Увеличение интенсивности разгона легкового автомобиля с гидромеханической передачей в начальной фазе 05. 05. 03 Колесные и гусеничные машины
Скачать 198.49 Kb.
|
                  На правах рукописиДенисов Денис Михайлович Увеличение интенсивности разгона легкового автомобиля с гидромеханической передачей в начальной фазе 05.05.03 – Колесные и гусеничные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2013 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно- -дорожный государственный технический университет (МАДИ)» на кафедре «Автомобили»
Защита состоится20 июня 2013 г. в 12 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.126.04 при МАДИ по адресу: 125319, Москва, Ленинградский проспект 64, ауд. 42. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ. Отзывы на автореферат в одном экземпляре с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета. Телефон для справок: (499) 155-93-24. Автореферат разослан ____________ 2013 г. Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Максимов В.А. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы.В настоящее время в России количество автомобилей с ГМП растет с каждым годом. АвтоВАЗ совместно с Renault-Nissan обновляет свой автомобильный ряд новинками, такими как LADA 2190 - Проект «Семейство бюджетных автомобилей LADA 2190» (LADA Granta) с внедрением гидромеханических коробок передач (ГМП). Спрос на автомобили с ГМП не снижается, и, соответственно, не исчезает интерес к исследованию тяговых характеристик и способов увеличения интенсивности разгона. Разработка методов расчета ГМП в начальной фазе поможет обеспечить наиболее оптимальный выбор параметров ГМП для увеличения интенсивности разгона и сохранения узлов, деталей коробки передач от разрушения. Целью данной работы является установление возможности повышения интенсивности разгона в начальной фазе легкового автомобиля с ГМП на основе разработанной математической модели. Объектом исследования является легковой автомобиль с ГМП удельной мощностью двигателя Nуд=50-75 кВт/т. Предметом исследования являются разгонные свойства в начальной фазе легкового автомобиля с ГМП. Методы исследования.В работе использованы методы теоретической механики, теории автомобиля, математического моделирования, программирования, численные методы математического анализа, расчетно-экспериментальные методы. Научнаяновизнадиссертационной работы заключается: - в разработке метода расчета начальной фазы разгона легкового автомобиля с ГМП при включении “ разгон броском”; - в разработке метода расчета включения блокирующего фрикциона при движении автомобиля с ГМП; - в предложенных рекомендациях по изменению управлением ГМП. Практическая ценность.Разработанный метод расчета увеличения интенсивности разгона легкового автомобиля с ГМП позволяет рассчитывать нагрузки и выбирать необходимый режим для процесса разгона. Разработанный метод расчета включения блокирующего фрикциона гидротрансформатора (ГДТ) в ГМП позволяет облегчить понимание изменения рабочих процессов, происходящих в ГМП при переходе в механическую связь при блокировании ГДТ. Разработаны рекомендации, направленные на увеличение интенсивности разгона легковых автомобилей с ГМП в начальной фазе, которые могут быть использованы при эксплуатации. Реализация результатов работы.Разработанный метод расчета увеличения интенсивности разгона легкового автомобиля с ГМП в начальной фазе, процесса включения блокирующего фрикциона в ГДТ позволяет облегчить понимание рабочих процессов ГМП. Разработанные рекомендации и другие результаты диссертационной работы могут быть использованы при выборе или при проектировании ГМП для легковых автомобилей. Они получили применение в ФГУП “НАМИ”. На защиту выносятся:
Апробация работы.Основные результаты исследований были доложены на 68, 69, 70 научно-методических и научно- исследовательских конференциях Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). Публикации.По теме диссертации опубликованы четыре печатные работы, в том числе 2 работы из списка журналов ВАК РФ. Объем работы.Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы (122 наименования) и приложения. Диссертация изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 103 рисунка и 6 таблиц. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении раскрывается актуальность проблемы, методы его решения, формулируется цель исследования. В первой главе приводится обзор конструкций легковых автомобилей с ГМП, рассматриваются работы, связанные с исследованиями их тягово-скоростных свойств. Исследованиям тягово-скоростных свойств посвятили свои труды: Е. А. Чудаков, Г. В. Зимелев, А. Н. Островцев, И. Г. Альперович, Б. Н. Попов, А.Н.Нарбут, О.И.Гируцкий,Б. С. Фалькевич и другие. К настоящему времени конструкции ГМП претерпели значительные изменения.За счет их совершенствования, применения двигателей увеличенной мощности, тягово-скоростные характеристики легкового автомобиля с ГМП постоянно улучшались. Однако исследований с изменением процесса управления автомобиля для увеличения интенсивности разгона практически не проводились. Кроме того, недостаточно сведений о влиянии процесса включения блокирующего фрикциона ГДТ на интенсивность разгона автомобиля. Фактически существуют два мероприятия по увеличению интенсивности разгона легкового автомобиля: - увеличение при помощи внедрения новых конструктивных решений в узлах трансмиссии; - увеличение при помощи изменения процесса управления легкового автомобиля с ГМП. Увеличение интенсивности разгона с изменением процесса управления изучено недостаточно. В связи с этим были поставлены следующие задачи исследования:
Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям, связанных с увеличением интенсивности разгона легкового автомобиля с ГМП. В расчетах рассмотрен легковой автомобиль, аналогичный SuzukiSX4 с бензиновым двигателем и удельной мощностью до 75 кВт/т. Крутящий момент двигателей был описан ввиде полинома второй степени. Также были приняты следующие значения параметров: К0=2, ωN=398 с-1, ηтр=0,92. В расчетах автомобиля, пренебрегая упругостью звеньев и буксованием в механизмах включения передач, обычно используют математическое описание разгона с помощью формул, соответствующей двухмассовой динамической модели:  (1)где  ,  – приведенные моменты инерции ведущей и ведомой частей; ,  – угловые ускорения ведущей и ведомой частей; и  – угловые скорости ведущей и ведомой частей; – крутящий момент на коленчатом валу двигателя; – крутящий момент на ведущем валу ГМП; – крутящий момент на выходном валу ГМП; – суммарный крутящий момент всех сопротивлений движению, приведенный к выходному валу ГМП.Систему уравнений (1) можно использовать при расчете разгона с буксующим сцеплением, тогда  = = , либо с гидротрансформатором (ГДТ), тогда  и  , где  - коэффициент трансформации;  и  - крутящие моменты соответственно на насосном и турбинном колесах ГДТ.При расчетах легкового автомобиля с ГМП берется непрозрачный ГДТ, характеристика показана на рис.1.Рис.1.Характеристика ГДТ Исследовано увеличение интенсивности разгона легкового автомобиля с ГМП в начальной фазе методами «разгон броском» и «разгон с торможением». «Разгон с торможением» - при включенной передаче, удерживая автомобиль на тормозах, выжать педаль подачи топлива и отпустить ее, когда двигатель выйдет на режим  . «Разгон броском» - при выключенной передаче (положение N- нейтрал), нажав на педаль подачи топлива, увеличить  до значения  , затем перевести рычаг в положение D (драйв).При «разгоне броском» скорость возрастания со значения при  до значения  сдерживается скоростью включения фрикциона первой передачи в ГМП. Система уравнений примет следующий вид: (2)где  - момент инерции турбины ГДТ и корпуса фрикциона первой передачи:  -момент инерции автомобиля, - крутящий момент на фрикционе первой передачи. Система решается численным интегрированием. На участке при im<λн<1 (im- переход с режима гидротрансформатора на режим гидромуфты) , момент на фрикционе меняется линейно  ,тогда на этом участке система принимает вид: (3)Задаем Δt и находим ΔМф и  из 3-го уравнения. Затем при  из второго уравнения находим  , и далее, при найденных , из первого уравнения находим  . И так шаг за шагом до  при i=im, далее  . Решаем систему до значений угловых скоростей .При«разгон броском» и «разгон с торможением» дополнительно используется тяговая сила на первой передаче, которая при обычном разгоне не применяется. В идеальном случае используется точка пересечения момента на насосном колесе МН и момента на двигателе Мепри  (рис.2 точка 1) в начале движения автомобиля. Рис.2. График совместной работы двигателя и гидротрансформатора при i=0. На рис.3заштрихованная область 1-2-3 - часть тяговой силы, которая дополнительно участвует при разгоне. Однако в этих случаях возникает риск разрушения фрикциона первой передачи, поэтому желательно начинать движение с моментом МН при  (точка 2 на рис.2).Рис.3. Тяговая характеристика автомобиля Для «разгон с торможением» в начале движения при М1 в точке 1 на рис.2 тепловая мощность, идущая на ГМП Nq=Nep(1-η)=Nep, что в 5 раз больше, нежели при обычном разгоне, где Nq=Nep(1-η)=Nep(1- -0,8)=0,2Nep. Для «разгон броском» необходимо произвести расчет по удельной работе буксования сцепления, чтобы вывести необходимую частоту вращения двигателя, при котором фрикцион первой передачи ГМП не испытывает перегрузки. Момент на фрикционе изменяется линейно по функции Мф(t1)=к1t1 и достигает своего максимального значения в  при Мф=Мт=К0 (рис.4). Рис.4. График изменения момента на фрикционе Угловая скорость на турбинном колесе уменьшается со значений при i=1 (ω2=ω1) до значений при i=0 (ω2→0) линейно по функции ω2(t)=-к2t1+ ωео (рис.5). Рис.5. График изменения угловой скорости на турбинном колесе Удельная работа буксования вычисляется по формуле:  (4)где  - полезная работа буксования  ,, так как , то  .  - работа буксующего сцепления  .После интегрирования получим:  (5)Пусть  , тогда  ,  , тогда  Удельная работа буксования  при трогании автомобиля с места не должна превышать  для легковых автомобилей. (6)где F- площадь фрикционных накладок. Подставив параметры от легкового автомобиля ScodaOctavia, получим:   , откуда  или n=2928,15≈2900 мин-1Проведя расчеты по удельной работе буксования, получили область, при котором фрикцион первой передачи не разрушается, частота вращения двигателя при начале движения не должны превышать nе=2900 мин-1. В расчетах разгона автомобиля в начальной фазе методом «разгон броском»и «разгон с торможением» начальная частота вращения двигателя была взятаnе=2500 мин-1 (с запасом для предотвращения перегрузок и, соответственно, сохранения работоспособности ГМП). Тогда тяговые характеристики имеют вид, показанные на рис.6.   а) б) Рис.6. Тяговые характеристики (а- «разгон с торможением», б- «разгон броском») Заштрихованная область на рис.6- часть тяговой силы, которая дополнительно используется на разгон автомобиля в начальной фазе методами «разгон с торможением» и «разгон броском». Рис.7. График изменение угловой скорости автомобиля при трогании с места (ω21- при обычном разгоне, ω22- при «разгон броском», ω23- при «разгон с торможением») Увеличение интенсивности разгона в 1 секундудля «разгон броском» составило 35%, «разгон с торможением» 43% от обычного разгона (рис.7). Исследовано влияние процесса включения блокирующего фрикциона ГДТ на интенсивность разгона автомобиля с ГМП. Для расчета используется система уравнения следующего вида:  (7)Система решается численным интегрированием. После преобразования системы (3) получим:  (8)Задаем Δt и находим ΔМф. Затем при из второго уравнения находим , и далее, при найденныхΔМф и , из первого уравнения находим . И так шаг за шагом до полного включения блокирующего фрикциона. В процессе блокирования турбинного колеса и перехода системы за время t в жесткую связь, изменение ведомой части системы влияет на изменение ведущей. То есть фактически процесс включения блокирующего фрикциона, появление момента Мф на фрикционе во втором уравнении системы влечет за собой увеличение по времени  , и, соответственно, измененное повлечет за собой и изменение . а) б) Рис.8. График изменения угловых скоростей ω1 и ω2 от времени t (а- при tвкл=0,5сек, б- при tвкл=2сек) Расчеты показывают увеличение интенсивности разгона в процессе блокировки фрикциона ГДТ в пределах 7,5%. Таким образом, использование двух методов «разгон броском» и «разгон с торможением» позволяет нам увеличить интенсивность разгона легкового автомобиля с ГМП, не опасаясь разрушения фрикционов первой передачи при условии, что водитель будет соблюдать те ограничения, которые не допускают перегрузки в начальную фазу разгона. В процессе включения блокирующего фрикциона ГДТ получается некоторое увеличение интенсивность разгона. Однако в общей динамике разгона автомобиля это может быть незаметным. Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям. Экспериментальные исследования проводились летом 2011 года на легковом автомобиле SuzukiSX4 с автоматической коробкой передач 4АТ и летом 2012 года на легковом автомобиле ScodaOctaviaс ГМП фирмы Asilas. На первом этапе на SkodaOctavia исследовалась возможность увеличения интенсивности разгона автомобиля с 6-ступенчатой ГМП без конструктивных изменений деталей и узлов транспортного средства. На втором этапе на SuzukiSX4 определялся момент включения блокирующего фрикциона гидротрансформатора (ГДТ) с центростремительной турбиной и осевым реактором, а также влияние этого процесса на движение самого транспортного средства; Результаты и обработка экспериментальных данных основаны на получении частот вращения коленчатого вала двигателяn1 и колес легковых автомобилейn2от времени t. Использование только датчиков частот вращения позволило нам отказаться от трудоемких измерений крутящих моментов. Усреднив результаты полученных данных из эксперимента, мы получили четкую картину при сравнении обычного разгона с «разгон броском» и «разгон с торможением». Эксперименты проводились в несколько заездов. Обычный разгон показан на рис.9-12 штриховыми линиями, сплошными линиями приметодах увеличения интенсивности разгона. В соответствии с теоретическими исследованиями (для сохранения фрикционов первой передачи ГМП) «разгон броском» начинался при nе=2500м-1 и nе=2900м-1, «разгон с торможением» при nе=2000м-1 и третий заезд с частично нажатой педальюакселератора (для сравнения с обычным разгоном в первую секунду). Рис.9. Изменение частоты вращения n2 от ведомых колес автомобиля по времени t: обычный разгон (тонкие штриховые линии) и «разгон броском»(толстые сплошные) Рис.10. Среднее изменение частоты вращения n2срот времени t: обычный разгон (тонкие штриховые линии) и «разгон броском»(толстые сплошные) Рис.11. Изменение частоты вращения n2 от ведомых колес автомобиля по времени t: обычный разгон (тонкие штриховые линии) и «разгон с торможением»(толстые сплошные) Рис.12. Среднее изменение частоты вращения n2срот времени t: обычный разгон (тонкие штриховые линии) и «разгон с торможением»(толстые сплошные) В результате экспериментоввыяснилось, что в первые 3 секунды увеличение интенсивности разгона для «разгон броском» 23,5%, для «разгон с торможением» 22,5%. В первую секунду увеличение на 39% (погрешность от теоретических расчетов 4%). В результате эксперимента процесса включения блокирующего фрикциона в ГДТ получили графики, показанные на рис.13 и рис.14: Рис.13. Изменение частоты вращенияn1 при разгоне на коленчатом вале двигателя от времени t Рис.14. Изменение частоты вращенияn2, снятая с ведомого колеса автомобиля После перерасчета частот вращения на угловые скорости насосного колеса ω1 и турбинного колеса ω2получили график, показанный на рис.15: Рис.15.График совместных угловых скоростей при разгоне на насосном колесеω1и турбинном колесеω2 автомобиля от времени t Процесс включения блокирующего фрикциона в ГДТ определили по участкус ω1=ω2, откуда фрикцион блокируется на третьей передаче. Сравнивая результаты эксперимента с теоретическими расчетами (табл.1 и табл.2), получили погрешность не более 3% (рис.16). Есть различие и в ω2 (рис.17). Таблица 1 Сравнение угловой скорости коленчатого вала двигателя расчетное ω1р и экспериментальное ω1
Рис.16. Определение погрешности на графике изменения угловых скоростей от времени t на коленчатом валудвигателя расчетные (ω1р) и в результате испытания (ω1) Таблица 2 Сравнение угловой скорости на ведомом валу расчетное ω2р и экспериментальное ω2
Рис.17. Изменение ω2 (испытания) и ω2р (расчетное) от времени t Однако при разгоне автомобиля увеличение интенсивности разгона в процессе включения блокирующего фрикциона практически не наблюдается. В четвертой главе даны рекомендации по увеличению интенсивности разгона легкового автомобиля в начальной фазе методами «разгон броском» и «разгон с торможением», а также по процессу включения блокирующего фрикциона в ГДТ. Основные выводы Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют сформулировать следующие основные результаты работы:
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: Статьив изданиях,рекомендованных ВАК: 1.Денисов, Д.М. Процесс включения фрикциона, блокирующего гидротрансформатор / Д.М.Денисов, А.Н.Нарбут // Автотранспортное предприятие. -2012. -№9. -С.50-52. 2.Нарбут, А.Н.Особенности блокирования гидротрансформаторов/ А.Н. Нарбут, Д.М.Денисов // Вестник МАДИ. – 2010.-№4(23). -С.7-10. Статьи: 3.Нарбут, А.Н. Гидромеханические передачи и безопасность движения / А.Н.Нарбут, В.В.Комаров, Д.М.Денисов //Современные тенденции развития автомобильной техники: сборник научных трудов МАДИ. –М.,2012.-С.71-75. 4.Нарбут, А.Н. Начальная фаза разгона автомобиля / А.Н.Нарбут, Д.М.Денисов // Современные тенденции развития автомобильной техники: сборник научных трудов МАДИ. –М.,2012. -С.64-70. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Московский автомобильно-дорожный институт «Детали машин и теория механизмов» Волжского филиала Московского автомобильно-дорожного института (гту) и предназначены для студентов... | | “Техническое обслуживание легкового автомобиля” Изменение технического состояния автомобиля в процессе эксплуатации, понятие надежности |
 | На конкурс детского рисунка На 34-ом километре Киевского шоссе произошло боковое столкновение автобуса, легкового автомобиля и грузового автомобиля. Пострадал... | | Образовательная программа профессиональной подготовки «тракторист» «Тракторист» категории «C» колесные машины с двигателем мощностью от 25,7 до 77,2 кВт на изучение отводится 449 часов. Освоение программы... |
| Проект рой в настоящее время находится в фазе "А", и его запуск запланирован... Программа по дисциплине «История экономики» для студентов экономического факультета по специальности 060500 «Бухгалтерский учет,... | | Рабочая программа по дисциплине Обществознание Квалификация выпускника слесарь по ремонту автомобиля, водитель автомобиля, оператор заправочных станций |
| Урок биологии в 9 классе. Тема урока: Энергетическое обеспечение клетки. Фотосинтез Задачи урока: сформировать знания о фотосинтезе как пластическом обмене веществ у растений, о световой фазе фотосинтеза, механизмах... | | Реферат По теме «Конструирование машин» Действительно, всякий раз, когда техника овладевала веществом, энергией или информацией на новом уровне, происходило скачкообразное... |
| Пояснительная записка к рабочей программе по курсу: «Устройство и... Учебники: Боровских Ю. И. «Устройство автомобиля» М, Карагодин В. Н. «Слесарь по ремонту автомобилей» М | | Ходовая часть Подвеска современного автомобиля Для устранения колебаний и вибраций, которые при езде по неровной дороге передаются на кузов автомобиля, предназначена подвеска |
| Солнечный коллектор Также встроенный фокусирующий; коллектор позволяет увеличить тепловую производительность в периоды высокой интенсивности прямой солнечной... | | Автомеханик Сборка и разборка агрегатов и узлов автомобиля. Регулировка механизмов и систем. Выполнение работ с применением специализированного... |
| Первым, кто обнаружил жидкие кристаллы, был австрийский ученый-ботаник... Неожиданные свойства холе-стерилбензоат обнаруживал в мутной фазе Рассматривая эту фазу под поляризационным микроскопом, Рейнитцер... | | Реферат По дисциплине: «Устройство автомобиля» На тему: Генераторы переменного тока Генератор служит для преобразования механической энергии в электрическую, необходимую для питания всех приборов электрооборудования... |
| Рабочая инструкция инженера по гарантии при проверке штатного радиоприемника... С целью подтверждения заявленного дефекта проверьте работу радиоприемника в автомобиле в соответствии с описанием, приведенным в... | | Учебно-методический комплекс дисциплины «грузоподъемные машины» Специальность 190205. 65«Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» |
