Гидромеханическая коробка передач

Рис.2. Стенд для исследования гидравлического привода тормозов: 1,5 - манометры для измерения давления в трубопроводах до и после усилителя; 2 - блок регистрации

временных характеристик процесса торможения; 3 - поршневой вакуумный насос; 4 - вакуумметр; 6 - датчик максимального давления

В исходную конструкцию стенда внесен ряд изменений, позволяющих выполнять необходимые испытания. Для имитации процесса торможения автомобиля оборудовано рабочее место оператора, установлено дополнительное оборудование и измерительные приборы. Дополнительно к штатному диафрагменному насосу установлен поршневой вакуумный насос, обеспечивающий получение более высокого разряжения в вакуумной камере усилителя. Предусмотрена установка дополнительного рычага для создания тарированного усилия на тормозной педали. Измерение давлений тормозной жидкости до и после усилителя, разряжения в вакуумной камере выполняется с использованием пружинных манометров и вакуумметра.

Стенд позволяет измерять и некоторые временные характеристики процесса торможения: время реакции водителя, время запаздывания тормозного привода и время нарастания давления. Электрическая схема для измерения перечисленных параметров представлена на рис.3.

Рис.3. Электрическая схема для измерения составляющих времени процесса торможения

Регистрация указанных интервалов времени выполняется с использованием магнитоэлектрических счетчиков МЭС-54, включенных в сеть переменного тока частотой 50 Гц. Цена деления счетчика составляет 0.02 секунды. Сигналом к началу торможения служит загорание красной лампы HL1, включаемой выносной кнопкой S3. Одновременно подается питание на обмотку реле К1, контакты

которого запускают счетчик РТ1, регистрирующий время реакции водителя. По мере нарастания давления в приводе срабатывают коммутирующие датчики: датчик, фиксирующий момент нажатия на педаль S3, датчик стоп-сигнала S4, срабатывающий в момент касания тормозных колодок поверхности барабана, и датчик максимального давления в тормозном приводе S5. Управляемые этими датчиками реле К2 - К4 поочередно включают и отключают счетчики. Счетчик РТ2 регистрирует время запаздывания тормозного привода, а счетчик РТ3 фиксирует время нарастания давления.

На рис.4 показана характеристика гидровакуумного усилителя, полученная в ходе доводки стенда. На графике показаны зависимость давления после гидравлического цилиндра усилителя при неработающем и работающем усилителе (обозначение соответственно Р2бу и Р2су) и кривая изменения коэффициента усиления усилителя Ку в зависимости от давления тормозной жидкости в главном тормозном цилиндре Р1 (до усилителя). Эксперимент проводился при максимальном разряжении в вакуумной камере равном 30 кПа.

Р1,МПа

Рис.4. Характеристика гидровакуумного усилителя

Стенд предназначен для исследования характеристик установленных на него усилителей тормозов и влияния на них конструктивных параметров, входящих в выражение (1). Стенд так же используется в учебном процессе при изучении студентами специальности 190201 дисциплины «Конструирование и расчет автомобиля и трактора».

Список литературы

1. Армейские автомобили. Конструкция и расчет. М.М. Запрягаев, Л.К. Крылов, Е.И. Мигидович и др./Подред. А.С. Антонова. - М.: Изд-во Министерства обороны СССР, 1970. - Ч.2. - 480 с.

УДК 629.113-585 Б.М. Тверсков

Курганский государственный университет

ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ

Аннотация

Дано описание гидромеханической коробки передач, в которой для включения передач используется электронная система синхронизации скоростей вращения соединяемых деталей.

Ключевые слова: коробка передач, блок управления, гидротрансформатор.

B.M.Tverskov Kurgan State University

HYDROMECHANICAL GEAR BOX

Annotation

In the article hydromechanical gear box with electronic system used to synchronize the rotational speed of connected components is described.

Key words: gear box, controller, hydraulic torque converter.

В статье приводится описание гидромеханической коробки передач, в которой для включения передач используется электронная система синхронизации скоростей вращения соединяемых деталей, а также возможно включение передач рычагом в случае выхода из строя электронной системы.

Чтобы включение передачи произошло, необходимы одинаковые окружные скорости зубьев соединяемой пары шестерен или шестерни и муфты, если включение происходит с помощью зубчатых муфт. Смещением шестерни включается передача заднего хода, а также иногда - первая передача. Для включения других передач чаще используются зубчатые муфты. Чтобы включение было легким, торцы зубьев заостряются. Иногда используются так называемые муфты легкого включения, особенностью которых является различная длина соседних зубьев муфты со стороны включения. В момент включения передачи скорости выравниваются ударами скосов зубьев. При разнице передаточных чисел не более 20% передачи легко включаются и без синхронизаторов. В коробках передач американских тягачей с числом передач 14-16 синхронизаторов обычно нет, но передаточные числа соседних передач отличаются не более, чем на 20% (рис. 1).

Рис. 1. Коробка передач США с 15-ю передачами

Наибольшая разница скоростей соединяемых в коробке передач шестерен бывает перед началом движения. Выходной вал коробки передач при этом неподвижен, а соединенный с двигателем промежуточный вал вращается. Если сцепление ведет, а синхронизаторы отсутствуют, включить передачу на месте крайне трудно. Однако после того, как автомобиль начал движение, следующие передачи включаются без особого труда путем снижения частоты вращения промежуточного вала уменьшением подачи топлива в цилиндры двигателя. Когда нужно включить низшую передачу, частота вращения промежуточного вала должна увеличиваться.

До появления в автомобильных коробках передач синхронизаторов включение передач рекомендовалось

производить двойным выжимом педали сцепления. Чтобы при разгоне автомобиля включить следующую передачу, выжимается педаль сцепления и рычаг включения передач выводится в нейтральное положение. После этого педаль сцепления отпускается на 1-2 секунды, обороты промежуточного вала снижаются, педаль сцепления вновь выжимается и без стука зубьев включается очередная высшая передача. Если требуется включить низшую передачу, то после выжима педали сцепления и выведения рычага включения передач в нейтральное положение, педаль сцепления отпускается. Далее водитель резко качком нажимает педаль подачи топлива (газа), вновь выжимает педаль сцепления и включает передачу. Такой способ включения на автомобилях с коробками передач без синхронизаторов был хорошо отработан и никаких трудностей у профессионалов не вызывал.

Полное равенство оборотов соединяемых деталей при этом, конечно, не получается, но оно практически и не требуется. Небольшая разница скоростей выравнивается за счет скоса зубьев. При достаточном навыке включение передачи происходит четко и без стука зубьев шестерен (муфт). Считалось: если при включении передач зубья трещат, водитель не умеет включать передачи. Опытные водители могут включать передачи без выжима педали сцепления.

Старые грузовики до сих пор ходят с такими коробками передач. Существовало мнение, что водителям-профессионалам синхронизаторы в коробках передач не нужны.

В известных вальных гидромеханических коробках передач типа \Л/ЭК для включения передач устанавливаются сцепление и синхронизаторы. В разработанной гидромеханической коробке (рис.2) сцепление и синхронизаторы отсутствуют, что упрощает коробку, сокращает её длину и делает более надежной.

Тип спроектированной коробки - трехвальная с неподвижными осями валов, четырехступенчатая. Максимальная скорость автомобилей, для которых предназначена коробка - 65-70 км/ч. Для столь низких скоростей число передач больше четырех практически не требуется. Эксплуатация тягача МАЭ-537 с трехступенчатой коробкой передач при таких скоростях нареканий из-за малого числа передач не вызывала. Вместе с двухступенчатой раздаточной коробкой и гидротрансформатором обеспечивается движение в самых различных условиях. Гидротрансформатор с корпусом и системой блокировки в спроектированной коробке передач такой же, как на МАЗ-537. Корпус гидротрансформатора соединяется с корпусом вальной коробки передач через тот же центрирующий поясок на корпусе гидротрансформатора и крепится такими же болтами и шпильками, какие используются для соединения с корпусом планетарной коробки. При отсоединении корпуса гидротрансформатора от корпуса коробки передач турбинный вал выходит из шлицевого отверстия ведущей шестерни. Масляные системы коробки и гидротрансформаторы объединены, слив масла из корпуса гидротрансформатора производится через патрубок в корпус коробки передач, где установлен заборник для масла. Чтобы коробки были взаимозаменяемы, длина вальной гидромеханической коробки по фланцам входного и выходного валов сделана такой же, как с планетарной, При проектировании это вызывало значительные трудности и наложило целый ряд ограничений, т.к. вальная коробка обычно длиннее. Расстояние между осями выходного и промежуточного валов - 200 мм. Коробка передач может работать с двигателем мощностью до 700 л.с. (рис.3).

Рис. 2. Гидромеханическая вальная коробка передач

Рис. 3. Гидромеханическая планетарная коробка передач

Так как гидротрансформатор двигатель от трансмиссии полностью не отсоединяет даже при самых малых оборотах, для остановки промежуточного вала при включении передач на его наружном конце установлен тормоз. Вместо двух возможных мест разрыва потока мощности при включении передач (в сцеплении и гидротрансформаторе) используется одно.

Сцепление на автомобиле с механической коробкой необходимо для плавного трогания с места. Здесь это выполняет гидротрансформатор. Момент на тормозе в десятки раз меньше, чем передаваемый сцеплением. Так как тормоз размещен снаружи, он не имеет тех трудностей в обслуживании и ремонте, какие являются обычными для сцепления.

Когда автомобиль неподвижен и промежуточный вал заторможен, передача включается без стука зубьев. Чтобы перед включением других передач получить нужную

частоту вращения промежуточного вала, используется электронная система синхронизации скоростей вращения соединяемых деталей (рис. 4). С помощью этой системы промежуточный вал тормозится или разгоняется до нужных оборотов.

Система синхронизации содержит два тахогенерато-ра, один из которых соединен с промежуточным валом, другой - с выходным валом коробки передач. После того как водитель подвел рычаг включения передач к положению включения нужной передачи, сначала включается система синхронизации. Подаваемые тахогенераторами напряжения сравнивается в блоке управления, откуда поступает сигнал на торможение или разгон промежуточного вала. В первом случае срабатывает тормоз, во втором - увеличиваются обороты за счет большей подачи топлива в цилиндры двигателя.

Передаточные числа Бальная коробка передач

первая передача -3,3 вторая передача - 2,31 третья передача -1,55 четвертая передача - 1,0 задний ход -3,9

Планетарная коробка передач

первая передача - 3,2

вторая передача - 1,8

третья передача - 1,0

задний ход - 1,6

Рис. 4. Схема управления вальной коробкой передач: 1 - тормоз; 2, 3, 4, 5- пневмоэлектрокпапаны; 6 - пневмоцилиндр включения передач; 7, 8- электродатчики (тахогенераторы) на выходном и промежуточном валах;

9 - пневмоцилиндр тормоза; 10 - блок управления;

11 - пневмоцилиндр для увеличения оборотов коленчатого вала; 12- рычаг включения передач

Когда отношение скоростей вращения выходного и промежуточного валов становится равным передаточному числу соединяемой пары шестерен, на электропнев-мокпапан пневмоцилиндра, включающего передачу, подается сигнал. Одновременно на контрольное табло подается сигнал о готовности системы к включению. Водитель лишь придерживает рычаг включения передач, не допуская удар от пневмоцилиндра на детали коробки передач (шестерни, муфты), т.к. при ударах они быстро изнашиваются или ломаются. Задняя передача включается на месте, когда промежуточный вал заторможен, электронная синхронизация для её включения не требуется.

Срок службы используемой на тягачах планетарной коробки с фрикционным включением передач ограничен по причине выхода их строя фрикционов. С падением давления поступающего в бустеры фрикционов масла, что происходит из-за износа насосов, начинается буксование дисков фрикционов. Это ведет к их сильному нагреву, короблению и выходу из строя коробки передач.

Другим недостатком планетарной коробки является малое передаточное число задней передачи - 1,6, тогда как передаточное число первой передачи - 3,2. В сложных условиях это затрудняет движение автомобиля назад. К тому же стоимость изготовления планетарной коробки несравнимо выше.

Коэффициент трансформации гидротрансформатора-3,5 Мн = Х-у пн2• с!5

В случае выхода из строя электронной системы синхронизации, затормозив промежуточный вал, можно рычагом включить любую передачу, в том числе высшую, и начать движение. Так как коэффициент трансформации гидротрансформатора высокий (он равен передаточному диапазону коробки передач), разгонные качества автомобиля будут вполне удовлетворительные. На автомобиле с обычной механической коробкой передач без гидротрансформатора включить передачу и начать движение, когда сцепление вышло из строя, практически невозможно.

Если перед началом движения при неработающей электронной системе синхронизации включить первую передачу, то другие передачи при разгоне следует включать с частичным торможением промежуточного вала при выведенном в нейтральное положение рычаге включения передач. Для включения низшей передачи необходимо увеличить обороты промежуточного вала, для чего рычаг включения передач нужно вывести в нейтральное положение, нажать на педаль подачи топлива и включить передачу. Конечно, это требует навыков. Но это аварийные, запасные варианты включения, их использование предусматривается в экстренных случаях. В основном же включение передач производится после автоматической синхронизации скоростей соединяемых деталей электронной системой и сигнала (светового, звукового) водителю о равенстве оборотов соединяемых деталей коробки передач.

Так как при наличии гидротрансформатора количество переключений передач резко сокращается, водитель может решить, нужна ли ему автоматическая система синхронизации или он может включать передачи и без неё. Наиболее трудным при включении передач является включение на месте. Но при наличии тормоза на промежуточном валу проблем с этим нет. Опыт показал, что после остановки тормозом промежуточного вала включение передач на месте происходит без затруднений.

В механической коробке передач для включения передач в движении необходимо изменить скорость вращения сравнительно легкого ведомого диска сцепления. В данном случае изменяется скорость турбинного колеса, момент инерции которого значительно больше. Но при наличии тормоза это решается. Насколько гидротрансформатор и тормоз могут заменить сцепление, может показать эксплуатация автомобиля с такой системой.

Способствуют включению передач пневмоусилите-ли, без которых на тяжелых автомобилях не обходятся. Отработка предлагаемой системы включения может быть в условиях эксплуатации.

При движении с неработающей системой синхронизации можно обычным образом блокировать гидротрансформатор и не допускать перерасход топлива.

Разработанная гидромеханическая коробка передач обладает целым рядом преимуществ по сравнению с указанной планетарной, исключительно сложной и дорогой в производстве и ремонте, а главное, выходящей из строя

при снижении давления масла в бустыре фрикциона. Простая конструкция может быстро восстановлена в чрезвычайных условиях. При этом работа по ремонту требует значительно меньшей квалификации. Восстановить коробку передач с включением передач фрикционами в таких условиях значительно сложнее.

Разработанная коробка обладает автоматичностью действия, так как имеется гидротрансформатор: количество переключений передач сокращается в несколько раз, потому они не утомительны.

Система блокировки гидротрансформатора замечаний не имеет. Для блокировки большой момент не требуется, к тому же, в экстренных случаях возможна работа гидротрансформатора и без блокировки.

Фрикционное включение передач в автомобильных коробках делается, если коробка автоматическая. Если же коробка не автоматическая, а как указанная планетарная, передачи включаются шлицевыми муфтами или смещением шестерен. Использовать в неавтоматической автомобильной коробке фрикционное включение, как правило, не оправдано: это слишком дорого и есть большая вероятность выходов из строя коробки в случае снижения давления масла в системе включения фрикционов, что и отмечается в указанной планетарной коробке. Работающие в масле, выполненные из высококачественной стали, имеющие высокую твердость шестерни масляных насосов могут сравнительно быстро изнашиваться, после чего насос не создаёт нужное давление. Надежность работы насосов может решаться за счет большого запаса давления в системе. Избыточного давления должно хватать на срок службы коробки передач при постоянном его снижении из-за износов. А это требует увеличения размеров фрикциона.

Сгорание фрикциона в планетарной коробке означает прекращение движения и очень серьезный ремонт. Выход из строя системы синхронизации - всего лишь необходимость включать передачи иным образом, что при наличии гидротрансформатора и тормоза на промежуточном валу вполне возможно. Отсутствие зависимости передаваемого крутящего момента от давления масла и включение передач шлицевым соединением делают коробку надежной и с большим КПД.

УДК 629.113 С.П. Жаров

Курганский государственный университет

АНАЛИЗ КАЧЕСТВА МОТОРНОГО МАСЛА В УСЛОВИЯХ ПРЕДПРИЯТИЙ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА

Аннотация

В статье рассмотрены простейшие методы анализа качества моторного масла, позволяющие проверить его даже в условиях автотранспортного предприятия. Методика позволяет, используя разработанное программное обеспечение, путем экспериментального измерения кинематической вязкости масла, определить его индекс вязкости и принадлежность к соответствующему классу вязкости.

Ключевые слова: автомобиль, масло, вязкость, качество.

S.P. Zharov

Kurgan State University

THE QUALITY ANALYSIS OF THE ENGINE OIL IN THE CONDITIONS OF THE MOTOR TRANSPORT ENTERPRISES

Annotation

In article the elementary methods of the quality analysis of the engine oil are considered, allow checking it up even in the conditions of a motor transport enterprise. The technique allows using the developed software, by experimental measurement of kinematic viscosity of oil, to define its index of viscosity and an accessory to corresponding class of viscosity.

Keywords: a car, oil, viscosity, quality.

ВВЕДЕНИЕ

Вязкость моторных масел оказывает значительное влияние на надежность, безотказность, долговечность, а также эффективность работы двигателя. От вязкости моторного масла, при рабочих температурах зависят характер и вид трения в трущихся сопряжениях двигателя, затраты энергии на циркуляцию масла в системе смазки, отвод тепла от нагретых деталей, вязкость масла при низких температурах обеспечивает возможность пуска двигателя, продолжительность пуска холодного двигателя и связанные с этим износы. В последние годы на рынке автомобильных эксплуатационных материалов появляются некондиционные продукты, а нередко и откровенные подделки. Это касается в том числе и моторных масел.

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Известно, что вязкость масла, как и вязкость любой жидкости, изменяется в зависимости от изменения температуры. Принципиальная зависимость вязкости моторных масел оттемпературы выражается логарифмической кривой, которая достаточно точно описывается эмпирической формулой и имеет вид:

л/lgV=A + %,

где г| - динамическая вязкость масла;

Т - абсолютная температура масла;

А и В - коэффициенты, постоянные для данного масла.

Формула позволяет представить вязкостно-температурную характеристику масла в координатах 1Я, функции -iJlgT , представляющую собой прямолинейную зависимость.

На основе используемых зависимостей разработаны специальные координатные сетки, по которым можно очень быстро построить вязкостно-температурные характеристики различных моторных масел, представляющие собой в этих координатных сетках прямые линии.

Поскольку через две точки можно провести прямую линию, то, пользуясь прямолинейной зависимостью вязкости от температуры в логарифмических координатах, можно графически по номограмме (рис.1) определить вязкость масла при любой температуре, если известна его вязкость при двух каких-либо температурах. Однако, для повышения достоверности характеристики в процессе лабораторных измерений стараются получить данные для построения прямой линии в логарифмических координатах по большему числу точек.