автореферат диссертации по , 05.00.00, диссертация на тему:Разработка и исследование пневмогидравлического усилителя привода управления сцеплением большегрузного автомобиля

харковсъкш государственный автомобильно-дорожный

' /(технический университет

(7 гч

ОГВИНОВ Валерий Павлович

удк 629.3.026.12:629.062

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОГО УСИЛИТЕЛЯ ПРИВОДА УПРАВЛЕНИЯ СЦЕПЛЕН ПНЕМ БОЛЬШЕГРУЗНОГО АВТОМОБИЛЯ

Специальность 05.22.02 - Автомобили и тракторы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание научной степени кандидата технических наук

ООЗ 1 59*743

Харьков 2001

003159743

Диссертация является рукописью. Работа выполнена на кафедре 1ч у дарственного автомобильно-дорожного N иистерства образования и науки Украины.

автомобилей технического

Харьковского университета

Научный Лауреат государственной премии Украины,

руководитель: кандидат технических наук, доцент Клименко

Валерий Иванович, Харьковский

государствен ный автомобильно-дорожный технический университет, профессор кафедры автомобилей

Официальные Заслуженный деятель науки и техники

оппоненты: Укракгы, доктор технических наук,

профессор Лебедев Анатолий Тихонович, Харьковский государственный технический университет сельского хозяйства, заведующий кафедры "Тракторы и автомобили"

кандидат технических наук С.» ирное Владимир Иванович, АО "Харьковский тракторный завод", заместитель главного конструктора

Ведущее ОАО "Украинский научно-исследовательский

учреждение: институт сельскохозяйственного

машиностроения", г. Харьков

Защита состоится «21» марта 2001 г. в Н°° на заседании сп 1 иалнзированного Ученого совета ВАК Украины Д 64.059.02 при Хь_ иковском государственном автомобильно-дорожном техническом ун исрситете по адресу: 61002, Украина, г. Харьков, ул. Петровського, 25.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Харьковского гр* дарственного автомобил ьно-дорожн ого технического университета (г. Ха ^ков, ул. Петровського, 25).

Автореферат разослан « 20 » февраля 2001 г.

Ученый секретарь

специализированного Ученого совета, д-р. техн. наук, проф.

А.М. Юрченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Вступление. Современные условия эксплуатации автомобилей характеризуются значительной напряженностью движения с частыми остановками и интенсивным разгоном. Вождение автомобиля в этих условиях требует большого числа включений и выключений сцепления. Наиболее остро стоит вопрос облегчения управления сцеплением на автобусах и большегрузных автомобилях. Известны два основных направления облегчения управления сцеплением: применение автоматических сцеплений и применение различных усилителей в приводах сцеплений (сервоприводов). При установке в приводе усилителей педаль сцепления сохраняется, однако максимальное усилие, прилагаемое к ней, значительно уменьшается.

Актуальность задачи по разработке и исследованию нового пневмогидравлического усилителя (111 У) привода управления сцеплением, отвечающего современным требованиям, обуславливается необходимостью создания работоспособной, надёжной конструкции усилителя, выполняющего не только свои основные функции, но и снижающего динамическую нагруженность элементов трансмиссии. Задача усложняется отсутствием нормативных документов, в которых изложены требования к динамическим параметрам в процессе включения сцепления.

Актуальность темы. Исследования направлены на разработку и совершенствование пневмогидравлического усилителя, что способствует как улучшению процесса управления сцеплением большегрузных автомобилей, так и увеличению ресурса агрегатов трансмиссии путем уменьшения динамических нагрузок при включении сцепления Существующие конструкции пневмо-гидравлических усилителей сцепления имеют недостатки, оказывающие негативное влияние на эксплуатационные и эргономические показатели управления сцеплением. Кроме того, на начальном этапе проектирования 111 У, конструктор не имеет простой, доступной и в то же время достаточно точной методики, позволяющей правильно выбрать основные параметры создаваемого усилителя, что в конечном итоге отрицательно сказывается как на статических, так и на динамических характеристиках всего привода.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Данная работа является составной частью исследований кафедры автомобилей ХГАДТУ, способствующих решению проблемы "Безопасность дорожного движения" в соответствии с нормативными документами Украины. Комплексная тема исследований "Системное проектирование и конструирование транспортных средств, обеспечивающих необходимую активную безопасность дорожного движения". Роль автора в выполнении этих научно-исследовательских работ — разработка и исследование пневмогидравлического усилителя привода управления сцеплением.

2! ;

Целью данной работы является совершенствование процесса управления сцеплением большегрузного автомобиля с пневмопздравлическим усилителем.

Задачи исследования:

1. Сформировать комплексные требования к сервоприводам управления сцеплением и на их основе обосновать выбор принципиальной схемы привода сцепления и предпочтительных конструктивных решений пневмогидравлического усилителя.

2. Исследовать основные пути снижения пиковых динамических нагрузок в трансмиссии и выявить влияние основных параметров пневмогидравлического привода на характер изменения динамики процесса управления сцеплением;

3. Разработать математические модели работы сцепления и привода с пневмогидравлическим усилителем..

4. Разработать методику определения рационального времени включения сцепления.

5. Провести экспериментальную оценку разработанной методики и работоспособности привода сцепления с пневмогидравлическим усилителем.

Объект исследования - динамические нагрузки в трансмиссии автомобиля, обусловленные процессом управления сцеплением.

Предмет исследования - особенности процесса управления сцеплением с пневмогидравлическим усилителем.

Методы исследования Для достижения поставленной цели проведен анализ существующих конструкций приводов управления сцеплением и методик их проектирования, использованы методы математического моделирования работы сцепления с пневмогидравлическим приводом, выполнен синтез конструкции нового пневмогидравлического усилителя, в экспериментальной части работы применены методы физического моделирования.

Научная новизна полученных результатов Разработана физическая модель, позволяющая учесть изменение суммарного коэффициента сопротивления трубопроводов и проходных сечений в зависимости от скорости изменения давления воздуха, а также учитывает влияние сил трения, препятствующих продольному перемещению дисков сцепления, в зависимости от податливости ведомого диска и передаваемого момента трения.

Практическое значение полученных результатов:

1. Разработанный пневмогидравлический усилитель сцепления, после серии испытаний на работоспособность и долговечность, прошел сертификацию и внедрен в серийное производство на Волчанском агрегатном заводе, что подтверждается актом внедрения.

2. Полученные значения времени замыкания поверхностей трения в соответствии с разработанной методикой определения рационального времени включения сцепления, реализуются в новом пневмогидравлическом усилителе с помощью

дроссельного регулирования. Опытная партия усилителей со сменными пневматическими дросселями прошла испытания, и рекомендована к серийному производству. 3. Предложенная математическая модель работы сцепления позволяет корректировать параметры усилителя с целью минимизации силовой нагруженности агрегатов трансмиссии и учитывает большинство факторов, оказывающих влияние на процесс включения сцепления. I. Пневмогидравлический усилитель используется для управления сцеплением автомобилей КрАЗ и может быть установлен в приводах различных транспортных средств, оборудованных пневмогидравлическим приводом сцепления. Методика математического моделирования работы пневмогидравлического усилителя и пакет программ могут быть использованы при проектировании и исследовании других пневмогидравлических аппаратов.

Личный вклад соискателя:

. Усовершенствована методика расчета статических характеристик пневмогидравлического усилителя, в том числе исследовано влияние гистерезиса на качество регулирования процесса управления сцеплением, определен характер зависимости статической характеристики от давления в пневмосистеме и неуравновешенной площади пневмоклапана. . Разработана принципиальная схема привода, позволяющая сохранять управляемость сцепления в условиях аварийной работы пневмогидравлического усилителя. . Разработана динамическая модель сцепления с механическим приводом, результаты исследования которой были использованы при определении рационального времени включения сцепления. , Разработана методика моделирования динамических характеристик пневмогидравлического усилителя. При разработке алгоритма и программы решения математической модели использовались численные методы интегрирования, при этом особое внимание уделялось уменьшению количества допущений, искажающих реальные переходные процессы.

Апробаиия результатов диссертации.

Диссертационная работа обсуждена и одобрена на расширенном заседании федры автомобилей Харьковского государственного автомобильно-дорожного хнического университета. Основные результаты исследований докладывались: I 62 (1998 г.), 63 (1999 г.) и 64 (2000 г.) научно-технических и научно-¡тодических сессиях университета, на научно-технической конференции >ргономика на автомобильном транспорте» (г. Харьков, 1997 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 4 учных работах, в том числе 3 в специализированных изданиях.

4 П 4 4

Объем работы. Диссертационная работа состоит из вступления, четырех разделов и четырех приложений. Работа содержит 221 страницу, 55 рисунков и 2 таблицы. Список использованной литературы насчитывает 109 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ Во вступлении обоснована тема диссертационной работы, которая направлена на усовершенствование привода управления сцеплением транспортного средства путем применения нового пневмогидравлического усилителя, отвечающего современным требованиям, предъявляемым к аппаратам данного вида.

Первый раздел посвящен обзору и анализу исследований, направленных на изучение основных методов расчета пневмогидравлических приводов управления сцеплением.

В разделе рассмотрены основные типы существующих приводов сцепления, классификация которых представлена на рис. 1._

средств

стоматические

судщжжи

ИЕХШШПК

без усилится*

мщрюямтажжм | | мддрячеддщ [ [ комбядуовадя]

лароваф-унвым

Рис.1 Классификация приводов сцепления автотранспортных средств.

На основании требований к приводам сцепления и анализа конструкций пневмогидравлических усилителей (рис.2), были выделены следующие предпочтительные классификационные признаки и решения, применительно к работе и конструкции разрабатываемого усилителя:

1. Соответствие эргономическим требованиям по ГОСТ 21389-89.

2. Следящее устройство должно обеспечивать слежение, как по перемещению, так и по усилию на педали сцепления.

3. Возможность управления сцеплением при выходе из строя усилителя и его привода.

4. Стабильность статических и динамических характеристик усилителя.

5. Наличие элементов, обеспечивающих плавное включение сцепления.

6. Время включения сцепления не более 0,25 с.

7. Широкий диапазон коэффициента усиления. Компоновочная схема в виде моноблока.

9. Наличие поршневого следящего элемента.

10. Наличие выпускного окна и расположение его в нижней части усилителя.

11. Плоский пневматический клапан.

12. Исключение возможности прорыва сжатого воздуха в гидравлическую часть привода.

13. Минимальное количество уплотнительных элементов.

14. Технологичность и невысокая стоимость изделия.

Рис.2 Основные классификационные признаки пневмогидравлических усилителей

„ Во втором разделе проводится теоретическое обоснование выбора схемы и параметров проектируемого пневмогидравлического усилителя.

Расчетные схемы к выбору основных параметров Ш У и следящего механизма (рис. 3), были разработаны в соответствии с приведенными выше предпочтительными классификационными признаками и решениями.

Максимальная сила на штоке 111 У, развиваемая пневматическим цилиндром усилителя для полного выключения сцепления:

Рпл^-Рп^п-^-. (1)

где Я — суммарное усилие на штоке 111'У; Р„ — максимальное усилие на педали сцепления; ¡п - передаточное отношение; £рц и - соответственно площади рабочего и главного цилиндров.

От правильности выбора параметров следящей системы зависят не только статические характеристики 111 "У, но и динамические показатели, поэтому в

* б 1

процессе расчета необходимо по возможности избегать различного рода допущений и учитывать наибольшее число факторов, оказывающих влияние на процесс управления сцеплением.

Рис.3 Расчетные схемы элементов привода управления сцеплением: а - основных параметров привода с 111 "У, б - следящего механизма усилителя; Р, - максимальное усилие нажимных пружин при полостью выключенном сцеплении; (Зол - максимальная сила отжимных пружин на вилке сцепления; Бпед -ход педали сцепления; хгц и хрц - максимальный ход поршня главного и рабочего цилиндров соответственно, хо и Хр - холостой и рабочий ход выжимного подшипника; Ц, - диаметр пневмоцилиндра.

Для расчета основных параметров следящего механизма составлено уравнение сил, действующих на золотник. В момент вступления усилителя в работу уравнение сил на золотнике имеет вид-

'Рг ГОШ — РкЛ-П-^" Рз.п"'" н'Рр Гтр 3> (2)

где £.3 - площадь гидравлического поршня золотника; рг тш—минимальное давление жидкости на выходе главного цилиндра, в момент срабатывания усилителя, Рид - сила пружины воздушного клапана; Е,п - сила пружины золотника; ^ „ — неуравновешенная площадь клапана, ^.н = я / 4; <1ск — диаметр седла клапана; рр - давление в ресивере, рр = 0,6...0,8 МПа; - сила трения в уплотнительных элементах золотника.

Текущее давление в пневмоцилиндре при увеличении давления в гидравлической части усилителя, учитывая (2) запишется в виде.

£ .р _р -Б -{ -р -Т

г 3 ^Г ЮТ П 3 П КЛ Н гр ТО 3 .

Рц=---—, (3)

Г -{

П 3 у

где ^ - уравновешенная площадь клапана, = - 0,785-с1ш.з2; ^ - следящая

площадь пневматического поршня золотника, ^ = - 0,785-6шл2; <1ШЗ - диаметр штока золотника.

При уменьшении давления в гидроприводе сцепления от prmax до нуля:

Рц =

f .р +F

Г 3 3 п тр 3

Наличие пружины клапана F^, неуравновешенной площади f„,„ и силы трения Fxpj приводят к появлению в статической характеристике следящей системы рц= f (Рг) петли гистерезиса.

Проведенные исследования статических характеристик следящей системы показали, что величина петли гистерезиса Др„ является величиной переменной, которая изменяется с изменением давления воздуха в пневматической полости усилителя. Форма петли гистерезиса обуславливается применением неразгруженного клапана, в связи с чем, оценивать величину гистерезиса необходимо не только при рц = 0, но и при рц = Рцлик- При этом ощутить влияние гистерезиса на качество следящего действие ПТУ в условиях эксплуатации возможно только при перемещении штока, когда давление воздуха рц в пневмоцилиндре достигает величины, необходимой для преодоления усилия, создаваемого нажимными пружинами. Учитывая, что при выключении сцепления на всем перемещении штока ЛГУ давление воздуха р„ изменяется незначительно (для однодискового сцепления автомобиля КрАЗ р„ = 0,51...0,53 МПа), величину гистерезиса Дрг можно принять постоянной в этом промежутке давлений. Рекомендуемая величина гистерезиса для пневмогидравлического привода сцепления должна соответствовать условию Дрг< 0,15 МПа.

7000 -

рц,МПа

-Рр=0,8МПа -Рр=0,6МПа Рр=0,4МПа

t

А

г

и.

£

6000

R.H

4000

i

3000

— —без воздуха ---Рр=0,4 МПа —Рр=0,6МПа

-

-Pp=0,i МПа

f

// у

'ж / — —

О 0,1 ОЛ 03 0,4 Of 0,6 0,7 0,8 0,9 рг,МПа->

ОД 0,4

0,6 0,8 рг.МПа

U 1.4

а) б)

Рис. 4 Расчетные статические характеристики: а - следящего механизма; б - пневмогидравлического усилителя.

Предложенная методика расчета статических характеристик, позволила шявить зависимость начала срабатывания усилителя и характера нарастания давления в пневмоцилиндре от давления в ресивере рр

Необходимость создания привода, который работал бы в условиях выхода 13 строя усилителя, не вызывая при этом значительных усилий на педали

1 8 ] сцепления, а также сохранял работоспособность при неисправностях

гидравлической части привода, привела к разработке схемы привода,

обеспечивающей управление сцеплением при аварийных режимах работы (рис.5).

На предложенную схему получено положительное решение на выдачу патента

Украины.

Рис. 5 Схема пневмогидравлического привода сцепления повышенной

безотказности:

1-педаль сцепления; 2-двойной главный цилиндр; 3,4-секции главного цилиндра; 5-золотниковый распределитель; 6,12-пневматические трубопроводы; 7- ресивер; 8, 9 - гидравлические трубопроводы; 10 - 111 У; 11 - электропневматический клапан; 13-выключатель, 14-следящий механизм ПТУ; 15 - вилка выключения сцепления; 16-аккумуляторная батарея.

В третьем разделе рассмотрено влияние параметров системы "сцепление-привод" на нормальные нагрузки при включении сцепления. Для оценки нормальной динамической нагрузки был введен коэффициент динамического усиления как отношение максимальной динамической нагрузки Nxmax на поверхности трения к статической нагрузке Р,«, развиваемой нажимными пружинами:

Ку — NT щах / Рюр (5)

Экспериментальные исследования динамических процессов в элементах трансмиссии при резком включении сцепления, свидетельствуют о том, что динамический момент может значительно превосходить статический момент трения Мт. Основной причиной увеличения Мх является следствие возрастания нагрузки на поверхностях трения в результате ударного импульса поступательно движущихся масс при резком отпускании педали сцепления, когда инерционная сила удара суммируется с усилием нажимных пружин.

MI-^T(P„+me.2)-RT.i, (6)

где Шнж, z - масса и ускорение поступательно движущихся деталей сцепления;

Иг- коэффициент трения; RT, i - средний радиус и количество пар трения.

Из выражения (б) нормальная нагрузка, сжимающая ведомый диск:

NT(z) = Prat+mœK-z(Eip,c,,t),

где Р,р - силы трения в сцеплении, препятствующие перемещению нажимного и ведомого дисков и изменяющиеся в зависимости от момента трения; с, - нелинейная жесткость ведомого диска; т-темп включения сцепления.

Анализ работ, в которых экспериментально и теоретически исследуется закон изменения нормальных нагрузок и величина коэффициента усиления Ку, показал несоответствие полученных результатов и, как следствие этого, различное толкование динамических процессов и характера влияния на них основных параметров динамической модели сцепления.

Для моделирования процесса включения сцепления была разработана динамическая модель (рис. б), которая описывается системой нелинейных дифференцированных уравнений (8), составленных по принципу Даламбера.

Рис. 6 Динамическая модель сцепления с механическим приводом: Znp, Zj, w — координаты перемещения элементов системы; Дь Д2 — зазоры между поверхностями трения; Aj = Д2 = 0,75... 1 мм; mB, т,,* - массы ведомого и нажимного дисков; т„р- масса привода, приведенного к выжимному подшипнику; Снж - жесткость нажимных пружин; cBi, с^ - нелинейные упругие характеристики ведомого диска; Си» - жесткость возвратных пружин привода, приведенная к выжимному подшипнику; Ьь Ьг - коэффициенты, характеризующие диссипацию энергии в правой и левой фрикционных накладках; F^ F^g — силы трения, препятствующие перемещению нажимного и ведомого дисков; F-^np - суммарная сила трения в приводе; ip — передаточное отношение оттяжных рычагов; P„(t)- усилие на педали сцепления, приведенное к выжимному подшипнику.

nvZd «P^/ip-PnW-F,,, np.sign(znp)+PB03 zd « P^-F^.signfc,,)-P„(t)-ip- PCBl, m,-w=Pc>,-EIp .-sign^P^.

. Решение системы уравнений (8) осуществлялось при помощи численных методов на ЭВМ в среде МаЛСАЕ) - 2000. Характер изменения нормальных нагрузок Ыт в зависимости от сил трения в сцеплении показан на рис. 7, а. Анализ результатов исследований показывает, что допущение о постоянстве сил трения достаточно сильно искажает динамический процесс включения сцепления. Динамические нагрузки на поверхностях трения, в наибольшей степени зависят от приведенной массы привода т^. Увеличением т^ в несколько раз можно имитировать задержку ноги водителя на педали сцепления и, тем самым, снизить коэффициент усиления Ку вплоть до единицы. Характер изменения Ку в зависимости от увеличения Шор представлен на рис 7, б.

< 10*

t 4 10*

кн

2 10

\ 2 3 (/

1 11

J ш J /

12 11 10

t:

7

й 6 5 4 3 2 1 0

1 1 —ведомый диск с податливостью w = 0,9 ми . - * ведомый диск с податливостью w = 0,l мм "

•

•

»

•

•

\ Ч

t.c

40 60

П Шлр, КГ -

а) б)

Рис. 7 Влияние параметров динамической модели: а - на характер изменения NT; б - на Ку при увеличении (в п раз) приведенной массы привода т„р;

1 - при неработающем двигателе; 2 - при работающем двигателе и = Const; 3 - при работающем двигателе и F^, = f(MT);

При исследовании динамической модели была получена зависимость Ку от времени замыкания поверхностей трения (рис. 8). Для сцепления с податливостью ведомого диска 0,9 мм время замыкания поверхностей трения, обеспечивающее допустимый уровень снижения динамических нагрузок (Ку< 1,2), составляет t3<0,038 с. (рис. 8, б), с податливостью диска 0,1 мм время замыкания значительно увеличивается и составляет t,< 0,079 с.

а) б)

Рис. 8 Зависимость коэффициента усиления Ку от времени

а - общий характер зависимости; б - в диапазоне изменения Ку = 1.. .2. В разделе также рассматриваются вопросы, связанные с моделированием динамических процессов, происходящих при включении-выключении сцепления с пневмогидравлическим усилителем (рис 9).

Рис. 9 Динамическая модель сцепления с пневмогидравлическим приводом. 1 -педаль; 2 -главный цилиндр; 3 -следящий механизм; 4 -ресивер; 5 -пневмо-гидравлический усилитель; 6, 7 -гидравлические трубопроводы, 8, 9 -пневмати-геские трубопроводы; Y, -узлы гидравлических цепей; 1, и f, -длины и площади зроходных сечений магистралей; р, -давление рабочей среды в соответствующих /злах цепей; S, -площади поршней соответствующих цилиндров; R, -гидравли-теское сопротивление i-ro дросселя гидроцепи; mi -масса жидкости в магистрали; с„ у и z -обобщенные координаты перемещений соответствующих поршней и течений трубопроводов; ho -величина зазора между клапаном и седлом; P(z) - усилие от нажимных пружин сцепления приведенное к штоку 111 У, PBx(t) - входное воздействие.

Динамические процессы; протекающие в гидравлической части привода, описываются следующей системой нелинейных дифференциальных уравнений:

А±1+(0,443-^Д+0,5.р.4,Х^-)1(21)1 шВ&Рг -Р.5 (9)

11 I, I I,

м

(10) (П)

т„ • 2+ Рф+Р^щич- к, • ± = 8, р4 • +р3 0) • Бз; где р-плотность жидкости; v - кинематическая вязкость жидкости; Хг - коэффициент сопротивления трения; §1 и - коэффициенты местных сопротивлений соответственно первого и второго участков гидроцепи; Шд - масса пневмогидравлического поршня; Р,р — сила трения в уплотнениях пневмо и гидроцилиндров ПГУ; к,-коэффициент вязкого трения о стенки цилиндра; 5 - коэффициент управления переменностью системы.

Переходные процессы наполнения и опорожнения пневмоцилиндра усилителя описываются нелинейными дифференциальными уравнениям с

применением функции расхода Герц - Крейнина. _

У0+842<1р4 _ <к . I Г^ст

наполнение

У0+84гар4 к

опорожнение

„ <Ь _

-М'

1-СТ

(12) (13)

где Уо - начальный объем цилиндра, к = 1,4 - показатель адиабаты; ст=р,/р0 - безразмерное давление; V,,, - критическая скорость, уч,= -АЛТи/с, £,„ и коэффициенты сопротивления при наполнении и опорожнении.

Система уравнений (9), (10), (11), (12) и (13) решается с помощью численного метода Рунге - Кутта в среде программы Ма&СА1>-2000 (рис. 10).

0.04

2,М

—* г -перемещение штока ПГУ - р4 - шлепке возэтся я

пнеемоцшшндре

/

—

л

0.4 р<.

МПа

0.1 0.2 03 0.4 0.5 «,с-»,

а) б)

Рис.10 Расчетные динамические характеристики ПГУ: а - выключения сцепления; б - включения сцепления.

Проведен анализ влияния времени включения сцепления на динамическую загруженность агрегатов трансмиссии. К наиболее важным эксплуатационным параметрам привода управления сцеплением относится время включения ;цепления ^ составляющие которого представлены на рис. 11. Для сцепления с шевмогидравлическим приводом это время можно представить в виде швисимости:

*сц=*нс + *пн+*1 + *с (14>

где - время, вызванное зоной нечувствительности следящего механизма и юдатливостью гидравлической части привода; ^ - время, затрачиваемое на опорожнение пневматического цилиндра до величины давления воздуха, соответствующего началу перемещения штока усилителя; - время,

(атрачиваемое на выбор зазоров между поверхностями трения; ^ - время увеличения момента трения от нуля до максимального значения.

Разработанная методика выбора рационального времени включения одепления ^р основывается на выполнении двух противоречивых требований. С эдной стороны определяется максимально допустимое время включения цепления, учитывающее вид транспортного средства и условия его эксплуатации. ' другой стороны обеспечивается минимальная граница времени необходимая ля снижения динамических нагрузок и увеличения плавности включения цепления. Критерием оценки минимальной величины рационального времени ключения сцепления является время ^д, рассчитанное по динамической одели (рис.6), исходя из рекомендуемого значения коэффициента усиления ;у<1,2 (рис.8).

* £

/ —

\ V р_ 7 { /

1 г N \ / Г 1 N

/ / /

1С »1,

I «>

Время, с

Рис. 11 Диаграмма процесса включения сцепления с 111 У. Рекомендации по выбору рационального времени включения сцепления ц.р и реализации его в приводе сцепления с пневмогидравлическим усилителем педующие-

1. Первоначальный выбор времени включения сцепления ^ в зависимости от вида и условий эксплуатации транспортного средства, 1и, = 0,25...0,45 с. Целесообразно принимать меньшее значение времени ^ а затем увеличивать

14

I

его при несоответствии критерию рационального времени - ^ (рекомендуется принимать следующие значения: = 0,25...0,35 с - самосвалы и грузовые автомобили повышенной проходимости; = 0,3...0,4 с - универсальные грузовые автомобили и автопоезда; ^ = 0,35.. .0,45 с - автобусы и транспортные средства, работающие в хороших дорожных условиях).

2. Реализация выбранного времени ^ осуществляется методом подбора пневматических дросселей в пневмогидравлическом усилителе. На рис.12,а представлены характеристики привода сцепления с различными проходными сечениями (<1ад) пневматических дросселей.

3. Обработка полученной характеристики (выделение участков времени в соответствии с выражением (14)) и определение времени ^ (рис. 11).

4. Определить время ^ обеспечивающее допустимый уровень снижения динамических нагрузок на поверхностях трения. Для определения времени ^ разработан пакет программ в Ма1ЬСАО - 2000. Пример определения времени ^ в зависимости от коэффициента Ку представлен на рис. 8, б.

5. Сравнить значение времен ^ и ^ при выполнении условия ^ > ^ выбранные параметры привода можно считать рациональными.

При 1, < необходимо увеличить изначально принимаемую величину времени ^ в пределах допустимых границ и повторить расчет по пунктам 2, 3 выше приведенной методики. Если же увеличение времени ^ не обеспечивает выполнение условия % > необходимо осуществить корректировку

составляющих выражения (14). Анализируя рис. 11 и выражение (14), представляется целесообразным увеличивать время за счет других слагаемых выражения, не изменяя при этом общего времени включения сцепления Наряду с Хз наибольшее влияние на время ^ц оказывает время 1:п.„ (рис.11).

Экспериментальные исследования показывают, что уменьшение давления в ресивере рр от 0,8 МПа до 0,4 МПа не оказывает значительного влияния на характер протекания процесса выключения сцепления Однако в этом случае при неизменном времени и уменьшается время ^ц (см. рис. 12, б), в связи с чем,

появляется возможность увеличить Ъ, не увеличивая при этом времени ^ц.

08 --

-- - Рр-ОЦШЬ Рр=0.8МШ

\

\

n

\ v

*

ч v

03 «.с -

а) б)

Рис. 12 Динамические характеристики 111 У: а - с различными дросселям (dnjL); б — с различным давлением в ресивере (рр).

] I 15

Четвертый раздел посвящен разработке конструкции пневмо-гидравлического усилителя (рис. 13) и экспериментальному подтверждению зроведенных теоретических исследований. Полученные статические характеристики (рис. 14) подтверждают правильность предложенной методики засчета и имеет отклонение от расчетных в пределах 1,5 - 4,4 %. Незначительное уклонение реальных характеристик от расчетных можно объяснить ^стабильностью сил трения и характеристик пружин, а также некоторыми (опущениями, принятыми при расчете.

а) б)

ис. 13 Пневмощцравлический усилитель сцепления (а) и следящий механизм (б): - корпус усилителя; 2 - пневмопоршень; 3 - шток; 4 - отверстие; 5,7 — пружины; - пневмоклапан; 8 - золотник; 9 - атмосферный клапан; 10 - канал; 1 - гидравлический поршень; 12 - вилка; 13 - следящий механизм; , Б, Д - пневматические полости, В, Г - гидравлические полости.

0.4 0,3 ОД 0,1 0

■ Рр-0,8 Мпа - выключение о Рр-0,8 Мпа - включение

* Рр"0,7 Мш - выключение

* Рр"0,7 Мпа - включение

* Рр-0,6 Мпа - выключение о Рр-Ч),6 МП»- включение

ОД

а) б)

Рис. 14 Статические характеристики следящего механизма (а) и Ш "У (б).

Одна из основных задач экспериментального исследования динамических рактеристик ПГУ заключалась в определении времени включения и

1 16}

выключения сцепления в зависимости от нагрузки нажимных пружин сцепления, входного воздействия и геометрических параметров дросселей. Динамическая характеристика Ш У имеет первоочередное значение на экстремальных режимах управления сцеплением. Поэтому входное типовое воздействие задавалось в виде резкого выключения и включения сцепления.

Экспериментальные динамические характеристики процессов выключения и включения сцепления представлены на рис. 15.

а) б)

Рис. 15 Динамические характеристики переходных процессов в 111У при: а - выключении сцепления, усилие на штоке 111 У P(z) = 1700 - 1850 Н, диаметр трубопровода от ресивера dBTp = 4 мм; б - включении сцепления, P(z) = 3800 — 4000 Н, диаметр дросселя d^ = 3 мм; рг.„ - давление жидкости на выходе главного цилиндра; р„ - давление воздуха в пневмоцилиндре ПГУ; Q - наличие сигнала, характеризующее время перемещения штока 111 У.

Время включения сцепления с уменьшением с1п.д увеличивается по зависимости близкой к степенной рис. 16. Расхождение экспериментальных и расчетных значений времени включения сцепления не превышает 5 %.

Как гидравлические, так и пневматические дроссели призваны служить ограничителями скорости нарастания момента трения сцепления. Основное преимущество применения пневматических дросселей перед гидравлическими -это полное отсутствие их влияния на процесс выключения сцепления. Кроме того, при любом темпе включения сцепления наблюдается ламинарный режим течения жидкости, в то время как при истечении воздуха практически всегда имеет место турбулентный режим.

Г R-4000H(L-24ыы) -R-1700 Н (L"24um) -R-4000H(L"40koi)

ill -

\\ Vi

V

О 0,2 0,4 0,6 O.S 1

«цс -►

Рис.16 Влияние нагрузочных и конструктивных параметров на время ° перемещения штока ill У при включении сцепления

ВЫВОДЫ

Анализ существующих приводов управления сцеплением и их характеристик показал, что наиболее целесообразным для большегрузных автомобилей и автобусов является применение гидравлического привода с пневмогидравлическим усилителем. Обзор конструкций существующих усилителей и методик их проектирования позволил выявить их недостатки, обусловленные недостаточной изученностью протекающих в них физических процессов, большим количеством допущений, принимаемых при расчетах, а также некоторыми конструктивными решениями, в частности применением дросселей в гидравлической части привода Существующие недостатки в первую очередь определяются отсутствием четко обоснованных требований, предъявляемых к пневмогидравлическим приводам управления сцеплением.

Исследовано влияние пневмогидравлического привода сцепления на динамическую нагруженность агрегатов трансмиссии. Основное внимание при исследовании данного вопроса было уделено дроссельному регулированию процесса включения сцепления в пневматической части привода В результате чего удалось избежать использования дросселей в гидравлической части привода, применение которых отрицательно сказывается на динамике процесса выключения сцепления.

Предложенная методика расчета статических характеристик позволяет учитывать начало срабатывания усилителя и характер нарастания давления воздуха в пневмоцилиндре от давления в ресивере, а также- провести рациональный выбор основных параметров следящего устройства. При этом удалось снизить усилие на педали сцепления в среднем на 10% и определить

* 1 18

допустимые границы гистерезиса* для пневмогидравлического привода (Дрг < 0,15 МПа).

4. Разработанный пакет программ для динамической модели сцепления с механическим приводом, позволил исследовать влияние времени включения сцепления на максимальные динамические усилия на поверхностях трения. На основании проведенных исследований рекомендовано значение коэффициента усиления Ку<1,2, который рассматривался как критерий оценки динамической нагруженности трансмиссии.

5. Разработанная методика моделирования динамических процессов с использованием функции расхода Герц - Крейнина позволяет учесть изменение суммарного коэффициента сопротивления трубопроводов и проходных сечений пневмогидравлического усилителя в зависимости от скорости изменения давления воздуха, что дает возможность исключить экспериментальное определение коэффициента расхода воздуха в каждом конкретном случае при изменении параметров системы.

6. Методика определения рационального времени включения сцепления, позволяет проектировать привод сцепления с заданным коэффициентом усиления Ку, что дает возможность снизить динамические нагрузки в трансмиссии автомобиля до величины не превышающей статический момент трения сцепления.

7. Проведенные исследования позволили разработать схему пневмогидравлического привода, обеспечивающую функциональную работоспособность сцепления в аварийных режимах работы. Разработана конструкция пневмогидравлического усилителя, отвечающая требованиям и предпочтительным конструктивным решениям, предъявляемым к пневмогидравлическим аппаратам управления сцеплением. Усилитель серийно выпускается и устанавливается на автомобилях Кременчугского автомобильного завода, что подтверждается актами внедрения. На технические решения, использованные в пневмогидравлическом приводе, поданы 2 заявки и получены положительные решения.

8. Экспериментальные исследования статических и динамических характеристик разработанного пневмогидравлического усилителя подтвердили адекватность результатов математического моделирования переходных процессов в ПГУ (погрешность статических характеристик составляет не более 5 %, динамических - 6.. .8%).

i 1 СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

. Клименко В.И., Логвинов В.П. О применении в системах управления автотранспортных средств гидропневматического привода // Автомобильный транспорт. - 2000. - № 3 - С. 54-56 (50%).

. Туренко А.Н., Клименко В.И., Богомолов В.А., Логвинов В.П. Пиковые динамические нагрузки в трансмиссии автомобиля и мероприятия по их уменьшению // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - 2000. - № Ц9.-С. 19-21 (60%). . Туренко А.Н., Клименко В .И., Богомолов В А., Логвинов В Л Анализ времени включения сцепления транспортного средства с пневмогидравлическим усилителем// Вестник ХГПУ. Технологии в машиностроении.-2000.-Вып. 124.-С.117-122 (40%). . Туренко А.Н., Клименко В.И., Богомолов В .А., Логвинов В .П. Совершенствование привода управления сцеплением // Эргономика на автомобильном транспорте. - Харьков, 1997. - С.65-68 (75%).

АННОТАЦИЯ

УДК 6293.026.12:629.062 Логвинов В.П. Разработка и исследование зевмогидравлического усилителя привода управления сцеплением ольшегрузного автомобиля. — Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по пециальности 05.22.02 — Автомобили и тракторы. - Харьковский гсударственный автомобильно-дорожный технический университет Министерства образования и науки Украины, Харьков, 2001.

Диссертация посвящена вопросу совершенствования процесса управления *еплением большегрузного автомобиля путем разработки нового невмогидравлического усилителя, позволяющего снизить динамическую агруженность агрегатов трансмиссии. В диссертации сформированы основные юбования, предъявляемые к пневмогидравлическому приводу управления 1еплением транспортного средства. Разработана методика и пакет программ, зедназначенные для определения рационального времени включения сцепления реализации его в пневмогидравлическом приводе. В качестве элементов, яулирующих время замыкания поверхностей трения при резком включении <епления, предложено применять съемные пневматические дроссели, жлючающие появление пиковых динамических нагрузок в трансмиссии и, в то е „время, не оказывающих влияния на динамику процесса выключения *епления. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили (екватность результатов полученных при математическом моделировании.

Ключевые слова: привод управления сцеплением, пневмогидравлический усилитель, динамическая модель сцепления, статическая характеристика, динамическая характеристика.

SUMMARY

Logvinov V. The development and research of the pneumohydraulic drive booster of heavy freight trucks clutch control.—Manuscript.

Thesis for the competition for a scientific degree of a Candidate of technical sciences (specially 05.22.02) - Automobiles and Tractors. - Kharkiv State Automobile and Hidhway Technical University, Kharkiv, 2001.

This thesis is devoted to the problem of heavy freight trucks clutch control pefection by means of the developing of the new pneumohydraulic booster which allows to decrease the dynamic loading of the transmission units. The main requirement to the pnevmohydraulic drive booster of transport means clutch control are formulated in the thesis. The method of application and software package for determining of die clutch switching on rational time and its implemuntentalion in the pneumohydraulik drive have been developed. It is offered here to use removable pneumatic throttles eliminating the appearance of pick dunamic loading in the transmission and at the same time not influencing on the process of clutch release as units regulating the locking time of Surface friction of sharp clutch switching. The experiments to have been carried out confirmed the adeguacy of results obtained by mathematical modelling.

Key words: clutch control drive, pneumohydraulic booster, dynamic model of clutch, static characteristics, dynamic characteristics.

до друку 12.02.2001 р. Вщцруковало на ризограф! Зам. №79/1335 '

Формат 60x84 1/16 Пашр офсстннй Об'см 0,9 умови.-друк. ар к. Тираж 100 прим.

Адреса рсдакцЛ в вдавив; ноиграфпщпришства ХДАДТУ, 61002, Харк1в-02, вул. ПетрОвського, 25

Зщдруковано видавницгвом Харювського державного аятомоб^льно-дорожнього

тюдачного у тейрсктету .

ВВЕДЕНИЕ.

РАЗДЕЛ

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Анализ существующих приводов управления сцеплением.

1.1.1. Основные требования, предъявляемые к приводам сцепления.

1.1.2. Анализ существующих приводов сцепления транспортных средств.

1.2. Обзор конструкций усилителей привода сцепления.

1.2.1. Механический усилитель.

1.2.2. Гидравлический усилитель.

1.2.3. Вакуумный усилитель.

1.2.4. Пневматический усилитель.

1.3. Анализ и классификация пневмогидравлических усилителей.

1.4. Обзор конструкций пневмогидравлических усилителей.

1.5. Обзор исследований, посвященных изучению основных методов расчета пневмогидравлических приводов.:.

1.5.1. Существующие методики расчетов динамических процессов при включении сцепления.

1.5.2. Динамические нагрузки в трансмиссии и причины их возникновения.

1.6. Цель и задачи исследования.

РАЗДЕЛ

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ

ПРОЕКТИРУЕМОГО ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОГО

УСИЛИТЕЛЯ.

2.1. Моделирование статических характеристик усилителя.

2.1.1. Выбор параметров пневмогидравлического привода сцепления.

2.1.2. Расчет и выбор основных параметров следящей системы.

2.1.3. Расчет статических характеристик ПГУ.

2.2. Повышение работоспособности привода сцепления на аварийных режимах работы.

2.3. Выводы по разделу.

РАЗДЕЛ

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЦЕПЛЕНИЯ С ПГУ.

3.1. Влияние параметров системы "сцепление - привод" на нормальные нагрузки при включении сцепления.

3.2. Анализ влияния времени включения сцепления на динамическую нагруженность трансмиссии.

3.3 Разработка математической модели сцепления с механическим приводом.

3.4. Разработка математической модели динамических процессов пневмогидравлического усилителя.

3.4.1. Описание динамической модели привода с ПГУ.

3.4.2 Математическое моделирование гидравлической части привода.

3.4.3. Переходные процессы наполнения и опорожнения пневматического цилиндра ПГУ.

3.4.4.0пределение коэффициента суммарного гидравлического сопротивления.

3.5. Методика выбора рационального времени включения сцепления.

3.6. Выводы по разделу.

РАЗДЕЛ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОГО УСИЛИТЕЛЯ.

4.1. Описание конструкции разработанного ПГУ.

4.2. Стендовые испытания рабочих процессов привода управления сцеплением с ПГУ.

4.2.1. Исследование статических характеристик ПГУ.

4.2.1.1. Устройство стенда для снятия статических характеристик.

4.2.1.2. Методика проведения испытаний и их результаты.

4.2.2. Исследования динамических характеристик ПГУ.

4.2.2.1 .Устройство стенда, цель и задачи динамических испытаний.

4.2.2.2. Методика проведения динамических испытаний.

4.2.2.3. Анализ результатов динамических исследований ПГУ.

4.3. Выводы по разделу.

ВЫВОДЫ.

Современные условия эксплуатации автомобилей характеризуются значительной напряженностью движения с частыми остановками и интенсивным разгоном. Вождение автомобиля в этих условиях требует большого числа включений и выключений сцепления. На наиболее напряженных городских маршрутах водитель автобуса за смену воздействует на педаль сцепления до 1500-2000 раз [1]. Из-за большой нагрузки, связанной с управлением сцепления, водитель нередко старается быстрее отпустить педаль сцепления при трогании автомобиля с места или при переключении передачи. Управление сцеплением в этих условиях сопровождается значительными продольными колебаниями автомобиля, ухудшающими комфортабельность езды, и приводящими к повышенному износу агрегатов трансмиссии.

Наиболее остро стоит вопрос облегчения управления сцеплением на автобусах и грузовых автомобилях большой грузоподъемности. Известны два направления облегчения управления сцеплением: применение автоматических сцеплений и применение различных усилителей в приводах сцеплений (сервоприводов) [1]. Второе направление получило наибольшее распространение на автобусах и грузовых автомобилях большой грузоподъемности, в то время как автоматические сцепления чаще применяются на легковых автомобилях особо малого и малого класса. Применение автоматических сцеплений устраняет педаль управления сцеплением. Автомобиль плавно трогается с места в различных дорожных условиях независимо от квалификации водителя. К основным недостаткам, следует отнести возможность появления продолжительного буксования в сцеплении при движении автомобиля с малой скоростью на низших передачах. Не всегда соблюдается выполнение требований ГОСТ 21398-89 [2] в соответствии с которыми, трансмиссия грузового автомобиля должна обеспечивать возможность торможения двигателем и буксирование автомобиля без проведения каких-либо специальных работ. Применяемые совместно с автоматическими сцеплениями вакуумные системы управления достаточно громоздки и ненадежны в эксплуатации, кроме того, автоматическое сцепление имеет сложную конструкцию, большую массу и значительные габаритные размеры. Перечисленные выше причины ограничивают применение автоматических сцеплений на автобусах и грузовых автомобилях большой грузоподъемности.

При установке в приводе усилителей педаль сцепления сохраняется, однако максимальное усилие, прилагаемое к ней, значительно уменьшается. Комплексные требования, предъявляемые к сервоприводам сцепления:

1. Обеспечение эргономики управления в соответствии с ГОСТ 21398-89.

2. Наличие следящего устройства и его высокая чувствительность.

3. Обеспечение плавности включения сцепления и быстроты выключения (время выключения не должно превышать 0,25 с) без нарушения требований по пункту 1.

4. Статические и динамические характеристики сервопривода должны быть стабильными в различных условиях эксплуатации и иметь малую петлю гистерезиса.

5. Сохранение возможности управления сцеплением при выходе из строя усилителя и других элементов привода.

6. Простота и универсальность конструкции усилителя обеспечивающего широкий диапазон и постоянство развиваемого усилия и перемещений.

7. Долговечность, надёжность и минимальные затраты на обслуживание в процессе эксплуатации.

Опыт разработки и создания сервоприводов таких фирм как Knorr Bremse, Wabco Westinghouse, Мини Паке, Гарриссон, Лейланд, КамАЗ, КрАЗ, Икарус, показывает, что наиболее полно перечисленным требованиям соответствует привод с пневмогидравлическим усилителем (ПГУ), однако ни одна из ныне существующих конструкций не обеспечивает выполнение всех требований, перечисленных выше.

Актуальность задачи по разработке и исследованию нового ПГУ, отвечающего современным требованиям, , объясняется необходимостью создания работоспособной, надёжной конструкции усилителя, выполняющего не только свои основные функции, но и снижающего, динамическую нагруженность элементов трансмиссии. Задача усложняется отсутствием нормативных документов, в которых изложены требования к динамическим параметрам в процессе включения сцепления.

Полагается, что темп включения сцепления водитель выбирает сам в зависимости от внешних условий действующих на автомобиль. Однако при использовании в приводе усилителей точность регулирования (нарастание) момента замыкания и буксования поверхностей' трения ухудшается из-за несовершенства следящего элемента (наличие зоны нечувствительности, гистерезисных явлений и др.). Кроме того, возникают моменты, когда водитель непреднамеренно (соскальзывание ноги с педали сцепления), или целенаправленно (при интенсивном разгоне или "раскачке" застрявшего автомобиля) резко убирает ногу с педали сцепления. В этом случае привод (или усилитель) не имеющий элементов ограничивающих темп включения сцепления, подвергает агрегаты трансмиссии значительным динамическим нагрузкам, существенно снижающим их ресурс.

Актуальность темы. Исследования направлены на разработку и совершенствование пневмогидравлического усилителя, что способствует как улучшению процесса управления сцеплением большегрузных автомобилей, так и увеличению ресурса агрегатов трансмиссии путем уменьшения динамических нагрузок при включении сцепления. Существующие конструкции пневмо-гидравлических усилителей сцепления имеют недостатки, оказывающие негативное влияние на эксплуатационные и эргономические показатели управления сцеплением. Кроме того, на начальном этапе проектирования ПГУ, конструктор не имеет простой, доступной и в то же время достаточно точной методики, позволяющей правильно выбрать основные параметры создаваемого усилителя, что в конечном итоге отрицательно сказывается как на статических, так и на динамических характеристиках всего привода.

Статистические данные показывают, что от правильности выбора конструктивных параметров привода зависит не только эргономические показатели оговоренные ГОСТ 21398-89, но и активная безопасность транспортного средства, а также долговечность узлов и агрегатов трансмиссии.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Данная работа является составной частью исследований кафедры автомобилей ХГАДТУ, способствующих решению проблемы "Безопасность дорожного движения" в соответствия с нормативными документами Украины. Комплексная тема исследований "Системное проектирование и конструирование транспортных средств, обеспечивающих необходимую активную безопасность дорожного движения". Роль автора в выполнении этих научно-исследовательских работ - разработка и исследование пневмогидравлического усилителя привода управления сцеплением.

1

Целью данной работы является совершенствование процесса управления сцеплением большегрузного автомобиля с пневмогидравлическим усилителем.

Задачи исследования:

1. Сформировать комплексные требования к сервоприводам управления сцеплением и на их основе обосновать выбор принципиальной схемы привода сцепления и предпочтительных конструктивных решений пневмогидравлического усилителя.

2. Исследовать основные пути снижения пиковых динамических нагрузок в трансмиссии и выявить влияние основных параметров пневмогидравлического привода на характер изменения динамики процесса управления сцеплением;

3. Разработать математические модели работы сцепления и привода с пневмогидравлическим усилителем.

4. Разработать методику определения рационального времени включения сцепления.

5. Провести экспериментальную оценку 'разработанной методики и работоспособности привода сцепления с пневмогидравлическим усилителем.

Объект исследования - динамические нагрузки в трансмиссии автомобиля, обусловленные процессом управления сцеплением.

Предмет исследования - особенности процесса управления сцеплением с пневмогидравлическим усилителем.

Методы исследования. Для достижения поставленной цели проведен анализ существующих конструкций приводов управления сцеплением и методик их проектирования, использованы методы математического моделирования работы сцепления с пневмогидравлическим приводом, выполнен синтез конструкции нового пневмогидравлического усилителя, в экспериментальной части работы применены методы физического моделирования.

Научная новизна полученных результатов.

Разработана физическая модель, позволяющая учесть изменение суммарного коэффициента сопротивления трубопроводов и проходных сечений в зависимости от скорости изменения давления воздуха, а также учитывает влияние сил трения, препятствующих продольному перемещению дисков сцепления, в зависимости от податливости ведомого диска и момента трения.

Практическое значение полученных результатов:

1. Разработанный пневмогидравлический усилитель сцепления после серии испытаний на работоспособность и долговечность прошел сертификацию, и внедрен в серийное производство на Волчанском агрегатном заводе, что подтверждается актом внедрения (Приложение В).

2. Полученные значения времени замыкания поверхностей трения в соответствии с разработанной методикой определения рационального времени включения сцепления, реализуется в новом пневмогидравлическом усилителе с помощью дроссельного регулирования. Опытная партия усилителей со сменными пневматическими дросселями прошла испытания, и рекомендована к серийному производству.

3. Предложенная математическая модель работы сцепления позволяет корректировать параметры усилителя с целью минимизации силовой нагруженности агрегатов трансмиссии и учитывает большинство факторов, оказывающих влияние на процесс включения сцепления.

4. Пневмогидравлический усилитель используется для управления сцеплением автомобилей КрАЗ и может быть установлен в приводах различных транспортных средств, оборудованных пневмо-гидравлическим приводом сцепления. Методика математического моделирования работы пневмогидравлического усилителя и пакет программ могут быть использованы при проектировании и исследовании других пневмогидравлических аппаратов.

Личный вклад соискателя:

1. Усовершенствована методика расчета статических характеристик пневмогидравлического усилителя, в том числе исследовано влияние гистерезиса на качество регулирования процесса управления сцеплением, определен характер зависимости статической характеристики от давления в пневмосистеме и неуравновешенной площади пневмоклапана.

2. Разработана принципиальная схема привода, позволяющая сохранять управляемость сцепления в условиях аварийной работы пневмогидравлического усилителя.

3. Разработана динамическая модель сцепления с механическим приводом, результаты исследования которой были использованы при определении рационального времени включения сцепления.

4. Разработана методика моделирования динамических характеристик пневмогидравлического усилителя. При. разработке алгоритма и программы решения математической модели, использовались численные методы интегрирования, при этом особое внимание уделялось уменьшению количества допущений, искажающих реальные переходные процессы.

Апробация результатов диссертации.

Диссертационная работа обсуждена и одобрена на расширенном заседании кафедры автомобилей Харьковского государственного автомобильно-дорожного технического университета. Основные результаты исследования докладывались: на 62 (1998 г.), 63 (1999 г.) и 64 (2000 г.) научно-технических и научно-методических сессиях университета, на научно-технической конференции «Эргономика на автомобильном транспорте» (г. Харьков, 1997 г.).

Публикации.

Основные положения диссертации опубликованы в 4 научных работах [14,56, 88,100], в том числе 3 в специальных изданиях [14, 56, 88].

ВЫВОДЫ

1. Анализ существующих приводов1 управления сцеплением и их характеристик показал, что наиболее целесообразным для большегрузных автомобилей и автобусов является применение гидравлического привода с пневмогидравлическим усилителем. Обзор конструкций существующих усилителей и методик их проектирования пбзволил выявить их недостатки, обусловленные недостаточной изученностью протекающих в них физических процессов, большим количеством допущений, принимаемых при расчетах, а также некоторыми конструктивными решениями, в частности применением дросселей в гидравлической части привода. Существующие недостатки в первую очередь определяются отсутствием четко обоснованных требований, предъявляемых к пневмогидравлическим приводам управления сцеплением.

2. Исследовано влияние пневмогидравлического привода сцепления на динамическую нагруженность агрегатов трансмиссии. Основное внимание при исследовании данного вопроса было уделено дроссельному регулированию процесса включения сцепления в пневматической части привода. В результате чего удалось избежать использования дросселей в гидравлической части привода, применение которых отрицательно сказывается на динамике процесса выключения сцепления.

3. Предложенная методика расчета статических характеристик позволяет учитывать начало срабатывания усилителя и характер нарастания давления воздуха в пневмоцилиндре от давления в ресивере, а также провести рациональный выбор основных параметров следящего устройства. При этом удалось снизить усилие на педали сцепления в среднем на 10% и определить допустимые границы гистерезиса для пневмогидравлического привода (Дрг< 0,15 МПа).

4. Разработанный пакет программ для динамической модели сцепления с механическим приводом, позволил исследовать влияние времени включения сцепления на максимальные динамические усилия на поверхностях трения.

На основании проведенных исследований рекомендовано значение коэффициента усиления Ку<1,2, который является критерием оценки динамической нагруженности трансмиссии.

5. Разработанная методика моделирования динамических процессов с использованием функции расхода Герц - Крейнина позволяет учесть изменение суммарного коэффициента сопротивления трубопроводов и проходных сечений пневмогидравлического усилителя в зависимости от скорости изменения давления воздуха, что дает возможность исключить экспериментальное определение коэффициента расхода воздуха в каждом конкретном случае при изменении параметров системы.

6. Методика определения рационального времени включения сцепления, позволяет проектировать привод сцепления с заданным коэффициентом усиления Ку и дает возможность снижения динамических нагрузок в трансмиссии автомобиля до величины не превышающей статический момент трения сцепления.

7. Проведенные исследования позволили разработать схему пневмогидравлического привода, обеспечивающую функциональную работоспособность сцепления в аварийных режимах работы. Разработана конструкция пневмогидравлического усилителя, отвечающая требованиям и предпочтительным конструктивным решениям, предъявляемым к пневмогидравлическим аппаратам управления сцеплением. Усилитель серийно выпускается и устанавливается на автомобилях Кременчугского автомобильного завода, что подтверждается актами внедрения. На технические решения, использованные в пневмогидравлическом приводе, поданы 2 заявки и получены положительные решения.

8. Экспериментальные исследования статических и динамических характеристик разработанного пневмогидравлического усилителя подтвердили адекватность результатов математического моделирования переходных процессов в ПГУ (погрешность статических характеристик составляет не более 5 %, динамических - 6.8%).

1. Румянцев Л.А. Проектирование автоматизированных автомобильных сцеплений. М.: Машиностроеие,1975. - 176 с.

2. ГОСТ 21398 89. Грузовые автомобили. Технические требования. - М.: Изд-во стандартов, 1990. - 27 с.

3. Гируцкий О.И., Есеновский-Лашков Ю.К., Поляк Д.Г. Электронные системы управления агрегатами автомобиля. М.: Транспорт, 2000. - 213 с.

4. Сцепление транспортных и тяговых машин / Геккер Ф.Р., Шарипов В.М., Щеренкова Г.М. и др. -М.: Машиностроение, 1989. 344 с.

5. Борисов С.Г., Эглит И.М. Муфты сцепления тракторов. М: Машиностроение, 1972. - 208 с.

6. Малаховский Я.Э., Лапин А.А. Сцепление. М.: Машгиз, 1960. - 191 с.

7. Навроцкий К.Л. Теория и проектирование гидро- и пневмоприводов М.: Машиностроение, 1991. - 384 с.

8. Угинчус А.А., Чугаев Е.А. Гидравлика. Л.: Издательство литературы по строительству, 1971. - 350 с.

9. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль: Анализ конструкций, элементы расчета. М.: Машиностроение, 1989. - 304 с.

10. Автомобиль: Основы конструкции / Вишняков Н.Н., Вахламов В.К., Нарбут А.Н. и др. М.: Машиностроение, 1986. - 304 с.

11. Автомобили КрАЗ 260, КрАЗ - 260В, КрАЗ - 260Г. Руководство по эксплуатации / Таболин В.В. и др. - Харьков: Прапор, 1987. - 208 с.

12. Дизельные автомобили "Урал": Устройство и ремонт / Романченко А.А., Чиненов Н.Н., Иванов В.Т. и др. М.: Транспорт, 1984. - 208 с.

13. Повышение эффективности торможения автотранспортных средств с пневматическим тормозным приводом / А.Н. Туренко, В.А. Богомолов, В.И. Клименко, В.И. Кирчатый. Харьков: Издательство ХГАДТУ, 2000. -472 с.

14. Клименко В.И., Логвинов В.П. О применении в системах управления автотранспортных средств гидропневматического привода // Автомобильный транспорт. 2000. - № 3 - С. 54-56.

15. Пневмогидравлический усилитель привода управления сцеплением транспортного средства: А.с. 1785924 СССР, МКИ В 60 К 23/02./ С.В. Симахин, В.В. Дмитриев; Заявлено 27.11.90; Опубл. 07.01.93, Бюл. № 1. -8 с.

16. Автобусы «Икарус»: Устройство и техническая эксплуатация. М., Транспорт, 1976. - 288 с.

17. Автомобиль МАЗ-6422, MA3-5432: Руководство по эксплуатации. М.: Машиностроение, 1984. - 188 с.

18. Автомобиль-тягач КамАЭ-5320 и его модификации: Техническое описание и инструкция по эксплуатации. М.: Машиностроение, 1975.-431 с.

19. Пневмогидравлический усилитель привода: А.с. 1418097, СССР, МКИ В 60 К 23/02. / В.И. Мельниченко, А.Д. Власов, В.В. Редчиц (СССР) Заявлено 30.07.86; Опубл. 23.08.88, Бюл. №31. -4 с.

20. Пневмогидравлический усилитель привода: А.с. 1111898 СССР, МКИ В 60 К 23/02. / О.И. Мантуров, В.И. Мельниченко, А.Д. Власов Заявлено 17.05.83; Опубл. 07.09.83, Бюл. №33. - 4 с.

21. Пневмогидравлический усилитель привода: А.с. 1133130 СССР, МКИ В 60 К 23 / 02. / О.И. Мантуров, Н.А. Строев Заявлено 06.04.83; Опубл. 07.01.85, Бюл. №1.-5 с.

22. Пневмогидравлический усилитель привода сцепления транспортного средства: А.с. 1391979 СССР, МКИ В 60 К 23/02./ О.И. Мантуров, В.Я. Магай, Заявлено 18.11.86; Опубл. 30.04.88, Бюл. №16. - 3 с.

23. Вишняков Н.Н. Как работают следящие приводы автомобилей. М.: Транспорт, 1971. - 104 с.

24. Гуревич JI.B., Меламуд Р.А. Пневматический тормозной привод автотранспортных средств: Устройство и эксплуатация. М.: Транспорт, 1988.-224 с.

25. Прудников С.Н. Расчет управляющих устройств пневматических систем. -М.: Машиностроение, 1987. -152 с.

26. Пат. 4419923 США, МКИ F 15 В 17/02. Пневмогидравлический усилитель сцепления № 166379; Заявлено 07.07.80; Опубл. 13.12.83. Приор. 17.07.79, № 54-98442 U., Япония. МКИ F 15 В 17/02, НКИ 91/460 - 4 с.

27. Пневматические приводы и системы управления / Под. ред. Артоболевского И.И. М.: Наука, 1972. - 298 с.

28. Жиль Ж., Пелегрен М., Декольн П. Теория и техника следящих систем: Пер. с франц. М.: Машгиз, 1961. - 804 с.

29. Пневмогидравлический усилитель привода сцепления транспортного средства: А.с. 1050922 СССР, МКИ В 60 К 23/02. / О.И. Мантуров, М.Б. Корсун, Н.А. Строев; Заявлено 18.06.82; Опубл. 30.10.83, Бюл. №40-4с. 4 '

30. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов / Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. и др. -М.: Машиностроение, 1982.-423 с.

31. Гамынин Н.С. Гидравлические приводы систем управления. М.: Машиностроение, 1972. 376 с.

32. Рудников Ю.М., Засорин Ю.Л., Дагович В.М. Автомобиль категории D: Учебник водителя. М.: Транспорт, 1986. - 319 с.

33. Каталог. Тормозные устройства. Внешнеторговое предприятие по автомашинам "Mogort" Венгрия, 1988.

34. Унгер Э.В., Машатин В.И., Этманов С.А. Устройство и техническое обслуживание автомобилей КамАЗ. М.: Транспорт, 1976. - 392 с.

35. Системы управления с динамическими моделями / Костенко Ю.Т. и др. -X.: Основа. 1996.-212 с.

36. Лукин П.П. Исследование максимальных динамических нагрузок в трансмиссии автомобиля: Труды МАМИ, вып. 1. 1954.

37. Лунев И.С., Стефанович Ю.Г. Исследование процессов динамики нагружения трансмиссии автомобиля. Труды третьего совещания по основным проблемам теории механизмов и машин. Сб. статей. М.: Машгиз, 1963.-134 с.

38. Цитович И.С., Альгин В.Б. Динамика автомобиля. Мн.: Наука и техника, 1981.-191 с.

39. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем: Искусство и наука. М.: Мир, 1978-418 с.

40. Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия / , Гришкевич А.И., Вавуло В.А., Карпов А.В. и др./ Под ред. А.И. Гришкевича.-Мн.: Выш. шк., 1985.-245 с.

41. Щеренков Г.М. Надежность и долговечность асбофрикционных накладок автомобильных сцеплений. М.: ЦНИИТЭИнефтехим, 1975. - 60 с.

42. Щеренков Г.М., Кулев В.Ф. Расчет основных размеров и параметров муфт сцепления автомобилей и тракторов // Вестник машиностроения. 1973. -№2-С. 40-42.

43. Результаты экспериментального определения динамических нагрузок в трансмиссиях автомобилей // Труды НАМИ, вып. 45. 1962.

44. Москалев В.И. Анализ максимальных динамических нагрузок в трансмиссии автомобиля // Труды НАМИ, вып. 45. 1962.

45. Малашков И.И., Стефанович Ю.Г.' Исследование нагрузочных режимов работы сцепления // Труды НАМИ, вып. 135.-1972.

46. Зельцер Е.А., Малашков И.И., Стефанович Ю.Г. Зависимость динамических нагрузок в трансмиссии автомобиля от процессов, происходящих в сцеплении при его быстром включении // Автомобильная промышленность. -1974.-№12.-С. 13-17.

47. Зельцер Е.А., Иванов С.Н. К. вопросу снижения динамической нагруженности трансмиссии автомобиля //Автомобильная промышленность. 1981.-№ 4,-С. 17-18.

48. Иванов С.Н., Зельцер Е.А., Кочешков И.П. Динамические нагрузки в трансмиссии автомобиля на разных передачах при резком включении сцепления // Экспресс информация. Конструкция автомобиля. - М.: НИИНавтопром, вып. 12. - 1978. - С. 24 - 32.

49. Зельцер Е.А., Малашков И.И., Стефанович Ю.Г. Аналитическое исследование максимальных динамических нагрузок в трансмиссии автомобиля // Автомобильная промышленность. 1975. - № 12. - С. 9 -10.

50. Силовые передачи транспортных машин: Динамика и расчет / С.В.Алексеев, ВЛ.Вейнц, Ф.Р.Геккер, А.Е.Кочура. JI.: Машиностроение, 1982.-256 с.

51. Есеновский-Лашков Ю.К., Поляк Д.Г. Автоматизация управления сцеплением: Проблемы, перспективы, области применения // Автомобильная промышленность. 1983. -№ 8. - С. 17 - 19.

52. Банах Л.Я. Уменьшение порядка многомерных динамических систем / Колебания машин и прочность. М.: Транспорт, 1977. - С. 72 - 81.

53. Моисеев Н. Н. Численные методы в теории оптимальных систем. М.: Наука, 1971.-32 с.

54. Положительное решение по заявке № 2000052749. Пневмопдравл1чний привод керування зчепленням / Логвинов В.П., Туренко А.Н., Клименко В.И., Богомолов В.А., Грищенко С.В 2000.

55. Туренко А.Н., Клименко В.И., Богомолов В.А., Логвинов В.П. Пиковые динамические нагрузки в трансмиссии автомобиля и мероприятия по их уменьшению // Вестник ХГПУ. 2000. - № 119. - С. 19 - 21.

56. Гирявец К.И. Работа фрикционного сцепления в машинном агрегате автомобиля: Сб. науч. тр. Новая техника и прогрессивная технология. -Минск, 1963.

57. Таболин В.В., Малов С .С., Зельцер Е.А. О максимальном коэффициенте динамичности трансмиссии грузового автомобиля // Автомобильная промышленность. 1983.-№1.-С. 18-20.

58. Андреев Б.В. Исследование нагрузок в трансмиссии автомобиля при резком включении сцепления: Автореф. дисс. канд. техн. наук: Министерство высшего и среднего специального образования БССР. Минск, 1971- 40 с.

59. Проектирование трансмиссий автомобилей: Справочник / Под. ред. А.И. Гришкевича. М.: Машиностроение, 1984. - 272 с.

60. Метлюк Н.Ф., Автушко В.П. Динамика пневматических и гидравлических приводов автомобилей. М.: Машиностроение, 1980. - 231 с.

61. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1992.- 463 с.

62. Вишняков Н.Н. Исследование и расчет современных пневматических приводов автомобилей. М.: МАДИ, 1979 - 112 с.

63. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М.: Машиностроение, 1972. - 320 с.

64. Герц Е.В. Динамика пневматических систем машин. М.: Машиностроение, 1985.-256 с.

65. Герц Е.В., Крейнин Г.В. Расчет пневмопривода. М.: Машиностроение, 1975.-272 с

66. Электрогидравлические следящие системы / Хохлов В.А., Прокофьев В.Н., Борисов Н.А. и др. М.: Машиностроение, 1971. - 432 с.

67. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1972. - 768 с.

68. Герц Е.В. Пневматические приводы. Теория и расчет. М.: Машиностроение, 1969. - 260 с.

69. Герц Е.В. Расчет пневмоприводов. Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1973.-272 с.

70. Гогричиани Г.В., Шипилин А.В. Переходные процессы в пневматических системах. М.: Машиностроение, 1986. - 160 с.

71. Гликман Б.Ф. Нестационарные течения в пневматических цепях. М.: Машиностроение, 1979.-256 с.

72. Никишкин С.И., Халатов Е.М., Петров Р.А. Динамические модели пневмосистем. В кн.: Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. Вып. 7. - М.: Машиностроение, 1979. - С. 117-123.

73. Погорелов В.И. Газодинамические расчеты пневматических приборов. Д.: Машиностроение, 1971. -239 с.

74. Френкель Н. 3. Гидравлика. М.: Госэнергоиздат, 1956.-237 с.

75. Холзунов А.Г. Основы расчета пневмопривода. М.: Машиностроение, 1964.-267 с.

76. Крейнин Г.В. Выбор размеров трубопроводов пневматических исполнительных устройств //Станки и инструмент. 1962. - № 10. - С. 24-25

77. Макаров А.Н., Шерман М.Я. Расчет дроссельных устройств М.: Металлургиздат, 1953. -187 с.

78. Косый Р.А. Разработка и исследование тормозного крана пневматического тормозного привода автотранспортного средства: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Харьков, 2000. - 16 с.

79. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат, 1975. - 328 с.

80. Карабин А.И. Сжатый воздух. М.: Машийострсение, 1964. - 343 с.

81. Седов JI. И. Механика сплошной среды. Т. 1. М.: Наука, 1970. - 492 с.

82. Солодкин Е. Е., Гиневский А.С. Турбулентное течение вязкой жидкости в начальных стадиях осесимметричных и плоских каналов // Труды ЦАГИ, вып. 701, Оборонгиз. 1957.

83. Дьяконов В.П., Абраменкова И.В. MathCAD 7.0 в математике, физике и в Internet. М.: "Нолидж", 1998. - 352 с.

84. Крылов В.И., Бобков В.В., Монастырный П.И. Вычислительные методы. -М.: Наука, 1976. Т. 1. 303 с.

85. Чернецкий В.И., Дидук Г.А., Потапенко А.А. Математические методы и алгоритмы исследования автоматических систем. Л.: Энергия, 1970.-375с.

86. Мудров А.Е. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран и Паскаль. Томск: МП РАСКО, 1991.-272 с.

87. Туренко А.Н., Клименко В.И., Богомолов В.А., Логвинов В.П. Анализ времени включения сцепления транспортного средства с пневмогидравлическим усилителем // Вестник ХГПУ. Технологии в машиностроении.- 2000. -Вып. 124.- С. 117-122.

88. К вопросу расчета на ЭВМ динамических показателей автомобиля и нагруженности его трансмиссии при автоматизации управления сцеплением/ Ю.К. Есеновский-Лашков, Е.Ф Волобуев, С.П. Контанистов, Д.Г. Поляк // Труды НАМИ.-1981.- Вып. 184.-С. 103-115.

89. Молибошко Л.А. Колебательные процессы в трансмиссиях автомобилей с пневматическим усилителем в природе сцепления: Автореф. дис.канд. техн. наук: Белорусский политех, ин-т. Минск, 1969. - 24 с.

90. Бадр Э.О. Снижение динамической нагруженности механических трансмиссий автомобилей с автоматизированным переключением ступеней в коробках передач: Автореф. дис.канд. техн. наук: Белорусская гос. политех, академия. Минск, 1994. - 18 с.

91. Абсаттаров М.Б. Повышение работоспособности сцепления автомобиля-тягача трехзвенного автопоезда: Автореф. дис.канд. техн. наук: МАДИ -М., 1988.-19 с.

92. Кулев В.А. Исследование условий нагружения муфт сцепления тракторов с целью повышения эффективности их работы: Автореф. дис.канд. техн.наук: Всесоюзный научно-исследовательский ин-т сельскохозяйственного машиностроения. М., 1971. - 13 с.

93. Гирявец К.И. Работа фрикционного сцепления в машинном агрегате автомобиля: Автореф. дис.канд. техн. наук: Белорусский политех, ин-т. -Минск, 1964.-27 с.

94. Руктешель О.С. Динамические нагрузки в трансмиссии колесного трактора с переключением передач на ходу: Автореф. дис.канд. техн. наук: Белорусский политех, ин-т. Минск, 1970. - 25 с.

95. Муратов И.Е. Исследование динамических нагрузок в трансмиссии мотоцикла К-650 в зависимости от конструкции муфт сцепления: Автореф. дис.канд. техн. наук: КАДИ. Киев, 1971. - 14 с.

96. Кокулянский А.П. Исследование и пути повышения эксплуатационной надёжности автомобильных сцеплений: Автореф. дис.канд. техн. наук: Министерство высшего и среднего специального образования УзССР -Ташкент, 1981.-19 с.

97. Мустафин В.Х. Динамика включения и повышения долговечности двухдискового сцепления трактора: Автореф. дис.канд. техн. наук: МАДИ Москва, 1986. - 14 с.

98. Лепешко И.И. Регулирование момента трения сцепления за счет введения обратной связи: Автореф. дис.канд. техн. наук: Белорусский политех, ин-т. -Минск, 1986.-23 с.

99. Туренко А.Н., Клименко В.И., Богомолов В.А., Логвинов В.П. Совершенствование привода управления сцеплением // Эргономика на автомобильном транспорте Харьков, 1999. - С. 65 - 68.

100. Нефедов А.Ф., Высочин Л.Н. Планирование эксперимента и моделирование при исследовании эксплуатационных свойств автомобилей. -Львов: Вища школа, 1976. 160 с.

101. Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. К.: Вища шк., 1986.-504 с.

102. ГОСТ 8.010 90. Методики выполнения измерений. - М.: Изд-во стандартов, 1991. - 14 с.

103. Моисеев Н.Н. Численные методы в теории оптимальных систем. М.: Наука, 1971.-32 с.

104. Mitschke Manfred. Dynamik der Kraftfahrzeuge. Antrib und Bremsung. Berlin, Springer, 1982. 182 s.

105. Schuman R. Bbelage lin uollwertiger Erstatz // Antriebstechnik. 1981. № 8. -S. 383-387.

106. Sanville F.E. A new method of specifuing the flov capacity of pneumatic fluid pover valves. Hydr. Pneum. Power, 1971. - № 195. - P. 120 - 126.

107. Sanville F.E. Same simplified flov calculations for pneumatik circuits. Hydr. Pneum. Power, 1972. - № 214. - P. 452 - 457 c.

108. Schaedel H., Teoretische Untersuchungen an homogenen ubertragungs eitungen der Fluidik 1. Tail. "Frequenz", 1979. № 12. - S. 350 - 358.