Вдосконалення електропневматичного приводу зчеплення великовантажних автомобiлiв та автобусiв

Abstract

Дисертація присвячена покращенню експлуатаційних показників електропневматичного приводу зчеплення великовантажних автомобілів та автобусів, удосконаленню конструкції виконавчого механізму приводу керування зчепленням, удосконаленню конструкції прискорювального клапана, пошуку шляхів оптимізації роботи алгоритму керування електропневматичним приводом зчеплення. Актуальність дисертаційної роботи визначається необхідністю вирішення науково-практичної задачі, пов’язаної з поліпшенням умов роботи водіїв великовантажних автомобілів та автобусів за рахунок вдосконалення електропневматичного приводу зчеплення. Одним із шляхів поліпшення умов роботи водіїв великовантажних автомобілів та автобусів є полегшення процесу керування агрегатами трансмісії, зокрема зчепленням. Збільшення потужності двигунів транспортних засобів та крутного моменту, який передається зчепленням, призводить до підвищення зусилля необхідного для керування ним. Для виконання існуючих нормативів, які стосуються легкості та зручності керування агрегатами трансмісії транспортних засобів, автомобільні виробники повинні використовувати у приводі зчеплення різноманітні підсилювачі та розробляти автоматизовані системи керування. Відсутність подібних розробок на території України призводить до використання вітчизняними автомобільними заводами продукції провідних світових виробників автомобільних компонентів, котрі в останні десятиліття вирішують проблему зменшення зусилля на органі керування зчепленням шляхом застосування 2 електропневматичного приводу зчеплення. Використання закордонних компонентів призводить до збільшення вартості вітчизняних транспортних засобів та зниження їх конкурентоспроможності на ринку. Шляхом аналізу інформаційних джерел встановлено вимоги, які висуваються до приводів керування зчепленням, зокрема величина ходу та зусилля на педалі зчеплення. Виокремлено вимоги, що додатково висуваються до приводів керування зчепленням, які у своєму складі мають електронні компоненти. На основі проведеного аналізу існуючих конструкцій приводів керування зчепленням зроблено висновок про доцільність подальшого вдосконалення електропневматичного приводу керування зчепленням, як найбільш актуального на сьогодні для застосування у трансмісіях великовантажних автомобілів та автобусів. Основним недоліком подібних конструкцій на даний момент вбачається необхідність застосування великої кількості електропневматичних клапанів для нівелювання протиріччя між показниками швидкодії та точності регулювання. Це, в свою чергу, негативно впливає на вартість та надійність приводу. Висунена робоча гіпотеза вдосконалення робочого процесу електропневматичного приводу шляхом застосування у його конструкції прискорювального клапана спільно з двома керувальними електропневматичними клапанами. Для визначення експлуатаційних показників існуючих на сьогодні конструкцій електропневматичних приводів керування зчепленням було проведено серію пошукових експериментів. У якості основного параметра, що дозволяє зробити висновок про працездатність конструкції було обрано швидкодію механічної частини приводу. У перебізі аналізу робочого процесу електропневматичного приводу зчеплення порівнювалися різні варіанти реалізації блоку керування тиском у штоковій порожнині виконавчого механізму, які складалися з: – двох електропневматичних клапанів; – чотирьох електропневматичних клапанів; – двох електропневматичних клапанів та прискорювального клапану 16.3518010 виробництва ПАТ «Полтавський автоагрегатний завод»; 3 – двох електропневматичних клапанів та прискорювального клапану розробки ХНАДУ. За підсумками аналізу отриманих результатів для подальшого вдосконалення запропонована конструкція виконавчого механізму з прискорювальним клапаном власної розробки. Визначено, що запропоновані нові взаємозв’язки між конструктивними елементами прискорювального клапана дозволяють отримати одночасно необхідну швидкодію приводу та високу точність регулювання, за умови використання лише двох електропневматичних клапанів. Головна відмінність запропонованого прискорювального клапана від існуючих – наявність дроселя, який сполучає керувальну та вихідну порожнини клапана. Присутність у конструкції прискорювального клапана дроселя робить його менш чутливим до стрибкоподібного наростання тиску у керувальній порожнині, підвищуючи таким чином точність регулювання. Виконано математичний опис робочого процесу виконавчого механізму електропневматичного приводу керування зчепленням. Математична модель виконавчого механізму електропневматичного приводу керування зчепленням включає: диференціальні рівняння газодинамічних функцій, диференціальні рівняння, які описують роботу прискорювального клапана та пневматичного циліндра, а також рівняння зв'язку. Теоретичні дослідження робочого процесу електропневматичного приводу керування зчепленням дозволили визначити оптимальне співвідношення між діаметром дроселя прискорювального клапана та умовним діаметром керувального електропневматичного клапана, що дозволяє одночасно забезпечити необхідну точність регулювання і високу швидкодію. Для вдосконаленої конструкції це співвідношення знаходиться в межах 0,33-0,43. Встановлено, що для забезпечення комфортного та плавного рушання транспортного засобу (з урахуванням чутливості вестибулярного апарату людини до зміни прискорення) дискретність позиціонування штоку виконавчого механізму, у зоні де відбувається буксування зчеплення, не повинна перевищувати 0,26 мм. 4 В ході виконання дисертаційного дослідження розроблено експериментальний стенд для дослідження робочих процесів електропневматичного приводу зчеплення, описано методику отримання даних для побудови статичної характеристики силового циліндру, проведено порівняльний аналіз результатів теоретичних та експериментальних досліджень робочого процесу. Отримані статичні характеристики виконавчого механізму електропневматичного приводу керування зчепленням із діаметром пневматичного циліндра 100 і 80 мм дозволяють зробити висновок про позитивний вплив зменшення діаметру циліндра на точність позиціонування штока. Встановлено, що точність позиціонування штока виконавчого механізму електропневматичного приводу керування зчепленням із діаметром циліндра 80 мм в його робочому діапазоні знаходиться у межах 0,22-0,28 мм. У межах наукового дослідження було встановлено наявність гістерезису у виконавчому механізмі електропневматичного приводу керування зчепленням. Нівелювати його впив на процес рушання штока при вмиканні зчеплення пропонується шляхом вибору раціонального часу першого імпульсу. Підвищення точності позиціонування штока пропонується досягти за рахунок застосування широтно-імпульсної модуляції. Як показали результати експериментальних досліджень у разі використання широтно-імпульсної модуляції для керування електропневматичними клапанами точність позиціонування підвищується на 35 %, у порівнянні із застосуванням одиночного керуючого імпульсу, і становить близько 0,22-0,28 мм, в зоні де відбувається буксування зчеплення. Швидкодія вдосконаленого електропневматичного приводу зчеплення складає 0,17 с при вимиканні зчеплення та 0,22 с при вмиканні, що відповідно на 46 % та 58 % перевищує показники серійних конструкцій. Наукова новизна отриманих результатів полягає у такому: Вперше одержано: – взаємозв'язок між конструктивними елементами прискорювального клапана, у вигляді дроселя, що сполучає його керувальну та силову порожнини; 5 – залежність між діаметром дроселя запропонованого прискорювального клапана, об'ємом його керувальної порожнини та умовним діаметром керувального електропневматичного клапана, що дозволяє одночасно забезпечити необхідну точність регулювання і високу швидкодію; – залежність між тривалістю керувальних імпульсів, які подаються на електропневматичний клапан, та їх кількістю, що забезпечує подолання гістерезису силового циліндра механізму керування зчепленням. Набуло подальшого розвитку: – залежність для визначення точності, за статичною характеристикою, електропневматичного приводу, яка забезпечує комфортне ( з урахуванням чутливості вестибулярного апарату людини до зміни прискорення) та плавне рушання транспортного засобу та, на відміну від існуючих, враховує специфіку роботи зчеплення та параметри приводу. Робота також має практичне значення. Виявлені в роботі взаємозв’язки дають можливість визначити вихідні параметри прискорювального клапана та здійснити моделювання його перехідних процесів. Практичне використання отриманих результатів спрямоване на досягнення соціального ефекту по покращенню умов праці водія, зниженню кількості дорожньо-транспортних пригод і підвищенню продуктивності пасажирських та вантажних перевезень.