Новый адаптивный фрикционный вариатор для бесступенчатой трансмиссии автомобиля (стр. 2 из 2)

Расчет показывает, что для легковых автомобилей, такой «экономичный» способ регулирования скорости может применяться начиная с 50...70 км/ч, для грузовых – с 20...30 км/ч, а для городских автобусов – с 10...15 км/ч. До этих скоростей придется работать на частичных режимах подачи топлива и при «обычном» соответствии скорости и передачи в коробке. Следовало бы отметить, что и сейчас на обычных автомобилях со ступенчатыми коробками передач мы делаем практически то же самое – трогаясь с места и достигая максимума скорости мы снижаем передаточное число в коробке передач, но и даже, включая «овердрайв», мы продолжаем снижать передаточное число, но уменьшая при этом скорость автомобиля. При этом, если сравнить, допустим, движение на скорости 100 км/ч по шоссе на легковом автомобиле с мощным двигателем, в первом случае достигаемую уменьшением подачи топлива, а во втором – включением соответствующего «овердрайва», то есть экономической передачи, то путевой расход во втором случае может уменьшиться почти на треть. Но ввиду того, что этих «экономических» передач обычно немного, мы, к сожалению, в большинстве случаев так скоростью автомобиля не управляем. А вариатор предоставляет нам бесчисленное множество этих «экономических» передач!

Так вот, возвращаясь к оптимизированному нажиму фрикционных тел нового вариатора, зависящему от его передаточного отношения, отметим, что для практически постоянного момента двигателя при такой системе управления скоростью этот способ нажима подходит идеально. Ввиду того, что наибольшие колебания коэффициента запаса по сцеплению β в 1,5...2 раза практически не отражаются на КПД вариатора, колебания момента двигателя при полной подаче топлива, но различных частотах вращения, также не отразятся на упомянутом КПД. На частичных же режимах КПД вариатора может несколько (на 2...3%) уменьшиться из-за повышения β, но это уменьшение будет незаметно из-за сильного уменьшения КПД двигателя на этих режимах. К тому же современный способ регулирования скорости автомобиля с бесступенчатой передачей оставляет работе двигателя на частичных режимах весьма малую роль.

Для подтверждения упомянутых особенностей нового вариатора и определения возможностей изготовления автоматической бесступенчатой коробки передач на его основе для автомобилей ЗИЛ и в первую очередь для автобуса ЗИЛ-3250 на АМО ЗИЛ был изготовлен опытный образец такого вариатора. Для удобства испытаний вариатор был укомплектован асинхронным электродвигателем и нагрузочным устройством на выходном валу вариатора, позволяющими снимать рабочие характеристики вариатора.

Схема испытаний вариатора представлена на рис. 2. Вариатор 4 вместе с асинхронным электродвигателем 5 и нагрузочным тормозом 3 установлены на станине 9. Регулировка адаптивности вариатора осуществляется рычагом 6. Момент на нагрузочном тормозе 3, регулируемый винтом 2, измерялся динамометром растяжения 1; частота вращения входного вала вариатора (вала электродвигателя) – тахометром 8, а выходного вала вариатора – тахометром 10; ток электромотора (для контроля крутящего момента входа) – амперметром 7. До испытаний вариатора подобным же образом был испытан непосредственно сам электродвигатель, а затем вместе с вариатором без фрикционного касания дисков. По полученным данным строилась тарировочная характеристика электродвигателя – крутящий момент на его валу в зависимости от тока и частоты вращения, а также подобная характеристика с учетом барботажных потерь (смазка вариатора осуществлялась моторным маслом М-8 погружением).

Рис. 2. Схема испытаний мотор-вариатора: 1 – динамометр растяжения; 2 – регулировочный винт; 3 – нагрузочный тормоз; 4 – вариатор; 5 – асинхронный электродвигатель; 6 – рычаг регулятора адаптивности; 7 – амперметр; 8 и 10 – тахометры; 9 – станина

По данным, полученным при испытании вариатора с учетом тарировочных данных с контролем крутящего момента электродвигателя по двум параметрам – току и частоте вращения, были построены основные характеристики – зависимость крутящего момента Т на выходном валу и КПД вариатора η от частоты вращения n выходного вала и передаточного отношения вариатора i (рис. 3). Регулятор адаптивности для простоты выполнен только увеличивающим «мягкость» характеристики T = f (n), но для использования на автомобиле он будет и уменьшать эту «мягкость».

Рис. 3. Экспериментальная зависимость КПД η вариатора (1) и крутящего момента T на выходном валу (2) и от частоты вращения n выходного вала и передаточного отношения i вариатора

На малых передаточных отношениях КПД данного вариатора благодаря его планетарной схеме, стремясь к 100% при передаточном отношении равном единице, очень высок, что особенно важно для автомобильной трансмиссии. Следует заметить, что КПД опытного образца вариатора, мощность которого в десятки раз меньше мощности передаваемой автомобильной коробкой передач, естественно, меньше, чем полноразмерной конструкции. К тому же смазка здесь осуществлялась погружением, что для планетарных передач неэкономично, и в вариаторной коробке передач она заменена струйной подачей жидкого смазочного материала (ЖСМ). Тем не менее, при малых передаточных отношениях – от 1,3 до 2, что соответствует частотам вращения n = 1100...700 об/мин, КПД изменяется от 0,96 до 0,90, что достаточно много. Значение КПД, равное η = 0,75, достигается при передаточном отношении равном i = 7, что соответствует троганию с места автомобиля. Для реальной полноразмерной конструкции, значения КПД при высшем передаточном отношении ожидается около 0,80...0,85.

Дисковый вариатор идеально подходит для использования его по планетарной схеме, так как все фрикционные рабочие элементы (диски) вращаются в одной плоскости и не возникает вредных гироскопических явлений, губительных для опор сателлитов. Ни один вариатор другого типа – тороидальный, шаровой, конструкции Е.И. Пирожкова и т.д. настолько не подходит к планетарной схеме, как дисковый, по указанной причине. Вариаторы с гибкой связью (ременный, цепной) вообще не могут работать по планетарной схеме, а планетарная схема по сравнению со схемами с остановленным водилом (обычными схемами) обеспечивает снижение потерь на высших передачах не менее чем втрое, что особенно важно для автомобилей.

Добавим, что использование для вариатора в качестве ЖСМ вместо минеральных масел специальных рабочих жидкостей – трактантов, более чем в 1,5 раза повышает несущую способность вариатора тех же типоразмеров, дополнительно повышает КПД, снижает скольжение, существенно повышает долговечность фрикционных пар. Но даже при смазке обычными минеральными маслами эта долговечность достигает 25000 и более часов, что соответствует пробегу около 1 млн. км, что доказано многочисленными испытаниями дисковых вариаторов.