения его угловой скоростиза определенный промежуток времени 48572008.12.30 Из представленного выше уравнения движения инерционных масс видно, что любой из факторов, влияющих на величину момента трения М фрикционных дисков буксующей муфты, находит свое отражение в изменении ускорениятурбинного колеса 4 и соответственно его крутящего момента Мтурб, что позволяет вычислять фактические величины моментов трения М. Используя фактическую величину момента трения М, фактическую текущую величину коэффициента трениябуксующей муфты 10 высшей передачи в каждый момент времени можно найти из уравнения,СЖЭ где СЖ - сила сжатия фрикционных дисков включаемой муфты- число пар трения Э - эквивалентный радиус трения фрикционных дисков включаемой муфты. Сила сжатия СЖ фрикционных дисков без учета сил трения поршня муфты о стенки гидроцилиндра, определяется из уравнения СЖП,где- величина давления, обеспечивающая силу сжатия в гидроцилиндре муфты в каждый момент времени П - площадь поршня муфты. Давление , обеспечивающее силу СЖ сжатия фрикционных дисков муфты 10,определяется из уравнения РРСТРЦ-РО,где РСТ - статическое давление в гидроцилиндре включаемой муфты, зависящее от выходной характеристики электрогидравлического пропорционального клапана, задаваемой в микропроцессорном блоке управления РЦ - центробежное давление рабочей жидкости в гидроцилиндре включаемой муфты,определяемое в зависимости от угловой скорости н насосного колеса гидротрансформатора РО - противодавление, действующее на поршень муфты, определяемое усилием отжимных пружин включаемой муфты. Если учесть, что центробежное давление рабочей жидкости вследствие ее инерционности в процессе буксования муфты изменяется незначительно, то темп (скорость)нарастания давления в гидроцилиндре включаемой муфты определяется изменением статического давления РСТ. При линейном характере изменения РСТ величина давления в гидроцилиндре указанной муфты в каждый момент времени может быть найдена из уравнения РРЦ-РО. Подставив в уравнение для определениявыражения для определения давления и момента трения МТ из уравнения движения инерционных масс, получимтурб,(ЦО ) где А - коэффициент, определяющий конструктивные параметры включаемой муфты, определяемый из уравненияПЭ . Темп (скорость) С нарастания момента трения МТ в буксующей муфте 10 определяется темпом (скоростью) нарастания давления С в ее гидроцилиндре 13 и изменением коэффициента тренияфрикционных дисков муфты 10. Темп С изменения момента трения МТ может быть найден из уравнения СА.. Компенсация роста текущей величины коэффициента тренияв буксующей муфте 10 гидромеханической трансмиссии происходит за счет снижения темпа изменения давления в муфте 10, обеспечиваемого изменением выходной характеристики электрогидравлического клапана 12 в соответствии с уравнением где- коэффициент трения в начале буксования муфты 10- заданный темп нарастания давления в гидроцилиндре 13 муфты 10 в начале ее буксования. Темп изменения давления на выходе клапана 12 муфты 10 определяется скважностью электрических импульсов, поступающих на вход клапана 12 с выхода микропроцессорного блока управления 11. С уменьшением скважности поступающих электрических импульсов темп нарастания давления на выходе клапана 12 и в гидроцилиндре 13 муфты 10 снижается. В микропроцессорном блоке управления 11 задаются функциональные зависимости темпов нарастания давленияна выходе клапанов 12 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 10 является равенство,где М - угловая скорость выходного вала коробки передач- передаточное число высшей передачи. При переключении с высшей передачи на низшую передачу узла 8 переключения передач с выхода блока управления 11 включения высшей передачи исчезает напряжение. Электрогидравлический клапан 12 высшей передачи обесточивается, в результате чего гидроцилиндр 13 высшей передачи через клапан 12 подключается к сливной магистрали. При поступлении напряжения с выхода микропроцессорного блока управления 11 для включения муфты 9 низшей передачи к клапану 12 происходит его включение, и рабочая жидкость под давлением с гидравлического выхода клапана 12 поступает в гидроцилиндр 13 фрикционной муфты 9 низшей передачи. Поршень гидроцилиндра 13 перемещается, сжимая фрикционные диски муфты 9. Вследствие того, что ведомые фрикционные диски муфты 9 при переключении с высшей на низшую передачу вращаются быстрее ведущих, турбинное колесо 4 гидротрансформатора 2 при сжатии фрикционных дисков муфты 9 разгоняется под действием возрастающего момента трения МТ этой муфты. Угловая скорость турбинного колеса 4 возрастает в соответствии с уравнением движения инерционных масс Момент трения МТ находится из уравнения МТ-Мтурб. Отсюда текущий коэффициент трения буксующей муфты 9 низшей передачи находится из уравнениятурб,(Ц)где А - коэффициент, определяющий конструктивные параметры муфты 9. Компенсация роста коэффициента трения в буксующей муфте 9 низшей передачи производится аналогично, как и в рассмотренном выше случае буксования муфты 10 высшей передачи. Условием окончания буксования муфты 9 низшей передачи является равенство ТМ-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 гидромеханической трансмиссии. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.