Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 8
1.1. Гидравлические схемы систем управления коробками передач с переключением без разрыва потока мощности 8
1.2. Анализ вариантов организации однопарных переключений передач тракторов 13
1.3. Задачи исследования 29
2. Математическая модель процесса безразрывного переключения коробки передач трактора и ее достоверность 30
2.1. Особенности однопарных переключений в коробках передач тракторов 30
2.2. Математическая модель процесса однопарного переключения коробки передач трактора 38
2.3. Достоверность и обоснованность полученных результатов 46
2.4. Выводы 48
3. Экспериментальные исследования процесса переключения передач без разрыва потока мощности 49
3.1. Объект, цель и задачи исследования 49
3.2. Испытательный стенд, оборудование и результаты экспериментальных исследований 53
3.3. Выводы 66
4. Исследование процессов переключения передач без разрыва потока мощности на имитационной модели при различных методах его организации 67
4.1. Исходные данные исследования 67
4.2. Характеристика кинематической схемы коробки передач трактора ЧН-6 «Агромаш-Руслан» 70
4.3. Метод организации однопарных переключений передач без обратной связи с датчиками коробки передач 75
4.4. Рабочий процесс разгона и переключения передач с подключением муфт 90
4.5. Метод организации процесса переключения передач с определением момента сопротивления по датчикам коробки передач
4.6. Исследование процессов переключения передач при работе трактора с орудиями и прицепами 103
4.7. Предпосылки создания роботизированных коробок передач для тракторов 118
4.8. Выводы 124
Основные результаты и выводы 127
Литература 129
- Анализ вариантов организации однопарных переключений передач тракторов
- Математическая модель процесса однопарного переключения коробки передач трактора
- Испытательный стенд, оборудование и результаты экспериментальных исследований
- Рабочий процесс разгона и переключения передач с подключением муфт
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время, несмотря на серийное производство бесступенчатых трансмиссий, в мировом тракторостроении сохраняется практическая необходимость применения механических ступенчатых коробок передач (КП) с шестернями постоянного зацепления (ШПЗ) с использованием двух и более мокрых гидроподжимных фрикционных муфт (ФМ). Как правило, в них переключение передач происходит без разрыва потока мощности за счет соответствующего управления давлениями в бустерах выключаемой и включаемой ФМ. К таким коробкам передач относятся широко применяемые за рубежом КП типа Powershift и упрощенные преселек-торные (в том числе роботизированные). В зависимости от кинематики в КП типа Powershift переключения передач могут производиться без разрыва потока мощности как внутри диапазонов, так и между диапазонами. Как правило, особенность управления такими КП требует наличия двухпарного переключения (Full Powershift), т.е. одновременного переключения как диапазонов, так и скоростей. В то же время работу системы управления КП можно выстроить так, чтобы двухпарное переключение последовательно проходило в две стадии: сначала проводилось однопарное переключение между диапазонами, а затем - однопарное переключение между передачами. Такой алгоритм управления позволяет относительно просто обеспечить работу двух фрикционных муфт: выключаемой и включаемой (однопарное переключение).
Тяговые машины по сравнению с транспортными работают с широким диапазоном нагрузок и агрегатированные с орудиями не допускают переключений передач с разрывом потока мощности, т.е. исключают движение по инерции, как у автомобилей. Поэтому требуются специальные меры, способные увеличить, например, время процесса переключения передач. Суть вопроса сводится к применению систем управления, корректирующих давление в бустерах ФМ на основе данных о частотах вращения валов КП. Причем в качестве параметров переключения, на которые необходимо ориентироваться при коррекции давлений, выбираются плавность переключения и работа буксования ФМ.
Целью работы является разработка рекомендаций по управлению процессом переключения (выбор интенсивностей изменения давлений в ФМ, время буксования ФМ, предельное значение давления ФМ и т.д.), позволяющих получить переключение передач с требуемой плавностью и допустимой работой буксования ФМ, обеспечивающими надежность и долговечность КП, а также требуемые условия труда.
Объект исследований - система управления КП, включающая электронно-логическое устройство, электрогидравлические механизмы управления давлениями в ФМ, ФМ, датчики, органы управления элементами трансмиссии, и позволяющая организовать переключение передач без разрыва потока мощности.
Методы исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования проводились на разработанной в программной среде Matlab Simulink математической модели для сельскохозяйственного трактора посредством компьютерного моделирования процессов переключения с низшей передачи на высшую (вверх) и с высшей передачи на низшую (вниз). Для оценки адекватности математической модели были проведены экспериментальные исследования на тракторе ЧН-6 «Агромаш-Руслан» в ходе его полевых испытаний.
Научная новизна работы:
разработана и реализована в программной среде Matlab Simulink математическая модель переключения передач машинно-тракторного агрегата (МТА), особенностью которой является разделение процесса переключения на этапы в зависимости от состояния муфт (буксует или замкнута), а также учет реальной характеристики двигателя и буксования движителя трактора;
предложен метод управления давлением в бустере фрикционной муфты в зависимости от частот вращения валов во время переключения передач, позволяющий регулировать ускорение движения трактора;
разработан метод переключения передач с подключением дополнительных фрикционных муфт и метод организации процесса переключения с определением момента сопротивления на основе использования данных с датчиков коробки передач;
предложены метод бесступенчатого регулирования скорости трактора, алгоритм электронного управления коробкой передач и условия их реализации.
Практическая значимость. Разработанная математическая модель позволяет оценивать основные параметры процесса переключения, включая работу буксования обеих ФМ и плавность переключения передач МТА, отслеживаемую по предельным значениям ускорения МТА и интенсивности изменения ускорения по времени. Представленные рекомендации по управлению процессом переключения создают предпосылки для его автоматизации, т.е. для создания роботизированных КП на тракторах.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
- математическая модель переключения передач машинно-тракторного
агрегата (МТА), особенностью которой является разделение процесса пере-
ключения на этапы в зависимости от состояния муфт (буксует или замкнута), а также учет реальной характеристики двигателя и буксования движителя трактора;
метод управления давлением в бустере фрикционной муфты в зависимости от частот вращения валов во время переключения передач, позволяющий регулировать ускорение движения трактора;
метод переключения передач с подключением дополнительных фрикционных муфт, метод организации процесса переключения с определением момента сопротивления на основе использования данных датчиков коробки передач;
метод бесступенчатого регулирования скорости трактора, алгоритм электронного управления коробкой передач и условия их реализации.
Реализация результатов работы. На основе разработанной математической модели и рекомендаций по управлению процессом переключения передач был доработан алгоритм системы управления и проведена отладка переключений передач на тракторе ЧН-6 «Агромаш-Руслан» с КП с ШПЗ типа Power shift в ходе его полевых испытаний.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях научно-технического совета по специальности «Колесные и гусеничные машины» ОАО «НИИ стали» (2012-2015 гг.), на Всероссийской научно-технической конференции «Будущее машиностроения» (г. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013 г.) и на научно-практической конференции «Тракторостроение: вчера, сегодня, завтра» (г. Чебоксары, ОАО «Промтрактор», 2014 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, среди которых 1 патент на полезную модель, и 5 работ, опубликованных в рецензируемых изданиях, входящих в Перечень ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы. Основное содержание работы изложено на 143 страницах машинописного текста, включая 67 рисунков и 6 таблиц.
Анализ вариантов организации однопарных переключений передач тракторов
Можно выделить два основных параметра, определяющих процесс переключения: плавность переключения и работ буксования ФМ. Плавность переключения определяется изменением ускорения МТА и величиной его максимального значения. Ускорение МТА в свою очередь зависит от избыточного момента, передаваемого муфтой по отношению к моменту, необходимому для преодоления момента сопротивления, и момента инерции МТА, приведенного к муфте. Момент, передаваемый буксующей муфтой, зависит от давления масла в ее бустере. Тогда необходимой плавности переключения можно добиться, управляя давлениями во включаемой и выключаемой муфтах. Так на переключениях передач вверх при буксовании выключаемой ФМ низкое давление во включаемой ФМ может привести к замедлению МТА, в то время как слишком высокое - к жесткому рывку и динамическим нагрузкам на элементы трансмиссии. В целом плавность также в значительной степени зависит от длительности процесса переключения: максимальной плавности можно добиться, если максимально растянуть процесс по времени, но при этом мы получим большее время буксования ФМ и как следствие повышенный износ; с другой стороны - минимального износа ФМ можно достичь, если сократить время буксования, поступившись плавностью переключения. Поэтому важно найти «золотую середину» между работой буксования ФМ и плавностью переключения передач.
Один из первых способов организации однопарных переключений передач подробно описан в работах В.Ф. Бялоцкого, К.Я. Львовского, В.П. Та-расика, Н.А. Щельцына. Безразрывность переключения в соответствии с данным способом достигалась за счет одновременной работы включаемой и выключаемой ФМ с преднамеренным перекрытием передач, когда выключаемая и включаемая ФМ одновременно передают моменты на вторичный вал ЮТ. Такая работа ФМ изначально обеспечивалась использованием различных гидравлических устройств (рис. 1.1) [9, 21, 48, 55, 72]. В течение продолжительного времени данная схема организации переключений была наиболее часто применяемой в отечественном и зарубежном тракторостроении, несмотря на все ее недостатки (циркуляция мощности, избыточное буксование ФМ, неудовлетворительная плавность переключений при работе с различными орудиями). В связи с появлением автоматических систем управления и электрогидравлических пропорциональных клапанов стало возможным реализовать и другие способы [19, 59, 60, 69, 70, 71].
За последние годы большое число работ посвящено исследованию однопарных переключений в ЮТ транспортных машин и легковых автомоби 15 лей, в частности работы О.И. Гируцкого, СВ. Абдулова, Ф.Ф. Курочкина, А.А. Надь, И.А. Фисенко, А.С. Хомичева, Ю.И. Чередниченко и других авторов. Поскольку тяговые машины по сравнению с транспортными работают с широким диапазоном нагрузок и агрегатированные с орудиями не допускают переключений передач с разрывом потока мощности, выводы, сделанные для транспортных машин, не вполне справедливы для тракторов и требуют значительной доработки.
Большинство исследований по переключениям передач на тракторах были проведены еще в период 1970-1990 годов [5, 10, 18, 21, 48, 72]. В последующие годы количество исследований по данному вопросу значительно сократилось. Последними работами по однопарным переключениям передач на тракторах, являются работы В.М. Шарипова, М.И. Дмитриева, Д.Г. Нику-лова.
В частности работа Д.Г. Никулова посвящена структуре автоматики переключения передач на примере гусеничного трактора ВТ-130. В данной работе установлено, что для автоматизации переключений работа системы автоматического переключения передач (САПП) должна основываться на трех входных параметрах: скорость, ускорение машины и положение педали подачи топлива. Автор уделяет большое внимание алгоритму САПП по управлению двигателем в ходе автоматического переключения из соображений топливной экономичности и оптимального использования тягово-скоростных возможностей трактора, но в недостаточной степени рассматривает вопрос о способах выбора и расчета характеристик законов изменения давлений в ФМ.
В работе М.И. Дмитриева описывается методика расчета параметров буксования ФМ при различной степени перекрытия передач. Однако современный уровень развития техники позволяет уйти от схемы с преднамеренным перекрытием передач.
В работе М.И. Дмитриева представлена математическая модель разгона и переключения передач вверх (с низшей передачи на высшую), но не рас 16 сматриваются переключения вниз (с высшей передачи на низшую). Как показывает практика, работа буксования ФМ на переключениях вниз зачастую может носить значения, сопоставимые с работой буксования при переключениях вверх. Также для этой модели характерно допущение о работе двигателя в ходе этапа перекрытия только на регуляторной ветви его внешней скоростной характеристики, т.е. принимается, что частота вращения коленвала на данном этапе не изменяется. Такое допущение имеет право быть лишь для переключений передач технологического и отчасти рабочего диапазонов, поскольку при эксплуатации трактора в интервале рабочих скоростей с высокой нагрузкой используется корректорная ветвь характеристики двигателя, на которой частота вращения вала двигателя существенно зависит от нагрузки. Математическая модель двигателя, описанная в работе М.И. Дмитриева, схематична и не отражает в полной мере реальной характеристики двигателя.
Также в существующих моделях, представленных в работах [1, 6, 17, 19, 21, 23, 24, 26, 28, 43, 51, 52, 56, 58, 66, 68, 70, 72], не учитывается влияние мощности, расходуемой на паразитное буксование ФМ, на изменение скорости коленвала двигателя. Отсутствие учета изменения скорости коленвала может привести к получению некорректных результатов моделирования, особенно в ходе переключений передач на транспортном диапазоне при движении трактора с прицепом.
Далее речь пойдет об однопарных переключениях передач в трансмиссиях, имеющих не менее двух ФМ, давления в которых регулируются электронным логическим устройством (контроллером трансмиссии) посредством пропорциональных электрогидравлических клапанов, и оснащенных датчиками давлений в ФМ и датчиками оборотов первичного и вторичного валов ЮТ. Причем данные с датчиков поступают непосредственно в контроллер трансмиссии, где возможно их хранение и обработка. Такие трансмиссии, как правило, работают в паре с двигателем с электронным управлением, который имеет свой контроллер. Целью данного обзора является оценка и выявление всех возможных вариантов организации однопарных переключений передач на тяговых машинах. В связи с этим можно выделить три основных способа организации процесса переключений по связи контроллера трансмиссии с датчиками КП: 1) без обратной связи с датчиками; 2) с обратной связью с датчиками давлений в ФМ и датчиками оборотов; 3) с обратной связью только с датчиками оборотов валов КП. Ниже будут рассмотрены переключения передач с К-1 на К (вверх) и с К на К-1 (вниз) в виде графиков изменения давлений Р в соответствующих ФМ и скорости МТА V от времени. На всех графиках для включаемой муфты будет характерно наличие подготовительного этапа, на котором происходит заполнение бустера ФМ. Подготовительный этап характеризуется постоянной подачей во включаемую ФМ небольшого давления, достаточного для преодоления ее поршнем усилия отжатия со стороны пружин и заполнения предпоршневой полости маслом. При этом в выключаемую муфту продолжает подаваться полное давление, обеспечивающее запас по моменту по отношению к моменту сопротивления.
Математическая модель процесса однопарного переключения коробки передач трактора
На этапе 3 выключаемая ФМ также отбирает от вторичного вала момент, равный обеспечиваемому давлением в ее бустере. Этот момент поступает на первичный вал и после через муфту высшей передачи попадает на вторичный. Если момент, отбираемый выключаемой ФМ от вторичного вала, окажется больше, чем может пропустить через себя включаемая ФМ (Мк Мк_\+Мтс), то включаемую ФМ сорвет в буксование и произойдет возврат на этап 2. На этапе 3 будет присутствовать циркуляция мощности.
Исходя из выше сказанного, момент от выключаемой муфты будет передаваться на вторичный вал только на переключениях передач вниз. Однако на переключениях передач вниз включаемая муфта выполняет функцию тормоза, а выключаемая муфта при наличии «хвоста» давлений e-f (рис. 2.2,6) будет наоборот увеличивать момент на вторичном валу и стремиться разогнать его. Рассмотрим переключение вниз с Фк на ФК-і поэтапно:
Этап 1. Выключаемая муфта замкнута, включаемая - буксует, движение на VK (моменты от муфт вычитаются - период времени t4 на рис. 2.2,6).
Включаемая ФМ низшей передачи отбирает от вторичного вала на первичный вал момент, обеспечиваемый давлением в ее бустере. От того, на 34 сколько больший, чем момент сопротивления, момент способна передавать выключаемая муфта, будет зависеть величина циркулирующей мощности. На данном этапе возникает циркуляция мощности, либо выключаемую муфту сорвет в буксование и произойдет переход к этапу 2.
Этап 2. Обе муфты буксуют, идет замедление до скорости VK-\ (моменты с муфт вычитаются - период времени t5 рис. 2.2,6).
Моменты, передаваемые муфтами, будут определяться давлениями в их бустерах. Включаемая муфта низшей передачи отбирает момент от вторичного вала, тормозя его. При торможении за счет одной выключаемой муфты высшей передачи в каждый момент времени она должна обеспечивать на вторичном валу момент Мк/к=МгМш- При совместной работе включаемой и выключаемой муфт для замедления с тем же ускорением выключаемая на вторичном валу должна обеспечивать уже М і М хі х+М -М . В итоге по аналогии с переключением вверх на данном этапе циркуляция мощности определяется моментом от выключаемой муфты, то есть давлением в ее бустере.
Этап 3. Выключаемая муфта буксует, включаемая замкнута, движение на Рк-1 (моменты от муфт складываются - период времени t6 рис. 2.2,6).
Фаза 1. Момент от включаемой муфты меньше момента сопротивления, но вращение ее дисков синхронизировалось (Мк_і /к- М;)- При синхронизации дисков включаемой муфты знак ее момента меняется на положительный, т.е. моменты от обеих муфт складываются. Данный этап соответствует первой фазе первого этапа при переключении вверх. Здесь муфта высшей передачи будет также разгружать муфту низшей, циркуляции мощности не возникает.
Фаза 2. Момент от включаемой муфты больше момента сопротивления, т.е. включаемая муфта полностью замкнулась. При Мк_і/К_і МС ситуация аналогична фазе 1 - циркуляция мощности отсутствует. Теоретически возможно, что после замыкания муфты низшей передачи момент в буксующей муфте высшей передачи будет превышать момент сопротивления (Мк /К МС). В этом случае возникнет циркуляция мощности, такая же, как на второй фазе первого этапа переключения вверх.
При расположении муфт на вторичном валу условие о знаке моментов в зависимости от частот вращения ведущих и ведомых дисков ФМ сохраняется. Однако для рис. 2.1 частота вращения ведомых дисков равна частоте вращения соответствующего включаемой передаче зубчатого колеса, а ведущих - вала; при расположении муфт на вторичном валу частота вращения ведомых дисков равна частоте вращения вала, а ведущих - колеса.
На рис. 2.3 для КП с расположенными на первичном валу ФМ представлена физическая модель, облегчающая алгоритмизацию переключения передач трактора. Модель включает «весы» 1 крутящих моментов от буксующих муфт и пружинный динамометр 2 со шкалой 3, по которой измеряется крутящий момент двигателя. Принимается, что чаши весов вместе с разной длины нерастяжимыми нитями, на которых они подвешены, имеют нулевую массу. Разная длина нитей весов обусловлена разными передаточными числами передач: длины нитей левой и правой чаш должны соотноситься, как / к-i// к- Массам грузов на чашах весов соответствуют давления в бустерах муфт, т.е. моменты от муфт на первичном валу. По положениям оснований чаш весов по вертикальной оси Мвтор можно определить момент на вторичном валу КП. Замыкание той или иной муфты и выход на скорость, соответствующую ее передаточному числу, произойдет при соприкосновении чаши данной муфты с опорной поверхностью, а срыв в буксование - при поднятии чаши от опорной поверхности. Данная физическая модель позволяет отследить все этапы переключения передач [27].
Запишем уравнение моментов от обеих муфт на вторичном валу, которые обеспечивали бы приведенный к тому же валу момент сопротивления:
Мс = si gn(zl(DK_1) Мк_г ік_г + sign(Aa)K)MK ік = const, где Mc - приведенный к вторичному валу момент сопротивления движению трактора; Мк_і/к-ь Мс/К - моменты от муфт низшей и высшей передач, приведенные к вторичному валу КП; si gn(zl(DK_1), sign(Aa)K) - операторы, учитывающие знак относительных скоростей скольжения для определения знака моментов от муфт Фк_! и Фк в ходе переключения передач.
При сохранении выше указанного равенства изменение состояния процесса переключения не возникнет. Для того, чтобы запустить процесс переключения передач, следует увеличить давление в бустере включаемой муфты, либо уменьшить - в выключаемой, либо проделать два данных действия одновременно. Процесс переключения будет продолжаться, пока включаемая муфта не перестанет буксовать.
Таким образом, при совместной работе двух муфт (рис. 2.2) на переключениях передач вверх включаемая муфта разгоняет МТА, а выключаемая - подтормаживает; на переключениях вниз они меняются ролями: включаемая муфта низшей передачи подтормаживает машину, а выключаемая высшей - препятствует снижению скорости, стремясь разогнать МТА. В связи с этим можно выработать основные положения управления разгоном и переключением передач:
Испытательный стенд, оборудование и результаты экспериментальных исследований
Тогда момент сопротивления Мс (Нм), приведенный к вторичному валу, определяется на основе давлений с датчиков и фактическим передаточным числом КП /=Идвс/иВтор. по данным с датчиков частот вращения валов. Как только регистрируется изменение / (при переключении передач вверх -уменьшение /, при переключении вниз - увеличение /), это говорит о том, что выключаемую муфту сорвало в буксование и представляется возможным определить момент сопротивления на вторичном валу: Мс = sign{A(ooff) + sign{A(om) -f (3.1) где Моп, M0ff - моменты от включаемой и выключаемой муфт, Нм; Ла)оп, Aa)0ff - относительные скорости скольжения дисков включаемой и выключаемой муфт соответственно, рад/с; indon, ind0ff - индекс расположения включаемой и выключаемой муфт на валах (для муфт, расположенных на первичном валу, ind=\; для муфты Ф2 - inch 1,441, для ФЗХ- ind=\,625; для муфт на вторичном валу - ind равен передаточному числу КП); Ion, \0 - передаточные числа включаемой и выключаемой передач КП.
Моменты от включаемой и выключаемой муфт определяются по формулам (2.2,а), (2.2,6) на основе данных из табл. 3.1 и давлений во включаемой и выключаемой муфтах, полученных с датчиков. На основе Мс, рассчитанного по формуле (3.1), нагрузку на крюке можно определить как PKV.= -m?vgf, (3.2) где r3B =0,438 M - радиус звездочки; mTp =14700 кг - масса трактора; #=9,81 м/с2 - ускорение свободного падения;/=0,06 - коэффициент сопротивления движению для гусеничного движителя; ізм=\6 - передаточное число заднего моста.
Зная моменты, передаваемые муфтами, и относительные скорости скольжения, представляется возможным определить мощности буксования включаемой Ябукс.оп и выключаемой Л Укс.о# муфт: букс.оп оп шоп, N буксо ff — M0ff Aa)0ff. Путем графического интегрирования мощностей буксования включаемой и выключаемой муфт можно определить их работы буксования. Для оценки погрешности полученных значений работы буксования необходимо учитывать погрешность измерения ее составляющих. В соответствии с [31] погрешность будет определяться как YE = Уті + Ут2 + Ypon + Ypoff, где уп =0,26% - погрешность измерения частоты вращения первичного вала КП; Ут2 =0,21%- погрешность измерения частоты вращения вторичного вала КП; уроп=\% - погрешность измерения давления в бустере включаемой ФМ; ypqff=\% - погрешность измерения давления в бустере выключаемой ФМ.
Тогда погрешность расчета работы буксования на основе экспериментальных данных составит ys = 1,45%.
В качестве примера ниже приведены экспериментально полученные параметры процесса переключения передач трактора (рис. 3.12, 3.13). Эти параметры были обозначены следующим образом: Номер диапазона - режим нагрузки (2 - легкий, 3 - средний, 4 - тяжелый); Передача - номер текущей передачи (определяется по нажатию кнопки выбора передачи); Рраб - рабочее давление в гидросистеме трансмиссии, (х10-1) МПа; законы давлений - закон изменения давлений в соответствующей ФМ, (хЮ"1) МПа; PR, Роп, Р0// давления в постоянно замкнутой для данного переключения ФМ, во включаемой и выключаемой ФМ соответственно, которые регистрируются датчиками давлений, (х10 ) МПа; п№С - частота вращения первичного вала, (xlO ) об/мин; V - косвенная скорость трактора, км/ч (определяется на основе час-тоты вращения выходного вала КП); а - косвенное ускорение трактора, м/с . Также на рис. 3.12, 3.13 приведены графики изменения приведенных к одному валу моментов от включаемой Моп и выключаемой ФМ М0 в Нм, мощностей буксования включаемой Л укс.ои и выключаемой муфт /Убукс.о# в Вт, частоты вращения ведущих «веДущ. и ведомых «веДом. дисков включаемой ФМ в об/мин и фактического передаточного числа КП от времени в ходе переключения передач.
Рассмотрим переключение 11-12 на среднем режиме (рис. 3.12) с зубовой бороной БЗСС-1,0Г при частоте вращения коленвала двигателя 1760 об/мин. Срыв в буксование выключаемой муфты произошел в момент времени /=1,275 с, замыкание включаемой муфты - при /=1,7 с. Для данного переключения по формуле (3.1) определен приведенный к вторичному валу момент сопротивления М=Т067 Нм, что по формуле (3.3) соответствует Ркр=33 кН. Плавность переключения в целом, судя по ускорению МТА, находится в допустимых пределах (ускорение не превышает 1 м/с , у 15 м/с ). Из графика моментов также видно, что при сбросе давления в выключаемой ФМ в течение менее 0,1 с она буксовала и в контуре КП возникла циркулирующая мощность, но ее значение невелико. Поэтому можно считать, что работа буксования выключаемой ФМ в данном случае будет пренебрежимо мала. Аналогичным образом может быть проанализировано переключение передач 14-13 нарис. 3.13.
Рабочий процесс разгона и переключения передач с подключением муфт
Переключение передач вниз только за счет выключаемой муфты (рис. 4.10, ?) имеет смысл проводить при работах с орудиями, когда выключаемая ФМ позволяет предотвратить чрезмерно быстрое замедление МТА. В данном случае лимитирующими факторами будут выступать работа буксования выключаемой муфты и плавность переключения, определяемая параметром «джерк» (размаху меньше 33,3 м/с3) и ускорением МТА (а -1,5 м/с2).
Рассмотрим переключение вниз в соответствии с рис. 4.10,г. По аналогии с рассмотренным переключением передач вверх при построении графиков на рис. 4.11 условно принято, что максимальный момент от сил инерции МТА Мин, приведенный к вторичному валу ЮТ, независимо от нагрузки на крюке - величина одинаковая. Подвод необходимой мощности к вторичному валу ЮТ при скорости движения МТА выше, чем FK_i, может осуществлять только выключаемая муфта высшей передачи. Для обеспечения безразрывности переключения вниз для всего поддиапазона нагрузок давления в обеих ФМ должны изменяться с одинаковыми интенсивностями и обеспечивать в каждый момент времени выполнение условия Мк_і/к-і+Мк /К МС тах. Поэтому для этапов переключений передач вниз характерны следующие черты:
1. На первом этапе переключения (до начала замедления) выключаемая муфта срывается в буксование, сохраняя подвод мощности к вторичному валу.
2. На втором этапе (с момента начала замедления до начала движения на Рк-і) происходит синхронизация дисков включаемой муфты при подводе мощности к вторичному валу через выключаемую муфту.
3. На третьем этапе (после начала движения на Рк-і) производится перевод передаваемой на вторичный вал мощности с муфты высшей передачи на муфту низшей. Мк-l (t-l
Так как крутящий момент, передаваемый муфтой Фк-ь ПРИ синхронизации ее дисков меняет знак с отрицательного на положительный (в соответ 88 ствии с условием о частотах вращения ведущих и ведомых дисков ФМ), моменты от обеих муфт должны отвечать следующим условиям: -до синхронизации дисков Мк ік Мс -Мк_і /К-ь -после синхронизации ДИСКОВ МК /к+ Мк-1 /к-і М Дефицит Мк/к в первом неравенстве определяет интенсивность замедления. Второе неравенство является условием замыкания включаемой ФМ.
Таким образом, при организации переключений передач вниз без обратной связи с датчиками КП представляется возможным сформировать следующие рекомендации: Интенсивность и время изменения давлений в обеих ФМ должны быть одинаковыми. Начальное давление в выключаемой ФМ должно соответствовать максимальному моменту сопротивления, приведенному к ее валу; конечное -будет определяться выбранной интенсивностью и временем изменения давления в ее бустере.
Начальное давление во включаемой муфте должно соответствовать нулевому моменту с последующим увеличением до значения, определяемого интенсивностью и временем его изменения.
На рис. 4.12 приведены результаты моделирования переключения передач 6-5 трактора ЧН-6 «Агромаш-Руслан» для трех вариантов нагрузок, которые также подтверждают обоснованность предложенных рекомендаций. Данные о работе буксования включаемой и выключаемой ФМ приведены в табл. 4.2.
Схема организации переключения передач без обратной связи с датчиками КП позволяет обеспечить его безразрывность для всего поддиапазона нагрузок при одних и тех же законах изменения давлений во включаемой и выключаемой муфтах. Причем работа буксования включаемой муфты на переключениях вверх будет минимальной при минимальной нагрузке и максимальной при максимальной нагрузке, а для переключений вниз - максимальной при минимальной нагрузке и минимальной при максимальной нагрузке (табл. 4.2). Несмотря на сравнительную простоту, такой способ сопровождается циркуляцией мощности и паразитным буксованием обеих ФМ. При этом долговечность ФМ напрямую зависит от правильного выбора законов изменения давлений в их бустерах. Формирование законов в соответствии с предложенным методом позволяет организовать безразрывные переключения передач для поддиапазона нагрузок.
Проведем анализ рабочего процесса разгона и однопарного переключения передач без разрыва потока мощности с подключением муфт для варианта КП с тремя фрикционными муфтами Фк-ь к, Фк+і на первичном валу и датчиками оборотов ТІ, Т2 на первичном и вторичном валах (рис. 2.1).
Совместная работа нескольких муфт позволяет снизить работу буксования включаемой муфты, что однако возможно только при подключении на переключениях вверх муфт высших передач, а на переключениях вниз -муфт низших передач [38]. Это связано с тем, что на переключениях вверх частота вращения ведомых дисков муфты высшей передачи меньше ведущих (положительное буксование), т.е. данная муфта подводит момент к вторичному валу. Для переключений вниз характерно, что включаемая муфта выполняет функцию тормоза, а частота вращения ведомых дисков муфты низшей передачи больше ведущих (отрицательное буксование), т.е. муфта также тормозит вторичный вал.
Рассмотрим рабочий процесс при трогании на передаче К, когда с муфтой Фк дополнительно подключается Фк-ь Первоначально крутящие момен 91
ты двух муфт высшей Фк и низшей Фк_! передач складываются. Как только их сумма станет равна или несколько превысит момент сопротивления на вторичном валу, происходит трогание или разгон МТА. При достижении скорости движения на передаче К-1 муфта Фк-і перестанет пробуксовывать (рис. 4.13,а). Дальнейшее увеличение скорости вторичного вала за счет соответствующей подачи давлений в муфту высшей передачи Фк приведет к тому, что муфта низшей передачи Фк.\ начнет буксовать и отбирать момент от вторичного вала, т.е. моменты муфт начнут вычитаться.