CC BY
25УДК 629.113
В. Н. Катаргин, В. М. Терских, М. В. Сюбарь
Особенности эксплуатации и организация технического обслуживания
преселективных трансмиссий
Поступила 13.12.2018
Рецензирование 17.01.2019 Принята к печати 11.02.2019
Статья посвящена исследованию конструктивных особенностей и классификации закономерностей отказов, происходящих в преселективных трансмиссиях легковых автомобилей, а также возможных путей их предотвращения при организации технического обслуживания.
Длительные наблюдения за реальной эксплуатацией автомобилей показали, что данные трансмиссии на определенных этапах использования начинают отказывать, что несет за собой очень серьезные последствия.
Анализ эксплуатации коробки переключения передач (КПП) проводился на примере 01501 - полноприводной модели 7-ступенчатых преселективных трансмиссий DSG-7 с двойным «мокрым» сцеплением. В данной КПП появляются неисправности, которые отмечены в статье. Эти отказы проявляются уже на небольших пробегах - от 60 до 100 тыс. км.
Результат работы заключается в выявлении причин отказов преселективных трансмиссий, для которых необходим стенд, позволяющий при различных условиях эксплуатации подтвердить выдвигаемую гипотезу о загрязнении полости КПП и самого блока «мехатроник» абразивными частицами, образующимися от работы двойной фрикционной муфты. Схема стенда состоит из аксиально-поршневого насоса с электродвигателем, который присоединен к масляному насосу от преселективной транмиссии либо к любому другому с таким же номинальным давлением.
Выявленные закономерности отказов позволят производить дополнительные профилактические воздействия на данную коробку переключения передач с целью увеличения срока ее службы.
Ключевые слова: ББО, КПП, мехатроник, преселективные трансмиссии, эксплуатация, отказ.
Введение
Direct Shift Gearbox (DSG) - КПП с синхронизированным переключением, гибрид механической и автоматической коробки передач. Переключение передач и привод сцепления взяты из системы электрогидравлического управления. Сочетание сдвоенного сцепления и электрогидравлического управления позволяет включать две передачи одновременно.
В настоящее время эти трансмиссии получают все большее распространение, поскольку имеют высокий КПД (до 97 %), что положительно сказывается на объеме вредных выбросов в атмосферу. Также они имеют более низкую себестоимость по сравнению с гидравлическими.
Длительные наблюдения за эксплуатацией DSG в реальных условиях показали: данные трансмиссии на определенном этапе использования начинают отказывать, что имеет серьезные последствия, приводящие к замене этих агрегатов либо дорогостоящему ремонту. Перечень отказов некоторых моделей таких трансмиссий представлен в табл. 1.
Рассмотрим более подробно характеристику КПП DL501. Она была разработана в 2008 г. Ее полноприводная модель - 7-ступен-чатая преселективная трансмиссия Б80-7 с двойным «мокрым» сцеплением получила название БЬ501 (0В5). КПП конструктивно поделили на две части - механическую и гидравлическую. В механической располагается 7-ступенчатая трансмиссия, в которой используется масло для механических КПП, а в гидравлическом отсеке - двойная фрикционная муфта и блок управления «мехатроник», где используется специально разработанная для этих агрегатов автоматическая трансмиссионная жидкость [1, 2]. КПП рассчитана на передачу крутящего момента до 550 Н-м. Характеристика БЬ501 (0В5) представлена в табл. 2.
Наиболее часто возникающие неисправности коробки передач DL501 (0В5): рывки при переключении либо движении с места, удары при переключении передач, несвоевременное включение передач, уходы трансмиссии в «ошибку», ограничение режимов работы КПП или двигателя внутреннего сгорания, блокировка КПП.
Таблица 1
Проявление отказов трансмиссий DSG
Неисправности DQ250 DQ200 0BH DL501
Вибрации в двойном сцеплении + + + +
Износ двойного сцепления + - + +
Износ соленоидов + - + +
Отказ «вилок» переключения передач - + + +
Неисправность датчиков частоты вращения и положения включенной передачи - - - +
Трещины поддона и корпуса фильтра - - - +
Таблица 2
Характеристики коробки передач DL501 (0B5)
Критерий Характеристика
Наименование Производитель: DL501-7Q. Сервисное обозначение: 0B5. Торговое название: S-tronic
Разработка и производство Audi AG, г. Ингольштадт. Завод Volkswagen, г. Кассель
Модель КПП 7-ступенчатая с двойной фрикционной муфтой, синхронизированная с электрогидравлическим управлением
Двойная фрикционная муфта Две охлаждаемые маслом многодисковые фрикционные муфты с электрогидравлическим управлением
Управление Блок «мехатроник», включающий в себя блок управления гидравлической системой, электронный блок управления и часть датчиков и исполнительных механизмов. Спортивная программа переключения и программа «Tiptronic» для ручного переключения передач
Диапазон передач До 8,1
Крутящий момент До 550 Н-м при 9 000 об/мин
Масса 142 кг (с двухмассовым маховиком и рабочими жидкостями)
Теоретическая часть
Рассмотрим отказы DSG на примере ме-хатроника, так как это самый сложный и дорогой узел во всей трансмиссии. Его неисправности: 1) отказ соленоидов переключения передач; 2) отказ соленоидов переключения сцепления; 3) отказ соленоида давления главной магистрали; 4) отказ печатных плат.
Отказ соленоида заключается в неплотном прилегании диафрагмы к седлу клапана. Это обусловлено износом седла, диафрагмы либо ослаблением входящего на обмотку катушки сигнала. Конструкция соленоида представлена на рис. 1.
Данные неисправности при несвоевременном обнаружении могут нанести вред механизмам КПП, а также окружающей среде из-за вытекания рабочей жидкости и даже привести к возгоранию автомобиля. Попадание масла на горячие поверхности не допускается из-за его горючести.
Длительные наблюдения за реальной эксплуатацией показали, что данные трансмиссии начинают отказывать уже на небольших пробегах - от 60 до 100 тыс. км. Отказы несут
серьезные последствия, приводящие к замене самого агрегата либо дорогостоящему ремонту с заменой мехатроника и двойной фрикционной муфты. Хранение на складе автомобильного дилера данных запасных частей в необходимом количестве может быть экономически нецелесообразно с учетом их дороговизны и нестабильности возникновения спроса [3]. Поэтому к высокой стоимости ремонта часто добавляется значительное время простоя автомобиля.
Анализ отказов показал, что их основной причиной является появление в гидравлической системе загрязнений [4]. Диаграмма отказов представлена на рис. 2.
Признаки наступления предотказного состояния: 1) жесткое переключение передач;
2) рывки автомобиля при плавном разгоне;
3) вибрации при работе автомобиля с включенной передачей; 4) потеря тяги при разгоне. При проявлении данных симптомов с вероятностью 90-95 % идет повышенный износ сцепления. При этом данная проблема будет прогрессировать.
Рис. 1. Соленоид в разрезе
Рис. 2. Диаграмма отказов преселективных трансмиссий
Если речь идет о вибрации, то обычно она бывает такого характера: при разгоне на второй передаче в течение 1-2 с при объезде препятствия или возобновлении разгона между 5 и 10 км/ч.
Существует причинно-следственная связь между эксплуатационными свойствами рабочей жидкости и параметрами ее фильтрации, которые, в свою очередь, зависят от режимов работы и условий эксплуатации гидропривода. Также наряду с гидроабразивным износом гидравлических машин и гидроаппаратуры имеет место кавитационный износ, который возникает в местах, где скорость движения потока рабочей жидкости существенно превышает допустимую.
Кавитация часто возникает во всасывающей линии. Особенно часто - при низких температурах, когда вязкость масла повышается и
происходит разрыв потока жидкости во всасывающей линии [5].
В регионах с очень жаркими или холодными климатическими условиями данные трансмиссии использовать не рекомендуется. При перегреве рабочей жидкости значительно снижаются ее вязкость и фрикционные свойства. При переохлаждении КПП начинается ее некорректная работа из-за залипания соленоидов и снижения фрикционных свойств рабочей жидкости.
В процессе работы гидравлические жидкости подвергаются изменениям в широком диапазоне давлений, температур, скоростей потока и т. д. Из-за деградации масла, а также механического износа работающих совместно элементов в гидравлической системе возникает множество загрязнений. Чаще всего их размер не превышает 15 мкм. Металлические
загрязнители и абразивы вызывают износ трущихся сопряжений. Загрязнения, попадающие в гидросистему извне, также являются причинами нарушений работы и износа [6-8].
Большинство автоматических КПП выходит из строя именно зимой, и связано это с рядом факторов, среди которых, во-первых, отрицательная температура окружающей среды, которая пагубно сказывается на ресурсе КПП, во-вторых, пробуксовка колес автомобиля на льду во время начала движения или пробуксовка колес на месте.
Перед эксплуатацией в холодное время года жидкость в КПП должна прогреться до рабочей температуры. Иначе все ее механизмы будут работать в режиме масляного голодания. При этом загустевшая рабочая жидкость оказывает на фильтр высокое давление, с которым он не справляется, в результате чего выдавливаются прокладки, резиновые уплотнения и кольца. В итоге сокращается ресурс КПП [9, 10].
Исследовательская часть
В работе [11] авторами выдвигается гипотеза о том, что частицы, которые не обладают магнитными свойствами, являются продуктами износа двойной фрикционной муфты, выполняющей роль сцепления в этой трансмиссии. Они являются абразивными и наносят непоправимый вред элементам КПП.
Существенное влияние на надежность гидроагрегатов оказывают физико-химические свойства рабочих жидкостей, которые создают антифрикционную среду для работы деталей. Особое влияние на работоспособность пар трения оказывает загрязненность масел нерастворимыми твердыми частицами.
В гидравлических системах, несмотря на наличие фильтров, находятся продукты атмосферного загрязнения и элементы износа, размеры которых соизмеримы с зазорами сопрягаемых деталей или щелевых уплотнений.
Твердость частиц абразивного загрязнения значительно превышает твердость материала, из которого изготовляют детали. Частицы с рабочей жидкостью попадают в зазоры между рабочими поверхностями сопрягаемых деталей, вызывают увеличение сил трения и могут привести к заклиниванию деталей. Концентрация загрязнений в жидкости
неравномерна, число частиц малого размера значительно превышает число частиц крупного размера [11-13].
В связи с этим возникает необходимость в разделении параметров рабочей жидкости на диагностические, по которым следует оценивать техническое состояние узлов и агрегатов гидросистемы, и браковочные, по которым следует оценивать свойства и состояние работающей жидкости. Для оценки диагностических параметров применяется эмиссионный спектральный анализ жидкости, а для оценки браковочных свойств - методы физико-химического анализа масла. В результате исследования причин отказов КПП были выявлены три основные причины: производственный дефект, нарушение технологии ремонта, несоблюдение правил эксплуатации [11].
Для того чтобы вовремя произвести замену рабочей жидкости и фильтров, авторами предлагается создать прибор, позволяющий оценивать параметры состояния рабочей жидкости в трансмиссии DSG-7 (рис. 3). Данный прибор позволит измерять температуру рабочей жидкости, выходящей из двойной фрикционной муфты, и на основе анализа этих температурных характеристик выводить на жидкокристаллический индикатор предупреждение о ее состоянии.
Для исследования причин и закономерностей отказов, а также для проверки оценки прибором технического состояния рабочей жидкости необходим стенд (рис. 4), позволяющий при различных условиях эксплуатации наблюдать происходящие в КПП изменения. С помощью стенда проверяется выдвинутая авторами гипотеза о загрязнении полости КПП и самого ме-хатроника абразивными частицами износа двойной фрикционной муфты.
Стенд состоит из DL501 в собранном виде (блок управления «мехатроник», масляный насос, фрикционная муфта, шестерни и т. д.) фитингов и шлангов для подачи рабочей жидкости, манометра, элемента питания для управления соленоидами, радиатора охлаждения рабочей жидкости.
Принцип работы стенда. Электродвигатель передает вращательный момент на первичный вал КПП, вращая тем самым масляный насос трансмиссии (рис. 5). Рабочая жидкость посту-
Рис. 3. Принципиальная схема прибора, позволяющего оценивать технические параметры
рабочей жидкости
Рис. 4. Схема стенда для испытания блока «мехатроник»
пает в мехатроник, управляющим соленоидами в количестве 10 штук (каждый открывается отдельно). Далее давление подается на тот или иной соленоид, чтобы измерить его с помощью манометра и сравнить с номинальным, что позволяет выявить неисправности. По разнице в номинальном давлении и времени срабатывания можно выявить неисправность соленоида, неисправность магистралей, уплотнительных соединений, отказ определенного датчика либо отказ микросхемы управления.
Проверка гипотезы о влиянии загрязнений осуществляется путем сравнения нового соленоида с номинальными значениями, такими как время открытия клапана и удерживаемое давление. Также предлагается сравнивать рабочие посадочные полости в соленоиде путем исследования с помощью электронного микроскопа и химического анализа рабочей жидкости после воздействия на фрикционную часть критическими температурами нагрева или охлаждения. Перегрев рабочей жидкости
Рис. 5. Элементы гидравлической системы DL501
коробки передач негативно сказывается на ее работе, поскольку из-за него теряется давление в системе подачи масла, которое не дает фрикционным дискам сомкнуться полностью, что приводит к их пробуксовке и подгоранию. Переохлаждение также является губительным для данных типов трансмиссий, поскольку холодная рабочая жидкость имеет высокую вязкость и не может с требуемой скоростью и в полной мере создать необходимое давление, что тоже приводит к пробуксовке фрикционной муфты и появлению в ней инородных механических продуктов износа.
Вывод
Негативные эксплуатационные факторы, рассмотренные в данной работе, при несвоевре-
менном устранении могут нанести вред механизмам КПП, окружающей среде и повлечь за собой потерю престижа и лояльности клиентов к автомобилям с данными трансмиссиями.
Анализ причин отказов этих трансмиссий показывает, что при эксплуатации необходимы дополнительные профилактические работы при появлении первых признаков неисправностей КПП. В суровых климатических условиях желательно сократить интервал замены рабочей жидкости с 60 до 40 тыс. км, поскольку данные трансмиссии очень чувствительны к загрязнению. Поэтому большего эффекта можно добиться путем замены подгоревших фрикционов и рабочей жидкости вместе с фильтрами.
Библиографический список
1. Erjavec J. Automatic Transmissions and Transaxles // Today's Technician. 7th ed. 2018. P. 585.
2. The 02E Direct Shift Gearbox Design and Function // Volkswagen of America, Inc. Service Training. 2004. № 851403. 69 p.
3. Katargin V. N., Terskikh V. M. Improving the efficiency of maintenance and repair on enterprises official dealers using the automated system inventory management // Politechniki Krakowskiej : Technical transaction (Mechanics). 2012. Vol. 4, iss. 9. Р. 181-185.
4. The 10 Most Common Transmission Problems & How to Fix Them. URL: https://www.transmissionrepair-costguide.com/10-common-transmission-problems (дата обращения: 10.05.2018).
5. Тимошенко В. Я., Новиков А. В., Жданко Д. А. Методы повышения безотказности гидрооборудования техники // Механизация и электрификация сельского хозяйства : межведомств. тем. сб. Минск, 2012. С. 310-316.
6. Диагностика технического состояния фильтрующего элемента гидросистемы / Н. В. Бышов, С. Н. Борычев, В. В. Акимов, А. А. Голичев, Г. К. Рембалович, М. Ю. Костенко // Вестник Рязянского государственного агротехнического университета. 2017. № 1 (33). С. 63-68.
7. Коаксильный фильтрующий элемент фильтра гидравлического масла гидросистем технических средств / И. М. Вертячих, В. И. Жукалов, И. И. Суторьма, А. А. Пищенко // Чрезвычайные ситуации : образование и наука. 2015. № 1. С. 96-100.
8. Гурьянов Г. А. Комбинирование способов очистки рабочих жидкостей гидросистем для повышения ее эффективности // Вестник МАДИ. 2014. № 1 (36). С. 33-39.
9. Габалов Г. М., ХанустрановМ. Д., Курамагомедов З. К. О некоторых аспектах эксплуатации АКПП в зимних условиях // Вестник Махачкалинского филиала МАДИ. 2014. № 14. С. 19-21.
10. Q&A: Jeep YJ & TJ Wrangler Axles, Transmissions and Transfer Cases. URL: http://www.4wdmechanix.com/Jeep%252BQ%252526A-yj-and-tj-wrangler-axle-transmission-transfer-case-driveline (дата обращения: 10.04.2018).
11. Чокубаев О. А., Ляпина О. В., Власов Ю. А. Диагностика гидросистем карьерных самосвалов по параметрам работающего масла // Избранные доклады 62-й университетской научно-технической конференции студентов и молодых ученых. Томск : ТГАСУ, 2016. С. 505-510.
12. Ереско С. П., Марченко А. С., Марченко С. Ю. Повышение надежности гидроцифрованных машин в условиях эксплуатации // Механики XXI веку. 2008. № 7. С. 158-161.
13. Разговоров К. И. Исследование причин отказов и неисправностей гидромеханических трансмиссий легковых автомобилей // Новые материалы и технологии в машиностроении. 2017. № 25. С. 95-99.
V. N. Katargin, V. M. Terskikh, M. V. Subar
Exploitation Peculiarities of Preselective Transmissions
Abstract. This article is devoted to the study of design features and classification of failure patterns occurring in preselective transmissions of Audi vehicles, as well as possible ways to prevent them.
Long-term observations of the car operation showed that these transmissions are beginning to fail at certain stages of use that has serious consequences.
The analysis of the gearbox operation by the example of the DL501 is the all-wheel drive model of the 7-speed DSG-7 preselective transmissions with double "wet" clutch. In this gearbox there are faults, which are observed in this article. These failures are already apparent on small runs - from 60,000 to 100,000 km.
After analyzing the theoretical part of the gearbox, as well as the features and failures of these transmissions, the result of this work is the identification of the reasons for the failures of preselective transmissions, with a use of the stand that allows confirming the suggested hypothesis under various operating conditions. The stand tests the hypothesis put forward by the authors about the contamination of the transmission chamber cavity and the mechatronics unit itself with abrasive particles formed from the operation of the double friction clutch. The stand layout consists of an axial-piston pump with an electric motor, which in turn is connected to the oil pump from the preselective transmission or to any other with the same nominal pressure.
The revealed patterns of failures will allow to make additional preventive influences on the given transmission with the purpose of increase in term of its service.
Key words: DSG; gear unit; mechatronic; preselective transmission; operation; failure.
Катаргин Владимир Николаевич - кандидат технических наук, профессор кафедры «Транспорт» СФУ. E-mail: katargin@gmail.com
Терских Виктор Михайлович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Транспорт» СФУ. E-mail: terskich_vm@gmail.com
Сюбарь Максим Владимирович - аспирант кафедры «Транспорт» СФУ. E-mail: syubarmaksim@gmail.com
