Трансмиссия грузовых автомобилей- Агрегаты и устройство

«Автомат» или «робот»? (Часть 2)
Преимущества и недостатки автоматических и роботизированных КП

Как исправляют недостатки АМТ. Известны конструкции роботизированных КП, в которых обеспечивается плавное переключение передач и практически незаметный разрыв потока мощности (на десятые доли секунды) за счет сложного электронного управления. При этом порой переключение сопровождается кратковременным снижением мощности за счет изменения угла опережения впрыска, а это лишний расход топлива. Однако усложнение электроники ведет к повышению цены КП, т. е. утрачивается одно из основных преимуществ АМТ перед АКП.

Плавное переключение передач без разрыва потока мощности в некоторых АМТ обеспечено за счет усложнения конструкции механической части: использование двух сцеплений, включающихся попеременно, в КП типа DCT (Dual Clutch Transmission), так называемых преселективных, самая известная из которых Volkswagen DSG). Известны также разработки DCT фирм BMW, Ford, Mitsibishi, FIAT, Ricardo, Hitachi и др. Конечно, из-за усложнения повышается стоимость агрегата.

Переключения передач в DCT выполняются довольно быстро, например, в DSG Volkswagen за 8 мс. В большинстве DCT (но не во всех!) имеется возможность «перескакивать» через несколько ступеней при переключениях на более низкие передачи, например, с 6-й прямо на 3-ю. Следует заметить, что процесс начала движения автомобиля, особенно на слабонесущих грунтах и скользкой поверхности, а также на бездорожье, очевидно, не может быть улучшен лишь быстрым переключением, т. е. в этом преимущество АКП – плавное увеличение мощности сохраняется. На грузовых автомобилях DCT не применяют по причине их дороговизны.

Компания Hitachi, например, предложила конструкцию, в основе которой все та же идея – два сцепления, включающихся попеременно. Специалисты компании утверждают, что их конструкция принципиально отличается от других DCT простотой: АМТ Hitachi может быть создана путем введения в существующую конструкцию механической КП дополнительного сцепления. В момент переключения, например, с 1-й передачи на 2-ю через дополнительное сцепление крутящий момент передается от двигателя на колеса через 5-ю передачу (в 5-ступенчатой КП), тем самым не разрывается поток мощности и движение автомобиля поддерживается крутящим моментом, величина которого рассчитывается системой управления. Система управления устанавливает необходимые обороты и мощность двигателя. В систему входят электрические или электрогидравлические актуаторы и 6 датчиков, по сигналам которых система управления «принимает решение» о переключении передачи. Такая концепция позволяет легко создать компактную и экономичную АМТ, но только для небольших автомобилей.

Иное решение предлагает английская компания Zeroshift. Она разработала АМТ, у которой длительность переключения передач близка к нулю (всего 30 мс, zeroshift – «нулевое переключение»). Благодаря увеличению скорости переключения передач улучшаются динамика (при переключениях нет необходимости уменьшать крутящий момент) и топливная экономичность автомобиля. Как заявляет компания, у этой АМТ более высокий к.п.д., чем у АМТ с двумя сцеплениями (DCT), и выигрывает она в цене по сравнению с автоматической КП. Основное ноу-хау Zeroshift – традиционные синхронизаторы в конструкции КП заменяются парами «ведущих» колец, соединенных втулкой, которые позволяют автоматическим актуаторам переключать передачи без разрыва потока мощности. По оценке специалистов Zeroshift, ценность конструкции в том, что эти кольца могут быть введены в существующие конструкции механических КП и производиться на существующем оборудовании тех же предприятий, что выпускают механические КП. Благодаря усовершенствованной системе управления экономия топлива может составить по сравнению с механической КП 2% и по сравнению с 6-ступенчатой АКП с планетарными передачами 7%. На тяжелых грузовиках, оснащенных пневмосистемой, используются пневматические актуаторы, на более легких автомобилях – электрогидравлические.

Для повышения топливной экономичности и улучшения динамики автомобиля в систему управления вводят различные программы, которые позволяют подобрать алгоритм переключения в зависимости от дорожных и прочих условий движения. Например, инженеры Renault Trucks разработали для грузовых автомобилей роботизированную КП Optitronik (на основе более ранней разработки Optidriver+), в системе управления которой предусмотрено несколько режимов переключения – «экономичный», «маневрирование», «kick-down» и «ручной».

Компания Detroit Diesel разработала для тяжелых грузовиков роботизированную КП AGS (Automated Gear Shift) с блоком управления TCU (Transmission Control Unit). В состав системы входит ряд датчиков, отслеживающих нагрузку на автомобиль, уклон дороги, радиус поворота, проскальзывание колес и др. В AGS имеются режимы ручного и автоматического управления, возможно переключение через несколько передач.

Компания WABCO Holdings Inc. представила на выставке в Ганновере IAA 2008 новую разработку – систему управления АМТ модульной конструкции Modular AMT. Система состоит из трех компонентов – модуль с рычагом переключения и электронным блоком управления в кабине, актуатор переключения, установленный на коробке передач, и актуатор сцепления. Система может работать и в автоматическом режиме, и в режиме ручного управления. К началу 2009 г. WABCO начала поставки этой системы крупной китайской автомобилестроительной компании CNHTC для комплектации грузовиков HOWO. Торговое наименование этой системы в составе продукции CNHTC – SmartShift with WABCO.

Коробки передач для дорожно-строительной техники

Следует подчеркнуть, что на тяжелой дорожно-строительной технике применяются автоматические коробки передач, принципиально не отличающиеся от тех, которыми комплектуют грузовые автомобили. Однако характер движения спецтехники иной, скорости редко превышают 40 км/ч и главные требования к трансмиссии в основном касаются обслуживания навесного оборудования – этим, конечно, отличаются их АКП от АКП грузовиков. В АКП спецтехники больше передач заднего хода, зачастую в конструкции есть «реверс», позволяющий все «передние» передачи сделать «задними». Отличаются передаточные отношения и набор передаваемых моментов, а также программы и алгоритмы управления переключением передач. Видов и типов спецтехники гораздо больше, их многообразие значительно шире, чем у магистрального автотранспорта, поэтому и характеристики АКП приспосабливаются к конкретному виду спецтехники, работающему в конкретных условиях.

Вместо КП или вместе с ними на спецтехнике часто используют гидрообъемный привод, рассматривать который в этой статье мы не станем.

Отдельные специалисты считают, что говорить об автоматических и механических КП правильно только в отношении автомобилей. Рассматривая трансмиссии спецтехники, надо отталкиваться от видов и класса машин. Специалисты Komatsu, например, определяют три вида трансмиссий – гидромеханическую, гидрообъемную и автоматическую. Первые две применяют для экскаваторов и бульдозеров, третью – для самосвалов.

Автоматическая коробка передач Komatsu K-ATOMiCS:

Это модернизированный вариант более ранней разработки АКП Komatsu. Название расшифровывается как Komatsu Advanced Transmission with Optimum Modulation Control System. Эта высокотехнологичная КП при любых условиях движения автоматически выбирает оптимальную передачу в зависимости от скорости машины, частоты вращения двигателя и положения селектора передач. АКП может иметь от 6 до 9 ступеней в зависимости от модификации и устанавливается на ряде карьерных самосвалов Komatsu c жесткой и сочлененной рамой. Режимов работы двигателя два – Power (полная мощность) и экономичный Economy. Одна из особенностей K-ATOMiCS – Skip-shift, функция непоследовательного понижения передачи. При движении машины на подъеме эта функция служит для автоматического выбора передачи в зависимости от уклона дороги и позволяет сократить число включений понижающих передач, обеспечивает более плавное движение.

Выводы

В мире прослеживается отчетливая тенденция – расширяется применение КП обоих типов, и автоматических, и роботизированных. В некоторых странах до 70% магистральных тягачей продают с автоматическими и роботизированными КП. Это обусловлено и проблемой повышения производительности труда водителей, и проблемой квалифицированных кадров, т. е. перевозчики стремятся максимально уменьшить зависимость качества вождения от человеческого фактора. К тому же для водителя нет особой разницы, установлена на машине АКП или АМТ, в любом случае автоматика значительно облегчает его работу.

По мнению некоторых специалистов, роботизированные КП постепенно по мере совершенствования будут внедрены на коммерческом транспорте, везде, где сейчас используются механические коробки передач. Более того, АМТ способны полностью вытеснить АКП (в силу дороговизны последних) на машинах, которые эксплуатируются на дорогах с твердым покрытием, причем не только на магистральных грузовиках, но и на строительных самосвалах.

Основная область применения роботизированных КП, в которой их преимущества реализуются с максимальной отдачей, это магистральные тягачи. С несколько меньшей эффективностью АМТ можно применять и на самоходных кранах, мусоровозах, развозных фургонах и т. д. К тому же АКП и не предназначены для полной замены механических и роботизированных коробок передач. Они должны применяться в областях, где их преимущества наиболее эффективны в отношении экономии топлива и повышения надежности, сокращения времени рабочего цикла, т. е. повышения производительности машины и сокращения времени простоев, например при работах, где нужно часто останавливаться-трогаться, часто выполнять сложные маневры, где требуется высокая проходимость, а начинать движение приходится в сложных условиях – на подъеме, на слабонесущих грунтах, при высоких нагрузках.

Тем не менее, как считают некоторые специалисты, применение АКП будет постепенно расширяться. На строительно-дорожных машинах и прочей внедорожной технике, работающей в тяжелых условиях, уже сейчас используются практически только автоматические КП. Роботизированные КП на тяжелой спецтехнике почти не применяют, и перспектив к применению здесь «роботов» многие специалисты не видят. Например, ни на одной машине Case «роботы» не используются. Имеется одна машина, на которой используют так называемую «полуавтоматическую» КП: обычный «автомат» с ГДТ, в котором передачи переключаются вручную. Такая КП дешевле «полного автомата», поскольку в ней более простое электронное управление. На 30% моделей мини-машин производства США и Японии используются гидромеханические трансмиссии (на остальных – гидрообъемные). К тому же в стоимости строительных машин цена КП составляет небольшую часть.

Как видим, и у АКП, и у АМТ есть как определенные достоинства, так и недостатки. Многие ведущие компании в настоящее время продолжают разработку и АКП, и АМТ, а значит, оба типа КП имеют право на жизнь.

Если говорить о цене АМТ и АКП на российском рынке, то ценовая политика торгующих ими фирм часто далека от себестоимости производства коробок того или другого типа, но разница в доплате при замене механической КП на АМТ или АКП, по некоторым данным, может достигать 7 раз!

Испытания в TRC

Шведский независимый центр транспортных исследований TRC (Transportation Research Center) провел испытания двух грузовиков средней грузоподъемности в одинаковой комплектации, один из которых был оснащен АКП Allison 2200 HS, а другой – близкой по характеристикам АМТ. Испытания проводили на ряде эксплуатационных режимов.

Испытания показали, что самым важным фактором, позволяющим достигнуть максимальной экономии топлива, являются обороты двигателя. При движении со скоростью от 15 до 105 км/ч экономия топлива обеспечивается путем правильного подбора передаточных отношений в КП. Благодаря наличию гидротрансформатора и удачно подобранным передаточным отношениям АКП Allison обеспечивает более низкие обороты двигателя при движении на большинстве скоростей ниже 65 км/ч. Благодаря этому снижается удельный расход топлива. В указанном скоростном диапазоне грузовики средней грузоподъемности движутся большую часть рабочего времени. В более высоком диапазоне скоростей передаточные отношения обеих КП примерно одинаковы, т. е. у обоих грузовиков будут одинаковые частота вращения двигателя и расход топлива. Итак, АКП Allison позволяет грузовику быстрее разгоняться и работать при более высоких средних скоростях, чем автомобили с механической и роботизированной КП. Благодаря более высоким средним скоростям движения грузовик, оснащенный АКП Allison, показывает более высокую производительность, т. е. пройдет больше километров за меньшее время и перевезет больше грузов.

Трансмиссия грузовых автомобилей- Агрегаты и устройство

Основное предназначение трансмиссии – передавать мощность от силового агрегата на ходовую часть автомобиля. Крутящий момент поступает на колеса, благодаря работе коробки передач.Трансмиссия грузовых автомобилей состоит из:

• механизма сцепления;
• коробки перемены передач;
• кардана;
• главной передачи (конической пары);
• дифференциального устройства;
• полуосей.

Современные грузовые транспортные средства предназначены для преодоления больших расстояний. Машины оснащены сверхнадежными, долговечными коробками передач. Основное условие стабильности работы грузовика – своевременное техническое обслуживание.

Назначение элементов трансмиссии

Механизм сцепления предназначен для передачи момента кручения от выходного вала двигателя на входной вал transmission. В момент начала движения транспортного средства, а также при переходе на следующую скорость, производится кратковременное отсоединение трансмиссии от мотора (выключение сцепления). Это необходимо для плавного перехода на следующий режим.

Коробка передач грузового автомобиля обеспечивает подачу мощности на колеса в различных диапазонах. Величина крутящего момента, передаваемого на карданный вал, меняется, благодаря изменению передаточного числа. При переходе на режим заднего хода колеса изменяют направление вращения

Карданный вал обеспечивает передачу момента вращения от КПП на детали заднего моста.

Благодаря особенностям конструкции конической пары, крутящий момент изменяет направление и передается под 90° на полуоси. Здесь частота вращения уменьшается, при этом возрастает сила тяги колес.

При помощи дифференциала колеса авто могут вращаться с различными скоростями. Это значительно облегчает управление автомобилем. Особенно это актуально при движении транспортного средства по неровным дорогам, осуществлении поворотов и пр.

Виды трансмиссий грузовых автомобилей

В зависимости от характера передачи момента кручения, трансмиссии бывают:

• Электрические.
• Механические.
• Гидравлические.
• Электромеханические. .

Грузовые авто производства России чаще всего оснащаются механическими трансмиссиями. Это обусловлено использованием механизмов, состоящих из металлических жестких шестерен и валов. Современные грузовики марки ГАЗ в скором будущем планируется оснащать коробками автомат. В частности, машины линейки «Газон Некст» будут оборудованы автоматическими коробками передач марки Punch Powertrain.

Трансмиссии грузовиков Вольво

Компания Volvo является наиболее популярным производителем грузовых автомобилей. Наиболее популярные фирменные модели большегрузных машин концерна Вольво: FL, FE, FM, FH, FH16 и FMX.

Для авто семейства FL характерны трансмиссии с 6-, 9-ступенчатыми механическими коробками передач, а также с шести-ступенчатыми АКПП. По специальным заказам здесь устанавливается интеллектуальная трансмиссия Volvo I-Sync с коробкой передач, оснащенной автоматизированным переключением скоростей.

Покупателям грузовиков семейства Volvo FE предоставляется возможность выбора транспортного средства, оборудованного одной из коробок передач:

• шести-, девяти-ступенчатая МКПП;
• 6-ступенчатая коробка автомат с тормозом-замедлителем (ретардером).

Для грузовиков Volvo FM предусмотрены коробки передач в одном из четырех вариантов исполнения:

• 9-, 14-ступенчатые механические КПП;
• АКПП I-Shift;
• АКПП Powertronic.При использовании коробки автомат цена на грузовое авто Volvo FM существенно увеличивается, в сравнении с МКПП.

По аналогии с предыдущим семейством, новые грузовые модели Volvo FH комплектуются коробками передач четырех видов: двумя механическими и соответственно двумя автоматами.

• 9-, 14- ступенчатые МКПП.
• I-Shift.
• Powertronic.

I-Shift имеет специально модернизированное программное обеспечение. Powertronic рассчитан на эксплуатацию транспортного средства, которое часто останавливается в пути.

Грузовики Вольво FH16 комплектуются КПП как механического, так и автоматического типов. Автопоезда повышенной тоннажности оборудуются инновационными автоматическими устройствами. Трансмиссия, оснащенная АКПП Shift, характеризуется высокой экономичностью. Экономия топлива особенно ощутима на длительных расстояниях при движении на высокой скорости.

На много-тонники Volvo FMX устанавливаются автоматические коробки передач I-Shift или Powertronic. Конструкцией трансмиссии грузовых автомобилей предусмотрена замена на некоторые модели механических коробок.

Коробка переключения передач (КПП) грузовых автомобилей

Коробка переключения передач предназначена для адаптации и передачи крутящего момента с вала автомобильного двигателя на колеса. Для разных режимов движения грузовику нужны соответствующие тяговые усилия, переданные на ведущие колеса. Именно КПП задает нужный диапазон усилий. Опытный водитель умеет так организовать движение, чтобы не только рационально задействовать мощность двигателя, но и экономно расходовать топливо.

Что такое КПП

Сама коробка представляет собой металлический корпус, в котором компактно размещена система валов и зубчатых передач, принимающих, корректирующих и передающих крутящий момент. Корпус съемный, для снятия и доступа к внутренним деталям откручивается несколько болтов.

Большинство деталей коробки передач подвижно, и практически все они – из металла. Чтобы эта сложная массивная система работала корректно (и относительно бесшумно!) необходима смазка.

Одной стороной КПП подсоединена к двигателю, другой – к коробке сцепления. У большинства грузовиков отечественного производства КПП механическая, спроектированная надежно и просто для обслуживания, относительно недорогая и эффективная. Однако операция переключения передач при управлении грузовиком остается одной из наиболее энергоёмких.

Внутреннее устройство и принцип работы КПП

В любой КПП есть несколько вращающихся валов, а на валах – косозубые шестерни с тем или иным количеством зубьев. Именно смена положений шестерён и валов определяет передачу крутящего момента. Когда коробка передач в действии, между собой соединена только одна пара шестерен (одна ступень), то есть, выбран один из скоростных режимов. Два скоростных режима одновременно выбрать нельзя – в КПП предусмотрена система блокировки. А процесс переключения передач заключается в размыкании одной пары шестерен (ведущей и ведомой) и замыкании другой пары.

Отношение количества зубьев ведомой шестерни к количеству зубьев ведущей шестерни называется передаточным числом.

• Чем у пары шестерен передаточное число больше, тем эта передача обеспечивает больше тяги и тем интенсивнее разгоняется грузовик.
• Чем передаточное число меньше, тем выше максимальная скорость на данной передаче и тем менее интенсивный разгон.

Очевидно, что для разных грузовиков подбирают специальные передаточные числа КПП, исходя из мощности двигателя и выдаваемого им крутящего момента, а также из целевого назначения транспортного средства. Конструкторы всегда стараются обеспечить водителю возможность сбалансировать динамику и расход горючего.

Чем меньше удельная мощность двигателя грузовика и чем разнообразнее физические условия на дорогах, при которых грузовик эксплуатируется, тем шире формируется диапазон передаточных чисел в коробке передач.

Два противоположных примера:

• если грузовик коммерческий и работает преимущественно в условиях города, диапазон передаточных чисел его коробки передач обычно лежит в пределах 5,0 – 8,0
• грузовые автомобили повышенной проходимости для бездорожья и скоростные крупнотоннажные тягачи оснащаются КПП с диапазоном передаточных чисел 10-20

У грузовиков в механических коробках бывает от 5 до 16 передач. С одной стороны, чем больше ступеней в КПП, тем эффективнее используется мощность двигателя и тем экономнее расходуется топливо. Соответственно, производительность автомобиля выше, а стоимость перевозок ниже.

Но есть и другая сторона медали. Чем больше ступеней в КПП, тем она сложнее, тяжелее, габаритнее и дороже.

Ремонт неисправностей КПП

Поскольку внутреннее устройство КПП грузовика достаточно сложно, со временем в ней что-то ломается. Наиболее частые неисправности:

• во время движения КПП издает шум
• передачи не переключаются, при попытках раздается металлический лязг
• с трудом происходит переход между передачами
• если автомобиль перегружен, включенная передача «слетает»
• рычаг КПП стопорится в одном положении и не переходит в нейтраль
• когда при работающем двигателе не включена ни одна передача, раздается шум. При нажатии на сцепление шум стихает
• протекание смазки

Известны причины этих типичных неисправностей:

• износ одиночных зубьев или сколы на шестернях
• поломка зубьев
• износ валов
• износ подшипников
• поломка сальников
• нехватка или негодность смазки

Очевидно, что в большинстве случаев проблемы решаются заменой соответствующих деталей. Другое дело, что для этого коробку передач нужно демонтировать, предварительно слив смазку.

Демонтаж в одиночку сложен, нужна как минимум помощь напарника, а в идеале – услуги специалистов.

Компания «ТрансМаркет» оперативно снабдит вас запчастями КПП, необходимыми для ремонта и обслуживания Вашего грузовика. Поможем с точным подбором деталей, доставкой и ремонтом.

Источник http://www.gruzovikpress.ru/article/7300-preimushchestva-i-nedostatki-avtomaticheskih-i-robotizirovannyh-kp-avtomat-ili-robot-ch-2/

Источник https://motoran.ru/transmisii/transmissiya-gruzovyh-avtomobilej

Источник https://www.tmufa.ru/info/korobka-pereklyucheniya-peredach-kpp-gruzovykh-avtomobiley_/