АДАПТАЦИЯ ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПЕРЕДАЧ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ ВОЕННЫХ НАУК

3(24)/2008 (спецвыпуск)

УДК 629.1.01

В.Б. ДЕРЖАНСКИЙ,

доктор технических наук, профессор,

заведующий кафедрой гусеничных машин,

Курганский государственный университет;

К.С. ЖЕБЕЛЕВ,

кандидат технических наук, доцент,

заместитель главного конструктора

ОАО «Специальное конструкторское

бюро машиностроения», г. Курган;

И.А. ТАРАТОРКИН,

доцент кафедры гусеничных машин,

Курганский государственный университет

АДАПТАЦИЯ ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПЕРЕДАЧ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ

Переходные процессы переключения передач гидромеханической трансмиссии (ГМТ), в том числе автоматизированной, характеризуются высокой динамической нагруженностью. Во многом это определяется программой управления. Программа управления переключением передач ГМТ обычно синтезируется для определенных условий движения и номинального значения параметров конструкции системы. Однако в процессе эксплуатации существенно изменяются режимы функционирования и параметры конструкции, определяющие техническое состояние системы гидроуправления. Это приводит к задержке исполнения командных сигналов, отличию фактических режимов от расчетных и высокой динамической нагруженности ГМТ.

При изменении состояния или режимов функционирования фрикционных устройств необходима коррекция управляющих воздействий, направленная на снижение влияния этих изменений на качественные показатели работы трансмиссии. В противном случае процесс переключения передач будет сопровождаться толчками и ударами, увеличением работы буксования и износом дисков трения фрикционных элементов. Решение данной задачи необходимо реализовать на основе адаптивного управления, осуществляющего по результатам идентификации состояния фрикционных элементов и режимов работы двигателя и трансмиссии автоматическую настройку параметров системы управления и формирование управляющих команд на переключение передач с учетом указанных изменений.

Синтез программ управления переключением передач гидромеханической трансмиссии транспортной машины базируется на решении двух задач: определения условий переключения и блокировки гидротрансформатора, а также установления временной характеристики управления двигателем и фрикционными элементами, обеспечивающие качество переходных процессов.

Условием переключения передач и блокировки гидротрансформатора основной программы управления гидромеханической трансмиссией обычно принимаются пороговые значения скорости движения на соответствующих передачах. В общем случае пороговые значения являются многомерными функциями [3] вида АДАПТАЦИЯ ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПЕРЕДАЧ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ, которые определяются номером включенной передачи nj, массой машины mм, прогнозируемого сопротивления движению fc, формируемого свойствами грунта, его микро- и макропрофилем, интенсивностью изменения направления движения, характером управляющих действий водителя αnm, αm, αшm их индивидуальным «окрасом», - производными управляющих действий. Определение условий переключения усложняется необходимостью реализации различных режимов движения. В зависимости от требуемых свойств машины определяемая функция может быть многовариантной, например, на рис. 1 показан фрагмент осциллограммы изменения параметров при движении машины с автоматизированной системой переключения передач на спуске.

В этих условиях происходит резкое увеличение частоты вращения вала двигателя и периодическое срабатывание защиты двигателя от заброса по оборотам. Это сопровождалось периодическими разрывами потока мощности от двигателя до ведущих колес, резкими изменениями частоты вращения вала двигателя, периодическим блокированием и разблокированием ГТ, что вызывало значительные рывки машины. При первом же срабатывании системы защиты частота вращения вала двигателя резко снизилась, и произошло автоматическое переключение на пониженную (I-ю) передачу в процессе движения под уклон. Следует отметить, что автоматический переход со III-й на II-ю и на I-ю передачу, имеющих место при срабатывании системы защиты двигателя, привело к увеличению тормозного момента двигателя, передаваемого на ведущие колеса. В данных условиях происходит снижение скорости машины на спуске, однако переключение происходит с высокой цикличностью и высоким уровнем динамических нагрузок. Таким образом, при движении на спусках следует исключить возможность переключения на высшие передачи.

В зависимости от требуемых ускорений и скорости движения V необходима адаптация программы управления. Для этого разработаны признаки мониторинга и идентификации автоматизированной системы, требуемых режимов движения и предложены средства достижения адаптации. Примеры для некоторых режимов приведены в таблице 1.

АДАПТАЦИЯ ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПЕРЕДАЧ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ

Анализ результатов исследований показывает, что решение второй задачи управления - определения временной характеристики управления двигателем и фрикционными элементами требует адаптации алгоритмов основной программы.

Временная характеристика управления двигателем и фрикционными элементами определяется из условия минимизации работы буксования

АДАПТАЦИЯ ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПЕРЕДАЧ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ

ограничении динамической нагруженности и приращения температуры. Последнее требует дополнения математической модели движения уравнением теплопроводности Фурье.

Анализ выражений для определения работы и времени буксования фрикционных элементов показывает, что на работу буксования существенно влияет величина разности частот вращения ведущих ω1(t) и ведомых ω 2(t) частей фрикционного устройства и момента трения MTP(t). Чем меньше момент MTР(t) при заданной разности Δω = ω1 - ω2 , тем плавней переключаются передачи, однако при этом значительно возрастает время и увеличивается работа буксования.

АДАПТАЦИЯ ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПЕРЕДАЧ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ

Наибольшее влияние на величину момента оказывает синхронизирующее управление двигателем. Этот вывод подтвержден экспериментальными данными, приведенными на рис. 2.

Из рисунка видно, что при отсутствии синхронизирующего управления двигателем динамический момент возрастает более, чем в два раза. Очевидно, что такой режим включения фрикционного устройства можно обеспечить путем связного управления режимами работы ДВС и трансмиссии, регулирования силы сжатия дисков за счет изменения по определенному закону рабочего давления в гидросервоприводе фрикционов выключаемой и включаемой передач, а также блокировки гидротрансформатора [4].

АДАПТАЦИЯ ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПЕРЕДАЧ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ

Временная характеристика давления управления в бустерах сервомоторов фрикционных элементов и изменения частоты вращения представлены на рис. 3. Длительность переключения определяется временем заполнения бустера t3, временем регулирования tр до окончания буксования фрикционного элемента, т.е. этот параметр можно принять как сигнал обратной связи перехода на расчетное давление.

АДАПТАЦИЯ ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПЕРЕДАЧ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ

Переход к рабочему давлению вследствие ограниченной деформации пакета дисков происходит за сотые доли секунды. Анализ результатов исследования показывает, что длительность переключения определяется параметрами конструкции машины, трансмиссии и сопротивлением движению. В частности, повышение быстродействия системы управления, уменьшение начальной скорости буксования, следовательно снижение работы буксования и динамической нагруженности способствует сближению передаточных чисел на смежных передачах трансмиссии для перекрытия параметров тяговой характеристики по скорости и удельной силе тяги.

Снижение динамического момента, нагружающего трансмиссию при переключении передач, может быть достигнуто адаптивным управлением каждого фрикционного элемента с учетом номера включаемой передачи. Это следует из зависимости качества переходного процесса от переменных упруго-инерционных свойств трансмиссии.

Расчетные значения моментов на различных передачах на одних и тех же фрикционах не одинаковы. В связи с этим во многих системах управления сжатие пакета фрикционных дисков осуществляется с различной силой.

В большинство современных трансмиссий с тремя степенями свободы переключение смежных передач осуществляется заменой во включенное состояние только одного механизма управления. В связи с этим отдельные фрикционы используются для включения нескольких передач.

Длительность заполнения бустеров зависит от давления в гидравлической системе, сопротивления магистрали, от параметров технического состояния и функционирования [1, 2]. Из анализа технического состояния металлокерамических дисков фрикционных элементов с нарушенной работоспособностью следует, что в процессе эксплуатации толщина пакета дисков может отклоняться от номинального значения вследствие износа или коробления дисков и соответствующим изменением объема бустеров, длительности их заполнения и буксования фрикционных элементов. Коробление (конусообразность формы) дисков возникает при неравномерном перегреве и направленности градиента температур от центра к периферийной части. Коробление МКД приводит к неполному включению передачи, увеличению работы буксования и приращению температуры деталей фрикционного элемента. При обратном направлении градиента температур деформация дисков приводит к увеличению силы сопротивления осевому перемещению дисков, в пределе нарушая их подвижность. Кроме того, длительность заполнения бустеров отличаются из-за различной длины и сопротивления масляных каналов магистрали, утечек рабочей жидкости. Утечки не стабильны в процессе заполнения, зависят от вязкости масла и увеличиваются в процессе эксплуатации (по ТУ от 1-го до 6-ти литров в минуту) из-за износа уплотнений. Начальное давление в бустерах вращающихся с различной на каждой передаче скоростью, также отличается.

Для выполненных конструкций длительность заполнения бустеров составляет 0,30..0,38 с в четырехступенчатой ГМТ и 0,5... 1,2с в шестиступенчатой.

После заполнения бустеров, которое целесообразно произвести с упреждением, осуществляется регулирование давления, создающего необходимый момент трения фрикциона:

АДАПТАЦИЯ ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПЕРЕДАЧ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ

АДАПТАЦИЯ ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПЕРЕДАЧ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ

Первое слагаемое в скобках определяет величину необходимую для синхронизации элементов, а второе и третье - для преодоления инерционных составляющих турбины JT и машины JМ Следует отметить, что вследствие свойств гидротрансформатора момент на турбине может быть существенно уменьшен при ее синхронизации с насосным колесом и, более того, стать отрицательным при обгоне турбиной насосного колеса.

Момент трения фрикциона является функцией давления Р и параметров конструкции (числа пар трения Z, среднего радиуса дисков Rcр, площади контакта F и реализуемого значения коэффициента трения fск ). При номинальном значении параметров

АДАПТАЦИЯ ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПЕРЕДАЧ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ

В реальных условиях параметры конструкции, входящие в уравнение отличаются от номинальных значений. Так коэффициент трения зависит от относительной скорости скольжения ведущих и ведомых дисков ΔωRср, удельного давления P/F, температуры Т и износа дисков. В связи с этим уравнение момента трения дополняется и приводится к виду:

АДАПТАЦИЯ ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПЕРЕДАЧ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ

в котором частная производная при номинальном значении (0) параметров qj(i=l...u) является коэффициентом значимости - степени влияния отклонения каждого параметра. Необходимое давление Рр в конце регулирования определяется из уравнения

АДАПТАЦИЯ ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ ПЕРЕДАЧ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ

Интенсивность нарастания давления от Р0 до Рр , до окончания буксования фрикционов, является искомой функцией и зависит от принятых критериев и ограничений. Например, для обеспечения минимума Lб и коэффициента динамической нагрузки не свыше 1,1 в совокупности с уменьшением αпт давление в процессе буксования фрикциона должно быть постоянным (гр. 1 на рис. 3) или несколько уменьшаться (гр.2, рис. 3) в зависимости от реализуемой зависимости коэффициента трения скольжения от скорости. Переход к рабочему давлению осуществляется по окончанию буксования.

При этом для бустера с параметрами системы гидроуправления для машины «Скорпион» с двигателем ЯМЗ-534 и 6-ти ступенчатой ГМТ работа буксования составляет 0,8 кДж, длительность процесса 1,3... 1,5 сек., а приращение температуры МКД 20еС, т.е. параметры находятся в допустимых пределах. Такая характеристика возможна при переключении на высшие передачи и незначительном сопротивлении движению (f > 0,05). В то же время, при движении на низших передачах и с большим сопротивлением (fc > 0,20) такое управление приводит к цикличности переключения и снижению динамических качеств машины. В этом случае, вследствие ограниченного быстродействия, снижается возможность синхронизации процесса изменения скоростного режима работы двигателя. В таких условиях необходимо увеличение давления в бустере до 0,7 МПа (гр.3, рис. 3). Это приводит к увеличению работы буксования в 1,3 раз, увеличению коэффициента динамичности до 1,6., но сокращается длительность переключения с 1.3 ...1.5с до 0.6..0.8с, т.е. в 1,8...2,1 раза, исключается цикличность переключения и повышается подвижность машины. Работа буксования за одно переключение возрастает, а удельная на км пути из-за сокращения числа нерациональных переключений уменьшается. Таким образом, в зависимости от условий движения ограничение целевой функции изменяются и необходимо адаптировать программу управления переключением передач.

ЛИТЕРАТУРА

1. Зальцерман, И.М. Фрикционные муфты и тормоза гусеничных машин / И.М. Зальцерман, Д.М. Каминский, А.Д. Онопко. - М.: Машиностроение, 1965. -240 с.

2. Тарасик, В.П. Фрикционные муфты автомобильных гидромеханических коробок передач / В.П. Тарасик. - Минск: «Наука и техника», 1973. -216 с.

3. Тарасик В.П., Рынкевич С.А. Интеллектуальные системы управления транспортными средствами. - Минск: УП «Технопринт», 2004. - 512 с.

4. Ягубов В.Ф. Влияние автоматической системы контроля и управления на основные эксплуатационные показатели гусеничной машины Сб. научных трудов МАДИ (ГТУ) «Теория и проектирование многоцелевых гусеничных и колесных машин», 2005,-С. 118-131.


Для комментирования необходимо зарегистрироваться на сайте

  • <a href="http://www.instaforex.com/ru/?x=NKX" data-mce-href="http://www.instaforex.com/ru/?x=NKX">InstaForex</a>
  • share4you сервис для новичков и профессионалов
  • Animation
  • На развитие сайта

    нам необходимо оплачивать отдельные сервера для хранения такого объема информации