новая папка / БЕЗОПАСНОСТЬ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ В ЭКСПЛУАТАЦИИ

7.Определилась тенденция резкого повышения крутящих моментов двигателей при одновременном значительном возрастании требований к коробкам передач по

ресурсу.

Создание агрегатов, соответствующих указанным требованиям, требует весьма большого объема экспериментальных работ, связанных с предельной оптимизацией каждого из элементов коробки передач. Создаваемые перспективные коробки передач должны иметь максимально простые конструкторские решения, апробированные испытаниями и превосходящие по выходным параметрам лучшие известные аналоги ведущих в области трансмиссий фирм.

С учетом современных тенденций развития и, применяя опережающие технические решения, коллективом, состоящим из специалистов НАМИ, НГТУ и Группы «КОМ» разработан типоразмерный ряд перспективных механических коробок передач для автомобилей, тяжелых автопоездов и самосвалов под двигатели мощностью от 75 до 750 кВт (от 100 до 1000 л.с.) в диапазоне крутящих моментов от 360 до 3500 Нм. Типоразмерный ряд (таблица 1) включает в себя всего пять базовых типоразмеров коробок передач, три из которых являются 6 ступенчатыми и две - многоступенчатыми, соответственно 8 и 16 ступенчатыми коробками передач.

Проведенный комплекс работ [1-5] включал создание оригинальных расчетных методов, разработку конструкции, изготовление опытных образцов, разработку специальных методов испытаний и проведение стендовых, ресурсных и функциональных испытаний, доработку конструкций по результатам испытаний и выпуск чертежной документации для подготовки серийного производства. По числу передач синхронизированных ступеней, передаваемому максимальному крутящему моменту и мощности, диапазону и плотности ряда передаточных чисел коробки передач из типоразмерного ряда соответствуют современным лучшим аналогам, в частности, таким известным, как ZF , Volvo, Eaton, Mercedes-Benz, Scania, Renault.

Таблица 1

Основные параметры типоразмерного ряда перспективных коробок передач

В таблице 1 масса коробки передач указана без картера сцепления. Индекс /1 – обозначает модификацию коробки передач с высшей прямой передачей. Индекс /2 - обозначает модификацию с высшей повышающей передачей. Индекс ТМ означает, что кинематическая схема механической коробки передач включает в себя основной редуктор, выполненный по 3-х вальной схеме, с задним планетарным демультипликатором.

Позитивными особенностями трех типоразмеров 6 ступенчатых коробок передач, охватывающих практически 4 кратный диапазон крутящих моментов - от 360 до 1300 Нм, являются следующие [2]:

–осевые габариты, внутренние потери и масса коробок передач находятся в пределах или менее 5 ступенчатых коробок передач, при этом широкий диапазон передаточных чисел исключает необходимость для автомобилей типа «джип» и

40

повышенной проходимости применения демультипликаторов в раздаточной коробке передач, что упрощает управление и удешевляет стоимость трансмиссионного агрегата;

–единая унифицированная система автоматизированного электропневматического управления;

–уменьшение расхода топлива за счет низких внутренних потерь и широкого

диапазона передаточных чисел коробок передач.

Для всего семейства модели «ТМ» многоступенчатых коробок передач, две из которых - ТМ8-1300 и ТМ 16-2000 являются базовыми типоразмерами и 9 модификаций (принимая во внимание возможность применения высшей передачи как прямой, так и ускоряющей, что предельно малой ценой расширяет возможности применения многоступенчатых трансмиссий для различных двигателей и условий эксплуатации автомобилей и автопоездов), впервые в мировой практике за счет целого ряда оригинальных опережающих технических решений удалось выполнить по предельно простой трехвальной кинематической схеме без каких-либо дополнительных опор и паразитных деталей, когда имеется три вала, четыре опоры и две картерных детали. Это позволило иметь осевой габарит базовой коробки передач ТМ16-2000 на 85 мм меньше по отношению к аналогичной коробке передач фирмы ZF модели Astronic 16AS 2200, хотя последняя имеет 2 промежуточных вала и меньшую несущую способность, что при пересчете на равноценную несущую способность увеличивает разницу в осевом габарите с 85 до 133,5 мм и это без учета разницы в 20 мм, обусловленной установкой в основном редукторе двух зубчатых муфт взамен синхронизаторов. Таким образом, при функциональных одинаковых возможностях разница в осевом габарите достигает значения в 153,5 мм в пользу коробки передач ТМ16-2000. Это, в частности, и является одним из важных показателей позитивных отличительных особенностей опережающего технического уровня конструкторских решений.

Малые осевые габариты и массовые параметры коробок передач даже при их относительно завышенной несущей способности позволяют использовать агрегат при относительно небольших крутящих моментах двигателя, поскольку в конечном итоге низшая граница применения коробки передач определяется его габаритными и весовыми параметрами. Малые весовые показатели коробок передач позволяют иметь меньшее число их типоразмеров и, соответственно, более массовый выпуск, что будет способствовать снижению стоимости агрегата.

Одновременно решалась задача уменьшения внутренних потерь в коробках передач за счет оригинальных конструкторских, геометрических и кинематических особенностей. Внутренние потери в коробке передач ТМ16-2000 составляют 1,3 кВт против 2,65 кВт в аналогичной коробке передач ZF S16-220 (по результатам фирмы ZF на режиме измерения - прямая передача при 2000 мин-1.).

Основными особенностями конструкций многоступенчатых (8-12) коробок передач разработанного типоразмерного ряда являются следующие [1, 4]:

1. При разработке коробок передач использован так называемый модульный принцип, в соответствии с которым коробка передач комплектуется из функциональносамостоятельных узлов и механизмов, в противоположность способу построения из узлов и деталей, не способных выполнять в целом функциональные требования. Модульный принцип подразумевает максимальную унификацию узлов и деталей и максимально возможное исключение из конструкции промежуточных деталей, которые не выполняют четких функций. В данном случае коробка передач, уже является модулем, который может комплектоваться как автоматизированным, так и механическим управлением. В свою очередь модуль-коробка передач состоит из модулей-узлов: узла планетарного демультипликатора с элементом управления; механизма переключения передач; узлов первичного, промежуточного и вторичного валов.

41

2. Исходный модуль-коробка передач отличается от всех известных аналогов следующими главными особенностями (рисунок 1-2):

-задняя опора вторичного вала находится не в дополнительной (паразитной) стенке картера коробки передач, а в водиле планетарного демультипликатора, что практически при включении высшего диапазона демультипликатора снижает потери до нуля;

-задняя опора промежуточного вала располагается также не в дополнительной стенке,

ав картере демультипликатора.

Рис. 1. Продольный разрез коробки передач ТМ16-2000

Рис. 2. Кинематическая схема коробки передач ТМ16-2000

Это позволило вместо четырѐх стенок (три в корпусных деталях и одна в виде стальной пластины) иметь две стенки (две корпусных детали).

3.Направление осевых сил в коробке передач выполнено обратно общепринятому, что разгружает подшипники опор и значительно уменьшает внутренние потери, так как подшипник передней опоры вторичного вала работает в режиме относительно малых оборотов, а подшипник внешних опор со значительно большими оборотами.

4.Особенность конструкции планетарного демультипликатора по сравнению с широко распространенными решениями состоит в следующем [3]:

- для переключения диапазонов использована перемещающаяся в осевом направлении коронная шестерня с внутренними зубьями, что значительно упрощает конструкцию элементов переключения и сокращает осевой габаритный размер;

42

- блокировка планетарного ряда производится при соединении коронной и солнечной шестерен. Традиционным решением является блокирование путем соединения коронной шестерни с водилом. При принятой в разработанной коробке передач схеме блокировки достигается более, чем в 4 раза уменьшение момента, передаваемого солнечной шестерней, что исключает ее бринелирование, одновременно в 4-6 раз снижается время синхронизации при переключении демультипликатора с низшего на высший диапазон [3]. При этом оси солнечной шестерни и сателлитов планетарного демультипликатора всегда при любом перекосе в процессе прогиба вторичного вала остаются параллельными, т.е. они самоустанавливаются. В известных коробках передач оси этих шестерен скрещиваются при этом тем больше, чем больше величина крутящего момента, не позволяя обеспечить надлежащее пятно контакта на сопряженных шестернях и способствуя снижению их долговечности и надежности работы.

5.Как в основном редукторе, так и в демультипликаторе использовались малогабаритные бессухарные синхронизаторы муфтового типа с молибденированными блокирующими кольцами [5]. Три синхронизатора основного редуктора унифицированы. Аналогичные синхронизаторы используются и для планетарных демультипликаторов. В коробках серии ТМ на шестерне первой передачи применен дополнительный конус для обеспечения снижения усилия при переключении.

Конструкция синхронизаторов имеет следующие особенности:

–расход молибдена сокращается в 3 раза за счет выполнения спиральных канавок не на молибдене блокирующего кольца, а на зубчатом венце, что не требует к тому же дорогого и сложного технологического оборудования, необходимого для обработки высокотвердого молибдена;

–исключена довольно трудоемкая операция сборки фиксаторов синхронизатора с витыми пружинами и сухарями (всего 9 деталей) за счет применения двух пружинных колец;

–одновременно за счет применения пружинных колец исключена необходимость спаривания зубьев на муфтах для ограничения хода муфты, что позволяет изготавливать муфты на универсальном оборудовании стандартными долбяками без применения специальных, весьма дорогих протяжек,

–значительно упрощена конструкция блокирующего кольца, оставлены из 63-х только 3 зуба;

–разведены зубья, блокирующие синхронизатор и включающие передачу, что сохраняет в процессе работы геометрию блокирующих элементов и увеличивает надежность их работы;

–предельно, до 32-х мм в коробках ТМ 16-2000 и других модификациях, увеличена ширина ступицы, что уменьшает вероятность самовыключения передачи.

6.Механизм переключения передач выполнен в виде самостоятельного узла и обладает следующими особенностями:

–упрощает конструкцию корпусных деталей и сборку коробки передач;

–сокращает в 2-2,5 раза длину штоков;

–используются высокотехнологичные унифицированные для трех синхронизаторов вилки, выполняемые из листовой стали.

7.В соответствии с ярко выраженной тенденцией, наблюдаемой в мире по применению автоматизированных систем управления механическими коробками передач, для всей гаммы перспективных механических коробок передач от М6-300 до ТМ16-3500 применяются автоматизированные системы управления. При этом возможны следующие виды управления:

1) Механическое или пневмомеханическое (с сервоусилителем);

2) Электропневматическое:

2.1) Преселективное;

43

2.2) Командное (полуавтоматическое);

2.3) Автоматическое.

Для всех модификаций коробок передач серии ТМ предусмотрена единая конструкция как пневмомеханического, так и электропневматического управления, включающая основное, резервное и аварийное управление агрегатом.

Управление основным редуктором, делителем и демультипликатором осуществляется с помощью электропневматических механизмов, выполненных в виде самостоятельных узлов. При этом электроклапаны управления установлены непосредственно на исполнительных механизмах, что позволяет сократить необходимое количество подводящих пневмошлангов и повысить быстродействие и надежность работы системы управления.

Следует отметить, что при выполнении работ использовался многолетний опыт разработок как коробок передач различных размерностей и модификаций, так и систем управления, при этом подавляющее большинство технологических и конструктивных решений было апробировано большим объемом стендовых, лабораторных и дорожноэксплуатационных испытаний, что гарантирует надежную работу примененных конструктивных решений и, следовательно, коробок передач в целом. К настоящему времени изготовлены образцы коробок передач (рисунок 3) как с механическим, так и с полуавтоматическим управлением [1, 2], осуществлен полный комплекс функциональных испытаний на стенде. В настоящее время завершены стендовые испытания на долговечность в объеме, эквивалентном 700 000 км пробега.

Рис. 3. Экспериментальные образцы коробок передач:

а) ТМ16-2000, б) ТМ8-2000

Следует отметить, что данная работа выполнялась при финансовой поддержке Министерства науки и образования РФ в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 г.г. »

Таким образом, в данной работе:

1.Проанализированы основные тенденции развития механических ступенчатых коробок передач, на основе которых разработан перспективный типоразмерный ряд механических коробок передач с автоматизированным управлением.

2.Представлены характеристики перспективных механических коробок передач из разработанного типоразмерного ряда для автомобилей, тяжелых автопоездов и самосвалов с двигателями мощностью от 75 до 750 кВт (от 100 до 1000 л.с.) в диапазоне крутящих моментов от 360 до 3500 Нм.

3.Рассмотрены основные особенности конструкций унифицированных механических многоступенчатых коробок передач, полученные на основе опережающих технических решений. Установлено, что по числу передач

44

синхронизированных ступеней, передаваемому максимальному крутящему моменту, мощности, диапазону, плотности ряда передаточных чисел и массовогабаритным параметрам коробки передач из типоразмерного ряда не уступают современным лучшим мировым аналогам.

Библиографический список

1.Блохин, А.Н. Инновационные коробки передач «КОМ-НАМИ» с механическим и автоматизированным управлением. /А.Н. Блохин, В.В. Маньковский, А.П. Недялков // Наука и образование. 2011. №9. http://technomag.edu.ru/doc/214551.html.

2.Недялков, А.П. Применение опережающих технических решений при создании механических ступенчатых коробок передач с автоматизированным управлением. / А.П. Недялков, А.Н. Блохин // Наука и образование. 2011. №2. http://technomag.edu.ru/doc/165381.html.

3.Недялков, А.П. Аналитическое исследование вариантов кинематических схем планетарных демультипликаторов многоступенчатых коробок передач и выбор оптимальных параметров планетарного механизма. / А.П. Недялков, Е.Б. Александров, А.Н. Блохин // Вестник Ижевского государственного технического университета. 2011. №2(50). С.39-43.

4.Недялков, А.П. Перспективы создания типоразмерного ряда унифицированных механических ступенчатых коробок передач с автоматизированным управлением. / А.П. Недялков, А.А. Ипатов // Автомобили. Сборник научных трудов. М.: ГНЦ РФ – ФГУП «НАМИ». 2004. №232. С.11-62.

5.Недялков, А.П. Метод расчета бессухарного инерционного синхронизатора с кольцевым пружинным элементом. / А.П. Недялков, А.А. Трикоз, А.Н. Блохин // Журнал ассоциации автомобильных инженеров. 2011. №2(67). С.22-25.

УДК 629.113

СООТНОШЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ БОЛЬШЕГРУЗНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ И ХАРАКТЕРИСТИК УПРАВЛЯЕМОСТИ

Шапкина Ю.В.

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева

Моделирование криволинейного движения большегрузных автомобилей позволяет исследовать влияние их конструктивных параметров на характеристики управляемости. Основными из них являются:

–колея,

–расстояние между крайними мостами (база),

–положение центра тяжести по длине автомобиля,

–конструктивные факторы, определяющие жесткость подвески (жесткость упругих элементов, колея по подвеске, положение центра подрессоренных масс, параметры амортизаторов),

–характеристики бокового увода шин и параметры гидравлической системы

рулевого управления.

Влияние размера колеи и базы большегрузного автомобиля на управляемость аналогично влиянию этих параметров на характеристики обычного автомобиля. При прочих равных условиях при увеличении колеи, уменьшении базы и понижении центра тяжести меньше перераспределение вертикальных реакций, углы увода осей и в большинстве случаев разность углов увода осей , что в свою очередь влияет на время реакции на поворот руля tп . Уменьшение базы обусловливает некоторое снижение

времени реакции на поворот руля tп и повышение статической ст и динамической д

чувствительности к управляющему воздействию. Однако конструктивные особенности современных большегрузных автомобилей не позволяют варьировать этими параметрами в большом диапазоне.

45

Рис. 1. Влияние положения центра тяжести на характеристики управляемости

С изменением положения центра тяжести по длине большегрузного автомобиля существенно меняются характеристики его управляемости, полученные при постоянном

значении установившегося бокового ускорения wy =3 м/с2 (рис. 1). При перемещении

центра тяжести к задней оси (увеличении полезной нагрузки) уменьшается положительный запас недостаточной поворачиваемости, растет статическая чувствительность к управляющему воздействию, уменьшается разность углов увода осей, которая может стать отрицательной.

Время реакции на поворот руля tп при этом может как увеличиваться, так и уменьшаться, поскольку оно связано с величиной z , комбинацией углов увода и изменением относительного радиуса инерции I z / Ma1a2 . Статическая и динамическая чувствительность к управляющему воздействию при перемещении центра тяжести к задней оси увеличиваются, как реакция на уменьшение разности углов увода и незначительно изменяющееся время реакции на поворот руля tп .

Параметры подвески и положение центра подрессоренных масс по высоте оказывают определенное влияние на характеристики управляемости большегрузных автомобилей, хотя в значительно меньшей степени, чем в обычных автомобилях. Наиболее заметно это у большегрузного самосвала МоАЗ, имеющего пневмогидравлические упругие элементы, при значительной высоте центра подрессоренных масс.

С одной стороны, при увеличении угловой жесткости подвески на 15%, заметное уменьшение разности углов увода не наступает, а углы увода снижаются на 0,007 — 0,012 рад. С другой стороны, значительное увеличение угловой жесткости, исключающее крен подрессоренных масс относительно неподрессоренных, может привести к уменьшению на 0,05...0,06 рад углов увода и на 20 % разности углов увода .

У большегрузных автомобилей с неподрессоренным задним мостом и передней подвеской, выполненной на рессорах, которые имеют значительную жесткость, доля крена подрессоренных масс в суммарном поперечном крене мала. Поэтому изменение жесткости поперечного крена незначительно влияет на характеристики управляемости этих машин.

Характеристики управляемости существенно зависят от удельной боковой жесткости шин. В расчет характеристик управляемости вводилась изменяющаяся в диапазоне ±20 % боковая жесткость шин, что задавалось относительным коэффициентом

коэффициента сопротивления боковому уводу). При этом принималось, что зависимость

46

Таким образом, характеристики управляемости большегрузных автомобилей находятся в сложной зависимости от их различных конструктивных параметров и условий движения. Для различных условий движения преобладающее значение имеют различные характеристики.

Содной стороны, инерционность большегрузных автомобилей, выражающаяся в значительном времени реакции на управляющее воздействие, является положительным фактором при прямолинейном движении, сглаживаются случайные возмущения.

Сдругой стороны, увеличение чувствительности к управляющему воздействию связано с повышением чувствительности и к случайным возмущениям. При этом возрастают затраты нервной и физической энергии водителя на управление автомобилем в прямолинейном режиме, так как учащаются его корректирующие воздействия направления движения.

Следует отметить, что ухудшение характеристик курсовой устойчивости в прямолинейном режиме не оказывает такого влияния на безопасность движения, как ухудшение характеристик управляемости. Поэтому в первую очередь нужно обеспечивать характеристики управляемости большегрузных автомобилей.

48

УДК 629.3.023

ТЕХНОЛОГИИ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ВИРТУАЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ: ПРОЧНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Александров В.Ю., Харитончик С.В., Шмелѐв А.В. Республиканский компьютерный центр машиностроительного профиля

ГНУ «Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси»

Введение.

Обеспечение безопасности транспортных средств в эксплуатации – одна из актуальных задач, стоящих перед конструкторами и исследователями в процессе разработки новой автотехники. Наиболее эффективным способом ее решения является применение современных компьютерных технологий проектирования и инженерного анализа как отдельных узлов и конструкций, так и автомобиля в целом. Сегодня использование названных технологий позволяет воспроизвести в виртуальной среде практически любой комплекс инженерных задач, включая проведение виртуальных испытаний по оценке соответствия конструкции или машины действующим нормам и правилам безопасности.

Необходимо отметить, что достижение наилучшего результата возможно только при реализации комплексного подхода к процессу автоматизированной разработки новой машины. Для иллюстрации сказанного на рис. 1 приведены наименования работ выполняемых в рамках системы виртуального проектирования реализованной в Республиканском компьютерного центре машиностроительного профиля (РКЦМП), входящим в структуру Объединенного института машиностроения Национальной академии наук Беларуси.

Созданные в РКЦМП наработки образуют самостоятельную цепочку компьютерного проектирования, базирующуюся на наукоемких технологиях. Как видно из рис. 1 выполняемые в компьютерном центре работы включают основные стадии создания машины, начиная от разработки конструкторской документации и выбора дизайнерских решений до проведения виртуальных испытаний по оценке соответствия машин действующим нормам и прогнозированию ресурса конструкций. В основе указанных технологий лежат последние достижения в области математического описания поверхностей сложной формы, математического моделирования механических систем и применения численных методов для решения задач прикладной механики.

Применение технологий моделирования и виртуальных испытаний или, иначе говоря компьютерного моделирования, по сравнению с традиционными, экспериментальными методами, дает разработчику следующие основные преимущества:

–исчерпывающий объем информации о процессах, протекающих в исследуемой механической системе;

–возможность исследования неограниченного числа решений без необходимости изготовления натурного образца, что позволяет определить наиболее рациональный или оптимальный вариант.

Данная работа посвящена ознакомлению с возможностями и основными

достигнутыми результатами в области применения компьютерного моделирования при оценке параметров прочности и жесткости элементов конструкций транспортных средств. В данном контексте можно выделить два основных направления, получивших развитие в

49