Технические науки/4. Транспорт

Д.т.н. Драгунов Г.Д., Лоскутников И.А.

Южно-Уральский государственный университет, Россия

ОЦЕНКА ВРЕМЕНИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ АВТОМОБИЛЯ ВЫСОКОЙ ПРОХОДИМОСТИ С НОВОЙ РАЗДАТОЧНОЙ КОРОБКОЙ

Приведено сравнение времени переключения передач автомобиля высокой проходимости с установленной серийной раздаточной коробкой и с разработанной раздаточной коробкой с новым механизмом переключения передач.

В настоящее время на полноприводных автомобилях устойчивое применение находят механические трасмиссии, благодаря их относительной конструктивной простоте, низкой себестоимости, высокому КПД, надёжности и хорошо отработанной технологии изготовления [1,2,3]. Недостатком таких трансмиссий является ступенчатое регулирование крутящего момента.

Тяговое усилие автомобиля может быть улучшено за счет увеличения крутящего момента, подводимого к колесам, что реализуется коробкой передач. Для дополнительного повышения крутящего момента на колесах трансмиссии полноприводных автомобилей устанавливают раздаточные коробки. Одним из направлений совершенствования трансмиссий является повышение тягово-скоростных свойств автомобиля путём снижения времени переключения передач в раздаточных коробках.

Процесс переключения передач полноприводного автомобиля, в серийной раздаточной коробке с повышенной на пониженную передачу, состоит представим в виде суммы составляющих:

t_пер= t_вык.сц+ t_{вык.пер}+ t_вк.пер + t_вк.сц (1)

где t_вык.сц – время выключения сцепления,

t_{вык.пер} – время выключения передачи,

t_вк.пер – время включения передачи,

t_вк.сц – время включения сцепления.

В течение всего времени переключения передач с повышенной на пониженную в серийной РК за время от выключения сцепления до его включения силовая цепь "двигатель – ведущее колесо" разорвана, мощность на ведущее колесо не подается, автомобиль теряет скорость. При этом не только снижаются динамические характеристики автомобиля, но и ухудшается его топливная экономичность. Это особенно заметно при больших силах сопротивления движению – движение по бездорожью, больших нагрузок на крюке. Силовая цепь разрывается дважды: при выключении сцепления и при выключении передачи. Синхронизация (выравнивание скоростей), обусловленная сменой передаточного отношения трансмиссии, также происходит в два этапа: при включении передачи и при включении сцепления.

Каждую из составляющих уравнения (1) можно детализировать.

t_{вык.пер} = t_{упр.выкл}+ t_{пер.упр.вкл} , (2)

где t_{упр.выкл} – время перемещения рычага управления выключения передачи;

t_{пер.упр.вкл} – время перемещения рычага из положения выключения передачи в положения включения.

t_{вкл.пер} = t_сх + t_{упр.вкл} , (3)

где t_сх – время синхронизации включаемых шестерен;

t_{упр.вкл} – время перемещения рычага управления при включении после синхронизации;

t_вык.сц = t_{своб.выкл}+ t_{раб.выкл}, (4)

где t_{своб.выкл} – время перемещения педали сцепления в пределе свободного хода;

t_{раб.выкл} – время перемещения педали сцепления до разобщения ведущего и ведомого дисков и достижения минимального допустимого крутящего момента сцепления по условиям переключения передач.

t_вкл.сц = t_1вкл.сц + t_2вкл.сц , (5)

где t_1вкл.сц – время первого этапа включения от начала касания фрикционных дисков до достижения момента сцепления, равному моменту сопротивления вращению ведомого диска со стороны ведущих колес;

t_2вкл.сц – время второго этапа от окончания первого этапа до полного сцепления ведущих и ведомых дисков, когда их угловые скорости вращения становятся равными и прекращается буксование дисков.

При такой детализации процесса переключения передач уравнение (1) примет вид:

t_пер=t_{упр.выкл}+t_{пер.упр.вкл}+t_сх+t_{упр.вкл}+t_{своб.выкл}+t_{раб.выкл}+t_1вкл.сц+t_2вкл.сц. (6)

Представление составляющих времени переключения зависят от двух основных факторов и с определенной условностью их можно разделить на следующие:

1) Конструкция раздаточной коробки и устройств ее управления. Они характеризуются: t_{раб.выкл} , t_{упр.выкл}, t_сх , t_{упр.вкл}

2) Физиологические характеристики и профессиональные навыки водителя. Они характеризуются: t_{своб.выкл}, t_{пер.упр.вкл} , t_2вкл.сц

В зависимости от квалификации водителя и его стиля управления автомобилем время переключения передач в серийной раздаточной коробке на автомобиле Урал-4320 с повышенной на пониженную t_пер= 0,5....1,5 с.

Процесс переключения передач в серийной раздаточной коробке с пониженной на повышенную передачу производится при полной остановке автомобиля. При таком переключении уравнение (1) примет вид:

t_пер=t_{упр.выкл}+t_{пер.упр.вкл}+t_ост.+t_{упр.вкл}+t_{своб.выкл}+t_{раб.выкл}+t_1вкл.сц+t_2вкл.сц. (7)

где t_ост. – время остановки автомобиля, зависит от коэффициента сцепления колеса с опорной поверхностью.

Время переключения передач в серийной РК на автомобиле Урал-4320 с пониженной на повышенную t_пер= 1,5....2,0 с (рис. 1).

Процесс переключения передач в разработанной раздаточной коробке (переключение изменением межосевого расстояния) с новым механизмом переключения передач осуществляется за счет внешних сил ручного управления и с использованием внутренних силовых факторов. Для осуществления такого режима переключения необходимо так выбрать угловое смещение осей промежуточных шестерен, когда одновременно могут быть частично включены шестерни пониженной и повышенной передач. В этом случае при расстопорении блока промежуточных шестерен внутренние силы в зубчатых зацеплениях вызывают поворот осей этих шестерен, уменьшают межосевое расстояние одной из передач и осуществляют ее включение и увеличивают межосевое расстояние другой передачи, осуществляют ее выключение [4]. Направление переключения зависит от направления передаваемого крутящего момента. Переключение в этом случае происходит при минимальном разрыве потока мощности.

Рис. 1. Падение скорости при переключении серийной раздаточной коробки с пониженной на повышенную

При таком переключении (переключение с повышенной на пониженную и обратно) уравнение (1) примет вид:

t_пер=t_{упр.выкл}+ t_{упр.вкл}. (8)

По экспериментальной оценке это время в разработанной раздаточной коробке с новым механизмом переключения передач на автомобиле Урал-4320 составляет 0,3 с (рис. 2).

Рис. 2. Падение скорости при переключении новой раздаточной коробки с пониженной на повышенную.

На основании анализа результатов исследований можно сделать следующие выводы:

- при сокращение времени переключения увеличивается скорость движения автомобиля, увеличивается показатель проходимости, прохождение сложных участков пути с увеличенной массой прицепного звена;

- для сокращения времени разрыва потока мощности необходимо обеспечить переключение передач на ходу автомобиля без выключения сцепления.

Литература:

1. Авдонькин Ф. Н. Теоретические основы технической эксплуатации авто¬мобилей: Учеб. пособие для вузов. - М.: Транспорт, 1985.— 215 с.

2. Автомобили: Конструкции, конструирование и расчет (Системы управ¬ления и ходовая часть) /Под ред. А.И. Гришкевича. - Минск: Вышейш. шк., 1987.

3. Антонов А.С. Силовые передачи колесных и гусеничных машин. - М.: Машиностроение, 1983.

4. Яковлев П.В. Повышение динамики переключения передач в раздаточной коробке полноприводного автомобиля применением новой кинематической схемы. Дис. … канд.техн.наук: – Челябинск, 2005г. 147 с.