Диссертация (Автоматизация управления муфтами блокировки дифференциалов в трансмиссии многоосной колёсной машины), страница 7

3.18. Процесс печати на 3-D-принтере64Готовый стенд в собранном виде показан на Рис. 3.19. Применениетехнологии быстрого прототипирования позволило быстро и качественноизготовить все узлы и детали стенда.Рис. 3.19. Масштабный стенд испытания алгоритма включения муфтыРазработанный стенд позволяет испытывать алгоритм включениякулачковой муфты при разных скоростях вращения полумуфт. Скоростивращения регулируются напряжением на электромоторах. Показания датчиковскорости обрабатываются с помощью аппаратных прерываний, что позволяетобеспечить точное вычисление скорости и высокое быстродействие системы.В системе управления реализован алгоритм, представленный на Рис.

3.8.Для проверки разработанного закона включения проведены серия испытаний сразличными скоростями вращения полумуфт: 400, 500, 600, 700 об/мин. НаРис. 3.20 показана муфта в выключенном и включённом состоянии при скоростивращении полумуфт 500 об/мин.65Рис. 3.20. Испытание закона включения кулачковой муфты при относительнойскорости вращения 500 об/минПо результатам испытаний сделаны следующие выводы:1)подтвержденаработоспособностьпредложенногоалгоритмавключения кулачковой муфты при различных частотах вращения полумуфт, прибольшой разнице частот вращения (более 100 об/мин) надёжность включениярезко снижается;2)включение муфты без использования предложенного закона снижаетвероятность включения к минимуму (2 из 10 попыток).3.3. Разработка стенда испытания закона управления кулачковой муфтыДлявключенияподтверждениякулачковойработоспособностимуфтынаразработанногодействующейконструкциизаконасозданиспытательный стенд, в основе конструкции которого лежит проходной мостгрузового автомобиля фирмы MAN с кулачковой муфтой для блокировкимежколёсного дифференциала (Рис.

3.21 и Рис. 3.22).На Рис. 3.23 показана разработанная трёхмерная модель стенда.Кинематическая схема стенда показана на Рис. 3.24. Основными компонентамистенда являются: картер ведущего моста, главная передача с дифференциалом иполуосью в сборе, пневматический механизм блокировки межколёсногодифференциала,дваасинхронныхэлектродвигателя,частотные66преобразователи, система управленияэлектродвигателейприводитрезинометаллическуюмуфту,воприводом блокировки.

Один извращениедругой–входнойвалполуось,мостачерезсоединённуюдифференциалом через карданную передачу.Рис. 3.21. Стенд для испытания закона включения кулачковой муфтыблокировки межколёсного дифференциалаРис. 3.22. Стенд для испытания закона включения кулачковой муфтыс67Рис. 3.23. Разработанная трёхмерная модель стендаСистема управления состоит из двух датчиков угловой скорости, кнопкивключения блокировки, контроллера и пневматического электромагнитногоклапана КЭМ (Рис.

3.25). Один из датчиков угловой скорости – оптическоготипа, установлен на полуоси, другой – датчик Холла, установлен на корпуседифференциала (Рис. 3.26).Рис. 3.24. Кинематическая схема стенда испытания алгоритма включениякулачковой муфты блокировки68Рис. 3.25. Электромагнитный воздушный клапан КЭМВкачествеконтроллерасистемыуправленияиспользуетсямикроконтроллерная плата Arduino Mega. Сигналы с датчиков скоростиобрабатываютсяфункциямиаппаратногопрерывания,чтоисключаетпогрешность определения временной разности между ними за счёт временивыполнения основного цикла программы. Система управления реализует законвключения муфты блокировки по алгоритму, описанному в данной главе.Рис. 3.26. Датчик скорости дифференциалаАлгоритм проведения испытаний системы управления включениемкулачковой муфты следующий: производится запуск электродвигателей иустанавливаетсятребуемаяразностьугловыхскоростейвращениядифференциала и полуоси, нажатием кнопки подаётся команда на включениеблокировки, после чего контроллер вычисляет оптимальный момент включения69и подаёт сигнал на электромагнитный воздушный клапан, который приводит вдействие привод блокировки (Рис.

3.27). Угловые скорости вычисляютсяконтроллером по частоте следования импульсов, идущих с датчиков. Значенияугловых скоростей передаются по последовательному порту на персональныйкомпьютер, на котором осуществляется построение графиков и запись сигналов.Рис. 3.27. Пневматический цилиндр привода блокировки дифференциалаПоложение муфты блокировки во включённом и выключенном состоянииизображено на Рис. 3.28.а)б)Рис.

3.28. Кулачковая муфта блокировки межколёсного дифференциала:а) выключенное положение; б) включённое положениеНа Рис. 3.29 показан график изменения угловых скоростей вращениякорпуса дифференциала и полуоси в момент включения с использованиемразработанного закона включения кулачковой муфты при разности угловыхскоростей полумуфт 120 об/мин ( 1  210 об/мин, 2  90 об/мин). Ступенчатыйвид графиков скорости объясняется низким разрешением роторов датчиков,количество зубьев которых равно количеству кулачков муфты. Большие70колебания угловых скоростей являются результатом неравномерности вращенияасинхронных электродвигателей и переменным сопротивлением вращенияглавной передачи.12Рис.

3.29. Процесс включения кулачковой муфты с использованием алгоритмаопределения положения кулачковНа представленном графике вертикальной прямой обозначен моментподачи команды на блокировку дифференциала. Время включения составило0.05 с. На Рис.

3.30 представлен график включения муфты при тех же условияхно без использования представленного алгоритма. В данном случае включениепроизошло с большой задержкой (0,3 с), которая связана с взаимодействиемторцевых поверхностей кулачков полумуфт.12Рис. 3.30. Процесс включения кулачковой муфты без использования алгоритмаопределения положения кулачков71Выводы по главе 3Использование алгоритма включения кулачковой муфты с определениемвзаимного расположения кулачков полумуфт уменьшает время включения исущественно повышает вероятность надёжного замыкания муфты даже прибольшой разности угловых скоростей. Работоспособность представленногоалгоритма ограничена быстродействием привода блокировки.

Однако ввидутенденции увеличения рабочего давления воздуха в системах автомобиляданный алгоритм имеет свои перспективы. Наиболее подходящее применениепредставленногоспособавключениямуфтывозможновмежосевыхдифференциалах, где разность угловых скоростей валов не так велика.Применение данного алгоритма на многоколёсной технике с большим числомдифференциалов позволит повысить надёжность включения муфт, уменьшитвремя включения блокированных связей в трансмиссии, что повыситподвижность автомобиля в сложных дорожных условиях.

Данный законобеспечиваетсозданиесистемыавтоматическойблокировкиэлементовтрансмиссии при несущественном усложнении конструкции узлов автомобиля.72Глава 4. Разработка метода определения законов управлениямуфтами блокировки дифференциалов в трансмиссии многоосныхколёсных машинЭксплуатацияколёсноймашинывсложныхдорожныхусловияхподразумевает эффективное управление механической трансмиссией, включающее всебя не только правильный выбор передачи, но и включение и выключение тех илииных блокировок дифференциалов. На КМ 8х8 (Рис. 4.1) водителю приходитсяуправлять 7-ю дифференциалами: межосевым, двумя межтележечными и четырьмямежколёсными. Неправильный выбор схемы блокировки дифференциалов можетпривести к потере подвижности колёсной машины. Если же заблокирована всятрансмиссия, то это приведёт к снижению поворотливости автомобиля, а при выездена твёрдое опорное основание – к возможной поломке или к увеличениюсопротивления движению.

Поэтому создание автоматической системы управленияблокированными связями в дифференциальной механической трансмиссии можетсущественно упростить труд водителя и избежать частых поломок из-заневнимательности.Рис. 4.1. Колёсная машина 8х8 КАМАЗ 6560734.1. Математическая модель криволинейного движения колёсноймашиныКлючевым моментом при создании алгоритма управления трансмиссиейзаключаетсяопределениеусловийвключенияивыключенияблокировокдифференциалов. При движении в сложных дорожных условиях хорошиминдикатором состояния опорной поверхности и несущей способности грунтаявляются скорости вращения ведущих колёс и элементов трансмиссии.

При наличиибуксовании одного из колёс или оси система управления сможет определить моментпотери подвижности и заблокировать нужный дифференциал.Однако после блокировки скорости выходных валов дифференциаластановятся равными и определить состояние опорной поверхности в этом случаестановится невозможно, то есть невозможно определить момент выключения муфтыблокировки дифференциала.Для самовыключения блокировки дифференциалов в зарубежных системахиспользуются кулачковые муфты с обратным наклоном боковой поверхностикулачка. При передаче крутящего момента такая муфта остаётся включённой. Привыравнивании условий по сцеплению между колёсами или осями муфта выключаетсяпод действием возвратной пружины. К недостаткам такой конструкции можноотнести повышенные требования к точности изготовления муфты и нестабильностьусловий выключения муфты.В качестве критериев выключения предлагается использовать критическиережимы движения КМ с заблокированной трансмиссией.

К таким режимам можноотнести потерю управляемости и ухудшение поворотливости КМ при криволинейномдвижении. Для оценки таких режимов движения КМ с различными схемамиблокировки трансмиссии была использована известная математическая моделькриволинейного движения колёсной машины, разработанная на кафедре колёсныхмашин МГТУ им. Н.Э.

Баумана.74Система координат и параметры математической модели криволинейногодвижения КМ показаны на Рис. 4.2.Рис. 4.2. Система координат математической модели криволинейногодвижения КМДвижение автомобиля в данной модели описывается системой уравнений:dVx1  8  z  V y     Pfxi a x dtm  i 18a  dV y    V  1   P  fyizx ydtm  i  188d z  M пкi   M RiJ z dti 1i 1Vx  dx  Vx  cos   V y  sin dtdy Vx  sin   V y  cos V y dtd zdti 18Ryi i 18Rxi ,(4.1)75где m - масса автомобиля; J z - момент инерции автомобиля относительно оси z;V - вектор скорости центра масс автомобиля; a - вектор ускорения центра массавтомобиля (абсолютная производная от вектора скорости центра массdVавтомобиля);- относительная производная от вектора скорости центра массdtавтомобиля;  - вектор угловой скорости поворота автомобиля;  - уголповорота автомобиля относительно оси x ; x , y  - координаты центра массавтомобиля в неподвижной системе координат; Ri - вектор силы взаимодействияс грунтом, действующей на i-ое колесо; Pw - вектор силы сопротивления воздуха;M пкi - момент сопротивления повороту i-го колеса.Рассмотрим одно из колес автомобиля (Рис.