Обоснование типа и параметров трансмиссии

Тип трансмиссии следует выбирать, руководствуясь назначением и технологическими требованиями к мобильным энергетическим средствам. К настоящему времени на мобильных энергетических средствах нашли применение следующие типы трансмиссий: механические ступенчатые без переключения под нагрузкой; механические ступенчатые с переключением на ходу; гидродинамические; гидромеханические двухпоточные; механические двухпоточные; гидростатические.

Рассмотрим влияние отдельных типов трансмиссии на единичные показатели технологических свойств мобильных энергетических средств.

6.4.1. Влияние типа трансмиссии на показатели технологических свойств

Механическая ступенчатая трансмиссия — наиболее простая по устройству, поэтому наиболее дешевая и надежная. Единичные показатели технологических свойств энергетического средства с этой трансмиссией можно принять в качестве номинальных. Тогда по всем остальным типам трансмиссий оценку показателей технологических свойств следует проводить по сравнению с показателями трактора, оснащенного простой механической трансмиссией.

Существенным недостатком ступенчатых трансмиссий служит необходимость останавливать трактор для переключения передачи. При выполнении технологической операции остановка трактора на гоне вызывает потерю времени, а иногда и нарушение технологического процесса. Поэтому большое распространение получили трансмиссии с переключением передач без разрыва силового потока от двигателя к ведущим колесам, не требующие остановки МТА. Разновидностью таких передач является трансмиссия с увеличителем крутящего момента.

Увеличитель крутящего момента устанавливают на трансмиссиях с обычной ступенчатой коробкой передач без устройств, обеспечивающих переключение передач под нагрузкой. Для более наглядного представления рассмотрим работу наиболее простого по конструкции увеличителя крутящего момента в виде двухступенчатого редуктора (рис. 248), который устанавливается после муфты сцепления и может включаться без ее выключения. Одна пара шестерен 2 редуктора имеет передаточное число / = 1, а вторая 1 — / = 1,2... 1,35. Такое соотношение передаточных чисел в сочетании с запасом крутящего момента обеспечивает преодоление практически всех встречающихся временных сопротивлений. Более высокое соотношение передаточных чисел нецелесообразно, так как в связи с чрезмерным снижением скорости не будет компенсирована потеря времени на переключение передач с остановкой трактора.

Кинематическая схема увеличителя крутящего момента (УКМ)

Рис. 248. Кинематическая схема увеличителя крутящего момента (УКМ)

Переключение передач в редукторе происходит под нагрузкой плавно благодаря синхронной работе двух фрикционных муфт (см. рис. 248). При переходе на пониженный скоростной режим с целью увеличения крутящего момента муфта Фн включает в работу пару шестерен 1 с / = 1,2... 1,35, а вторая муфта Фв одновременно выключает из работы вторую пару шестерен 2 с / = 1. Таким образом, переключение сопровождается одновременной работой двух фрикционных муфт. За счет этого происходит плавный переход на пониженную передачу без остановки. При этом не требуется переключения передачи в коробке передач. Однако одновременная работа двух фрикционных муфт вызывает потерю мощности на трение их дисков и снижает КПД трансмиссии.

Включение и выключение увеличителя крутящего момента осуществляется трактористом с помощью отдельной педали при трога- нии с места и разгоне, а также при преодолении временного повышения нагрузки на двигатель. Следовательно, за счет трогания с места на низшей ступени увеличителя крутящего момента разгон МТА может осуществляться на пониженной передаче, а не на более высокой, на которой трактор должен выполнять технологическую операцию. Это облегчает трогание и разгон МТА в тяжелых условиях.

Увеличитель крутящего момента, как правило, не рассчитан на длительный период непрерывной работы. Однако на некоторых машинах конструктивно предусматривают такой режим работы. В этом случае наличие увеличителя крутящего момента позволяет получить дополнительный пониженный ряд скоростей.

Применение увеличителя крутящего момента оказывает влияние на следующие единичные показатели технологических свойств энергетического средства: повышает коэффициент использования времени смены тсм, понижает КПД трансмиссии Г|тр, следовательно, увеличивает расход топлива #кр. Установка на трактор увеличителя крутящего момента повышает обобщенный показатель стоимости технологического процесса Ст.

Коробки передач с переключением передач без остановки трактора

под нагрузкой имеют разное конструктивное оформление. Принцип их действия основан на мягком переходе с одной передачи на другую благодаря одновременной работе двух фрикционных муфт, как при включении усилителя крутящего момента. По конструкции такие коробки передач сложнее и дороже обычных коробок передач.

Следует отметить, что эффективность использования коробок передач с переключением передач без остановки трактора зависит от условий его эксплуатации. Чем чаще приходится прибегать к переключению передач (короткие гоны, сложная конфигурация обрабатываемого участка и др.), тем больше экономия сменного времени от применения таких коробок передач. Наибольший эффект достигается при сочетании их с автоматическим переключением передач в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов работы МТА.

Таким образом, можно констатировать, что применение коробок передач с переключением передач под нагрузкой повышает коэффициент использования времени смены тсм, понижает КПД трансмиссии Г|тр, повышает расход топлива gKf) и обобщенный показатель стоимости технологического процесса Ст.

Гидродинамическая трансмиссия. Под гидродинамической трансмиссией понимают трансмиссию, имеющую в своем составе гидромуфту или гидротрансформатор. Основные преимущества гидродинамических трансмиссий по сравнению с механическими:

  • • бесступенчатое автоматическое регулирование загрузки двигателя и постоянное поддержание его работы в заданном режиме;
  • • ниже динамическая нагруженность двигателя и трансмиссии как при переходных, так и при установившихся режимах работы машины;
  • • исключается необходимость остановки трактора для переключения передач в широком диапазоне тяговых нагрузок;
  • • трогание с места и остановка машины могут быть осуществлены перемещением акселератора из одного крайнего положения в другое без разъединения двигателя с трансмиссией;
  • • лучше условия труда тракториста вследствие облегчения управления и снижения вибронагруженности.

К основным недостаткам гидромеханических трансмиссий относятся: пониженный общий КПД по сравнению с механической и повышенный вследствие этого расход топлива; увеличение сложности конструкции, стоимости и снижение надежности.

Гидростатическая трансмиссия (ГСТ). Гидростатической (гидрообъемной) называют трансмиссию, в которой передача и преобразование движения осуществляются только за счет перемещения замкнутого объема жидкости между гидронасосом и гидромотором. Как и в гидротрансформаторе, в гидростатической трансмиссии происходит двойное преобразование энергии: сначала из механической в гидравлическую (гидронасос), а затем — из гидравлической в механическую (гидромотор). Различие состоит в том, что в гидротрансформаторе энергия передается за счет гидродинамического напора жидкости, создаваемого насосным колесом, а в гидростатической трансмиссии — за счет перемещения замкнутого объема жидкости, т.е статического напора.

Существуют различные схемы гидростатических трансмиссий. Наилучшим образом используются потенциальные возможности такой трансмиссии на основе индивидуальных мотор-колес. Такое конструктивное решение повышает компоновочные возможности энергетического средства, так как передача мощности от насоса к мотор-колесам по гибким шлангам, по существу, не ограничивает гибкость и варианты взаимного размещения источника и потребителя энергии в отличие от механической трансмиссии. Таким образом, проблема распределения и подачи энергии к разрозненным рабочим органам сельскохозяйственных машин решается значительно проще по сравнению с механической трансмиссией.

Полнопоточные гидростатические трансмиссии не применяют на тракторах, но их устанавливают на мобильных энергетических средствах сельскохозяйственного назначения. ГСТ обеспечивают бесступенчатое автоматическое регулирование скорости в зависимости от нагрузки, а также режимы работы:

  • • постоянный нагрузочный режим двигателя, включая максимальное использование энергии (Ne = const при %д = 1) для достижения максимальной производительности МТА;
  • • постоянную скорость движения (v^ = const) при высокой топливной экономичности двигателя.

Оба режима работы моторно-трансмиссионной установки достигаются благодаря связному регулированию режима работы двигателя и передаточного числа трансмиссии.

Режим постоянной мощности двигателя поддерживается за счет соответствующего изменения передаточного числа трансмиссии. При снижении внешней нагрузки передаточное число трансмиссии энергетического средства автоматически и бесступенчато уменьшается, а его скорость также бесступенчато увеличивается. При увеличении нагрузки происходит обратный процесс. В этом и состоит суть связного регулирования работы дизеля и бесступенчатой трансмиссии. Таким образом, поддерживается постоянным заданный нагрузочный режим работы двигателя, но скорость трактора и МТА непрерывно изменяется в зависимости от изменения тяговой нагрузки. Колебания скорости почвообрабатывающих МТА затрудняют вождение, а при некоторых технологических операциях недопустимы по требованиям агротехники.

Режим минимального расхода топлива достигается следующим образом.

На рис. 101 представлена зависимость Мк =.Дсод) по скоростной регуляторной характеристике двигателя. Область возможных режимов работы дизеля ограничена сверху корректорным участком а, а справа — регуляторным участком внешней скоростной регуляторной характеристики б. Слева граничный режим работы дизеля определяет регуляторная ветвь в регуляторной характеристики, соответствующая минимальному скоростному режиму работы дизеля. Регулятор скорости двигателя допускает его работу в любой точке пространства, ограниченного названными четырьмя линиями.

На характеристике нанесено семейство гипербол г, каждая из которых представляет совокупность произведений Мксод = Ne = const, т.е. это линии постоянной мощности двигателя (20, 40, 60, 77 кВт). Другое семейство кривых д — линии постоянного удельного расхода топлива^ (180, 190, 200, 210 г/кВт • ч). Совокупность всех зависимостей представляет универсальную характеристику.

На этой же характеристике можно провести линию еж, которая охватывает широкий диапазон режимов работы дизеля по мощности, но каждый из этих режимов будет реализован при низком расходе топлива, в точках пересечении линии еж с линиями постоянной мощности. Эта линия начинается в точке максимальной мощности на регуляторной характеристике и заканчивается при некоторой промежуточной мощности в точке ж. Вокруг нее можно обозначить область минимальных расходов топлива, которая и будет областью регулирования.

Если известна линия или зона минимального расхода топлива дизеля, то задача регулирования состоит в том, чтобы при изменении нагрузки поддерживать режим работы дизеля по характеристике минимального расхода топлива, а не по регуляторной характеристике. Работа энергетического средства в режиме высокой топливной экономичности возможна только в том случае, когда двигатель работает с неполной нагрузкой. Рассмотрим это на таком примере.

Двигатель номинальной мощностью 77 кВт (см. рис. 101) работает в режиме, соответствующем точке/, т.е нагружен мощностью 60 кВт. Если под внешним воздействием произошло нарушение равновесного состояния со смещением влево (точка/), то восстановить режим работы в точке/можно, только повысив одновременно и крутящий момент двигателя Мк, и угловую скорость вращения его вала сод, т.е. мощность. Изменения скоростного режима работы дизеля должны при этом автоматически компенсироваться соответствующим уточнением передаточного числа трансмиссии, чтобы при работе дизеля по экономической характеристике скорость движения МТА сохранялась постоянной.

Золотниковый переключатель позволяют работать системе регулирования при движении трактора задним ходом, сохраняя характеристики движения такими же, как и при движении передним ходом. Это означает полную реверсивность трансмиссии, что является ее несомненным достоинством и придает энергетическому средству, на котором она установлена, неоспоримое технологическое преимущество.

Двигатель и трансмиссия трактора управляются одной рукояткой. Это значительно проще и удобнее, чем управление трактором с механической трансмиссией.

Следовательно, применение гидростатической трансмиссии может влиять на обобщенный показатель производительности Wn через единичные показатели технологических свойств тсм, %д, kN, Г|тр, а также на обобщенный показатель стоимости технологического процесса Ст 4epe3gKp и Цт.

Гидромеханическая двухпоточная трансмиссия. По своим функциональным свойствам двухпоточные гидромеханические передачи практически не отличаются от полнопоточных гидростатических передач. И те и другие через гидравлическую передачу обеспечивают бесступенчатое автоматическое регулирование скорости в зависимости от нагрузки.

Общая схема гидромеханической двухпоточной трансмиссии, наиболее простая, представлена на рис. 249.

Мощность от двигателя на колеса трактора передается двумя потоками:

  • 1- й поток — с двигателя через водило 12 и сателлиты 77 на солнечную шестерню 13, далее — на суммирующий вал 75;
  • 2- й поток — с двигателя через водило 12, сателлиты 77, эпицикл 10 и пару шестерен 9—8 на гидронасос 3, с гидронасоса — на гидромо-
Кинематическая схема гидромеханической двухпоточной коробки передач

Рис. 249. Кинематическая схема гидромеханической двухпоточной коробки передач: 1 — вал двигателя; 2 — маховик и сцепление; 3 — регулируемый гидронасос;

  • 4 и 5 — регулируемые гидромоторы; 6, 7, 8,9 — цилиндрические шестерни;
  • 10 — эпициклическая шестерня; 11 — сателлит; 12 — водило; 13 — солнечная шестерня; 14 — полый вал; 15 — суммирующий вал; 16 — коробка передач Vario

торы 4 и 5, с гидромоторов — на суммирующий вал 15. Суммирующий вал через коробку передач 16 сообщает движение заднему и переднему мостам трактора.

При трогании с места и разгоне трансмиссия работает только с использованием гидравлического потока. Когда трактор стоит, солнечная шестерня, кинематически жестко соединенная с ведущими колесами трактора, заторможена. Двигатель через сателлиты 11, эпицикл 10 и пару шестерен 9— ? приводит в движение аксиально-поршневой насос, который при наклоне корпуса на некоторый угол начинает подавать гидромоторам жидкость. Вследствие этого гидромоторы начинают вращаться и через суммирующий вал 15 и пару шестерен 7—6 приводят во вращение трансмиссию трактора и солнечную шестерню 13.

Когда корпус насоса под управляющим воздействием (тракториста или автомата) наклоняется на больший угол, гидромоторам подается больше жидкости, вследствие чего нарастает скорость вращения суммирующего вала и солнечной шестерни планетарного редуктора. Момент, передаваемый через гидравлический поток, снижается вследствие увеличения расхода и снижения давления жидкости, а компенсация общего момента двигателя происходит автоматически за счет его перераспределения и увеличения момента, передаваемого через механический поток. Скорость вращения суммирующего вала увеличивается. При этом тяговое усилие на крюке трактора снижается, а скорость возрастает.

Углы наклона корпусов насоса и мотора изменяются совместно. Когда корпус насоса установлен на угол 0° и подачи жидкости нет, корпуса насосов отклонены на максимальный угол, что делает невозможным вращение солнечной шестерни редуктора и суммирующего вала. Прежде чем корпус насоса достигнет максимального поворота 45°, корпуса моторов начинают поворачиваться к нулевому углу наклона. Передача момента через гидравлический поток продолжает снижаться, и при нулевом положении корпус мотора вращается вхолостую, а все движение передается только через механический поток.

Таким образом, особенность этой передачи состоит в том, что доля мощности, передаваемая каждым из потоков, перераспределяется в зависимости от скорости движения трактора. Трогание и разгон осуществляются бесступенчато — главным образом за счет гидрообъемной передачи. По мере увеличения скорости доля мощности, передаваемая гидростатической передачей, уменьшается, а механической — увеличивается. Наибольшая доля мощности через механический поток передается на максимальной скорости движения трактора. При любом уровне загрузки бесступенчатое регулирование скорости движения осуществляется гидростатической передачей.

Трансмиссия имеет два диапазона: тяговый 0...32 км/ч и транспортный 0...50 км/ч.

Несомненным достоинством этой трансмиссии является бесступенчатое автоматическое регулирование скорости. Коробка передач типа Vario позволяет автоматизировать скоростные и нагрузочные режимы работы энергетического средства в том же объеме, что и ГСТ. Однако за счет того, что часть мощности передается через механическую трансмиссию, общий КПД гидромеханической трансмиссии несколько выше, чем КПД гидростатической передачи. Чем большая часть энергии передается через гидравлическую ветвь гидромеханической трансмиссии, тем больше потери мощности. По данным фирмы Fendt, КПД коробки Vario на тяговых режимах трактора составляет 82% и достигает максимального значения на максимальной скорости, когда движение от двигателя передается практически только через механический поток.

Низкая топливная экономичность энергетических средств из-за низкого КПД трансмиссии с двухпоточной гидромеханической трансмиссией может быть компенсирована в эксплуатации за счет возможности работать при полной загрузке двигателя (%д = 1), а также благодаря автоматизации связного автоматического управления работой двигателем и трансмиссией при недогрузке трактора, так же как и при применении ГСТ.

Таким образом, применение гидромеханической двухпоточной трансмиссии может влиять на обобщенный показатель производительности Wn через единичные показатели технологических свойств тсм, %д, Г|тр, а также на обобщенный показатель стоимости технологического процесса Ст через gKp и цену трактора Цг

Реверсивность трансмиссии. Реверсивные трансмиссии применяются в основном на мобильных энергетических средствах сельскохозяйственного назначения, которые в агрегате с уборочными машинами перемещаются задним ходом, а на всех остальных операциях — передним ходом. Применение реверсивных трансмиссий придает мобильному энергетическому средству высокую технологическую универсальность благодаря возможности использовать его одинаково успешно на всем комплексе операций общего назначения, включая уборочные работы, которые составляют большой объем в сельскохозяйственном производстве и могут быть выполнены только с помощью высокопроизводительных уборочных машин.

Реверсивность трансмиссии достигается сравнительно простым конструктивным решением при гидростатическом приводе на ходовые колеса — установкой простого гидравлического крана, изменяющего направление потока жидкости на противоположное. Реверсивность механической трансмиссии придают установкой дополнительного редуктора, изменяющего направление вращения соответствующих валов в приводе ведущих колес.

Однако реверсивность трансмиссии имеет смысл только в том случае, если она применяется в совокупности с реверсивностью рабочего места тракториста, что представляет большую сложность, потому что на 180° должно поворачиваться вместе с сиденьем тракториста большинство рычагов управления и приборный щиток. При этом поворот должен осуществляться оперативно, без длительной и трудоемкой операции. Практически это достижимо только при элек- трогидравлической системе управления машиной, когда управляющий сигнал подается электрически, а исполняется гидравлическим (или электрическим) приводом. Это предопределяет высокий технический уровень не только самого управления, но и всей машины в целом. Кардинальным решением служит поворот всей кабины. На энергетическом средстве Xerion на поворот кабины на 180° затрачивается не более пяти минут.

В связи с изложенным правильнее говорить о реверсивности машины, а не трансмиссии. Комплексное конструктивное решение реверсивности энергетического средства достаточно дорого. Поэтому его применяют редко и на дорогих энергетических средствах большой мощности. Эти машины сами по себе обладают высоким техническим уровнем с компьютеризацией и широким применением средств электро- и гидроавтоматики. Поэтому доля стоимости реверсивности на таких машинах сравнительно невелика, а повышение технологических свойств и эффективности заметно.

В заключение можно сказать, что реверсивность влияет на обобщенный показатель технологической универсальности Ут через показатель эффективного использования на уборочных работах ауб с применением навесных уборочных машин и на показатель стоимости Ст.

6.4.2. Области применения различных типов трансмиссии

Энергетические средства оснащают трансмиссией, которая наилучшим образом отвечает технологическим требованиям, предъявляемым к этим средствам. Ниже приведены примерные области применения типов трансмиссий на мобильных энергетических средствах различного технологического назначения:

  • • механические ступенчатые без переключения под нагрузкой — преимущественно на сельскохозяйственных тракторах малого тягового класса, до 1,4;
  • • механические ступенчатые с переключением передач на ходу — в основном на тракторах общего назначения тягового класса 3 и выше;
  • • гидромуфты — выборочно на сельскохозяйственных тракторах;
  • • гидродинамические с гидротрансформатором — на промышленных тракторах;
  • • гидромеханические двухпоточные — выборочно на сельскохозяйственных тракторах тяговых классов 3—5 и на энергетических средствах;
  • • гидрообъемные — на энергетических средствах, предназначенных для работы с уборочными машинами;
  • • реверсивные трансмиссии — на универсальных мобильных энергетических средствах большой мощности, предназначенных для выполнения операций общего назначения и работы с высокопроизводительными навесными уборочными машинами.

На сельскохозяйственных тракторах наибольшее распространение получили ступенчатые трансмиссии. Основной проблемой этих передач является выбор и обоснование передаточных чисел трансмиссии.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >