МОДЕЛЮВАННЯ ТА ВИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОМОБІЛЬНОЇ ТРАНСМІСІЇ ІЗ ЗУБЧАСТО-ВАЖІЛЬНИМ ВАРІАТОРОМ

Краткое содержание

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету і задачі дослідження, визначено основні положення наукової новизни та практичної цінності досліджень.

Перший розділ присвячений аналізу стану наукової задачі та визначенню напрямків її теоретичного та практичного вирішення.

На основі проведеного аналізу літературних джерел вивчено стан питання поліпшення тягово-швидкісних властивостей та паливної економічності автомобіля за рахунок вдосконалення властивостей системи „двигун-трансмісія”. Питанню покращання тягово-швидкісних властивостей та паливної економічності транспортних засобів за рахунок оптимізації роботи системи „двигун-трансмісія” присвячені наукові роботи вчених М.А. Айзермана, Є.Є. Александрова, А.С. Антонова, О.В. Бажинова, В.О. Богомолова, В.П. Волкова, Д.О. Волонцевича, М.Я. Говорущенко, Ю.Ф. Гутаревича, В.І. Клименко, Л.В. Крайника, А.Т. Лебедєва, В.О. Павленко, М.А. Подригало, В.Б. Самородова, В.П. Сахно, А.М. Туренко, Е.О. Чудакова та інших.

Показано, що лише безступінчаста зміна передаточного числа трансмісії автомобіля дає змогу забезпечити роботу двигуна автомобіля в оптимальному режимі за будь-яких режимів руху автомобіля.

На основі проведеного аналізу було виявлено ряд вимог, яким повинна задовольняти автомобільна трансмісія. До них, зокрема, відносяться:

·        забезпечення оптимальних тягово-швидкісних, паливно-економічних та екологічних властивостей автомобіля при заданій зовнішній швидкісній характеристиці двигуна;

·        безшумність у роботі, в тому числі і при зміні передаточного відношення;

·        легкість керування;

·        надійна передача крутного моменту від двигуна до ведучих коліс;

·        плавність передачі моменту та зміни величини моменту;

·        мінімальний момент інерції елементів (ланок);

·        мінімальні затрати фізичних зусиль на керування;

·        висока збалансованість ланок.

Окрім того, до трансмісії, як і до всього автомобіля в цілому, висуваються вимоги: забезпечення мінімальних розмірів та маси, простоти конструкції та обслуговування, технологічності, ремонтопридатності.

Проведений аналіз конструкцій трансмісій, що знайшли використання в теперішній час на автомобільному транспорті, та які дозволяють безступінчасто змінювати передаточне число трансмісії, показав, що більшість із них мають недоліки, які обмежують їх широке застосування.

Одним із перспективних варіантів реалізації безступінчастої трансмісії є використання механічного варіатора. Одним із типів механічних варіаторів є зубчасто-важільний варіатор.

Питанню синтезу механічних варіаторів різного призначення присвячені праці відомих вчених І.І. Артоболевського, Г.В. Архангельського, А.А. Благонравова, А.А. Гулгазаряна, С.М. Кожевнікова, А.Є. Кроппа, В.Є.Летопура, В.Ф. Мальцева, М.Е. Тернюка М.В.Умнова, Ю.В. Янчевського, та інших. В цих працях закладено фундаментальні основи здійснення синтезу механічних варіаторів та варіаторних приводів.

Однак, недостатньо дослідженим залишається питання створення алгоритму синтезу зубчасто-важільного варіатора для автоматичної безступінчастої трансмісії автомобіля. Не розроблена методика визначення основних параметрів автоматичної безступінчастої трансмісії автомобіля на базі зубчасто-важільного варіатора та не визначені вимоги, що висуваються до зубчасто-важільного варіатора з точки зору його застосування в автомобільній трансмісії.

Таким чином, виходячи із аналізу стану питання, обгрунтовано актуальність та мету дослідження, а також конкретизовано задачі дослідження.

У другому розділі визначено вимоги до оптимальних параметрів роботи двигуна, проведено дослідження вимог до характеристик руху автомобіля та проведено моделювання руху автомобіля на всіх режимах. Визначено оптимальні взаємозв‘язки між параметрами руху автомобіля та параметрами роботи системи „двигун-трансмісія” на кожному режимі руху автомобіля, та сформульовано вимоги до зубчасто-важільного варіатора з точки зору роботи автомобіля на кожному з режимів.

Паливну економічність () двигуна прийнято виражати через питому витрату палива двигуном на одиницю виробленої потужності за одиницю часу та вимірювати в грамах на кіловат за годину. Найменші значення цього показника досягаються на характеристиці мінімальних витрат палива двигуном. Оптимальний з точки зору паливної економічності режим руху автомобіля буде забезпечено в тому випадку, коли забезпечується якомога менша питома витрата палива. Оскільки ККД зубчасто-важільного варіатора істотно не змінюється із зміною частоти обертання ведучого вала, то можна зробити висновок, що для забезпечення найкращої паливної економічності автомобіля слід забезпечити роботу двигуна в режимі мінімальної витрати палива.

Як було зазначено вище, безступінчаста трансмісія автомобіля на базі зубчасто-важільного варіатора дає можливість в певних межах варіювати швидкістю автомобіля шляхом зміни передаточного відношення варіатора. При цьому швидкість обертання колінчастого вала двигуна може залишатися постійною.

При вивченні руху автомобіля з трансмісією на базі зубчасто-важільного варіатора доцільно процес руху автомобіля розділити на наступні режими:

1)    рушання з місця;

2)    розгін;

3)    рух зі сталою швидкістю;

4)    рух з двигуном, від‘єднаним від трансмісії (рух накатом);

5)    гальмування (сповільнення) двигуном;

6)    гальмування робочою гальмівною системою;

7)    екстрене гальмування робочою гальмівною системою.

Перераховані режими руху автомобіля складають повну множину режимів руху автомобіля та потребують детального розгляду вимог до варіатора з точки зору кожного з режимів руху автомобіля.

В загальному випадку при дослідженні руху автомобіля та параметри роботи системи „двигун-трансмісія”  виходять з таких обмежень:

· Максимальна швидкість руху автомобіля – менша або рівна максимальній конструктивній швидкості данного автомобіля. Вони лімітуються дорожніми умовами, метеоумовами.

· Максимальне прискорення -  м/с² (за умовами комфортності);

· Потужність двигуна - ;

· Швидкість обертання колінчастого вала двигуна ;

· Передаточне число варіатора: .

Досягнення максимальної потужності двигуна можливо лише при частоті обертання колінчастого вала, яка відповідає максимальній потужності. При менших частотах обертання колінчастого вала двигуна діапазон допустимих (досяжних) потужностей зменшується і обмежується зверху величиною потужності двигуна, яка відповідає даній частоті обертання на зовнішній швидкісній характеристиці.

Рушання з місця є процесом плавного переходу автомобіля зі стану спокою до руху. При рушанні з місця, для уникнення „ривка” двигун автомобіля повинен працювати із частотою обертання колінчастого вала, яка не на багато перевищує оберти стабільного холостого ходу. Передаточне число варіатора повинно плавно зменшуватись від передаточного числа, яке відповідає „стоповому” режиму , до значення , при якому за сталої заданої частоти обертання колінчастого вала двигуна автомобіль зрушив з місця. На цьому фаза рушання з місця закінчується. Так як ця фаза короткотермінова, то процес рушання не доцільно оптимізувати з точки зору паливної економічності автомобіля. Проте, при визначенні оптимального управління системою „двигун-трансмісія” автомобіля необхідно визначити обмеження, які накладаються на фазі рушання з місця. Швидкість руху на даній фазі знаходиться в діапазоні км/год, а максимальне прискорення обмежується не потужністю двигуна, а силою зчеплення ведучих коліс з покриттям дороги.

Фаза розгону автомобіля характеризується наростанням швидкості руху автомобіля із інтенсивністю, яка задана водієм. Розгін автомобіля займає 37...42% в загальному балансі руху автомобіля, а на його долю припадає 45...51% відносної витрати палива.