Управление переключением диапазонов саморегулируемой механической многопоточной бесступенчатой передачи

верхность пазового диска не успевает закончиться до перекладки Ь-б. Для моделирования перекладки зазоров в ЭП при работе МБП на таких режимах необходимо дополнительное уточнение расчетной схемы и корректировка выражения (11). Потери мощности на трение при этом получаются значительно меньше, чем для ре-

жимов

с L > 0,65.

Таким образом, максимальные потери на трение при перекладке зазоров в ЭП для экспериментального образца МБП могут достигать 5,9 - 6,6% от максимальной передаваемой мощности. Максимальное значение относительной угловой скорости пазового диска при этом может лежать в диапазоне

max( Wn) = 5,3... 40,6 рад / с

Список литературы

1. Благонравов А.А. Механическая бесступенчатая передача. Патент

РФ №2211971. Б.И, 2003. - №25.

2.Благонравов А.А., Худорожков С.И. Внешняя характеристика многопоточной бесступенчатой передачи с упругими звеньями // Труды XXII Российской школы "Наука и технологии". - М.: РАН, 2002.- С.118-125.

3.Благонравов А.А., Ревняков Е.Н. Уточнение внешней характеристики многопоточной бесступенчатой передачи с упругими звеньями // Краткие научные сообщения Всероссийской научно-технической конференции "Механика и процессы управления моторно-трансмиссионных систем транспортных машин". - Курган: УрО РАН, КГУ, 2003. - С.133-138.

4.Ревняков Е.Н. Влияние обратимости четырехзвенника на внешнюю характеристику бесступенчатой передачи // Материалы Международной конференции "Актуальные проблемы конструк-торско-технологического обеспечения машиностроительного производства". - Волгоград: РПК "Политехник", 2003. - Ч. II. -С. 192-195.

5.Ревняков Е.Н. Характеристика совместной работы двигателя внутреннего сгорания и бесступенчатой передачи // Краткие научные сообщения Всероссийской научно-технической конференции "Механика и процессы управления моторно-трансмиссион-ных систем транспортных машин". - Курган: УрО РАН, КГУ, 2003.

- С.27-29.

6.Благонравов А.А., Худорожков С.И. Динамическая характеристика саморегулируемой механической бесступенчатой передачи // Редукторостроение России: состояние, проблемы, перспективы. Материалы Всероссийской научно-практической конференции.

- СПб.: ЦЦИ ОАО "Светоч", 2003. - С.192-194.

7.Ревняков Е.Н. Уточненный расчет приведенной массы внешнего эксцентрика бесступенчатой трансмиссии // Сборник научных трудов аспирантов и соискателей Курганского государственного университета. - Курган, 2004. - С.239-241.

8.Подшипники качения: Справочник/Под ред. Н.А. Спицына. - М.: Машиностроение, 1961. - 828 с.

Благонравов А.А. Курганский государственный университет, г. Курган

УПРАВЛЕНИЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ДИАПАЗОНОВ САМОРЕГУЛИРУЕМОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ МНОГОПОТОЧНОЙ БЕССТУПЕНЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

В работах [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8] был рассмотрен ряд важных вопросов, касающихся саморегулируемых механических многопоточных бесступенчатых передач: кинематическая схема и принцип работы; внешняя характеристика, получаемая методами кинетостатики и аналитической механики, при генераторе гармонических колебаний и при генераторе, представляющем собой четы-рехзвенник с переменной величиной кривошипа; механические потери в кинематической цепи; динамика включения выпрямителя (механизма свободного хода); нагрузка эксцентрикового генератора колебаний со свободны-

ми эксцентриками; совместная работа такой передачи с дизельным двигателем.

Однако для того, чтобы использовать такую передачу в качестве коробки передач транспортного средства, например, городского автобуса, она должна быть дополнена некоторой редукторной частью, позволяющей включать как передний, так и задний ход, прямую передачу и, возможно, замедленный диапазон. При отсутствии муфты сцепления переключение диапазонов можно было бы осуществлять с помощью индивидуальных фрикционных устройств. Но это значительно усложнило бы конструкцию. Наличие в кинематической цепи механизмов свободного хода (МСХ) позволяет осуществлять переключение диапазонов с помощью простых зубчатых муфт. Но это требует специального управления.

На рис.1 показана кинематическая схема экспериментального образца саморегулируемой многопоточной бесступенчатой передачи, разработанного для совместной работы с дизельным двигателем мощностью 195 л.с. В отличие от схем, представленных в [1, 2, 3], передача имеет редукторную часть, обеспечивающую основной ("быстрый") диапазон, медленный диапазон и диапазон заднего хода. Кроме того, может быть включена прямая передача. При включенном "быстром" диапазоне схема соответствует приведенным в [1, 2, 3].

z17

Рис. 1. Кинематическая схема экспериментального образца трансмиссии

Ведущий вал, изображенный на рис.1 как коленчатый, на самом деле имеет два закрепленных на нем эксцентрика, которые можно назвать внутренними. На них свободно установлены внешние эксцентрики: рабочий эксцентрик и эксцентрик-противовес. Рабочий эксцентрик с помощью пазового диска, установленного на нем с промежуточным подшипником, взаимодействует с коромыслами пяти выпрямителей (МСХ), установленными в корпусе равномерно по окружности. Ведомые элементы выпрямителей торсионными валами соединены с периферийными шестернями 2 = 35, соединяемыми с ведомым валом зубчатой муфтой.

Эксцентриковый преобразователь, имеющий одинаковую величину эксцентриситетов внутренних и внешних эксцентриков, рабочий эксцентрик с пазовым диском, коромысла выпрямителей и корпус передачи образуют пять четырехзвенников с переменной длиной кривошипа. Эта длина может изменяться от нуля, когда эксцентриситеты внутреннего и наружного эксцентриков направлены в противоположные стороны, до максимального значения, равного удвоенной величине эксцентриситета. Шатуном служит расстояние от геометрического центра рабочего эксцентрика до оси шипа коромысла выпрямителя, а стойкой - расстояние между осями ведущего вала и выпрямителей. Чем больше величина кривошипа, тем больше амплитуда колебаний коромысел выпрямителей. Центробежные силы, действующие на вне-

шние эксцентрики, стремятся увеличить общий эксцентриситет - длину кривошипа, а силы, действующие на коромыслах от моментов закрутки торсионов, препятствуют этому увеличению. Для того чтобы задача динамического равновесия имела свое решение для каждого значения передаточного отношения, применяется конструктивное смещение центра масс внешнего эксцентрика относительно его геометрического центра, определяемое радиусом, равным эксцентриситету и некоторой постоянной угловой координатой а.

При выборе оптимальных с определенных позиций конструктивных параметров (параметры четырехзвенни-ка, приведенные с учетом эксцентрика, угловая скорость ведущего вала, угловая жесткость торсионов, количество выпрямителей и угол смещения центра масс рабочего эксцентрика а) внешняя характеристика передачи на "быстром" диапазоне может иметь вид, показанный на рис.2. Здесь характеристика представлена в оптимальных величинах. За единицу принято значение момента на ведомом валу М2 при стоповом режиме, когда передаточное отношение I = П2 / Пх = 0. Пунктиром показан момент двигателя при включенной прямой передаче. По характеристике видно, что преобразующие

свойства передачи весьма высоки. Но при изменении ( от 0,6 до 1 передаваемый на ведомый вал момент уменьшается от момента, развиваемого двигателем, до нуля. Поэтому использование прямой передачи явно целесообразно.

Так как при передаточном отношении, например, / = 0,2 отношение М2 /Мх < 5, то для преодоления крутых подъемов нелишне было бы иметь замедленный диапазон с увеличением М2 в два с лишним раза. Это обеспечивается кинематической схемой, пред-

ставленной на рис. 1.

М

1

09 08 07 06 05 0.4 03 02 0.1

М

М1 — М ' 2ШВХ

М

М

М

02

0.4

01

0.8

и

Рис. 2. Внешняя характеристика саморегулируемой механической бесступенчатой передачи

Решение о включении или выключении прямой передачи и замедленного диапазона не может быть доверено автомату Оно должно приниматься водителем. Но выполнение необходимых при этом операций может быть автоматизировано. Опытный водитель мог бы осуществлять переключение без автоматизации, передвигая зубчатые муфты с помощью кулисы вручную и обеспечивая необходимую синхронизацию с помощью изменения оборотов двигателя, ориентируясь по тахометру. Но это требует повышенного внимания и не исключает ошибок. Поэтому будем ориентироваться на автоматизированную систему, где перемещение кулисы лишь включает соответствующие концевые включатели, а перемещение

зубчатых муфт Мх и М2 осуществляется с помощью

тяговых электромагнитов. Переключение режимов можно проследить по функциональной схеме системы управления, показанной на рис. 3.

Рис. 3. Функциональная схема системы управления

1

0

188

ВЕСТНИК КГУ, 2005. №2.

Трогание с места. Педаль подачи топлива (ППТ) отпущена. Контакт К1 замкнут. Нажатием на кнопку кулисы, находящейся в нейтрали (Н), включается контакт К2. Через элемент &1 включается магнит М1, воздействующий на центральный синхронизатор (ЦС), который представляет собой дисковый тормоз, установленный на одном из периферийных валов (на кинематической схеме не показан). С помощью ЦС обеспечивается торможение периферийных валов. После чего включение зубчатых муфт быстрого диапазона, заднего хода или медленного диапазона может осуществляться безударно. Безударность включения муфт быстрого и медленного диапазонов контролируется схемами сравнения С3 и С2, как будет показано ниже, при рассмотрении переключения на ходу. После этого контакт К2 и магнит М1 выключены. Трогание с места осуществляется нажатием на ППТ.

Включение прямой передачи. Использовать прямую передачу целесообразно при скорости движения

V > ору . На спидометре должен быть отмечен этот

диапазон. Решение о включении прямой передачи принимает водитель, предварительно оценивая возможную длительность движения на прямой передаче.

Перед включением прямой передачи кулиса находилась в положении Б; контакт КЗ был замкнут; магнитом М2 была включена муфта быстрого диапазона; частота вращения двигателя была близка к максимальной.

Для включения прямой передачи водитель перемещает кулису в положение П. Контакт КЗ остается включенным. Включается контакт К4 и тригером Т1 включается магнит МЗ, который, воздействуя на дифференциальный рычаг привода от ППТ до рейки топливного насоса (ТНВД), уменьшает подачу топлива и частоту вращения вала двигателя при неизменном положении ППТ. Тахо-генераторы (или импульсные счетчики типа ИС-445), измеряющие частоты вращения ведущего (П1) и ведомого

(П2) валов, подают сигналы на электронный ключ (схему

сравнения) С1 и при \[П1 — П2| < А, где Д - допустимая для безударного включения разность частот, сигнал поступает на элемент &2, где уже есть сигнал от К4. Это обеспечивает включение магнита М4, включающего зубчатую муфту прямой передачи. При этом замыкается К7, выключающий тригер Т1 и магнит МЗ. Зубчатая муфта быстрого диапазона остается включенной. Выпрямители при этом работают в режиме свободного хода.

При выключении прямой передачи водитель одновременно с перемещением кулисы из положения П в положение Б несколько уменьшает подачу топлива для разгрузки зубчатой муфты прямой передачи и свободного ее выключения возвратной пружиной. При последующем нажатии на ППТ осуществляется работа на быстром диапазоне.

Включение медленного диапазона на ходу. Необходимость такого включения может возникнуть при преодолении достаточно длинного и крутого подъема.

Для обеспечения переключения с быстрого диапазона на медленный на ходу водитель отпускает ППТ и одновременно переводит кулису из положения Б в положение М. При этом муфта быстрого диапазона выключается. Замыкается контакт К5, подающий сигнал на элемент &3. На этот же элемент подается сигнал от электронного ключа С2, подключенного к тахогенераторам

(п2 ) и (пз). Последний измеряет частоту вращения шестерни 740 . При П2 — П3 < А от &3 поступает

сигнал на включение магнита М5, включающего муфту медленного диапазона. При последующем нажатии на ППТ осуществляется работа на медленном диапазоне.

Переход с медленного диапазона на быстрый. Это может быть, когда скорость движения на медленном

диапазоне достигает V > 0,7Vmax / q , где q - отношение передаточных чисел медленного и быстрого диапазона (для кинематической схемы, приведенной на рисунке 10, q = 2,18), а частота вращения вала двигателя близка к максимальной.

Для перехода с медленного диапазона на быстрый водитель отпускает ППТ и одновременно переводит кулису из положения М в положение Б. При этом размыкается контакт К5, выключается магнит М5 и муфта включения медленного диапазона. Включается контакт К3, подающий сигнал на &4. На этот же элемент подается сигнал от элемента С3, на который подаются сигналы от

тахогенераторов (импульсных счетчиков) П2 и П4 . Последний измеряет частоту вращения шестерни z35 . При

\n2 — П41 < А от &4 поступает сигнал на включение М2,

включающего муфту быстрого диапазона. При последующем нажатии на ППТ осуществляется движение на быстром диапазоне.

Включение диапазона заднего хода осуществляется только с места при отпущенном ППТ с помощью нажатия на кнопку контакта К2 и перемещения кулисы в положение 3Х. Включение контакта К6 напрямую включает магнит М6 муфты заднего хода.

Функциональная схема может быть дополнена сигнальными лампочками включения соответствующих режимов. Магниты не обязательно должны быть силовыми исполнительными механизмами. Они могут управлять золотниками гидравлических исполнительных устройств.

Список литературы

1. Благонравов А.А. Механическая бесступенчатая передача // Патент

РФ №2211971 кл F 16 Н 3/74, 29/22. БИ, 2003. - №25.

2. Благонравов А.А., Худорожков С.И. Внешняя характеристика

многопоточной бесступенчатой передачи с упругими звеньями // Наука и технологии: Труды XXII Российской школы.- М.: РАН,

2002.- С.118-125.

3. Благонравов А.А., Худорожков С.И. Динамическая характеристика

саморегулируемой механической бесступенчатой передачи // Редукторостроение России: состояние, проблемы, перспективы. Материалы Всероссийской научно-практической конференции.

- СПб.: ЦЦП ОАО "Светоч", 2003.- С.192-194.

4. Благонравов А.А., Ревняков Е.Н. Уточнение внешней характеристики

многопоточной бесступенчатой передачи с упругими звеньями // Механика и процессы управления моторно-трансмиссионных систем транспортных машин: Сборник кратких научных сообщений Всероссийской научно-технической конференции. - Курган: КГУ, 2003.- С.133-138.

5. Благонравов А.А. Механические потери в импульсной передаче с

упругим звеном // Бесступенчатые передачи и механизмы свободного хода. Межвузовский сборник научных трудов.

- Калининград: КГТУ, 2001.- С.134-141.

6. Благонравов А.А., Худорожков С.И. Динамика механической бессту-

пенчатой передачи//Проблемы машиностроения и надежности машин. - 2002. - № 6.- С.19-24.

7. Благонравов А.А., Шамара В.Н. Нагруженность кинематических пар

эксцентрикового преобразователя //Проблемы машиностроения: Сборник научных трудов.- Екатеринбург: УрО РАН, 2003.

- С.210-216.

8. Ревняков Е.Н. Характеристика совместной работы двигателя

внутреннего сгорания и бесступенчатой передачи// Механика и процессы управления моторно-трансмиссионных систем транспортных машин: Сборник кратких научных сообщений Всероссийской научно-технической конференции. - Курган: КГУ,

2003.- С.27-29.