АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ

Полезная модель относится к транспортному машиностроению и может быть использовано при автоматизации гидромеханических трансмиссий транспортных машин.
В конструкциях многоцелевых гусеничных и колесных транспортных машин, эксплуатируемых в особо трудных условиях, широко используются гидромеханические трансмиссии (ГМТ). В то же время эффективность машин, оснащенных ГМТ, и надежность функционирования ограничивается долговечностью фрикционов переключением передач и блокировки гидротрансформатора (ГТ) из-за их высокой нагруженности. Высокая цикличность включения фрикционов управления переключением передач и блокировки ГТ связана с интенсивным изменением сопротивления дороги. Реализация различных режимов движения машины, таких как разгон машины, переключение передач, движение в экстремальных условиях, фатальные ситуации и другое требует связного управления фрикционами и частотой вращения вала двигателя. Кроме того, динамическая нагруженность фрикционов в процессе эксплуатации машин во многом определяется изменением температурного режима и технического состояния элементов.
Известные технические решения благодаря современному программно-аппаратному обеспечению позволяют реализовать управление переключением передач близко к оптимальному, например, в системе управления блокировкой ГТ и переключением передач по патенту РФ на полезную модель №121332 от 22.06.2012 (аналог). Эта система содержит двигатель, управляемый контроллером ИИУСД (E-gas), автоматизированную гидромеханическую трансмиссию с фрикционами управления переключением передачи блокировкой ГТ, клапанную коробку с пропорционально регулируемыми электромагнитными клапанами (соленоидами), управляемые контроллером ИИУСТ. Кроме того, система включает датчики: скорости и ускорения движения машины; частоты вращения двигателя и турбины; давления; температуры и уровня масла в гидравлической системе управления.
пт
шт
т
Все датчики соединены со входом обоих контроллеров, а также сенсоров положения и перемещения органов управления движением машины (педали подачи топлива α, угла поворота штурвала α, педали тормоза α). Система содержит также избиратель программ движения, который выбирает один из пяти режимов движения: разгон, торможение, исключение резонансного режима, пуск буксиром или фатальный режим.
пт
шт
т
В систему дополнительно введен блок мониторинга и идентификации требуемых режимов движения (МИТРД), со входом которого соединены сенсоры положения и перемещения органов управления движением машины (α, α, α) и избиратель программ движения, а выход блока соединен со входами контроллеров.
Для функционирования электрогидравлических исполнительных устройств, в частности пропорциональных клапанов, требуется высокий уровень очистки рабочей жидкости гидросистем управления от крупнодисперсных продуктов износа. Это требование удовлетворяется при использовании фрикционных накладок на целлюлозной основе.
В модернизируемых ГМТ используется металлокерамические фрикционные диски, продукты износа которых, являются
крупнодисперсными. В связи с этим для модернизируемых трансмиссий применение известных автоматических систем не представляется возможным.
Наиболее близким по технической сути (прототип) является система управления переключением передач гидромеханической трансмиссии тягача МАЗ-537. Эта система управления включает двигатель с топливным насосом высокого давления (ТНВД), вал двигателя через согласующий редуктор кинематически соединен с гидротрансформатором (ГТ) и гидромеханической трансмиссией (ГМТ). Золотниковая коробка, управляемая рычагом и механизм управления блокировкой ГТ расположены на корпусе ГМТ и гидравлически связаны с насосом. Педаль подачи топлива соединена через тяги с органом управления ТНВД. Основной недостаток этой системы состоит в том, что управление фрикционными элементами переключения передач, блокировкой ГТ и двигателем осуществляется водителем интуитивно. При этом водитель решает две задачи - определение необходимости переключения передач и выбора последовательности создания управляющих воздействий. Это приводит к высокой динамической нагруженности трансмиссии, ограничению долговечности элементов управления и требует высокой квалификации водителя для реализации связного управления.
В предлагаемой конструкции системы управления переключением передач осуществляется связное автоматическое управление фрикционами переключения и блокировкой ГТ, а также частотой вращения вала двигателя. Для этого в привод управления ТНВД дополнительно включен мотор-редуктор, который крепится через подшипниковую опору к неподвижному основанию, образуя двухплечий дифференциальный рычаг. Рычаг управления золотниковой коробкой кинематически соединен с линейным актуатором, который закреплен на картере трансмиссии. Кроме того в систему введены датчики положения педали подачи, скорости движения транспортной машины, угловой скорости вала двигателя, номера включенной передачи и углового положения органа управления ТНВД. Эти датчики соединены с блоком ввода значений параметров функционирования двигателя и ГМТ. Блок ввода электрически соединен с дополнительно вводимым контроллером, выходы которого соединяются с мотор-редуктором в механизме управления подачей топлива, линейным актуатором управления золотниковой коробкой, а также с механизмом управления блокировкой ГТ.
На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемой системы. Предлагаемая автоматизированная система управления гидромеханической трансмиссией включает в себя двигатель 1 с топливным насосом высокого давления (ТНВД) 2, вал двигателя через согласующий редуктор 3 кинематически соединен с гидротрансформатором (ГТ) 4 и гидромеханической трансмиссией (ГМТ) 5. Золотниковая коробка 6, управляемая рычагом 7 и механизм 8 управления блокировкой ГТ расположены на корпусе ГМТ 5 и гидравлически связаны с насосом 9. Педаль подачи топлива 10 через тяги 11, 12 соединена с органом 13 управления ТНВД 2. В привод управления ТНВД 2 дополнительно включен мотор-редуктор 14, который крепится через подшипниковую опору 15 к неподвижному основанию, образуя двухплечий дифференциальный рычаг. Рычаг 7 управления золотниковой коробкой 6 кинематически соединен с линейным актуатором 16, который закреплен на картере трансмиссии. Датчики 17 (Д1) положения педали подачи топлива, 18 (Д2) скорости движения транспортной машины, 19 (Д3) угловой скорости вала двигателя 1, 20 (Д4) номера включенной передачи и 21 (Д5) углового положения органа управления ТНВД 2 соединены с блоком 22 ввода значений параметров функционирования двигателя и ГМТ. Блок ввода 22 электрически соединен с контроллером 23, выходы которого соединяются с мотор-редуктором 14, линейным актуатором 16, а также с механизмом 8 управления блокировкой ГТ.
ГТ
Работает предлагаемая система следующим образом. Для старта транспортной машины при работающем двигателе и нейтрали в трансмиссии водитель подает команду, контроллер включает первую передачу и разблокирует ГТ. При этом водитель увеличивает подачу топлива и отпускает педаль тормоза. После этого начинается движение и разгон машины. После достижения необходимого скоростного режима движения машины и работы двигателя, предусмотренных программой управления, контроллер подает команду на мотор-редуктор для уменьшения подачи топлива, с целью синхронизации элементов фрикциона включения второй передачи и разблокирует ГТ. Линейный актуатор по команде контроллера выключает первую передачу и включает вторую, а после этого мотор-редуктор увеличивает подачу топлива. В дальнейшем в процессе движения машины при достижении передаточного отношения гидротрансформатора i=0,80…0,85, контроллер передает команду на блокировку ГТ. Дальнейший разгон машины осуществляется с заблокированным ГТ, а при достижении условий переключения передач контроллер подает команду на разблокировку ГТ, уменьшение подачи топлива и включение третьей передачи. Разгон машины на этой передаче осуществляется в последовательности, приведенной выше для второй передачи.
При возрастании сопротивления движению (например, при движении на подъем) происходит снижение частоты вращения вала двигателя и при достижении значения, предусмотренного программой управления ГТ происходит его разблокировка. Если водитель удерживает педаль подачи топлива в положении близком к максимальному, а замедление тягача продолжается, то контроллер выдает команду на переключение передачи вниз (3→2). При этом происходит выключение третьей передачи с помощью линейного актуатора, увеличение подачи топлива мотор-редуктором, которое синхронизирует элементы фрикциона включения второй передачи и обеспечивает ее включение.
В соответствии с результатами моделирования, реализация связного управления двигателем, блокировкой ГТ и фрикционами управления переключением передач позволяет снизить работу буксования фрикциона блокировки и тормозов управления переключением передач от 15% до 40%, при уменьшении коэффициента динамического момента в 1,5 раза. Реализация предложенной системы позволит снизить общую динамическую нагруженность трансмиссии в процессе эксплуатации машин, повысить долговечность элементов конструкции и снизить уровень требований к квалификации водителя.