CC BY
21
тате устанавливалось максимальное эквивалентное напряжение (по IV теории прочности).
Расчеты были проведены в следующем диапазоне изменения параметров:
- относительная ширина пластины R/h составляла 10; 30; 50;
- относительный радиус выкружки r0 /h был равен 0,2 и 0,3;
- смещение Д центра выкружки в тело пластины составляло 0; r0.
По найденным напряжениям, используя формулы (1) и (2), вычислялся теоретический коэффициент концентрации напряжений к. Полученные результаты приведены в таблице и представлены графиками (рисунки 2, 3). На рисунке 2 даны результаты для случая r0/ h = 0,2. На рисунке 3 - для r0/h = 0,3. Сплошная линия - для выкружки с внутренней стороны балки, пунктирная - с внешней.
Таблица 1 - Теоретические коэффициенты концентрации напряжений в кривом брусе с круговой выкружкой
Схема смещение R/h = 10 R/h = 30 R/h = 50
0.2 0.3 0.2 0.3 0.2 0.3
Рис. 1б Д=0 1.76 1.47 1.76 1.44 1.66 1.41
Д= го 1.63 1.24 1.55 1.16 1.51 1.21
Рис. 1а Д=0 1.72 1.49 1.70 1.48 1.60 1.47
Д= Го 1.59 1.25 1.61 1.21 1.50 1.15
M ^^ A=0
Л ___ \ ------
II
10 30 50
Рисунок 2 - Теоретический коэффициент концентрации напряжений
< ------
1 i
\ / Vh
10 30 S0
Рисунок 3 - Теоретический коэффициент концентрации напряжений
Полученные результаты дают возможность решать задачи подобного класса, не прибегая к программному комплексу.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тютрина Л.Н. Анализ и совершенствование импульсных рычажно-реечных механизмов для мускульных приводов: Автореф. дис....канд. техн. наук. Курган: КГУ, 2004. 16 с.
В.Б. Держанский, И.А. Тараторкин, С.В. Абдулов, Е.А. Бураков, А.В. Рылеев Курганский государственный университет, г.Курган
МОНИТОРИНГ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И РЕЖИМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ ДЛЯ АДАПТАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПЕРЕДАЧ
Для снижения динамической нагруженности ГМТ транспортной машины при переключении передач синтезируется программа управления на основе мониторинга технического состояния и режимов функционирования
Введение
Программа управления переключением передач ГМТ обычно синтезируется для определенных условий движения и номинального значения параметров конструкции системы. Однако в процессе эксплуатации существенно изменяются режимы функционирования и параметры конструкции, определяющие техническое состояние системы гидроуправления. Это приводит к задержке исполнения командных сигналов, отличию фактических режимов от расчетных и высокой динамической на-груженности ГМТ.
Описание и постановка задач
При изменении состояния или режимов функционирования фрикционных устройств необходима коррекция управляющих воздействий, направленная на снижение влияния этих изменений на качественные показатели работы трансмиссии. В противном случае процесс переключения передач будет сопровождаться толчками и ударами, увеличением работы буксования и износом дисков трения фрикционных элементов. Решение данной задачи необходимо реализовать на основе адаптивного управления, осуществляющего по результатам идентификации состояния фрикционных элементов и режимов работы двигателя и трансмиссии автоматическую настройку параметров системы управления и формирование управляющих команд на переключение передач с учетом указанных изменений.
Метод решения
Синтез программ управления переключением передач гидромеханической трансмиссии транспортной машины базируется на решении двух задач: определения условий переключения и блокировки гидротрансформатора, а также установления временной характеристики управления двигателем и фрикционными элементами, обеспечивающих качество переходных процессов.
Условием переключения передач и блокировки гидротрансформатора основной программы управления
гидромеханической трансмиссией обычно принимаются пороговые значения скорости движения на соответствующих передачах. В общем случае пороговые значения являются многомерными функциями вида
Vi^Vi±i =V(nf,mM,fc,a,
1 ' ' /±I ' У]; с'^тп^т'^шт ) • КОТОрые
определяются номером включенной передачи , массой машины тм, прогнозируемого сопротивления движению /с, формируемого свойствами грунта, его микро-и макропрофилем, интенсивностью изменения направления движения, характером управляющих действий водителя апт,ат,ашт ; их индивидуальным "окрасом", - производными управляющих действий. Определение условий переключения усложняется необходимостью реализации различных режимов движения.
В зависимости от требуемых свойств машины определяемая функция может быть многовариантной. Для обеспечения высоких динамических и скоростных свойств необходимо движение при максимальных ускорениях в течение всего процесса разгона, а переключение осуществляется из условия минимизации разности ускорений
на смежных передачах
к -к.
—> mm [1].
.; ' ./±1
Квалифицированный водитель выбор момента переключения передач производит интуитивно. При автоматизации процесса сложность выбора момента переключения передач заключается в том, что информационно - измерительная аппаратура позволяет измерить лишь текущее значение продольного ускорения на
передаче V^. Ускорение на смежной предлагается прогнозировать следующим образом. В соответствии с основным уравнением динамики движения машины оно определяется тягово-динамическими свойствами
{/В(У)) и сопротивлением движения (/с]
то есть
^ -/с).
При ограниченной интенсивности изменения сопротивления движению можно считать, что за время переключения оно изменится несущественно, а его значение определяется по уравнению
fc=(VD,J-VJ)/g-S-\ по
тягово-динамическои
пт
в положение
IlldX
ремещение или смещение ОС
начает потребность в интенсивном разгоне.
Существенным ограничением управления переключения передач является длительность процесса, которая определяется уравнением:
Рисунок 1 - Зависимость порогового значения скорости от ускорения при переключении передач
Графическая интерпретация этой зависимости приведена на рисунке 2.
В условиях поддержания безопасной скорости движения, при разгоне с невысокой интенсивностью (определяется медленным перемещением или неизменным
положением ОС ) управление целесообразно осуществлять по экономической программе, реализовать режим заданной скорости, выбега. В пределах включенной передачи скорость стабилизируется за счет изменения режима работы двигателя, а при невозможности - переключением передач.
характеристике можно определить частоту вращения вала двигателя, обеспечивающую необходимые условия переключения. Такое управление обеспечивает высокую степень синхронизации включаемых элементов, работа буксования может быть снижена до 60%, а максимальный момент - до 2-х раз.
На рисунке 1 приведена зависимость порогового значения скорости переключения передач от ускорения, из которого следует, что с повышением ускорения пороговое значение скорости переключения на высшие передачи смещается в сторону меньших значений, т.е. управление ГМТ необходимо осуществлять раньше базового значения. Необходимость разгона определяется по характеру воздействия водителя на ОС . Интенсивное пе-
Рисунок 2 - Зависимость требуемого времени переключения от допускаемого падения скорости и от коэффициента сопротивления движению
Наибольшие сложности определения условий переключения передач возникают при движении на затяжных спусках.
На рисунках 3, 4 показан процесс преодоления спуска (ос =26°). Для исключения влияния дополнительных факторов в процессе преодоления спуска остановочные тормоза не включались. Спуск начинался при движении на III и на II (рисунки 3 и 4) передачах.
или
0 5 " Ус Дт '
где ООу- допускаемое снижение скорости в процессе переключения.
км/ч
В процессе движения на III передаче на спуске с большим уклоном (а = 26°) педаль подачи топлива находилась в положении минимальной и частичной подачи, частота вращения вала двигателя устанавливалась 1200 об/мин. При движении отмечено резкое возрастание частоты вращения вала двигателя до максимальных оборотов и срабатывание системы защиты двигателя (срабатывание клапана слива). Увеличение оборотов двигателя сопровождалось автоматическим переключением передач "вниз" и "вверх", циклическими забросами двигателя по оборотам и последующим срабатыванием системы защиты двигателя. Движение сопровождается значительными динамическими перегрузками силового блока и рывками машины.
При преодолении спуска с большим уклоном (а = 26°) на II передаче (рисунки 3 и 4) водитель перевел педаль подачи топлива в положение, близкое к положению минимальной подачи. В этих условиях также происходит резкое увеличение частоты вращения вала двига-
теля и периодическое срабатывание защиты двигателя от заброса по оборотам. Это сопровождалось периодическими разрывами потока мощности от двигателя до ведущих колес, резкими изменениями частоты вращения вала двигателя, периодическим блокированием и разблокированием ГТ, что вызывало значительные рывки машины. При первом же срабатывании системы защиты частота вращения вала двигателя резко снизилась, и произошло автоматическое переключение на пониженную (I) передачу в процессе движения под уклон. Следует отметить, что автоматический переход со II на I передачу, имевший место при срабатывании системы защиты двигателя, привел к увеличению тормозного момента двигателя, передаваемого на ведущие колеса. В данных условиях происходит снижение скорости машины на спуске, однако переключение происходит с высокой цикличностью и уровнем динамических нагрузок. Таким образом, при движении на спусках следует исключить возможность переключения на высшие передачи.
0 -I-1-1-i-1-1-1- -5
О 5 10 1 5 20 25 1, с 30
Рисунок 3 - Изменение параметров при спуске с горы на III передаче (а = 26°)
0 -I-i-i-i-i-i-i-i-i-i-1- -1G
'0 5 10 15 20 25 30 35 4G 45,с 50
Рисунок 4 - Изменение параметров при спуске с горы на II передаче (а = 26°)
Для мониторинга признака движения на спуске в систему необходимо ввести датчик угла отклонения корпуса машины от горизонтали.
В зависимости от требуемого замедления управление поступательной скоростью является многовариантным и приведено в [2].
В настоящей работе рассматриваются вопросы управления гидромеханической трансмиссией. Наиболее эффективным торможением является рекуперация кинетической энергии. Однако проблема создания механического, молекулярного и других накопителей энергии находится в стадии решения. Наибольшие успехи в рекуперации энергии достигнуты в электромеханических трансмиссиях.
При торможении транспортной машины с ГМТ двигателем без использования остановочных тормозов ГТ работает в режиме обгона турбиной насосного колеса
(1ГТ >1)- Несмотря на многочисленные предложения,
направленные на повышение момента, развиваемого турбиной, в этом режиме его значение гораздо ниже, чем в тяговом, а конструкция значительно усложняется. Скорость движения с ограниченным замедлением эффективно управляется дополнительно вводимым гидрозамедлителем. При его отсутствии торможение двигателем можно осуществить при заблокированном ГТ. Признаком необходимости снижения скорости является уменьшение подачи топлива или перемещения педали торможения. При переходе на пониженный скоростной режим снижение скорости осуществляется за счет изменения режима работы двигателя. Если заданную скорость невозможно обеспечить изменением только лишь частоты вращения двигателя, необходимо перейти на пониженную передачу. При этом переключение на пониженную передачу осуществляется в соответствии с изложенными выше соображениями.
Выбор передачи, которая должна оказаться включенной при резком торможении, сопровождающимся значительным падением скорости, зависит от того, что намерен делать водитель после торможения.
В том случае, если торможение осуществляется до полной остановки, в коробке передач должна оказаться включенной I передача или "нейтраль". Если машина тормозится не до полной остановки, то необходимо, чтобы в конце торможения оказалась включенной та передача, которая в этот момент соответствует состоянию дороги и заданной скорости движения.
При ручном управлении водитель заранее выбирает передачу, соответствующую просматриваемому участку пути. При автоматизации переключение вниз в этих условиях должно осуществляться быстро и притом так, чтобы при резком увеличении нагрузки все последовательные переключения вниз от высшей передачи до низшей успели произойти за короткое время, в течение которого возрастает нагрузка, либо обеспечить переключение вниз сразу через несколько передач с предохранением двигателя от заброса по оборотам.
Анализ результатов исследований показывает, что решение второй задачи управления - определения временной характеристики управления двигателем и фрикционными элементами требует адаптации алгоритмов основной программы.
Временная характеристика управления двигателем и фрикционными элементами определяется из условия минимизации работы буксования при ограниченной динамической нагруженности.
г
шт Ьб = \Мф (7)(сод (7) - со2
о
при высоком быстродействии
/с ограничении динамичес-
АУ
кой нагруженности и приращения температуры. Последнее требует дополнения математической модели движения уравнением теплопроводности Фурье.
Анализ выражений для определения работы и времени буксования фрикционных элементов показывает, что на работу буксования существенно влияет величина
момента трения Мрр(^) и разность частот вращения ведущих СО^ (/) и ведомых СО2 (/) частей фрикционного устройства. Чем меньше момент Мрр^) при заданной разности А СО — СО^ ~ тем плавней пе~
рекпючаются передачи, однако при этом значительно возрастает время и увеличивается работа буксования. Следовательно, интенсивное нарастание момента
МТР до максимального значения в момент включения
фрикционного устройства при переключении передачи вызывает резкий рывок машины и существенные динамические нагрузки в трансмиссии. Медленный темп нарастания момента Мрр ведет к большой работе буксования фрикциона, поскольку к буксующим фрикционным элементам передается не только инерционный момент, но и крутящий момент М^ от двигателя (турбины гидропередачи).
Таким образом, плавность переключения передач и, следовательно, уровень динамических нагрузок в трансмиссии определяется характеристиками процесса переключения передач и, в первую очередь, соотношением частот вращения ведущих СО^ и ведомых СО2 частей фрикционного устройства и интенсивностью нарастания
момента тренияМрр . В связи с этим, система управления в процессе переключения передач должна в зависимости от начальных параметров {Щ, С02,М\,М2)
обеспечивать изменение частоты вращения двигателя с целью согласования угловых скоростей вращения ведущих СО^ , и ведомых СО2 частей фрикционных устройств
(ГМТ) и регулирование интенсивности увеличения Мрр
для реализации безударного включения передачи и предотвращения перегрева дисков трения фрикциона в результате длительного буксования.
Очевидно, что такой режим включения фрикционного устройства можно обеспечить путем связного управления режимами работы ДВС и трансмиссии, регулирования силы сжатия дисков за счет изменения по определенному закону рабочего давления в гидросервоприводе фрикционов выключаемой и включаемой передач, а также блокировки гидротрансформатора.
Временная характеристика давления управления в бустерах сервомоторов фрикционных элементов и изменения частоты вращения представлены на рисунке 5.
Длительность переключения определяется временем заполнения бустера ^ , временем регулирования
tр до окончания буксования фрикционного элемента. Переход к рабочему давлению вследствие ограниченной деформации пакета дисков происходит за сотые доли секунды. Анализ результатов исследования показывает, что длительность переключения определяется параметрами конструкции машины, трансмиссии и сопротивлением движению. В частности повышение быстродействия системы управления, уменьшение начальной скорости буксования, следовательно снижение работы буксования и динамической нагруженности способствует сближению передаточных чисел на смежных передачах трансмиссии для перекрытия параметров тяговой характеристики по скорости и удельной силе тяги.
Снижение динамического момента, нагружающего трансмиссию при переключении передач, может быть достигнуто адаптивным управлением каждого фрикционного элемента с учетом номера включаемой передачи. Это следует из зависимости качества переходного процесса от переменных упруго-инерционных свойств трансмиссии.
Рисунок 5 - Временная характеристика давления управления в бустерах сервомоторов фрикционных элементов и изменения частоты вращения
В большинство современных трансмиссий с тремя степенями свободы переключение смежных передач осуществляется заменой во включенное состояние только одного механизма управления. В связи с этим отдельные фрикционы используются для включения нескольких передач(таблица 1) Например, Ф1 для третьей, пятой и заднего хода, Т1 для второй и шестой.
Таблица 1
Номер передачи Включенный фрикционный элемент Частота вращения, об мин
Фг Фг Тг Т 1 2 Т3 бустера включаемой передачи дисков относительная
1 X X 0 -1167,2
2 X X 0 534,5
3 X X -1099,1
4 X X
5 X X
6 X X
Зх X X
При переключении передач снизу вверх, особенно с разрывом потока мощности, т. е. без перекрытия во времени, двигатель разгружается. Для исключения его раз-
гона и снижения динамических нагрузок в трансмиссии, необходимо уменьшить ОС . При переключении сверху
вниз увеличение частоты вращения вала двигателя способствует снижению динамических нагрузок. В этом случае для синхронизации фрикционных элементов необходимо увеличить ОС .
При связном управлении двигателем и фрикционами выключаемых и включаемых передач возможно плавное, по существу бесступенчатое переключение при
1ШП16 Фрикционных элементов, ограничения их нагрева и износа. При запаздывании включения фрикциона следующей передачи (недостаточное перекрытие) переключение сопровождается ростом динамической нагруженности. Раннее начало включения фрикционов следующей передачи приводит к циркуляции мощности. В отдельных случаях возможен существенный рост работы буксования выключаемого фрикциона, на которую тратится вся мощность двигателя, а выходной вал трансмиссии тормозится. В этих условиях увеличивается 1_б, происходит дополнительный нагрев и износ дисков. В определенных условиях это может привести к недопустимой перегрузке .
Предлагаемые подходы в синтезе управления для статически наиболее вероятного, самого продолжительного режима, не дают удовлетворительных результатов при интенсивном изменении условий движения.
Сокращение длительности переключения, особенно на низших передачах, работы буксования фрикционов за счет исключения циркуляции мощности, достигаются при включении в конструкцию механизма свободного хода (МСХ). Кроме того, это позволяет снизить потери мощности на трение в выключенных фрикционах и упрощается управление переходными процессами.
Для переключения на смежную передачу достаточно включить один фрикцион. В то же время введение в схему трансмиссии МСХ затрудняет осуществление торможения двигателем. Эффективное торможение достигается введением дополнительных управляемых фрикционных элементов, выполняющих функцию шунтирования и защиту МСХ от перегрузок. Такое решение используется во многих конструкциях фирм СМ, Крайслер, Форд, Тойота, Митцубиси, Ниссан, Вольво и многие другие.
В конструкциях с установленным на выходе ГМТ гидрозамедлителем влияние рассмотренных ограничений уменьшается.
Динамическая нагруженность трансмиссии может быть сокращена при компенсации задержки исполнения командных сигналов, минимизации отклонения фактических режимов от расчетных, возникающих вследствие изменения условий движения, температуры и быстродействия системы. Для этого необходимо обеспечить быстрое за 0,2...0,3 сек наполнение бустеров до давления 0,05...0,30 МПа, обеспечивающего силу на поршне, равную предварительному поджатию пружин в выключенном состоянии, при ограничении температуры дисков для фрикционов с высокой относительной скоростью в выключенном состоянии. Для быстрого заполнения необходим резерв производительности гидронасоса или введение в систему гидроаккумулятора.
Длительность заполнения бустеров зависит от давления в гидравлической системе, сопротивления магистрали, от параметров технического состояния и функционирования. Из анализа технического состояния метал-локерамических дисков фрикционных элементов с нарушенной работоспособностью следует, что в процессе эк-
сплуатации толщина пакета дисков может отклоняться от номинального значения вследствие износа или коробления дисков и соответствующим изменением объема бустеров, длительности их заполнения и буксования фрикционных элементов. Коробление (конусообразность формы) дисков возникает при неравномерном перегреве и направленности градиента температур от центра к периферийной части. Коробление МКД приводит к неполному включению передачи, увеличению работы буксования и приращению температуры деталей фрикционного элемента. При обратном направлении градиента температур деформация дисков приводит к увеличению силы сопротивления осевому перемещению дисков, в пределе нарушая их подвижность. Кроме того, длительность заполнения бустеров зависит от длины и сопротивления масляных каналов магистрали, утечек рабочей жидкости. Утечки не стабильны в процессе заполнения, зависят от вязкости масла и увеличиваются в процессе эксплуатации (по ТУ от 1-го до 6-ти литров в минуту) из-за износа уплотнений. Начальное давление в бустерах, вращающихся с различной на каждой передаче скоростью, также отличается.
Для выполненных конструкций длительность заполнения бустеров составляет 0,30...0,38 сек в четырехступенчатой ГМТ и 0,5... 1,2 сек в шестиступенчатой.
После заполнения бустеров, которое целесообразно произвести с упреждением, осуществляется регулирование давления, создающего необходимый момент трения фрикциона:
МТР = (
с° м
где
3,
пр
приведенный момент инерции
т -¿м^т/
момент сопротив-
ления движению с учетом инерционнои составляющей
V -1
тр]
номинальном
значении
МТРо=Р^-ЯсрР-/ск. в
ср
раметры конструкции, входящие в уравнение, отличаются от номинальных значений. Так коэффициент трения зависит от относительной скорости скольжения ведущих
Р
и ведомыхдисков
АсоЯ
пературы р \л износа дисков. В связи с этим уравнение момента трения дополняется и приводится к виду:
А//У у; — Д// у 'У; 0
дМтр
и
в котором частная производная при номинальном значении (0) параметров ¿/г(7 =1...и) является коэффициентом значимости - степени влияния отклонения
каждого параметра. Необходимое давление Рр в конце регулирования определяется из уравнения
Р — м тр /
р ~ /гЯ /</' ■
/ ср J ск
Интенсивность нарастания давления от Р^до Рр, до окончания буксования фрикционов, является искомой функцией и зависит от принятых критериев и ограничений. Например, для обеспечения минимума 1_б и коэффициента динамической нагрузки не свыше 1,1 в совокупности с уменьшением ОСпт давление в процессе буксования фрикциона должно быть постоянным (гр. 1 на рисунке 5) или несколько уменьшаться (гр.2, рисунок 5) в зависимости от реализуемой зависимости коэффициента трения скольжения от скорости. Переход к рабочему давлению осуществляется по окончании буксования.
При этом для бустера с параметрами системы гидроуправления (в связи с отсутствием данных по исследуемой трансмиссии приводятся данные для машины "Скорпион" с двигателем ЯМЭ-534 и 6-ступенчатой ГМТ) работа буксования составляет 0,8 кДж, длительность процесса 1,3... 1,5 сек., а приращение температуры МКД 20°С, т.е. параметры находятся в допустимых пределах. Такая характеристика возможна при переключении на высшие передачи и незначительном сопротивлении движению (У < 0,05). В то же время, при движении на низших передачах и с большим сопротивлением
> 0,20 ) такое управление приводит к цикличное-
</с
Первое слагаемое в скобках определяет величину, необходимую для синхронизации элементов, а второе и третье - для преодоления инерционных составляющих
турбины JJ и машины J . Следует отметить, что
вследствие свойств гидротрансформатора момент на турбине может быть существенно уменьшен при ее синхронизации с насосным колесом и, более того, стать отрицательным при обгоне турбиной насосного колеса.
Момент трения фрикциона является функцией давления р и параметров конструкции (числа пар трения
2среднего радиуса дисков Рср, площади контакта р и
реализуемого значения коэффициента трения /ск)- При
параметров
! реальных условиях па-
ср, удельного давления ~,тем-г
ти переключения и снижению динамических качеств машины. В этом случае, вследствие ограниченного быстродействия, снижается возможность синхронизации процесса изменения скоростного режима работы двигателя. В таких условиях необходимо увеличение давления в бустере до 0,7 МПа (гр.З). Это приводит к увеличению работы буксования в 1,3 раз, увеличению коэффициента динамичности до 1,6, но сокращается длительность переключения с 1,3 ...1,5 сек до 0,6..0,8сек, т.е. в 1,8...2,1 раза, исключается цикличность переключения и повышается подвижность машины. Работа буксования за одно переключение возрастает, а удельная на км пути из-за сокращения числа нерациональных переключений уменьшается. Таким образом, в зависимости от условий движения ограничение целевой функции изменяется и необходимо адаптировать программу управления переключением передач [3].
К фатальным явлениями следует отнести недовклю-чение передач (фрикциона) и неполное выключение. В этом случае происходит интенсивный износ дисков, их перегрев и нарушение работоспособности трансмиссии. Возникновению отказа всегда предшествует события, определяемые по косвенным параметрам - уменьшение подачи насоса, увеличение биения его шестерен,
вибрации, уменьшение и флуктуация давления рабочей жидкости, увеличение работы буксования.
Из приведенного следует, что адаптивное управление должно базироваться на мониторинге и диагностике технического состояния.
При изменении состояния или режимов функционирования фрикционных устройств необходима коррекция управляющих воздействий, направленная на снижение влияния этих изменений на качественные показатели работы трансмиссии. В противном случае процесс переключения передач будет сопровождаться толчками и ударами, увеличением работы буксования и износом дисков трения фрикционных элементов. Решение данной задачи необходимо реализовать на основе адаптивного управления, осуществляющего по результатам идентификации состояния фрикционных элементов и режимов работы двигателя и трансмиссии автоматическую настройку параметров системы управления и формирование управляющих команд на переключение передач с учетом указанных изменений.
Учет такого количества параметров повышает контролируемость и диагностируемость объекта и возможность повышения качества процессов управления. Однако это приводит к увеличению количества датчиков, повышению требований к системе сбора и обработки информации, усложнению алгоритмов функционирования системы управления. В связи с этим систему информационного обеспечения необходимо разделить. При диагностике и контроле технического состояния использовать максимум информации, а для управления переходными процессами обходиться минимумом, т.е. управление должно осуществляться в условиях недостаточности информации об объекте управления, его технического состояния и условиях функционирования.
В технологически отработанных и надежных золотниковых коробках регулирование основано на изменении площади проходного сечения и использовании клапанов плавности. Адаптация характеристики управления фрикционным элементом затруднительна. Во-первых, невозможно организовать предварительное заполнение бустеров. Во-вторых, вследствие инерционности золотника затруднено управление широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) управляющего сигнала. Менее надежными, требующими высокого уровня сервиса, чистоты, стабильности и вязкостно-температурных свойств масла, но позволяющими адаптировать характеристику, являются конструкции клапанов картриджного исполнения золотникового типа с пропорциональными электромагнитами (соленоидами).
Особое значение при управлении гидромеханической трансмиссией имеет учет теплового режима в системах силового блока, давления, уровня и утечки рабочей жидкости. Процесс регулирования теплового режима силового блока характеризуется количеством тепла, отдаваемого теплоносителю и рассеиваемого системой охлаждения в единицу времени, являются функциями целого ряда параметров.
Линеаризованное дифференциальное уравнение изменения температуры теплоносителя в соответствии с которым синтезируется управление, обычно представляют в виде:
где 71- постоянная времени системы охлаждения; К - коэффициент усиления регулирующего органа
при подаче дополнительного воздуха; У (У) - функция,
характеризующая возмущающие воздействия, вызванные изменением внешних условий и режимов работы двигателя и трансмиссии.
Поскольку коэффициенты 21 и К^ изменяются в широких пределах при изменении условий движения и режимов работы силовой установки и трансмиссии, то и характер переходных процессов в системе охлаждения также существенно зависит от этих факторов. Вследствие этого качественное управление температурным режимом силовой установки и трансмиссии требует получения исходной информации об основных факторах, влияющих на процесс регулирования, что в связи с большим числом параметров и сложностью (а иногда невозможностью) их измерения представляет определенные трудности. Решение данной задачи, направленное на обеспечение эффективного функционирования системы управления тепловым режимом работы двигателя и трансмиссии при изменении внешних условий, режимов работы и параметров объекта, может быть реализовано на основе адаптивных алгоритмов управления.
Управление тепловым режимом работы двигателя и трансмиссии направлено на поддержание рекомендуемой температуры в системах двигателя и ГМТ при различных режимах работы и условиях функционирования машины и обеспечивает повышение эксплуатационных свойств.
В случае выхода значений температуры, давления или уровня жидкости за пределы диапазонов, на которые разделена область эксплуатационных значений (рекомендуемый, допустимый, предельный и аварийный) режимов движения {Ум ,6) д), за счет изменения подачи топлива, переключения передач выбирают из условия защиты силового блока от критических режимов работы. Выходные параметры силового блока выступают в виде ограничений, пример которых приводится ниже. В условиях когда:
1) температура охлаждающей жидкости
30°С в течение 5 сек.;
2) температура масла в системе смазки двигателя 110°С <^СД <40°с в течение 3 сек.
управление осуществляется в зависимости от значения параметров. Если оно приближается в зону высших предельных значений (например, ^^ —> 120 °С,
то информация передается водителю и вводится в базу данных, открываются жалюзи, увеличивается частота вра-
^>0
щения вентилятора. Если через 5 сек. — и , то про-
Ш
исходит переключение Щ —^ 7?, увеличивается частота вращения вала двигателя, а нагрузка на двигатель уменьшается. Если позволяет температура масла в ГМТ, то можно разблокировать гидротрансформатор. Если значение температуры ниже предельной, то предусматривается запрет на включение передач кроме I, II и ЗХ, закрывает жалюзи, выключается вентилятор, разблокируется ГТ, а при температуре воздуха ниже -20°С, то включается подогреватель.
Обсуждение результатов и выводы
Адаптация программы управления позволяет снизить динамическую нагруженность в 2,1 раза, работу буксования фрикционных элементов в 1,4 раза, а также уменьшить цикличность переключений передач.
Мониторинг технического состояния двигателя и трансмиссии, режимов их функционирования, позволяет не только адаптивно управлять движением машины, но и выполнять функцию контроля. При возникновении фатальных ситуаций (информация о критических значениях параметров: температуры, давления, уровня эксплуатационной жидкости, неполное включение или выключение фрикционов), список которых может быть дополнен, выхода параметров технического состояния за пределы допустимых диапазонов системы обеспечивает их локализацию, а выбор режима движения осуществляется из условия обеспечения параметров в допускаемых пределах.
Приоритет управления определяется по значимости параметров технического состояния. Система осуществляет также коррекцию ошибочных действий водителя, выполняя защитную функцию. В ситуации, когда необходимо обеспечить движение независимо от технического состояния, например в боевой обстановке при возникновении отказа и невозможности его локализации, системой предусматривается режим ручного или дублирующего управления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Держанский В.Б., Тараторкин И.А. Абдулов С.В. Динамическая
нагруженность гидромеханической трансмиссии транспортной машины при переходных процессах//Вестник Курганского государственного университета. 2005. №2 (02). Сер."Технические науки". Вып. 1. С.176-183.
2. Держанский В.Б., Жебелев К.С. Рылеев А.В. Система управления
торможением гусеничной машины // Вестник академии транспорта. Вып. 3 - 4. Уральское межрегиональное отделение, 2001. С.297-303.
3. Тарасик В.П., Рынкевич С.А., Интеллектуальные системы управле-
ния транспортными средствами. Минск: УП "Технопринт" 2004. 512с.
Б.М.Тверсков
Курганский государственный университет, г.Курган
ВКЛЮЧЕНИЕ ПЕРЕДАЧ В КОРОБКАХ ПЕРЕДАЧ
В статье рассматриваются способы включения передач в различных типах коробок передач и приводятся результаты исследований включения передач в гидромеханической коробке передач, используемой на тяжелых тягачах.
Для включения передач в автомобильных коробках передач используются синхронизаторы, фрикционы, шлицевые муфты, в том числе с торцевыми кулачками, а также смещение соединяемых шестерен. Передача заднего хода может включаться шлицевой муфтой или смещением блока шестерен, при этом в зацепление одновременно входят две пары шестерен.
Применение синхронизаторов в коробках передач легковых автомобилей стало обязательным в послевоенные годы. Спустя лет 20 синхронизаторы стали применяться и в коробках передач грузовых автомобилей. Тогда утверждалось, что в коробках передач грузовых автомобилей синхронизаторы не нужны, водители-профессионалы могут бесшумно включать передачи двойным выжимом педали сцепления. Нареканий на трудности включения передач не было, в том числе при работе коробок с такими мощными двигателями как В-2 (Д-12), устанавливаемыми на танках Т-34, позднее - на МАЗ-525 и др. Считалось, что при исправном сцеплении скрежет
зубьев включаемых шестерен появляется, если водитель не умеет включать передачи. Наибольшую трудность при включении передач составлял выжим педали сцепления или главного фрикциона, как было на Т-34, автомобиле ЗИС-5, где компрессор отсутствовал, а сервопружи-на на танке не создавала достаточное усиление.
Скрежет зубьев происходит также, если сцепление «ведет», т.е. двигатель не отключается полностью, особенно при включении передачи перед началом движения, когда разница в скоростях соединяемых деталей наибольшая.
В коробках грузовых автомобилей старых моделей, где передачи включаются смещением шестерен, в зацепление входят лишь 1,2...1,5 зуба, что вызывает повышенные нагрузки на зубьях, их износ и сколы со стороны включения. В коробках более поздних моделей для включения передач используются шлицевые муфты. В этом случае в зацепление одновременно входят все шлицы на муфте и шестерни, нагрузка на шлицы небольшая и потому они сохраняются. Далее появились муфты «легкого включения», в которых длинные шлицы чередуются с короткими, включение упростиолсь.
В настоящее время в коробках легковых автомобилей синхронизаторы ставят на всех передачах переднего хода. В коробках передач грузовых автомобилей первая передача, а иногда и вторая не синхронизированы. Передачи заднего хода синхронизаторов не имеют.
При включении передачи необходимо за десятые доли секунды остановить или разогнать ведомый диск сцепления, первичный и промежуточный валы с установленными на них шестернями, а также находящиеся в зацеплении с ними шестерни на вторичном валу. Если синхронизатор отсутствует, точного равенства оборотов соединяемых деталей в момент включения практически не бывает: хотя бы небольшая разница скоростей соединяемых деталей, но имеет место. Для лучшего включения зубья шестерен со стороны включения делаются заостренными. В момент включения скорости вращения выравниваются и передача включается.
Если имеется синхронизатор, выравнивание скоростей соединяемых деталей происходит за счет трения прижимаемого водителем фрикционного кольца синхронизатора. Это требует от водителя тяжелого грузовика прикладывать на рычаге переключения передач значительное усилие, что может приводить к быстрому утомлению, особенно если переключать передачи нужно часто, например, в тяжелых дорожных условиях. Но и при отсутствии синхронизаторов переключение становится утомительным, если детали коробки большие, оно производится часто. Так, со стороны водителей двадцатипятитонных самосвалов МАЗ-525, коробка которого несинх-ронизирована, а удельная мощность небольшая, имелись жалобы на трудность управления самосвалом при работах в карьере, где требовалось частое переключение передач. После установки за двигателем самосвала гидромуфты необходимость в переключениях передач сократилась в несколько раз и нарекания прекратились.
На тяжелом грузовике всегда имеется компрессор, для включения передач на нем можно использовать пневмоусилитель. Тогда прикладываемое при включении передачи усилие будет минимальным, а сила прижатия фрикционного кольца синхронизатора сколь угодно большой. Чтобы исключить повышенный износ фрикционных колец при этом, они должны быть соответственно развиты, удельные давления на их конусной поверхности не должны превышать рекомендуемые для синхронизаторов (1-1,5 МЧПа - для пары трения бронза-сталь без учета канавок на поверхности и аналогично 1,5...2 МЧПа -
