Устройство определения оценочных показателей процесса переключения передач механической трансмиссии мобильной машины

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОЦЕНОЧНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЦЕССА ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ МЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ МОБИЛЬНОЙ МАШИНЫ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Басалаев Владимир Николаевич Альгин Владимир Борисович Михайлов Валерий Валерианович Широков Борис Николаевич Шарангович Андрей Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство определения оценочных показателей процесса переключения передач механической трансмиссии мобильной машины, содержащее датчики угловых скоростей двигателя и выходного вала коробки передач, датчик нагрузки двигателя, отличающееся тем, что оно снабжено бортовым компьютером, при этом датчики угловой скорости двигателя и его нагрузки, а также датчик угловой скорости выходного вала коробки передач подключены к входам бортового компьютера. 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 при проведении исследовательских испытаний в дорожных условиях. В настоящее время особенно актуальны вопросы обеспечения требуемого качества процессов переключения передач в соответствии с их оценочными показателями для 52652009.06.30 трансмиссий мобильных машин, содержащих фрикционные муфты для переключения передач. 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. В настоящее время при проведении исследовательских испытаний мобильных машин в дорожных условиях установление качества процесса переключения передач в трансмиссиях с фрикционными муфтами представляет трудоемкую задачу, связанную с получением и обработкой информации для определения оценочных показателей процесса переключения передач. При этом из указанных выше оценочных показателей процесса переключения передач, характеризующих качество этого процесса, могут быть получены только динамические нагрузки в трансмиссии, возникающие в процессе переключения передач, и время буксования фрикционных муфт. При проведении исследовательских дорожных испытаний для получения первичной информации используются в зависимости от целей испытаний разнообразные датчики. Наиболее распространенные из них - датчики угловых скоростей элементов трансмиссии,ускорения, нагрузки двигателя, давления рабочей жидкости и ее температуры в гидравлическом контуре коробки передач (КП) 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 Цимбалин В.Б.,Кравец В.Н. и др. Испытания автомобилей. - М. Машиностроение, 1978. - С. 1926. Для сбора и хранения информации используются различные накопители, например,накопитель на магнитной ленте НМЛУ-440. После испытаний информация из накопителя переносится в стационарную ЭЦВМ для ее обработки и исследования Цимбалин В.Б., Кравец В.Н. и др. Испытания автомобилей. М. Машиностроение, 1978. - С. 24. В качестве прототипа к предлагаемому техническому решению принято устройство определения оценочных показателей процесса переключения передач механической трансмиссии мобильной машины, содержащее датчики угловых скоростей двигателя и выходного вала КП, датчик нагрузки двигателя, связанный с педалью подачи топлива тензорезистор, закрепленный на одном из элементов трансмиссии и подключенный к нему тензоусилитель, связанный с токосъемным устройством, подключенным к накопителю на магнитной ленте, при этом датчики угловых скоростей двигателя и выходного вала КП, а также датчик нагрузки двигателя подключены к накопителю на магнитной ленте стационарную ЭЦВМ Цимбалин В.Б., Кравец В.Н. и др. Испытания автомобилей. - М. Машиностроение, 1978. - С. 1726. Применение данного устройства не позволяет установить такие оценочные показатели, определяющие качество процесса переключения передач, как 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 ЭЦВМ при 2 52652009.06.30 обработке полученных результатов испытаний. Момент сопротивления движению мобильной машины может быть найден только в процессе ее движения в устройстве, содержащем бортовую ЭЦВМ (бортовой компьютер). Кроме этого, проблематичным является достоверность определения в данном устройстве такого оценочного показателя, как уровень динамических нагрузок в трансмиссии,возникающих в процессе переключения передач. Уровень динамических нагрузок находится при определении крутящих моментов в трансмиссии с помощью тензорезисторов,которые имеют ряд недостатков. Существенным недостатком тензорезисторов является их ползучесть, под которой понимается снижение точности показаний тензорезистора во времени вследствие пластических деформаций слоя клея, с помощью которого тензорезистор крепится к замеряемой детали, и связующего материала чувствительной решетки тензорезистора (материалом для чувствительной решетки в большинстве случаев являются константановые проволока или фольга). Ползучесть также увеличивается с повышением температуры. Чувствительность тензорезистора к температуре выражается в изменении его сопротивления, которое зависит как от свойств материала проводника тензорезистора, так и от температурных деформаций детали, на которую наклеен тензорезистор. Сигнал от тензорезистора в результате действия температуры вносит искажения в результаты измерений. В ряде случаев требуется усиливать сигнал, снимаемый с тензорезисторов, с помощью тензоусилителей. К недостаткам тензоусилителей следует отнести повышенный дрейф нуля и слабую помехоустойчивость. Отмеченные недостатки получения информации с помощью тензорезисторов снижают достоверность получаемых результатов испытаний,осложняют их проведение. Таким образом, при проведении исследовательских испытаний в дорожных условиях с применением данного устройства требуется выполнение большого объема работ и затрат 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. Задачей настоящего технического решения является расширение функциональных возможностей устройства и повышение достоверности определения оценочных показателей процесса переключения передач механической трансмиссии мобильной машины при проведении исследовательских испытаний в дорожных условиях. Поставленная задача решается в устройстве определения оценочных показателей процесса переключения передач механической трансмиссии мобильной машины, содержащем датчики угловых скоростей двигателя и выходного вала коробки передач датчик нагрузки двигателя, причем, согласно техническому решению, оно снабжено бортовым компьютером, при этом датчики угловой скорости двигателя и его нагрузки, а также датчик угловой скорости выходного вала коробки передач подключены к входам бортового компьютера. Предлагаемое устройство позволяет определить оценочные показатели процесса переключения передач и повысить их достоверность 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 проведение в нем вычислений указанных показателей с использованием заданной информации в бортовом компьютере о параметрах мобильной машины. На чертеже дана схема устройства для определения оценочных показателей процесса переключения передач механической трансмиссии мобильной машины. Устройство содержит два датчика 1 угловых скоростей, один из указанных датчиков установлен на выходном валу двигателя 2, а второй - на выходном валу 3 КП датчик нагрузки 4 двигателя 2, задаваемой положением педали 5 подачи топлива бортовой компь 3 52652009.06.30 ютер 6, к входам которого подключены выходы датчиков 1 угловых скоростей двигателя 2 и выходного вала 3 КП, а также выход датчика 4 нагрузки двигателя 2. Устройство работает следующим образом. Для определения оценочных показателей процесса переключения передач в бортовом компьютере 6 задаются скоростная характеристика двигателя 2, а также массо-инерционные и конструктивные параметры мобильной машины. Во время движения мобильной машины для определения указанных показателей компьютер 6 периодически производит опрос датчиков 1 угловых скоростей двигателя 2 и выходного вала 3 КП, а также датчика 4 нагрузки двигателя 2. Информация с указанных датчиков поступает в компьютер 6, где при использовании параметров мобильной машины, заданных в компьютере 6, по известным зависимостям производится определение оценочных показателей процесса переключения передач. Для определения указанных показателей процесса переключения передач в компьютере 6 во время движения мобильной машины периодически вычисляются момент сопротивления движению МС и масса а мобильной машины. Для определения МС и массы а находится в определенной точке движения мобильной машины угловое ускорениедвигателя 2 при опросе компьютером 6 датчика 1 угловой скорости д двигателя 2 д / . Если 0, то находится ускорениемобильной машины из уравненияк / т,где к - радиус качения ведущих колес мобильной машины т - передаточное число трансмиссии. В указанной точке в зависимости от ускоренияв компьютере 6 вычисляются силы инерциивращающихся масс двигателя 2 и трансмиссии, приведенные к ведущим колесам мобильной машины, а также силы инерции ведущих колес, и определяется сила тягив соответствии с уравнениемдтт/к,где т - КПД трансмиссии Мд - крутящий момент двигателя, выбираемый в компьютере 6 в зависимости от угловой скорости д двигателя 2 и его нагрузки , задаваемой положением педали 5 подачи топлива, по заданной скоростной характеристике двигателя 2 в компьютере 6 Мд(д,). В процессе разгона мобильной машины угловая скорость д двигателя 2 возрастает, а его крутящий момент Мд снижается, и двигатель 2 выходит через некоторое время во второй точке движения мобильной машины на установившийся режим работы, где 0. Для второй точки движения мобильной машины также находится крутящий момент Мд двигателя 2 по его характеристике, заданной в компьютере 6. Полагая, что за время перехода машины от ускоренного движения до равномерного момент МС сопротивления движению изменяется незначительно, можно его определить в компьютере 6 для второй точки, где 0, из уравнения МСдтт. Для определения массы а мобильной машины в зависимости от момента МС находится сила С сопротивления движению мобильной машины. Масса а мобильной машины вычисляется в компьютере 6 из уравнения для первой точки, где угловое ускорение двигателя 0 а(К) / . Если масса а мобильной машины во время движения не изменяется, то ее достаточно определить один раз в начале движения, а затем с известной величиной а, используя по 4 52652009.06.30 следнее уравнение, периодически в процессе движения машины находить силуи моментсопротивления движению. При поступлении сигнала в компьютер 6 на включение передачи производится включение соответствующей муфты узла 7 переключения передач. При переключении с низшей на высшую передачу ведущие фрикционные диски муфты 8 высшей передачи вращаются быстрее ведомых дисков. В результате этого в процессе буксования муфты 8 двигатель 2 в процессе сжатия фрикционных дисков этой муфты нагружается моментом трения Т. При этом угловая скорость двигателя снижается в соответствии с уравнением движения инерционных масс ведущих частей трансмиссиид ддТ , где д - момент инерции двигателя 2 и ведущих частей трансмиссии, включая фрикционные ведущие диски муфты 8, приведенный к входу узла 7 переключения передач Мд - крутящий момент двигателя 2, приведенный к входу узла 7 переключения передач. Обозначив угловое ускорение двигателя 2 д и решая уравнение движения инерционных масс относительно МТ, получим МТМд - д. Крутящий момент Мд двигателя 2 в процессе буксования муфты 8 высшей передачи выбирается по заданной его характеристике в бортовом компьютере 6 в зависимости от угловой скорости и нагрузки двигателя 2, определяемых при опросе датчиков 1 и 4 двигателя 2. Угловое ускорениедвигателя 2 вычисляется в компьютере 6 в процессе буксования муфты 8 в зависимости от изменения угловой скорости д двигателя 2 за определенный промежуток времени. Из уравнения для определения М видно, что любой из факторов, влияющих на величину момента трения буксующей муфты 8, находит свое отражение в изменении ускорениядвигателя 2 и, соответственно, его крутящего момента Мд, что позволяет вычислять фактические величины моментов трения МТ в каждый момент времени процесса буксования муфты 8. Для определения скорости скольжения отн фрикционных дисков муфты 8 в процессе буксования в компьютере 6 определяется угловая скорость вм на выходе узла 7 переключения передач при опросе датчика 1 выходного вала 3 КП. Скорость скольжения отн фрикционных дисков муфты 8 находится из уравнения тнд - вмк,где к - передаточное число высшей передачи. Для определения оценочных показателей процесса переключения передач в компьютере 6 в каждой -ой точке буксования муфты 8 вычисляется мощностьбуксования из уравненияМТтн. В процессе буксования на каждом шаге вычислений в компьютере 6 производится сравнение величини определяется максимальная мощность буксованиямуфты 8. Средняя мощность буксованиямуфты 8 на временном участкенаходится из уравнения 1,2 где -1 - мощность буксования муфты 8 на предыдущем шаге вычислений в компьютере 6. 5 52652009.06.30 Изменение работы буксованиямуфты 8 на временном участкенаходится в компьютере 6 из уравнения. Работа буксованиямуфты 8 на каждом шаге находится в компьютере 6 из соотношения-1. Динамическая составляющая крутящего моментана входе узла 7 переключения передач на каждом шаге вычислений определяется в компьютере 6 из уравненияд. В процессе буксования муфты 8 в компьютере 6 производится сравнение величини определяется максимальная величина Мах динамической составляющей крутящего момента на входе узла 7 переключения передач. Условием окончания буксования муфты 8 является равенство д вм. После выполнения данного условия находится время буксования б б,где- текущее время процесса буксования муфты 8, вычисляемое в компьютере 6. Удельная работа буксования уд находится в зависимости от работы буксованиямуфты 8. Средняя удельная мощность буксования уд муфты 8 определяется в компьютере 6 из уравненияудуд. б Максимальная удельная мощность буксованиямуфты 8 находится в зависимоуд сти от полученной максимальной мощностипроцесса буксования муфты 8. Изменение температурыфрикционных дисков за время буксования муфты 8 находится в зависимости от работы буксования. Коэффициент динамичности Кд на входе узла 7 переключения передач определяется в компьютере 6 из уравненияд, где М - момент сопротивления движению, приведенный к входу узла 7 переключения передач. При переключении с высшей на низшую передачу включается фрикционная муфта 9 узла 7 переключения передач. В этом случае ведомые диски муфты 9 низшей передачи вращаются быстрее ведущих дисков. В результате этого в процессе буксования муфты 9 в процессе сжатия фрикционных дисков этой муфты ее момент трения способствует разгону двигателя 2 и торможению выходного вала КП. Момент трения МТ также может быть найден в компьютере 6 из уравнения движения инерционных масс ведущих частей трансмиссиид ддТ . Оценочные показатели процесса переключения на низшую передачу определяются в компьютере 6 аналогично случаю переключения на высшую передачу. Условием окончания процесса буксования муфты 9 низшей передачи узла 7 переключения передач является равенство д вм-1,6 52652009.06.30 где -1 - передаточное число низшей передачи. Для определения динамических нагрузок на выходе узла 7 переключения передач, возникающих в процессе буксования фрикционных муфт, используется уравнение движения инерционных масс ведомых частей трансмиссии. Для случая переключения на высшую передачу это уравнение имеет вид вмвмТкС , где вм - суммарный момент инерции массы мобильной машины, вращающихся ведомых частей трансмиссии и ведущих колес, приведенный к выходу узла 7 переключения передач М - момент сопротивления движению, приведенный к выходу узла 7 переключения передач вм - угловая скорость инерционной массы вм на выходе узла 7 переключения передач, определяемая при опросе датчика 1 угловой скорости выходного вала 3 КП. При переключении на низшую передачу уравнение движения инерционных масс ведомых частей трансмиссии имеет вид вмвмТк 1 С . Динамическая составляющая крутящего момента ДМ на выходе узла 7 переключения передач находится из уравнениявмвм,где вм - угловое ускорение инерционной массы вм на выходе узла 7 переключения передач В процессе буксования фрикционных муфт производится сравнение величини определяется максимальная величина Мах динамической составляющей крутящего момента на выходе узла 7 переключения передач. Коэффициент динамичности на выходе узла 7 переключения передач находится из уравнения Задавая передаточные числа трансмиссии в компьютере 6, можно вычислять коэффициенты динамичности Кд на любом элементе трансмиссии. Определенные таким образом оценочные показатели процесса переключения передач позволяют во время исследовательских дорожных испытаний мобильных машин установить качество процесса переключения передач, 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 сокращаются сроки проведения испытаний. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7