Способ оценки технического состояния механизма сцепления транспортного средства
METHOD FOR EVALUATION OF VEHICLE CLUTCH MECHANISM TECHNICAL STATE

Изобретение относится к области испытания и технического диагностирования машин, в частности к способу определения технического состояния механизма сцепления механической трансмиссии транспортных средств.
Известен способ оценки технического состояния сцепления [1], при котором выключение сцепления диагностируют путем нажатия на педаль сцепления и переключения поочередно передач, если включение передач затруднено и сопровождается шумом, делают вывод о неполном выключении сцепления. Включение сцепления диагностируют следующим образом: транспортное средство фиксируют с помощью стояночного тормоза, включают высшую передачу и плавно отпускают педаль сцепления, одновременно увеличивая подачу топлива. Остановка двигателя свидетельствует об исправном сцеплении, работающий двигатель указывает на неполное включение (пробуксовку) сцепления.
Недостатками данного способа являются низкая точность диагностирования пробуксовки сцепления, а также зависимость результатов диагностирования от технического состояния двигателя и субъективности оценки.
Известен способ диагностирования технического состояния фрикционного элемента трансмиссии [2], заключающийся в том, что подводят крутящий момент к ведущей части фрикционного элемента, с которой связан задатчик высокочастотного опорного сигнала, нагружают максимальным для диагностируемого фрикционного элемента моментом сопротивления ведомую часть, связанную с зубчатым колесом, зубья которого взаимодействуют с неподвижным датчиком выходного сигнала, подсчитывают количество импульсов высокочастотного опорного сигнала в каждом периоде выходного сигнала, сравнивают количество импульсов в каждом последующем периоде выходного сигнала с предыдущим, по результатам сравнения судят о техническом состоянии фрикционного элемента трансмиссии.
Недостатком данного способа является возможность диагностирования только буксования фрикционных элементов трансмиссии. Диагностирование неисправности «сцепление ведет» не рассматривается. Кроме того использование данного способа диагностирования предполагает установку дополнительного зубчатого колеса, связанного ведомой частью фрикционного элемента, что влечет за собой изменение конструкции трансмиссии.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ определения технического состояния транспортной машины, ее муфты сцепления и двигателя на основе тяговых испытаний в режиме трогания с места, при котором подготавливают к испытанию машину и тяговое устройство с динамографом или динамометром, присоединяют машину к тяговому устройству и измеряют максимальную силу тяги в режиме трогания с места. После измерения максимальной силы тяги определяют ее соответствие нормативному значению, если измеренное значение силы тяги соответствует нормативному значению, то ставят диагноз «машина исправна» и ее испытание завершают, если сила тяги не соответствует нормативному значению, считают«машина неисправна» и проверяют исправность муфты сцепления, если муфта сцепления неисправна, ее восстанавливают и вновь измеряют максимальную силу тяги в режиме трогания машины с места, сопоставляют измеренное значение силы тяги с нормативным и делают вывод о неисправности или исправности машины [3].
Недостатком данного способа является необходимость использования тягового устройства с динамографом или динамометром, что в реальных условиях эксплуатации осуществить достаточно сложно. К тому же данный способ позволяет диагностировать такую неисправность как «сцепление буксует», а неисправность «сцепление ведет» данным способом определить не представляется возможным.
Известно, что при передаче крутящего момента от двигателя через сцепление трансмиссии обратный крутящий момент передается посредством усилий через опоры двигателя раме транспортного средства, при этом, усилия на опорах возникают в момент включения сцепления и достигают максимума при полной загрузке двигателя. Наличие неисправности «сцепление буксует» не позволит передать максимальный крутящий момент трансмиссии, следовательно, величина усилий на опорах не достигнет максимальной величины. Наличие неисправности «биение поверхности накладок диска» вызовет появление предварительных усилий на опорах в момент включения передачи. Таким образом, определив усилия на опорах двигателя в заданный момент времени, можно сделать вывод о техническом состоянии сцепления транспортного средства.
Техническая задача - совершенствование способа оценки технического состояния сцепления транспортного средства за счет снижения трудоемкости и повышения оперативности диагностирования.
Сущность изобретения заключается в следующем. При проведении испытаний в условиях эксплуатации подготавливают транспортное средство, включают стояночный тормоз, фиксируют колеса противооткатными упорами, в опоры двигателя устанавливают первичные преобразователи силы, к которым присоединяют измерительное устройство, пускают и прогревают двигатель до номинальной температуры охлаждающей жидкости и масла. Затем проводят испытания, при которых на первом этапе у технически исправного транспортного средства устанавливают минимальную частоту вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу, выключают сцепление, включают прямую передачу и резко отпускают педаль сцепления. При этом измерительным устройством фиксируют максимальные значения усилий, возникающих на опорах двигателя в течение всего цикла испытаний, суммируют эти значения, вычисляют среднее по опорам не менее чем за три цикла испытания и принимают его за номинальное значение. При последующих испытаниях транспортного средства в условиях эксплуатации так же определяют среднее максимальное значение усилий на опорах двигателя, сравнивают полученное значение усилий с номинальным и ставят диагноз «сцепление исправно», если полученное значение усилий равно номинальному или «сцепление буксует», если полученное значение усилий меньше номинального. На втором этапе испытаний пускают двигатель, при минимальной частоте вращения коленчатого вала выключают сцепление, включают прямую передачу и плавно отпускают педаль сцепления, фиксируя усилия на опорах двигателя с периодом, равным одному обороту коленчатого вала, причем в каждый момент времени суммируют значения измеренных усилий и вычисляют среднее по опорам, строят зависимость средних значений усилий от времени, анализируют полученную зависимость и устанавливают диагноз «биение поверхности накладок диска» при наличии предварительного усилия в момент включения сцепления или «сцепление исправно», если предварительное усилие отсутствует.
Таким образом, возможно создать достаточно простой способ определения технического состояния сцепления транспортного средства.
I
II
CP
CP
На чертеже представлены зависимости средних значений усилий от времени, возникающих на опорах двигателя в момент включения сцепления: F(t) - зависимость среднего значения усилия, характеризующая диагноз «биение поверхности накладок диска», F(t) - зависимость среднего значения усилия, характеризующая диагноз «сцепление исправно»; I - участок зависимостей, характеризующий диагнозы «биение поверхности накладок диска» или «сцепление исправно».
Практически предложенный способ может быть реализован следующим образом.
imax
к
При проведении испытаний в условиях эксплуатации подготавливают транспортное средство, включают стояночный тормоз, фиксируют колеса противооткатными упорами, в опоры двигателя устанавливают первичные преобразователи силы, например тензометрические датчики, полностью воспринимающие усилия, передаваемые от двигателя раме транспортного средства. К преобразователям силы присоединяют измерительное устройство, пускают и прогревают двигатель до номинальной температуры охлаждающей жидкости и масла. Затем проводят испытания, при которых на первом этапе у технически исправного транспортного средства устанавливают минимальную частоту вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу, выключают сцепление, включают прямую передачу и резко отпускают педаль сцепления. Измерительным устройством фиксируют максимальные значения усилий F, возникающих на опорах двигателя за счет реализации суммарного крутящего момента М, снимаемого с коленчатого вала, т.е.:
е
где М - крутящий момент двигателя, образующийся от сгорания топлива, Нм;
j
M - крутящий момент двигателя, образующийся от снижения частоты вращения коленчатого вала, Нм;
е
р - среднее эффективное давление, МПа;
h
V - рабочий объем цилиндра, л;
i - количество цилиндров;
дв
τ - коэффициент тактности двигателя;
i
p - среднее индикаторное давление, МПа;
T
p - среднее давление механических потерь, МПа;
2
J - приведенный к оси вращения коленчатого вала момент инерции вращающихся частей двигателя, кг⋅м;
-2
ε - замедление движения вращающихся частей двигателя при резком включении сцепления, с.
Максимальные значения усилий суммируют, вычисляют среднее по опорам не менее чем за три цикла испытаний и принимают его за номинальное значение. При последующих испытаниях транспортного средства в условиях эксплуатации так же определяют среднее максимальное значение усилий на опорах двигателя, сравнивают полученное значение усилий с номинальным и ставят диагноз «сцепление исправно», если полученное значение усилий равно номинальному или «сцепление буксует», если полученное значение усилий меньше номинального.
I
II
I
II
CP
CP
CP
CP
На втором этапе пускают двигатель, выключают сцепление, при минимальной частоте вращения коленчатого вала включают прямую передачу и плавно отпускают педаль сцепления, фиксируя усилия на опорах двигателя с периодом, равным одному обороту коленчатого вала, причем в каждый момент времени суммируют значения измеренных усилий и вычисляют среднее по опорам, строят зависимость полученного среднего значения усилия от времени (F(t) или F(t), см. чертеж), анализируют полученную зависимость и устанавливают диагноз «биение поверхности накладок диска» при наличии предварительного усилия в момент включения сцепления (участок I зависимости F(t)) или «сцепление исправно», если предварительное усилие отсутствует (участок I зависимости F(t)).
Наличие предварительного усилия при включении сцепления объясняется тем, что диск муфты сцепления соприкасается с подвижными частями сначала выступающей частью, затем оставшейся поверхностью.
Минимальную частоту вращения коленчатого вала двигателя при диагностировании сцепления устанавливают в целях создания минимальных нагрузок на агрегаты транспортного средства. Включение прямой передачи осуществляется для снижения нагрузки на ведущие мосты, а также предотвращения произвольного передвижения транспортного средства при проведении испытаний за счет снижения движущей силы.
-1
CP
I
Период измерения усилий, равный одному обороту коленчатого вала, установлен исходя из необходимости фиксации нескольких значений усилий на участке I (см. чертеж), при этом продолжительность участка составляет не более 1 с. Принятые условия позволят произвести измерения на участке I около 10 раз при частоте вращения коленчатого вала 600 мин, что вполне достаточно для построения зависимости F(t).
Преобразователи силы устанавливают на стадии производства транспортного средства в целях снижения трудоемкости диагностирования при последующих испытаниях. В качестве измерительного устройства можно использовать аналого-цифровой преобразователь, регистрирующий получаемые электрические импульсы и производящий простейшие вычислительные операции.
В результате представляется возможным оценивать техническое состояние сцепления с использованием общедоступных, простых средств измерений и регистрации возникающих усилий.
Список источников
1. Шестопалов С.К. Устройство, техническое обслуживание и ремонт легковых автомобилей: Учеб. пособие для сред. проф. образования. - 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия»; ПрофОбрИздат, 2002. - С. 398.
2. Пат. 13401 BY, МПК G01М 17/00. Способ диагностирования технического состояния фрикционного элемента трансмиссии / Г.Л. Антипенко, В.А. Судакова - №а 20070926; заявл. 19.07.2007, опубл. 28.02.2009 г.
3. Пат. №2430341 РФ, МПК G01L 5/13. Способ определения общего технического состояния транспортной машины, ее муфты сцепления и двигателя на основе тяговых испытаний в режиме трогани с места / В.Н. Хабардин - №2009134579/28; заявл. 15.09.2009, опубл. 27.09.2011 г. Бюл. №.