Rezumat Teza Liviu Loghin

Cuprinsul rezumatului tezei

2


Cuprinsul rezumatului tezeiCuprinsul rezumatului tezei.............................................................................................. 1 Cuprinsul tezei.................................................................................................................. 5 Introducere ....................................................................................................................... 7 Capitolul 1: Definirea domeniului de studiu ....................................................................... 10 1.1 Generaliti privind mobilitatea autovehiculelor militare ......................................... 10 1.2 Consideraii privind transmisia hidromecanic a autovehiculului militar cu enile studiat.............................................................................................................. 10 1.2.1 Transmisiile hidromecanice ...................................................................... 11 1.2.2 Schimbarea etajelor de vitez.................................................................... 13 1.3 Concluzii ................................................................................................................... 14 Capitolul 2: Stadiul actual al cercetrilor n domeniul schimbrii etajelor de viteze n transmisiile hidromecanice. Obiectivele lucrrii ............................................................ 15 2.1 Stadiul actual al cercetrilor teoretice privind schimbarea etajelor n transmisiile hidromecanice........................................................................................ 15 2.1.1 Procesul schimbrii etajelor de vitez....................................................... 15 2.1.2 Schimbarea etajelor de vitez n transmisia planetar cu dou trepte....... 16 2.2 Stadiul actual al simulrii funcionrii n regim dinamic a transmisiei hidromecanice THM-800. ......................................................................................... 18 2.3 Concluzii ................................................................................................................... 21 2.4 Obiectivele lucrrii.................................................................................................... 22 Capitolul 3: Modelul matematic al transmisiei. Studiul procesului schimbrii unui etaj de vitez n transmisia THM-800 .................................................................................. 24 3.1 Modelarea funcionrii motorului 8VSA2T2............................................................ 25 3.2 Modelul matematic al transmisiei THM 800 ............................................................ 28 3.2.1 Prezentarea transmisiei THM 800............................................................. 28 3.2.2 Modelul matematic al hidroconvertizorului.............................................. 31 3.2.3 Studiul conlucrrii motorului 8VSA2T2 cu hidroconvertizorul CHC 420-CML................................................................................................... 33 3.2.4 Modelul matematic al cutiei de viteze planetare....................................... 35 3.2.5 Comanda hidraulic a transmisiei. Ecuaii generale i relaii folosite n analiza instalaiilor de acionare hidraulic........................................... 37 3.2.6 Modelul matematic al electrovalvelor....................................................... 38 3.2.7 Modelul matematic al conductelor............................................................ 38 3.2.8 Modelul matematic al cilindrului de execuie........................................... 39 3.2.9 Modelul matematic al ambreiajului multidisc .......................................... 41 3.3 Studiul cuplrii unui etaj ntr-o cutie de viteze planetar, utiliznd un ambreiaj multidisc acionat hidraulic. ...................................................................................... 42 3.4 Concluzii ................................................................................................................... 44 Capitolul 4: Cercetarea experimental a transmisiei THM-800 ....................................... 46 4.1 Aparatura utilizat pentru cercetarea experimental a transmisiei hidromecanice THM-800. Prezentarea lanului de msurare Omega. ...................... 46 4.1.1 Convertorul analogdigital ....................................................................... 47 4.1.2 Condiionatorul de semnal ........................................................................ 47

3


Mrimile msurate. Prezentarea traductorilor, a dispozitivelor de fixare i a programului de achiziie a datelor. Metodologii de msurare................................... 48 4.2.1 Msurarea turaiei arborelui de ieire din transmisie ................................ 49 4.2.2 Msurarea turaiei motorului..................................................................... 49 4.2.3 Msurarea presiunilor din circuitul hidraulic de acionare ....................... 50 4.2.4 Msurarea momentului la arborele de ieire din transmisie...................... 51 4.2.5 Msurarea poziiei manetei schimbtorului de viteze............................... 51 4.2.6 Msurarea deplasrii distribuitorului electrovalvei................................... 52 4.2.7 Msurarea ntrzierilor de pe lanul de comand a electrovalvelor .......... 53 4.2.8 Msurarea tensiunilor de pe electromagneii electrovalvelor de comand .................................................................................................... 54 4.2.9 ncercarea transmisiei THM 800 la funcionarea pe stand ....................... 54 4.2.10 Scurt prezentare a programului DasyLAB .............................................. 55 4.3 Rezultatele obinute n urma cercetrilor experimentale efectuate pe standul de ncercri..................................................................................................................... 56 4.4 Concluzii ................................................................................................................... 61 Capitolul 5: Simularea funcionrii transmisiei THM-800 n regim dinamic.................. 63 5.1 Prezentarea mediului de programare ADAMS ......................................................... 63 5.2 Realizarea modelului complet al transmisiei THM-800 ........................................... 63 5.3 Validarea modelului realizat, pe baza ncercrilor experimentale ............................ 64 5.4 Simularea funcionrii transmisiei n diferite condiii de comand a schimbrii etajelor de vitez. ...................................................................................................... 67 5.4.1 Influena presiunii uleiului din circuitul hidraulic de comand a schimbrii etajelor de vitez ..................................................................... 69 5.4.2 Influena timpului de ntrziere introdus de selectorul de regimuri.......... 73 5.4.3 Comportarea transmisiei n condiiile modificrii simultane a presiunii uleiului din circuitul hidraulic de comand i a timpului de ntrziere introdus de selectorul de regimuri............................................. 78 5.5 Concluzii ................................................................................................................... 83 Capitolul 6: Concluzii finale. Contribuii i deschideri ale tezei de doctorat................... 85 6.1 Concluzii finale ......................................................................................................... 85 6.2 Contribuii ................................................................................................................. 88 6.3 Deschideri ale tezei de doctorat ................................................................................ 89 Bibliografie..................................................................................................................... 91

4.2

4

Cuprinsul tezei

Cuprinsul tezei

5

Cuprinsul tezei

6

Introducere

IntroducereAutovehiculele militare rapide cu enile (tancurile, transportoarele, mainile de lupt ale infanteriei, obuzierele autopropulsate, etc.) au o larg rspndire n cadrul armatelor moderne, printre altele i datorit capacitii de deplasare cu viteze ridicate pe terenuri deformabile, cu denivelri pronunate, caracteristice cmpului de lupt. Una dintre cerinele de baz impuse astzi autovehiculelor militare o constituie obinerea unor performane dinamice ridicate, n condiiile unor dimensiuni de gabarit i mase mari, cu consumuri energetice minime. Mobilitatea tactic a autovehiculului, este determinat, pe de o parte de performanele motorului de traciune i pe de alt parte, de performanele transmisiei cu care este echipat acesta, de calitatea schimbrii etajelor de vitez sau de uurina executrii virajului. Procesul schimbrii etajelor de vitez este legat att de calitatea sistemului de comand ct i de modul de execuie a schimbrii etajelor de vitez. Transmisia are rolul de a adapta posibilitile energetice ale motorului cu ardere intern la nevoile de traciune ale autovehiculului, n funcie de dorina conductorului autovehiculului i de caracteristicile cii de rulare. Autovehiculele echipate cu transmisie hidromecanic reprezint sisteme complexe n compunerea crora intr subsisteme de natur mecanic, hidraulic i electric, subsisteme care interacioneaz ntre ele pe timpul funcionrii autovehiculului i ale cror caracteristici statice i dinamice influeneaz funcionarea autovehiculului n ansamblu. Tancul TR-85 din dotarea armatei romne este echipat cu transmisia hidromecanic THM-800 cu hidroconvertizor blocabil, schimbarea etajelor de vitez fcndu-se manual. n funcie de viteza de deplasare a autovehiculului conductorul d comanda de schimbare a etajelor, prin intermediul schimbtorului de regimuri, unui circuit electro-hidraulic de comand a schimbrii etajului. Acesta emite comenzi sub form de semnale electrice (tensiuni i cureni) care se aplic unor electrovalve din circuitul hidraulic de comand. Electrovalvele deschid sau nchid circuitele hidraulice prin care se acioneaz pistoanele ce blocheaz sau elibereaz discurile de friciune ale frnelor i ambreiajelor care comand funcionarea mecanismelor planetare din compunerea transmisiei. Presiunea din circuitul de cuplare, deci fora de cuplare i timpul de realizare a cuplrii au valori constante. Datorit complexitii sistemului autovehicul-teren este foarte dificil de apreciat teoretic care sunt efectele modificrii unui parametru din comanda schimbrii etajelor7

Introducere

de vitez i dac acesta influeneaz sau nu performantele dinamice (caracteristicile de mobilitate) ale autovehiculului de lupt. Un studiu amnunit al problematicii schimbrii etajelor de vitez n transmisiile hidromecanice se poate efectua doar cu ajutorul schemelor de simulare, prin urmrirea evoluiei mrimilor de ieire din sistem pe baza variaiei impuse a mrimilor de intrare, scheme pe baza crora se realizeaz optimizarea procesului de schimbare a vitezelor n funcie de parametrul dorit (vitez, consum de combustibil etc) Lucrarea de fa i propune s contribuie cu noi elemente la studiul teoretic i experimental al autovehiculelor rapide cu enile, cu focalizarea preocuprilor asupra procesului de schimbare a etajelor de vitez n transmisiile hidromecanice. Alegerea temei a izvort din dorina studierii posibilitii de a propune soluii de mbuntire a comenzii electro-hidraulice de schimbare a etajelor de vitez din transmisia THM800 n scopul creterii mobilitii tancului, element important n supravieuirea acestuia pe cmpul de lupt modern. Capitolul 1 cuprinde trecerea n revist a principalelor tipuri constructive de transmisii ce echipeaz autovehiculele, punndu-se accent pe prezentarea transmisiilor hidromecanice i a parametrilor funcionali de apreciere a acestora. Capitolul 2 i propune prezentarea att a stadiului actual al cercetrilor teoretice n domeniul schimbrii etajelor de viteze n transmisiile hidromecanice ct i a preocuprilor existente n ceea ce privete elaborarea de modele ale transmisiei utiliznd programe de calcul specializate. n urma concluziilor formulate n acest capitol s-au conturat obiectivele pe care aceast lucrare i propune s le ating. Capitolul 3 are drept scop modelarea matematic a subsistemelor transmisiei THM-800 (transmisie planetar, hidroconvertizor, comanda hidraulic a schimbrii etajelor de vitez), realizarea caracteristicii tridimensionale ce descrie funcionarea motorului 8VSA2T2 i, pe baza ei, studierea conlucrrii motorului de traciune, la toate sarcinile, cu hidroconvertizorul din compunerea transmisiei THM-800 n vederea obinerii caracteristicii exterioare tridimensionale a acestuia. O atenie deosebit se acord, n acest capitol, studierii procesului cuplrii unui etaj de vitez ntr-o cutie de viteze planetar, utiliznd un ambreiaj multidisc acionat hidraulic. Capitolul 4 are ca scop prezentarea modului n care a fost realizat cercetarea experimental. Sunt evideniate aspecte legate de ncercrile efectuate att asupra electrovalvelor din circuitul de comand i asupra schimbtorului de regimuri pe standul de ncercri al Uzinei Mecanice Bucureti, cu transmisia THM-800, ct i n teren, pentru determinarea performanelor de demaraj ale tancului. Sunt prezentate, de asemenea, pe larg, componena i performanele lanului de achiziie realizat, dispozitivele speciale de prindere a traductorilor proiectate pentru realizarea instrumentrii agregatului energetic, mediul DasyLab utilizat pentru8

Introducere

achiziia de date, grafice de variaie a mrimilor msurate, date i valori determinate experimental n vederea validrii modelelor matematice propuse. Distribuitorul sertar al electrovalvei din compunerea comenzii electro-hidraulice a transmisiei THM-800 a fost studiat experimental pentru prima dat, graie traductorului de deplasare miniatural avut la dispoziie. Capitolul 5 prezint, pe scurt, mediul de programare ADAMS care a permis realizarea modelului complet al transmisiei THM-800 (transmisia hidromecanic i comanda hidraulic de schimbare a etajelor). Se descrie modul n care acesta a fost realizat, pe baza modelelor matematice propuse i etapele care au fost parcurse pentru mbuntirea lui, n aa fel nct s poat fi validat pe baza rezultatelor msurtorilor experimentale efectuate. Cu ajutorul modelului astfel validat s-a studiat influena diferiilor parametri i caracteristici ale comenzii transmisiei asupra performanelor dinamice ale tancului, concluzionnd asupra posibilitii practice de cretere a mobilitii acestuia pe cmpul de lupt. Capitolul 6 conine principalele concluzii care se pot desprinde din lucrarea de fa precum i contribuiile autorului n domeniul abordat. Se evideniaz utilitatea practic a studiilor teoretice i experimentale efectuate prin propuneri de modificri relativ simple ce pot fi aduse comenzii transmisiei tancului TR-85, avnd ca efect mbuntirea performanelor dinamice ale acestuia. Doresc s mulumesc, n mod deosebit, conductorului de doctorat, domnul general de brigad (r) prof. univ. dr. ing. Drago COSTACHE pentru ndrumarea i ajutorul permanent acordate n ntocmirea lucrrii de fa. Mulumiri deosebite aduc i domnului colonel prof. univ. dr. ing Ticuor CIOBOTARU pentru sugestiile oferite pe tot parcursul demersului meu tiinific. Colectivului catedrei din care fac parte, efului acesteia, domnul colonel prof. univ dr. ing Minu MITREA doresc s le adresez mulumiri pentru sprijinul acordat i ncrederea manifestat. O recunotin aparte port colegilor lt. col. conf. dr. ing. Lucian GRIGORE i mr. lector dr. ing. Valentin VNTURI pentru ncurajrile i sfaturile permanente pe care mi leau adresat. Sincere mulumiri exprim domnului director al Uzinei Mecanice Bucureti, domnul colonel (r) dr. ing. Dan ONICA care mi-a pus la dispoziie, n vederea testrii experimentale, un agregat energetic de tanc, standul de ncercri i o echip de mecanici ce, timp de cteva sptmni, au realizat, sub ndrumarea mea, modificrile necesare n vederea instrumentrii agregatului energetic i standului de ncercri. Le mulumesc tuturor!9

Capitolul 1: Definirea domeniului de studiu

1 Capitolul 1Definirea domeniului de studiu1.1 Generaliti militare privind mobilitatea autovehiculelor

Mobilitatea tactic a subunitilor i unitilor lupttoare, definit drept capacitatea de manevr a trupelor n cmpul tactic depinde ndeosebi de capacitatea tehnicii de lupt de a trece peste obstacole i de a se deplasa cu vitez sporit n orice teren indiferent de condiiile meteorologice, att ziua ct i noaptea. Mobilitatea trupelor sporete n mod considerabil capacitatea acestora de a executa rapid manevre n cmpul de lupt i asigur eficacitatea loviturilor executate prin surprindere. Combinat cu alegerea just a direciei loviturii principale i cu mascarea, mobilitatea poate s asigure o superioritate parial asupra unui inamic mai puternic. Sunt deci fireti preocuprile intense ale constructorilor pentru obinerea unei mobiliti ct mai mari a autovehiculelor militare, aceasta fiind condiionat, n principal, de agregatul energetic, respectiv de motorul i transmisia autovehiculului dar i de suspensia i propulsia acestuia. n acelai timp, specialitii cu preocupri n domeniu au n vedere i obinerea unor performane dinamice ridicate cu consumuri de combustibil ct mai mici deoarece economicitatea constituie un alt deziderat important urmrit. Se poate aprecia c, alturi de motorul de traciune, transmisia este agregatul care influeneaz ntr-o foarte mare msur performanele autovehiculului.

1.2 Consideraii privind transmisia hidromecanic a autovehiculului militar cu enile studiatMotoarele cu ardere intern cu piston echipeaz n prezent majoritatea autovehiculelor cu roi i cu enile. Din analiza caracteristicilor de turaie ale acestora se constat c modificnd turaia n limite mari se obine o variaie redus a momentului motor. Capacitatea motorului de a nvinge totalitatea rezistenelor la naintare ale

10


autovehiculului este extrem de redus, fapt care face indispensabil prezena unei cutii de viteze n lanul de transmitere a fluxului de putere ctre roile motrice ale autovehiculului. Transmisiile ce echipeaz diferite categorii de autovehicule pot fi mprite, dup modul de variaie a rapoartelor de transmitere n dou mari grupe [18]: cu variaie n trepte a raportului de transmitere; cu variaie continu a raportului de transmitere. Cele cu variaie n trepte a raportului de transmitere asigur un numr limitat de rapoarte de transmitere, fapt ce duce la rezolvarea incomplet i n mod discontinuu a problemei adaptrii motorului de traciune la cerinele de progresiune ale autovehiculului. Cealalt categorie de transmisii din compunerea autovehiculelor asigur variaia continu a raportului de transmitere, numrul de rapoarte de transmitere fiind practic nelimitat. Pe de alt parte, dup modul n care se realizeaz schimbarea etajelor n cutiile de viteze, transmisiile cu variaie n trepte a raportului de transmitere se mpart n dou categorii: transmisii la a cror cutii de viteze schimbarea etajelor se face manual; transmisii automate.

1.2.1 Transmisiile hidromecaniceTransmisiile hidrodinamice (notate THD) utilizeaz energia hidraulic a mediului lichid sub form de presiune hidrodinamic, prin intermediul hidroconvertizorului (Fig. 1.1) care este inclus n circuitul de transmitere al fluxului de putere de la motorul cu ardere intern ctre propulsor.

a)

b)

Fig. 1.1. Hidroconvertizorul a)Schema unui hidroconvertizor cu aparat director eliberabil: 1-Pomp, 2-Turbin, 3-Aparat director (Stator) , Md- cuplaj unisens, b) Curgerea curentului de lichid prin reelele de palete ale rotoarelor

11


Hidroconvertizorul (notat HC) realizeaz transmiterea micrii de la pompa 1 la turbina 2 prin intermediul unui mediu fluid, asigurnd o variaie continu a coeficientului de transformare a momentului n gama Kh=1,5...4,0. Utilizarea unor HC cu valoare mare a coeficientului maxim de transformare a momentului este dezavantajoas din punct de vedere al randamentului, funcionarea THD la regimuri de lucru caracterizate de randamente reduse ale HC fiind mult extins. Lund n considerare faptul c, pentru autovehiculele militare, cerinele de progresiune conduc la game de variaie a rezistenelor totale la naintare d=14...18, rezult c numai simpla prezen a hidroconvertizorului nu este n msur s satisfac o adaptare corespunztoare a caracteristicii motorului cu necesitile progresiunii i prin urmare, se impune necesitatea adoptrii, pe lng THD i a unor cutii de vitez care s realizeze variaia n trepte a momentului transmis i implicit, a turaiei [3]. Prin asocierea unei transmisii hidrodinamice cu o cutie de viteze mecanic se obine o transmisie hidromecanic (notat THM). Acestea realizeaz o variaie automat i continu a forei de traciune la roile motrice, n cadrul fiecrui etaj al cutiei de viteze mecanice, n funcie de mrimea rezistenelor la naintare, conducnd astfel la sporirea vitezei medii de deplasare prin posibilitatea utilizrii mai frecvente a motorului la sarcin total. Dintre soluiile de cutii de viteze existente, n construcia transmisiilor hidromecanice moderne s-au impus, datorit avantajelor certe, cutiile de viteze planetare. Autovehiculul militar cu enile studiat este echipat cu o transmisie hidromecanic obinut prin asocierea unui hidroconvertizor cu o cutie de viteze mecanic, de tip planetar, ce asigur variaia n trepte a raportului de transmitere, schimbarea etajelor din cutia de viteze mecanic efectundu-se manual. Analiza modului de funcionare a cutiilor de viteze mecanice permite s se constate c fora de traciune nu este utilizat n mod raional din cauza variaiei n trepte a rapoartelor de transmitere. n cadrul procesului de schimbare a vitezelor motorul este decuplat de transmisie iar fluxul de putere nu se transmite la roile motrice, ceea ce are drept consecin micorarea vitezei medii de deplasare a autovehiculului. n condiiile cmpului de lupt, schimbrile frecvente ale etajelor (uneori 2-3 schimbri pe minut) solicit atenia mecanicului-conductor; n plus, mecanicul-conductor este obligat s depun eforturi fizice considerabile pentru acionarea elementelor de comand. Cutiile de viteze clasice sunt solide, simple i ieftine, ns neajunsurile menionate le fac necorespunztoare dinamicii luptei moderne. n schimb, transmisiile de tip hidromecanic, cu HC n compunerea lor i cutie de viteze cu mecanisme planetare, care asigur o caracteristic de traciune apropiat de hiperbola teoretic de traciune i permit schimbarea etajelor de vitez sub sarcin, fr ntreruperea fluxului de putere, ofer avantaje nete chiar dac au o construcie mai complicat i sunt mai costisitoare. 12


Reiese deci, clar, necesitatea utilizrii transmisiilor hidromecanice i importana preocuprilor pentru realizarea unor astfel de transmisii performante, care s rspund ct mai bine cerinelor cmpului de lupt modern, preocuprile specialitilor din domeniu n aceast direcie viznd att studierea posibilitilor de reducere a timpului de schimbare a etajelor de vitez, ct i realizarea automatizrii schimbrii lor.

1.2.2 Schimbarea etajelor de vitezPentru a se asigura unui autovehicul caliti dinamice i economice optime, indiferent dac transmisia acestuia este mecanic sau hidromecanic, schimbarea etajelor de vitez trebuie s aib loc la momente de timp bine stabilite. n cazul comenzii manuale a schimbrii etajelor, decizia schimbrii etajului aparine conductorului autovehiculului care, pe baza informaiilor primite de la autovehicul i de la terenul pe care se execut rularea stabilete momentul la care este posibil trecerea la un alt etaj. n cazul transmisiilor automate, comanda schimbrii etajelor se realizeaz de ctre elementul de automatizare pe baza informaiilor furnizate de conductorul autovehiculului, de motorul de traciune, de autovehicul i de mediu. Transmisiile moderne folosite pe autovehiculele de astzi sunt transmisii "inteligente" n compunerea crora intr i calculatoare de proces care comand schimbarea etajelor n urma evalurii unei serii ntregi de parametri, avnd memorate diferite programe de schimbare. Pentru cazul unui autovehicul echipat cu o transmisie hidromecanic, pe lng parametrii care caracterizeaz regimul de funcionare al autovehiculului (viteza de deplasare, sarcina motorului etc.) o mare importan n procesul schimbrii etajelor o au i o serie de parametri ce sunt legai de funcionarea transmisiei, cum ar fi: - turaia de intrare n hidroconvertizor; - turaia de ieire din transmisie; - cuplul la arborele de ieire din transmisie; - presiunile din sistemul hidraulic de acionare a frnelor sau ambreiajelor de cuplare a etajelor de vitez; - tensiunile aplicate pe electrovalvele de comand; - temperatura uleiului din transmisie. Comanda schimbrii se face de ctre calculatorul din sistemul electronic de control, pe baza semnalelor primite de la traductorii care transform mrimile fizice enumerate mai sus n semnale electrice. Semnalele electrice generate de ctre calculator sunt prelucrate i aplicate electrovalvelor din sistemul hidraulic de comand care realizeaz circuitele hidraulice n aa fel nct frnele i ambreiajele care controleaz blocarea elementelor mecanismelor planetare s acioneze la momente de timp bine stabilite, fiind continuu controlat fora dezvoltat de cilindrii hidraulici de acionare. 13


1.3 ConcluziiConcluziile care pot fi formulate n urma analizrii domeniului de studiu sunt urmtoarele: 1. Mobilitatea autovehiculelor este condiionat, n primul rnd, de agregatul energetic al acestora, respectiv de ctre motorul de traciune i de ctre transmisie; 2. Transmisia unui autovehicul, ca totalitate a agregatelor care fac legtura cinematic i energetic ntre motor i sistemul de propulsie trebuie s compenseze principalele neajunsuri ale motoarelor cu ardere intern, asigurnd variaia efortului de traciune i a vitezei de deplasare a autovehiculului n funcie de cerinele conducerii i de mrimea rezistenelor la naintare; 3. Exist o mare varietate de transmisii care pot s echipeze autovehiculele, clasificarea lor putndu-se efectua dup criterii constructive sau funcionale; 4. Transmisiile hidromecanice se ntlnesc pe numeroase tipuri de automobile i sunt obinute prin asocierea unei transmisii hidrodinamice cu o cutie de viteze mecanic; 5. Calitile dinamice sau de economicitate ale autovehiculului depind i de parametrii procesului de schimbare a etajelor. Schimbarea etajelor trebuie s se fac astfel nct cuplul de ieire s se menin, pe ct posibil, constant iar ocurile transmise n momentul schimbrii s fie minime. Acest lucru este posibil doar dac sistemul electric de comand realizeaz comanda schimbrii innd cont de ci mai muli parametri de intrare; 6. Pentru cazul unui autovehicul echipat cu transmisie hidromecanic, pe lng parametrii ce caracterizeaz regimul de funcionare al autovehiculului o mare importan n procesul schimbrii etajelor din cutia de viteze o au i parametrii legai de funcionarea transmisiei. Acetia sunt, n fapt, i parametrii care trebuie investigai n cadrul cercetrilor experimentale, astfel nct, studierea lor s permit identificarea cilor pentru ameliorarea procesului de schimbare a etajelor de viteze din transmisiile hidromecanice; 7. Cerinele cmpului de lupt modern subliniaz clar necesitatea utilizrii transmisiilor hidromecanice pe autovehiculele militare i deci, importana preocuprilor pentru realizarea unor astfel de transmisii performante; 8. Preocuprile specialitilor din domeniu n sensul obinerii unor transmisii hidromecanice performante vizeaz att reducere timpului de schimbare a etajelor de vitez ct i automatizarea schimbrii lor.

14

Capitolul 2: Stadiul actual al cercetrilor n domeniul schimbrii etajelor de viteze n transmisiile hidromecanice. Obiectivele lucrrii.

2 Capitolul 2Stadiul actual al cercetrilor n domeniul schimbrii etajelor de viteze n transmisiile hidromecanice. Obiectivele lucrrii2.1 Stadiul actual al cercetrilor teoretice privind schimbarea etajelor n transmisiile hidromecanice.2.1.1 Procesul schimbrii etajelor de vitez.n literatura de specialitate care abordeaz problematica schimbrii sub sarcin a etajelor din cutia de viteze se menioneaz c, pe parcursul procesului de schimbare a treptelor de vitez, trebuie satisfcute urmtoarele cerine [48]: transmiterea puterii la roile motoare s se execute fr ntrerupere; transmiterea momentului fr oc i continuu la trecerea de la o treapt la alta; variaia continu i monoton a turaiei motorului de antrenare; respectarea limitelor de temperatur impuse la nclzirea elementelor de frecare participante n procesul de schimbare a treptelor de vitez. Asigurarea continuitii forei de traciune la roi impune ca preluarea momentului corespunztor noii trepte de ctre elementele de cuplare (ambreiaje i frne), s se fac prompt, n ciuda diferenelor de turaie existente la trecerea dintr-o treapt n alta. Procesul de trecere de la o treapt la alta se desfoar n cinci faze [48]: Faza 1: Transmiterea n treapta veche. Este acionat numai ambreiajul treptei vechi i se transmite un cuplu necunoscut, fr alunecare. Faza a 2-a. Transmiterea n treapta veche. Ambreiajul treptei vechi este acionat dar ncepe acionarea i a ambreiajului treptei noi. Momentul transmis de ambreiajul treptei vechi este necunoscut pentru c nu exist alunecare. n ambreiajul treptei noi, existnd alunecare, momentul este definit. Faza a 3-a. Fr transmitere rigid. Fie ambele ambreiaje patineaz, fie unul este decuplat iar cellalt patineaz. Momentele transmise sunt cunoscute. Cele dou pri ale transmisiei funcioneaz independent de turaie, dar cuplate prin momentele transmise. Starea tranzitorie se va sfri imediat ce diferena de turaie se va anula la unul dintre ambreiajele acionate. 15


Faza a 4-a. Transmite treapta nou. Pe lng ambreiajul treptei noi, rmne parial cuplat i ambreiajul treptei vechi. Ambreiajul treptei noi este fr patinare i deci, momentul transmis este necunoscut. Faptul c ambreiajul vechi patineaz determin ca momentul transmis de el s fie definit. Starea 4 corespunde strii 2. Analiza este similar cu cea de la faza a doua. Faza a 5-a. Transmite treapta nou. Este acionat numai ambreiajul treptei noi, fr patinare. Momentul transmis este necunoscut. Starea 5 corespunde strii 1. Rezult ecuaia de micare a autovehiculului n noua treapt.

2.1.2 Schimbarea etajelor de vitez n transmisia planetar cu dou trepte.O astfel de transmisie planetar este reprezentat n Fig. 2.1 [48] i este alctuit din patru pri legate ntre ele prin momente i mase. Pentru a defini starea sistemului sunt necesare 6 ecuaii. Fiecare subsistem trebuie s fie n echilibru dinamic.JS J1 C J2 s*1

Mm 1

M1

p

S

M2 2 F A

2

Fig. 2.1. Transmisia planetar cu dou trepte

n cazul prezentat n figur, coroana C este solidar cu arborele de intrare 1, platoul portsatelii p cu arborele de ieire 2, iar roata central (roata solar) S este blocat. Pentru schimbarea etajului, se decupleaz frna F, care blocheaz roata central S i se cupleaz ambreiajul A care solidarizeaz ntre ele roata central S i platoul portsatelii p. Dac se neglijeaz pierderile din angrenaje, utilizndu-se notaiile: 1 pentru intrare, 2 pentru ieire, i12 pentru raportul de transmitere cinematic, se obine:i12 =

C p

=S =0

1 . 2

(2.1)

Ecuaiile de echilibru a momentelor pentru subsistemele componente ale transmisiei planetare sunt [48]: 1. pentru subsistemul elementelor situate n partea dinspre motor pn la 16


intrarea n transmisie:M m J11 = M 1 ,

(2.2)

unde Mm este momentul motor iar J1 momentul de inerie al maselor solidare cu arborele de intrare n transmisie; 2. pentru subsistemul de blocare al roii centrale S:M A + M F J S S = M S ,

(2.3)

JS fiind momentul de inerie al roii centrale; 3. pentru subsistemul elementelor situate n partea de la ieirea din transmisie pn la roi: (2.4) M 1 + M S M A J 2 2 = M 2 ,=MP

unde J2 este momentul de inerie al maselor solidare cu arborele de ieire din transmisie; 4. pentru roile satelit (al patrulea subsistem):M1 rs* rC MS rS rC rs* J s* ( s* ) = 0 p rS 2 i12 2 i12 MS = J s* s* M1 2 2 ( i12 1)

i12 = 1 + rs* =

( )

p

(2.5)

rC rS 2s*

unde

( )

p

este derivata n raport cu timpul a vitezei unghiulare a

satelitului n jurul axei sale de rotaie din platoul portsatelii, iar Js* momentul de inerie al sateliilor; 5. Relaia dintre vitezele unghiulare ale arborilor centrali ai mecanismului planetar, conform relaiei lui Willis este [18]:1 i12 2 (1 i12 ) S = 0 ;

(2.6)

6. Micarea sateliilor fa de platoul portsatelii. Viteza de angrenare n angrenajul z (angrenajul cu coroana C sau cu roata central S) este : rs ( s ) = rz ( z p ) , p* *

de unde rezult:

( )s*

p

=

rC r (1 2 ) = S ( S 2 ) , rs* rs*

( 2 i12 ) ( s* ) p + 2 (2 1 ) = 0

(2.7)

Se noteaz cu ka i k f factorii de cuplare ai ambreiajului A , respectiv frnei F , cnd exist patinare. La cuplarea complet, fr patinare, (ka )max = (ka )0 , iar (k f )max = (k f )0 .

17


Rezult expresiile:M A = (i12 1) ka M m i M F = (i12 1) k f M m

(2.8)

Rezistenele la naintare sunt reprezentate n calculele preliminare de momentele rezistente la naintare reduse la arborele de ieire. Se separ partea constant (rezistenele la rulare i la pant) de partea dependent de viteza de deplasare (rezistenele aerului i la demarare) [48]:a

( M 2 )( rul + p ) + 2 3 22 + J 2 2 = i r

c A

R( rul + p ) +

a2

c A v2 + m a i r

(2.9)

unde: c - coeficientul de rezisten a aerului, A - aria seciunii transversale maxime, a - densitatea aerului, - coeficientul masei reduse, r - raza de rulare, i - raportul de transmitere cinematic ntre arborele de ieire din transmisie i roi. Din relaiile (2.4) i (2.5), innd cont c J s J1 i J s J 2 , se obine:* *

2 ( i 1) M 1i12 M A 12 J * s* 2 i12 s

( )

c A 2 2 J 2 2 2 ( M 2 )( rul + p ) = 0 3 p i r

a

(2.10)

Cu relaia (2.7) i (2.1), relaia (2.2) devine [48]:2 c A 2 4 ( i12 1) 2 M m i12 ( i12 1) ka 2 3 2 2 J1i12 + J s* + J 2 ( M 2 )( rul + p ) = 0 (2.11) 2 ( 2 i12 ) i r

a

Din relaia (2.11) innd cont de relaiile (2.2) (2.7), se determin ecuaiile de micare a autovehiculului corespunztoare celor cinci faze ale procesului de schimbare a treptei de vitez.

2.2 Stadiul actual al simulrii funcionrii n regim dinamic a transmisiei hidromecanice THM-800.Utilizndu-se programul ADAMS, n Academia Tehnic Militar a fost realizat, recent o prim variant de simulare a unei transmisii hidromecanice. Acest prim model al transmisiei hidromecanice THM-800 a fost realizat [38] cu ajutorul modulului de baz, ADAMS/View, care permite construirea sistemelor mecanice virtuale i a modulului ADAMS/Control care face posibil legtura ntre intrrile i ieirile modelului virtual prin intermediul softului Matlab. Utilizndu-se modulul ADAMS/View, au fost construite sau importate din programe care permit modelarea 3D, toate elementele mecanice din compunerea transmisiei THM 800, elemente care au fost asamblate i cuplate ntre ele astfel nct n final a rezultat modelul virtual al transmisiei studiate (Fig. 2.2).

18


Fig. 2.2. Modelul virtual al transmisiei THM-800, realizat n ADAMS

Pentru a se putea simula schimbarea etajelor din cutia de viteze, n acest model, elementele de friciune prezente sub form de frne sau ambreiaje au fost acionate de fore aplicate asupra coroanelor mecanismelor planetare (Fig. 2.3). Aceste fore sunt n concordan cu presiunile msurate experimental. Modelul astfel obinut a devenit funcional prin completarea cu modelele motorului i al hidroconvertizorului, modele simplificate [38], realizate cu ajutorul MAP-urilor predefinite n softul Matlab (Fig. 2.3).

Fig. 2.3. Schema modelului virtual al transmisiei THM-800, completat cu modelele motorului i al hidroconvertizorului realizate n Matlab

19


Utilizarea modulului ADAMS/Control a fcut posibil legtura ntre cele trei modele utilizate: al motorului, al hidroconvertizorului i al transmisiei mecanice rezultnd un model funcional dar care necesit, pentru rulare, resurse hardware nsemnate i timpi de rulare a programului pentru simularea funcionrii modelului de ordinul a zeci de ore, acesta fiind i unul dintre marile dezavantaje ale modelului astfel realizat. Totui, aceast combinaie de softuri ADAMS Matlab ofer un puternic instrument de proiectare i simulare al sistemelor mecanice comandate, ns cu limitrile menionate mai sus. Modelele motorului i hidroconvertizorului sunt modele simplificate [38] construite pe baza MAP-urilor corespunztoare, acestea reprezentnd blocuri de date discrete, multidimensionale, construite pe baza datelor furnizate de ctre constructor. Mrimea de ieire reprezint o funcie de mrimile de intrare n MAP, ieirile fiind calculate prin interpolare liniar fa de datele corespunztoare discrete existente n acest bloc. Pentru motor, este posibil generarea momentului de ieire ca funcie de turaie i poziia pedalei de acceleraie. Modelul simplificat al hidroconvertizorului permite generarea momentului la arborele turbinei, care reprezint momentul motor pentru transmisia mecanic n funcie de MAP-ul corespunztor. Modelul virtual astfel obinut permite generarea, prin simulare, a unor rezultate foarte apropiate de cele obinute experimental. Simulrile s-au realizat pentru logica de cuplare prezentat n Fig. 2.4, forele aplicate pe coroanele mecanismelor planetare fiind n concordan cu presiunile determinate experimental. Pedala de acceleraie este apsat 100%, iar la arborele de ieire din transmisie este aplicat un moment rezistent constant. Rezultatele obinute n urma simulrilor, prin rularea modelului astfel obinut, sunt n concordan cu valorile acelorai parametri, msurai experimental. Concluzia a reieit n urma analizei comparative a celor dou seturi de grafice ale mrimilor urmrite, modelul fiind astfel validat.

Fig. 2.4. Forele aplicate pe coroanele de frnare ale transmisiei

20


S-a realizat apoi simularea funcionrii transmisiei n condiii de rulare. Pentru a reda aceast situaie, arborele de ieire din transmisie a fost legat la un volant care are momentul de inerie echivalent cu momentul de inerie al tancului redus la arborele de ieire din transmisie. n acest mod s-au obinut grafice ale diferitelor mrimi studiate. Schimbarea vitezelor s-a executat conform timpilor de schimbare rezultai n urma cercetrilor experimentale. S-a constatat [38] c turaia arborelui de ieire nu mai are alura liniar la sfritul perioadei de simulare ci se stabilizeaz la turaia corespunztoare vitezei maxime a tancului, acest lucru datorndu-se faptului c momentul motor este n funcie de turaie i sarcin. S-a studiat i problematica schimbrii treptelor de vitez din transmisie, controlate electronic, utilizndu-se diferite tipuri de controllere care s permit automatizarea schimbrii etajelor. Pe baza simulrilor s-a concluzionat, n final, ce tip de controller este superior din punct de vedere al timpului de reacie.

2.3 Concluziin urma trecerii n revist al stadiului actual al cercetrilor n domeniul schimbrii etajelor de vitez n transmisiile hidromecanice, se pot formula o serie de concluzii, dintre care mai importante le consider pe urmtoarele: 1. La abordarea problematicii schimbrii sub sarcin a etajelor din cutia de viteze, pentru asigurarea continuitii forei de traciune la roi, se impune ca preluarea momentului corespunztor noii trepte de ctre elementele de cuplare (ambreiaje i frne) s se fac prompt, n ciuda diferenelor de turaie existente la trecerea dintr-o treapt n alta; 2. n procesul trecerii de la o treapt de viteze la alta, se pot distinge cinci faze, pentru fiecare faz putndu-se determina ecuaiile corespunztoare procesului de schimbare a treptei de vitez utiliznd ecuaiile de echilibru a momentelor scrise pentru prile componente ale transmisiei planetare i relaiile existente ntre vitezele unghiulare ale elementelor mecanismelor; 3. Ecuaiile corespunztoare fazelor procesului de schimbare a etajelor de vitez capt forme diferite n funcie de tipul transmisiei studiate, procesul de schimbare fiind mbuntit n cazul transmisiilor cu hidroconvertizor; 4. n domeniul simulrii funcionrii n regim dinamic a transmisiilor autovehiculelor, utilizndu-se programul ADAMS, program ce permite construirea sistemelor mecanice virtuale, recent s-a realizat o prim variant simplificat de simulare a unei transmisii hidromecanice. Aceast prim variant de simulare a funcionrii transmisiei hidromecanice face apel la modelele simplificate ale motorului i hidroconvertizorului realizate cu ajutorul MAP-urilor predefinite n softul Matlab, MAP-uri care datorit numrului mic de valori coninute introduc o serie de erori; 5. Legtura dintre aceste modele utilizate este greoaie, modelul rezultat

21


necesitnd pentru rulare resurse hardware nsemnate i timpi de rulare a programului pentru simularea funcionrii modelului de ordinul a zeci de ore, acesta fiind i unul dintre marile dezavantaje ale modelului realizat; 6. Este foarte dificil, iar uneori aproape imposibil, chiar i utiliznd calculatoare foarte puternice, a se studia diferite influene pe care le au unii parametri asupra valorilor de ieire din model; 7. Pentru frnarea coroanelor mecanismelor planetare, n vederea schimbrii etajelor, s-au fost folosit fore aplicate, fr a se lua ns n considerare influena schimbtorului de regimuri i a electrovalvelor; 8. Modelul are ca scop final studierea problematicii controlului electronic al schimbrii treptelor de vitez din transmisie, n vederea stabilirii controller-ului superior din punct de vedere al timpului de reacie.

2.4 Obiectivele lucrriiinnd cont de cele menionate anterior, lucrarea de fa i propune ca obiective principale, urmtoarele: 1. Identificarea posibilitilor de mbuntire a performanelor de demaraj ale tancului romnesc TR-85 prin studierea transmisiei hidromecanice THM-800 care l echipeaz; 2. Realizarea unui model ADAMS global al transmisiei hidromecanice THM-800 prin adugarea submodelului elementelor de comand hidraulic a schimbrii etajelor de vitez; 3. Studierea influenei parametrilor funcionali ai sistemului de comand a transmisiei hidromecanice THM-800 asupra procesului de schimbare a etajelor de vitez. Pentru atingerea acestor obiective, activitile de cercetare teoretic i experimental prezentate n lucrare se vor focaliza pe urmtoarele aspecte: a) Abordarea problematicii schimbrii etajelor de vitez pentru autovehiculele echipate cu transmisie hidromecanic, pe baza celor mai recente studii teoretice din literatura de specialitate; b) Modelarea matematic a comenzii hidraulice a schimbrii etajelor de vitez din transmisia THM-800; c) Prezentarea i utilizarea unor programe de calcul de referin din domeniul modelrilor i simulrilor mecanice care fac posibil abordarea modern a problematicii schimbrii etajelor de vitez in transmisiile hidromecanice; d) Studierea modului n care se cupleaz, prin intermediul unui ambreiaj multidisc acionat hidraulic, un etaj ntr-o cutie de viteze planetar; e) Obinerea unui model care s reprezinte fidel transmisia studiat, s in cont de conlucrarea dintre motor i hidroconvertizor i care s nu necesite resurse hardware importante i nici timpi nsemnai pentru rularea lui; f) Determinarea caracteristicii tridimensionale a motorului de traciune i

22


studierea conlucrrii acestuia cu hidroconvertizorul din compunerea transmisiei hidromecanice THM-800 n vederea obinerii caracteristicii exterioare tridimensionale a hidroconvertizorului n conlucrare cu motorul de traciune; g) Introducerea acestei caracteristici n modelul ADAMS, i validarea modelului astfel realizat prin compararea datelor obinute prin rularea modelului cu datele msurate experimental; h) Alegerea componentelor, compatibilizarea acestora i realizarea fizic a lanului de achiziie pentru instrumentarea transmisiei; i) Realizarea dispozitivelor speciale de fixare a traductorilor pentru instrumentarea transmisiei hidromecanice THM-800; j) Instrumentarea transmisiei THM-800 pe standul de ncercri. Realizarea n DasyLAB a schemelor de achiziie care s permit calibrarea soft a traductorilor, achiziia, prelucrarea, stocarea i vizualizarea n timp real a datelor experimentale; prelucrarea i interpretarea datelor experimentale n vederea validrii modelului transmisiei; k) Studierea modului n care presiunea uleiului din circuitul hidraulic de comand a schimbrii etajelor de vitez influeneaz performanele de demaraj ale tancului, prin simulare cu ajutorul modelului ADAMS realizat; l) Studierea modului n care schimbtorul de regimuri din compunerea transmisiei influeneaz procesul de schimbare a etajelor de vitez i analizarea posibilitilor de mbuntire a performanelor de demaraj ale tancului prin acionarea asupra acestuia, prin simulare cu ajutorul modelului ADAMS realizat; m) Enunarea de propuneri concrete de modificri a comenzii transmisiei, n scopul creterii mobilitii tancului, pe baza concluziilor obinute n urma studiilor efectuate.

23

Capitolul 3: Modelul matematic al transmisiei. Studiul procesului schimbrii unui etaj de vitez n transmisia THM-800

3 Capitolul 3Modelul matematic al transmisiei. Studiul procesului schimbrii unui etaj de vitez n transmisia THM-800Pentru a realiza studiul funcionrii n regim tranzitoriu a unui sistem este necesar a cunoate modelele matematice ale tuturor subsistemelor sale. Studiul procesele ce au loc pe timpul schimbrii etajelor de viteze ntr-o cutie de vitez hidromecanic impune existena modelelor matematice ale motorului, hidroconvertizorului, transmisiei mecanice, circuitului hidraulic de acionare i al circuitul electric de comand, subsisteme conectate ntre ele ca n Fig. 3.1:

Fig. 3.1.

Subsistemele autovehiculului

Pentru fiecare subsistem exist mrimi de intrare n funcie de care evolueaz mrimile de ieire din subsistem. n cadrul modelului general, dup cum se poate observa din Fig. 3.1, mrimile de intrare n sistem sunt poziia pedalei de acceleraie i poziia selectorului de viteze, iar perturbaia este reprezentat de rezistena la naintare. Mrimile de ieire sunt reprezentate de turaia roii motrice i cuplul la roat. n continuare voi prezenta modelele matematice propuse pentru subsistemele enunate mai sus, pentru cazul unui autovehicul militar cu enile, echipat cu un motor diesel supraalimentat de tipul 8VSA2T2 i cu transmisia THM-800. Pe baza modelelor matematice propuse, cu ajutorul unor programe de modelare-simulare din domeniul ingineriei mecanice, n capitolul 5 s-a realizat

24


completarea modelul virtual al transmisiei hidromecanice cu modelul comenzii hidraulice a schimbrii etajelor de vitez. Acest nou model, validat pe baza comparrii rezultatelor obinute n urma simulrilor cu rezultatele obinute experimental, a permis studierea influenei diferiilor parametri constructivi sau funcionali ai comenzii electro-hidraulice att asupra modului de desfurare a schimbrii etajelor n cutia de viteze ct i asupra performanelor dinamice ale autovehiculului.

3.1 Modelarea funcionrii motorului 8VSA2T2Pentru ca modelul n ansamblu al funcionrii autovehiculului s fie ct mai apropiat de realitate, datele de intrare n model, respectiv dependena momentului motor de turaia motorului i de sarcina acestuia vor fi constituite din valorile experimentale publicate de constructor. Prin interpolarea acestor date se va obine o expresie care va defini valoarea momentului motor n funcie de cele dou variabile enunate. Motorul 8VSA2T2, este un motor diesel, supraalimentat, cu 8 cilindri dispui n V. Dezvolt puterea maxim de 610,46 kW (830 CP) la turaia de 2300 rot/min respectiv cuplul maxim de 282 daNm la turaia de 1650 rot/min Datele experimentale obinute de ctre Institutul de Maini Termice, MASTER S.A. [74], n decursul ncercrii pe stand a unui motor 8VSA2T2 n vederea ridicrii caracteristicilor de performan, conform fielor de ncercri ntocmite, sunt prezentate n continuare, n tabelele 3.1 i 3.2. Pentru motor se mai specific: turaia minim, stabil, de mers n gol, ngmin= 800 rot/min; turaia maxim de mers n gol, ngmax= 2548 rot/min; motorul a fost echipat cu toate instalaiile anexe. Notaiile folosite n continuare au urmtoarele semnificaii: n turaia motorului [rot/min], nn turaia nominal, F fora de frnare [N], Pe puterea efectiv a motorului, exprimat n kW i CP, Me momentul efectiv al motorului [daNm], C consumul orar de combustibil [kg/h], ce consumul specific de combustibil, exprimat n g/kWh i g/CPh.Tabelul 3.1. Caracteristica de turaie la sarcin total a motorului 8VSA2T2Nr. crt. 1 2 3 4 5 6 7 8Mrimi msurate Turaia ncrcare frn Pe n [rot/min] F [N] [CP] 2300 2653 830 2200 2740 820 2100 2830 808 2000 2880 783 1800 2940 720 1600 2960 644 1500 2830 577 1400 2800 533 Mrimi calculate Pe Me C ce [kW] [daNm] [kg/h] [g/CPh] 610,46 253 147.5 177.7 603 262 136.9 167 594 270 133.5 165.2 576 275 128 163.5 529 281 115 159.7 474 282 102 158.4 424 271 92.5 160.3 392 267 86.5 162.2

ce [g/kWh] 241.7 227.1 224.7 222.4 217.2 215.4 218 220.6

25


Tabelul 3.2. Caracteristicile de regulator ale motorului 8VSA2T2Mrimi msurate n F [rot/min] [N] 2300 2653 2350 2390 2400 1800 2548 0 2030 2880 2200 1400 2250 700 2300 0 1800 2940 1900 2100 1980 1200 2070 0 1580 2950 1650 2535 1740 1150 1840 0 1400 2800 1500 1710 1550 875 1600 0 Pe [CP] 830 764 588 0 795 419 214 0 720 543 323 0 634 569 272 0 533 350 185 0 Mrimi calculate Pe Me C [kW] [daNm] [kg/h] 610.464 253 147.5 562 228 141.5 432 172 116 0 0 46 585 275 129.6 308 134 78 157 67 50 0 0 28.5 529 281 115.4 399 201 91 238 115 67 0 0 24 466 282 100.5 418 242 92 200 110 52 0 0 18 392 268 85.9 247 157 60 137 84 36.2 0 0 14 ce [g/CPh] 177.6 185.2 197.4 162.9 186.1 233.3 160.3 167.6 207.3 158.5 161.7 191 161 171.9 196.1 ce [g/kWh] 241.6 251.8 254.5 216.8 272.6 317.3 217.2 227.9 256.6 213.4 210.3 239.7 220.6 233 288.9

1,1nn

nn

0,9nn

0,8nn

0,7nn

Datele experimentale, obinute n urma ncercrii pe stand a motorului au fost prelucrate cu ajutorul programul Mathcad, inndu-se cont i de puterea consumat de ctre ventilator, agregat care nu a echipat motorul testat. Datele experimentale care descriu caracteristica de turaie la sarcin total a motorului s-au interpolat utilizndu-se funcia regresie polinomial multivariabil de ordinul 2. Pentru interpolarea seturilor de date care descriu caracteristicile de regulator ale motorului s-a utilizat funcia lspline. Curbele astfel obinute sunt reprezentate n Fig. 3.2.

Fig. 3.2.

Caracteristica de turaie i caracteristicile de regulator ale motorului 8VSA2T2

26


Ulterior, pentru fiecare poziie a pedalei de acceleraie pentru care s-au nregistrat date experimentale, s-a mprit domeniul de variaie a turaiei n acelai numr de intervale. Pentru fiecare capt al acestor intervale s-au interpolat datele cunoscute ale momentului motor in funcie de poziia pedalei de acceleraie, utiliznd aceeai funcie, lspline. S-a obinut astfel un set de funcii polinomiale. Dndu-se apoi variabilei z (apsarea pe pedala de acceleraie) valori n intervalul (60% 100%) cu un pas de 1%, iar variabilei n (turaia motorului) valori n intervalul (1200 rot/min 2448 rot/min) cu un pas de 1 rot/min s-a obinut o baz de date cu valorile M=f(n,z), cuprinznd mult mai multe valori dect numrul valorilor determinate experimental. Aceasta a permis reprezentarea caracteristicii tridimensionale a motorului 8VSA2T2, M=f(n,z), unde n este turaia motorului iar z poziia pedalei de acceleraie, cu o mult mai mare acuratee. Graficul 3D al acestei caracteristici este prezentat n Fig. 3.3. Din cauza lipsei datelor experimentale, pentru a nu se introduce erori n reprezentarea grafic, funciilor obinute nu li sa dat valori dincolo de capetele intervalelor de variaie a turaiei motorului i a poziiei pedalei de acceleraie menionate mai sus. Aceasta nu influeneaz rezultatele ulterioare deoarece conlucrarea motorului cu hidroconvertizorul se realizeaz la turaii ale motorului mai mari de 1400 rot/min.

Fig. 3.3.

Caracteristica tridimensional a motorului 8VSA2T2

27


3.2 Modelul matematic al transmisiei THM 8003.2.1 Prezentarea transmisiei THM 800Transmisia THM-800 echipeaz tancul romnesc, TR-85. Aceasta este de tip hidromecanic cu cuplare sub sarcin, transmiterea puterii realizndu-se pe un flux de putere la mersul rectiliniu i pe dou fluxuri n viraj. Comanda schimbrii etajelor de vitez se face cu ajutorul unei instalaii electrice care asigur majoritatea comenzilor i semnalizrilor, rapoartele totale (cinematice) de transmitere realizate fiind:Viteza I II III IV Mers rectiliniu Mers nainte Mers napoi 5,89 5,25 2,96 2,94 1,90 1,14 Raza mare 5,60 3,06 1,94 1,15 Viraj Raz mic 7,37 3,52 2,12 1,21

Transmisia mecanic n Fig. 3.4 este prezentat schema cinematic a transmisiei.

32

A1 FMI

Fig. 3.4.

Schema cinematic a transmisiei THM-800

28


Cutia de viteze este de tip planetar cu cuplare sub sarcin, realiznd patru trepte de mers nainte i dou de mers napoi. Cuplarea vitezelor se face cu ajutorul unor mecanisme planetare care au cte un element ce poate fi imobilizat printr-o frn multidisc umed acionat hidrostatic. Priza direct se realizeaz printr-un ambreiaj multidisc ce solidarizeaz dou elemente exterioare ale cutiei de viteze planetare. Sistemul hidraulic de comand al schimbrii etajelor de vitez are ca elemente de execuie patru frne i dou ambreiaje multidisc, umede, acionate hidrostatic [70]. Logica de cuplare a acestor elemente este prezentat n Fig. 3.5. Transmisia este cuplat la motor prin intermediul unui cuplaj dinat. Prin intermediul perechii de roi dinate cu z = 42 i z = 41 puterea este transmis ctre pompa hidroconvertizorului, ctre mecanismul de viraj, ctre pompele hidrostatice Pd , Pp i ctre ventilatorul instalaiei de rcire. Turbina T a hidroconvertizorului transmite fluxul de putere la cutia de viteze planetar prin intermediul ambreiajului A1 ntr-un sens sau altul n funcie de poziia decuplat/cuplat a frnei F1 . Pentru creterea randamentului transmisiei, hidroconvertizorul se scurtcircuiteaz, n regimul turaiilor ridicate, cu ajutorul ambreiajului A3 , posibil a fi acionat n treapta a IV-a.F1 Neutru Viteza I Viteza a II-a Viteza a III-a Viteza a IV-a cu HC Viteza a IV-a cu HC blocat Viteza I Viteza a II-a Elemente de Elemente de execuie comand A1 F2 F3 F4 A2 A3 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7

Mers nainte

Mers napoi

Fig. 3.5.

Ciclograma comenzii vitezelor

Instalaia hidraulic Instalaia hidraulic a transmisiei asigur schimbarea treptelor de vitez, efectuarea virajelor, umplerea hidroconvertizorului, alimentarea hidroambreiajului ventilatorului, cuplarea compresorului de aer i ungerea mecanismelor transmisiei. Aceasta se compune [70], n principal, din pompe hidrostatice, supape de siguran, filtre de ulei, distribuitoare cu sertare comandate electric, distribuitor rotativ pentru viraj, senzori de presiune i de temperatur (Fig. 3.6). Pompa de alimentare (1), cu un debit de 230 l/min, absoarbe uleiul din baia transmisiei prin intermediul filtrului (3) (filtrare grosier) i l refuleaz n rcitoarele amplasate pe agregatul energetic. Filtrul (4) asigur filtrarea fin a uleiului. Uleiul filtrat alimenteaz pompa principal cu trei seciuni 2.

29


Seciunea I, cu un debit de 80 l/min., alimenteaz comenzile cutiei de viteze i ale virajului. Ambreiajele i frnele cutiei de viteze sunt acionate de ctre cilindrii hidraulici de acionare a cror alimentare cu ulei este comandat prin intermediul blocului de distribuie 5 compus din 7 distribuitoare hidraulice (electrovalvele E1E7) acionate electric prin intermediul unor electromagnei. La acionarea electromagneilor de ctre schimbtorul de regimuri, sertarele alimenteaz cu ulei elementele de execuie respective ale frnelor sau ambreiajelor, conform ciclogramei din Fig. 3.5. Seciunea a II-a a pompei principale, cu un debit de 122 l/min., alimenteaz hidroconvertizorul. O parte din ulei este folosit pentru ungerea ambreiajului vitezei a IV-a. Acest circuit este prevzut cu un contactor electric de presiune 13 care, la o presiune mai mic de 1,5 bar, se nchide, aprinznd o lamp roie de pe schimbtorul de regimuri. Supapa de reinere 7 are rolul de a menine presiunea de 4 bar n hidroconvertizor. Din supap, uleiul este refulat n bazinul etan, protejat de supapa 8 de 1,2 bar, de unde este recirculat n pompa principal. Seciunea a III-a a pompei principale, cu un debit de 122 l/min., alimenteaz hidroambreiajul ventilatorului instalaiei de rcire a agregatului energetic. Acest circuit este protejat de supapa 10 de 5 bar.

Fig. 3.6.

Schema hidraulic a transmisiei THM-800

30


Instalaia electric Instalaia electric de comand a transmisiei THM-800 cuprinde selectorul de regimuri cu electronic ncorporat, electromagneii distribuitoarelor electrohidraulice, senzori, elemente de semnalizare. Caracteristicile generale ale instalaiei sunt [70]: tip: monofilar cu minusul la mas; tensiune nominal: 27 v.c.c; tensiune de serviciu: 2230 v.c.c; curent maxim absorbit: 4 A; Caracteristicile semnalizrilor sunt urmtoarele: temperatura hidroconvertizor: t 130 C; presiune comand: p 8.5 bar; presiune ungere: p 1.5 bar; presiune ungere motor: p 1.5 bar.

3.2.2 Modelul matematic al hidroconvertizoruluiHidroconvertizorul (Fig. 3.7) realizeaz transmiterea micrii pe cale hidraulic de la pomp (P) la al crui arbore viteza unghiular este P i momentul MP la turbin (T) cu viteza unghiular i momentul T i MT, realiznd la ieire o cretere a momentului de intrare MT > MP datorit interpunerii ntre turbin i pomp a statorului (S). Pentru determinarea expresiilor momentelor date de fora de aciune a lichidului asupra reelei de palete a hidroconvertizorului se apeleaz la teoria mainilor hidraulice cu palete a lui Euler [41].Fig. 3.7.

Modelul fizic al transmiterii energiei prin hidroconvertizor

Utiliznd aceast teorie se obin expresiile (3.1) ce definesc momentele hidraulice ale elementelor hidroconvertizorului [41]: 2 2 M P = QV ( reS S + reS cmtg eS ) ( reP P + reP cmtg eP ) 2 2 M T = QV ( reP P + reP cmtg eP ) ( reT T + reT cmtg eT ) (3.1) 2 2 M S = QV ( reT T + reT cmtg eT ) ( reS S + reS cmtg eS ) 3 Notaiile folosite reprezint: QV [m /s] debitul lichidului ce trece prin reeaua de palete, , [kg/m3] densitatea fluidului de lucru, este unghiul dintre viteza rezultant, c i viteza de transport, u, este unghiul de nclinare a curentului de lichid, cm este viteza meridional (raportul dintre debit i aria 31


seciunii de curgere). Funcionarea hidroconvertizorului n regim dinamic este descris de un sistem de patru ecuaii difereniale (3.2), ecuaii ce iau n calcul i momentele de inerie ale fluidului de lucru din hidroconvertizor. Primele trei ecuaii se obin aplicnd teorema momentului cinetic pentru cele trei elemente ale hidroconvertizorului, iar a patra este o ecuaie de bilan energetic scris pentru ntreaga cantitate de fluid din hidroconvertizor, aplicat global, pentru cele trei elemente. d 2 2 Q Q dQ I P P + SP V = M P QV rePP + reP V tg eP reSS + reS V tg eS dt dt AP0 AS 0 2 2 QV QV dT dQV IT dt + ST dt = MT QV reTT + reT A tg eT rePP + reP A tg eP T0 P0 (3.2) 2 2 Q Q dQ dS + SS V = M S QV reSS + reS V tg eS reTT + reT V tg eT I S dt dt AS 0 AT 0 2 2 2 2 2 2 2 2 2 SP dP + ST dT + SS dS + L f dQV = reP P T + reT T S + reS S P reP P reT T reS S dt dt dt dt P reP tg eP reS tg eS QvP reT tg eT reP tg eP QvT reS tg eS reT tg eT QvS pierd AP0 AS 0 AP0 AT 0 Q AT 0 AS 0

Pentru cazul statorului fixat la carcas, s = 0 i Is = 0. Mrimile care intervin n relaiile (3.2) sunt urmtoarele: IP, IT, IS ~ momentele de inerie ale corpului pompei, respectiv turbinei i statorului, lund n calcul i masa de fluid care umple fiecare dintre elemente; SP , ST , SS ~ constante rezultate n urma integrrii pe curbele definite de profilele paletelor celor trei elemente ale hidroconvertizorului (CP, CT, CS) S P = (r tg ) dL ; ST = (r tg ) dL ; S S = (r tg ) dLCP CT CS

reP , reT , reS ~ razele medii de circulaie a lichidului la ieirea din pomp, respectiv turbin i stator; AP0 , AT0 , AS0 ~ seciunile de circulaie a lichidului la ieirea din pomp, respectiv turbin i stator; Ecuaia de bilan energetic se obine lund n calcul numai energia cinetic a fluidului de lucru i neglijnd energia intern a acestuia, din:d (E ) = Ph Ppierd . dt

(3.3)

unde: Ph ~ puterea hidraulic, Ppierd ~ puterea pierdut, E ~energia fluidului din hidroconvertizor. Prin explicitarea termenilor ce intervin n relaia (3.3) se obine a patra ecuaie diferenial a sistemului, n care Lf este o constant ce depinde de caracteristicile geometrice ale hidroconvertizorului:Lf = 1 dL A cos 2

32


3.2.3 Studiul conlucrrii motorului hidroconvertizorul CHC 420-CML

8VSA2T2

cu

n cazul lucrrii de fa, studiul conlucrrii motorului cu hidroconvertizorul are ca scop obinerea unei caracteristici tridimensionale la ieirea din hidroconvertizor, care s descrie modul n care variaz momentul la arborele turbinei (Mt), n funcie de turaia turbinei hidroconvertizorului (nt) i de sarcina motorului de traciune dat de poziia pedalei de acceleraie (z): Mt=f(nt,z). Caracteristica se va obine prin efectuarea calculelor de conlucrare, pe baza datelor cunoscute despre caracteristica tridimensional a motorului de traciune, determinat n paragraful 3.1 i a caracteristicii adimensionale a hidroconvertizorul publicat de ctre constructor. Aceast caracteristic tridimensional a hidroconvertizorului Mt=f(nt,z) va fi folosit ca intrare n modelul realizat n ADAMS pentru simularea funcionrii transmisiei mecanice. Caracteristica adimensional a hidroconvertizorului Hidroconvertizorul care intr n compunerea transmisiei THM-800 este de tipul CHC 420-CML, complex, cu posibilitatea blocrii sale printr-un ambreiaj de scurtcircuitare care cupleaz pompa cu turbina. Se folosesc i urmtorii parametri de apreciere ce caracterizeaz funcionarea hidroconvertizorului: raportul de transmitere cinematic ( ih' ), raportul de transformare ( K h ) i randamentul hidroconvertizorului ( h ), definii astfel:' ih =

t nt = ; p np

M Kh = t , Mp

(3.4)

n care: t - viteza unghiular a turbinei, p - viteza unghiular a pompei, M t momentul la arborele turbinei, M p - momentul la arborele pompei. Randamentul hidroconvertizorului se obine din relaia:h =M t t h = K h i 'h M p p

Pentru aprecierea performanelor hidroconvertizorului, n practic, se utilizeaz, factorul de capacitate, notat cu K i definit de relaia:K= np Mp = 15 p Dh

(3.5)

ale crui valori sunt publicate de ctre fabricantul hidroconvertizorului. Valorile parametrilor enunai, publicai de ctre constructorul hidroconvertizorului au fost prelucrate cu ajutorul programului Mathcad, seturile de valori discrete fiind interpolate, obinndu-se funcii care descriu variaia factorului de capacitate (K), a raportului de transformare ( K h ) i a randamentului hidroconvertizorului ( h ) n funcie de raportul de transmitere cinematic ( ih' ). Curbele descrise de aceste funcii, reprezentate n Fig. 3.8 [27], constituie 33


caracteristica adimensional a hidroconvertizorului. innd cont de raportul de transmitere i de randamentul reductorului dispus ntre motor i hidroconvertizor se determin momentul util la intrarea n hidroconvertizor, Mup. Momentul absorbit de pompa hidroconvertizorului Mp este dat, conform relaiei de definiie a factorului de capacitate, de relaia:Mp =Fig. 3.8. Caracteristica adimensional a hidroconvertizorului CHC 420-CML

n2 p K2

.

(3.6)

Trasnd, pe acelai sistem de coordonate, graficele de variaie ale momentelor Mup=f(np), pentru o anumit sarcin a motorului i Mp=f(np), pentru diferite valori ale raportul de transmitere cinematic ( ih' ) se obine [27] caracteristica de intrare a hidroconvertizorului (Fig. 3.9). Punctele de intersecie reprezint puncte de conlucrare ntre motor i hidroconvertizor deoarece este ndeplinit condiia Mup=Mp. Condiia de conlucrare Mup(np,z)=Mp(np, ih' ) este o ecuaie a crei necunoscut este turaia np. Prin rezolvarea acestei ecuaii cu ajutorul programului Mathcad se determin turaiile np ce caracterizeaz punctele de conlucrare, pentru fiecare valoare a parametrilor z i ih' .Fig. 3.9.Caracteristica de intrare a HC n cazul funcionrii motorului la sarcin total.

34


Caracteristica exterioar a hidroconvertizorului n conlucrare cu motorul Cu ajutorul relaiilor (3.4) i (3.6), utiliznd turaiile de conlucrare determinate, se obin expresiile care dau dependena momentului la turbin: Mt=f(z, ih' ) i a turaiei turbinei: nt=f(z, ih' ). Eliminarea din cele dou expresii a variabilei ih' conduce la obinerea expresiei ce descrie dependena momentului la turbina hidroconvertizorului funcie de turaia turbinei hidroconvertizorului i de sarcina motorului: Mt=f(nt,z). Caracteristica tridimensional astfel obinut este prezentat n Fig. 3.10 i va fi folosit, ulterior, ca intrare n modelul realizat n ADAMS pentru simularea funcionrii transmisiei mecanice.

Fig. 3.10. Caracteristica exterioar tridimensional a hidroconvertizorului CHC 420-CML n conlucrare cu motorul 8VSA2T2

3.2.4 Modelul matematic al cutiei de viteze planetareSchema cinematic a grupului de mecanisme planetare din cutia de viteze a transmisiei THM-800 este prezentat n Fig. 3.11, prin combinarea celor trei mecanismele planetare simple obinndu-se o transmisie planetar diferenial cu dou grade de mobilitate. Pentru obinerea unui etaj de vitez este necesar cuplarea unui element de friciune din compunerea grupului de mecanisme planetare. Determinarea ecuaiilor difereniale care descriu funcionarea cutiei mecanice a transmisiei THM-800 n regim dinamic se face utiliznd ecuaiile lui 35


Lagrange de spea a II-a i principiul lucrului mecanic virtual [40], considerndu-se coordonate independente deplasrile unghiulare 1 , 3 , dup notaiile fcute n Fig. 3.11 ( 1 = T ; 3 = R ).

Fig. 3.11.

Schema cinematic a cutiei de viteze planetare a transmisiei THM-800

n condiiile n care asupra elementelor exterioare ale transmisiei planetare, respectiv asupra arborilor de intrare i ieire i asupra coroanelor mecanismelor planetare elementare, acioneaz cuplurile MT, MR, M2, M5, M8, M11, toate celelalte deplasri unghiulare, respectiv viteze unghiulare, vor putea fi determinate n funcie de coordonatele generalizate, 1 i 3 . Pentru aceste trei mecanisme planetare elementare se cunosc constantele ki i anume:k1 = z z z2 ; k 2 = 5 ; k3 = 8 z1 z4 z7

(3.7)

innd cont de ecuaiile lui Willis, scrise pentru cele trei mecanisme planetare de tipul E-I: 1 + k1 2 (1 + k1 ) 3 = 0 4 + k2 5 (1 + k2 ) 6 = 0 + k (1 + k ) = 0 3 9 7 3 8

(3.8)

i c 2 = 6 ; 5 = 9 = 11 ; 1 = 4 = 7 = 10 , se determin vitezele unghiulare ale sateliilor. Energia cinetic, W a sistemului constituit din cele trei mecanisme planetare elementare se determin prin nsumarea energiile cinetice a tuturor elementelor, obinndu-se, n final, o relaie de forma:W = a11

122

+ a12 1 3 + a22

322

.

(3.9)

Derivnd n raport cu cele dou mrimi considerate ca fiind coordonatele generalizate ale sistemului, 1 i 3, se obine o relaie de forma:W = (a11 1 + a12 3 )1 + (a21 1 + a22 3 ) 3 .

(3.10)

36


Forele generalizate se determin aplicnd principiul lucrului mecanic virtual:f L = M 11 M 1f 1 + M 2 2 M 2f 2 + M 33 M 3f 3 + M 1*1* M 1* (1* + 3 ) + f + M 4 4 M 4f 4 + M 55 M 5f 5 + M 6 6 M 6f 6 + M 2* 2* M 2* ( 2* + 6 ) + f + M 7 7 M 7f 7 + M 88 M 8f 8 + M 99 M 9f 9 + M 3* 3* M 3* (3* + 9 ) + f f + M 1010 M 1010 + M 1111 M 1111 ,

(3.11) unde:

M1 M11 sunt momentele exterioare care acioneaz asupra elementelor sistemului mecanic considerat; f f M1 M11 sunt momentele rezistente care acioneaz asupra elementelor sistemului ca urmare a considerrii frecrilor vscoase. Exprimnd 2 , 5 , 8 n funcie de 1 i de 3 i innd cont c momentele rezistente datorate frecrilor sunt de forma:M i f = cif d i dt

(3.12)

unde cif este coeficientul de amortizare corespunztor elementului i, relaia (3.11) poate fi adus la forma: L = b11M T + b12 M 2 + b13 M 5 + b14 M 8 + b15 M 11 c11 d d1 c12 3 1 + dt dt

d d + b21M 2 + b22 M 3 + b23 M 5 + b24 M 8 + b25 M 11 c21 1 c22 3 3 . dt dt Egalnd relaiile (3.10) i (3.13), adic W = L se obine sistemul de

(3.13)

ecuaii difereniale care descrie funcionarea transmisiei mecanice n regim tranzitoriu [40]: 2 2 a11 21 + a12 2 3 + c11 1 + c12 3 = b11M 1 + b12 M 2 + b13 M 5 + b14 M 8 + b15 M 11 t t t t (3.14) 2 3 3 21 1 a21 + a21 2 + c21 + c22 = b21M 2 + b22 M 3 + b23 M 5 + b24 M 8 + b25 M 11 t 2 t t t

unde: M1 este momentul motor aplicat la arborele de intrare n cutia de viteze mecanic (Fig. 3.11) (M1=MT), M3 este momentul rezistent care acioneaz asupra arborelui de ieire din transmisie (M3=MR), iar M2 , M5 , M8 , M11 sunt momentele rezistente la frnele FI, FII, FIII, FIV.

3.2.5 Comanda hidraulic a transmisiei. Ecuaii generale i relaii folosite n analiza instalaiilor de acionare hidraulic.n cazul comenzii hidraulice a transmisiei, pentru stabilirea relaiilor care descriu funcionarea elementelor sale componente se face apel la ecuaii care descriu curgerea fluidelor: ecuaia continuitii i ecuaia debitelor.

37


3.2.6 Modelul matematic al electrovalvelorElectrovalvele prezente n compunerea sistemului hidraulic de comand a schimbrii etajelor de vitez din transmisia THM 800 sunt acionate electric de ctre selectorul de regimuri prin intermediul unor electromagnei i reprezint aparatura de distribuie de tip discret care comand alimentarea cu ulei a elementele de execuie respectiv a cilindrilor hidraulici de acionare a frnelor sau a ambreiajelor cutiei de viteze. Organul de distribuie, n cazul distribuitorului din compunerea comenzii transmisiei THM 800 este cilindric, cu micare de translaie, de tip sertar (Fig. 3.12). Caracteristica staionar a distribuitoarelor discrete. ntr-o instalaie, distribuitorul discret se comport ca o rezisten fix, aceeai sau diferit pentru diferitele legturi create. ntruct pierderea de debit Q este foarte mic, n comparaie cu debitul nominal, (circa 5 6 ) aceasta se poate neglija, astfel nct se poate considera c debitul Q1 de la intrarea n distribuitor este egal cu debitul Q2 de la ieire. Cderea de presiune de pe distribuitor (p1p2) unde p1 i p2 reprezint presiunile la intrarea respectiv ieirea din distribuitor (Fig. 3.12) i rezistena hidraulic R a distribuitorului se calculeaz diferit, n funcie de tipul de curgere a fluidului prin acesta. n cazul curgerii laminare a unui fluid cu viscozitatea dinamic , pe lungimea L a unui distribuitor de diametru Dn, cderea de presiune se determin cu relaia [46]:p1 p2 = R Q ,

(3.15)

rezistena hidraulic fiind dat de:RFig. 3.12. Schema unui distribuitor discret

128 L . ( Dn) 4

(3.16)

n cazul curgerii turbulente, mai frecvent ntlnit n instalaiile de acionare hidrostatic, cderea de presiune de pe distribuitor [46] este dat de: p1 p2 = R Q 2 , (3.17) iar rezistena hidraulic a distribuitorului se calculeaz cu relaia:R

2

cD dy

(3.18)

unde [kg/m3] este densitatea uleiului, cD [-] este coeficientul de descrcare, d [mm] este diametrul sertarului iar y [mm] este deschiderea fix a sertarului.

3.2.7 Modelul matematic al conductelorDirijarea mediului hidraulic n i ntre diferite elemente generatoare, consumatoare, de comand i auxiliare se realizeaz prin intermediul 38


conductelor i al canalizaiilor hidraulice. Legarea conductelor la elementele instalaiilor precum i ntre ele n cadrul diferitelor ramificaii T sau coturi se realizeaz prin intermediul armturilor a cror element central l constituie zona de etanare, format din suprafee conjugate de tip sfer-con, con-con, etc. Influena elasticitii conductei asupra modulului de elasticitate global al fluidului. n ecuaiile de continuitate sunt ncorporate trei categorii de termeni: debitul de micare, debitul pierdut proporional cu presiunea i debitul de deformaie. Acesta din urm are urmtoarea form:Q(t)= dV V dp , = dt E dt

(3.19)

n care modulul de elasticitate global echivalent E [N/m2] este calculat prin nsumarea elasticitii fluidului, E1, a conductelor, E2 i a aerului dizolvat n fluid, E3 considerate a fi n serie [22]:1 1 1 D 1 = + + . E E1 E2 E3

n relaia de mai sus, D [mm] este diametrul interior al conductei, iar [mm] este grosimea peretelui acesteia. Pierderea de presiune din conducte, canalizaii i armturi. Curgerea fluidului ntre elemente prin conducte, canalizaii i armturi se realizeaz cu pierderi de presiune datorate frecrii dintre particulele de fluid i dintre acestea i perei. Pierderile liniare, uniform repartizate n lungul unei conducte de lungime L i diametru D, pentru un fluid care curge cu viteza v este dat de relaia [22]:plin = L v2 , D 2

(3.20)

n care , coeficientul de rezisten liniar, este adimensional, independent de fluid i puin dependent de debit i de rugozitatea intern a canalului parcurs. Pierderile locale se determin cu relaia:ploc =

v22

,

(3.21)

unde , coeficientul de rezisten local, este adimensional, independent de fluid i parial dependent de temperatura lui i de debit i dependent de tipul restriciei locale. Utiliznd relaiile (3.20) i (3.21), calculul pierderilor de presiune se reduce la a cunoate valorile coeficienilor i pentru fiecare element, valori publicate n literatura de specialitate.

3.2.8 Modelul matematic al cilindrului de execuieCilindrii hidraulici care acioneaz ambreiajele sau frnele cutiei de viteze transform energia hidrostatic a uleiului, agent energetic cu variabilele de micare i de efort Q (debitul) i respectiv p (presiunea) n energie mecanic de translaie, cu variabilele v (viteza) i F (fora), determinate de variabilele

39


hidraulice i de parametrii constructiv-dimensionali ai motorului. Pierderile din motoarele liniare sunt datorate frecrilor vscoase i uscate i sunt apreciate prin forele de frecare corespunztoare. Pentru determinarea modelului matematic al cilindrului hidraulic, toate forele rezistente care acioneaz asupra pistonului se reduc la axa acestuia. Considernd c fora activ dezvoltat de cilindrul hidraulic va fi realizat de presiunea pa ce acioneaz pe suprafaa A1 (Fig. 3.13), din ecuaia de echilibru a forelor ce acioneaz asupra pistonului cilindrului hidraulic se determin presiunea de alimentare necesar pentru a se obine o fora Fs de comprimare a pachetului de discuri al ambreiajului (frnei) multidisc:pa = pe A2 R + A1 A1

(3.22)

unde: - pe presiunea de evacuare spre rezervor; - A2 suprafaa pistonului pe care se exercit presiunea de evacuare; - R suma forelor rezistente ( Fi - fora de inerie, Ffgh - fora de frecare n ghidaj, Ffet - fora de frecare n elementele de etanare):

R = Fs + Fi + Ff

gh

+ Ff et ;

Fig. 3.13. Forele ce acioneaz asupra cilindrului hidraulic

Cunoscnd cursa pistonului i timpul n care are loc cuplarea ambreiajului multidisc deci viteza (notat cu vm), se determin debitul de fluid, Q, cu care este necesar a se alimenta cilindrul hidraulic: Q=v m A1 . Pentru cilindrul hidraulic din Fig. 3.13 ce deplaseaz pe distana S, masa M (format din masa sa i a pachetului de discuri), comandat de debitul Q i perturbat de fora Fs, se poate scrie modelul su matematic, descris de ecuaiile de continuitate i de echilibru dinamic [46]:V + xA1 dp dx ; A1 + a1 ( p pe ) 01 dt dt E dx A2 + a1 ( p pe ) a2 pe ; Q Rz = dt d2x dx x M 2 + 2bM + c fu ( A1 pa A2 pe ) + Fs = pA1 pe A2 . x dt dtQ=

(3.23) (3.24) (3.25)

40


Notaiile folosite n ecuaiile (3.23) (3.25) reprezint: - a1,2 [(m3/s)/(N/m2)] coeficientul liniarizat al pierderilor de debit la piston respectiv tij, proporionale cu presiunea din cilindrul hidraulic; - V01 [m3] volumul iniial al camerei din stnga a cilindrului hidraulic; - bM [N/(m/s)] coeficientul liniarizat al pierderilor de for, proporionale cu viteza. Relaiile astfel obinute permit studierea comportrii staionare i dinamice a cilindrului hidraulic, alimentat cu fluid cu presiunea pa i debitul Q i perturbat de forele rezistente R.

3.2.9 Modelul matematic al ambreiajului multidiscPentru schimbarea etajelor de vitez n transmisia autovehiculului studiat este necesar fie cuplarea ntre ele a unor elemente din cadrul cutiei de viteze planetare, fie blocarea altora. Pentru aceasta, sistemul de cuplare folosit este cel bazat pe ambreiajele multidisc (ambreiaje i frne lamelare). Acestea permit schimbarea uoar, fr zgomot i sub sarcin a etajelor din cutia de viteze, cuplarea i decuplarea ambreiajelor realizndu-se hidrostatic. Presiunea de comprimare a pachetului de discuri care, n cazul ambreiajelor multidisc, este dat de relaia:p= FN , Re2 Ri2 [Pa] ,

(3.26)

unde Ri i Re sunt razele interioare i exterioare ale discurilor de frecare, iar FN este fora normal de comprimare a pachetului de discuri. Creterea medie de temperatur n timpul unei cuplri este dat de relaia:T =

Qd Qe , mc

0C

(3.27)

unde m este masa care particip la stocarea cldurii iar c este cldura specific a materialului care stocheaz cldura [kJ/kgoK]. Aceast cretere de temperatur din timpul unei cuplri T, se adaug temperaturii iniiale de la nceputul cuplrii, T0, [oC] astfel nct temperatura final a garniturii este T final = T0 + T [oC], valoare ce nu trebuie s depeasc temperatura limit admisibil a materialului de friciune. Cldura dezvoltat n timpul unei schimbri de la un etaj inferior la unul superior se obine integrnd expresia puterii pierdute n perioada alunecrii relative a elementelor de cuplare n intervalul dintre nceputul procesului de schimbare cnd t=0 i =1 i sfritul acesteia cnd t=ts i =2:Qd =t = ts t =0

Pp dt =

t = ts

t =0

M (A

1

2 ) dt

[J]

(3.28)

Momentul transmis de ambreiaj, MA se determin cu relaia:M A = FN z 2 Re3 Ri3 3 Re2 Ri2 [Nm]

(3.29)

n care z este numrul de perechi de suprafee n contact. 41


3.3 Studiul cuplrii unui etaj ntr-o cutie de viteze planetar, utiliznd un ambreiaj multidisc acionat hidraulic.Cuplarea unui etaj ntr-o cutie de viteze planetar prin intermediul unui ambreiaj multidisc a fost studiat prin modelarea unui mecanism planetar i a ambreiajului de comand corespunztor cu ajutorul programului SolidWorks. Utiliznd acest program am modelat 3D mecanismul planetar al etajului nti din cutia de viteze planetar a transmisiei THM-800, n Fig. 3.14 fiind prezentate o vedere a ansamblului obinut i o seciune prin acesta. Pentru dimensiunile pieselor componente, am folosit valorile comunicate de constructor, conform desenelor de execuie ale reperelor sistemului studiat. n Fig. 3.15 este prezentat o vedere n seciune a ambreiajului obinut n urma modelrii 3D. Sistemul este format dintr-un mecanism planetar simplu, de tip E-I (Fig. 3.14 a) i un ambreiaj multidisc care permite frnarea coroanei mecanismului planetar i solidarizarea acesteia cu carcasa cutiei de viteze. Mecanismul planetar primete la intrare (arborele roii centrale) un moment motor pe care l transmite ctre ieire (axul platoului portsatelit) afectat de un raport de transmitere care depinde de construcia mecanismului i de gradul de cuplare al ambreiajului.

a) b) Fig. 3.14. Mecanismul planetar al etajului nti din transmisia THM-800 a) vedere, b) seciune

Dup verificarea funcionrii angrenrilor definite i a transmiterii corecte a momentelor de frecare ntre elementele ambreiajului multidisc, am studiat funcionarea ambreiajului, analiznd perioada tranzitorie n care acesta este parial cuplat. Astfel, am studiat modul n care variaz mrimile de ieire din sistem pentru diferite viteze de aplicare a forei de apsare a pachetului de discuri deci pentru timpi diferii de schimbare a etajului din cutia de viteze.

42


Fig. 3.15. Ambreiajul de cuplare a etajului nti din THM-800 (seciune)

Sistemul primete la intrare un cuplu motor i o vitez unghiular care depind de caracteristicile motorului cu ardere intern i ale hidroconvertizorului, de conlucrarea dintre acestea i de configuraia elementelor transmisiei dispuse ntre motor i sistemul studiat. Viteza de rotaie a arborelui de ieire i cuplul de ieire din mecanismul planetar depind i de intensitatea ambreierii, deci de fora exercitat asupra discurilor de friciune. Pentru cazul transmisiei studiate, fora maxim de apsare a pachetului de discuri este F=60,7 kN. Pentru a simula micarea tuturor subansamblurilor dispuse dup cutia de viteze, la arborele de ieire din mecanismul planetar se cupleaz un volant al crui moment de inerie are valoarea Jv=185,32 kgm2, egal cu suma ineriilor tuturor pieselor aflate n micare de rotaie de la cutia de viteze pn la roata motric i a vehiculului aflat n micare de translaie, reduse la arborele de ieire din mecanismul planetar. Pentru a studia comportarea sistemului pe perioada cuplrii etajului s-a determinat modul n care viteza de cuplare a ambreiajului influeneaz mrimile de ieire din MP. Pentru aceasta s-a aplicat o for de apsare a discurilor de tip ramp care crete de la zero la 60 kN, n diferite intervale de timp variind de la 0,1 secunde pn la 0,5 secunde, aa cum se observ n Fig. 3.16.Fig. 3.16. Modul de variaie a forei de apsare a discurilor

43


Rezultatele obinute dup rularea modelului sistemului asupra cruia s-au aplicat cele cinci moduri de variaie a forei se pot observa n Fig. 3.17, Fig. 3.18, Fig. 3.19, i Fig. 3.20 pentru fiecare caz de aplicare a forei de apsare a pachetului de discuri. n final, s-a concluzionat c timpul de cuplare a ambreiajului ce comand schimbarea etajului din cutia de viteze are o mare influen asupra variaiei momentului de la arborele de ieire i asupra cldurii disipate pe timpul fazei de patinare. n schimb, asupra vitezei unghiulare a arborelui de ieire i momentului total de frecare din ambreiaj, timpul de cuplare are o influen mai puin semnificativ.

Fig. 3.17. Variaia momentului total de frecare

Fig. 3.18. Variaia vitezei unghiulare de ieire

Fig. 3.19. Variaia momentului de ieire

Fig. 3.20. Energia pierdut prin frecare

3.4 Concluziin urma studierii teoretice a procesele ce au loc pe timpul schimbrii etajelor n transmisia THM-800 s-au desprins urmtoarele concluzii mai importante: 1. Pentru a studia procesele ce au loc pe timpul schimbrii etajelor de viteze ntr-o cutie de vitez hidromecanic este necesar a se cunoate modelele matematice ale subsistemelor autovehiculului, ce intervin n funcionarea transmisiei; 2. Modelul matematic al motorului 8VSA2T2 s-a realizat prin 44


3.

4.

5.

6.

7.

prelucrarea datelor experimentale obinute n decursul ncercrii lui pe stand ctre Institutul de Maini Termice, MASTER S.A. Prin interpolarea acestor date experimentale a rezultat caracteristica tridimensional a motorului 8VSA2T2 ce definete valoarea momentului motor n funcie de turaia motorului i de poziia pedalei de acceleraie; n urma studierii conlucrrii motorului cu hidroconvertizorul s-a obinut caracteristica tridimensional la ieirea din hidroconvertizor, ce descrie modul n care variaz momentul la arborele turbinei n funcie de turaia turbinei hidroconvertizorului i de sarcina motorului de traciune dat de poziia pedalei de acceleraie; Studierea cuplrii unui etaj ntr-o cutie de viteze planetar prin intermediul unui ambreiaj multidisc cu ajutorul programului SolidWorks a permis determinarea forelor i a momentelor ce acioneaz asupra elementelor ansamblului pe perioada cuplrii ambreiajului, precum i a influenei diferiilor parametri exteriori asupra acestora; n urma studierii cuplrii etajului a rezultat c timpul de cuplare a ambreiajului ce comand schimbarea etajului din cutia de viteze are o mare influen asupra momentului de la arborele de ieire i asupra cldurii disipate pe timpul fazei de patinare, n schimb, asupra vitezei unghiulare a arborelui de ieire i momentului total de frecare din ambreiaj timpul de cuplare are o influen mai puin semnificativ; Pe baza modelelor matematice propuse, n continuare n lucrare se va concepe, cu ajutorul unor programe de modelare-simulare din domeniul ingineriei mecanice, un modelul virtual al transmisiei hidromecanice i al comenzii hidraulice de schimbare a etajelor, model ce va fi validat utiliznd rezultatele obinute la cercetarea experimental a transmisiei studiate; Modelul astfel obinut va permite studierea influenei diferiilor parametri constructivi sau funcionali ai comenzii electro-hidraulice asupra modului de desfurare a schimbrii etajelor n cutia de viteze ct i asupra performanelor autovehiculului.

45

Capitolul 4: Cercetarea experimental a transmisiei THM-800

4 Capitolul 4Cercetarea experimental a transmisiei THM-800Scopul cercetrii experimentale este de a msura n acelai timp turaia motorului, turaia i cuplul la arborele de ieire din transmisie, poziia manetei schimbtorului de viteze, tensiunile aplicate pe electromagneii distribuitoarelor din circuitul hidraulic de comand precum i presiunile din circuitele hidraulice ale cilindrilor de cuplare a etajelor de vitez.

4.1 Aparatura utilizat pentru cercetarea experimental a transmisiei hidromecanice THM-800. Prezentarea lanului de msurare Omega.n Fig. 4.1 este prezentat lanul de achiziie conceput pe baza unitii de achiziie DAQ 200, n configuraia realizat pentru instrumentarea transmisiei hidromecanice THM-800.

Fig. 4.1.

Lanul de achiziie Omega

46

Capitolul 4: Cercetarea experimental a transmisiei THM-800

n compunerea lanului de achiziie a datelor experimentale, Omega intr: cal

Documents

Rezumat Teza Liviu Loghin