СПОСОБ ОЦЕНКИ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ В КОРОБКЕ ПЕРЕДАЧ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2023 года по МПК G01M13/21 G01M17/04 G01L1/06 

Изобретение относится к области испытания и технического диагностирования транспортных средств, эксплуатируемых в составе машинно-тракторного агрегата (МТА), в частности к способу оценки потерь мощности в коробке передач с системой переключения передач без разрыва потока мощности.

Существующие инструментальные методы оценки потерь мощности в агрегатах трансмиссии зачастую не позволяют провести измерение в реальных условиях эксплуатации, обладают низкой точностью измерений, высокой трудоемкостью реализации и требуют сложного оборудования, приобретение которого в большинстве случаев не рационально.

Известен способ определения потерь мощности в коробке передач (КП) посредством измерения мощности потребляемого тока асинхронным электродвигателем, приводящим во вращение КП [1]. Для реализации данного способа коробку передач необходимо предварительно демонтировать с транспортного средства, установить на испытательный стенд и подключить цепной привод от ведущего электродвигателя стенда к первичному валу КП. Мощность , теряемую в агрегате, вычисляют по формуле [1]:

где f- мощность, потребляемая электродвигателем, Вт;

- коэффициент полезного действия электродвигателя;

коэффициент полезного действия цепной передачи.

Недостатками данного способа являются необходимость проведения трудоемких подготовительных работ по демонтажу КП с транспортного средства и ее установки на стенд, а также низкая точность измерений, т.к. представленным способом не предусмотрен учет влияния условий окружающей среды на коэффициент полезного действия двигателя и цепной передачи.

Известен способ определения потерь мощности в коробке передач трактора в условиях эксплуатации, при котором на выходной вал устанавливают проволочные тензометрические датчики, соединенные по полумостовой схеме с влаготермозащитой, коммутация датчиков и усилителя осуществляется ртутными токосъемниками с установленными на них специальными обогревателями. Измерительный комплекс подвергается предварительному тарированию. Потери мощности в КП определяются как разница между эффективной мощностью двигателя и мощностью на выходном валу коробки передач, вычисленная на основании данных, полученных с помощью измерительного комплекса [2].

Несмотря на представленную возможность получения потерь мощности в коробке передач в условиях реальной эксплуатации, данный способ имеет недостатки в виде низкой надежности конструкции, предполагающей наличие токосъемников, содержащих опасное химическое вещество. Использование таких токосъемников часто сопровождается нарушением электрических контактов при обрыве цепи из-за недостатка ртути или ее загрязнения и замыканием между кольцами при избытке ртути. Другим недостатком предлагаемого способа является сложность установки тензодатчиков и токосъемников на валы коробки передач, так как при этом требуется разбор агрегата.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ оценки мощности в коробке передач транспортного средства [3], при котором подготавливают транспортное средство, в опоры коробки передач и, в случае жесткого соединения двигателя и коробки передач, в опоры двигателя устанавливают первичные преобразователи силы, к которым присоединяют измерительное устройство. Подготавливают двигатель к пуску, пускают и прогревают его совместно с коробкой передач до номинальной температуры. При предварительных испытаниях осуществляют разгон технически исправного транспортного средства на каждой передаче с максимально возможным ускорением, фиксируют пиковые значения усилий на опорах, суммируют полученные значения, находят среднее по опорам для соответствующей передачи и принимают его за эталонное значение, строят зависимость среднего значения пиковых усилий на опорах от включенной передачи и принимают ее за контрольную характеристику. При последующих испытаниях транспортного средства в условиях эксплуатации проверяют и, при необходимости, доводят до исправного технического состояния двигатель и сцепление, проводят аналогичные испытания и строят зависимость среднего значения пиковых усилий на опорах от включенной передачи, сравнивают полученную характеристику с контрольной, определяют отклонение средних значений пиковых усилий на опорах при эксплуатации от эталонных значений и дают оценку потерям мощности в коробке передач.

Недостатком данного способа является необходимость проведения предварительных испытаний технически исправного двигателя, в случае определения потерь мощности в коробке передач транспортного средства, имеющего наработку, потребуется восстановление его состояния до технически исправного для определения эталонных значений.

Техническая задача - совершенствование способа оценки потерь мощности в коробке передач за счет снижения трудоемкости и повышения оперативности измерений.

Сущность изобретения заключается в следующем. При проведении испытаний подготавливают эксплуатируемое в составе машинно-тракторного агрегата транспортное средство с механической коробкой передач и системой переключения передач без разрыва потока мощности, в опоры двигателя и коробки передач устанавливают преобразователи силы, в картер маховика и корпус коробки передач монтируют датчики частоты вращения коленчатого вала и раздаточного вала соответственно, к которым присоединяют измерительное устройство. Пускают и прогревают двигатель совместно с коробкой передач и ведущими мостами до номинальной температуры, устанавливают рабочий диапазон скоростей коробки передач, включают первую передачу и начинают движение, заглубляют рабочие органы агрегатируемой машины, устанавливают максимальную частоту вращения коленчатого вала максимальной подачей топлива в двигатель, последовательно повышают передачу рабочего диапазона скоростей и на каждой передаче силами сопротивления агрегатируемой машины, заглубляя и выглубляя рабочие органы, изменяют загрузку двигателя, устанавливая номинальную частоту вращения коленчатого вала при максимальной подаче топлива, одновременно с периодом 720 градусов поворота коленчатого вала не менее чем за пять рабочих циклов двигателя фиксируют мгновенные значения частоты вращения коленчатого вала двигателя и раздаточного вала коробки передач и реакции опор двигателя и коробки передач, по полученным значениям реакций опор двигателя и коробки передач для каждого момента измерений вычисляют суммарный реактивный крутящий момент на опорах двигателя относительно оси вращения коленчатого вала и на опорах коробки передач относительно оси вращения раздаточного вала, мощность двигателя, передаваемую коробке передач, и мощность, передаваемую коробкой передач на ведущие мосты, среднюю мощность двигателя, передаваемую коробке передач, и среднюю мощность, передаваемую коробкой передач на ведущие мосты за период измерений на каждой передаче, а также разность средних значений мощности двигателя, передаваемой коробке передач и мощности, передаваемой коробкой передач на ведущие мосты за период измерений на каждой передаче, которую принимают за величину потерь мощности на соответствующей передаче в исследуемой коробке передач.

На фиг. 1 представлена схема сил и крутящих моментов, действующих на блок цилиндров и корпус коробки передач, опоры двигателя и опоры коробки передач в процессе загрузки машины, где 1 - преобразователи силы; 2 - датчик частоты вращения коленчатого вала; 3 - датчик частоты вращения распределительного вала коробки передач; 4 - измерительное устройство; и , - реакции i-й опоры соответственно двигателя и коробки передач в k-й момент измерения, Н; - эффективный крутящий момент двигателя в k-й момент измерения, Нм; - реактивный крутящий момент на i-й опоре двигателя относительно оси вращения коленчатого вала при включенной m-й передаче в k-й момент измерения, Нм; - реактивный крутящий момент на i-й опоре коробки передач относительно оси вращения распределительного вала при включенной m-й передаче в k-й момент измерения, Нм; - расстояние от оси вращения коленчатого вала до точки измерения реакции i-й опоры двигателя, м; - расстояние от оси вращения распределительного вала до точки измерения реакции i-й опоры коробки передач, м; ,, - частота вращения коленчатого вала двигателя и распределительного вала коробки передач соответственно в k-й момент измерения, мин^-1; - суммарный реактивный крутящий момент на опорах двигателя относительно оси вращения коленчатого вала при включенной m-й передаче в k-й момент измерения, Нм; - суммарный реактивный крутящий момент на опорах коробки передач относительно распределительного вала при включенной m-й передаче в k-й момент измерения, Нм; на фиг. 2 - графическое изображение схемы определения потерь мощности в коробке передач, где ,,, - средние значения мощности двигателя, передаваемой коробке передач, при номинальной частоте вращения коленчатого вала и максимальной подаче топлива соответственно на I,II,III и IV передаче, кВт; ,,,- средние значения мощности, передаваемой коробкой передач ведущим мостам при номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя и максимальной подаче топлива соответственно на I,II,III и IV передаче, кВт; ,,, - потери мощности в коробке передач соответственно на I,II,III и IV передаче, кВт;

Практически предложенный способ может быть реализован следующим образом.

При проведении испытаний в условиях эксплуатации подготавливают транспортное средство с механической коробкой передач и системой переключения передач без разрыва потока мощности, в опоры двигателя и коробки передач устанавливают преобразователи силы 1 (см. фиг. 1) таким образом, чтобы реакции опор и в момент измерения k полностью воспринимались преобразователями, в картер маховика монтируют датчик частоты вращения коленчатого вала 2, в корпус коробки передач устанавливают датчик частоты вращения распределительного вала 3. К преобразователям силы 1, датчику частоты вращения коленчатого вала 2 и датчику частоты вращения распределительного вала 3 присоединяют измерительное устройство 4, питающееся от бортовой сети машины. Пускают и прогревают двигатель совместно с коробкой передач и ведущими мостами до номинальной температуры, устанавливают рабочий диапазон скоростей коробки передач, рекомендованный агротехническими требованиями к выполняемой МТА технологической операции, включают первую передачу и начинают движение, заглубляют рабочие органы агрегатируемой машины и устанавливают максимальную частоту вращения коленчатого вала максимальной подачей топлива в двигатель. Последовательно повышают передачу рабочего диапазона скоростей и на каждой передаче силами сопротивления агрегатируемой машины, заглубляя и выглубляя рабочие органы, изменяют загрузку двигателя, устанавливая номинальную частоту вращения коленчатого вала при максимальной подаче топлива. Одновременно с периодом 720 градусов поворота коленчатого вала не менее чем за пять рабочих циклов двигателя фиксируют мгновенные значения частоты вращения коленчатого вала двигателя и распределительного вала коробки передач , и реакции , , возникающие в опорах вследствие воздействия реактивного крутящего момента соответственно двигателя и коробки передач на раму. По полученным значениям реакций опор двигателя и коробки передач для каждого момента измерений вычисляют суммарный реактивный крутящий момент на опорах двигателя относительно оси вращения коленчатого вала и суммарный реактивный крутящий момент на опорах коробки передач относительно оси вращения распределительного вала по формулам:

где - реактивные крутящие моменты в k-й момент измерений соответственно на 1, 2, 3 и 4 опорах двигателя, Нм;

- реактивные крутящие моменты в k-й момент измерений соответственно на 1, 2, 3 и 4 опорах коробки передач, Нм.

По соответствующим значениям суммарного реактивного крутящего момента на опорах двигателя и суммарного реактивного крутящего момента на опорах коробки передач , частоты вращения коленчатого вала двигателя и частоты вращения распределительного вала коробки передач для каждой передачи отдельно вычисляют мощность двигателя , передаваемую коробке передач и мощность, передаваемую коробкой передач на ведущие мосты по формулам:

после чего вычисляют среднее значение мощности двигателя , передаваемой коробке передач и среднее значение мощности коробки передач , передаваемой на ведущие мосты за период измерений на каждой передаче по формулам:

определяют разность средних значений мощности двигателя, передаваемой коробке передач и мощности, передаваемой коробкой передач на ведущие мосты за период измерения на каждой передаче (см. фиг.2):

которую принимают за величину потерь мощности на соответствующей передаче в исследуемой коробке передач.

Величину сопротивления агрегатируемой машины изменяют путем увеличения глубины обработки почвы с целью обеспечения номинальной загрузки двигателя на каждой передаче, при которой частота вращения коленчатого вала достигает номинального значения при максимальной подаче топлива.

Список источников

1. Курносов А.Ф. Подогрев механической коробки передач транспортных средств сельскохозяйственного назначения в условиях Сибири: дис. … канд. техн. наук / А.Ф. Курносов - Новосибирск, 2016. - С. 66-67.

2. Селиванов Н.И. Рациональное использование тракторов в зимних условиях / Н.И. Селиванов. - Красноярск, 2006. - С. 181-182.

3. Пат. № 2696050 РФ, МПК G01М 13/02, G01М 17/04, G01L 1/06, G01L 1/22. Способ оценки потерь мощности в коробке передач транспортного средства / А.Ф. Курносов, Ю.А. Гуськов, В.Я. Вульферт, А.В. Сухосыр [и др.] - № 2018136388; заявл. 15.10.2018, опубл. 30.07.2019 г. Бюл. № 22.

Изобретение относится к области испытания и технического диагностирования транспортных средств, в частности к способу оценки потерь мощности в коробке передач. При проведении испытаний в условиях эксплуатации в опоры двигателя и коробки передач устанавливают преобразователи силы. В картер маховика и корпус коробки передач монтируют датчики частоты вращения коленчатого вала и раздаточного вала соответственно, к которым присоединяют измерительное устройство. Устанавливают максимальную частоту вращения коленчатого вала максимальной подачей топлива в двигатель, последовательно повышают передачу рабочего диапазона скоростей и на каждой передаче силами сопротивления агрегатируемой машины, заглубляя и выглубляя рабочие органы, изменяют загрузку двигателя. По полученным значениям реакций опор двигателя и коробки передач для каждого момента измерений вычисляют мощность двигателя, передаваемую коробке передач, и мощность, передаваемую коробкой передач на ведущие мосты, величину потерь мощности на соответствующей передаче в исследуемой коробке передач. Технический результат заключается в снижении трудоемкости и повышении оперативности измерений. 2 ил.

Способ оценки потерь мощности в коробке передач транспортного средства, заключающийся в том, что подготавливают эксплуатируемое в составе машинно-тракторного агрегата транспортное средство с механической коробкой передач и системой переключения передач без разрыва потока мощности, в опоры двигателя и коробки передач устанавливают преобразователи силы, в картер маховика и корпус коробки передач монтируют датчики частоты вращения коленчатого вала и раздаточного вала соответственно, к которым присоединяют измерительное устройство, пускают и прогревают двигатель совместно с коробкой передач и ведущими мостами до номинальной температуры, затем проводят испытания, при которых фиксируют контролируемые параметры, отличающийся тем, что при проведении испытаний в условиях эксплуатации устанавливают рабочий диапазон скоростей коробки передач, включают первую передачу и начинают движение, заглубляют рабочие органы агрегатируемой машины, устанавливают максимальную частоту вращения коленчатого вала максимальной подачей топлива в двигатель, последовательно повышают передачу рабочего диапазона скоростей и на каждой передаче силами сопротивления агрегатируемой машины, заглубляя и выглубляя рабочие органы, изменяют загрузку двигателя, устанавливая номинальную частоту вращения коленчатого вала при максимальной подаче топлива, одновременно с периодом 720 градусов поворота коленчатого вала не менее чем за пять рабочих циклов двигателя фиксируют мгновенные значения частоты вращения коленчатого вала двигателя и раздаточного вала коробки передач, а также реакции опор двигателя и коробки передач, по полученным значениям реакций опор двигателя и коробки передач для каждого момента измерений вычисляют суммарный реактивный крутящий момент на опорах двигателя относительно оси вращения коленчатого вала и на опорах коробки передач относительно оси вращения раздаточного вала, мощность двигателя, передаваемую коробке передач, мощность, передаваемую коробкой передач на ведущие мосты, среднюю мощность двигателя, передаваемую коробке передач, среднюю мощность, передаваемую коробкой передач на ведущие мосты за период измерений на каждой передаче, и разность средних значений мощности двигателя, передаваемой коробке передач, и мощности, передаваемой коробкой передач на ведущие мосты за период измерений на каждой передаче, которую принимают за величину потерь мощности на соответствующей передаче исследуемой коробки передач.