Terhelés alatti áttételváltás vezérlési és működtetési folyamatainak vizsgálata | Magyar Mezsgye | magyarmezsgye.hu
Aktuális cikkek

Terhelés alatti áttételváltás vezérlési és működtetési folyamatainak vizsgálata

Összefoglaló

A szerteágazó követelmények összetett igénybevételeket támasztanak napjaink mezőgazdasági erőgépeivel szemben. Az eredményes munkavégzés megköveteli, hogy egy korszerű dízelmotorhoz hatékony és sokoldalú teljesítményátviteli szerkezet csatlakozzon, hiszen a motor teljesítményét a lehető legkisebb veszteséggel kell eljuttatni a talaj és a kerék kapcsolatához. Mindezt úgy, hogy a pillanatnyi áttétel az egyébként széles sebességtartományban is optimális motorterhelést biztosítson az alacsony hajtóanyag fogyasztás eléréséhez. Ennek érdekében alkalmazzák leggyakrabban a korszerű terhelés alatt kapcsolható – Powershift – nyomatékváltókat. Ezek üzemének kritikus pontja a terhelés alatti áttételváltás a – sebességváltás – folyamata. A kutatási munka ennek a kapcsolási folyamatát vizsgálja a váltást vezérlő elektromos jeltől kiindulva a hidraulikus működtető elemek nyomásváltozásain keresztül figyelemmel a kifejtett vonóerő időbeni változására.

Bevezetés

Világszerte a sebességváltók kialakításával foglalkozó kutatások fő célja a hajtásátvitel veszteségeinek csökkentése. Molari [1] ugyanazon típusú nyomatékváltó súrlódási veszteségeinek megállapítását végezte, mely a dolgozathoz kapcsolódóan a vizsgált traktorba is beépítésre került.  Szintén aktív kutatási terület az áttételváltás folyamatának sebességfüggővé tétele. A sebességváltás folyamatában az áttétel megváltoztatásának időbeni lefolyásától is függő súrlódási veszteségek csökkentik az átvitt teljesítményt. A váltási időtartam növekedésével a sebesség csökkenése miatt nő az erőgép mozgási energiavesztesége. Ezen folyamatok összefüggéseinek feltárásához pontosan és részletesen meg kell vizsgálni a sebességváltási folyamat időbeni lejátszódását, ami az irányító jelek jellemzőivel adhatók meg a legmegbízhatóbban. A témában elvégzett kísérleteink ezeknek az irányító jeleken keresztüli bemutatásával foglalkozik a mérési eredményekből levonható következtetéseken keresztül.

1. ábra – A nyomatékváltó hosszmetszete

1. ábra – A nyomatékváltó hosszmetszete

Mérési módszer és alkalmazott eszközök

A részletes vizsgálathoz egy New Holland T7040 típusú traktorral végeztük, mely erőgép teljesítményátviteli rendszerének hosszmetszeti rajza az 1. ábrán látható.

A nyomatékváltó Full Powershift rendszerű, amely lehetővé teszi 19 előremeneti és a 6 hátrameneti fokozat terhelés alatti kapcsolhatóságát. Ezzel a sebességváltóval talajművelésnél a 3–9 km/h, illetve 5–13 km/h, míg szállítási munkáknál a 40 km/h körüli sebességek biztosíthatók. A fokozatok kapcsolása 9 darab hidraulikusan vezérelt többtárcsás, nedves tengelykapcsolóval történik. A váltó sajátossága, hogy szállítás során a 19. fokozatba kapcsolva kedvező hatásfokú, közvetlen hajtás vihető át a lendkeréktől a TLT meghajtó tengelyen keresztül, csökkentve ez által a melegedést és a súrlódási veszteségeket [1].

A mérések 2010. május 4-én Szerencs város külterületén egy 9800 kg össztömegű pótkocsi közúti vontatásánál történtek. A mérés egy gyorsítási ciklusában a vonószerkezetben elhelyezett hidraulikus munkahengerrel történt a közvetett vonóerő mérés [2]. A mérési folyamatban a vezérlőáram és a fokozatkapcsolást végző tengelykapcsolót működtető hidraulika nyomás értékeit rögzítettük az idő függvényében.

A méréseket két szakaszban végeztük.

Első lépésben a hidraulikát müködtető vezérlőelem elektromos jelét közvetlenül az erőgép vezérlő áramköréből olvastuk ki a traktor CAN hálózatán keresztül, a New Holland gyári szoftverével (New Holland Electronic Service Tool). A programmal elmentettük a többtárcsás hidraulikus kapcsolású tengelykapcsoló mágnesszelepére kivezérelt áram nagyságának időbeni változását.

2. ábra – A nyomás jeladók és a mérő-adatgyűjtő csatlakoztatása  a vezérlőtömbre

2. ábra – A nyomás jeladók és a mérő-adatgyűjtő csatlakoztatása
a vezérlőtömbre

A második mérési szakaszban a hidraulikai nyomás változásait vizsgáltuk. Az áttételváltás alatt a tengelykapcsolót működtető nyomás mérésére Hydac gyártmányú hidraulikavizsgáló berendezést /mérő+ adatgyűjtő/ alkalmaztunk. A Hydac HDA 3444-A-600-000 nyomásmérő jeladókat a nyomatékváltó vezérlőtömbjén a B D és E jelű tengelykapcsolók nyomásmérő szervizcsatlakozóira kötöttük rá. Ez a hidraulikus vezérlőkörben közvetlenül a proporcionális útváltó szelep után található, így közvetlenül az egyes tengelykapcsolókat működtető nyomás nagyságát vizsgálhattuk. Pontos adatokat kaptunk arról, hogy milyen időben és meredekségi eltérések vannak az elektromos vezérlőáram és az általa kivezérelt nyomás között. A mért nyomásértékeket Hydac HMG 2020 mérő-adatgyűjtő segítségével rögzítettük, melyből PC-re való importálás után az adatok feldolgozhatóvá váltak.

3. ábra – Az egymást követő fokozatok elektromos vezérlőjelinek  időbeni lefolyása a váltás során

3. ábra – Az egymást követő fokozatok elektromos vezérlőjelinek
időbeni lefolyása a váltás során

Mérési eredmények

A vezérlőjelek minden tengelykapcsoló esetében rögzítésre kerültek, amelyek száma a vizsgálat során elérte a 80000 darabot. A mért adatok szerinti áramerősség változást egy sebességváltási folyamatban a 3. ábra mutatja.

A D jelű tengelykapcsoló bekapcsolt állapotában a hidraulikus rendszer 0,6 A nagyságú vezérlőárama a kapcsolás ideje alatt 0,2 A-ra csökken, miközben a következő fokozat bekapcsolásához a hidraulikus tengelykapcsoló útváltóját is ilyen nagyságú vezérlőáram kezdi bekapcsolni. A kapcsolási rendszert működtető szoftverben beállítható idő (jelen esetben 47 ms) elteltével a D jelű tengelykapcsoló teljesen kikapcsol, s közben a vezérlőárama 0,05 A értékre csökken. Ezzel szemben az E jelű tengelykapcsoló teljesen bekapcsolt állapotba kerül, így 0,6 A nagyságúra nő a vezérlőárama. A vezérlési folyamat összefüggéseinek elemzéséhez az adott tengelykapcsolónál mért elektromos jelet és hidraulikus vezérlőnyomást azonos időskálán ábrázoltuk.

A 4. ábrán jól látszik, hogy a hidraulikus rendszer nyomásának felépülése 10–15 milliszekundum késéssel, a vezérlőjel változásait követve történik. Ennek magyarázata, hogy a tengelykapcsoló lamelláinak az összenyomásakor bizonyos elmozdulások vannak, aminek megtételéhez időre van szükség, illetve a fokozatváltás rángatás mentes megvalósítására a rendszerbe épített nyomástárolónak is fel kell töltődni.

Az 5. ábrán a mért vonóerő változása van feltüntetve, melyből megállapítható, hogy a tengelykapcsoló vezérlőnyomását az erőgép által kifejtett vonóerő pontosan követi.

5. ábra – A hidraulikus működtető nyomások és a vonóerő időbeni lefolyása a váltás soránlefolyása a váltás során

5. ábra – A hidraulikus működtető nyomások és a vonóerő időbeni lefolyása a váltás soránlefolyása a váltás során

A néhány milliszekundum késedelem elsősorban az erőgép tömegtehetetlenségének tudható be, mivel a vonóerőt nem a talaj-kerék kapcsolatban vizsgáltuk, hanem az erőgép és a vontatmány között. A kapcsolás végén mutatkozó vonóerő csúcs jól mutatja a munkagép visszagyorsításához szükséges többlet erőt.

KÖVETKEZTETÉSEK

Az erőgépeknek széles sebességtartományban kell változó nagyságú vonóerőt kifejteni. Az általunk mért adatok alapján feltérképezhetők az összefüggések az elektromos vezérlőjel és a váltási folyamat lefolyása között. Megállapítottuk, hogy a vizsgált erőgép a sebességtől és a kifejtett vonóerőtől függetlenül azonos időtartamú és áramerősségű vezérlőjelekkel dolgozik. Energetikai szempontból célszerű lenne a terhelés alatti fokozatkapcsolás lefolyását vezérlő hidraulikus nyomás vonóerő és haladási sebességtől függő differenciálása. A módosított vezérléssel a várható (egyébként csekély) hajtóanyag megtakarításon túl a minimalizált súrlódásnak köszönhetően számottevően nőhet a tengelykapcsoló alkatrészeinek élettartama, csökkenhet a kenőolaj üzemi hőmérséklete, valamint az üzemi viszonyoktól függően nő a váltási komfort. Kutatási munkánk folytatásával végeredményben szeretnénk hozzájárulni az optimálisabb kapcsolásvezérlő jelsor kialakításához.

Dr. Lengyel Antal – Szegedi Attila
Nyíregyházi Egyetem Műszaki és Agrártudományi Intézet
Jármű- és Mezőgazdasági Géptani Tanszék
4400 Nyíregyháza Kótaji út 9–11.
E-mail: lengyel.antal@nye.huszegedi.attila@nye.hu

Felhasznált irodalom
[1]. Molari G. –Sedoni E.: (2008) Experimental evaluation of power losses in a power shift agricultural tractor transmission Biosystems Engineering Vol. 100 pp.177-183.
[2]. Lengyel A. – Szegedi A. (2011): Terhelés alatti áttételváltás folyamatainak elemzése Járművek és Mobil Gépek online folyóirat nyomtatásban megjelent különszáma, 139-145. o., ISBN 978-963-269-227-2

Hozzászólás a cikkhez