Комплекс изучения устройства, диагностирования и основ ремонта автоматических коробок передач

Автоматическая коробка передач является достаточно сложным агрегатом трансмиссии автомобилей, где даже замена масла (речь идёт о полной замене масла) самостоятельно не может быть проведена. Современные автомобили всё в большей степени оснащают автоматическими коробками передач (в дальнейшем – АКПП), что обусловлено удобством и простотой их использования. По данным аналитического агентства «Автостат», доля продаж новых легковых автомобилей с автоматической трансмиссией в России за 9 месяцев 2021 года составила 66% от общего рынка продаж [1].

Практически все современные городские автобусы большого класса оснащены различными типами АКПП. Причинами широкого применения в трансмиссии автотранспортной техники АКПП различного типа обусловлено следующими факторами:

• -    частые переключения коробки передач в условиях городской транспортной среды значительно снижают ресурс механической коробки передач;

• -    АКПП обеспечивает лучшую плавность хода в сравнении с механической трансмиссией, увеличивает ресурс двигателя;

• -    электронная система управления АКПП обеспечивает наиболее оптимальные режимы движения, что снижает потребление топлива.

Наблюдается всё большее применение АКПП в трансмиссии грузовых автомобилей (малотоннажных автомобилей, автомобили для дальних перевозок, специальная техника).

Широкое применение АКПП требует высококвалифицированных специалистов, способных не только качественно произвести ремонт, но и организовать проведение диагностических и ремонтных работ, а также работ по техническому обслуживанию агрегата. Оснащение учебных заведений учебными комплексами по изучению АКПП значительно отстаёт от необходимого уровня оснащения. Например, на базе ГОУ СПО «Колледж автомобильного транспорта №9» создано, как утверждается, единственное в Москве предприятие по ремонту гидротрансформаторов АКПП, причём на основе американского комплекса оборудования компании «Super Flow» [2]. Изучение АКПП в университетах, осуществляемое на макетах, тренажёрах и лабораторных стендах, происходит по трём направлениям:

• -    изучение конструкции АКПП на базе разрезного макета (например, стенд «Автоматическая коробка передач автомобиля Mercedes в разрезе» производства компании «Форвард», Россия, рис. 1. а );

• -    изучение процесса разборки-сборки, позволяющая осуществить такие действия, как де-фектовка элементов коробки и общий её ремонт (например, учебный стенд для разборки-сборки ЭЛБ-002.005.01 производства компании «Энер-гияЛАБ», Россия, рис. 1, б );

• -    изучение принципа функционирования АКПП на базе лабораторного стенда, имитирующего работу коробки на автомобиле (например, лабораторный стенд «Гидромеханические передачи «АКПП» производства компании ООО «Денар», Россия, рис. 1, б ).

Выбор лабораторных стендов АКПП и их элементов, производимых в России, очень мал. Для изучения диагностирования и ремонта АКПП в России созданы немногочисленные платные курсы (например, курсы по ремонту АКПП учебного центра «Престиж», г. Санкт-Петербург) [3]. Курсы предусматривают изучение теории и практики продолжительностью до 125 часов. Основными этапами обучения являются:

• -    экспресс-диагностика АКПП на автомобиле и методика демонтажа коробки с автомобиля;

• -    разборка-сборка и изучение устройства АКПП различных видов на учебном модуле (предусмотрено общее изучение и изучение электронной, гидравлической и механической части АКПП);

• -    обучение логики работы АКПП, изучение симптомов неисправностей;

• -    обучение последовательности дефек-товки, изучение слесарного и специального инструмента для ремонта АКПП;

• -    обучение методике правильной сборки и регулировки АКПП.

а )

б )

Рисунок 1 – Учебные стенды АКПП: а ) – учебный стенд «Автоматическая коробка передач автомобиля Mercedes в разрезе»; б ) – учебный стенд ЭЛБ-002.005.01; в ) – лабораторный стенд «Гидромеханические передачи «АКПП»

В Псковском государственном университете на автомобильной кафедре были начаты работы по разработке и изготовлению учебного комплекса для изучения устройства, работы, диагностирования и ремонта автоматических коробок передач. Предполагается изготовить комплекс для работы со всеми основными типами АКПП – классической гидромеханической коробки с гидротрансформатором, роботизированной и АКПП с вариатором. Изучение каждого типа коробок передач складывается из трёх блоков лабораторного оборудования:

• -    блок изучения устройства АКПП;

• -    блок изучения методов диагностирования АКПП;

• -    блок изучения ремонта АКПП.

Блок изучения устройства гидромеханической АКПП состоит из трёх стендов – стенд изучения отдельных элементов коробки передач, стенд изучения логики работы коробки как совокупность всех входящих в неё элементов, и стенд изучения кинематики АКПП.

Блок изучения устройства гидромеханической АКПП включает:

• -    стенд изучения отдельных компонентов АКПП;

• -    стенд изучения логики работы АКПП;

• -    стенд изучения кинематики АКПП.

Стенд изучения отдельных компонентов АКПП (рис. 2) предназначен для изучения устройства и работы гидротрансформатора, насоса, многодисковых фрикционных муфт и ленточного тормоза, планетарных механизмов и обгонных муфт различных типов, гидравлического блока управления, механизма парковки.

Рисунок 2 - Стенд изучения отдельных компонентов гидромеханической АКПП : 1 -макет гидротрансформатора (макет-книжка); 2 -макет насоса; 3 - макет фрикционных муфт; 4 -макет однорядного планетарного механизма с обгонной муфтой и ленточным тормозом; 5 - макет планетарного механизма Равинье с обгонной муфтой; 6 - макет планетарного механизма Симпсона

Макеты компонентов АКПП изготовлены таким образом, что позволяет наглядно изучить их устройство и работу. Макет гидротрансформатора представлен в двух вариантах -с местными вырезами в составе АКПП и с возможностью вращения всех колёс, а также с неподвижными колёсами по типу макет-книжка (рис. 3). Это даёт возможность визуально проследить воображаемое течение жидкости в рабочем пространстве гидротрансформатора, а также ознакомиться с работой блокировочной муфты и блокировочной муфты (или муфты регулируемого скольжения) в составе гидротрансформатора.

Представлены макеты планетарных механизмов различных типов - механизм Симпсона, механизм Равинье и механизм Лепелетье. Представленные макеты позволяют проводить их разборку и вращение всех элементов (солнечного колеса, эпицикла и планетарного ряда). В ходе изучения планетарных механизмов обучающиеся проводят работы по определению передаточных отношений механизма при блокировке того или иного элемента, используя уравнение Виллиса, что значительно способствует усвоению материала. Вследствие сложности конструкции гидравлический блок управления рассматривается в соответствии с представленной гидравлической схемой.

Рисунок 3 - Макеты гидротрансформатора : а ) - с местными вырезами и возможностью вращения в составе макета коробки передач; б) - макет-книжка

Стенд изучения логики АКПП представляет собой макет АКПП с выполненным разрезом коробки по всем элементам (рис. 4). На макете рассматривается компоновка коробки и взаимодействие рассмотренных ранее её отдельных элементов в соответствии с представленной кинематической схемой.

Завершающим стендом блока изучения АКПП является стенд изучения кинематики коробки (рис. 5). Макет АКПП 5НР19, являющийся основой стенда, выполнен с разрезом корпуса для визуального наблюдения элементов, причём всем элементам коробки сохранена подвижность. Гидротрансформатор 2 выполнен с заблокированными с помощью резьбовых штифтов насосным и турбинным колёсами для передачи вращения на вал коробки передач. Вращение обеспечивается в ручном и автоматическом режиме, переключение которого осу- ществляется с помощью рычага 6. Автоматический режим вращения обеспечивает червячный мотор-редуктор 4.

Рисунок 4 – Разрезной макет АКПП

Рисунок 5 – Стенд изучения кинематики АКПП : 1 – макет АКПП 5НР19; 2 – гидротрансформатор с заблокированными колёсами; 3 – муфта; 4 – червячный мотор-редуктор; 5 – ручное управление вращением гидротрансформатора; 6 – рычаг переключения ручного и автоматического вращения гидротрансформатора; 7 – кнопка включения (выключения) мотор-редуктора; 8 – переключатель подачи напряжения 12 В; 9 – блок кнопочных переключателей; 10 – кинематическая схема коробки с встроенными световыми лампами

На плакате 10 , отображающем кинематическую схему АКПП, в местах прорисовки управляющих элементов (фрикционных и блокировочных муфт, обгонной муфты) встроены световые лампы напряжением 12 В, включение которых осуществляется с помощью кнопочных включателей 9 . В соответствии с выбранной передачей определёнными кнопочными включателями осуществляется подсветка элементов на плакате, задействованных в работе на данной передаче. Затем с помощью механических клиновидных элементов осуществляется блокировка фрикционных муфт на макете коробки, и приводится в движение гидротрансформатор. Стенд наглядно демонстрирует работу АКПП при включении различных передач.

Блок изучения методов диагностирования предусматривает изучение как классических методов диагностирования, так и разрабатываемых на базе кафедры. Методы диагностирования предусматривают определённые виды действий, ориентированных на следующие проверки [4]:

• -    проверка механизмов и узлов АКПП на наличие ударных воздействий, вибраций;

• -    проверка величины давления в системе управления коробки, герметичность и степень износа золотников гидроблока и уплотнений гидроцилиндров фрикционных и блокировочных муфт;

• -    целостность электромагнитных катушек золотников гидроблока, исправность датчиков;

• -    плавность и точность переключения передач, скорость реакции АКПП при переключении передач.

Стендовая диагностика АКПП с гидротрансформатором включает два вида стендов: стенд диагностирования гидравлического блока управления и стенд для обкатки и испытаний АКПП в сборе [5, 6]. Стенды диагностирования гидроблока представлены широкой линейкой стендов различных производителей, где диагностирование в общем для всех типов стендов заключается в проверке электрических соединений и величин давлений при имитации различных режимов движения автомобиля. Стенды обкатки и испытаний предназначены для тестирования восстановленных агрегатов при имитации на стенде реальных условий эксплуатации.

АКПП с гидротрансформатором можно условно разделить на три элемента – гидротрансформатор (ГДТ), механическую часть и гидравлический блок управления, основными неисправностями которых являются [7]:

• -    неисправности элементов ГДТ (механические повреждения лопастей колёс, неисправность обгонной муфты реакторного колеса, износ блокировочной муфты или муфты с регулируемым проскальзыванием);

• -    неисправности механической части АКПП (износ фрикционного слоя блокировочных муфт, ленточного тормоза, не герметичность резиновых уплотнителей гидравлических цилиндров фрикционных муфт, неисправность обгонных муфт);

• -    неисправности гидравлического блока управления (износ поверхностей золотников, загрязнение каналов гидроблока, неисправности электрической части гидроблока).

В связи с наличием блокировочных муфт и муфт с регулируемым проскальзыванием в конструкции ГДТ (например, коробки передач типа ZF6HP [8]) возникает необходимость отдельного диагностирования собственно ГДТ и механической части АКПП. Создание отдельных стендов для диагностирования элементов АКПП не рационально, поэтому для разработки универсального стенда диагностирования (в том числе поэлементного) и обкатки АКПП были выдвинуты следующие требования:

• -    обеспечение диагностирования поэлементно ГДТ и механической части АКПП;

• -    обеспечение испытания и обкатки АКПП в сборе;

• -    универсальность стенда для работы с широким рядом АКПП.

Структурно универсальный стенд представлен на рис. 6. Основой нагружающего устройства является гидромуфта, тормозной момент которой обеспечивается заданной частотой вращения нагружающего колеса.

Рисунок 6 – Структурная схема универсального диагностического стенда

Нагружающее устройство обеспечивает широкий ряд тормозного момента для обеспечения диагностирования различных по мощности коробок передач. Гидрообъёмная передача в составе стенда обеспечивает плавное регулирование частоты вращения и крутящего момента. Нагружающее устройство и гидрообъёмная передача разработаны на кафедре автомобильного транспорта ПсковГУ.

Блок изучения основ ремонта АКПП включает универсальный стенд-кантователь для разборки-сборки, оснащённый адаптерами для закрепления АКПП различных автотранспортных средств, набор инструментов и приспособлений. В зависимости от типа коробки предполагается закрепление на одной стойке стенда или с помощью двух стоек с возможностью вращения.

Представленный комплекс рассматривает полный цикл изучения АКПП: устройство коробок и их функционирование, методов диагностирования и основ ремонта. В зависимости от сложности управления работой АКПП диагностический стенд предусматривает возможность изменения в структуре управления работой стенда, что позволяет адаптировать возможности стенда под определённую АКПП. Диагностирование ГДТ на стенде позволит оценить его техническое состояние без учёта влияния фрикционных передач механической части коробки. Определение технического состояния фрикционных пе- редач механической части предусматривает диагностирование АКПП в сборе при определённом ранее техническом состоянии ГДТ.