Система управления фрикционной муфтой блокировки гидротрансформатора

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ФРИКЦИОННОЙ МУФТОЙ БЛОКИРОВКИ ГИДРОТРАНСФОРМАТОРА(71) Заявитель Научный центр проблем механики машин Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Басалаев Владимир Николаевич Поддубко Сергей Николаевич Кедич Денис Георгиевич(73) Патентообладатель Научный центр проблем механики машин Национальной академии наук Беларуси(57) Система управления фрикционной муфтой блокировки гидротрансформатора, включающая регулятор давления, управляющий и исполнительный клапаны блокировки гидротрансформатора, механизм плавного включения муфты, содержащий гидроаккумулятор с поршнем и пружиной, золотник с пружиной, а также плунжер, установленный в полости со стороны,противоположной золотнику, и взаимодействующий с пружиной гидроаккумулятора, входную,выходную и сливные гидролинии, отличающаяся тем, что она снабжена датчиками угловых скоростей насосного и турбинного колес гидротрансформатора, датчиком нагрузки двигателя, Фиг. 1 5895 1 электромагнитом с подвижным якорем настройки регулятора давления и бортовым компьютером, при этом первый вход компьютера подключен к датчику угловой скорости насосного колеса гидротрансформатора, второй - к датчику угловой скорости его турбинного колеса, третий- к датчику нагрузки двигателя, первый выход бортового компьютера подключен к электромагниту настройки регулятора давления, а второй выход - к управляющему клапану, выход которого сообщен с выходом исполнительного клапана блокировки гидротрансформатора, а выход последнего, в свою очередь, сообщен с входной гидролинией системы управления муфтой блокировки гидротрансформатора, при этом выход регулятора давления сообщен с полостью гидроаккумулятора механизма плавного включения муфты блокировки.(56)1782786 1, 1992.1736771 1, 1992.1324878 1, 1987.1093576 , 1984.880805 , 1981. Предлагаемое изобретение относится к транспортной технике и может быть использовано в устройствах управления гидравлическими передачами, в которых блокировка гидротрансформатора осуществляется с помощью многодисковой фрикционной муфты. В последнее время с целью экономии топлива и повышения производительности транспортного средства получает распространение тенденция выбора более раннего момента блокировки гидротрансформатора при его малых передаточных отношениях. Однако известно, что с уменьшением передаточного отношения гидротрансформатора, при котором происходит его блокировка, увеличивается коэффициент трансформации крутящего момента и разность угловых скоростей ведущих и ведомых фрикционных дисков муфты блокировки, что приводит к возрастанию динамических нагрузок в трансмиссии и работы буксования муфты блокировки. Снизить нагруженность трансмиссии возможно за счет выбора оптимального темпа включения муфты блокировки в зависимости от скоростных и силовых параметров движения транспортного средства в соответствии с заданными критериями нагруженности трансмиссии, к которым относятся максимальные динамические моменты, возникающие в трансмиссии в процессе блокировки гидротрансформатора удельная работа буксования фрикционных дисков муфты максимальная удельная мощность буксования муфты температура нагрева фрикционных дисков муфты в процессе буксования. Хорошо известны механизмы плавного включения фрикционных муфт дроссельного типа, содержащие регулирующий золотник и гидроаккумулятор. Известные устройства позволяют снизить динамические нагрузки в трансмиссии в процессе включения фрикционной муфты, но с их помощью невозможно обеспечить оптимальный темп включения муфты для всего рабочего диапазона изменения скоростных и силовых параметров движения транспортного средства в соответствии с требуемыми критериями нагруженности трансмиссии. Известен также механизм плавного включения фрикционной муфты, содержащий гидроаккумулятор с поршнем и пружиной и подпружиненный золотник с дросселем. Указанный механизм широко применяется в зарубежной технике в устройствах плавного включения фрикционных муфт (Тарасик В.П. Фрикционные муфты автомобильных гидромеханических передач. - Мн. Наука и техника, 1973. - С. 195). Данное устройство работает следующим образом. При подаче давления на вход механизма на его выходе,подключенном к гидроцилиндру фрикционной муфты, появляется давление и поршень 2 5895 1 муфты начинает перемещаться. В конце хода поршня давление в гидроцилиндре муфты возрастает до значения, при котором золотник механизма сдвигается вместе с поршнем гидроаккумулятора и открывает сливную гидролинию. После этого под действием давления жидкости, поступающей через дроссель золотника в напорную полость гидроаккумулятора и усилия пружины золотника, поршень гидроаккумулятора отрывается от золотника и, перемещаясь, сжимает пружину гидроаккумулятора. Давление в гидроцилиндре муфты нарастает в соответствии с увеличением усилия пружины гидроаккумулятора. После достижения поршнем гидроаккумулятора крайнего положения давление жидкости с обеих сторон на золотник выравнивается, и он под действием пружины перекрывает сливную гидролинию. В результате давление в гидроцилиндре муфты возрастает до максимального значения, соответствующего давлению в гидролинии подачи жидкости. После выключения фрикционной муфты поршень гидроаккумулятора под действием пружины, преодолевая усилие более слабой пружины золотника, возвращается в исходное положение до соприкосновения с золотником. Одним из недостатков таких устройств является их жесткая характеристика, не позволяющая обеспечить с их помощью оптимальный темп включения фрикционной муфты в зависимости от скоростных и силовых параметров движения транспортного средства в соответствии с требуемыми критериями нагруженности трансмиссии. В качестве ближайшего аналога служит система управления фрикционной муфтой,включающая контур подпитки гидротрансформатора регулятор давления с механизмом его настройки механизм плавного включения муфты, содержащий гидроаккумулятор с поршнем и пружиной, золотник, пружина которого установлена со стороны входной гидролинии между упорной шайбой в корпусе и упором на торце золотника, а также плунжер,установленный в полости со стороны, противоположной золотнику, и взаимодействующий с пружиной гидроаккумулятора входную, выходную и сливные гидролинии (а.с. 1782786,МПК В 60 К 20/00, 1991). Работает система следующим образом. В процессе блокировки гидротрансформатора при подаче давления во входную гидролинию системы в ее выходной гидролинии, подключенной к гидроцилиндру муфты блокировки, появляется давление и поршень муфты перемещается, преодолевая противодавление, создаваемое при вращении насосного и турбинного колес гидротрансформатора. Одновременно рабочая жидкость через дроссель золотника механизма плавности поступает в напорную полость гидроаккумулятора, создавая в ней давление, которое при превышении давления, создаваемого регулятором давления, сообщенного с выходной гидролинией гидротрансформатора, перемещает поршень,пружину и плунжер гидроаккумулятора до упора в конец вала насосного колеса. В конце хода поршня муфты блокировки в момент касания фрикционных дисков давление в цилиндре муфты резко возрастает, золотник механизма плавности перемещается и открывает сливную гидролинию. Перемещение золотника ограничивается упорной шайбой, а поршень гидроаккумулятора под действием возрастания давления в напорной полости начинает перемещаться, сжимая пружину гидроаккумулятора. При перемещении поршня гидроаккумулятора в крайнее положение давление жидкости с обеих сторон на золотник выравнивается и он под действием пружины перекрывает сливную гидролинию. Темп включения муфты блокировки зависит от деформации пружины гидроаккумулятора, которая определяется величиной давления под его плунжером. Пружина регулятора давления, выход которого сообщен с полостью гидроаккумулятора механизма плавности, имеет переменную настройку, зависящую от величины давления, поступающего с выходной гидролинии большого круга циркуляции гидротрансформатора. С уменьшением передаточного отношения гидротрансформатора в момент его блокировки и соответственно возрастания коэффициента трансформации крутящего момента увеличивается давление в большом круге циркуляции гидротрансформатора, которое подается под плунжер механизма настройки регулятора давления, и усилие пружины регулятора уменьшается. В ре 3 5895 1 зультате давление на выходе регулятора, а также под торцем плунжера гидроаккумулятора снижается. Пружина гидроаккумулятора удлиняется, обеспечивая тем самым снижение темпа нарастания давления в напорной полости гидроцилиндра муфты блокировки и соответственно уменьшение динамических нагрузок в трансмиссии в процессе блокировки. С увеличением передаточного отношения гидротрансформатора в момент его блокировки происходит обратный процесс, рассмотренному выше, и пружина гидроаккумулятора укорачивается, что обеспечивает увеличение темпа нарастания давления в муфте блокировки. Рассмотренное в качестве ближайшего аналога устройство позволяет в процессе блокировки гидротрансформатора изменять темп включения муфты блокировки в зависимости от передаточного отношения гидротрансформатора и снизить за счет этого нагруженность трансмиссии. Недостатком таких устройств является невозможность получения с их помощью оптимального темпа включения муфты блокировки в соответствии с требуемыми критериями нагруженности трансмиссии в зависимости от скоростных и силовых параметров движения транспортного средства. Задачей настоящего технического решения является обеспечение оптимального темпа включения фрикционной муфты блокировки гидротрансформатора в соответствии с требуемыми критериями нагруженности трансмиссии в зависимости от скоростных и силовых параметров движения транспортного средства. Поставленная задача решается в системе управления фрикционной муфтой блокировки гидротрансформатора, включающей регулятор давления, управляющий и исполнительный клапаны блокировки гидротрансформатора, механизм плавного включения муфты,содержащий гидроаккумулятор с поршнем и пружиной, золотник с пружиной, а также плунжер, установленный в полости со стороны, противоположной золотнику, и взаимодействующий с пружиной гидроаккумулятора, входную, выходную и сливные гидролинии, при этом она снабжена датчиком угловых скоростей насосного и турбинного колес гидротрансформатора, датчиком нагрузки двигателя, электромагнитом с подвижным якорем настройки регулятора давления и бортовым компьютером, причем первый вход компьютера подключен к датчику угловой скорости насосного колеса гидротрансформатора,второй - к датчику угловой скорости турбинного колеса, третий - к датчику нагрузки двигателя, первый выход бортового компьютера подключен к электромагниту настройки регулятора давления, а второй выход - к управляющему клапану, выход которого сообщен с входом исполнительного клапана блокировки гидротрансформатора, а выход последнего,в свою очередь, сообщен с входной гидролинией системы управления муфтой блокировки гидротрансформатора, при этом выход регулятора давления сообщен с полостью гидроаккумулятора механизма плавного включения муфты блокировки. Предлагаемое устройство позволяет обеспечить оптимальный темп включения фрикционной муфты блокировки гидротрансформатора в соответствии с заданными величинами критериев нагруженности трансмиссии для различных условий движения транспортного средства в зависимости от скоростных и силовых его параметров благодаря получению и обработке информации об этих параметрах, а также моделированию на ее основании процесса блокировки гидротрансформатора во время движения транспортного средства. На чертеже дана принципиальна схема системы управления фрикционной муфты блокировки гидротрансформатора. Система содержит механизм 1 плавного включения муфты, расположенный внутри вращающегося вала 2 насосного колеса гидротрансформатора 3. Одновременно указанный вал 2 является и корпусом механизма плавного включения муфты. Механизм плавного включения имеет гидроаккумулятор 4, содержащий поршень 5, пружину 6 и плунжер 7, а также золотник 8, внутри которого выполнен дроссель 9, и возвратную пружину 10 золотника 8. Система содержит входную гидролинию 11, выполненную внутри вала 12 турбин 4 5895 1 ного колеса гидротрансформатора 3, выходную гидролинию 13, которая подключена к напорной полости 14 гидроцилиндра включения фрикционной муфты 15 блокировки гидротрансформатора 3, корпус которой выполнен заодно с валом 2 насосного колеса гидротрансформатора 3. Входная гидролиния 11 системы управления сообщается с напорной полостью 16 гидроаккумулятора 4 через дроссель 9 в золотнике 8. Полость 17, в которой находится пружина 6 гидроаккумулятора 4, а также полость 16, в которой расположен золотник 8, подключены к сливу гидролиниями 18 и 19 соответственно. Устройство содержит упорную шайбу 20, ограничивающую ход золотника 8. Указанная шайба 20 фиксируется упорным кольцом 21. Полость 22 гидроаккумулятора, в которой установлен плунжер 7, подключена гидролинией 23 к выходу регулятора 24 давления, имеющего электромагнит 25 с подвижным якорем 26 настройки регулятора 24 давления. Якорь 26 контактирует с пружиной 27 регулятора 24 давления. Электромагнит 25 подключен к выходу 28 бортового компьютера 29, другой выход 30 которого подключен к управляющему электрогидравлическому клапану 31 блокировки гидротрансформатора 3, подключенным к исполнительному клапану 32 блокировки. Выход клапана 32 сообщен с входной гидролинией 11 системы. Отвод поршня 33 муфты 15 при ее выключении производится за счет давления в полости гидротрансформатора 3, создаваемого при вращении его насосного и турбинного колес. Благодаря тому, что полость гидротрансформатора 3 соединена с полостью муфты, в которой находятся фрикционные диски 34, к валу 2 насосного колеса и валу 12 турбинного колеса подключены датчики 35 угловой скорости, выходы которых подключены соответственно к первому входу 36 и второму входу 37 бортового компьютера 30. Третий вход 38 компьютера 30 подключен к выходу датчика 39 нагрузки двигателя,которая может задаваться положением педали 40 подачи топлива либо рейки топливного насоса двигателя (не показана). Устройство работает следующим образом. При движении транспортного средства информация с датчика 35 угловой скорости и датчика 39 нагрузки двигателя поступает соответственно на входы 36, 37, 38 бортового компьютера 29. Для нахождения таких параметров, как силасопротивления движению и массы а автомобиля, для двух следующих с некоторым интервалом точек периодически определяются с помощью компьютера 29 ускорения , 2 автомобиля, исходя из изменения угловой скорости Т 1, Т 2 вращения турбинного вала 12 в этих точках за определенные промежутки времени 1, 2221,11 где- радиус качения ведущих колес транспортного средства- передаточное отношение трансмиссии. Для данных точек на компьютере 29 решается система уравнений 111 рС,222 С,где 1, 2 - тяговые усилия на ведущих колесах 1, 2 - приведенные силы инерции, возникающие при разгоне вращающихся масс двигателя, трансмиссии и колес транспортного средства. Для определения тяговых усилий 1 и Р 2 в указанных точках находятся угловые скорости 1, 2 вала 2 насосного колеса, а также угловые скорости 1, 2 вала 12 турбинного колеса и вычисляются на компьютере 29 передаточные отношения гидротрансформатора 3 11 ,22 . 12 По заложенным в памяти компьютера 29 таблицам кусочно-линейной аппроксимации характеристик гидротрансформатора 3 находятся значения коэффициентов моментов его насосного колеса 1(1), 2(2) 5 5895 1 и коэффициентов трансформации крутящих моментов 1(1), 2(2). Для указанных точек вычисляются моменты насосного колеса М 11 Ж 52 1 , М 22 Ж 52 2 ,а также моменты турбинного колеса гидротрансформатора 3 111, 222,и определяются тяговые усилия Из приведенной выше системы уравнений определяются масса автомобиля а и сила РС сопротивления движению 1212,12111. По полученным значениям а и РС находится вес автомобиляи моментсопротивления движению. При движении транспортного средства на компьютере 29 периодически происходит сравнение заданной величины передаточного отношениягидротрансформатора 3, при котором происходит блокировка, с его текущим значением ТН. При достижении условия,когда,начинается моделирование процесса блокировки гидротрансформатора 3 на бортовом компьютере 29. Для моделирования процесса блокировки необходимо, чтобы в памяти компьютера,кроме характеристик гидротрансформатора 3, была записана скоростная характеристика двигателя транспортного средства, представленная также в виде таблиц кусочно-линейной аппроксимации функциональной зависимости(,),где Ме - крутящий момент двигателя,е - угловая скорость выходного вала двигателя, которая находится в зависимости от н, - нагрузка двигателя. В соответствии с расчетной динамической схемой (не показана) транспортного средства в памяти компьютера 29 также должны быть заданы массо-инерционные параметры,податливости в упругих звеньях, а также некоторые конструктивные параметры транспортного средства. Темп включения муфты 15 определяется временем пл нарастания давления Р в напорной полости 14 гидроцилиндра муфты 15, т.е. зависимостью Р(пл),которая в значительной степени определяет нагруженность трансмиссии в процессе блокировки гидротрансформатора 3. В памяти компьютера 29 задается набор зависимостей(пл) с различными величинами пл и законами нарастания давления, полученными экспериментальным либо расчетным путем, с установленной зависимостью Р, где- напряжение, подаваемое от компьютера 29 к электромагниту 25 настройки регулятора 24. При моделировании процесса блокировки гидротрансформатора 3 на компьютере 29 в соответствии с расчетной динамической схемой транспортного средства решаются численным методом дифференциальные уравнения движения инерционных масс и другие уравнения, позволяющие определить нагруженность трансмиссии. В результате находятся значения ранее указанных критериев нагруженности трансмиссии, которые сравниваются с их допустимыми величинами, заданными в памяти компьютера 29. В случае выхода какого-либо из критериев за пределы допустимой величины выбирается новое значение пл и 6 5895 1 соответственно зависимость(пл), и процедура повторяется. В том случае, если не находится величина пл, обеспечивающая оптимальный темп включения муфты 15, то блокировка гидротрансформатора 3 запрещается при заданной величине , и движение транспортного средства продолжается с разблокированным гидротрансформатором. При этом на компьютере 29 задается другая, несколько большая величина ТН, при которой должна произойти блокировка гидротрансформатора 3. В этом случае в процессе движения транспортного средства периодически происходит сравнение вновь заданной величиныс ее текущим значением . При их равенстве процедура поиска требуемой зависимости Р(пл) повторяется с новыми значениямии параметрами движения, изменившимися за это время. Когда находится требуемая зависимость Р(пл), определяющая оптимальный темп включения муфты 15 в соответствии с заданными критериями нагруженности трансмиссии, то с выхода 30 бортового компьютера 29 подается напряжение к управляющему электрогидравлическому клапану 31 блокировки гидротрансформатора 3 и компьютер 29 выдает сигнал на отсчет временного интервала, соответствующего времени от начала движения поршня 33 муфты 15 до момента его касания фрикционных дисков 34, который заранее находится расчетным либо экспериментальным путем и закладывается в памяти компьютера 29. С выхода клапана 31 давление подается к исполнительному клапану 32 блокировки гидротрансформатора, с выхода которого поступает во входную гидролинию 11 системы управления и далее в выходную гидролинию 13, подключенную к гидроцилиндру муфты 15. Под действием давления в полости 14 гидроцилиндра муфты 15 ее поршень 33 перемещается, преодолевая противодавление, создаваемое при вращении насосного и турбинного колес гидротрансформатора 3. Одновременно рабочая жидкость через дроссель 9 золотника 8 поступает в напорную полость 16 гидроаккумулятора 4. В конце хода поршня 33 в момент касания фрикционных дисков 34 заканчивается отсчет вышеуказанного временного интервала, и с выхода 28 компьютера 29 подается изменяющееся за время пл напряжение к электромагниту 25 настройки регулятора 24 давления, соответствующее выбранной при моделировании процесса блокировки зависимости(пл), определяющей оптимальный темп включения муфты 15. Якорь 27 электромагнита 25 перемещается, сжимая пружину 27 регулятора 24 с усилием, соответствующим напряжению, подаваемому от компьютера 29. В результате в гидролинии 23, подключенной к выходу регулятора 24, создается давление, которое подается в полость 22 гидроаккумулятора 4 механизма 1 плавного включения муфты и воздействует на пружину 6 гидроаккумулятора 4. Рабочая жидкость, поступающая через дроссель 9 в напорную полость 16 гидроаккумулятора 4, создает также в ней давление, которое при повышении давления, поступающего в полость 22 гидроаккумулятора 4 под плунжер 7, перемещает вместе поршень 5, пружину 6 и плунжер 7 гидроаккумулятора 4 до упора в конец вала 2 насосного колеса. В момент касания поршня 33 муфты 15 фрикционных дисков 34 давление в цилиндре муфты 15 резко возрастает и золотник 8 механизма 1 плавного включения начинает перемещаться, преодолевая усилие пружины 10, а также усилие на золотнике 8,создаваемое давлением в напорной полости 16 гидроаккумулятора 4, и открывает сливную гидролинию 19. Далее перемещение золотника ограничивается упорной шайбой 20, а поршень 5 гидроаккумулятора 4 под действием возрастания давления в напорной полости 16 начинает перемещаться, сжимая пружину 6 гидроаккумулятора 4 и обеспечивая тем самым плавное включение муфты 15 с заданным темпом. При перемещении поршня 5 в крайнее положение давление жидкости с обеих сторон на золотник 8 выравнивается, и он под действием пружины 10 перекрывает сливную гидролинию 19. В результате давление в цилиндре муфты 15 возрастает до максимального значения, соответствующего давлению во входной гидролинии 11. Таким образом, получение информации о параметрах движения транспортного средства и ее обработка на бортовом компьютере, а также моделирование процесса блокировки гидротрансформатора с различными законами нарастания давления позволяет выбрать 7 5895 1 с помощью предложенного устройства оптимальный темп включения фрикционной муфты в соответствии с заданными критериями нагруженности трансмиссии для различных условий движения транспортного средства в зависимости от силовых и скоростных параметров движения, что дает возможность снизить нагруженность трансмиссии в процессе блокировки гидротрансформатора и повысить за счет этого ее надежность и долговечность. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8