Цена доставки диссертации от 500 рублей 

Поиск:

Каталог / ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Разработка и исследование пневмогидравлического усилителя привода управления сцеплением большегрузного автомобиля

Диссертация

Автор: Логвинов, Валерий Павлович

Заглавие: Разработка и исследование пневмогидравлического усилителя привода управления сцеплением большегрузного автомобиля

Справка об оригинале: Логвинов, Валерий Павлович. Разработка и исследование пневмогидравлического усилителя привода управления сцеплением большегрузного автомобиля : диссертация ... кандидата технических наук : 05.00.00 / Логвинов Валерий Павлович; [Место защиты: Харьк. гос. автомобил.-дорож. техн. ун-т] Харьков, 2001 221 c. : 61 07-5/4030

Физическое описание: 221 стр.

Выходные данные: Харьков, 2001






Содержание:

ВВЕДЕНИЕ
РАЗДЕЛ
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
11 Анализ существующих приводов управления сцеплением
111 Основные требования, предъявляемые к приводам сцепления
112 Анализ существующих приводов сцепления транспортных средств
12 Обзор конструкций усилителей привода сцепления
121 Механический усилитель
122 Гидравлический усилитель
123 Вакуумный усилитель
124 Пневматический усилитель
13 Анализ и классификация пневмогидравлических усилителей
14 Обзор конструкций пневмогидравлических усилителей
15 Обзор исследований, посвященных изучению основных методов расчета пневмогидравлических приводов:
151 Существующие методики расчетов динамических процессов при включении сцепления
152 Динамические нагрузки в трансмиссии и причины их возникновения
16 Цель и задачи исследования
РАЗДЕЛ
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ
ПРОЕКТИРУЕМОГО ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОГО
УСИЛИТЕЛЯ
21 Моделирование статических характеристик усилителя
211 Выбор параметров пневмогидравлического привода сцепления
212 Расчет и выбор основных параметров следящей системы
213 Расчет статических характеристик ПГУ
22 Повышение работоспособности привода сцепления на аварийных режимах работы
23 Выводы по разделу
РАЗДЕЛ
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЦЕПЛЕНИЯ С ПГУ
31 Влияние параметров системы "сцепление - привод" на нормальные нагрузки при включении сцепления
32 Анализ влияния времени включения сцепления на динамическую нагруженность трансмиссии
33 Разработка математической модели сцепления с механическим приводом
34 Разработка математической модели динамических процессов пневмогидравлического усилителя
341 Описание динамической модели привода с ПГУ
342 Математическое моделирование гидравлической части привода
343 Переходные процессы наполнения и опорожнения пневматического цилиндра ПГУ
3440пределение коэффициента суммарного гидравлического сопротивления
35 Методика выбора рационального времени включения сцепления
36 Выводы по разделу
РАЗДЕЛ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОГО УСИЛИТЕЛЯ
41 Описание конструкции разработанного ПГУ
42 Стендовые испытания рабочих процессов привода управления сцеплением с ПГУ
421 Исследование статических характеристик ПГУ
4211 Устройство стенда для снятия статических характеристик
4212 Методика проведения испытаний и их результаты
422 Исследования динамических характеристик ПГУ
4221 Устройство стенда, цель и задачи динамических испытаний
4222 Методика проведения динамических испытаний
4223 Анализ результатов динамических исследований ПГУ
43 Выводы по разделу
ВЫВОДЫ

Введение:
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.
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].