Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Közlekedésmérnöki és Járműmérnöki Kar Gépjárművek erőátvitele II. Készítette: Kovács Balázs DJQ4YX 2016/2017/I. félév Oktató: Vass Sándor Bárdos Ádám Budapest, 2016.10.30.
TARTALOMJEGYZÉK 1. A MÉRÉS CÉLJA... 3 2. A MÉRÉS LEÍRÁSA, AZ EGYSÉGEK ISMERTETÉSE... 3 2.1. MEGJEGYZÉS... 3 2.2. AZ AS TRONIC VEZÉRLŐ EGYSÉG... 3 2.3. A VEZÉRELT SEBESSÉGVÁLTÓ LEÍRÁSA... 4 3. A MÉRÉSI ADATOK KIÉRTÉKELÉSE... 6 3.1. A VALÓS ÉS MEGKÍVÁNT VÁLTÁSI IDŐK... 6 3.2. A KAPCSOLÓELEMEK MŰKÖDÉSÉNEK IDŐBELI LEFUTÁSA... 7 3.3. KIEMELT KAPCSOLÁSI FOLYAMATOK ELEMZÉSE, ÉRTÉKELÉSE... 8 3.3.1. Egy kapcsolóelemet működtető váltás (1 2)... 8 3.3.2. Két kapcsolóelemet működtető váltás (4 5)... 9 3.3.3. Három kapcsolószerkezetet működtető váltás (2 3)... 10 3.3.4. Négy kapcsolóelemet működtető váltás (6 7)... 11 3.4. EGYÉB MEGÁLLAPÍTHATÓ PARAMÉTEREK:... 11 4. MELLÉKLET: MATLAB SCRIPT AZ ADATOK FELDOLGOZÁSÁHOZ... 11 ÁBRAJEGYZÉK 1. ÁBRA - ZF 12+4 SEBESSÉGES AMT VÁLTÓ [SEBESSÉGVÁLTÓ MŰKÖDTETŐ LABOR - DR. BÓKA GERGELY]... 4 2. ÁBRA - ELVÁRT ÉS VALÓS KAPCSOLÁSI IDŐK... 6 3. ÁBRA - A VÁLTÓ KAPCSOLÓELEMEINEK MŰKÖDÉSE... 7 4. ÁBRA - 1. FOKOZATBÓL 2. FOKOZATBA VÁLTÁS IDŐBELI LEFOLYÁSA... 8 5. ÁBRA - 4. FOKOZATBÓL 5. FOKOZATBA TÖRTÉNŐ VÁLTÁS... 9 6. ÁBRA - 2. FOKOZATBÓL 3. FOKOZATBA VÁLTÁS LEFUTÁSA... 10 7. ÁBRA - 6. FOKOZATBÓL 7. FOKOZATBA VÁLTÁS LEFUTÁSA... 11 TÁBLÁZATJEGYZÉK 1. TÁBLÁZAT - A KAPCSOLÓELEMEK MŰKÖDÉSE AZ AMT VÁLTÓBAN... 5 2. TÁBLÁZAT - A MUNKAHENGEREK DUGATTYÚINAK POZÍCIÓ AZ EGYES SEBESSÉGI FOKOZATOKBAN... 6 2
1. A mérés célja A mérés célja egy automatizált, nehéz haszonjármű sebességváltó elektro-pneumatikus működtető egységének vizsgálata. A vizsgálat során meghatározzuk a munkahengerek kapcsolási idejét, a munkahengerek löketét, a kapcsolások csoportosítását a működtetett kapcsoló-elemek szempontjából. 2. A mérés leírása, az egységek ismertetése 2.1. Megjegyzés Mivel a mérés a működtető egység meghibásodása miatt nem történt meg, ezért az elemzés során a tanszék által biztosított korábbi adatsorokból dolgoztunk. A mérőeszköz működésének elméleti vizsgálata a laboron megtörtént. Az elemzés során a 2015/2016/I. félévben, Molnár Péter által felvett adatsort használtam. A tavalyi mérés peremfeltételei: 3,8 bar tápnyomás és 23 C levegő hőmérséklet. 2.2. Az AS Tronic vezérlő egység A ZF AS Tronic egységet kiszerelt állapotban vizsgáltuk. Ez az egység egy elektropneumatikus elven működő kapcsolószerkezet, amely a tápnyomást a tehergépjármű légrendszerétől kapja (a mérés során a labor fali tápcsatlakozóját használtuk volna), azonban nyomása a mechanikai károsodások elkerülése végett jelentősen kisebb a légrendszernél. A működtető rendszer kísérleti fejlesztés. A vezérlést egy laptopról, erre a célra írt Matlab/Simulink szoftver segítségével lehet elvégezni. A program segítségével ki lehet választani a beállítandó sebességi fokozatot, vagy egyesével végig lehet kapcsolgatni a fokozatokon. A számítógép és a hardver között foglal helyet egy DSpace Mikro Autobox, amely a digitális-analóg jelátalakítást végzi mindkét irányban. A munkahengerek kamráiban nyomásszenzorok vannak, amelyek a kapcsolások alatti kamranyomást monitorozzák, és az adatokat továbbítják a vezérlő számítógép felé, amely egy.mat struktúrájú adatfájlba menti a mérési eredményeket. Az értékelés során a kapott adatokból elemezzük a kapcsolási időket, a nyomások változását, és ezeket ábrázoljuk 3 sebességváltásra az idő függvényében. 3
2.3. A vezérelt sebességváltó leírása 1. ábra - ZF 12+4 sebességes AMT váltó [Sebességváltó működtető labor - Dr. Bóka Gergely] Az AS Tronic egység által vezérelt sebességváltó egy felező váltóból, egy 3+1 sebességes, körmös kapcsolós sebességváltóból és egy tartományváltóból épül fel. Ez 12 előremeneti és 4 hátrameneti fokozatot ad ki. A vizsgálat során csak az előremeneti fokozatokra térünk ki. Az 12+4 sebesség a következő módon adódik ki. A tartományváltó 2 üzemmódban kapcsolható: LOW és HIGH. Ez minden fokozatot megdupláz. Az egyedi fokozatokból 3+1 db van, ezek körmös kapcsolóval kapcsolhatóak. Ez összesen 6+2 fokozat. A váltó elé épített felezőváltó is 2 üzemmóddal rendelkezik: direkt hajtás vagy fokozatfelezés. Ezen módok között váltogatva érhető el a 12+4, azaz 16 db sebességi fokozat. A fokozatok váltása során előfordul, hogy kettő, esetleg mind a 3 kapcsolószerkezetet, valamint a válogatót is működtetni kell a következő fokozat kapcsolásához. Ezen műveletekhez a működtető egység 4 pneumatikus munkahengert (válogató, főváltó, felező és tartományváltó) használ, amelyek közül a főváltó munkahengere hármas működésű: két szélső, és egy üres állásba kapcsolható. A többi henger kettős működésű. 4
Mivel a sebességváltó kapcsolószerkezetei nem szinkronizáltak, a vezérlő egység az akadálymentes fokozatváltáshoz a dupla kuplungolás módszerét alkalmazza. Lefelé váltáskor először üresbe helyezi a váltót, majd felpörgeti a motort a szinkronfordulatszámra, ezután kapcsolja a sebességi fokozatot. Felfelé kapcsoláskor lassítani kell a tengelyt a szinkronizáláshoz. Ezt az előtéttengely fékjének működtetésével éri el (ez egy egyszerű lamellás kapcsolószerkezet). A kapcsolószerkezetek működését az egyes fokozatok közti váltás során a(z) 1. táblázat mutatja. Váltás Felező Válogató Főváltó Tartományváltó 1-2 x 2-3 x x x 3-4 x 4-5 x x 5-6 x 6-7 x x x x 7-8 x 8-9 x x x 9-10 x 10-11 x x 11-12 x 1. táblázat - A kapcsolóelemek működése az AMT váltóban A működés elemzése során négy fokozatváltás emelünk ki: 1-2, 2-3, 4-5, valamint a 6-7. Az 1-2 váltás során csak a felezőt, a 2-3 váltás során a felezőt, válogatót és főváltót, a 4-5 során a felezőt és a főváltót, míg a 6-7 váltás alatt mindegyik szerkezetet működtetjük. Az egyes sebességi fokozatokban a munkahengerek állapotait a(z) 2. táblázat mutatja. Amennyiben a váltót üresbe szeretnénk tenni, a főváltó munkahengerének két kamrájában megegyező nyomást kell létrehozni, hogy a dugattyú beálljon a középső helyzetébe, így megszakítva a hajtáslánc folytonosságát. 5
Fokozat Felező állás Válogató állás Főváltó állás Tartományváltó állás - 1 x - x - x - - x - 2 - x x - x - - x - 3 x - - x - - x x - 4 - x - x - - x x - 5 x - - x x - - x - 6 - x - x x - - x - 7 x - x - x - - - x 8 - x x - x - - - x 9 x - - x - - x - x 10 - x - x - - x - x 11 x - - x x - - - x 12 - x - x x - - - x 2. táblázat - A munkahengerek dugattyúinak pozíció az egyes sebességi fokozatokban 3. A mérési adatok kiértékelése 3.1. A valós és megkívánt váltási idők A(z) 2. ábra mutatja az elvárt és a tényleges váltási időket. A diagramból látható, hogy késedelem van a valós eset és az megkívánt között. Ennek értéke több elem működtetésekor megugrik. A késedelem oka a munkahengerek dugattyúinak 2. ábra - Elvárt és valós kapcsolási idők 6
megszólalási ideje, ugyanis a nyomás felépüléséhez valamekkora Δt időre van szükség. Több kapcsolóelem működtetésekor ez értelemszerűen nagyobb időtartam lesz. 3.2. A kapcsolóelemek működésének időbeli lefutása 3. ábra - A váltó kapcsolóelemeinek működése A diagramokból jól látható, hogy a felezőváltó minden második fokozat kapcsolásakor működik, míg a tartományváltó a teljes váltási folyamat során csak egyszer. Látható továbbá, hogy a 6-7 fokozat váltáskor a főváltó dugattyújának pozíciója nem változik. Ennek részletes oka a(z) 3.3.4 pontban kerül elemzésre. A felső diagramból jól kivehető a főváltó munkahenger-dugattyújának három állapota. 7
3.3. Kiemelt kapcsolási folyamatok elemzése, értékelése 3.3.1. Egy kapcsolóelemet működtető váltás (1 2) 4. ábra - 1. fokozatból 2. fokozatba váltás időbeli lefolyása A diagramból látható, hogy a kapcsolás során csak a felezőváltó munkahengerét működtetjük. Leolvasható a két állás közti váltásból a kapcsolás időtartama: 0,080 sec. Látszik a diagramon a vezérlőjelhez képesti (kívánt fokozat) dugattyúelmozdulás-késedelem (x-sp). Ez annak tudható be, hogy a jel terjedése véges sebességű, valamint a kamra levegővel való feltöltésének kezdete (szelepnyitás) is véges Δt idő alatt megy végbe. 8
3.3.2. Két kapcsolóelemet működtető váltás (4 5) 5. ábra - 4. fokozatból 5. fokozatba történő váltás Ezen váltás során két kapcsolóelemet működtetünk: a felező váltót, valamint a főváltót. Itt a váltási idő már 0,125 sec. Látható, hogy a két munkahenger egyszerre működik, ami nem helyes működés. Valós esetben először a főváltó, majd a felező munkahengerének dugattyúja mozdul el. Ezt a hibát a munkahengerek dugattyúinak elmozdulásából is láthatjuk: a fokozat kapcsolása előbb történik meg, mint a dugattyú végpozíciójának elérése. Ez megfigyelhető az előző (1 2) váltás során is. 9
3.3.3. Három kapcsolószerkezetet működtető váltás (2 3) 6. ábra - 2. fokozatból 3. fokozatba váltás lefutása Itt már lényegesen nagyobb a sebességváltás ideje, hiszen három kapcsolószerkezetet (főváltó, válogató és felező) működtetnie kell a vezérlő egységnek. A váltás ideje: 0,210 sec. Mivel a váltást csak a vezérlővel vizsgáltuk, a folyamat itt is hibás: valós esetben először a főváltó, majd a felező, és végül a válogató működik. Ezután ugrik a másik állásába a főváltó és a felező munkahengere. Ez szintén látszik az elmozdulások görbéiből: a fokozat előbb kapcsol, mint ahogy a dugattyúk elérik végpozíciójukat. 10
3.3.4. Négy kapcsolóelemet működtető váltás (6 7) 7. ábra - 6. fokozatból 7. fokozatba váltás lefutása Itt, mivel mind a négy szerkezet működtetjük, a váltás időtartama már 0,230 sec. A valós váltási folyamat itt is eltér, hiszen a görbék alapján a főváltót nem működtetjük, a valóságban azonban igen. A 6. és 7. fokozatban is ugyanabban az állásban kell elhelyezkednie a főváltónak, azonban ez a válogató mozgása miatt nem oldható meg anélkül, hogy a főváltót ne mozdítanánk ki a neutrális helyzetébe, majd a válogató mozgás végeztével vissza a kívánt pozícióba. Vagyis a helyes, valós sorrend: felező, válogató, válogató, felező, főváltó. 3.4. Egyéb megállapítható paraméterek: Felező lökete és löketideje: 33,5 mm; 0,15 sec Válogató lökete és löketideje: 25,5 mm; 0,10 sec Tartományváltó lökete és löketideje: 31,5 mm; 0,270 sec Főváltó lökete és löketideje: 33 mm; 0,170 sec 4. Melléklet: Matlab script az adatok feldolgozásához 11