Устройство обеспечения заданного темпа изменения момента трения фрикционных муфт при переключении передач механической трансмиссии

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАДАННОГО ТЕМПА ИЗМЕНЕНИЯ МОМЕНТА ТРЕНИЯ ФРИКЦИОННЫХ МУФТ ПРИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИИ 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 обеспечения заданного темпа изменения момента трения фрикционных муфт при переключении передач механической трансмиссии, содержащее контроллер,датчики угловых скоростей двигателя и выходного вала коробки передач, включающей 51442009.04.30 фрикционные муфты переключения передач, датчик нагрузки двигателя, источник давления, входные, выходные и сливные гидролинии, при этом датчики угловой скорости двигателя и его нагрузки, а также датчик угловой скорости выходного вала коробки передач подключены к входам контроллера, отличающееся тем, что оно снабжено электрогидравлическими релейными клапанами включения фрикционных муфт коробки передач,электрические входы которых подключены к выходам контроллера, выходные гидролинии этих клапанов соединены с гидроцилиндрами включения фрикционных муфт, а их входные гидролинии - с источником давления.(56) 1. Тарасик В.П. Фрикционные муфты автомобильных гидромеханических передач. Мн., 1973. - С. 227-235. 2.4243, 2007. 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. Обеспечение заданного темпа (скорости) изменения момента трения фрикционных муфт в процессе переключения передач связано с повышением качества указанного процесса, обеспечение которого в настоящее время является актуальной задачей. Превышение фактического темпа изменения момента трения над расчетным темпом приводит к возрастанию динамических нагрузок в трансмиссии мобильной машины, а уменьшение указанного темпа ниже расчетного - к увеличению работы буксования фрикционных муфт. Это снижает качество процесса переключения передач и способствует сокращению ресурса работы трансмиссии. Величина темпа изменения момента трения буксующей муфты при переключении передач зависит не только от темпа изменения давления рабочей жидкости в этой муфте, но также и от изменения коэффициента трения фрикционных дисков в процессе буксования. Величина коэффициента трения является переменной и зависит от многих факторов. Для определения коэффициента трения на стендах проводятся трудоемкие специальные экспериментальные исследования на натурных образцах, позволяющие лишь приближенно находить закономерность изменения коэффициента трения в процессе буксования фрикционной муфты 1. 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,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 и соответственно к недостоверности определения темпа изменения момента трения буксующей муфты в процессе переключения передач. На темп изменения момента трения буксующей муфты, зависящий также от темпа нарастания давления рабочей жидкости в муфте, в значительной мере влияет температура рабочей жидкости в гидравлическом контуре включения фрикционной муфты. С увеличением температуры рабочей жидкости темп изменения давления и соответственно момента трения в буксующей муфте в процессе переключения передач возрастает, что также приводит к возрастанию динамических нагрузок в трансмиссии мобильной машины. 2 51442009.04.30 В этом случае целесообразно обеспечивать заданный темп изменения момента трения фрикционных муфт в процессе переключения передач с использованием бортовых микропроцессорных устройств управления (контроллеров) непосредственно во время движения мобильной машины. Из известных аналогов наиболее близким является устройство определения изменения коэффициента трения фрикционных муфт в процессе переключения передач механической трансмиссии 2. Это устройство снабжено бортовым микропроцессорным блоком управления (контроллером), в котором задана информация о параметрах мобильной машины, содержащей механическую трансмиссию с коробкой передач (КП) с фрикционными муфтами. Для управления фрикционными муфтами КП используются электрогидравлические пропорциональные клапаны, которые могут изменять свои выходные характеристики в зависимости от скважности поступающих на них электрических импульсов с выходов контроллера. Текущая информация об изменении параметров движения мобильной машины поступает от датчиков угловой скорости двигателя, выходного вала КП, датчика нагрузки двигателя, а также датчика температуры рабочей жидкости в гидравлическом контуре включения фрикционных муфт КП. Работает устройство следующим образом. По заданной в контроллере скоростной характеристике двигателя и показаниям датчиков угловой скорости и нагрузки двигателя в контроллере на каждом шаге буксования включаемой фрикционной муфты вычисляется ее момент трения. Используя полученную величину момента трения, также на каждом шаге в контроллере вычисляется текущий коэффициент трения буксующей муфты. Темп(скорость) нарастания момента трения в буксующей муфте определяется темпом (скоростью) нарастания в ней давления и изменением коэффициента трения фрикционных дисков муфты. Для обеспечения постоянного темпа изменения момента трения в процессе буксования муфты темп нарастания давления с изменением текущего коэффициента трения изменяется в контроллере пропорционально отношению заданной постоянной величины коэффициента трения к его текущему значению. Темп изменения давления в буксующей муфте определяется скважностью электрических импульсов, поступающих на вход электрогидравлического пропорционального клапана включаемой муфты с выхода контроллера. В контроллере задаются функциональные зависимости темпов изменения давления на выходе электрогидравлических пропорциональных клапанов от скважности электрических импульсов, подаваемых на их входы и температуры рабочей жидкости в гидравлической системе управления, которые реализуются в процессе буксования фрикционных муфт. Указанное устройство позволяет обеспечить заданный темп изменения момента трения фрикционных муфт в процессе переключения передач механической трансмиссии. Недостатки данного устройства в основном связаны с работой, содержащихся в этом устройстве электрогидравлических пропорциональных клапанов включения фрикционных муфт. В процессе эксплуатации для обеспечения работоспособности электрогидравлических пропорциональных клапанов требуется высокая степень очистки рабочей жидкости,что приводит к необходимости установки фильтров тонкой очистки рабочей жидкости и частой их замены. Для обеспечения заданного темпа изменения момента трения включаемой муфты также требуется установка датчика температуры рабочей жидкости в гидравлическом контуре управления фрикционными муфтами КП. В результате указанных недостатков возрастает стоимость и снижается надежность этого устройства. Задачей настоящего технического решения является упрощение и повышение надежности устройства обеспечения заданного темпа изменения момента трения фрикционных муфт при переключении передач механической трансмиссии. Поставленная задача решается в устройстве обеспечения заданного темпа изменения момента трения фрикционных муфт при переключении передач механической трансмис 3 51442009.04.30 сии, содержащем контроллер, датчики угловых скоростей двигателя и выходного вала коробки передач, включающей фрикционные муфты переключения передач, датчик нагрузки двигателя, источник давления, входные, выходные и сливные гидролинии, при этом датчики угловой скорости двигателя и его нагрузки, а также датчик угловой скорости выходного вала коробки передач подключены к входам контроллера, причем, согласно техническому решению, оно снабжено электрогидравлическими релейными клапанами включения фрикционных муфт коробки передач, электрические входы которых подключены к выходам контроллера, выходные гидролинии этих клапанов соединены с гидроцилиндрами включения фрикционных муфт, а их входные гидролинии - с источником давления. Предлагаемое техническое решение позволяет упростить и повысить надежность устройства обеспечения заданного темпа изменения момента трения фрикционных муфт при переключении передач механической трансмиссии за счет регулирования контроллером времени импульсного включения и выключения конструктивно более простых и надежных электрогидравлических релейных клапанов управления фрикционными муфтами КП,управляемых от контроллера, а также уменьшить количество элементов устройства за счет отсутствия необходимости замеров температуры рабочей жидкости в гидравлическом контуре управления фрикционными муфтами КП. На чертеже дана схема устройства обеспечения заданного темпа изменения момента трения фрикционных муфт при переключении передач механической трансмиссии. Устройство содержит датчики 1 угловых скоростей двигателя 2 и выходного вала 3 КП, включающей узел 4 переключения передач, содержащий фрикционную муфту 5 включения высшей передачи и муфту 6 включения низшей передачи датчик 7 нагрузки двигателя 2, задаваемой положением педали 8 подачи топлива контроллер 9, к входам которого подключены выходы датчиков 1 угловых скоростей двигателя 2, выходного вала 3 КП, а также датчика 7 нагрузки двигателя 2 электрогидравлические релейные клапаны 10 включения фрикционной муфты 5 высшей передачи и фрикционной муфты 6 низшей передачи узла 4 переключения передач, электрические входы которых подключены к выходам контроллера 9,а выходные гидролинии клапанов 10 подключены к гидроцилиндрам 11 включения фрикционных муфт 5 и 6 узла 4 переключения передач. Устройство работает следующим образом. При переключении с низшей на высшую передачу с выхода контроллера 9 включения низшей передачи исчезает напряжение. Электрогидравлический клапан 10 включения муфты 9 низшей передачи обесточивается,и гидроцилиндр 11 низшей передачи через клапан 10 подключается к сливной магистрали(не показана). При поступлении напряжения с выхода контроллера 9 к клапану 10 для включения муфты 5 высшей передачи происходит его открытие, и рабочая жидкость под давлением с гидравлического выхода клапана 10 поступает в гидроцилиндр 11 фрикционной муфты 5 высшей передачи. Поршень гидроцилиндра 11 перемещается, сжимая фрикционные диски муфты 5. Так как ведущие диски муфты 5 при переключении с низшей на высшую передачу вращаются быстрее ведомых, то в процессе буксования муфты 5 двигатель 2 при сжатии фрикционных дисков этой муфты нагружается ее моментом трения МТ. 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 5, приведенный к входу узла 4 переключения передач д - изменение угловой скорости двигателя за промежуток временид - крутящий момент двигателя, приведенный к входу узла 4 переключения передач. Обозначив угловое ускорение двигателя 2 4, получим уравнение для определения расчетной величины углового ускорениядвигателя 2 д. д Принимаем Мт,где С- заданный темп изменения момента трения в муфте 5- текущее время буксования муфты 5, определяемое на каждом шаге вычислений в контроллере 9 из выражения-1. Тогда расчетная угловая скорость двигателя 2 на каждом шаге буксования муфты 5 определится из выражения дд-1. Крутящий момент Мд двигателя 2 находится на каждом шаге буксования муфты 5 в соответствии с заданной в контроллере 9 функциональной зависимостью Мд(д, ),где- нагрузка двигателя 2, задаваемая положением его педали 8 подачи топлива и определяемая в контроллере 9 при опросе датчика 7 нагрузки двигателя 2. Полученная расчетная величина абсолютного углового ускорениядвигателя 2 на каждом шаге буксования муфты 5 сравнивается с фактической текущей величиной абсолютного углового ускорения ф, определяемой в контроллере 9 при опросе датчика 1 угловой скорости двигателя 2. Если текущий темп нарастания момента трения в муфте 8 выше заданного темпа С, то абсолютное фактическое ускорение ф двигателя 5 превышает абсолютное расчетное ускорениедвигателя 5, т.е./ф///. В этом случае контроллер 9 выключает электрогидравлический релейный клапан 10 муфты 5 на время . При выключении клапана 10 муфты 5 ее гидроцилиндр 11 через клапан 10 подключается к сливной магистрали, и давление рабочей жидкости в гидроцилиндре 11 снижается, что влечет за собой снижение темпа С нарастания момента трения в муфте 5. Если же после выключения муфты 5 на времяоказывается, что/ф///,то контроллер 9 вновь включает электрогидравлический клапан 10, и рабочая жидкость под давлением поступает в гидроцилиндр 11 муфты 5. Такие импульсные включения и выключения контроллером 9 электрогидравлического релейного клапана 10 муфты 5 позволяют обеспечить в ней заданный темп С нарастания момента трения в этой муфте за счет использования в данном устройстве в процессе буксования муфты 5 обратной связи по фактическому ускорению двигателя 2. Условием окончания буксования муфты 5 является равенство двмк,где вм - угловая скорость выходного вала 3 КП, определяемая при опросе датчика 1 угловой скорости вала 3 к - передаточное число высшей передачи узла 4 переключения передач. При переключении с высшей передачи на низшую передачу узла 4 переключения передач с выхода контроллера 9 включения высшей передачи исчезает напряжение. Электрогидравлический клапан 10 высшей передачи обесточивается, в результате чего 51442009.04.30 гидроцилиндр 11 высшей передачи через клапан 10 подключается к сливной магистрали. При поступлении напряжения с выхода контроллера 9 для включения муфты 6 низшей передачи к клапану 10 происходит его включение, и рабочая жидкость под давлением с гидравлического выхода клапана 10 поступает в гидроцилиндр 11 фрикционной муфты 6 низшей передачи. Поршень гидроцилиндра 11 перемещается, сжимая фрикционные диски муфты 6. Так как ведомые фрикционные диски муфты 6 при переключении с высшей на низшую передачу вращаются быстрее ведущих, то в процессе включения буксующей муфты 6 двигатель 2 при сжатии фрикционных дисков муфты 6 разгоняется под действием момента трения этой муфты. Угловая скорость двигателя 2 возрастает в соответствии с уравнением движения инерционных масс д ддТ . Обозначив угловое ускорение двигателя 2 д, получим уравнение для определения расчетной величины углового ускорениядвигателя 2 Тд. д Принимаем, как и в случае переключения на высшую передачу,,где С- заданный темп изменения момента трения в муфте 6- текущее время буксования муфты 6, определяемое на каждом шаге вычислений в контроллере 9 из выражения-1. Расчетная угловая скорость двигателя 5 на каждом шаге буксования муфты 6 определится из выражения дд-1. Также как и в случае переключения на высшую передачу, в зависимости от д ив контроллере 9 на каждом шаге определяется крутящий момент Мд двигателя 2. Полученная расчетная величина углового ускорениядвигателя 2 на каждом шаге буксования муфты 6 сравнивается с фактической текущей величиной углового ускорения ф, определяемой в контроллере 9 при опросе датчика 1 угловой скорости двигателя 2. Дальнейшая процедура обеспечения заданного темпа изменения момента трения муфты 6 в процессе переключения на низшую передачу аналогична рассмотренному выше случаю переключения на высшую передачу. Условием окончания буксования муфты 6 низшей передачи является равенство двмк-1,где к-1 - передаточное число низшей передачи. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6