CC BY
33
поступающее к водителю от приборов автомобиля, зависит в основном от их конструкции (формы предоставления информации, цены деления шкалы прибора и т.д.).
Управление скоростными режимами водитель в большей степени осуществляет через педаль подачи топлива, при этом количество воздействий возрастает от 140 нажатий в час до 400 при движении соответственно в транспортном потоке интенсивностью 200 и 600 авт/ч (табл. 4).
Таблица 4
Характеристика управляющих действий водителя при движении автомобиля
Интенсивность транс-
Показатель портного потока
600 400 200
авт/ч авт/ч авт/ч
1. Число переключений передач в час 115 43 12
119 48 14
2. Количество информация по третьему 0,736 0,375 0,236
контуру управления, бит/с 0,794 0,397 0,256
3. Число перемещений педали подачи 360 205 150
топлива и тормозной педали в час 400 240 150
4. Количество информации по второму 4,69 26 1,075
контуру управления, бит/с 4,33 2,98 1,075
Для полной характеристики информационных связей в системе А-В-Д необходимо оценить внешнюю информацию, поступающую к водителю от дороги и транспортного потока.
Количественно информационное воздействие транспортного потока оценивается по формуле (16). Кроме транспортного потока информационное воздействие на водителя оказывают средства регулирования движения. Количественно данный поток можно рассчитать, используя показатель удельного количества остановок (табл. 5). Возмущающее воздействие профиля дороги оценивается формулой (17). Макропрофиль можно оттенить удельным количеством уклонов, учитывая, что экспериментальные исследования проводились на равнинной местности, возмущающее воздействие макропрофиля невелико. Математическое ожидание числа изменений свойств микропрофиля может быть оценено посредством показаний толчкомера [4]. Данные расчетов сведены в таблицу 5.
Таблица 5
Количество информации, поступающее к водителю от средств дорожного регулирования и профиля дороги
Показатель Интенсивность транспортного потока
600 авт/ч 400 авт/ч 200 авт/ч
1. Удельное количество остановок (ост/км) 0,4 0,2 -
2. Математическое ожидание числа изменений макропрофиля (уклон/км) - 0,2 0,2
3. Математическое ожидание числа изменений микропрофиля (см/км) 100...200 100...200 100...200
4. Средняя скорость движения автомобиля (км/ч) 43,2 54,2 64,6
5. Количество информации, поступающее к водителю, бит/км (бит/с) 9,47 (0,943) 9,21 (0,574) 8,92 (0,16)
Таким образом, водитель во время движения автомобиля является центральным управляющим звеном в системе А-В-Д, так как через него проходят все основные информационные потоки, на основании которых он избирает алгоритм управления движением автомобиля. Однако его информационная пропускная способность невысока, так для нормальных условий работы она находится в пределах 3,5...9,5 бит/с [1]. Кратковременно, в моменты пиковых информационных нагрузок, информационная пропускная способность водителя может достигать 16 бит/с.
Учитывая массовость профессии водителя и отсутствие специальных психологических тестов для водителя при приеме на работу, при конструировании автомобиля необходимо ориентироваться на способности нормального человека.
Повышение интенсивности транспортного потока приводит к увеличению информационной нагрузки на водителя, при этом резко возрастает количество управляющих воздействий водителя на органы управления автомобилем. Рассчитанная информационная загрузка водителя находится на пределе его информационной пропускной способности, а при интенсивности транспортного порока выше 500 авт/ч превышает её. Следовательно, для автомобилей КамАЗ при существующей конструкции системы информационного обеспечения часть управляющих воздействий необходимо передать автоматической системе управления.
Список литературы
1. Жаров С.П. Разработка системы информационного обеспечения
водителя с целью повышения топливной экономичности грузового автомобиля с дизелем: Дис.... канд. техн.наук.- Курган, 1992.-180с.
2. Васильев В.И., Глазырин А.В., Шарыпов А.В., Жаров С.П. Приложе-
ние теории информации к анализу транспортного процесса: Сборник «Пути дальнейшего совершенствования организации перевозок в сельской местности и пригородном сообщении». -Курган: Полиграфист, 1983.
3. Жаров С.П. Приложение транспортной психологии к оценке системы
«Автомобиль-водитель-дорога»: Сборник «Совершенствование эксплуатации и обслуживания автомобилей».-Курган: КГУ, 1996.
А.В. Зайцев
Курганский государственный университет, г. Курган
ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛООБМЕНА В ТРАНСМИССИОННЫХ РЕДУКТОРАХ С НЕОДНОРОДНОЙ КОМПОНОВКОЙ
Большинство трансмиссионных редукторов автомобилей (коробки передач, раздаточные коробки, колесные редукторы) можно считать агрегатами с однородной компоновкой. Для них характерна высокая плотность размещения зубчатых колес, малые торцевые и радиальные зазоры между зубчатыми колесами и картером, достаточно равномерная по объему редуктора интенсивность гидродинамических процессов. Рассмотрение теплообмена в таких редукторах подчиняется классической схеме: тепловыделение за счет потерь мощности, теплообмен между зубчатыми колесами и масляной ванной, внутренняя теплоотдача (от масла к картеру), теплопроводность через стенки картера, внешняя теплоотдача (от картера в окружающую среду). Для всех этих процессов имеются расчетные зависимости, позволяющие спрогнозировать тепловое состояние и уровень потерь мощности редуктора на различных режимах работы.
В то же время существуют конструкции трансмиссионных редукторов, компоновочные решения которых не позволяют применить классическую схему для описания протекающих в них процессов теплопередачи. Вызвано это неоднородностью компоновки внутреннего пространства редуктора, из-за чего в различных зонах картера характер или интенсивность теплообменных процессов различны.
Среди существующих конструкций трансмиссионных редукторов можно выделить две основные неоднородности компоновки с точки зрения протекания теплообмена.
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 3
35
К первому типу неоднородности можно отнести ведущие мосты и коробки передач с удлиненным ведомым валом. Удлиненный ведомый вал в таких коробках передач применяется для уменьшения длины карданного вала с целью повысить критическую частоту вращения. Эти агрегаты представляют собой основной редуктор с высокой плотностью компоновки и дополнительные кожухи. В ведущих мостах этими элементами являются редуктор главной передачи и кожухи полуосей, в коробках передач - картер непосредственно коробки передач и кожух удлиненного ведомого вала. Температурное поле по картеру в таких агрегатах неоднородно. В основной зоне происходит интенсивное перемешивание и разбрызгивание масла, также здесь сконцентрировано подавляющее большинство источников тепловыделения (зубчатые зацепления, гидравлические потери, подшипники, дифференциал). В основной зоне сосредоточен главный теплоноситель - трансмиссионное масло. В кожухах нет существенных источников тепловыделения, внутренняя поверхность не омывается интенсивно маслом и тепловые процессы, протекающие здесь, отличаются от происходящих в основном редукторе. Таким образом, редукторы с неоднородной компоновкой нельзя рассматривать как цельный агрегат, проводя осреднение коэффициентов теплоотдачи а1 и а,, по внутренней и внешней поверхностям.
Для редукторов такого типа неоднородности предлагается при рассмотрении теплообмена условно разделять агрегат на основной редуктор и кожухи, куда отводится часть выделяющегося тепла. Это позволяет схематизировать тепловые процессы, происходящие, например, в ведущих мостах, следующим образом (см. рис. 1).
Рис. 1. Схема теплопередачи в ведущих мостах 1 - внутренняя теплоотдача редуктора; 2 - внешняя теплоотдача;
3 - теплоотток в кожухи; 4 - внешний теплообмен кожухов;
5 - теплообмен в ступицах
Подавляющая часть теплоты, выделившейся в редукторе, воспринимается трансмиссионным маслом. Теплота, воспринятая маслом, передается внутренней поверхности корпуса редуктора (внутренняя теплоотдача, характеризуемая коэффициентом теплоотдачи 0^). Часть этой теплоты рассеивается с наружной поверхности картера редуктора в окружающую среду (внешняя теплоотдача, характеризуемая коэффициентом теплоотдачи а2). Термическое сопротивление стенок картера опускается из рассмотрения из-за большой величины коэффициента теплопроводности X по сравнению с а1 и а,,. Другая часть теплоты, переданной корпусу, отводится в кожухи теплопроводностью и рассеивается в окружающую среду. В уточненных расчетах следует учитывать теплообмен кожухов со ступицами колес или с колесными редукторами. Приведенная схематизация теплообмена
справедлива и для коробок передач с удлиненным ведомым валом.
Задача расчета оттока тепла в кожухи трансмиссионных агрегатов в печати широко не рассматривалась. В данной статье предлагается метод расчета, основанный на общей теории теплопередачи [1, 2]. Кожух можно представить в виде стержня, сечение которого постоянно или описывается непрерывной функцией. Необходимо решить обратную задачу теплопроводности для одномерного температурного поля горизонтального стержня ограниченной длины с источником тепла, расположенным на конце стержня, и потоком тепла, направленным вдоль оси. Теплопроводность стержня при постоянных параметрах внутреннего переноса и конвективном охлаждении описывается дифференциальным уравнением второго порядка, которое при установившемся тепловом состоянии моста и постоянной геометрии сечения преобразуется в неоднородное дифференциальное уравнение второго порядка вида + () — Ь ^ = С'-
д21 аР аР
-7--^ =--^ (1)
дх" асрр асрр
где t - температура в координате х стержня; а - коэффициент внешней теплоотдачи кожуха, Ад/Р'Й', £) -периметр сечения кожуха, м, а - коэффициент температуропроводности материала кожуха, 12/п\ пр - коэффициент объемной теплоемкости кожуха, Асе/г3'Й\ Р -площадь сечения кожуха, м2; ¿е - температура воздуха, омывающего кожух.
Общее решение уравнения (1) получается в виде:
( = с^аР/асРЕ-Х + с^-4аР,асРР; + ^ (2)
Для нахождения произвольных постоянных С1 и С2 накладываются смешанные граничные условия. Граничные условия третьего рода (количество теплоты, отведенное в кожух, равняется теплоте, рассеянной с поверхности кожуха):
/
- = Ог (3)
о
где / -длина кожуха, /; Ог -теплота, отведенная в один кожух полуоси, Вт.
Граничные условия первого рода (известен градиент температуры на границе картера и кожуха):
<=0 = О'
с1х АР'
где Л - коэффициент теплопроводности материала
кожуха, Ад / Л'
Совместное решение уравнений (3) и (4) дает искомые величины С1 и С2, а значит, и частное решение дифференциального уравнения, т.е. закон распределения температуры по длине кожуха. Частное решение приводится к виду 01'=/^^, где (0 - температура кожуха на границе с редуктором (при х=0).
При сложной геометрии кожуха, при непостоянстве параметров внешнего теплообмена по длине кожуха и при необходимости учета теплообмена на обоих концах расчет теплообмена целесообразно проводить численным методом. Кожух разбивается на малые участки (рис. 2),
36
ВЕСТНИК КГУ, 2007. №4
для каждого из которых составляются уравнения теплообмена. Решение системы уравнений для всех участков позволяет найти величину теплопередачи в кожух полуоси Ог.
Рис. 2. Тепловой баланс 1-го участка кожуха
В ведущих мостах легковых автомобилей зачастую уровень масла достаточно высок и масло даже в состоянии покоя попадает в кожухи на всю их длину. В этом случае теплопередача в кожухи осуществляется не только теплопроводностью, но и тепломассопереносом из-за колебаний моста при движении по неровностям дороги. В этом случае приведенный аналитический метод для
расчета Ог не подходит. Для случаев повышенного уровня масла в мосту экспериментально получена расчетная зависимость. Наиболее значимыми факторами, влияющими на теплопередачу в кожухи, являются тепловыделение в редукторе, объемы масла в редукторе и кожухах, геометрические параметры кожухов, температура масла и кожуха, числа Рейнольдса и Прандтля, гидравлический диаметр редуктора, параметры угловых колебаний моста (амплитуда и частота).
Важным моментом при разделении агрегата на основной редуктор и кожухи является назначение условной границы между ними. Здесь можно привести следующие рекомендации. Для коробки передач с удлинителем границу следует назначать по конструктивному стыку между этими элементами. В уточненных расчетах следует учесть термическое сопротивление стыка. Для балок мостов типа «спайсер» граница назначается в центре запрессовки кожуха в картер редуктора. Для балок "банджо" границу следует располагать в начале скругле-ния при переходе кожуха в центральное расширение балки. Это место практически совпадает с центром мас-лоотражательного экрана в картере редуктора.
К другому виду неоднородности компоновки с точки зрения теплопередачи можно отнести главные передачи, имеющие разные типы зубчатых передач. Примером такой конструкции является двойная главная передача автомобилей семейства ЗИЛ (см. рис.3). Здесь коническая ступень с круговыми зубьями определяет гидродинамику и внутреннюю теплоотдачу в картере редуктора, а ведомая косозу-бая цилиндрическая шестерня и корпус межколесного дифференциала задают характер процессов в центральной части балки моста. Это позволило предложить раздельное рассмотрение гидравлических потерь и внутренней теплоотдачи раздельно для каждой ступени. Правомочность такого подхода была проверена экспериментами по изучению внутренней теплоотдачи раздельно конической и цилиндрической ступеней. Коэффициент внутренней теплоотдачи а отдельно конической и цилиндрической ступеней подчиняется тем же зависимостям, что и для конических и цилиндрических передач в чистом виде. СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 3
Рис. 3. Схема двойной главной передачи с горизонтальным расположением валов
Общий коэффициент внутренней теплопередачи такого редуктора определяется как средневзвешенная величина коэффициентов внутренней теплоотдачи для конической и цилиндрической ступеней:
_ ^к + ОС о ^о ai~ F +F- ' (5)
к о
где а^ CL& FK, Fq - соответственно коэффициенты внутренней теплоотдачи и площади внутренней поверхности конической и цилиндрической ступеней.
У двойных главных передач с горизонтальным разъемом картера редуктора и балки моста внутренняя теплоотдача характеризуется воздействием на процесс только ведомой цилиндрической шестерней, так как только она непосредственно погружена в масляную ванну. Расчет коэффициента внутренней теплоотдачи otj для таких редукторов следует проводить по зависимостям для цилиндрических зубчатых передач.
Список литературы
1. ТемкинА.Г. Обратные методы теплопроводности. - М: Энергия,
1973. - 464 с.
2. Пехович А.И., Жидких В.М. Расчеты теплового режима твердых тел.
- П.: Энергия, 1968. - 304 с.
Ф.Н. Салахов
Курганский государственный университет, г. Курган
СИСТЕМА УЧЁТА ДЕФЕКТОВ ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ
Когда рынок стал наполняться многочисленными изделиями одного назначения, выпускаемыми разными фирмами, естественно возникла довольно жёсткая конкуренция. У потребителя появилась возможность выбора. Теперь потребитель может выбирать для себя доступную продукцию, отвечающую его требованиям, в том числе требованиям по качеству. Поэтому проблема повышения качества занимает ведущее место в промыш-ленно развитых странах, стала национальной идеей, носит всеобщий характер и служит основной предпосылкой для построения новых отношений между потребителем и производителем.
Эти веяния не обошли и АО «Русич». На предприятии стали уделять гораздо большее внимание вопросам качества продукции. Представительством заказчика был поднят вопрос о возобновлении и усовершенствовании когда-то действовавшей на предприятии системы учета
