Черепанов Л.А. Автоматические системы автомобиля

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 4.16. Схема радиально-поршневой машины

4.2.3. Фрикционный трансформаторФТ.

Наибольшее распространение в транспортных средствах привлекли

следующие типы фрикционных бесступенчатых передач – вариаторов:

торовый, дисковый и клиноремённый.

Торовый вариатор отличается от всех других видов наибольшей

компактностью и удобным принципом регулирования. Схема такого

трансформатора показана на (рис)

Рис.4. 17 Схема торового фрикционного трансформатора

Основными его звеньями являются ведущая 1и ведомая 2 чашки ,

рабочая поверхность которых представляет собой часть поверхности

кругового тора и ролики 3, расположенные между чашками. Крутящий

момент от ведущей к ведомой чашке передаётся силами трения,

возникающих в местах контакта роликов с чашками. Необходимое прижатие

тел качения друг

к другу осуществляют различно. Наиболее удачным

является самозатягивающий механизм, создающий прижимное усилие,

пропорциональное крутящему моменту, передаваемому ФТ. Регулирование

передаточного отношения (которое достигает 10) производят изменением

наклона ролика – поворотом плоскости ролика вокруг оси, не лежащей в это

плоскости, но проходящей через центр О кривизны чашек. Кинематическое i

= R

= ω

/ω

= (L – R

* cos(β – α))/(L – R

* cos(β + α)); ξ – коэффициент,

учитывающий скольжение = 0,95. Скольжение в контакте является

следствием двух причин: упругой тангенциальной деформации

контактирующих поверхностей (упругое скольжение) и невозможности

обеспечения равенства окружных скоростей каждой точки контакта

относительно осей вращения ролика и чашки (геометрическое скольжение).

Для снижения упругого скольжения рабочие поверхностей чашек и

роликов делают предельно твёрдыми; для

снижения геометрического

скольжения необходимо делать возможно меньшей ширину зоны контакта.

Так.как минимальная величина ширины b обусловлена допускаемой

величиной контактных напряжений, то уменьшение ширины зоны контакта

может быть достигнута увеличением числа контактов, т.е. числа роликов.

Габаритные ограничения не позволяют брать число роликов больше 2 – 3.

Поэтому торовый ФТ при приемлемых размерах имеет не достаточно

высокий КПД и долговечность.

4.2.4. Дисковый вариаторДВ.

Дисковый вариатор отличается от всех прочих видов

многоконтактностью,

что позволяет создать конструкцию, имеющую

достаточную долговечность. Схема такого трансформатора показана на (рис)

Рис. 4.18. Схема дискового трансформатора

Основным элементом ДВ являются два пакета дисков: ведущих и

ведомых. Ведущие диски имеют коническую форму. Ведомые диски –

плоские (с коническим ободком). Каждый пакет связан со своим валом с

помощью шлицевого соединения. Прижим дисков достигается осевой

затяжкой пакета ведущих дисков с помощью нажимного устройства (любой

конструкции). Кинематическое

передаточное число ДВ i

= ω

/ω

= (R

) *

ξ = R

/(L – R

) * ξ, т.е. регулирование i

осуществляется изменением

расстояния L между осями валов. Вследствие значительных потерь на трение

и недостаточную долговечность дисковый ФТ до сего времени не нашел

практического применения на автомобилях i = 4 – 12.

4.2.5. Клиноремённый вариатор КВ.

Клиноременный вариатор отличается от всех прочих видов ФТ

простотой и надёжностью конструкции, но уступает им в компактности: ег

коэффициент полезного действия колеблется в пределах η = 0,80 – 0,85.

Схема используется для автомобилей серийного производства.

Рис. 4.19. Схема фрикционного клиноременного вариатора

Клиноременный вариатор имеет два регулируемых шкива. Одна

половина ведущего шкива 1 установлена на валу так, что вращаясь вместе с

ним, не может перемещаться в осевом направлении, а вторая 2-так, что

может перемещаться вдоль вала. С подвижной половиной шкива соединён

корпус 3 регулятора , имеющий центробежный механизм и полость

соединенная со впускным трубопроводом двигателя. Т.е. чтобы регулятор

обеспечивал автоматическое изменение рабочего диаметра ведущего шкива,

а значит и передаточного числа i

, в зависимости от скорости движения

автомобиля V

, величины преодолеваемых сопротивлений Ψ, и степени

загрузки двигателя. Ведомый шкив трансформатора состоит также из двух

половин, одна из которых в осевом направлении подвижна и подпружинена.

Благодаря этому и постоянству расстояния между осями ведущего и

ведомого валов с изменением рабочего диаметра ведущего шкива

автоматически изменяется диаметр ведомого шкива. В итоге диапазон

регулирования рассматриваемого ФТ достигает 4,5 (для обычных ремней) и

10 (для специальных). Расчётное значение i

= D

, где D

, D

– текущие

расчётные значения шкивов, например I

min

= d

и D

max

= D

Длительное время основной проблемой клиноременных вариаторов

был срок службы ремня. В настоящее время эта проблема решена и

конструктивно ремень представляет собой набор тонких стальных блоков

трапециидальной формы, связанных одним или двумя многослойными

кольцами, каждое из которых состоит из 6-12 стальных лент толщиной 0,2

мм, запрессованных друг в друга с натягом.

Рис. 4.20 Схема ремня используемого в клиноременных вариаторах

Работа вариатора сопровождается некоторым проскальзыванием как

самих соседних лент одна по одной, так и колёс по стальным блокам.

(относительная скорость при окружной скорости ремня =40 м/с составляет

1м/с). Тяговое усилие передаётся за счёт как натяжение колёс, так и сжатия

блоков, поэтому

такой ремень обычно называют «толкающим».

4.2.6. Электротрансформатор.

Электротрансформатором (ЭТ) называют совокупность генератора,

электродвигателя ЭД и электротехнических средств управления , которые

образуют промежуточное звено между двигателем внутреннего сгорания

ДВС и ведущими колёсами автомобиля, обеспечивающих бесступенчатое

изменение крутящего моментаМ

КР

на колёсах при почти постоянном режиме

работы ДВС.

Внутренняя автоматичность ЭД, обеспечивающая изменение

крутящего момента на ведущих колёсах автомобиля зависит от

сопротивления движению, а так же возможность регулирования совместной

работы ЭД и ДВС – генераторной установки простыми электротехническими

средствами автоматики делают ЭТ полностью автоматическими.

В настоящее время применяют три вида электротрансформаторов:

а) ЭТ постоянного тока, то есть , генератор постоянного тока и

электродвигатель постоянного тока.

б) ЭТ переменно-постоянного тока, то есть питание двигателя

постоянного тока осуществляется от генератора переменного

тока, через

выпрямители,

в) ЭТ переменного тока, то есть асинхронные двигатели питаются

от синхронных генераторов.

Электродвигатель постоянного тока (ЭД), обмотка возбуждения

соединена

Рис 4. 21 Моментные характеристики различных двигателей

Преимущества ЭТ: 1). Моментная характеристика близка к

идеальной, а коэффициент приспосабливаемости достигает 4…5.

2).Несложно, электротехническими средствами осуществить плавный пуск

ЭД, его реверсирование и использование в качестве тормоза (т.е. нет

необходимости применять сцепление, КПП, и автоматизировать эти

механизмы). При установке ЭД на автомобиле проблема энергоснабжения

решается единственным способом – от возимой на автомобиле ДВС –

генераторной установке. генераторной

Составные части ЭТ связаны между собой электрически, что облегчат

задачу общей компоновки автомобиля и его трансмиссии. ДВС –

генераторную установку размещают на автомобиле, руководствуясь

соображениями оптимального распределения массы автомобиля по его осям,

а электродвигатели так, чтобы механическая часть трансмиссии была,

возможно, проще. С этой точки зрения наибольший эффект даёт применение

ЭТ для

многоприводных автомобилей и автопоездов. Для них создают ЭТ с

несколькими ЭД (по числу ведущих колёс), встроенных непосредственно в

колесо и вместе с ним и согласующим редуктором (главной передачей)

образующие самостоятельное изделие мотор-колесо.

Рис. 4.22. Схема установки элементов ЭТ

Несмотря на очевидные достоинства ЭТ, он имеет ограниченное

применение вследствие ряда серьёзных недостатков:

1).Большие, чем у трансформаторов других видов вес и габаритные

размеры.

2).Низкий КПД (0,53-0,75).

3).Высокая стоимость и необходимость применения значительного

количества дефицитной электротехнической меди.

4). Использование высокого напряжения (повышенная вероятность

травматизма).

5. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТОРМОЗНЫХ СИЛ АВТОМОБИЛЯ

Известно, что торможение автомобиля должно осуществляться с

максимально эффективностью при одновременном сохранении его

управляемости и устойчивости. При торможении происходит

перераспределение нормальных реакций, действующих на передний и задний

мосты, которое зависит от замедления J и высоты центра масс h

автомобиля.

По мере роста замедления реакция на передний мост увеличивается, а на

задний уменьшается. Наибольшая эффективность торможения достигается

при полном использовании сцепного веса автомобиля. Из теории автомобиля

известно. что

Т1

= Р

Т2

= φ (5.1)

Соотношение тормозных сил (тормозных моментов) определяется по

выражению:

Т1

/Р

Т2

= (b + φh

)/(a - φh

). (5.2)

Следовательно для обеспечения полного использования сцепного веса

автомобиля, нужно, чтобы соотношение между Р

Т1

и Р

Т2

изменялось в

зависимости от φ (состояние дороги). Соотношение тормозных сил,

развиваемых тормозными механизмами.

Т1

/Р

Т2

= К

Т1

* Р

/К

Т2

* Р

, (5.3)

где К

Т1

и К

Т2

– коэффициенты пропорциональности, зависящие от

конструктивных параметров тормозных механизмов (тормозные камеры и

колёсные цилиндры) и закона распределения давления в тормозном

механизме

и Р

– давление рабочей среды в исполнительных элементах.

Отсюда следует, что распределение тормозных сил в реальной

тормозной системе определяется свойствами тормозных механизмов и

давлением рабочей среды в контурах привода. Для существующих

тормозных механизмов значение коэффициентов К

Т1

и К

Т2

обычно

постоянны, причём К

Т1

≠ К

Т2

. Поэтому регулировать тормозные силы –

значит изменять давление в контурах тормозного привода.

Для полного использования сил сцепления давления Р

и Р

необходимо изменять согласно выражениям

= Р

Т1

/К

Т1

= z

*φ/К

Т1

= m

* g * (b + φ * h

) * φ/(L * К

Т1

); (5.4)

= m

* g * (а – φ * h

) * φ/(L * К

Т2

);

Для оптимального регулирования тормозных сил давления Р

Т1

и Р

Т2

должны изменяться в зависимости от дорожных условий (коэффициента

сцепления φ) и нагрузки на мосты автомобиля.

Существуют три вида перераспределения тормозных сил по мостам:

1).Постоянное (нерегулируемое).

2).Регулируемое без обратной связи.

3) Регулируемое с обратной связью.

В первом случае давление в контурах одинаковое Р

Т1

= Р

Т2

обеспечивается постоянное соотношение Р

Т1

/Р

Т2

= К

Т1

/К

Т2

Во втором случае (получившим наибольшее распространение)

используются регуляторы тормозных сил -РТС. Они устанавливаются

обычно в заднем контуре тормозного привода и обеспечивают определённый

закон определения отношения Р

Т2

/Р

Т1

Из графика А видно (построенного по зависимостям (5.4), что при φ =

и Р

= Р

, т.е. при постоянном распределении тормозных сил, полное

использование сцепного веса обеспечивается лишь при определенных

дорожных условиях. Поэтому при φ < φ

первыми блокируются колёса

переднего моста и автомобиль теряет управляемость, а при φ > φ

– колёса

заднего моста и автомобиль теряют устойчивость.

На графике Б показано идеальное соотношение давлений в контурах

для груженого (кривая 2) и не груженого (кривая 3) автомобиля. Эти кривые

построены на основании зависимостей (5.4) и каждая точка кривых

соответствует определённым значениям коэффициента сцепления φ.

Нерегулируемый привод характеризуется линией 1 (Р

/Р

= 1).

График показывает, что для обеспечения идеального распределения

тормозных сил при различных нагрузках и коэффициента сцепления

регулирования давления в тормозном приводе должно осуществляться по

сложному нелинейному закону, практическое осуществление которого

затруднительно.

Существующие регуляторы тормозных сил разрабатываются таким

образом, что они реализуют кусочно-линейную зависимость Р

и Р

, т.е.

линии ОАВ и ОА

. При любой интенсивности торможения (с этими

характеристиками), обеспечивается опережающее блокирование передних

колёс, то есть сохранение устойчивости движения автомобиля.

График зависимостей Р

= f(P

) называют статической характеристикой

регулятора.

Эта характеристика имеет два одиночных параметра.

1).Давление, при котором регулятор включается в работе (точка А),

то есть регулятор не исправляет работу привода.

2).Коэффициент передачи (усиления) регулятора К

, который

выражается тангенсом угла α наклона характеристики на участке АВ, где

давление

= Р

1А

+ К

* (Р

– Р

1А

). (5.5)

Рис 5.1. Графики зависимостей Р

Т1

и Р

Т2

от φ.

Тормозная система оборудованная РТС является разомкнутой САР по

возмущению (статическая нагрузка и замедление).

Водитель, воздействуя на педаль тормоза, регулирует замедление

автомобиля, которое определяется суммарной тормозной силой, а

распределение тормозных сил между мостами производится системой

регулирования. Точность регулирования зависит от способности

чувствительного элемента (упругая связь моста с элементом)

передавать

точную информацию о возмущающем действии.