СПОСОБ ОБКАТКИ КОРОБОК ПЕРЕМЕНЫ ПЕРЕДАЧ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ И СТЕНД ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO RUN IN SPEED-CHANGE BOX OF VEHICLES AND BENCH FOR ITS REALISATION

Область техники
Изобретение относится к стендовым испытаниям коробок перемены передач тракторов и других транспортных средств, в частности к обкатке коробок передач.
Уровень техники
При обкатке коробок передач транспортных средств необходимо обеспечить приработку обеих поверхностей зубьев шестеренчатых пар и проверить работу коробки передач при заданном уровне нагрузки по скорости вращения и передаваемому крутящему моменту.
Известны способы и стенды для обкатки коробок передач транспортных средств с приложением рабочих нагрузок.
Известен стенд для обкатки и испытаний коробок передач, содержащий станину, на которой закреплена испытываемая коробка передач. С одной стороны к коробке передач через муфту присоединен приводной двигатель, а с другой стороны к коробке передач через муфту присоединен механизм нагрузки с гидравлическим тормозом. Известный стенд позволяет обкатывать коробки передач с реверсированием направления вращения (см. патент РФ на полезную модель №97826, G01M 13/02, от 20.09.2010). Однако в стендах этого типа необходимы затраты внешней мощности на всех режимах обкатки и необходимо дополнительное оборудование - гидравлический тормоз.
Известен стенд для приемосдаточных испытаний редукторов, содержащий стендовый электродвигатель для раскрутки испытываемого редуктора, подключенный через измерительную муфту к входному валу редуктора, и электромагнитный тормоз, подключенный через измерительную муфту к выходному валу испытываемого редуктора. Стенд оснащен системой управления тормозящим моментом на электромагнитном тормозе в зависимости от подводимой мощности к редуктору. На стенде можно проводить обкатку коробок передач знакопеременной нагрузкой с изменением скорости вращения коробки перемены передач от минимальной до максимальной с приложением заданного крутящего момента от стендового электродвигателя и соответствующего тормозящего момента от электромагнитного тормоза до достижения заданного времени обкатки коробки перемены передач (патент РФ №2029273 G01M 13/02 от 20.02.1995). Данный стенд эффективен при определении допустимого уровня нагрузки на редуктор и потерь мощности в редукторе, но он неэффективен при обкатке редуктора, так как требуются значительные затраты мощности, поскольку мощность к стендовому электродвигателю должна подводиться на всех режимах обкатки. Кроме того, для стенда требуются две электрических машины, одна из которых используется как стендовый электродвигатель, а вторая используется как стендовый электромагнитный тормоз.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является разработка способа и стенда для испытаний и обкатки коробок передач транспортных средств, используя которые можно упростить конструкцию стенда и существенно уменьшить затраты электроэнергии на обкатку коробок передач.
Для решения поставленной задачи предлагается способ обкатки коробки перемены передач транспортных средств, включающий:
циклическое нагружение коробки перемены передач знакопеременной нагрузкой с изменением скорости вращения коробки перемены передач от минимальной до максимальной для данного цикла нагружения, при этом каждый цикл нагружения включает в себя разгон коробки перемены передач до максимальной для данного цикла нагружения скорости вращения с приложением заданного крутящего момента от стендового электродвигателя, перевод этого стендового электродвигателя в режим электрического торможения по достижении максимальной для данного цикла скорости вращения коробки перемены передач, торможение коробки перемены передач до минимальной для данного цикла нагружения скорости вращения коробки перемены передач в режиме электрического торможения и многократное повторение этого цикла нагружения до достижения заданного времени обкатки коробки перемены передач в данном режиме.
При этом в каждом цикле нагружения время разгона коробки перемены передач от минимальной до максимальной скорости вращения и время торможения коробки перемены передач от максимальной скорости вращения до минимальной скорости вращения совпадают, либо в каждом цикле нагружения время разгона коробки перемены передач от минимальной до максимальной скорости вращения и время торможения коробки перемены передач от максимальной скорости вращения до минимальной скорости вращения отличаются друг от друга, причем либо в каждом цикле нагружения время разгона коробки перемены передач от минимальной до максимальной скорости вращения больше чем время торможения коробки перемены передач от максимальной скорости вращения до минимальной скорости вращения, либо в каждом цикле нагружения время разгона коробки перемены передач от минимальной до максимальной скорости вращения меньше времени торможения коробки перемены передач от максимальной скорости вращения до минимальной скорости вращения.
Кроме того, время разгона коробки перемены передач регулируют изменением частоты и напряжения питания стендового электродвигателя.
Кроме того, время торможения коробки перемены передач регулируют изменением внешнего реостатного сопротивления в цепи нагрузки.
Для решения поставленной задачи предлагается также стенд для обкатки коробок перемены передач транспортных средств, содержащий стендовый электродвигатель с регулируемой скоростью вращения, к выходному валу которого присоединено устройство для подсоединения обкатываемой коробки перемены передач, блок электропитания для питания этого стендового электродвигателя на этапе разгона, блок тормозящей нагрузки для торможения этого стендового электродвигателя на этапе торможения, блок управления работой стендового электродвигателя на этапах разгона и торможения, блок контроля параметров этапов разгона и торможения стендового электродвигателя и, систему измерения параметров обкатываемой коробки перемены передач, включающую в себя, по крайней мере, датчик скорости вращения стендового электродвигателя, при этом датчик скорости вращения стендового электродвигателя подсоединен к информационному порталу блока контроля параметров, а выход блока контроля параметров подключен к блоку управления работой стендового электродвигателя, причем упомянутые блок электропитания для питания стендового электродвигателя на этапе разгона и блок тормозящей нагрузки для торможения стендового электродвигателя на этапе торможения подключены к стендовому электродвигателю через блок управления работой стендового электродвигателя.
При этом в качестве блока управления работой стендового электродвигателя используется преобразователь частоты, оснащенный тормозным переключателем.
Кроме того, стенд оснащен внешним компьютером для записи текущих параметров стенда, с которым соединен, по крайней мере, блок контроля параметров этапов разгона и торможения стендового электродвигателя и блок управления работой стендового электродвигателя.
В изобретении создание нагрузки на шестерни производится с использованием инерционных свойств элементов коробки передач (шестерни, валы, подшипники, и т.д.). Каждый элемент коробки передач обладает массой и моментом инерции и при увеличении скорости вращения (режим разгона) от минимальной скорости вращения до максимальной скорости вращения необходимо затратить определенную мощность, получаемую от стендового электродвигателя, а при уменьшении скорости вращения коробки передач (режим торможения) необходимо отбирать от коробки передач определенную мощность и передавать ее стендовому тормозному оборудованию. Подводимая и отбираемая мощности будут тем выше, чем больше угловое ускорение на режиме разгона или торможения. При этом имеет место нагружение зубьев шестерен контактными напряжениями, причем на режиме разгона контактные напряжения генерируются на одних поверхностях зубьев шестерни, а на режиме торможения контактные напряжения генерируются на противоположных поверхностях зубьев шестерни, создавая таким образом знакопеременную нагрузку шестерни.
Таким образом, подвергая коробку передач циклическому нагружению знакопеременной нагрузкой с изменением скорости вращения коробки перемены передач от минимальной до максимальной для данного цикла нагружения, при этом каждый цикл нагружения включает в себя разгон коробки перемены передач до максимальной для данного цикла нагружения скорости вращения и торможение коробки перемены передач до минимальной для данного цикла нагружения скорости вращения коробки перемены передач и многократному повторению этого цикла нагружения, можно получить любую заданную продолжительность времени обкатки коробки перемены передач с заданным уровнем нагрузки шестерен. Предложенный цикл нагружения дает возможность выполнить обкатку коробки передач используя один и тот же стендовый электродвигатель, который на режиме разгона используется как генератор крутящего момента для раскрутки коробки передач, а на режиме торможения этот же стендовый электродвигатель переводится в режим электрического торможения и используется для создания тормозного крутящего момента для коробки передач. Такое использование стендового электродвигателя упрощает конструкцию стенда, так как используется один электродвигатель, и уменьшает потребление электроэнергии, так как на режиме торможения стендовый электродвигатель не потребляет энергии. Для реализации заданного цикла нагружения в стенде используются блок управления работой стендового электродвигателя на этапах разгона и торможения, блок контроля параметров этапов разгона и торможения стендового электродвигателя и датчик скорости вращения стендового электродвигателя.
Способ и стенд обеспечивают автономное управление изменением скорости вращения на режимах разгона и торможения, что дает возможность устанавливать в каждом цикле нагружения время разгона коробки перемены передач от минимальной до максимальной скорости вращения и время торможения коробки перемены передач от максимальной скорости вращения до минимальной скорости вращения в зависимости от конкретных требований к прямой и реверсивной нагрузкам при обкатке конкретной коробки передач.
Изобретение позволяет повысить эффективность обкатки коробок перемены передач транспортных средств, так как можно, не перенастраивая стенд, произвести приработку обеих поверхностей зубьев шестерен в коробке перемены передач. Использование изобретения уменьшает затраты электроэнергии на обкатку коробок перемены передач и уменьшает затраты на обкатку коробок перемены передач.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами. Следует понимать, что приведенные чертежи только поясняют предлагаемое изобретение и ни в коей мере не ограничивают объема изобретения.
На фиг.1 показана схема стенда для обкатки коробок перемены передач в соответствии с предлагаемым изобретением.
На фиг.2 показана циклограмма способа обкатки коробки перемены передач в соответствии с предлагаемым изобретением.
Пример осуществления изобретения
Стенд для обкатки коробок перемены передач содержит стендовый электродвигатель 1 с регулируемой скоростью вращения, к выходному валу 2 которого присоединено устройство 3 для подсоединения обкатываемой коробки перемены передач 4. В качестве такого устройства может использоваться карданный вал или иные соединения. Стенд имеет также блок 5 электропитания для питания этого стендового электродвигателя на этапе разгона, блок 6 тормозящей нагрузки для торможения этого стендового электродвигателя 1 на этапе торможения, блок 7 управления работой стендового электродвигателя на этапах разгона и торможения, блок 8 контроля параметров этапов разгона и торможения стендового электродвигателя и пульт 9 управления стендом.
Стенд имеет, по крайней мере, датчик 10 скорости вращения стендового электродвигателя. Датчик 10 скорости вращения стендового электродвигателя подсоединен к информационному порталу блока 8 контроля параметров. Выход блока 8 контроля параметров подключен к блоку 7 управления работой стендового электродвигателя, причем упомянутые блок 5 электропитания для питания стендового электродвигателя на этапе разгона и блок 6 тормозящей нагрузки для торможения стендового электродвигателя на этапе торможения подключены к стендовому электродвигателю 1 через блок 7 управления работой стендового электродвигателя. В качестве блока 7 управления работой стендового электродвигателя используется преобразователь частоты, оснащенный тормозным переключателем, например, преобразователи частоты типа LS800 фирмы Long Shenq Electronic, или VFD фирмы Delta Electronics. Пульт управления 9 подключен к блоку 7 управления работой стендового электродвигателя 1 и с него можно осуществлять подачу команд на пуск стенда, задание параметров этапов разгона и торможения, например, максимальную и минимальную скорости вращения испытываемой коробки перемены передач 4, или типа режима обкатки коробки перемены передач: «ручной» режим обкатки, «мягкий» режим обкатки или «жесткий» режим обкатки.
Стенд может иметь компьютер 11 для записи текущих параметров стенда. С компьютером 11 с помощью линии связи 12 соединены блок 8 контроля параметров этапов разгона и торможения стендового электродвигателя, блок 9 управления работой стендового электродвигателя и иные датчики и блоки стендовых систем управления и измерения, параметры которых должны быть записаны для последующего анализа.
Испытываемая коробка перемены передач 4 монтируется на гидрофицированной тележке 13, имеющей подставку на которой закрепляется коробка перемены передач 4.
Стенд оснащен вспомогательным оборудованием для обеспечения нормальной работы стенда, в том числе маслозаправочной станцией для обслуживания гидравлической системы испытываемой коробки перемены передач 4. Маслозаправочная станция включает в себя бак 14 с маслом или иной гидравлической жидкостью, насос 15 с электроприводом, фильтр на выходе из насоса 15, кран заправки 16 и заправочный пистолет 17 с расходомером, контролируемым блоком 18. Бак 14 оснащен датчиком уровня масла 19 и датчиком температуры масла 20.
Стенд имеет измерительную систему для контроля параметров стенда и испытываемой коробки перемены передач 4, включающую в себя помимо упомянутых датчика 10 скорости вращения стендового электродвигателя, датчика уровня масла 19, датчика температуры масла 20, шестеренчатый расходомер 21 для измерения расхода масла в коробке перемены передач, датчик 22 температуры масла в коробке перемены передач, датчики 23 контроля давления в испытываемой коробке перемены передач 4, подключенные к ней соответствующими линиями 24 замера давления, и другие датчики, если они окажутся необходимы для работы стенда. Сигналы с датчиков обрабатываются в контроллерах 25, которые обрабатывают сигнал, поступающий с соответствующих датчиков, переводят их, например, в цифровую форму, и передают обработанный сигнал в компьютер 11 и на дисплей, для ознакомления оператора. В качестве контроллеров 25 используются логические контроллеры СИ8, ТРМ-202, ТРМ-201 фирмы ОВЕН со встроенным интерфейсом RS-485.
Блок 6 тормозящей нагрузки представляет собой набор реостатов. Для охлаждения набора реостатов используются вентиляторы 26.
Все основные элементы стенда размещены в общем закрытом корпусе 27.
Способ обкатки реализуется следующим образом (см. фиг.2).
Стендовый двигатель 1 работает в циклическом режиме с изменением скорости вращения от минимальной скорости вращения до максимальной скорости вращения. Перед началом обкатки с пульта 9 задаются рабочие параметры обкатки коробки перемены передач -минимальная и максимальная скорости вращения, длительность цикла разгон-торможение, и длительности этапов разгона и торможения. При работе стендового электродвигателя 1 в режиме разгона блок 7 управления работой стендового электродвигателя 1 подключает стендовый электродвигатель 1 к блоку 5 электропитания и стендовый электродвигатель 1 работает в режиме генерирования крутящего момента и начинает раскручивать обкатываемую коробку перемены передач. Датчик 10 оборотов стендового электродвигателя измеряет обороты электродвигателя 1 и передает результаты измерения в блок 7 управления работой стендового электродвигателя на этапах разгона и торможения. В блоке 7 управления работой стендового электродвигателя определяют текущее значение скорости вращения стендового электродвигателя 1 и угловое ускорение. Используя эти характеристики настраивают уровень подводимой мощности и изменение по времени частоты и напряжения питания, чтобы получить заданное время этапа разгона. По достижении максимальной скорости вращения стендового электродвигателя 1, блок 8 контроля параметров этапов разгона и торможения выдает блоку 7 управления работой стендового электродвигателя команду на отключение блока питания 5 и подключение стендового электродвигателя к блоку 6 тормозящей нагрузки. Стендовый электродвигатель 1 переходит в режим электрического торможения и создает на своем валу тормозящий крутящий момент. Регулируя сопротивление набора реостатов добиваются заданного углового ускорения для режима торможения коробки перемены передач и уменьшают скорость вращения коробки перемены передач. По достижении заданной минимальной скорости вращения коробки перемены передач блок 8 контроля параметров этапов разгона и торможения выдает команду блоку 7 управления работой стендового электродвигателя. Блок 7 управления работой стендового электродвигателя отключает блок 6 тормозящей нагрузки и подключает стендовый электродвигатель 1 к блоку питания 5, переводя работу стендового электродвигателя в режим разгона. Далее этапы разгона и торможения многократно повторяются, пока не будет достигнуто заданное время обкатки.
После проведения обкатки с использованием циклического знакопеременной нагрузки испытываемая коробка передач испытывается на стационарном режиме с заданной постоянной скоростью вращения и определятся потребляемая мощность и крутящий момент и полученные значения параметров сравниваются с контрольными значениями для определения завершения обкатки испытываемой коробки перемены передач.
1
2
В примерах, показанных на фиг.2, приведены два режима обкатки коробки перемены передач. Первый режим (Динамический режим №1) имеет максимальную скорость вращения 1400 об/мин, минимальную скорость вращения 1000 об/мин и длительность цикла T=2 с. Второй режим (Динамический режим №2) имеет максимальную скорость вращения 1900 об/мин, минимальную скорость вращения 100 об/мин и длительность цикла Т=4 с.
Второй режим предполагает более жесткие условия обкатки коробки перемены передач.
На фиг.2 показан цикл разгон-торможение с равными длительностями этапов разгона и торможения, но очевидно, что данное изобретение не ограничивается этим примером и изобретение может быть реализовано с разными длительностями этапов разгона и торможения.
Промышленная применимость
Изобретение может использоваться для обкатки любых коробок перемены передач, но наибольший эффект от использования изобретения может быть получен при обкатке коробок перемены передач мощных тракторов класса К-701, К-744. Т-150К и других мощных тракторов.
Изобретение может быть реализовано с использованием типовых методов проектирования и программирования, позволяющих реализовывать программное обеспечение, логических контроллеров со встроенными программами, частотных преобразователей, встроенных программ, и аппаратного обеспечения с различными комбинациями этих средств, реализуемых в логических, схемотехнических, аппаратных средствах и устройствах со встроенным программным обеспечением.
Описание изобретения является иллюстративным и не ограничивает сферы действия изобретения, определяемой формулой изобретения.