CC BY
20
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
05.20.00 Процессы и машины агроинженерных систем
УДК 621.865.8
DOI 10.3646ШР.2021.58.1.002
ОСОБЕННОСТИ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВАРИАТОРНОЙ ТРАНСМИССИИ
В. В. Лянденбурски1, канд. техн. наук, доцент; А. С. Иванов2, канд. техн. наук, доцент; И. И. Фахрутдинов1, В. А. Иванов2, канд. техн. наук
1 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства»,
г. Пенза, Россия;
2Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пензенский государственный аграрный университет», г. Пенза, Россия, т. 8(8412) 65-82-42 Е-mail: ivanov.a.s@pgau.ru
В настоящее время для перемещения различных грузов в сельском хозяйстве применяют автомобильный транспорт, в котором используют автоматические коробки переключения передач. При движении автомобилей происходит изнашивание элементов, что приводит к изменению параметров технического состояния транспортных средств, наблюдаТтся снижение эффективности переключении передач или невозможность перемещения транспортного средства. Основным элементом вариаторной трансмиссии, выполняющим диспетчерские функции, является клиноременная вариаторная передача. Существующие алгоритмы не позволяют с наименьшими затратами определить неисправность в автомобиле. Предлагается на основе анализа изменить алгоритм диагностирования коробки передач автомобилей. В результате ходовых испытаний с помощью прибора Consult III+ выполнены замеры степени нажатия педали акселератора, изменения скорости движения автомобиля и частоты вращения коленчатого вала двигателя в зависимости от времени, изменения степени открытия дроссельной заслонки и давления в топливной магистрали высокого давления для выявления неисправного состояния гидроблока коробки переключения передач. Время замера каждого из показателей не более 30 секунд. Имеющаяся система контроля не позволяет выявить отказ в работе коробки переключения передач. Определение неисправности при не переключении передач в автомобиле требует разработки алгоритма с использованием опросной части.
Ключевые слова: автомобиль, диагностирование, автоматическая коробка переключения передач, алгоритм.
Введение
В настоящее время в сельскохозяйственном производстве для перемещения людей и грузов используют современные транспортные средства, в которых переключение передач осуществляется с помощью автоматических коробок переключения передач. В процессе эксплуатации транспортных средств происходит износ элементов
трансмиссии транспортных средств, что приводит к изменению эксплуатационных свойств, наблюдаются толчки или удары при переключении передач или обездвиживание автомобиля. Трансмиссия обеспечивает возможность изменения и передачи крутящего момента на ведущие колеса. Исходя из этого, самой главной частью трансмиссии является коробка переключения передач.
Выделяют несколько типов КПП: механическая, автоматическая, роботизированная и вариаторная (CVT). Последняя появилась не так давно, но уже считается популярной в сравнении с другими КПП. Поэтому сейчас становятся известны характерные неисправности данной КПП.
Принцип работы С^ основан на передаче усилия между двумя шкивами ремнем или тороидами. Наиболее распространен клиноременный вариатор, где между двумя шкивами, ведущим и ведомым, установлен ремень, который и передает усилие. Ведущий шкив связан с двигателем, а ведомый с ведущими колесами (рис. 1).
Рис. 1. Клиноременная вариаторная передача
Передаточное число в таком механизме изменяется за счет меняющегося диаметра шкивов, поэтому шкивы, состоящие из двух половин конической формы, являются разборными. Расхождение и схождение половин обеспечивает изменение диаметра в точке контакта с ремнем.
Именно поэтому вариатор является бесступенчатой коробкой передач, обеспечивающей более точную передачу усилия от силовой установки к ведущим колесам, и называется Continuously variable transmission. Так как в начале движения требуется максимальное тяговое усилие, то половины ведущего шкива расходятся, поэтому в точке контакта диаметр шкива будет минимальным, а половины ведомого - сведены, для наибольшего диаметра. В результате ведомый шкив делает один оборот, а ведущий - несколько, при этом нагрузка на двигатель минимальна.
При наборе скорости передаточное число должно уменьшаться, что повышает скорость вращения на ведомом валу. Поэтому половины ведущего шкива сходятся, а ведомого - расходятся. Таким образом, за счет изменения диаметров достигается бесступенчатая смена передаточного числа.
В тороидном типе конструкция иная. Передача усилия выполняется роликами, зажатыми валами, которые имеют
тороидную форму. Изменение передаточного числа происходит за счет смены положения роликов.
Цель исследований - совершенствование алгоритма поиска неисправностей ва-риаторной трансмиссии на основе ходовых испытаний.
Задачи исследований включают выполнение ходовых испытаний автомобиля с вариаторной трансмиссией; разработку интеллектуального алгоритма выявления отказов.
Методы и материалы
Основной целью проведения экспериментальных исследований являлся сбор данных о влиянии изменения скорости перемещения на эксплуатационную надёжность автомобиля [1, 9-11]. Эксперименты осуществлялись в гг. Пенза, Москва и Самара на дилерских центрах марки Nissan и Infiniti.
Исходя из того, что возникновение неисправностей происходит при движении автомобиля, то определение неисправности трансмиссии автомобиля возможно при выполнении углубленного диагностирования [2-7, 18, 19] и отслеживания параметров с помощью оборудования дилерских центров при проведении ходовых испытаний.
На первый взгляд, вариатор достаточно прост, но это мнение ошибочно, так
как вариатор, кроме вариаторной передачи, имеет электронную систему управления, планетарный редуктор, гидротрансформатор и гидравлическую системы [2, 7, 15, 16]. Каждый элемент может выйти из строя.
Причины неисправности вариатора могут быть различны, но основной причиной является нарушение эксплуатации, то есть
нарушение периодичности замены рабочей жидкости, ее плохое качество и агрессивный стиль езды. Вариатор не терпит быстрой езды, активных разгонов, вождение на максимальной мощности, резкие торможения [6-8, 17-19]. Всё это приводит к перегреву КПП, а в дальнейшем к отказу трансмиссии.
~г
ERROR
I
END
Рис. 2. Алгоритм работы вариаторной трансмиссии
Согласно алгоритму работы вариаторной трансмиссии (рис. 2) вначале производится запуск двигателя (Start engine), затем селектор переводится в положение «D» (Drive) и скорость автомобиля увеличивается до 60 км/ч (Speed 60). Если степень нажатия на педаль менее 10 (А < 10), а скорость не ниже 40 км/ч (Speed 40), то состояние трансмиссии удовлетворительное. Если при степени нажатия на педаль более 10 (А > 10) скорость увеличивается до 85 км/ч (Speed 85), в результате возникают рывки и поддергивания (TWITCH) и снижении скорости до 75 км/ч (Speed 75), то это свидетельствует о наличии неисправности в работе трансмиссии (ERROR) и окончанию проверки (END)
В общем и целом, неисправности вариатора можно поделить на две группы:
неисправности в электронной системе управления и неисправности механической части [11-13, 16, 20].
Если неисправности электронной системы можно отследить благодаря диагностике, то с механической частью не всё так просто. Необходимо комплексно подойти к этому вопросу и отследить уже внешние признаки, которые, в некоторых случаях, могут соответствовать нескольким неисправностям. В нашем примере признаком неисправности являются рывки и подергивания. Для данного признака характерными неисправностями могут быть: отказ редукционного клапана масляного насоса и износ шлицевых соединений муфт планетарной передачи.
Результаты
Для получения информации о техническом состоянии трансмиссии прибор Consult III+ подключали к автомобилю [13-15, 25] и замеряли изменение его скорости движения и частоты вращения коленчатого вала двигателя с течением времени, изменение степени открытия дроссельной заслонки. На графиках (рис. 3-5) отражены показания контрольно-измерительных приборов в момент проявления неисправности. При
д
нажатии на педаль акселератора на экране прибора (рис. 3) отражается график степени нажатия педали акселератора (Д, доли от 0 до 8) с течением времени (^ с). При этом прибором производится фиксирование изменения скорости движения автомобиля (рис. 4). В случае нормальной работы агрегатов автомобиля скорость движения постоянно возрастает.
-12 оо
V,km/4 200_
-О оо
-о oi
5 ОН
1 1 О/
Рис. 3. Гоафик нажатия педали акселератора
17 07
t,c
I so
■I оо
' .11
-12.00
-е оо
-О о I
5 98
1 I 97
17 97
1,с
Рис. 4. Гоафик изменения скорости автомобиля
При неправильной работе автоматической коробки переключения передач не происходит постоянного возрастания скорости и частоты вращения (рис. 5). Так на рисунке 3 после набора частоты вращения
п, об/мин
7 ООО_
коленчатого вала двигателя до 6000 мин-1, происходит падение частоты до 2000 мин-1. Причиной снижения оборотов двигателя является падение давления топлива и закрытие дроссельной заслонки.
5250
3500
1750
-12 ОО
-е оо
-о о 1
598
1 1.97
I 7 97
tc
Рис. 5. График изменения оборотов ДВС
Неисправность редукционного клапана для такого вида КПП достаточно популярна. Со временем при работе механизма образуются продукты износа, которые попадают в рабочую зону редукционного клапана, тем
самым нарушая его работу. Соответственно, после этого давление в системе падает, что сказывается на работе шкивов, а именно в их согласовании, так как ремень
привода, который их связывает, начинает проскальзывать.
В таком случае, с данной неисправностью следует обратиться к специалистам, или может произойти повреждение конических поверхностей, после чего понадобится шлифовка с заменой ремня.
Чтобы точно знать, что именно необходимо проверить в первую очередь, возможно применение бортовой системы контроля. Простое использование системы в виде опроса позволяет обнаружить как можно больше причин неисправности (рис. 6). Благодаря бортовой системе контроля происходит не только облегчение нахождения причины, но и ее решения.
Для такой неисправности, как износ шлицевых соединений муфт планетарной передачи, причиной служит неправильная
эксплуатация вариатора. Незнающие водители начинают движение в раскачку, которое подразумевает включение положения D и R.
По правилам необходимо обязательно дождаться полной остановки автомобиля, а уже потом переключать рычаг КПП. В противном случае происходит повышенный износ и повреждение шлицевых соединений, что ведет за собой замену шестерен планетарной передачи. Признаки этой неисправности путают с проблемами в гидроблоке, но на вариаторах он надежный и выходит из строя крайне редко.
Для поиска неисправностей необходимо применение опросной части [13-15, 21-24], которая позволит выявить неисправность (рис. 6) трансмиссии.
Главное меню
Выберите, к какой части автомобиля относится неисправность Двигатель Трансмиссия Кузов
Тормозная система Рулевое управление Электр оо бо рудован [ [<; Ходовая часть
а) Гпавное меню
Вариатор
Выберите, в каком узле КПП имеется неисправность
Гидротрансформатор Планетарный ряд Гидравлическая система Устройство управления
Вардаторная передача
КПП
Выберите, какого типа КПП
• Механическая
• Автоматическая
• Роботизированная
• Вариатор
б) Выбор системы автомобиля
Вариатор
Выберите, в каком узле КПП имеется неисправность
Гидротрансформатор Планетарный ряд Гидравлическая система Устройство управления Вар!шторная передача
г) Выбор элемента в КПП
Вариаторная передача
Вероятные причины
неисправности
• Повреждение шлицевых соединений
• Нарушение работы редукционного клапана
• Проскальзывание ремня
• Разрушение ремня
е) Причины неисправности
в) Выбор типа КПП
Вариаторная передачи
Признаки неисправности
• Плохая динамика
• Пробуксовка
• Рывки, подергивания
д) Характер неисправности
Рис. 6. Окна программы Нива Поволжья № 1 (58) 2021 107
При этом будет сформирован отчет, в котором будут указаны характер и причины неисправности.
Заключение
Вариатор набирает всё большую популярность благодаря простоте конструкции и возможности изменения частоты вращения. В тоже время возникает сложность в процессе диагностирования данного агрегата.
Проведенные исследования показали необходимость применения новых алгоритмов и методов диагностирования вариаторов.
Предлагаемый аналитический блок позволяет производить анализ полученных данных с учетом разработанного алгоритма и опросной части выявить причины неисправности КПП.
Литература
1. Александровская Л.Н., Афанасьев А.П., Лисов А.А. Современные методы обеспечения безотказности сложных технических систем. Москва: Логос, 2001, 208 с.
2. Васильев В.И., Вершинани О.Г., Алексеев С.М. Оценка критериев диагностирования автоматических коробок передач на основе метода анализа иерархий. Известия ТулТу. Сер. Технические науки. Вып. 4
3. ГОСТ 26-003-80 ЕССП. Система интерфейса для измерительных устройств с байт-последовательным и бит-параллельным обменом информацией. Москва: Издательство стандартов, 1980, 78 с.
4. ГОСТ 26-003-80 ЕССП. Система интерфейса для измерительных устройств с байт-последовательным и бит-параллельным обменом информацией. Москва: Издательство стандартов, 1980, 78 с.
5. ГОСТ Р 51709-2001 Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и условия проверки. Москва: Госстандарт России, 2005, 43 с.
6. ГОСТ Р 51709-2001 Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и условия проверки. Москва: Издательство стандартов, 2001, 43 с.
7. Кобзев А.А., Волдохин А.И. Этапы диагностирования и ремонта автоматической коробки передач. Автомобильная промышленность, 2012, № 4, с. 25.
8. Лянденбурский В.В., Тарасов А.И., Федосков А.В., Кривобок С.А. Вероятностно-логический метод поиска неисправностей автомобилей. Мир транспорта и технологических машин, 2011, № 4, с. 3-9.
9. Лянденбурский В.В. Иванов А.С. Совершенствование компьютерного обеспечения технической эксплуатации автомобилей: монография. Пенза, ПГУАС, 2012, 398 с.
10. Лянденбурский В.В., Шаронов Г.И., Нефедов М.В. Анализ и перспективы встроенных средств диагностирования автомобилей: монография. Lap-lambert-academic-publishing, 2014, 308 с.
11. Лянденбурский В.В., Иванов А.С., Родионов Ю.В., Кравченко Е.В. Виртуальное диагностирование топливной системы дизельного двигателя. Мир транспорта и технологических машин, 2012, № 4, с. 3-8.
12. Лянденбурский В.В. Встроенные средства для контроля работоспособности и перемещения автомобилей: монография. Пенза: ПГУАС, 2010, 112 с.
13. Лянденбурский В.В., Борисов Н.Б., Экимов П.М. Контроль неисправностей автоматической коробки передач. Бюллетень транспортной информации, 2017, № 10, с. 16-19.
14. Лянденбурский В.В., Экимов П.М. Ходовые испытания автоматической коробки передач. Бюллетень транспортной информации, 2018, № 1(271), с. 21-26.
15. Лянденбурский В.В., Тарасов А.И., Федосков А.В. Эффективность применения систем диагностирования и саморегулирования при эксплуатации автомобилей. Мир транспорта и технологических машин, 2011, № 1, с. 51-56.
16. Мадорский Л.В. Диагностирование автоматических коробок передач по внешним признакам. Автомобильная промышленность, 2017, № 12, с. 21-26.
17. Мишин С.В., Повтарев В.В., Тихомиров П.В. Современные методы диагностирования автоматической коробки передач. Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика, 2015, т. 3, № 5-3 (16-3), с. 59-62.
18. Рынкевич С.А. Закономерности гидравлических процессов в системах бортового диагностирования гидромеханических передач карьерных самосвалов и других мобильных машин. Вестник белорусско-российского университета. 2011, № 4 (33), с. 81-94.
19. Федотов А.И. Диагностика автомобиля: учебник для студентов вузов по направлению подготовки бакалавров и магистров Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов. Иркутский государственный технический университет. Иркутск, 2012, 289 с.
20. Федотов А.И. Технология и организация диагностики при сервисном сопровождении: учебник по направлению подготовки бакалавров Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов. Москва, 2015, 312 с.
21. Эвиев В.А. Методология повышения эффективности функционирования тяговых и тя-гово-приводных агрегатов за счет оптимизации эксплуатационных режимов: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Санкт - Петербург, 2005, 34 с.
22. Брукинг А., Джонс П., Кокс Ф. [и др.]. Экспертные системы: принципы работы и примеры. Перевод с английского; под редакцией Р. Форсайта. Москва: Радио и связь, 1987, 224 с.
23. Smith Tomas J. Effects of vision enhancement systems (VES) on older draivers ability to drive safely at night and inclement weather - Visual Human Factors Analisis of in-Vehicle Heads Up Displey (HUD). University of Minnesota, 2002, № 27, p. 54.
24. Tsang A.H. С Strategic dimensions of maintenance management. Journal of Quality in Maintenance Engineering, 2002, v. 8, № 1, p. 7-39.
25. Wemberg G., Harsham B., Medenica Zeljko., Wemberg G. Investigating HUDs or the presentations of choice lists in car navigation systems. Proc. of Driving Assessment, 2011, p. 195-202.
UDC 621.865.8
DOI 10.36461/NP.2021.58.1.002
THE PECULIARITIES OF MONITORING THE TECHNICAL CONDITION OF A VARIABLE SPEED GEARBOX
V. V. Lyandenburskiy1, Candidate of Technical sciences, Assistant-professor; A.S. Ivanov2, Candidate of Technical sciences, Assistant-professor; I.I. Fahrutdinov1, V.A. Ivanov2, Candidate of Technical sciences
1 Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Penza State University",
Penza, Russia;
2 Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Penza State Agrarian University", Penza, Russia, tel. 8(8412) 65-82-42 E-mail: ivanov.a.s@pgau.ru
Nowadays, road transport is used to move various loads in agriculture, in which automatic gearboxes are used. When the vehicles are moving, elements wear out, which leads to changes in parameters of technical condition of vehicles, reduction of efficiency of gear shifting or inability to move the vehicle. The key element in a variable speed gearbox which has a dispatching function is the V-belt variator gear. Existing algorithms do not make it possible to identify the fault in the vehicle at the lowest cost. It is proposed to change the algorithm for diagnosing vehicle gearboxes based on the analysis. As a result of the road tests, measurements of accelerator pedal depressions, changes of vehicle speed and engine crankshaft speed depending on time, changes of throttle opening degree and pressure in the high pressure fuel line were made with a Consult III+ device to identify the malfunctioning condition of the hydraulic unit of the gearbox. The measurement time for each of the indicators did not exceed 30 seconds. The available monitoring system cannot detect a gearbox failure. Detecting a failure when the vehicle is not shifting gears requires the development of an algorithm using a questionnaire part.
Keywords: vehicle, diagnosis, automatic gearbox, algorithm.
References
1. Alexandrovskaya L.N., Afanasyev A.P., Lisov A.A. Modern methods of ensuring failure-free operation of complex technical systems. Moscow: Logos, 2001, 208 p.
2. Vasiljev V.I., Vershinani O.G., Alekseev S.M. Estimation of Automatic Transmission Systems Diagnosing Criteria on the Basis of Hierarchy Analysis Method. Proceedings of TulTU. Series of Technical Sciences. Issue. 4
3. GOST 26-003-80 ESSP (IMIS). Interface system for measuring devices with byte-serial and bit-parallel information interchange. Moscow: Publishing House of Standards, 1980, 78 p.
4. GOST 26-003-80 ESSP (IMIS). Interface system for measuring instruments with byte-serial and bit-parallel data interchange. Moscow: Publishing House of Standards, 1980, 78 p.
5. GOST R 51709-2001 Motor vehicles. Safety requirements for technical state and conditions for their checking. Moscow: Gosstandart of Russia, 2005, 43 p.
6. GOST R 51709-2001 Motor vehicles. Safety requirements for technical condition and conditions of inspection. Moscow: Publishing house of standards, 2001, 43 p.
7. Kobzev A.A., Voldokhin A.I. Stages of diagnosis and repair of automatic transmission. Automobile Industry, 2012, № 4, p. 25.
8. Lyandenbursky V.V., Tarasov A.I., Fedoskov A.V., Krivobok S.A. Probabilistic-logical method of searching for faults in cars. The World of Transport and Technological Machines, 2011, № 4, pp. 3-9.
9. Lyandenbursky V.V. Ivanov A.S. Perfection of the computer support of the technical exploitation of automobiles: monograph. Penza, Penza State University of Architecture and Construction, 2012, 398 p.
10. Lyandenbursky V.V., Sharonov G.I., Nefedov M.V. Analysis and prospects of embedded vehicle diagnostics: monograph. Lap-lambert-academic-publishing, 2014, 308 p.
11. Lyandenbursky V.V., Ivanov A.S., Rodionov Yu.V., Kravchenko E.V. Virtual diagnostics of diesel engine fuel system. World of Transport and Technological Machines, 2012, №4, pp. 3-8.
12. Lyandenbursky V.V. Embedded Systems to Monitor the Performance and Displacement of Vehicles: Monograph. Penza: PSUAC, 2010, 112 p.
13. Lyandenburskiy V.V., Borisov N.B., Ekimov P.M. Control of automatic transmission faults. Transport Information Bulletin, 2017, № 10, pp. 16-19.
14. Lyandenburskiy V.B., Ekimov P.M. Running tests of automatic transmission. Transport Information Bulletin, 2018, No 1(271), pp. 21-26.
15. Lyandenburskiy V.V., Tarasov A.I., Fedoskov A.V. Effectiveness of using diagnostic and self-regulation systems in the operation of vehicles. The World of Transport and Technological Machines, 2011, № 1, pp. 51-56.
16. Madorsky L.V. Diagnosing automatic transmissions by external signs. Automotive Industry, 2017, № 12, pp. 21-26.
17. Mishin S.V., Povtarev V.V., Tikhomirov P.V. Modern methods of diagnosing automatic transmissions. Actual directions of scientific research of XXI century: theory and practice, 2015, vol. 3, № 5-3 (16-3), pp. 59-62.
18. Rynkevich S. A. Laws of hydraulic processes in systems of on-board diagnosis of hydrome-chanical transmissions of dump trucks and other mobile machines. Vestnik (Herald) of the Belarus-ian-Russian University. 2011, № 4 (33), pp. 81-94.
19. Fedotov A.I. Car diagnostics: textbook for undergraduate and graduate students in the field of operation of transport technological machines and complexes. Irkutsk State Technical University. Irkutsk, 2012, 289 p.
20. Fedotov A.I. Technology and organization of diagnostics in service maintenance: textbook in the direction of bachelor's training Exploitation of transport and technological machines and complexes. Moscow, 2015, 312 p.
21. Eviev V.A. Methodology of increasing the efficiency of traction and traction-drive units due to optimization of operational modes: Abstract of thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences. St. Petersburg, 2005, 34 p.
22. Brookings A., Jones P., Cox F. [et al]. Expert systems: principles of work and examples. Translation from English; edited by R. Forsythe. Moscow: Radio and Communications, 1987, 224 p.
23. Smith Tomas J. Effects of vision enhancement systems (VES) on older draivers ability to drive safely at night and inclement weather - Visual Human Factors Analisis of in-Vehicle Heads Up Displey (HUD). University of Minnesota, 2002, № 27, p. 54.
24. Tsang A.H. C Strategic dimensions of maintenance management. Journal of Quality in Maintenance Engineering, 2002, v. 8, № 1, p. 7-39.
25. Wemberg G., Harsham B., Medenica Zeljko., Wemberg G. Investigating HUDs or the presentations of choice lists in car navigation systems. Proc. of Driving Assessment, 2011, p. 195-202.
