СИСТЕМА ТЕПЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ АГРЕГАТОВ ТРАНСМИССИИ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройству для тепловой подготовки коробки перемены передач КПП и редукторов ведущих мостов при эксплуатации транспортного средства в зимний период.
Работоспособность транспортного средства в значительной степени определяется стабильностью показателей работы трансмиссии. При увеличении теплоотдачи агрегатами трансмиссии в окружающую среду нарушается их тепловой режим работы, что влечет за собой увеличение внутренних потерь энергии и интенсивности изнашивания поверхностей трения зубчатых зацеплений.
Согласно исследованиям [Долгушин А.А.. Изменение теплового режима коробки перемены передач грузовых автомобилей / Долгушин А.А., Курносов А.Ф., Шведов С.П. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2011. - №2. - С. 14-15.], при температуре окружающего воздуха минус 30°C, температура масла в коробке передач автомобиля КАМАЗ-5320 не превышает значения 8°C даже после 1,5 часов работы. В то же время при исследовании влияния вязкостно-температурных свойств масла на механические потери в трансмиссии автомобиля установлено, что затраты мощности на привод агрегатов растут по мере понижения температуры масла. Этот рост особенно заметен с температур 40°C и ниже. Здесь же установлено, что существенное снижение затрат мощности в коробке передач за счет вязкостно-температурных свойств масла может быть получено лишь в зимний период, в основном при пуске и прогреве двигателя. Во время движения автомобиля затраты мощности на привод коробки передач практически не зависят от марки масла (вследствие его высокой рабочей температуры). Потери в редукторах ведущих мостов, так же как и в коробке передач при использовании различных масел неодинаковы и резко возрастают при температуре ниже 50-60°C. [Соколов, В.В. Влияние вязкостно-температурных свойств масла на механические потери в трансмиссии автомобиля/ Соколов, В.В. Грамолин А.В., Баранова Л.П. - М.: Журнал Автомобильная промышленность, 1984. - №3. - С. 20-21].
На основании приведенных данных можно сделать вывод, что в некоторых случаях эксплуатации трансмиссий транспортных средств в зимних условиях необходимы дополнительные источники энергии для обеспечения рабочей температуры масла перед началом движения
В настоящее время известно несколько устройств для обеспечения теплового режима агрегатов трансмиссии транспортных средств.
Известно устройство для подогрева картера КПП теплом отработавших газов (патент на ПМ №74605 опубликован в БИ №19 10.07.08 г). Данное устройство позволяет вторично использовать тепло двигателя транспортного средства для подогрева картера КПП.
В качестве недостатков данного устройства можно отметить внедрение в конструкцию выпускной системы транспортного средства при его монтаже, что может привести к увеличению сопротивления выхлопных газов на выпуске, высокую степень пожароопасности и низкий коэффициент полезного действия (КПД).
Известен способ нагрева трансмиссионного масла с использованием электрических подогревателей (патент на ПМ №73281 опубликован в БИ №14 20.05.08 г). Преобразование электрической энергии в тепловую с помощью электрических ТЭНов позволяет подогревать масло за короткий промежуток времени. Установка подобных устройств в картер трансмиссионного редуктора достаточно проста и не требует изменения конструкции.
Однако, наряду с преимуществами, этот способ имеет и ряд недостатков. Соприкосновение поверхности нагревательного элемента с маслом приводит к его подгоранию и изменению свойств. Образование нагара на поверхности ТЭНа приводит к сокращению его срока службы. Кроме того, электрические нагреватели обладают значительной энергоемкостью.
Для увеличения эффективности нагрева используют систему управления тепловым режимом агрегатов транспортных средств, взятую за прототип, в основе которой лежит СВЧ-нагреватель (патент на ПМ №120714, опубликовано 27.09.2012 Бюл. №27 25.01.2012 г). Система предназначена для поддержания температуры масла в агрегатах транспортных средств, таких как двигатель внутреннего сгорания, коробка перемены передач, редуктор главной передачи и т.п., при эксплуатации в регионах с суровыми климатическими условиями. Наряду с заявленными преимуществами, предложенная система имеет ряд недостатков: использование бортовой электросети и энергии сжатого воздуха исключает универсальность применения системы для предпускового подогрева агрегатов на всех типах автомобилей; эффективность работы источника СВЧ-энергии снижается на величину потерь электроэнергии в преобразователе напряжения.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА - повышение эффективности тепловой подготовки агрегатов трансмиссии при эксплуатации транспортного средства в условиях пониженных температур окружающей среды.
Для достижения технической задачи предлагается система тепловой подготовки агрегатов транспортных средств (система), включающая масляный насос высокого давления для циркуляции масла, камеру нагрева, выполненную из двух соосных (одна в одной) труб, внешняя из которых является корпусом, во внутренней расположены на равном расстоянии друг от друга диски, изготовленные совместно со стержнем из материала, устойчивого к воздействию ультразвуковых колебаний, при этом, в дисках имеются калиброванные отверстия для создания эффекта дросселирования при движении масла с большой скоростью, дополнительно система оснащена источником ультразвуковых колебаний для воздействия энергией ультразвуковой частоты на масло.
Система тепловой подготовки агрегатов транспортных средств поясняется графически. На фиг. 1 представлена система тепловой подготовки агрегатов транспортных средств в общем виде; на фиг. 2 - конструкция камеры нагрева в поперечном сечении; на фиг. 3 - блок-схема работы системы в автоматическом режиме.
Основными звеньями системы являются источник ультразвуковых колебаний 1, представляющий собой пьезоэлектрический преобразователь, камера нагрева, выполненная из двух соосных одна в одной труб, при этом внешняя труба 2 является корпусом, а во внутренней трубе 3 расположены соосно на равном расстоянии друг от друга диски 4, изготовленные совместно со стержнем 5 из материала, устойчивого к воздействию ультразвуковых колебаний, при этом, в дисках имеются калиброванные отверстия 6 для создания эффекта дросселирования при движении масла с большой скоростью. Для увеличения сопротивления движения масла, т.е. для увеличения эффекта дросселирования, расстояние между трубой 3 и дисками 4 сведено к минимальному при условии обеспечения нормальной обработки масла ультразвуковыми колебаниями.
Приемный патрубок 7 устанавливается вместо сливной пробки агрегата с соблюдением герметичности при помощи резьбового соединения. Подача масла к камере нагрева от приемного патрубка 7 осуществляется при помощи масляного насоса высокого давления 8. Для предотвращения создания повышенного давления масла, в частности при его повышенной вязкости, в системе предусмотрен предохранительный клапан 9, который, при необходимости открывает обводной канал 10 и масло поступает в выходной патрубок 11, минуя камеру нагрева. Выходной патрубок 11 устанавливается вместо заливной пробки агрегата, аналогично патрубку 7. Питание насоса и пьезоэлектрического преобразователя происходит от внешнего источника электрического тока (на схеме не указан). Контролирование температуры масла происходит при помощи датчика температуры 12. Также система оснащена электронным блоком управления (ЭБУ) 13 и теплоизолированными маслопроводами высокого давления, соединяющие отдельные части системы.
Система тепловой подготовки агрегатов транспортных средств работает следующим образом.
При необходимости тепловой подготовки агрегатов транспортных средств происходит пуск системы вручную. При этом, ЭБУ 13 запускает масляный насос высокого давления 8. Масло поступает из приемного патрубка 7 через насос высокого давления в камеру нагрева, где под большим давлением и скоростью проходит через калиброванные отверстия 6, при этом происходит повышение его температуры. При температуре масла, близкой к его полному замерзанию, когда дросселирование масла невозможно, ЭБУ включает источник ультразвуковых колебаний 1, тем самым воздействуя на масло энергией механических волн ультразвуковой частоты, что приводит к разрушению его загустевшей структуры. После повышения вязкости масла и, соответственно, его температуры до необходимого значения для дальнейшего нагрева дросселированием, ЭБУ отключает источник ультразвуковых колебаний, прогрев масла происходит в обычном режиме.
Система тепловой подготовки агрегатов транспортных средств в автоматическом режиме работает следующим образом.
При снижении температуры масла до значения, при котором происходит его замерзание, ЭБУ 13 считывает показания с датчика температуры 11 и включает источник ультразвуковых волн 1 и масляный насос 8. При достижении необходимой температуры масла, датчик температуры 11 подает сигнал на ЭБУ 13, который, в свою очередь, отключает как источник ультразвуковых колебаний 1, так и масляный насос 8.
Предлагаемая система повысит эффективность тепловой подготовки редукторов трансмиссии при эксплуатации транспортного средства в условиях пониженных температур окружающей среды, при этом существенно повысится температурный диапазон применения способа дросселирования.