автореферат диссертации по транспорту, 05.22.02, диссертация на тему:Оптимизация ряда передаточных чисел трансмиссии грузового автомобиля средней грузоподъемности при переоборудовании его на дизель

ГБ 0&

1 а мий «97

£ и УКРАИНСКИЙ ТРАНСПОРТНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ПИЛИПЧУК МИХАИЛ МИХАЙЛОВИЧ

ОПТИМИЗАЦИЯ РЯДА ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ ТРАНСМИССИИ ГРУЗОВОГО АВТОМОБИЛЯ СРЕДНЕЙ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ ПРИ ПЕРЕОБОРУДОВАНИИ ЕГО НА ДИЗЕЛЬ

Специальность 05.22.02 - Автомобили И тракторы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1997

Диссертация есть рукопись.

Работа выполнена в Украинском транспортном университете на кафедре "Автомобили".

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Кошарный Николай Федорович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Акбпян Рубен Абгарович,

кандидат технических наук, доцент Бортницкий Павел Иванович.

Ведущая организация: ГосавтотрансНИИпроект, г.Киев.

Защита состоится "¿¡2" 1997 г. в часов

на заседании специализированного учёного совета Д 01.27.02 при Украинском транспортном университете по адресу: 252010, г. Киев, ул. Суворова 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Украинского транспортного университета.

Автореферат разослан м-.? " ¿¿-учУ/^ 1997 г.

Ученый секретарь ?

специализированного ученого совета, у /

кандидат технических наук, п§офессор-^фс' ^"Дмитриев Н. Н.

- 1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Отечественный И зарубежный опыт показывает, что при дизелизации автомобилей достигается значительный экономический эффект.

В Украине после повышения цен на топливо резко повысился интерес к дизелю. Началась реконструкция серийных автомобилей разных марок на дизель.■ , '

Эта проблема крайне актуальна в связи с тем. что большая часть парка автомобилей-это грузовые автомобили малой и средней грузоподъемности с бензиновыми двигателями.

Поскольку реконструкции на дизель, нередко, производятся без строгого технического обоснования, в лучшем случае, на производственных мощностях авторемонтных заводов, то по причине того, что показатели дизеля имеют ряд существенных особенностей, переоборудованные модели значительно уступают серийным с бензиновыми двигателями почти по всем эксплуатационным показателям. . за исключением расхода топлива.

Одним из реальных путей улучшения тягово-скоростных качеств и топливной экономичности автомобилей, переоборудуемых на дизель, является реализация в конструкциях автомобилей оптимальных параметров трансмиссии (количества ступеней и передаточных чисел),и в частности, оптимизация параметров коробки передач при неизменной, дорогостоящей при реконструкции, главной передаче. Для этого необходимо разработать достоверный метод определения ряда передаточных чисел трансмиссии автомобиля, который учитывал бы показатели дизеля. ■

Можно предположить, что если конструкторам автомобильных и авторемонтных заводов, предоставить научно-обоснованную методику

определения ряда передаточных чисел трансмиссии, то это даст возможность за короткое время произвести реконструкцию на дизели, и в том числе на отечественные, большей части автомобилей малой и средней грузоподъемности без больших капитальных затрат и тем самым достигнуть значительной экономии топлива и продлить ресурс парка.

Целью работы является: ^

1) разработка методики определения ряда передаточных чисел трансмиссии грузового автомобиля средней грузоподъёмности при переоборудовании его на дизель;

2) определение ряда передаточных чисел коробки передач автомобиля ГАЭ-3307ДП, реконструируемого на дизель Д-243.

Объектом исследования являются грузовые автомобили средней грузоподъемности.

Научная гипотеза, принятая в работе, заключается в том, -что если передаточные числа базовой коробки передач изменить научно обосновано при замене карбюраторного двигателя дизелем, то показатели технико-эксплуатационных качеств реконструированного автомобиля могут быть на уровне показателей базовой модели.

Предметом исследования являются параметры механики движения автомобилей с карбюраторным двигателем и дизелем, показатели технико-эксплуатационных качеств автомобилей в зависимости от конструктивных параметров трансмиссии и методика определения ряда передаточных чисел трансмиссии.

Научно-методологические основы работы: метод системного подхода, теория механики и энергетики автомобиля, методы математической статистики и математического моделирования на ЭВМ.

Задачи исследования включают:

- исследование методов выбора количества ступеней и переда-

- 3 -

точных чисел трансмиссии автомобиля;

- составление концепции определения ряда передаточных чисел трансмиссии грузового автомобиля средней грузоподъемности с дизелем;

- составление корректных математических моделей прямолинейного движения автомобиля и расхода топлива и проверка их адекватности реальным процессам.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) математические модели движения автомобиля и расхода топлива уточнены путём учёта изменения эффективных показателей работы двигателя в неустановившемся режиме. Математическая модель движения- автомобиля учитывает случай работы двигателя по регуля-торной ветви внешней скоростной характеристики.

2) разработана методика определения ряда передаточных чисел трансмиссии, обеспечивающих высокие разгонные качества автомобиля на низких ступенях и высокие максимальную скорость и топливную экономичность на высоких ступенях. •

Практическая ценность: разработанная методика определения ряда передаточных чисел трансмиссии грузового автомобиля средней грузоподъемности с дизелем позволяет оценить рациональность конструктивных параметров существующих реконструированных трансмиссий и определить передаточные числа трансмиссий как подлежащих переоборудованию на дизель, так и новых проектируемых автомобилей.

Реализация работы. Результаты исследований приняты к внедрению в отделе главного конструктора КАРЗ-1 при выполнении двух хоздоговорных работ: "Провести исследование автомобилей ГАЗ-52Д. ГАЭ-53Д и ГАЗ-ЗЭ07Д с дизельными двигателями Д-243 для постановки их на серийное производство" и "Разработать рекомендации по повышению технических показателей трансмиссий автомобилей, переобору-

- 4 -

цованных для работы на дизельных двигателях".

Апробация работы.-. Основные положения диссертации докладыва- » лись на международной научно-технической конференции "Новые технологии и организационные структуры на автомобильном транспорте" Винницкого государственного технического университета в 1994 г., научных конференциях Украинского транспортного университета (КАДИ) в 1.994-1996 гг., международных научно-технических конференциях "Проблемы транспорта и пути их решения" и "Проблемы автомобильного транспорта на современном этапе" УТУ в 1994. 1996 гг.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в семи работах.

На защиту выносятся:

1) уравнение движения автомобиля при работе двигателя по ре-гуляторной ветви внешней скоростной характеристики;

2) методики проверки адекватности математической модели разгона автомобиля реальному процессу:

3) методика определения ряда передаточных чисел трансмиссии грузового автомобиля средней грузоподъемности с дизелем.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 'четырёх глав, выводов, списка использованных источников количеством 105 наименований и приложений.

Работа изложена на 127 страницах машинописного текста, содержит. 48 иллюстраций и 23 таблицы. В приложениях. приводятся справка и акт внедрения.

- 5 -СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследований и.практическая ценность настоящей диссертационной работы.

Определению количества ступеней и передаточных чисел трансмиссий автомобилей посвящены работы Е.А. Чудакова, Б. С. Фалькевича, Н.А.Яковлева, Н.В.Дивакова. Н.К.Куликова, М.И.Лурье. А.А.Токарева, Г.Б.Безбородовой, В. Г. Галушко, И. К. Даценко, Л. Г. Анискина. Х.Д.Квитко, Э.И.Наркевича, Н.М.Филькина и других ученых.

В первой главе проведен обзор и критический анализ существующих методик расчета количества ступеней и передаточных чисел трансмиссий автомобилей.

Произведена классификация существующих методик.

. Из анализа рассмотренных методик, работ по оптимизации конструктивных параметров трансмиссии автомобиля следует, что разные авторы используют различные комплексы критериев-показателей технико-эксплуатационных качеств автомобилей, но единого общепринятого комплекса нет. В работе составлен общий комплекс критериев оптимальности ряда передаточных чисел трансмиссии автомобиля.

Анализ существующих методик показал, что в них практически не учитываются предназначение и удельный вес использования разных ступеней. Учитывая то, что низкие ступени используются, в основном, для разгона автомобиля-процент использования их не велик, и основными рабочими ступенями являются высокие, можно сделать вывод о том, что в определении коэффициентов весомости частных критериев оптимальности передаточных чисел низких и высоких ступеней должен быть дифференциальный подход. Исходя из этого, сформулирована следующая концепция выбора ряда передаточных чисел трансмиссии грузового автомобиля средней грузоподъёмности. Передаточные Л-1-/Ш

"-пела низких и высоких ступеней коробки передач необходимо определять с приоритетом различных критериев:

- передаточные числа промежуточных низких ступеней коробки передач должны определяться по условию обеспечения автомобилю высоких разгонных качеств. Наряду с этим должна учитываться топливная экономичность автомобиля при разгоне;

- определение передаточных "чисел высоких ступеней должно производиться по условию обеспечения высокой топливной экономичности и максимальной скорости автомобиля. Для достижения этого выбор оптимальных по топливной экономичности и максимальной скорости передаточных чисел высоких ступеней необходимо производить исходя из статистических характеристик предполагаемых дорожных условий эксплуатации и скоростного режима движения.

Для разработки методики определения ряда передаточных чисел трансмиссии автомобиля исходя из выдвинутой концепции частными целями исследований яв'лялись:

1) разработка метода оптимизации передаточного числа главной передачи;

2)"разработка метода определения передаточных чисел низких ступеней в коробке передач, обеспечивающих автомобилю высокие разгонные качества;

3) разработка метода выбора оптимальных по расходу топлива и максимальной скорости передаточных чисел высоких ступеней в коробке передач;

4) проверка достоверности выдвинутой концепции и методики выбора оптимального ряда передаточных чисел трансмиссии автомобиля.

Для достижения поставленных целей решены следующие задачи:

1) составлена математическая модель прямолинейного движения

автомобиля;

2) составлена математическая модель расхода топлива автомобилем в режимах разгона и установившегося движения;

3) проверена адекватность разработанных математических моделей движения автомобиля и расхода топлива реальным процессам. .

Постановка задач при составлении математических моделей и разработке метода оптимизации ряда передаточных чисел трансмиссии автомобиля из-за большого количества взаимосвязанных факторов произведена с использованием метода системного подхода. При разработке метода оптимизации передаточных чисел трансмиссии грузового автомобиля средней грузоподъёмности с дизелем в системе "автомобиль-водитель-дорога " учтены:

1) со стороны водителя:

- скоростной режим движения; •

2) в структурной единице "двигатель":

- скоростной диапазон работы дизеля;

- протекание внешней скоростной характеристики (коэффициент кп приспособляемости двигателя по угловой скорости, коэффициент км приспособляемости двигателя по моменту);

- характеристики расхода топлива;

- характер регулирования дизеля;

3) в структурной единице "трансмиссия":

- количество ступеней и передаточные числа трансмиссии;

- время переключения передач в зависимости от конструкции коробки передач.

Вторая глава посвящена составлению математического аппарата для разработки метода оптимизации передаточных чисел трансмиссии автомобиля.

Анализ литературных источников показал, что в большей части л*

исследований по динамике автомобиля математический аппарат не отражает точно реальный процесс движения автомобиля с учётом неустановившихся режимов работы двигателя, работы регулятора двигателя и процесса переключения передач. Целью исследований в данной главе являлся анализ известного математического аппарата теории движения автомобиля и составление достаточного для разработки метода оптимизации передаточных чибел трансмиссии автомобиля с дизелем.

Математическая модель прямолинейного движения автомобиля, представляет комплекс дифференциальных и алгебраических уравнений движения автомобиля в режимах: разгона, движения с установившейся скоростью и по инерции.

Скорректированное дифференциальное уравнение . прямолинейного движения автомобиля при работе двигателя с полной подачей топлива, т. е. по внешней скоростной характеристике, имеет вид: (ЗУ 1

-• (А-Чг + В-У + С), (1)

dt Ма • бвр

Ме1сС-кр-ик3-и03-Птр где А =--Ma-g-kf-cosa - kw-F,

ше н ' гд

n MeH-b-kp-uK2-u02-nTp

В в -:---.

Чи'Гд2

П МеМ -а-кр -uK -u0 -TiXp

С =--- - Ма -g- (f0 -cosa + sina).

бвр = 1 + ---- [UK2-Uo2-nTp-(Jm + X) + JB1:

Матдг

Ма - полная масса автомобиля;

Мец - эффективный крутящий момент -двигателя при максимальной мощности;

а,Ь. с - эмпирические коэффициенты, определяемые по графику

д

внешней скоростной характеристики двигателя, получаемой при стендовых испытаниях;

кр - коэффициент коррекции мощности двигателя в условиях эксплуатации;

ик.и0- передаточные числа коробки передач и главной передачи;

Т1тр - КПД трансмиссии;

шеМ - угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности;

гд - динамический радиус колеса; g - ускорение свободного падения;

Го - коэффициент сопротивления качению при малой скорости;

к, - коэффициент, учитывающий влияние скорости на сопротивление качению; а - угол подъема дороги;

к„ - коэффициент сопротивления воздуха; Р - площадь проекции автомобиля на плоскость, 'перпендикулярную его продольной оси;

Лт - момент инерции вращающихся и связанных с ними деталей двигателя и сцепления;

• А. - коэффициент неустановившегося режима работы двигателя;

' - сумма моментов инерции всех колёс.

На основании данного уравнения:

(IV

- максимальное ускорение автомобиля на передаче —

(IV 1 ( вг

с--1; (2)

<^тах Ма'бвр I 4-А

максимальная скорость Ут

-В - /в2 - 4-А-С

V«-----; (3)

2-А

- время 1р и путь разгона Бр на передаче в интервале скоростей от VI до У2

V,

Ма-5вр ---1п

2-А-V + В

2-А-V + В +

Бп =

1

Ма бвр • 1п|А- V2 + В/У + С|

"г

V,

- В-Ы,

(4)

(5)

. 2-А

если Д = 4-А-С - В2 < 0.

В работе рассмотрены особенности работы двигателя в неустановившемся режиме и методы определения коэффициента неустановившегося режима работы двигателя X.

Дифференциальное уравнение прямолинейного движения автомобиля при работе двигателя по регуляторной ветви внешней скоростной характеристики имеет вид: (IV 1

ЙЬ Ма-бвр где Арег = -Ма-в-кг-сова - к,-Р,

— (Арег'У2 + Врег-У + Срег).

(6)

Вре

ирег

Мец-Кр'»к '»о -Птр гяг-(1»ехх - Ц.*)

гМ '^р -шехх -Ц« '"о "Птр

Гд-(Шехх ~ ием> 1

- -сова + эШа),

[цКг-и02 т1тр- (Зт + хре1) + Л];

6вР ■ 1 + М г 2

шехх - максимальная угловая скорость коленчатого вала двига-

• теля на холостом ходу; Хрег - коэффициент неустановившегося режима работы двигателя

по регуляторной ветви характеристики. Решение данного уравнения приводит к следующим выражениям

- и

максимальной скорости автомобиля Утах, времени Ьрреги пути разгона Зррег при работе двигателя по регуляторной ветви скоростной характеристики:

- / Врегг - 4 • А„ РГ- С,

р er vp er

2-А,

р er

Ма • 5В р

"ррег

In

/-Д,

2 Aper V * Врег - к ' "Aper)

2 Арег' V + Врег + .

/ .Л

'рег

"рег

> er' ^р р ег|

Врег2 < О (VN-скорость автомобиля.

(7)

(8)

(9) соот-

Эррег3 —--|ма • 5Вр • 1п I Ар ег- V2 + Врет" V + Срег|

^' Ар ег

если- Др ег = 4 • Ар ег- Ср ег

ветствующая угловой скорости коленчатого вала двигателя (оеМ, на

которой вступает в работу регулятор угловой скорости, У2-конечная

скорость разгона).

Переход двигателя на работу по регуляторной ветви определяется наличием запаса силы тяги (запаса мощности автомобиля ГГ,) при угловой скорости коленчатого вала ше„. соответствующей данному положению рейки топливного насоса. В работе получены уравнения запаса силы тяги Р;, и запаса мощности автомобиля. Данные зависимости удобны для исследования потенциальных возможностей автомобиля разгоняться и преодолевать повышенное сопротивление дороги.

Уточненное уравнение для определения уменьшения скорости автомобиля ДУ за время переключения передачи имеет вид:

AV =

1

2- АЛ

/V

если Д0 = 4-А0 'С0

2 • Ма • 5В р 0

,г > О,

+ arct

2-A0-V2k +

/к

-В.

гк •

(10)

- 12 -

где А0 = -Ma-g-kr -cosa - k,-F, В,

'о

Со = -Ртро ~ Ma-g-(f0-cosa + Slna), 5Bpo = 1 +

Ртро - сила трения в трансмиссии при скорости, близкой к нулю;

ктр - коэффициент, учитывающий влияние скорости на силу трения в трансмиссии;

Угк - скорость автомобиля в начале процесса переключения передачи.

Путь Бп, проходимый автомобилем за время переключения пере-

особенностью математической модели прямолинейного движения автомобиля является учёт изменения эффективных показателей работы двигателя в неустановившемся режиме и моделирование движения автомобиля с учетом работы регулятора дизеля.

Установлено, что при корректировке математической модели ускорение автомобиля при разгоне на первой ступени при номинальной скорости, рассчитанное без учета увеличения показателей работы дизеля при разгоне, меньше на 8,1 % ускорения, рассчитанного с учетом изменения показателей работы дизеля в неустановившемся режиме.

Величина уменьшения скорости.ДУ автомобиля за время переключения передачи, рассчитанная по известному приближенному уравне-

меньше полученной по уточнённому уравнению (10) при переключении с первой передачи на вторую (\|i = 0,015, tnl_2 = 2 с) на 11,2 %. и

дачи t„:

1

2А0

нию:

ДУ = -9, 43- tn -i|).

на 47,4 % при переключении с четвёртой передачи на пятую (Ьп4-5 = 1.5 с), когда сила сопротивления воздуха Р„ оказывает значительно большее влияние. Общее ■ время разгона автомобиля с места до максимальной скорости, в расчетные уравнения которого входит, вышеприведенное приближенное уравнение определения ДУ. меньше на 2,9 % времени разгона, рассчитанного с использованием полученного уравнения (10).

Математическая модель расхода топлива автомобилем в режимах разгона и установившегося движения, представляет комплекс дифференциального и алгебраических уравнений.

Расход топлива автомобилем при установившемся движении со скоростью V определяется по уравнению:

Оз = -. (12)

36-У-рт Т1тр кр

где - удельный расход топлива двигателем при данных скоростном и нагрузочном режимах работы; Н„ - мощность, подводимая от двигателя к ведущим колесам автомобиля; рх - плотность топлива.

Уравнение абсолютного расхода топлива автомобилем за время разгона в интервале скоростей от У4 до У2 имеет вид:

Ор = Ма-бвр-ааг(^ ~ + В-У * С|

аа1 • (Вг-2-А-С)

V;;

+

V, .

+ Ц-[СВ1 + "' ' л-+ Ьщ-Эр. (13).

Уравнение расхода топлива автомобилем при разгоне скорректировано путем'уточнения входящих в него величин бвр, и Бр с учетом изменения эффективных показателей работы двигателя в неустановившемся режиме.

Третья глава посвящена экспериментальному исследованию тяго-во-скоростных и экономических качеств реконструированных автомобилей.

Целью экспериментальных исследований являлось:

1) определение показателей тягово-скоростных качеств и топливной экономичности автомобилей ГАЗ-5ЭДМ и ГАЭ-3307Д, реконструированных на тракторный дизель Д-243;

2) проверка адекватности математических моделей прямолинейного движения автомобиля и расхода топлива реальным прцессам.

Для достижения поставленной цели автомобили были испытаны по методам, регламентированным ГОСТ 22576-90 и ГОСТ 20306-90.

Задачами экспериментов были:

1) разработка методики определения и определение:

- .максимальной скорости движения автомобиля Vmax;

- времени tB и пути выбега SB;

- времени разгона до скорости 60 км/ч tp60;

- скоростной характеристики разгона V = f(t);

- топливной характеристики установившегося движения

Qs = f (V);

2) разработка методики проверки адекватности математической модели разгона автомобиля реальному процессу;

3) оценка адекватности математических моделей прямолинейного движения автомобиля и расхода топлива реальным процессам.

Время разгона автомобиля до скорости 60 км/ч tp6() и скоростная характеристика разгона V = f(t) определялись с помощью "пятого колеса".

Для проверки адекватности математической модели разгона автомобиля реальному процессу разработаны две методики.

По первой методике проверка адекватности производится путем

проверки результатов соответствующего уравнения математической модели в фазах разгона и в фазах движения по инерции во время переключения передач, по второй-по конечным значениям времени и пути разгона, являющимся результатами последовательных расчетов по уравнениям модели.

Анализ полученных экспериментальных и расчетных данных показал. что:

1) максимальная скорость автомобиля ГАЗ-5ЭДМ. на котором установлена модернизированная коробка передач (вариант КАРЗ-1) на 5 % больше, чем автомобиля ГАЗ-3307Д, оборудованного коробкой передач ЗИЛ-130. Следует отметить, что полная масса автомобиля ГАЗ-5ЭДМ на 9.3 % меньше, чем автомобиля ГАЗ-ЗЭ07Д. Оборудование реконструируемых автомобилей коробкой передач автомобиля ЗИЛ-130 из-за низких разгонных и скоростных качеств нецелесообразно;

2) максимальная скорость автомобиля ГАЗ-5ЭДМ с модернизированной коробкой передач на 25,7 55 меньше максимальной скорости базовой модели ГАЗ-ЗЭ07 с бензиновым двигателем;

3) время разгона автомобиля ГАЭ-53ДМ с модернизированной коробкой передач до скорости 60 км/ч на 50,5 % больше, чем базовой модели ГАЗ-ЗЭ07;

4) время разгона автомобиля ГАЭ-53ДМ на пути 400 м практически одинаково (42.7 с)„ а на пути 1000 м на 6,4 % больше по сравнению с соответствующим показателем базовой модели ГАЭ-3307;

5) контрольный расход топлива автомобилем ГАЭ-53ДМ при скорости 60 км/ч на 16,8 % меньше, чем базой моделью ГАЭ-3307;

6) на топливной характеристике установившегося движения 03 = ПУ) на'блюдается следующее протекание кривых: перепады расхода топлива при номинальной (максимальной) и экономичной скоростях на передачах составляют: йзтах/а3эк == 1,05 на 1-й передаче и

03тах/а3эк = 1.22-1,42 на высшей передаче.

7) анализ экспериментальных и расчетных данных дает основание заключить,• что математическая модель прямолинейного движения автомобиля адекватна реальному процессу движения. Погрешность модели в пределах 10 %;

8) сравнение экспериментальных и расчётных данных свидетельствует об адекватности математической модели расхода топлива автомобилем при установившемся движении реальному процессу расхода топлива. Погрешность модели до 6,1 %.

Четвертая глава посвящена разработке методов оптимизации передаточных чисел главной передачи, низких и высоких ступеней коробки передач.

Передаточное число и0 главной передачи предлагается определять наряду с критерием максимальной скорости автомобиля Утах по критерйю его удельной транспортной производительности вд.

Для этого используется графо-аналитический метод (рисунок 1). Использование в качестве критерия удельной транспортной производительности V. автомобиля характеризует подход с точки зрения обеспечения оптимальности процесса перевозки.

Передаточное число и4 первой ступени предлагается выбирать наряду с известными условиями обеспечения преодоления автомобилем максимального сопротивления дороги, полного использования сцепного веса, минимальной устойчивой скорости движения по условию дос-

(IV

тижения автомобилем наибольшего максимального ускорения —

Для этого используется графо-аналитический метод (рисунок 2). Такой подход позволяет выбрать передаточное число и! первой ступени, учитывая снижение ускорения автомобиля из-за инерции вращающихся масс.

Рисунок 1 - Изменение максимальной скорости Утах автомобиля и его удельной транспортной производительности V в зависимости от передаточного числа и0 главной передачи

Рисунок 2 - Изменение максимального ускорения автомобиля —

З'атах

на первой ступени в зависимости от ее передаточного числа и!

Предложена формула минимального числа ступеней п в коробке передач, учитывающая скоростной диапазон работы двигателя:

п = [Юй,п а,] +2, (14)

где с1х - диапазон передаточных чисел коробки передач;

П„ - максимально возможный перепад угловой скорости коленчатого вала двигателя. Данная формула получена в случае, когда ив = 1. Если предполагается применение повышающей ступени, то число ступеней коробки передач увеличивается на 1.

Для определения передаточных чисел промежуточных низких ступеней разработан графо-аналитический (рисунок 3, на примере определения передаточного числа и2 второй ступени) и аналитический методы определения передаточного числа ик к-й ступени по условию

¿IV

равенства ускорений в конце разгона на (к-1)-й ступени —

^г (к-1)

(IV

и в начале разгона на к-й ступени — .

(П1К

На рисунке 3 абсцисса точки пересечения кривой ускорений и горизонтали.'проведённой от начала координат на расстоянии равном

йЧ

величине ускорения автомобиля — в конце разгона на 1-й ступени

равна искомому передаточному числу.

Полученное в аналитическом методе уравнение имеет вид:

, I ¿V ч „ ¿V

С-ик3 + Н + I— -ик2 + 1'Цк + К— + Ь = 0, (15)

Л . йЬгщ.ц^ ^ги-п

Мец с-кр и03 -Щхр • где й =---£-

шеН2-Гд3 Н = МеН-Ь'кр-и0г-Т1тр-У1к ЦгН'Гд2

ио Игр

Ме„-а-кр-и0-т1тг

К х -М, -

Ь = - Ма 8- С СГ0 + кг -у1кг) соза + эта] - к„-Г-У1кг.

еЩг' и

"с*

1.2

1.0

—*-0.8--1 | г I I I I м 11МММ} 1 I | I | I ) | I

2 3 . 4 5

¿IV

Рисунок 3 - Изменение ускорения автомобиля — в начале разгона на второй ступени в зависимости от ей передаточного числа и2

В общем случае данное уравнение может быть использовано для определения' передаточного числа последующей ступени по заданному-ускорению в начале разгона на этой ступени.

Передаточные числа промежуточных высоких ступеней коробки передач выбираются по условию минимизации эксплуатационного расхода топлива. Суть разработанного для этого метода заключается в

том, что, рассматривая в уравнении расхода топлива в качестве независимых переменных передаточные числа промежуточных высоких ступеней и варьируя их значениями, определяются те из них, при которых расход топлива наименьший. Особенность метода в том. что он учитывает распределение скоростей на передаче.

Для определения оптимального по максимальной скорости передаточного числа повышающей ступени разработан графо-аналитический метод (рисунок 4). Особенностью метода является определение максимальной скорости автомо'биля с учетом работы регулятора двигателя.

'1 - автомобиль без груза, 2 - автомобиль с грузом Рисунок 4 - Изменение максимальной скорости автомобиля Угоах в зависимости от передаточного числа ив повышающей ступени

С использованием разработанных методов оптимизации передаточных чисел главной передачи, низких и высоких ступеней в коробке передач составлена методика определения ряда передаточных чисел трансмиссии автомобиля.

По составленной методике определён ряд передаточных чисел коробки передач автомобиля ГАЗ-ЗЭ07ДП. реконструируемого на дизель Д-243.

Сравнительный анализ технико-эксплуатационных качеств базо-

вого автомобиля ГАЭ-3307 с бензиновым двигателем и реконструируемых -модификаций с двумя вариантами ряда передаточных чисел коробки передач (вариант ряда КАРЗ-1 и рекомендуемый ряд) произведен по динамическому фактору автомобиля, графику его ускорений, скоростной характеристике разгона, топливной характеристике установившегося движения и показателям движения автомобиля на маршруте (Уср, 03. и).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ

1) Оптимизация ряда передаточных чисел трансмиссии грузового автомобиля средней грузоподъемности, при реконструкции его на дизель. и в частности, без изменения передаточного числа главной передачи, является актуальной задачей. Ее решение требует комплексной увязки как конструктивных, так и эксплуатационных факторов. ;

2) Аналитический обзор литературных источников по данной тематике показал, что однозначного решения по выбору передаточных чисел трансмиссии грузового автомобиля с дизелем нет. Вследствии этого на практике задача решается в значительной степени эмпирически без необходимого научного обоснования.

3) Показатели тягово-скоростных качеств реконструированных на дизель Д-243 автомобилей ГАЗ-5ЭДМ, ГАЭ-3307Д вследствии недостаточно обоснованного выбора передаточных чисел коробок передач не удовлетворяют требованиям ГОСТ 21398-89. •

4) Реконструированные автомобили ГАЗ-бЗДМ, ГАЭ-3307Д по большинству 'показателей тягово-скоростных качеств уступают базовой модели ГАЭ-3307 с бензиновым двигателем, но значительно более экономичны.

Среди реконструированных автомобилей лучшими скоростными качествами обладает автомобиль ГАЗ-бЗДМ с модернизированной КАРЗ-1 коробкой передач автомобиля ЗИЛ-130.

5) Анализ показателей технико-экономических качеств реконс- ' труированной модели ГАЗ-бЗДМ и базовой модели ГАЭ-3307 показал, что у ГАЗ-бЗДМ:

- максимальная скорость меньше на 25,7 %;

- время разгона до скорости 60 км/ч больше на 50,5 %; ,

-время разгона на пути 400 м больше на 1,7 %,

- 22 -

- время разгона на пути 1000 м больше на 6,4 %;

- контрольный расход топлива при скорости 60 км/ч меньше на 16,8 %.

6) Разработанные методики проверки адекватности математической модели разгона автомобиля с переключением передач .реальному процессу позволяют проверить:

- достоверность каждого уравнения модели;

- адекватность всей модели в целом.

7) Особенностью математического аппарата является учёт изменения -эффективных показателей работы двигателя в неустановившемся режиме и моделирование движения автомобиля с учетом работы регулятора дизеля.

8) Математические модели прямолинейного движения автомобиля и расхода топлива достаточно хорошо адекватны реальным процессам. Погрешности моделей в пределах соответственно 10 и 6,1 %.

9) На основе составленного математического аппарата разработаны методы оптимизации передаточных чисел главной передачи, низких и высоких ступеней коробки передач. С использованием данных методов составлена методика определения ряда передаточных чисел трансмиссии грузового автомобиля средней грузоподъемности с дизелем.

10) Определён ряд передаточных чисел коробки передач автомобиля ГАЗ-ЗЭ07ДП, реконструируемого на дизель Д-243.

• Реализация данного ряда передаточных чисел коробки передач позволит в сравнении с серийно реконструируемой модификацией на 5,9 % увеличить максимальную скорость, на 4,6 % увеличить среднюю скорость автомобиля на маршруте, на 1,7 % снизить эксплуатационный расход топлива, при этом удельная транспортная производительность увеличивается на 6,4 %.

И) Разработанная методика определения ряда передаточных чисел трансмиссии грузового автомобиля средней"грузоподъемности рекомендуется для расчета конструктивных параметров как реконструируемых на дизель серийных автомобилей, так и новых проектируемых.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Кошарный Н.Ф., Кошарнкй А.Н., Никонов В. Д., Пилипчук М.М. Топливная экономичность модификаций автомобилей ГАЗ-52Д и ГАЭ-53Д

с дизелем // Тез. докл. международ, науч.-тех. конф. "Новые технологии и организационные структуры на автомобильном транспорте". ВГТУ - Винница, 1994,- с.36-37.

Пилипчук М. М., Кошарный А. Н.. Кошарный Н. Ф!. Никонов В. Д. Тягово-скоростные качества модификаций автомобилей ГАЗ-52Д, ГАЗ-БЗД и ГАЭ-3307Д с дизелем // Тез. докл. международ, науч.-тех. конф. "Новые технологии и организационные структуры на автомобильном транспорте" ВГТУ - Винница, 1994.- с.47-48.

Кошарный Н.Ф.. Никонов В.Д., Пилипчук М.М. Проблема дизели-зации автомобилей средней и малой грузоподъемности //'Тез. докл. международ, науч. -тех. конф. "Проблемы транспорта и пути их решения" КАДИ - К., 1994,- С. 115.

Кошарный А.Н.. Кошарный Н.Ф., Пилипчук М.М. О корректности математических моделей движения транспортных средств // Тез. докл. международ, науч.-тех. конф. "Проблемы автомобильного транспорта на современном этапе" УТУ - К., 1996,- с.132-133.

Кошарный Н.Ф., Пилипчук М.М. Математическое моделирование прямолинейного движения автомобиля с учётом регулятора дизеля // Автошляховик Украши. - 1997,- N1,- с. 16-18.

Пилипчук М.М. Метод определения передаточных чисел коробки передач, обеспечивающих высокие разгонные качества автомобиля // Автошляховик Укра!ни. - 1997,- N1.- с. 19-21.

Пилипчук М.М. Перев1рка адекватност! математично! модел1 розгону автомоб1ля реальному процесу // Автошляховик Укра1ни,-1997,- N2.

АН0ТАЦ1Я

Пилипчук М.М. 0птим1зац1я ряду передаточних чисел трансм1сИ вантажного автомоб1ля середньо! вантажоп1дйомност! при переоблад-нанн1 його на дизель.

Дисертац1я на здобуття вченого ступеня кандидата техн1чних наук за спец!альн1стю 05.22.02 - автомобШ 1 трактори, Украгнсь-кий транспортний ун1верситет, Ки!в, 1997.

Проведено анал1з 1снуючих методик визначення к1лькост1 сту-' пен1в 1 передаточних чисел трансм1с11 автомобШ.

Розроблен1 метода оптим1зац11 передаточних чисел головно! передач1, низьких 1 високих ступен1в коробки передач та матема-тичний апарат 1х реал1зац11. Складена методика визначення ряда передаточних чисел трансм1с11 вантажного автомоб1ля середньо!

- 24 -

вантажоп1дйомност1. який реконструшть на дизель.

Наёеден! результата випробування (показники техн!ко-еко-ном1чних якостей) автомоб1л1в ГАЗ-5ЭДМ та ГАЗ-ЗЭ07Д з дизелем Д-243.

Визначено ряд передаточних чисел коробки передач автомоб1ля ГАЗ-3307ДП, який переобладнукть на дизель Д-243. Проведено анал1з гюказник1в техн!ко-експлуатац1йних якостей базового автомоб1ля ГАЭ-3307 з бензиновим двигуном та реконструйованих модиф!кац1й з пропонованим рядом передаточних чисел коробки передач 1 рядом передаточних чисел, який прийнятий в сер'1йн1й коробц1 передач.

Ключов! слова: автомоб!ль, дизель, регулятор. трансм!с1я, коробка передач, головна передача, передаточне число, експери-мент, математична модель, кригер1й, оптим1зац1я, методика.

■ ABSTRACT

. Pilipchuk М.М. Gear ratio row optimization of average load-carrying truck transmission while being reconstructed to the diesel one.

The thesis for candidate degree of technical sciences on the speciality 05.22.02 - automobiles and tractors, Ukrainian Transport University, Kiev, 1997.

Existing technique analysis of defining gear and automobile transmission gear ratio quantaty is done.

Optimization methods of -gear ratios of main gear, low and high gears of change gear and mathematical way of their realization are carried out. Gear ratio row defining technique of average load-carrying truck transmission reconstructed to the diesel one is done.

Test results (running quality indices) • of GAZ-53DM and GAZ-3307D with diesel D-243 are calculated.

GAZ-3307DP change gear ratio row reconstructed to diesel D-243 Is calculated. Analysis of running quality indices of base GAZ-3307 with gasoline engine and reconstructed modifications witn proposed gear ratio row and gear ratio row, accepted in seria change gear was carried out.

Key words: automobile, diesel engine, regulator, transmission, change gear, rear axle gear, gear ratio, experiment, mathematical model, criterion, optimization, technique.