Содержание к диссертации
Введение
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Применение механизмов свободного хода в трансмиссиях транспортных машин . 8
1.2. Анализ работ по исследованию динамической нагружен-ности трансмиссий транспортных машин /б
1.3. Анализ характеристик: автоматических сцеплений 2.5
1.4. Выводы и постановка задач исследования 32
2.ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ В СТУПЕНЧАТЫХ
ТРАНСМИССИЯХ С МЕХАНИЗМОМ СВОБОДНОГО ХОДА
2.1. Анализ процесса переключения передач 35
2.2. Определение динамических нагрузок при переключении, передач 45
2.3. Влияние конструктивных и эксплуатационных параметров на динамические нагрузки в трансмиссии при переклю -чении передач. 71
2.4. Результаты исследования процесса переключения
передач &2
3.ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМАТИЧЕСКОГО СЦЕПЛЕНИЯ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН
3.1. Выбор критерия для оценки эффективности процесса трогания 84
3.2. Методика определения параметров процесса трогания 83
3.3. Влияние характеристики автоматического сцепления на параметры процесса трогания 101
3.4. Принцип двухступенчатого регулирования момента трения в сцеплении 118
3.5. Расчет автоматического двухступенчатого центробежного сцепления 123
3.6. Результаты исследования влияния характеристики автоматического сцепления на эксплуатационные качества транспортной машины 131
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МОТОЦИКЛА С МЕКАНИЗМОМ СВОБОДНОГО ХОДА И АВТОМАТИЧЕСКИМ СЦЕПЛЕНИЕМ
4.1. Цели и объект исследования /33
4.2. Измеряемые величины и применяемая аппаратура /35
4.3.Определение величин, необходимых для проведения расчетов 141
4.4. Определение характеристики автоматического сцепления и параметров процесса трогания
4.5. Экспериментальное определение динамических нагрузок при переключении передач 143
4.6. Результаты экспериментальных исследований 15$
ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ...461
ЛИТЕРАТУРА 1б4
ПРИЛОЖЕНИЯ
- Применение механизмов свободного хода в трансмиссиях транспортных машин
- Анализ процесса переключения передач
- Выбор критерия для оценки эффективности процесса трогания
- Цели и объект исследования
Введение к работе
Решение основной задачи, поставленной в Программе КПСС -"Обеспечить в Советском Союзе самый высокий жизненный уровень по сравнению с любой страной капитализма" - вызвало бурное развитие экономики страны [I]. Интенсификация народного хозяйства потребовала ускоренного развития всех видов транспорта, перед которым поставлена задача "полного удовлетворения потребностей народного хозяйства и населения во всех видах перевозок" [2].
Роль автомобильного транспорта в народном хозяйстве СССР постоянно повышается, что определяет оурные темпы его развития и требует увеличения производства автомобильных транспортных средств, способных удовлетворить разнообразные запросы перевозок [2,3,4].
Рост производства автомобилей и, как следствие, автомобильного парка, опережает темпы дорожного строительства [3,5І. Это увеличивает интенсивность движения на улицах и дорогах, усложняет условия работы водителей.
Повышение жизненного уровня населения СССР потребовало увеличения производства товаров культурно-бытового и хозяйственного назначения, в том числе легковых автомобилей, мотоциклов и мопедов. В 1979 г. в личном пользовании граждан находилось 6329 тыс. легковых автомобилей, а вместе с мотоциклами парк индивидуальных транспортных средств превысил 24 млн. [б,7]. В результате значительно возросло количество водителей непрофессионалов, часто не обладающих достаточной квалификацией, что еще более усложняет дорожное движение. Поэтому перед промышленностью стоит задача совершенствования конструкций автомобилей и мотоциклов с целью всемерного упрощения и облегчения управления ими [8,9].
Одним из наиболее сложных процессов, требующих постоянного внимания водителя и его определенной квалификации, является управление трансмиссией, и в первую очередь - управление сцеплением [ТО]. Поэтому в условиях постоянно повышающейся интенсивности дорожного движения и снижающейся средней квалификации водителей задача автоматизации сцепления преобретает весьма важное значение.
Другим следствием роста парка транспортных средств является необходимость значительного увеличения производства горюче-смазочных материалов. На долю автомобильного транспорта приходится до половины потребляемой нефти [її], и следовательно, экономичность автомобилей в значительной степени определяет уровень ее добычи. Поэтому в качестве одного из основных направлений развития экономики СССР на период до 1990 г; ставится задача "значительно поднять экономичность и производительность выпускаемой техники, поднять ее надежность и долговечность", повысить конкурентоспособность на внешнем ршке [12].
Радикальным средством повышения топливной экономичности автомобиля является применение бесступенчатой передачи [13-І?], которая одновременно обеспечивает полную автоматизацию управления трансмиссией, что снижает утомляемость водителя и благоприятно отражается на безопасности дорожного движения. Однако в силу того, что бесступенчатые передачи выявляйте все свои преимущества лишь при большом диапазоне изменения переда- точного числа, приемлемом к.п.д. и при наличии регулятора, обеспечивающего оптимальное изменение передаточного числа (что до настоящего времени совместить не удавалось), они пока не получили широкого распространения на автомобилях [17]
Несколько шире бесступенчатые трансмиссии применяются на одноколейных транспортных средствах и в первую очередь на мопедах [18,19] Такие транспортные средства имеют невысокий абсолютный расход топлива, что делает их менее чувствительными к требованиям топливной экономичности. Поэтому основной целью применения бесступенчатых трансмиссий на мотоциклах и мопедах является значительное упрощение управления ими.
Получившие широкое распространение на легковых автомобилях и городских автобусах гидромеханические передачи в силу невысокого к.п.д. не обеспечивают экономии топлива, а их стоимость примерно вдвое выше стоимости механической четырехступенчатой коробки передач [20]*
Наиболее простым способом повышения топливной экономичности, не требующим существенного изменения конструкции транспортного средства, является применение в трансмиссии механизма свободного хода [21-24], обеспечивающего разъединение двигателя и движителя при изменении направления передачи крутящего момента. Это увеличивает время работы двигателя на холостом ходу, что помимо снижения расходов топлива, дает еще целый ряд преимуществ: уменьшает износ двигателя и токсичность выхлопных газов, снижает шумность, облегчает управление транспортным средством.
Основываясь на свойстве механизма свободного хода разъединять двигатель и движитель при уменьшении подачи топлива, некоторые авторы предлагают полностью возлагать на него функции сцепления при переключении передач [10] В сочетании с автоматическим сцеплением простои конструкции, например, центробежным, это позволяет получить дешевый полностью автоматизированный узел, который может устанавливаться в стандартный картер как серийное или заказное оборудование* Однако другие исхода, следователи считают, что применение механизма свободного для разъединения двигателя и движителя при переключении передач недопустмо, так как в некоторых случаях может вызвать перегрузку синхронизаторов или поломку коробки передач [25],
Таким образом мнения исследователей по этому вопросу разделились, что свидетельствует о его недостаточной изученности.
Очевидно, что переключение передач, как любой переходный процесс; может явиться причиной возникновения динамических нагрузок в трансмиссии. Наличие в системе двигатель-трансмиссия-автомобиль-дорога фрикционного сцепления влияет на величину динамического момента. В случае применения на транспортном средстве автоматического сцепления изменение его характеристики может увеличить или уменьшить динамические нагрузки, т.е. наличие в трансмиссии механизма свободного хода предъявляет определенные требования к характеристике сцепления.
Поэтому целью настоящей работы является исследование процесса переключения передач при разъединении двигателя и движителя механизмом свободного хода^ определение влияния на протекание процесса параметров сцепления и выбор характеристики автоматического сцепления для транспортного средства с механизмом свободного хода
Применение механизмов свободного хода в трансмиссиях транспортных машин
Отличительной особенностью применения механизмов свободного хода (МСХ) в трансмиссиях транспортных машин является разъединение двигателя и движителя при уменьшении подачи топлива» В результате этого исключается режим принудительного холостого хода, наиболее опасный для двухтактных двигателей внутреннего сгорания, смазка которых осуществляется находящимся в топливе маслом. По этой причине в трансмиссиях транспортных средств МСХ впервые появились в 1932 г на автомобилях ДКВ, оснащенных двухтактными двигателями [211 Помимо снижения износов двигателя, применение МСХ способствует повышению топливной экономичности автомобиля за счет исключения принудительного холостого хода и позволило переключать передачи без выключения сцепления.
В силу перечисленных преимуществ МСХ получили в 30-е годы широкое распространение в трансмиссиях автомобилей. Так, в 1938 г. 48% моделей легковых автомобилей, выпускавшихся в США, были оснащены МСХ [22].
Установка МСХ на выходном валу коробки передач (КП) практически не требовала изменения трансмиссии, однако такая компоновка вызывала необходимость блокировки МСХ при движении задних ходом. Кроме того, исключение торможения двигателем привело к увеличению износа фрикционных накладок тормозных механизмов и увеличению опасности заноса автомобиля при торможении на скользких дорогах. Поэтому, а также из-за появления полуавтоматических и автоматических повышающих передач и др. область применения МСХ сузилась.
В этом аспекте надо отметить автоматическое центробежное сцепление автомобиля Тальбот, где МСХ устанавливался между двигателем и первичным валом КП (т.е. параллельно сцеплению) и служил для обеспечения торможения двигателем. Интересна также КП автомобиля Майбах с МСХ, включающимся вакуумным устройством только в моменты, когда происходит переключение передач [22].
МСХ широко применялись для включения ускоряющей передачи в зависимости от скорости движения автомобиля или частоты вращения коленчатого вада двигателя (КВД). Это уменьшало число переключений передач, повышало топливную экономичность, снижало уровень шума двигателя и его токсичность [23].
В настоящее время МСХ используются в трансмиссии автомобиля Вартоург 353 , оснащенном двухтактным 3-цилиндровым двигателем мощностью 36,8 кВт (50 л.с.) [26,27]. Здесь он расположен между ведомым валом сцепления и первичным валом КП (рис. I.I), что обеспечивает свободный накат на всех передачах. Установка МСХ на входе в КП позволила снизить передаваемый им крутящий момент и, следовательно, его размеры. Для обеспечения возможности торможения двигателем (по желанию водителя), заводки двигателя буксировкой автомобиля и удержания автомобиля на стоянках при помощи двигателя предусмотрена блокировка МСХ зубчатой муфтой.
Анализ процесса переключения передач
Для решения вопроса о возможных причинах появления динамических нагрузок при переключении передач в трансмиссиях транспортных машин с МСХ необходимо рассмотреть протекание процесса переключения.
Как упоминалось выше, МСХ может устанавливаться на входе в КП или на выходе из нее. В настоящей работе исследуются транспортные средства с АС конструкции Н.В. Дивакова, состоя-состоящим из центробежной муфты барабанного типа и последовательно установленного МСХ. Поэтому анализ проводится применительно к трансмиссии, где МСХ установлен на входе в КП (рис. 2.1).
Схемы, иллюстрирующие процесс переключения с низшей пе-редачи (передаточное число і-к ) на высшую (передаточное чи-ело Ск+1 ) приведены на рис. 2.2 и 2.3. Для большей наглядности рассматривается случай переключения на прямую передачу.
Выбор критерия для оценки эффективности процесса трогания
Как было установлено в главе второй, для снижения величины динамического момента, возникающего в трансмиссии транспортного средства при переключении передач целесообразно применять автоматические сцепления, имеющие регрессивную характеристику. Однако основным назначением АС является обеспечение трогания транспортного средства, поэтому необходимо исследовать влияние регрессивной характеристики сцепления на параметры процесса трогания.
Для оценки эффективности протекания этого процесса необходимо выбрать критерии, позволяющие объективно сравнивать степень совершенства трогания автомобиля или мотоцикла. Как отмечалось выше, чаще всего в этом качестве используются работа буксования сцепления и время разгона до заданной скорости. В качестве вспомогательных критериев применяют время буксования сцепления, работу, совершенную двигателем в течение этого процесса, а в ряде случаев путь, пройденный автомобилем.
Наличие нескольких оценочных параметров не позволяет дать однозначный ответ на вопрос о том, какой из анализируемых процессов является наиболее совершенным. Очень часто улучшение одного критерия (например, работы буксования) ведет к ухудшению другого (времени разгона), поэтому оценка процесса трогания по двум или более параметрам не дает окончательного решения поставленной задачи.
Оценка трогания только работой буксования также не дает объективного представления, так как не учитывает времени разгона до заданной скорости, в результате чего сцепление, обеспечивающее минимальную работу буксования при очень плохой динамике машины будет считаться более эффективным. По аналогичной причине нельзя судить об эффективности трогания по времени буксования или времени разгона.
Некоторые авторы предлагают оценивать эффективность процесса трогания одним комплексным показателем, объединяющим несколько критериев. Так появились средний к.п.д. сцепления за время его буксования, предложенный В.А.Петровым и коэффициент эффективности сцепления в интерпретации Н.В.Дивакова (см.раздел 1.3).
Физический смысл обоих критериев одинаков: это отношение полезной работы, т.е. работы на разгон транспортного средства и на преодоление сопротивления движению, к работе,затраченной, т.е. совершенной двигателем за то же время.
Средний к, п.д. сцепления не учитывает скорости транспортного средства, достигнутой к концу процесса.
В результате наиболее совершенным может считаться АС, обеспечивающее минимальную работу буксования, но весьма низкую конечную скорость. Поэтому по своей сути средний к.п.д. сцепления аналогичен таким критериям, как работа буксования или время разгона до заданной скорости, и также не дает однозначного ответа на поставленный вопрос.
Цели и объект исследования
При проведении экспериментальных исследований были поставлены следующие задачи:
- определение величин, необходимых для проведения аналитических расчетов;
- определение динамических нагрузок при переключении передач и сопоставление экспериментальных данных с расчетными;
- определение параметров процесса трогания транспортного средства с автоматическим сцеплением с целью сопоставления с расчетными данными.
Как было показано в главе первой, динамические нагрузки при переключении передач могут возникнуть лишь в случае применения несинхронизированной КП. Поэтому в качестве объекта испытаний был выбран мотоцикл "Днепр" MTI0.36, трансмиссия которого включает четырехступенчатую, двухвальную несинхронизированную КП.
Другой причиной выбора явилась характеристика установленного на этом мотоцикле двигателя, развивающего максимальный крутящий момент при 4800-5000 об/мин и имеющего значительное его снижение в зоне низких частот вращения КВД.
Технические данные мотоцикла "Днепр" MTI0.36 , необходимые для проведения расчетов, приведены в Приложении I.
Мотоцикл был подготовлен в соответствии с требованиями ГОСТ 6253-78, но дополнительно оборудован ветровым щитком для водителя (рис.4.1).
Во время испытаний на мотоцикле было установлено автоматическое центробежное сцепление конструкции Н.В.Дивакова, включающее фрикционную часть барабанного типа и МСХ между ведомым барабаном и первичным валом КП (см.рис.1.3). Конструкция сцепления, содержащего 12 фрикционных нажимных колодок, позволяла производить изменение характеристики. Это осуществлялось путем уменьшения количества колодок и установки стягивающей пружины, с измененной характеристикой, что обеспечивало постоянство точки включения сцепления.
