Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Проблема повышения эффективности автотранспортных средств (АТС) является одной из важнейших задач народного хозяйства Республики Беларусь. Она становится особенно острой в связи с повышением интенсивности использования автомобильного парка машин. В настоящее время на долга автомобильного транспорта республики приходится около 57..60 % грузопассажирских перевозок, и в ближайшие 10-15 лет этот процент будет неуклонно повышаться.
Производительность АТС определяют масса перевозимого груза и средняя скорость движения. Эти важнейшие показатели постоянно увеличиваются, причем требования по снижению материалоемкости не допускают увеличения собственной массы автомобиля. Нагруженность трансмиссии, как следствие, возрастает, что снижает надежность машинного агрегата автомобиля в целом.
Обзор и анализ литературных источников показал, что основополагающим фактором в формировании нагруженности валопроводов и фрикционных элементов силовой передачи автомобиля является динамическая импульсная составляющая, возникающая при неустановившемся движении в процессе трогання, переключения передач, разгона и торможения.
При движении в городской черте суммарное число переходных процессов Достигает 17 единиц на 1 километр. Данные режимы имеют импульсно- динамический характер нарастания пиковых нагрузок с их последующим затуханием минимум через 3 периода колебаний. Учитывая специфику протекания вышеописанных процессов, а также их плотность на километр пробега, можно сделать вывод о доминирующей роли переходных режимов в формировании нагружеииости АТС.
В целом изучение динамических нагрузок в трансмиссии и изыскание путей их уменьшения является важной и актуальной задачей, особенно для городских автобусов, для которых характерно движение при неустановившемся режиме. .
Связь работы с крупным» научными программами. Диссертационная работа выполнялась в рамках Государственной научно-технической программы "Белавтотракторостроение": "Создать новые модели конкурентоспособных автомобилей, тракторов, дизельных двигателей, выпускаемых ведущими предприятиями машиностроительного комплекса, для нужд республики и экспорта на 1996-1997 г. и на период до 2000 года", этап ЛТ-01 01.16 "Разработать конструкцию, изготовить и провести испытание опытных образцов новой прогрессивной коробки с переключением передач бея разрыва потока мощности". Утверждена постановлением Совета Министров Республики Беларусь в 1996 году, номер государственной регистрации 1093р.
Цели и залами исследовании Целью диссертационной работы является снижение нагружеииости элементов трансмиссии и повышение плавности движения автобуса путем оптимизации параметров алгоритма преселекторного переключения передач
Для достижения мостасЛннои пели необходимо реалпь следующие задачи
1 .Разработать методику и инструментарий для исследования нагруженно-сти трансмиссий АТС, оборудованных перспективной коробкой передач (КП), при переходных процессах,
2.Доказать адекватность разработанных моделей реальному процессу:
составить программу и методику экспериментальных исследований, реализовать
их на испытательном стенде и сопоставить результаты моделирования процесса
переключения передач (ППП) на ЭВМ с экспериментальными данными.
З.Провести машинный эксперимент:
обосновать выбор КП для городского автобуса, сопоставив показатели нагруженное трансмиссии при обычном и преселекторном переключении передач;
разработать методику, алгоритм и программу синтеза параметров алгоритма переключения передач (АПП) на ЭВМ;
оптимизировать параметры алгоритма преселекторного переключения передач.
4. Разработать регрессионные зависимости оценочных критериев качества ППП от параметров алгоритма преселекторного переключения передач.
Объект и предмет исследовании. Объектом исследования являлся силовой агрегат автобуса, оборудованного коробкой передач с двойкой фрикционной муфтой (ДФМ) на входе. Как следует из поставленной цели и задач, предметом исследования была иагруженность трансмиссии городского автобуса, оборудованного принципиально новой КП.
Гипотеза. Предполагается, что благодаря возможности преселекторного переключения передач установка новой КП в трансмиссию автобуса МАЗ-104 сведет к минимуму время разрыва потока мощности при переключении ступеней. Причем последнее обстоятельство будет способствовать снижению нагруженно-сти валопроводов и фрикционных элементов трансмиссии, повышению плавности процесса переключения передач, улучшению тягово-скоростных свойств, топливной экономичности и экологичности автобуса, что повысит, в конечном итоге, эффективность, производительность и долговечность АТС.
Методология и методы проведенного исследования. Методологической основой работы являются исследования, базирующиеся на принципах дифференциального и интегрального исчисления, имитационного моделирования, оптимизации и многофакторного планирования эксперимента.
В результате проведенного аналитического исследования были получены имитационные модели переходных процессов, вызванных троганнем автобуса с места, преселекторным и пепреселекторным процессами переключения передач. При разработке динамических и математических моделей таких процессов использовались процедуры приведения и упрощения, численный метод решения систем нелинейных дифференциальных уравнений (метод Рунге-Кутта IV порядка), а также математический аппарат гибридных функций и переключателей.
При реализации синтеза параметров алгоритма переключения передач использовался квазшраднентнын метод стохастической аппроксимации с ускоренной сходимостью.
Обработка результатов исследования осуществлялась методом маїематиче-
ского планирования эксперимента, включающего элементы факторного планирования, регрессионный и дисперсионный анализы, а также процедуру крутого восхождения по поверхности обобщенного отклика. Научная новизна работы:
разработана методика исследования нагруженности трансмиссии АТС, оборудованных КП с ДФМ, при переходных процессах;
решена многокритериальная задача синтеза параметров алгоритма преселек-торного переключения передач;
даны рекомендации по уменьшению габаритов и массы перспективной КП за счет рационального выбора параметров двойной фрикционной муфты;
получены регрессионные зависимости оценочных критериев ППП от параметров алгоритма прсселекторного переключения передач.
Практическая (экономическая значимость) полученных результатов. 1 Подтверждена целесообразность установки перспективной коробки передач в трансмиссию автотранспортных средств, что приведет к:
повышению надежности трансмиссионных узлов;
большей комфортабельности пассажиров н (или) лучшей сохранности груза;
улучшению тягово-скоростных свойств;
повышению топливной экономичности и экологичности;
облегчению запуска двигателя при низких температурах.
-
Предложенная методика и инструментарий позволяют получать данные о качественных и количественных характеристиках динамических процессов в трансмиссии.
-
Получены оптимальные параметры АПП, которые могут быть использованы для программирования микропроцессорного блока при автоматизации управления трансмиссией данного типа.
-
Предложены рекомендации по уменьшению габаритов и массы перспективной коробки за счет рационального выбора параметров ДФМ.
Полученные результаты могут быть использованы конструкторскими службами автомобилестроительных предприятии, а также научно - исследовательскими организациями при проектировании трансмиссий с перспективной КП.
Отдельные элементы программного и математического обеспечения, разработанные в ходе данного исследования, используются в учебном процессе на кафедре "Автомобили" БГПА.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
методика исследования нагрузочного режима при переключении передач в трансмиссии автобуса с перспективной КП;
математическая и компьютерная модели переходных процессов, вызванных переключением передач в КП с двойной фрикционной муфтой;
критерии эффективности, оценивающие качество исследуемых процессов;
результаты многокритериальной оптимизации, полученные в процессе синтеза
параметров алгоритма переключения передач;
регрессионные зависимости нагрузочных показателей трансмиссии и интегрального критерия эффективности от параметров алгоритма преселекторного переключения передач;
рекомендации по улучшению качества переходных процессов и выбору параметров двойкой фрикционной муфты.
Личный вклад сдн.уцателр. Автором диссертации самостоятельно разработаны теоретические основы и методика проведення машинного эксперимента, имитационные модели исследуемых процессов, математическое и программное обеспечение синтеза параметров АІ1П и, на основе обобщения полученных результатов, даны рекомендации по их практическому использованию.
Апробация результатов диссертации Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 18, 19 и 20-м Международных научных симпозиумах студентов и молодых научных работников (Польша, г. Зелена Гура, 1996 г., 1997г., 1998г.), на 52-й и 53-й Международных НТК профессоров, преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов (Республика Беларусь, г. Минск, БГПА, 1998 г., 1999 г.), на 15-й Международной НТК по двигателям внутреннего сгорация и моторным транспортным средствам "MOTAUTO'98" (Болгария, г. Варна, 1998 г.), на международной математической конференции "Еругвнские чтемия-Vl" (Республика Беларусь, г. Гомель, ГГУ им. Ф. Скорины, 1999 г.), на II Республиканской НТК "Автомобиль, дорога, безопасность" (Республика Беларусь, г. Минск, 1999 г.).
ОнуДликрванност^ рмудьдатов. Материалы диссертационной работы представлены в 9 научных публикациях, в том числе 3 статьях, 4 тезисах докладов, сделанных на конференідаях, и 2 депонированных рукописях.
Объем опубликованных материалов по теме диссертации составляет 37 страниц печатного текста:
Структупя и объем днесертямпи. Диссертационная работа состоит из введения, общей характеристики работы, 4-х глая, заключения, списка использованных источников и приложения. Полный объем диссертации включает 174 страницы, в том числе основной текст - 91 страницу; 38 иллюстраций и 22 таблицы - 44 страницы; список использованных источников (165 наименований) - 12 страниц, а также 6 приложений - 27 страниц, где текстввая часть занимает 23 страницы (5 распечаток с ЭВМ), а 4 таблицы - 4 страницы.
