Механическая коробка передач
Механическая коробка передач (сокращенное название МКПП) пока остается самым распространенным устройством, изменяющим крутящий момент двигателя. Свое название коробка получила от механического (ручного) способа переключения передач.
Механическая коробка передач относится к ступенчатым коробкам, т.е. крутящий момент в ней изменяются ступенями. Ступенью (или передачей) называется пара взаимодействующих шестерен. Каждая из ступеней обеспечивает вращение с определенной угловой скоростью или, другими словами, имеет свое передаточное число.
Передаточным числом называется отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни. Разные ступени коробки передач имеют разные передаточные числа. Низшая ступень имеет наибольшее передаточное число, высшая ступень – наименьшее.
В зависимости от числа ступеней различают четырехступенчатые, пятиступенчатые, шестиступенчатые коробки передач и выше. Наибольшее распространение на современных автомобилях получила пятиступенчатая коробка передач.
Из всего многообразия конструкций МКПП можно выделить коробки двух основных видов: трехвальные и двухвальные. Трехвальная коробка передач устанавливается, как правило, на заднеприводные автомобили. Двухвальная механическая коробка передач применяется на переднеприводных легковых автомобилях. Устройство и принцип работы данных коробок передач имеют существенные различия, поэтому они рассмотрены отдельно.
Устройство трехвальной механической коробка передач
Трехвальная коробка передач состоит из ведущего (первичного), промежуточного, ведомого (вторичного) валов, на которых размещены шестерни с синхронизаторами. В конструкцию коробки также входит механизм переключения передач. Все элементы размещены в картере (корпусе) коробки передач.
Ведущий вал обеспечивает соединение со сцеплением. На валу имеются шлицы для ведомого диска сцепления. Крутящий момент от ведущего вала передается через соответствующую шестерню, находящуюся с ним в жестком зацеплении.
Промежуточный вал расположен параллельно первичному валу. На валу располагается блок шестерен, находящийся с ним в жестком зацеплении.
Ведомый вал расположен на одной оси с ведущим. Технически это осуществляется за счет торцевого подшипника на ведущем валу, в который входит ведомый вал. Блок шестерен ведомого вала не имеет закрепления с валом и поэтому свободно вращается на нем. Блок шестерен промежуточного и ведомого вала, а также шестерня ведущего вала находятся в постоянном зацеплении.
Между шестернями ведомого вала располагаются синронизаторы (другое название — муфты синхронизаторов). Работа синхронизаторов основана на выравнивании (синхронизации) угловых скоростей шестерен ведомого вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения. Синхронизаторы имеют жесткое зацепление с ведомым валом и могут двигаться по нему в продольном направлении за счет шлицевого соединения. На современных коробках передач синхронизаторы устанавливаются на всех передачах.
Механизм переключения трехвальной коробки передач обычно располагается непосредственно на корпусе коробки. Конструктивно он состоит из рычага управления и ползунов с вилками. Для предотвращения одновременного включения двух передач механизм оснащен блокирующим устройством. Механизм переключения передач может также иметь дистанционное управление.
Картер коробки передач служит для размещения конструктивных частей и механизмов, а также для хранения масла. Картер изготавливается из алюминиевого или магниевого сплава.
Принцип работы трехвальной МКПП
При нейтральном положении рычага управления крутящий момент от двигателя на ведущие колеса не передается. При перемещении рычага управления, соответствующая вилка перемещает муфту синхронизатора. Муфта обеспечивает синхронизацию угловых скоростей соответствующей шестерни и ведомого вала. После этого, зубчаты венец муфты заходит в зацепление с зубчатым венцом шестерни и обеспечивается блокировка шестерни на ведомом валу. Коробка передач осуществляет передачу крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.
Движение задним ходом обеспечивается соответствующей передачей коробки. Изменение направления вращения осуществляется за счет промежуточной шестерни заднего хода, устанавливаемой на отдельной оси.
Устройство двухвальной механической коробки передач
Двухвальная коробка передач состоит из ведущего (первичного) и ведомого (вторичного) валов с блоками шестерен и синхронизаторами. Помимо этого в картере коробки передач размещены главная передача и дифференциал.
Ведущий вал, также как и в трехвальной коробке, обеспечивает соединение со сцеплением. На валу жестко закреплен блок шестерен.
Параллельно ведущему валу расположен ведомый вал с блоком шестерен. Шестерни ведомого вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями ведущего вала и свободно вращаются на валу. На ведомом валу жестко закреплена ведущая шестерня главной передачи. Между шестернями ведомого вала установлены муфты синхронизаторов.
С целью уменьшения линейных размеров, увеличения числа ступеней в ряде конструкций коробок передач вместо одного ведомого вала устанавливаются два и даже три ведомых вала. На каждом из валов жестко закреплена шестерня главной передачи, которая находится в зацеплении с одной ведомой шестерней — по сути три главных передачи.
Главная передача и дифференциал передают крутящий момент от вторичного вала коробки к ведущим колесам автомобиля. Дифференциал при необходимости обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.
Механизм переключения передач двухвальной коробки, как правило, дистанционного действия, т.е. расположен отдельно от корпуса коробки. Связь между коробкой и механизмом может осуществляться с помощью тяг или тросов. Наиболее простым является тросовое соединение, поэтому оно чаще используется в механизмах переключения.
Механизм переключения передач двухвальной коробки состоит из рычага управления, соединенного тросами с рычагами выбора и включения передач. Рычаги в свою очередь соединены с центральным штоком переключения передач с вилками.
Под выбором передачи понимается поперечное движение рычага управления относительно оси автомобиля (движение к паре передач), под включением передачи – продольное движение рычага (движение к конкретной передаче).
Принцип работы двухвальной механической коробки передач
Принцип работы аналогичен трехвальной коробке. Основное отличие заключается в особенностях работы механизма переключения передач.
Движение рычага управления при включении конкретной передачи разделяется на поперечное и продольное. При поперечном движении рычага управления усилие передается на трос выбора передач. Тот, в свою очередь, воздействует на рычаг выбора передач. Рычаг осуществляет поворот центрального штока вокруг оси и, тем самым, обеспечивает выбор передач.
При дальнейшем продольном движении рычага усилие передается на трос переключения передач и далее на рычаг переключения передач. Рычаг производит горизонтальное перемещение штока с вилками. Соответствующая вилка на штоке перемещает муфту синхронизатора и осуществляет блокирование шестерни ведомого вала. Крутящий момент от двигателя передается на ведущие колеса.
Механическая коробка передач
Механическая коробка передач (МКПП) – является устройством для передачи, преобразования и изменения направления крутящего момента от маховика двигателя. В данном виде коробки передач переключение ступеней производится направленными механическими движениями рычага переключения передач.
В МКПП осуществляется ступенчатая передача крутящего момента на вторичный вал и, далее на привод колес. Ступенчатая передача подразумевает под собой определенный коэффициент передачи ( передаточное число ) в паре взаимодействующих шестерен ведущего и ведомого валов, в отличие, например от вариатора, у которого плавающий коэффициент передачи. Определяется передаточное число соотношением количества зубьев взаимодействующих шестерен. Самое большое передаточное число у меньшей ступени, соответствующей «первой» передаче.
По количеству ступеней механические коробки переключения передач делятся на четырех ступенчатые, пяти и шести ступенчатые. 4-х ступенчатая коробка на данный момент большая редкость, а вот пяти ступка является наиболее распространённой.
По количеству валов, МКПП подразделяются на трехвальные и двухвальные. Трехвальная коробка передач может применяться в автомобилях с передним и задним приводом, в то время как двухвальная более подходит для легковых авто с передним приводом. Для большегрузных автомобилей так же применяется коробка трехвальная.
Трехвальная МКПП
В коробках этого типа применяется три вала: ведущий, промежуточный и ведомый.
Ведущий вал выходит из корпуса коробки, для соединения своими шлицами с диском сцепления и применяется для передачи крутящего момента на вал промежуточный.
Промежуточный вал располагается параллельно ведущему и соединен с ним при помощи шестерни, которая жестко установлена на ведущем валу. На промежуточном валу так же находится блок шестерен.
Ведомый вал располагается на одной оси с ведущим, но при этом вращается независимо от него. На ведомом валу располагается блок шестерен, которые не имеют жесткой сцепки с самим валом. Между шестернями располагаются муфты синхронизаторов, которые жестко сидят на валу, но могут двигаться вдоль вала. На конце муфты синхронизатора расположены зубчатые венцы, которые в процессе работы «входят» во «внутрь» шестерни ведомого вала, таким образом, получается жесткое соединение вала и ведомой шестерни заданной передачи. В нейтральном же положении все шестерни ведущего, промежуточного и ведомого вала вращаются в холостом ходу, ведомый вал стоит на месте, поскольку венец синхронизатора не соединен с внутренним венцом шестерни. Работа синхронизатора будет описана ниже.
Вилки переключения находятся в корпусе механической коробки передач, шарнирно связаны с рычагом переключения передач и предназначены для перемещения муфт синхронизаторов вдоль ведущего и ведомого вала.
Корпус МКПП выполнен из легкого металла, предназначен для крепления внутри всего механизма переключения и заливки смазывающего вещества, обычно это трансмиссионное масло. В старых советских версиях коробок передач применялся нигрол.
Рычаг переключения передачи может находиться непосредственно в коробке передач, или смонтированным на кузове автомобиля. В этом случае применяется дистанционное управление с помощью тросов или рычагов на шарнирах. Механизм дистанционного переключения передач в народе именуется «кулиса».
Рассмотрим принцип работы трехвальной МКПП. Крутящий момент от диска сцепления передается на первичный вал, который, как говорилось выше, передает вращение на промежуточный вал, шестерни промежуточного вращают шестерни ведомого, но сам ведомый вал не вращается. Водитель поворачивает рычаг включения передачи, например первой скорости, передвигая его влево. В этот момент выбирается нужная для включения вилка, далее происходит продольное движение рычага. Под его действием вилка начинает двигаться вдоль ведомого вала, приводя в действие синхронизатор. Синхронизатор совмещает угловую скорость вала и шестерни, после этого в действие приводится зубчатый венец, который входит в шестерню, жестко связывая ведомый вал и шестерню. Именно этот щелчок вхождения венца и фиксации ощущает на рычаге водитель. После этой процедуры крутящий момент передается на хвостовик коробки передач, далее через карданный вал на задний мост автомобиля (для заднеприводных моделей).
Варьировать передаточное число можно применяя меньшее количество зубьев на ведущей шестерни и большее на ведомой, со ступенчатым изменением количества зубьев в сторону уменьшения, для ведомой. Но наступит тот момент, когда число оборотов двигателя внутреннего сгорания автомобиля приблизится к числу оборотов ведомого вала, тогда передача крутящего момента посредством шестерен теряет смысл. Именно поэтому в трехвальных коробках применяется прямая передача, то есть ведущий вал напрямую, через синхронизатор коробки передач соединен с ведомым валом, коэффициент передачи равен единице. У двухвальных МКПП прямая передача отсутствует .
Для передачи «задний ход» вводится дополнительная шестерня, которая располагается на отдельном валу и включается между промежуточным валом и ведомым, тем самым обеспечивая реверсное вращение ведомого вала. В МКПП применяются косозубые шестерни , благодаря чему происходит «мягкое» включение передач.
Двухвальная МКПП
В двухвальной коробке есть только два вала – ведущий и ведомый.
Предназначение всех элементов такое же, как и у трехвальной. Различие состоит в параллельном расположении валов, и передача создается одной парой шестерен (у трехвальной работают две пары). У двухвальной механической коробки передач нет прямой передачи. Шестерня главной передачи жестко крепится на ведомом валу, между остальными шестернями находятся синхронизаторы.
Как правило, у двухвальных коробок передач совмещены в одном корпусе непосредственно узел переключения передач, валы, блоки шестерен, синхронизаторы и дифференциал. Для уменьшения продольного размера в двухвальных коробках могут применяться несколько ведомых валов. В этом случае все вторичные валы (попеременно) своей шестерней главной передачи, вращают ведомую шестерню, которая в свою очередь приводит в действие дифференциал.
Для передачи «задний ход» , так же как и в трехвальной коробке применяется дополнительный вал с промежуточной шестерней. Принцип действия тот же.
Для удерживания включенной передачи в МКПП (для всех видов) применяются фиксаторы , а для исключения включения сразу двух передач устройство блокировки .
Существенно отличается и механизм включения передачи в двухвальной коробке. Если в трехвальной переключение происходит выбором вилки рычагом переключения, то в двухвальной применяется шток переключения и рычаги выбора передачи. Сам процесс выглядит следующим образом – при повороте рычага переключения передачи в салоне авто, в действие приводится рычаг выбора передачи, далее следует продольное движение и привод в действие штока, который и толкает нужную вилку для блокировки шестерни на ведомом валу при помощи зубчатого венца муфты синхронизатора.
Синхронизатор коробки передач
Схема устройства синхронизатора: 1 — ступица; 2 — муфта; 3 — блокировочные кольца; 4 — сухари; 5 — проволочные кольца.
Как говорилось выше, синхронизатор КПП предназначен для бесшумного включения передачи путем выравнивания угловой скорости вала и шестерни. В устройство синхронизатора входит:
- муфта
- два блокировочных кольца
- сухари
- проволочные кольца
Ступица жестко крепится на ведомом валу. На ступице имеются пазы для сухарей и наружные зубья. На зубьях ступицы крепится муфта при помощи сухарей, которые находятся в канавках. Сухари прижимаются кольцами или подпружиненными шариками. Блокировочные кольца находятся по краям муфты и имеют снаружи зубья. На конической поверхности блокировочных колец наносятся продольные канавки или резьба для увеличения силы трения.
Работает синхронизатор так : включая передачу вилка, перемещает муфту в направлении нужной шестерни. Вместе с муфтой в сторону шестерни движется и блокировочное кольцо, благодаря усилию сухарей. Из-за разности угловых скоростей шестерни и вала на конической поверхности возникает сила трения, которая поворачивает блокировочное кольцо до упора. Зубья муфты и блокировочного кольца станут друг против друга, значит дальнейшее движение муфты, прекратится. После наступает момент выравнивания скоростей, а затем муфта свободно проходит через блокировочное кольцо и входит в соединение с внутренними зубцами включаемой шестерни, блокируя ее вместе с ведомым валом. Все — передача включена! Синхронизатор может включить поочередно две шестерни ведомого вала.
Включение передач в коробках передач Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»
Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Тверсков Б. М.
В статье рассматриваются способы включения передач в различных типах коробок передач и приводятся результаты исследований включения передач в гидромеханической коробке передач, используемой на тяжелых тягачах.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Тверсков Б. М.
Форсирование процесса воспламенения топливовоздушных смесей в ДВС с искровым зажиганием
Мониторинг технического состояния и режимов функционирования гидромеханической трансмиссии для адаптации управления переключением передач
Гидромеханическая коробка передач
Выбор демпфера для трансмиссии четырехосного тягача
Нужны ли для включения передач два разрыва потока мощности?
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Текст научной работы на тему «Включение передач в коробках передач»
Мониторинг технического состояния двигателя и трансмиссии, режимов их функционирования, позволяет не только адаптивно управлять движением машины, но и выполнять функцию контроля. При возникновении фатальных ситуаций (информация о критических значениях параметров: температуры, давления, уровня эксплуатационной жидкости, неполное включение или выключение фрикционов), список которых может быть дополнен, выхода параметров технического состояния за пределы допустимых диапазонов системы обеспечивает их локализацию, а выбор режима движения осуществляется из условия обеспечения параметров в допускаемых пределах.
Приоритет управления определяется по значимости параметров технического состояния. Система осуществляет также коррекцию ошибочных действий водителя, выполняя защитную функцию. В ситуации, когда необходимо обеспечить движение независимо от технического состояния, например в боевой обстановке при возникновении отказа и невозможности его локализации, системой предусматривается режим ручного или дублирующего управления.
1. Держанский В.Б., Тараторкин И.А. Абдулов С.В. Динамическая
нагруженность гидромеханической трансмиссии транспортной машины при переходных процессах//Вестник Курганского государственного университета. 2005. №2 (02). Сер.»Технические науки». Вып. 1. С.176-183.
2. Держанский В.Б., Жебелев К.С. Рылеев А.В. Система управления
торможением гусеничной машины // Вестник академии транспорта. Вып. 3 — 4. Уральское межрегиональное отделение, 2001. С.297-303.
3. Тарасик В.П., Рынкевич С.А., Интеллектуальные системы управле-
ния транспортными средствами. Минск: УП «Технопринт» 2004. 512с.
Курганский государственный университет, г.Курган
ВКЛЮЧЕНИЕ ПЕРЕДАЧ В КОРОБКАХ ПЕРЕДАЧ
В статье рассматриваются способы включения передач в различных типах коробок передач и приводятся результаты исследований включения передач в гидромеханической коробке передач, используемой на тяжелых тягачах.
Для включения передач в автомобильных коробках передач используются синхронизаторы, фрикционы, шлицевые муфты, в том числе с торцевыми кулачками, а также смещение соединяемых шестерен. Передача заднего хода может включаться шлицевой муфтой или смещением блока шестерен, при этом в зацепление одновременно входят две пары шестерен.
Применение синхронизаторов в коробках передач легковых автомобилей стало обязательным в послевоенные годы. Спустя лет 20 синхронизаторы стали применяться и в коробках передач грузовых автомобилей. Тогда утверждалось, что в коробках передач грузовых автомобилей синхронизаторы не нужны, водители-профессионалы могут бесшумно включать передачи двойным выжимом педали сцепления. Нареканий на трудности включения передач не было, в том числе при работе коробок с такими мощными двигателями как В-2 (Д-12), устанавливаемыми на танках Т-34, позднее — на МАЗ-525 и др. Считалось, что при исправном сцеплении скрежет
зубьев включаемых шестерен появляется, если водитель не умеет включать передачи. Наибольшую трудность при включении передач составлял выжим педали сцепления или главного фрикциона, как было на Т-34, автомобиле ЗИС-5, где компрессор отсутствовал, а сервопружи-на на танке не создавала достаточное усиление.
Скрежет зубьев происходит также, если сцепление «ведет», т.е. двигатель не отключается полностью, особенно при включении передачи перед началом движения, когда разница в скоростях соединяемых деталей наибольшая.
В коробках грузовых автомобилей старых моделей, где передачи включаются смещением шестерен, в зацепление входят лишь 1,2. 1,5 зуба, что вызывает повышенные нагрузки на зубьях, их износ и сколы со стороны включения. В коробках более поздних моделей для включения передач используются шлицевые муфты. В этом случае в зацепление одновременно входят все шлицы на муфте и шестерни, нагрузка на шлицы небольшая и потому они сохраняются. Далее появились муфты «легкого включения», в которых длинные шлицы чередуются с короткими, включение упростиолсь.
В настоящее время в коробках легковых автомобилей синхронизаторы ставят на всех передачах переднего хода. В коробках передач грузовых автомобилей первая передача, а иногда и вторая не синхронизированы. Передачи заднего хода синхронизаторов не имеют.
При включении передачи необходимо за десятые доли секунды остановить или разогнать ведомый диск сцепления, первичный и промежуточный валы с установленными на них шестернями, а также находящиеся в зацеплении с ними шестерни на вторичном валу. Если синхронизатор отсутствует, точного равенства оборотов соединяемых деталей в момент включения практически не бывает: хотя бы небольшая разница скоростей соединяемых деталей, но имеет место. Для лучшего включения зубья шестерен со стороны включения делаются заостренными. В момент включения скорости вращения выравниваются и передача включается.
Если имеется синхронизатор, выравнивание скоростей соединяемых деталей происходит за счет трения прижимаемого водителем фрикционного кольца синхронизатора. Это требует от водителя тяжелого грузовика прикладывать на рычаге переключения передач значительное усилие, что может приводить к быстрому утомлению, особенно если переключать передачи нужно часто, например, в тяжелых дорожных условиях. Но и при отсутствии синхронизаторов переключение становится утомительным, если детали коробки большие, оно производится часто. Так, со стороны водителей двадцатипятитонных самосвалов МАЗ-525, коробка которого несинх-ронизирована, а удельная мощность небольшая, имелись жалобы на трудность управления самосвалом при работах в карьере, где требовалось частое переключение передач. После установки за двигателем самосвала гидромуфты необходимость в переключениях передач сократилась в несколько раз и нарекания прекратились.
На тяжелом грузовике всегда имеется компрессор, для включения передач на нем можно использовать пневмоусилитель. Тогда прикладываемое при включении передачи усилие будет минимальным, а сила прижатия фрикционного кольца синхронизатора сколь угодно большой. Чтобы исключить повышенный износ фрикционных колец при этом, они должны быть соответственно развиты, удельные давления на их конусной поверхности не должны превышать рекомендуемые для синхронизаторов (1-1,5 МЧПа — для пары трения бронза-сталь без учета канавок на поверхности и аналогично 1,5. 2 МЧПа —
для пары трения сталь по стали).
Для включения передачи имеет значение отношение передаточных чисел соседних передач в коробке передач. Чем оно меньше, тем легче включить передачу. В коробках с небольшим числом передач это отношение равно 1,5-2. В коробках передач американских магистральных тягачей с числом передач 16, 18 и более отношение передаточных чисел соседних передач равно 1,2____1,3. Синхронизаторы в таких коробках не используются, опыт позволяет водителю бесшумно включать передачи и без синхронизаторов. Сопротивление выдавливанию масла из зацепления шестерен, дисковые потери, «барботаж» масла, сопротивление в подшипниках и т.п. быстро снижают скорость вращения шестерен и валов коробки передач. Если требуется увеличить обороты промежуточного вала, водитель нажатием на педаль подачи топлива может быстро разогнать его до нужной величины.
Создать синхронизаторы для высоких мощностей довольно трудно, т.к. моменты инерции шестерен и валов коробки передач растут быстрее, чем передаваемый крутящий момент. При мощности двигателя выше 400 кВт моменты инерции валов и шестерен, скорости которых нужно изменить перед включением передачи, столь значительны, что синхронизатор должен быть довольно большого размера. Так как синхронизаторов несколько, длина коробки существенно увеличивается.
Моменты инерции в этих случаях снижают установкой в коробке передач двух или даже трех промежуточных валов. Это сильно усложняет коробку. Например, с тремя промежуточными валами для создания передачи заднего хода нужно семь шестерен, что увеличивает габариты коробки. Поэтому уменьшение разницы угловых скоростей соединяемых деталей коробки другими способами имеет важное значение.
В последние годы на грузовиках все чаще устанавливают гидромеханические коробки типа WSK, состоящие из гидротрансформатора, сухого сцепления и механической синхронизированной коробки передач с рычагом для переключения. Такие коробки сравнительно недорогие, а гидротрансформатор делает работу коробки в значительной мере автоматической и позволяет сократить количество переключений передач в несколько раз. Коробки типа WSK имеют более высокий кпд и большую надежность, чем коробки с фрикционным включением передач.
Сцепление в таких коробках нужно для отсоединения двигателя при переключении передач, гидротрансформатор, как известно, не дает полного разрыва потока мощности, турбинный вал всегда вращается. Переключать передачи без сухого сцепления, отсоединяющего коробку передач при переключениях, трудно или невозможно. Момент трения синхронизатора недостаточен, чтобы остановить или разогнать турбинное колесо и другие соединенные с ним детали.
При отсутствии сцепления в коробке передач с гидротрансформатором выравнивание скоростей деталей перед включением передачи можно выполнить торможением промежуточного вала коробки специальным тормозом (рисунок 1) или увеличением оборотов путем большей подачи топлива в цилиндры двигателя. В этом случае, кроме того, отпадает необходимость в синхронизаторах. Они могут устанавливаться лишь для устранения неточности настройки системы включения. Износ их будет минимальным.
Для автоматического выравнивания оборотов соединяемых в коробке передач деталей можно, например, установить на промежуточном и вторичном валах короб-
ки тахогенераторы, напряжения от которых подаются в блок управления, воздействующего на тормоз, систему подачи топлива и электропневмоклапан включения передачи. Когда отношение подавемых тахогенераторами напряжений становится таким, какое необходимо для включения передачи, по поступающему от блока управления сигналу сжатый воздух через электропневмоклапан подается в цилиндр пневмоусилителя. Передача включается. Управляет включением водитель через рычаг переключения передач.
Как показала практика, без контроля со стороны водителя из-за резкого срабатывания пневмоцилиндра муфты включения передач быстро разбиваются. В рассмотренном варианте водитель рычагом переключения контролирует процесс включения передачи и не допускает ударов.
Применение в гидромеханических коробках торможения промежуточного вала или разгона двигателя перед включением передачи позволяет обойтись не только без сцепления, но и без синхронизаторов. Подобные испытания проводились на раздаточной коробке. Было установлено, что торможение вала является эффективным способом, позволяющим включать передачи в раздаточной коробке на тягаче с гидротрансформатором. По инструкции для этого необходимо заглушить двигатель. Применение для переключения передач в раздаточной коробке синхронизатора положительного результата не дало из-за его быстрого износа по причине больших нагрузок.
Увеличение оборотов коленчатого вала перед включением передачи за счет увеличения подачи топлива при проведении испытаний с коробкой передач было также эффективным. Снижение оборотов двигателя в этих испытаниях выполнялось уменьшением подачи топлива.
В трансмиссии тяжелых тягачей КЗКТ используется гидромеханическая коробка передач, называемая также гидромеханической трансмиссией — ГМТ. Передачи в ней включаются фрикционами — рисунок 2 (1- фрикционной первой передачи; 2 — фрикционной второй передачи; 3 — фрикционной третьей передачи; З.Х. — фрикцион передачи заднего хода).
Для экономии топлива продолжительность работы гидротрансформатора сокращается блокированием. Но в тяжелых дорожных условиях работающий в автоматическом режиме гидротрансформатор по-прежнему продолжительное время используется без блокирования. На грунтовых дорогах с небольшими подъемами тягач КЗКТ при полной загрузке уверенно движется без блокирова-
ния гидротрансформатора. Трансформация крутящего момента при этом не столь значительная, система охлаждения гидротрансформатора позволяет ему работать без перегрева. Повышенный расход топлива, который имеет место без блокировки гидротрансформатора, водителей мало беспокоит. Гидротрансформатор они блокируют чаще всего не для экономии топлива, а для увеличения скорости, которая после блокировки возрастает процентов на пять — на величину скольжения колес гидротрансформатора.
ем того же масла. Золотник 4 смещается, отверстия на нем закрываются. Пружина 6 начинает сжиматься при давлении 0,104 МПа (1,04 кгЧс/см). Заканчивается её сжатие при давлении 0,158 МПа (1,58 кгЧс/см), когда золотник 4 доходит до упора 5. Время полного нарастания давления в бустере фрикциона при температуре масла не ниже 20оС составляет 2,5. 3 сек.
Используемые для включения передач в трехступен-матой гидромеханической коробке тягачей КЗКТ фрикционы очень сложные и дорогие, из-за чего дорогой становится и коробка передач. К тому же, фрикционы могут быстро выходить из строя по причине буксования дисков, которое происходит, когда в результате износа масляных насосов падает давление в цилиндрах фрикционов. Буксующий фрикцион сгорает, коробка перестает работать. Срок службы коробки передач, таким образом, зависит от качества изготовления насосов, которое в последние годы значительно снизилось. Кроме того, коробки передач с фрикционами имеют низкий кпд, т.к. работа насосов (переднего и заднего) сопровождается потреблением мощности и имеет место значительное сопротивление скольжению дисков в невключенных фрикционах.
При включении передачи после заполнения маслом цилиндра фрикциона сжатие дисков происходит очень быстро, что сопровождается динамическими нагрузками в трансмиссии и рывками тягача при трогании с места и при переключениях передач в движении. Для снижения этих нагрузок применяются специальные устройства. Так в масляных магистралях первой передачи и заднего хода ГМТ установлены клапаны (механизмы) плавного включения (рисунок 3). Для плавного включения второй передачи установлен пневматический демпфер.
Принцип действия клапана плавного включения основан на том, что после заполнения маслом цилиндра фрикциона проходное сечение канала в клапане, по которому масло поступает в цилиндр фрикциона, резко уменьшается, за счет чего скорость нарастания давления в цилиндре снижается. Происходит медленное сжатие дисков фрикциона и плавное трогание тягача. На рисунке 3 А — входной канал в клапане плавного включения передачи; Б — выходной канал, по которому масло поступает к фрикциону включаемой передачи; 1 — шарик, обеспечивающий быстрое выключение передачи при обратном течении масла; 2 — жиклер, через который масло поступает к фрикциону после сжатия пружины давлени-
Установленный в системе включения второй передачи пневматический демпфер представляет собою герметичный баллон емкостью около 1 л, установленный выше коробки передач и соединенный шлангом с масляной магистралью этой передачи — рисунок 4.
В момент включения второй передачи часть масла, направляемого под давлением к фрикциону этой передачи, по шлангу 2 поднимается к установленному выше остальных деталей ГМТ стальному баллону 1 и сжимает находящийся в нем воздух. Скорость нарастания давления масла во фрикционе снижается, что обеспечивает плавное включение передачи. После выключения передачи масло из баллона и шланга стекает в картер коробки передач.
Гидравлическая система третьей передачи ГМТ КЗКТ не имеет устройств для снижения давления в момент включения. Третья (прямая) передача включается при высокой скорости движения, передаточное число коробки передач при этом наименьшее, передаваемый на колеса тягача инерционный момент небольшой и не ведет к заметным рывкам тягача. Снижения скорости нарастания давления во фрикционе при включении третьей передачи практически не требуется и поэтому не делается.
В условиях эксплуатации при включении первой передачи ГМТ отмечаются рывки при высокой температуре масла и большая длительность включения этой передачи при низкой температуре.
В результате проведенных исследований на стенде с балансирной машиной установлено, что время включения первой передачи в ГМТ составляет при 293°К(20°С) 3. 3,5 сек, а при 343 К (70°С) -1. 1,5 сек. Динамический момент на выходном валу ГМТ при включении первой передачи составлял 4000. 5000 НЧм при 0°С и 8000. 9000 НЧм при 70°С. Это объясняется тем, что более вязкое масло при температуре 20°С, проходя через дросселирующее отверстие 2 диаметром 1,9 мм клапана (рисунок 3), медленней заполняет цилиндр фрикциона, чем менее вязкое при температуре 70°С. Увеличение времени включения передачи снижает динамический момент.
Таким образом, сократить время включения первой передачи при низкой температуре можно, если увеличить продолжительность заполнения цилиндра фрикциона через канал А большого диаметра (рисунок 3), например, увеличив силу сопротивления сжатию пружины 6, воздействующую на золотник.
Усилие пружины 6 в клапане регулируется подкладыванием под неё шайб толщиной 1,5 мм. По требованиям на сборку их должно быть 2..3 шт. Увеличивая при испытаниях число шайб, удалось значительно снизить время включения первой передачи при температуре 20°С. Динамический крутящий момент при температуре масла 70°С был снижен путем уменьшения диаметра дросселирующего отверстия в клапане с 1,9 мм до 1 мм. В таблице 1 показана зависимость времени включения первой передачи в секундах от величины поджатия пружины клапана, температуры масла и диаметра дросселирующего канала клапана. Частота вращения входного вала ГМТ при испытаниях была 800 об/мин. Жесткость пружины увеличивалась также использованием для ее изготовления проволоки диаметром 2,5 мм вместо 2 мм по чертежу, время включения первой передачи при этом сократилось до 1. 1,5 сек.
Таблица 1 — Время включения первой передачи ГМТ, с
Диаметр канала, Поджатие пружины клапана , мм
температура масла 0 3 6 9 12 15
1,9 мм, темп.20°С 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5
1 мм, темп.20°С 4 3,5 3 2,5 2 2
1 мм, темп.70°С 2,5 2 2 1 1 1
Включение первой передачи возможно за счет протекания масла лишь через зазоры между золотником и корпусом клапана Золотник 4 был поджат и смещаться не мог Время включения передачи составило 20. 30 сек при температуре масла 20°С и 5. 7сек — при 70°С.
Значения динамических крутящих моментов на выходном валу ГМТ КЗКТ при включении первой передачи, замеренные при испытаниях на стенде, приведены в таблице 2, моменты округлены.
Установлено, что гидравлическая система с описан-
ным клапаном плавного включения хорошо регулируется и фрикцион без особого труда может быть настроен на требуемую продолжительность включения, но только для определенной температуры. Дросселирующее отверстие диаметром 1 мм в клапане плавного включения, достаточное при температуре 70°С, мало при низкой температуре, время включения передачи получается слишком большое. В этом случае возможен повышенный износ и коробление дисков фрикциона из-за длительного их буксования. Автоматическая настройка клапана плавного включения может быть достигнута, если для установки золотника использовать биметаллическую пластину. Пока же, чтобы быстрее включить первую передачу после длительной стоянки тягача на морозе, опытные водители производят разогрев коробки передач путем работы тягача в стоповом режиме (тягач заторможен, включена прямая передача).
Таблица 2 — Динамические крутящие моменты на выходном валу ГМТ КЗКТ при включении первой передачи, НЧм
Передача в ГМТ Температура ГМТ и частота вращения коленвала
20° С 800 об/мин 70°С 600 об/мин 70°С 800 об/мин
Первая Вторая Третья 1000. 3000 1000. 3000 1000. 3000 7000. 8000 10000 4000 20000. 25000 10000. 15000 7000. 8000
Систему включения первой передачи можно упростить, если сложный клапан плавного включения заменить воздушным баллоном, как сделано в системе включения второй передачи.
По результатам исследований время включения второй передачи с воздушным демпфером объемом 1 л составляет при температуре 20°С 1,7 сек, а при 70°С -2,5 сек, т.е. при повышении температуры время включения передачи увеличивается, тогда как с клапаном плавного включения с повышением температуры оно уменьшается в 2. 3 раза. Установка в систему включения второй передачи клапана плавного включения первой передачи увеличило время её включения с трех до пяти секунд, что объясняется большим моментом на фрикционе второй передачи при тех же сопротивлениях дороги. Такое увеличение являлось неудобным для управления и вызывало нарекания водителей. Для сокращения времени требовалась регулировка клапана.
Воздушный демпфер уступает золотниковому клапану плавного включения в способности регулировать время включения. Его главный регулировочный параметр — объем баллона, который для ГМТ КЗКТ должен быть 0,5. 1 л. С увеличением объема время включения увеличивается.
При испытаниях проверялась возможность замены клапана плавного включения в системе включения первой передачи сравнительно простым воздушным демпфером. В таблице 3 приведены полученные на стенде зависимости времени включения при включении первой передачи в ГМТ КЗКТ от диаметра дросселирующего отверстия в канале к пневматическому демпферу.
Таблица 3 — Время включения первой передачи в ГМТ КЗКТ
Параметр Диаметр дросселирующего отверстия, мм
Температура масла 20°С 4 3 2 1,7 1,5 1,4
70°С 1,5 1,0 1,5 2 2,3 2,6
В таблице 4 приводятся величины динамических моментов на выходном валу ГМТ при включении первой передачи в зависимости от диаметра дросселирующего отверстия в канале к пневматическому демпферу.
Таблица 4 — Динамические моменты на выходном валу ГМТ КЗКТ при включении первой передачи, НЧм
Параметр Диаметр дросселирующего отверстия, мм
Температура масла 20°С 4200 5000 5000 5500 5700 6000
70°С 4000 4500 5200 5500 5500 5500
Как следует из таблиц, при использовании в системе включения первой передачи вместо клапана плавного включения воздушного демпфера в его канале необходим жиклер с диаметром отверстия 5. 6 мм. Тогда время включения первой передачи и динамический момент при включении получаются такие же, как и с клапаном плавного включения, но снижаются динамические моменты при высокой температуре масла. При низких температурах скорость включения передачи с воздушным демпфером клапана плавного включения значительно выше, чем с клапаном плавного включения. Без пневмо-баллона при 70°С динамические моменты при включении первой передачи с дросселирующими отверстиями указанных диаметров были от 8000 до 10000 НЧм , т.е. динамический момент увеличился в 1,7. 2 раза.
Включение первой передачи на стенде с баллоном емкостью 1 л сопровождалось динамическим моментом 5500 НЧм при 20°С и 5000 НЧм при 70°С. Дросселирующие отверстия в канале отсутствовали, время включения первой передачи в этих случаях составляет около двух секунд. После установки пластин с дросселирующими отверстиями 3 и 4 мм время включения передачи уве-личилосьдо 3,5. 4 сек, что затрудняет включение. Дросселирующие отверстия диаметром 5. 6 мм являются оптимальными как в отношении времени включения, так и динамических моментов,
Уменьшение объема баллона пневматического демпфера с1лдо0,5л ведет к возрастанию динамического момента при включении второй передачи при температуре масла ГМТ 70°С на 10. 15%.
1 Для снижения динамических моментов при высокой температуре диаметр дросселирующего отверстия клапана плавного включения должен быть уменьшен с 1,9 мм до 1 мм. Время включения первой передачи с клапаном плавного включения может быть сокращено путем повышения усилия пружины, поджимающей золотник клапана, например, за счет увеличения диаметра проволоки пружины с2 мм до 2,5 мм. Стабильность включения передачи может быть достигнута путем установки в клапане плавного включения биметаллической регулирующей пластины.
2 Удовлетворительная плавность включения первой передачи ГМТ, не допускающая рывки тягачей КЗКТ при трогании с места и в движении, может быть получена с использованием в гидравлической системе как клапана плавного включения так и воздушного демпфера.
3 При замене клапана плавного включения первой передачи воздушным демпфером системе необходима установка в гидравлической жиклера с диаметром канала 5. 6 мм. Время включения первой передачи и динамический момент с баллоном такие же как и с клапаном, но с баллоном динамический момент не увеличивается при высокой температуре масла, как происходит при установке клапана плавного включения.
5 Без существенного снижения плавности включения объём баллона воздушного демпфера в системе включения второй передачи может быть уменьшен вдвое — с 1л до 0,5 л.
4 Время включения второй передачи с клапаном плавного включения первой передачи увеличилось на 0,5. 1 секунду. Для сокращения времени включения требуется увеличить усилие пружины, поджимающий золотник клапана.
При испытаниях подтверждалось, что необходимость повышения плавности включения третьей передачи путем установки в ГМТ в системе клапана плавного включения или воздушного демпфера практически отсутствует.
Курганский государственный университет, г.Курган
ФОРСИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВОСПЛАМЕНЕНИЯ
ТОПЛИВОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ В две С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ
Топливная экономичность и токсичность двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в значительной степени зависят от процесса сгорания. Определяющую роль в протекании этого процесса в ДВС с искровым зажиганием играет его начальная фаза. Именно в ее пределах формируются межцикловая нестабильность и пропуски воспламенения, а потому особенности этой фазы существенно влияют на границы возможного обеднения топливо-воздушной смеси. Характеристики последующего турбулентного горения значительно менее подвержены влиянию состава смеси. Поэтому любые меры, направленные на форсирование развития начального очага (НО) горения, должны способствовать снижению межцикпо-вой нестабильности и обеспечить условия для работы ДВС на обедненных топливовоздушных смесях.
Согласно современной теории искрового воспламенения [1], в результате пробоя межэлектродного зазора у электродов свечи зажигания образуется микрообъем плазмы с температурой в ядре около 104 К. Химические реакции при таких условиях могут протекать лишь на поверхности плазменного объема, где температура существенно ниже. Через несколько десятков микросекунд после пробоя температура плазмы снижается до температуры пламени, и наступает наиболее критический момент формирования НО. Энергетический баланс, необходимый для последующего развития НО, должен быть положительным. Это условие можно записать так:
Вследствие теплоотвода в электроды свечи возникает отток энергии из зоны химических реакций. В результате снижается температура пламени, что, в соответствии с законом Аррениуса, уменьшает скорость химических реакций и тепловыделения в этой зоне, расширяется зона прогрева и увеличивается общая толщина
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
фронта пламени 5 . Уменьшается и нормальная ско-
Тест «Коробка передач»
Целью настоящих тестов является закрепление студентами знаний, полученных при изучении теоретического материала по теме «Коробка передач», входящей в состав МДК 01.02 «Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» профессии 23.01.03 «Автомеханик».
Тесты составлены в соответствии с требованиями программы профессионального модуля ПМ.01 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта», по профессии 23.01.03 «Автомеханик», 1 курс.
Тест №9 «Коробка передач»
1. Какие функции выполняет коробка передач?
а) изменяет крутящий момент по величине
б) изменяет крутящий момент по направлению
в) увеличивает мощность
г) длительно разъединяет двигатель и трансмиссию
2. Какие типы коробок передач устанавливают на автомобилях ЗиЛ-4314.10, ГАЗ-3307, КамАЗ-5320, ВАЗ-2121?
3. В четырехступенчатой коробке передач для получения максимального усилия на ведущих колесах необходимо включить…………………
а ) первую передачу
г) четвертую передачу
4. Какое устройство в коробке передач обеспечивает выравнивание угловых скоростей включаемых шестерен?
5. Каково назначение фиксаторов КПП?
а) обеспечивает точную установку зубчатых колес во включенном состоянии
б) обеспечивает точную установку зубчатых колес в выключенном состоянии
в ) предотвращает самовыключение передач при движении автомобиля
г) выполняет все функции указанные в ответах А, Б, В
6. Какой вал отсутствует в КПП?
7. Как изменится скорость движения автомобиля и усилие на ведущих колесах если увеличить передаточное число КПП?
а) скорость уменьшится, усилие уменьшится
б) скорость уменьшится, усилие увеличится
в) скорость увеличится, усилие увеличится
г ) скорость увеличится, усилие уменьшится
8. Какая коробка перемены передач устанавливается на автомобилях-тягачах КамАЗ?
а) пятиступенчатая с делителем
б) десятиступенчатая механическая
в) трехступенчатая гидрообъемная
9. Как смазываются детали коробки перемены передач автомобиля ГАЗ-3307?
а) под давлением
10. Какие типы коробок передач устанавливают на автомобилях ЗиЛ-4314.10, ГАЗ-3307, КамАЗ-5320, ВАЗ-2121?
11. Для переднеприводных автомобилей с поперечным расположением ДВС преимущественно применяют:
а) одновальные КПП
б ) двухвальные КПП
в) трехвальные КПП
Критерии оценок тестирования:
Оценка «отлично» 10-11 правильных ответов или из 11 предложенных вопросов;
Оценка «хорошо» 8-9 правильных ответов или из 11 предложенных вопросов;
Оценка «удовлетворительно» 6-7 правильных ответов из 11 предложенных вопросов;
Оценка неудовлетворительно» 0-5 правильных ответов из 11 предложенных вопросов.
Список литературы
Кузнецов А.С. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей: в 2 ч. – учебник для нач. проф. образования / А.С. Кузнецов. — М.: Издательский центр «Академия», 2012.
Кузнецов А.С. Слесарь по ремонту автомобилей (моторист): учеб. пособие для нач. проф. образования / А.С. Кузнецов. – 8-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2013.
Автомеханик / сост. А.А. Ханников. – 2-е изд. – Минск: Современная школа, 2010.
Виноградов В.М. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей: Основные и вспомогательные технологические процессы: Лабораторный практикум: учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования / В.М. Виноградов, О.В. Храмцова. – 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2012.
Петросов В.В. Ремонт автомобилей и двигателей: Учебник для студ. Учреждений сред. Проф. Образования / В.В. Петросов. – М.: Издательский центр «Академия», 2005.
Карагодин В.И. Ремонт автомобилей и двигателей: Учебник для студ. Учреждений сред. Проф. Образования / В.И. Карагодин, Н.Н. Митрохин. – 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2005.
Коробейчик А.В. к-68 Ремонт автомобилей / Серия «Библиотека автомобилиста». Ростов н/Д: «Феникс», 2004.
Коробейчик А.В. К-66 Ремонт автомобилей. Практический курс / Серия «Библиотека автомобилиста». – Ростов н/Д: «Феникс», 2004.
Чумаченко Ю.Т., Рассанов Б.Б. Автомобильный практикум: Учебное пособие к выполнению лабораторно-практических работ. Изд. 2-е, доп. – Ростов н/Д: Феникс, 2003.
Слон Ю.М. С-48 Автомеханик / Серия «Учебники, учебные пособия». – Ростов н/Д: «Феникс», 2003.
Жолобов Л.А., Конаков А.М. Ж-79 Устройство и техническое обслуживание автомобилей категорий «В» и «С» на примере ВАЗ-2110, ЗИЛ-5301 «Бычок». Серия «Библиотека автомобилиста». – Ростов-на-Дону: «Феникс», 2002.