Моделирование переключения передач автомобиля с гидромеханической трансмиссией Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.3

В. П. Тарасик, Ю. С. Романович

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ АВТОМОБИЛЯ С ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ

UDC 629.3

V. P. Tarasik, Y. S. Romanovich

MODELING OF GEAR SHIFT OF VEHICLES WITH HYDROMECHANICAL TRANSMISSION

Аннотация

Приведены результаты моделирования процесса переключения передач карьерного самосвала с автоматической гидромеханической трансмиссией. Рассмотрены различные варианты управления фрикционами при переключении передач, дана оценка их влияния на показатели качества переходных процессов в трансмиссии автомобиля.

Ключевые слова:

гидромеханическая трансмиссия, коробка передач, фрикцион, время регулирования, перекрытие характеристик переключения передач, баланс энергии.

Abstract

The results of modeling the gear shift process of a quarry dump truck with automatic hydromechanical transmission are presented. Different variants of friction clutch control during gear shifting are considered, their impact on the quality rating of transient processes in the vehicle transmission is assessed.

Key words:

hydromechanical transmission, gearbox, friction clutch, control time, overlap of gear shift characteristics, energy balance.

В автомобилях широко применяются автоматические трансмиссии. Это позволяет существенно улучшить реализацию потенциальных тягово-ско-ростных свойств автомобиля, повысить безопасность движения и создать комфортные условия управления автомобилем [1-6].

К автоматическим трансмиссиям предъявляется широкий комплекс специфических требований, обусловливающий необходимость научного поиска решений и разработки технических средств для их реализации. Одно из важнейших требований к автоматическим трансмиссиям заключается в обеспечении непрерывного подвода энергии

© Тарасик В. П ., Романович Ю. С., 2015

двигателя к ведущим колесам автомобиля при переключении передач для получения высокой средней скорости движения на маршруте и снижения дискомфорта водителя и пассажиров в момент переключения. Это достигается путем соответствующего выбора характеристик управления переключением передач.

Рассмотрим данную проблему на примере гидромеханической передачи карьерного самосвала БелАЗ-7555Е грузоподъёмностью 60 т. Гидромеханическая передача (ГМП) состоит из гидродинамического трансформатора (ГДТ) и многоступенчатой коробки передач (КП), передачи в которой переключают

посредством многодисковых фрикционов с гидроприводом управления [7].

На рис. 1 представлена конструкция коробки передач. Основные элементы КП: входной вал 18, промежуточный вал 23, выходной вал 27, вал реверса 13 и шесть фрикционов. Фрикцион первой передачи 11 и фрикцион передачи реверса 9 расположены на

валу реверса 13, на входном валу 18 установлены фрикционы второй 7 и третьей 20 передач. На промежуточном валу 23 размещены фрикционы понижающего 5 и повышающего 22 диапазонов. Такая конструктивная схема позволяет получить 6 передач переднего хода и 2 передачи реверса.

9 10 11 12 13

21 26

Рис. 1. Коробка передач карьерного самосвала БелАЗ-7555Е

Процесс переключения передач осуществления необходимо выключить продемонстрируем на примере перехода фрикцион 7 второй передачи, а вместо со второй на третью передачу. Для его него замкнуть фрикцион 20 третьей пере-

дачи. Фрикционы же диапазонов 5 и 22 в этом процессе не принимают участия: первый из них остается в замкнутом состоянии, а второй - в разомкнутом.

Для непрерывной передачи потока энергии через механизмы КП цепь передачи энергии должна быть замкнутой. Это достигается выбором характеристик управления включаемым и выключаемым фрикционами, участвующими в переключении передачи, и соответствующим согласованием этих характеристик во времени протекания процесса управления. Такой характер управления называют переключением передач с перекрытием. При этом происходит перекрытие во времени характеристик управления фрикционами.

Однако при переключении передач с перекрытием в цепи передачи энергии возникают замкнутые контуры, в которых происходит циркуляция энергии, что может привести к существенному возрастанию нагрузок в механизмах коробки передач.

В научной литературе по автотракторостроению распространены термины «циркуляция мощности» и «переключение передач без разрыва потока мощности». Мощность - это характеристика изменения потока энергии во времени, т. е. производная энергии по времени. От двигателя к ведущим колесам автомобиля передаётся (поступает) поток энергии, а не поток мощности, поэтому упомянутые термины некорректны: вместо слова «мощность» необходимо употреблять «энергия». Параметрами потока энергии при ее передаче посредством вращательного движения являются вращающий момент (потенциал энергии) и угловая скорость (фазовая координата носителя потока энергии - сосредоточенной массы). Термин «крутящий момент» в данном случае неприменим, поскольку он отображает явление кручения, скручивания стержней (валов), т. е. определяет де-

формации и напряжения кручения [11, т. 13, с. 501]. Термин же «вращающий момент» отображает вид движения, при котором передаётся поток энергии [11, т. 5, с. 425]. Его применял основоположник теории автомобиля академик Е. А. Чудаков [10, с. 16]. Он также используется в учебной и научной литературе и стандартах по электроприводам. Термины «крутящий момент», «изгибающий момент» свойственны сопромату, а не механике.

Предположим, что осуществляется переключение с перекрытием со второй на третью передачу в коробке передач, представленной на рис. 1. В этом случае начинают осуществлять процесс сжатия фрикционных дисков фрикциона третьей передачи 20 с некоторым опережением по отношению к моменту выключения фрикциона второй передачи 7. В результате образуется замкнутый контур циркуляции энергии, в который входят следующие составляющие элементы КП: включаемый фрикцион 20 третьей передачи (находится в режиме буксования) - зубчатые колеса 21 и 24 третьей передачи - участок промежуточного вала 23 между ведомыми шестернями 24 и 3 третьей и второй передач - зубчатые колёса 3 и 8 второй передачи - фрикцион второй передачи 7 (замкнут) - участок входного вала 18 между фрикционами 7 и 20 соответственно второй и третьей передач.

Для определения нагрузок в механизмах образовавшегося замкнутого контура и величины циркулирующей в нём энергии в процессе переключения передачи необходима разработка соответствующей динамической модели коробки передач, позволяющей учесть отмеченные особенности процесса и физические свойства объекта моделирования. Приведенные в [1-7] динамические модели с линейной цепью передачи энергии для решения поставленной задачи неприемлемы.

На рис. 2 представлена разработанная авторами оригинальная динамическая модель гидромеханической трансмиссии карьерного само-

свала БелАЗ-7555Е, позволяющая исследовать процессы переключения передач с перекрытием характеристик управления фрикционами.

Рис. 2. Динамическая модель трансмиссии

Расшифровка обозначений, принятых на рис. 2, приведена в [8].

В коробке передач для исследования переключений между первой, второй и третьей передачами выделены три замкнутых контура. Например, при переключении со второй передачи на третью в замкнутый контур входят упругие элементы с параметрами жёсткости С3 и С4, фрикционы второй и

третьей передач Ф2 и Ф3, зубчатые передачи с передаточными числами этих передач «2 и «3. Для моделирования процессов переключения диапазонов также выделен замкнутый контур, в составе которого упругие элементы с параметрами С5 и С6, фрик-

ционы включения низшего и высшего диапазонов Фн и Фв, зубчатые передачи с передаточными числами этих диапазонов мн и ив.

На основе структурно-матричного метода [9] по данной динамической модели составлена математическая модель исследуемой трансмиссии. Она включает топологические уравнения, описывающие структуру динамической модели и взаимодействие её элементов, и компонентные уравнения упругих и дис-сипативных элементов. Полностью приведём только топологические уравнения:

ёа

&

1 = (в1 - М у. д 1)^1;

йа>2 Ж

= \му.д1 -мн -2 -ю3)(-¿гт) — (Муд2 + Му.д3 + Му.д4КтРгт/((2 + ^гт);

&®3 = |Мт + (ю2 -ю3)( -¿гт) + Му.д1^гтргт -Му.д2 -Му.д3 -Му.д4/((2^гт + 33);

(М у.д5 + М у.д6 КР1

ёю.

ёю<

= Ш у^яПл

Мф1sign(4 -Ш7М1 )(1 - Ь1 ) + -

«1П1

А

' У 4 + ^ "

и1

Ж ёю,

ЧМу.д3 -

= \М.

у.д4

Мф^Ц -а7«2)(1 -¿2)+(Муд5 +Муд6^Р

«2П2

М фзsign (6 -а7«3 ) - ¿3

и3П3

Д3

' 3 5 + ¿лЪД. ^

V и2 у

' 37¿3^3 ^ 3 6 +-2

и3

= {|Mф1sign (4 7и1)( - ¿1) + Му.д2иКПКи1П111Р1 ]1 +

+ ^^^^^^(5 7и2)(-¿2) + Му.д3и2П2¿2Р2]2 + [ц^^ (6 7и3 )( - ¿3 ) + Му.д4и3П3^3Р3 ]3 - Му.д5 - Му.д6 }/

36и3 ¿3°3);

/((7 + 34и12 ¿1£1 + 35и2 ¿2 Д + •

(1)

ёю

ёю9 Л

ЧМ

у.д5 '

ЧМу.д6 -

Мфн^§п(ю8 -ю10ин)( - ¿н)+ Му'Д71,нРн

инПн

/ \ / \ М у д7 ¿в Рв

мфвsign(9 -ю10ив)(1-¿в^ —-

ивПв

^ т + 310 ¿н Дн ^ т8 +-2-

и

н У

3 + 310 ¿в Дв

в У

ёю

10

&

: {[мфн«^ (8 -с° 10ин)( - ¿н ) + Му.д5ин"Лн ¿н Рн /н

+ Мфв^^ (9 -с° 10ив)( - ¿в ) + Му.д6ив"Лв ¿вРв /в - Му.д7 }/(тю + 38ин2¿нД + ¿^¿вД )

= |му.д7-Му.д^(и0П0)] /311;

ёю12/Л = (Му.д8икПк -Му.д9 -Мв2 V312 ;

Л = |му.д9 -МФК^п (13 -ю14))1- ¿к)-Мв3^кРк] /(т13 + 314¿к) ; ЙЦ4/& = Мфк^п (С0 13 -С0 14)(1 - ¿к) + Му.д9^крк - Мв3] /(314 + 313^к ) .

Компонентные уравнения упругих элементов были составлены в дифференциальной форме = /(с, ю у).

В результате общий порядок системы дифференциальных уравнений равен 19. Методика составления уравнений изло-

жена в [9].

В уравнениях (1) Муд, = Му/ + Мд г,

где Му - момент /-го упругого элемента; Мд г - момент /-го диссипативного элемента; Lj, Ру, - дискретные функ-

ции: Lj - функция состояния у-го фрикциона (при Lj = 0 фрикцион буксует; при Lj = 1 - замкнут); Ру - функция

размыкания замкнутого фрикциона при недостаточном моменте трения; ^у - функция управления фрикционом

(при О у = 1 включён механизм управления у-м фрикционом, его гидроцилиндр находится под давлением рабочей жидкости Рфу (рис. 3); при О у = 0

гидроцилиндр фрикциона соединён со сливом).

Функцию состояния j-го фрикциона можно найти из выражения

Lj =

1 при |ю 0 при ю

вдщ/ Ю в дм/1 (2)

вдщ/ -ювдм/ >Лю'

угловые скорости со-

где ®вдщ/, ®вдм/'

ответственно ведущего и ведомого фрикционных элементов; Лю - допустимая разность между ювдщу- и ю^ц^,

определяющая условия замыкания фрикциона (принимают Лю в пределах 0,01...0,001 рад/с).

После замыкания фрикциона необходимо принять Ювдау = Ювдщ.

Функция размыкания фрикциона определяется из выражения

Р/ = 0,5

1 + sign (Mф, -

Mу.дк ± Jsi

)]' (3)

где Mу.дк - суммарный момент k-х упругого и диссипативного элементов, примыкающих к i-й массе на входе или выходе фрикциона; J, si - момент

инерции и угловое ускорение i-й массы. Если масса расположена на входе фрикциона, принимается знак «минус», а если на выходе - «плюс».

Коэффициент трения Цф при буксовании фрикциона вычисляется по формуле

Цф = Ц min + (^max — Mrnin )X

X exp (—кеГф |ювдщ — ®вдм|) , (4)

где Ц min, Ц max

- минимальное и макси-

мальное значения коэффициента трения; ке - коэффициент экспоненты; Гф - средний радиус трения фрикцион-

ных дисков, м.

Принимается цт;п = 0,06,

Мтаах = 0,1, ке = 0,265, а коэффициент сцепления ф= 0,12.

Рассмотрим результаты исследований, выполненных на основе разработанной математической модели при переключении 2 ^ 3 . Имитировалось движение самосвала в карьере «Гранит» (г. Микашевичи, Брестская обл.).

На рис. 3 показаны характеристики управления фрикционами гидромеханической передачи. Они представляют собой графики изменения во времени давления рабочей жидкости Р, подаваемой в гидроцилиндры фрикциона.

Выполнено моделирование четырех вариантов характеристик управления. В вариантах 1 и 2 переключение осуществлялось с нулевым перекрытием характеристик управления фрикционами Ф2 и Ф3 второй и третьей передач, а в вариантах 3 и 4 производилось переключение с положительным перекрытием. На время переключения передачи гидротрансформатор разблокировали, выключая фрикцион блокировки Фгдт. В вариантах 1 и 3 выключение

Фгдт выполнялось в момент подачи сигнала на включение фрикциона Ф3 , а

в вариантах 2 и 4 - с опережением на 0,2 с. В гидроцилиндре выключаемого фрикциона Ф2 давление предварительно снижалось ступенчато до величины Рф2 = 0,5 МПа за 0,4 с до начала включения Ф3, а затем в вариантах 1 и 2 резко снижалось до нуля, что соответствовало условию переключения с нулевым перекрытием. В вариантах 3 и 4 на интервале времени нарастания давления Рф3 в гидроцилиндре фрикциона Ф3

осуществлялось постепенное плавное снижение давления Рф2 в гидроцилиндре фрикциона Ф2 (штрихпунктирная линия на рис. 3), что позволяло имитировать переключение с положительным перекрытием характеристик управления

фрикционами. Время перекрытия составляло 0,4 с.

Предусмотрена возможность процесса регулирования давления в гидроцилиндре включаемого фрикциона ¿р

на интервале времени ¿р = 0,9 с, что

позволяло его плавно включить при любых дорожных условиях и уровнях нагрузки автомобиля. Но в момент замыкания фрикциона Ф3 давление сразу же поднималось до номинального значения рном с целью предотвращения перехода его в режим буксования.

На рис. 4, а представлены графики изменения во времени удельной мощности Рф3 и удельной работы Wфз фрикциона Ф3, а на рис. 4, в - приращения поверхностной ЛГп ф3 и объёмной ЛТоб ф3 температуры фрикционных

дисков при переключении с нулевым перекрытием. На рис. 4, б и г показаны графики изменения характеристик тех же процессов при переключении с перекрытием.

Значения Pфз, Wфз, Л^.ф3,

в последнем случае оказались существенно выше, чем в первом. Кроме того, происходит буксование выключаемого фрикциона Ф2, что отображается графиком его удельной мощности Pф2 . Но

Рф2 значительно меньше в сравнении с Рф3 в связи с малым временем буксования фрикциона Ф2, что обусловлено слишком большой разницей в значениях статического и динамического коэффициентов трения используемого фрикционного материала. Их значения различаются практически в 2 раза. Таким образом, теплонапряжённость работы фрикционов при переключении с перекрытием существенно возрастает.

Для оценки влияния характеристик управления на нагрузки механизмов трансмиссии рассмотрим полученные графики изменения вращающих

моментов, приведенные на рис. 5, а—г. Индексы г в обозначениях моментов упругих элементов Муг- соответствуют

номерам индексов параметров этих элементов на рис. 2.

а)

400

кВт/м; кДж/м: 300

Р, IV

200 100 О

в)

8 С 6

4

\

ж

" /

600

кВт/м-кДж/м'

400

Р, IV

6,0 6,2 6,4 6,6 с 7,0

/ -—

/К

4 4 ' Л 'об.фЗ

/ / / 1 ! [ 1 1

! f 1 » /

6,0 6,2 6,4 6,6

I -»-

7,0

200

0

/

ЙЕ

г)

20 'С 15

т10

6,0 6,2 6,4 6,6 с 7,0

,-^

л"*-.

/ / / / / / / / / /

д7иу

/ / / / / / / / / /

6,0 6,2 6,4 6,6 /-*■

7,0

Рис. 4. Графики показателей теплонапряженности работы фрикционов коробки передач

Упругие элементы с параметрами с2, с3, с4, с5, С6 отображают физические свойства валов коробки передач, а упругий элемент С7 - карданного вала (см. рис. 2). При переключении передачи с нулевым перекрытием (рис. 5, а и в) фрикцион Ф2 выключается практически одновременно с началом буксования фрикциона Ф3 включаемой передачи, поэтому энергия в коробку передач в основном поступает через упругий элемент С4 и далее передаётся к упругому элементу С5, и замкнутый контур циркуляции энергии не образуется. Небольшие колебания момента Муз после

выключения фрикциона Ф2 обусловле-

ны колебаниями массы /5 и выделяемой ею накопленной кинетической энергией.

При переключении передачи с перекрытием (рис. 5, б и г) буксование фрикциона Ф3 начинается и происходит в течение некоторого времени при замкнутом состоянии фрикциона Ф2 . Вследствие этого образуется замкнутый контур циркуляции энергии, в который вовлекаются упругие элементы С3, С4, фрикционы Ф 2, Ф3 и зубчатые передачи с передаточными числами ^2 и из второй и третьей передач. В

результате в упругом элементе С3 возникает отрицательный момент Му3 ,

что приводит к существенному возрастанию момента Му4 в упругом элементе С4 и, как следствие, увеличению моментов в упругих элементах Му5 и Му7, т. е. на промежуточном и выход-

ном валах КП и на карданном валу, что видно из рис. 5, г. Но минимальные их значения, наоборот, меньше, чем в вариантах переключения с нулевым перекрытием, что влечет за собой замедление автомобиля и потерю скорости.

На рис. 6, а и б показаны графики изменения во времени ускорения автомобиля, а на рис. 6, в и г - скорости движения в процессе переключения передачи. Очевидно, что характеристики управления фрикционами оказывают существенное влияние на параметры движения автомобиля. При переключении с перекрытием возрастает максимальное значение ускорения атах и амплитуда его колебания Аа = атах - атт,

увеличивается потеря скорости за время переключения (см. рис. 6, г), ухудшается плавность движения и комфортность ав-

томобиля.

В табл. 1 приведены значения исследуемых параметров. Эти параметры представляют собой показатели качества процесса переключения передач. Дана оценка соотношения показателей в процентах.

За 100 % приняты значения показателей, полученные в первом варианте, соответствующем переключению с нулевым перекрытием и совмещением момента времени выключения фрикциона блокировки ГДТ Фгдт с моментом включения фрикциона Ф3.

Рис. 6. Графики ускорения и скорости автомобиля при переключении передачи Табл. 1. Значения показателей качества процесса переключения передач

Параметры Вариант управления фрикционами

без перекрытия с перекрытием

1 2 3 4

Время буксования фрикциона Ф3, с (%) 0,263 (100) 0,327 (125) 0,408 (155) 0,421 (161)

Удельная работа буксования, кДж/м2 (%): фрикциона Ф3 фрикциона Ф2 58,9 (100) 0 81,3 (138) 0 148,3 (252) 5,2 158,9 (270) 3,0

Удельная мощность буксования, кВт/м2 (%): фрикциона Ф3 фрикциона Ф2 304,8 (100) 0 308,9 (101) 0 511,1 (168) 65,9 530,4 (174) 47,1

Температура фрикционных дисков, град (%) 7,6 (100) 10,0 (133) 17,5 (232) 18,8 (249)

Максимальный вращающий момент, Н-м (%): на турбине ГДТ на входном валу КП в замкнутом контуре КП на карданном валу 3104 (100) 3557 (100) -119 (100) 8969 (100) 3342 (108) 3974 (112) -475 (399) 7479 (83) 3696 (119) 4490 (126) -1610 (1359) 10670 (119) 3669 (118) 4569 (129) -1248 (1053) 10540 (118)

Ускорение автомобиля, м/с2: максимальное минимальное 1,08 (100) -0,20 (100) 0,79 (73) -0,39 (195) 1,41 (131) -0,68 (340) 1,39 (129) -0,39 (195)

Джерк, м/с3 : максимальный минимальный 11,73 (100) -9,88 (100) 8,60 (73) -6,30 (64) 20,70 (176) -13,90 (141) 20,94 (179) -13,56 (137)

Снижение скорости автомобиля за время переключения передачи, % 0,35 1,43 3,42 3,73

На основании полученных результатов можно заключить, что перекрытие передач приводит к существенному увеличению нагрузок в трансмиссии и теплонапряжённости работы фрикциона, ухудшает плавность движения автомобиля, характеризуемую амплитудами изменения ускорения и джерка (скорости изменения ускорения).

Таким образом, рекомендуемое многими специалистами переключение передач с перекрытием не оправдывает возлагаемые на него надежды. Как показывают исследования, наилучшие значения показателей качества процесса переключения достигаются при нулевом перекрытии с синхронным разблокированием ГДТ.

Проведем анализ баланса потока энергии, передаваемой механизмами КП за время буксования ^ включаемого фрикциона Ф3. К коробке передач подводится энергия Wт, генерируемая на валу турбины ГДТ за время ^, а также часть накопленной массой 33 кинетической энергии АЕк3, выделяемой в связи со снижением ее угловой скорости. Значение энергии Wт, Дж, вычисляется по формуле

гб

Wт = | М тют &, 0

(1)

где Мт - вращающий момент турбины, Н-м; ют - угловая скорость вращения турбины, рад/с.

Изменение кинетической энергии /-й массы КП за время ^ соответствует выражению

АЕК/ = У-(/ -ю2/), (2)

где юн/, юк/ - начальная и конечная угловые скорости вращения /-й массы.

Энергия, передаваемая валами КП

за время ^, вычисляется по формуле

tб

Wуj = |Муу , (3)

0

где Wуj - суммарное количество энергии, переданной через у-й упругий элемент (вал КП) за время буксования фрикциона ^, Дж; Муу - вращающий

момент на у-м упругом элементе, Н-м; Ю/ - угловая скорость /-й массы, непосредственно связанной с у-м упругим элементом.

Энергия буксования к-го фрикциона Wф к, Дж, определяется по формуле

б

Щ к = | Мф кюф к

ж.

(4)

где Мф к - момент трения фрикциона,

Н-м; юф

- угловая скорость относи-скольжения фрикционных

>ф к

тельного дисков к-го фрикциона, рад/с.

На рис. 7, а представлена диаграмма баланса энергии при переключении 2 ^ 3, осуществляемом с нулевым перекрытием передач (вариант характеристик управления 1), а на рис. 7, б - при положительном перекрытии (вариант 3).

Приняты следующие обозначения

составляющих баланса энергии: еаек -суммарная кинетическая энергия, выделенная массами /3, 35, 3^ за время

tб в связи со снижением их угловых

скоростей; ЕАЕк - энергия, затраченная на увеличение кинетической энергии массы 37 в связи с ее разгоном;

Wуз - количество энергии, передаваемой через упругий элемент с3 за время tб в связи с циркуляцией энергии в

замкнутом контуре (знак «минус» в обозначении этой энергии означает, что она передаётся через замкнутый фрикцион Ф 2 к упругому элементу с3 и далее к

упругому элементу С4); Жу4 - количество энергии, передаваемой через упругий элемент С4 ; Жу5 - количество энер-

гии, поступающей через упругий элемент С5 к фрикциону Фн понижающего диапазона.

энергии Выход энергии

Рис. 7. Диаграммы баланса энергии в коробке передач

В табл. 2 приведены значения со- антов управления фрикционами при пе-

ставляющих компонентов потока энер- реключении 2 ^ 3 .

гии, полученные для исследуемых вари-

Табл. 2. Значения составляющих баланса энергии за время буксования фрикциона Ф3

Составляющая баланса энергии, кДж Вариант управления фрикционами

без перекрытия с перекрытием

1 2 3 4

Энергия гидротрансформатора Жт 95,6 118,8 104,3 108,1

Изменение кинетической энергии масс: ЕДЕ+ ЕДЕ- 9,8 -4,7 11,5 -3,1 10,4 -5,8 10,0 -5,6

Работа буксования фрикционов: Жф3 Жф2 -17,2 0 -23,8 0 -43,3 -1,5 -46,5 -0,9

Работа диссипативных элементов Жц -5,4 -6,3 -5,6 -5,3

Энергия в контуре циркуляции: Жу3 Жу4 0 95,7 0 128,2 -59,8 175,2 -66,0 181,2

Энергия на выходе КП Жу5 -84,6 -102,6 -66,0 -63,5

КПД Пк.п.ср 0,803 0,787 0,576 0,538

Из представленных диаграмм и табл. 2 видно, что в варианте управления фрикционами 3 в связи с циркуляцией энергии в замкнутом контуре через упругий элемент С4 передаётся 175,2 кДж энергии, в то время как в варианте 1

только 95,7 кДж, т. е. в 1,83 раза меньше. Это приводит к увеличению максимального значения вращающего момента на данном упругом элементе в 1,26 раза по сравнению с вариантом 1 (см. табл. 1). За тот же период времени

tб через упругий элемент С3 передается

59,8 кДж энергии. Это количество энергии и представляет собой энергию циркуляции, создающую перегрузку участка входного вала коробки передач, расположенного между фрикционами Ф2 и Ф3 (см. рис. 1).

Суммарные затраты (потери) энер-

гии в КП

WПот = - ^3 + Wф2 + ЕАЕ- + Ж

>3 + " ф2

). (5)

При переключении передач без перекрытия (вариант 1) суммарные потери составляют 27,3 кДж, а с перекрытием они возрастают в 2,06 раза и равны 56,2 кДж. При этом работа буксования Wфз фрикциона Ф3 увеличивается в

2,52 раза.

Среднее значение КПД коробки передач пк.п.ср за время буксования tб

фрикциона Ф3 можно вычислить по формуле

Лк.п.ср = К5/ ^подв

(6)

где 2WIIOдB - суммарное количество энергии, подводимое к КП за время tб,

^подв = Wт +ЕАЕк .

(7)

Значения КПД приведены в табл. 2.

Выводы

1. Предложена новая математическая модель описания физических свойств гидромеханической трансмиссии автомобиля, позволяющая выявлять возникновение замкнутых контуров

циркуляции энергии при переключении передач, исследовать нагрузки элементов этих контуров, их влияние на нагрузки во всех других элементах трансмиссии, теплонапряженность фрикционов и характеристики движения автомобиля в интервале времени переключения передачи.

2. Установлено, что при переключении передачи с перекрытием характеристик управления фрикционами в коробке передач возникает замкнутый контур циркуляции энергии, при этом величина передаваемой энергии в одном из упругих элементов контура, соединяющих между собой включаемый и выключаемый фрикционы, значительно превышает количество энергии, подводимой к коробке передач от двигателя и гидротрансформатора на интервале времени переключения передачи.

3. Положительное перекрытие передач приводит к значительному возрастанию моментов динамической нагрузки всех валов трансмиссии, увеличивает работу буксования фрикциона включаемой передачи, амплитуду изменения ускорения автомобиля и величину падения его скорости на интервале времени переключения, ухудшает комфортность автомобиля.

4. Оптимальные значения показателей качества процесса переключения передачи достигаются при нулевом перекрытии характеристик управления фрикционами включаемой и выключаемой передач при одновременном синхронном разблокировании гидротрансформатора на время осуществления переключения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Альгин, В. Б. Расчёт мобильной техники. Кинематика, динамика, ресурс / В. Б. Альгин. -Минск : Беларус. навука, 2014. - 271 с.

2. Гируцкий, О. И. Электронные системы управления агрегатами автомобиля / О. И. Гируцкий, Ю. К. Есеновский-Лашков, Д. Г. Поляк. - М. : Транспорт, 2000. - 213 с.

3. Нарбут, А. Н. Гидромеханические передачи автомобилей / А. Н. Нарбут. - М. : Гринлайт, 2010. -

192 с.

4. Мельников, А. А. Управление техническими объектами автомобилей и тракторов / А. А. Мельников. - М. : Академия, 2003. - 376 с.

5. Савич, Е. Л. Легковые автомобили / Е. Л. Савич. - Минск : Новое знание, 2009. - 651 с.

6 Тарасик, В. П. Интеллектуальные системы управления автотранспортными средствами: монография / В. П. Тарасик, С. А. Рынкевич. - Минск : Технопринт, 2004. - 512 с. : ил.

7. Диагностирование гидромеханических передач мобильных машин : монография / Н. Н. Горба-тенко [и др.] ; под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. В. П. Тарасика. - Могилев : Белорус.-Рос. ун-т, 2010. -511 с.

8. Тарасик, В. П. Моделирование процесса нагрева многодисковых фрикционов гидромеханической передачи / В. П. Тарасик, Ю. С. Романович, В. С. Савицкий // Вестн. Белорус.-Рос. ун-та. - 2012. -№ 1. - С. 107-117.

9. Тарасик, В. П. Математическое моделирование технических систем : учебник для вузов / В. П. Тарасик. - Минск : Дизайн ПРО, 2004. - 640 с.

10. Чудаков, Е. А. Избранные труды. Теория автомобиля / Е. А. Чудаков. - М. : Изд-во АН СССР, 1961. - Т. 1. - 463 с.

11. Большая Советская Энциклопедия : в 30 т. - 3-е изд. - М. : Советская энциклопедия, 1970-1978.

Статья сдана в редакцию 31 марта 2015 года

Владимир Петрович Тарасик, д-р техн. наук, проф., Белорусско-Российский университет. E-mail: avto@bru.mogilev.by.

Юрий Сергеевич Романович, ст. преподаватель, Белорусско-Российский университет. E-mail: rys@tut.by.

Vladimir Petrovich Tarasik, DSc (Engineering), Prof., Belarusian-Russian University. E-mail: avto@bru.mogilev.by. Yury Sergeyevich Romanovich, senior lecturer, Belarusian-Russian University. E-mail: rys@tut.by.