Механические ступенчатые трансмиссии (Раздаточный материал к модулю 2 (КСМУ))

Механические ступенчатые трансмиссии

Механические ступенчатые трансмиссии имеют наименьшую стоимость и наиболее компактны при одинаковой величине передаваемой мощности, но не позволяют плавно регулировать скорость и тяговое усилие трактора.

Механическая трансмиссия трактора состоит из главной фрикционной муфты сцепления, коробки передач, центральной (главной) передачи, конечных передач, передачи механизма отбора мощности. Дополнительно в механическую трансмиссию могут входить: увеличитель крутящего момента, ходоуменьшитель, редуктор-умножитель числа передач, раздаточная коробка. На гусеничных тракторах, кроме того, в состав трансмиссии входит механизм поворота.

Главная фрикционная муфта сцепления позволяет разобщать и плавно соединять двигатель и трансмиссию трактора. Наибольшее применение на тракторах нашли муфты сцепления сухого типа, так как они характеризуются наименьшей работой выключения, что позволяет управлять трактором без использования сервомеханизмов. Но встречаются и муфты, работающие в масле. Последние обеспечивают более плавное включение, но для их привода требуются гидравлические сервомеханизмы. Главная фрикционная муфта сцепления может быть выполнена однопоточной и двухпоточной. Двухпоточные муфты сцепления содержат в своем составе фактически две отдельных муфты, одна их которых используется для отключения трансмиссии ходовой части, а вторая — для отключения трансмиссии механизма отбора мощности. Двухпоточными муфтами оснащены, например, тракторы Т-40^[6] и ЮМЗ-6^[7] Двухпоточные муфты сложнее по конструкции и неудобны в обслуживании. По этой причине в более новых моделях тракторов они не применяются — управление механизмом отбора мощности производится отдельной муфтой.

На тракторах нашли применение главные фрикционные муфты сцепления с различным типом нажимных механизмов. Наибольшее распространение имеют постоянно замкнутые муфты с пружинным нажимным механизмом автомобильного типа. Выключение таких муфт осуществляется отжимом пружин с помощью механического привода на легких тракторах или гидравлических и пневматических сервомеханизмов — на тяжелых тракторах. Постоянно замкнутая муфта сцепления не может находиться долгое время в выключенном состоянии. Двухпоточные муфты могут иметь два независимых механизма управления, как например на тракторе Т-40 или управление одной педалью (ЮМЗ-6).

Кроме муфт с пружинным нажимным механизмом на тракторах также применяются центробежные муфты (на легких тракторах с бензиновыми двигателями), гидроподжимные муфты (ня тяжелых тракторах), электромагнитные муфты.

Ступенчатые коробки передач тракторов могут иметь подвижные шестерни и шестерни постоянного зацепления^[1]. Коробки передач с подвижными шестернями проще по конструкции, но не позволяют производить переключение передач при движении трактора. Кроме того, в коробках с подвижными шестернями невозможно применение косозубых зацеплений. По этой причине их применение сокращается. Коробки передач с шестернями постоянного зацепления могут иметь замыкающие муфты различного типа: кулачковые, штифтовые, шлицевые с синхронизаторами, фрикционные. Первые два типа наиболее просты, но не обсепечивают безударного переключения передач. Шлицевые муфты с синхронизаторами (аналогичные автомобильным) обеспечивают безударное переключение передач при движении трактора, но только с разрывом потока мощности (при выключенном сцеплении). Фрикционные муфты позволяют производить переключение без разрыва потока мощности. Фрикционные муфты ступенчатых коробок передач обычно имеют гидравлический нажимной механизм, а коробка передач оснащается гидросистемой.

На отечественных тракторах применяются все типы вышеперечисленных коробок передач:

• С подвижными шестернями — на старых типах тракторов: МТЗ-50, ЮМЗ-6, Т-40, Т-130, старых модификациях МТЗ-80;

• С шестернями постоянного зацепления и кулачковыми муфтами: ЛТЗ-55, Т-180;

• С шестернями постоянного зацепления и синхронизаторами: новые модификации МТЗ-80, МТЗ-100;

• С шестернями постоянного зацепления и гидроподжимными муфтами: К-700, Т-150.

Передаточные числа ступенчатых коробок передач обычно разбивают на несколько диапазонов:

• диапазон замедленных передач;

• диапазон тяговых передач;

• диапазон транспортных передач.

Переключение диапазонов обычно осуществляется отдельным двух- или трехступечатым редуктором, называемым умножителем числа передач (редуктор-умножитель). Применение редуктора-умножителя упрощает коробку передач, но затрудняет подбор оптимальных передаточных чисел. Редуктор-умножитель может устанавливаться как перед коробкой передач, так и после нее. В виду того, что переход от одного диапазона скоростей к другому всегда осуществляется при остановленном тракторе, редуктор умножитель обычно имеет подвижные шестерни или простейшие кулачковые муфты.

Ряд моделей тракторов оборудуется реверс-редукторами, позволяющим получать полный диапазон скоростей как при переднем, так и при заднем ходе. Такие тракторы называют реверсивными. Реверс-редукторами обычно оборудуют трансмиссии промышленных тракторов (К-702, Т-156, Т-330), причем у трактора Т-156 реверс редуктор установлен между двигателем и коробкой передач, у трактора Т-330 — между коробкой передач и главными передачами, а у К-702 — в ведущих мостах. Среди сельскохозяйственных тракторов реверсивными являются Т-25 и Т-40, а также самоходное шасси Т-16М.

При работе с машинами, требующими пониженных рабочих скоростей (картофелекопателями, свеклопогрузчиками, траншейными экскаваторами) тракторы оборудуютсяходоуменьшителями. Ходоуменьшитель может быть выполнен в виде обычного зубчатого редуктора или бесступенчатой передачи. Последняя позволяет плавно регулировать скорость трактора и загрузку агрегатируемой машины. Обычно ходоуменьшитель выполняют в виде быстроустанавливаемого узла. Ходоуменьшители, как правило, поставляются вместе с навесным оборудованием, требующим его применения.

[править]Механические бесступенчатые трансмиссии

Механические бесступенчатые трансмиссии (вариаторы) позволяют плавно регулировать скорость трактора при постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя. Нашли применение на специализированных тракторах (например, свекловодческих), а также на различных сельскохозяйственных комбайнах, созданных на базе тракторных узлов. Как правило, вариаторы применяются совместно с простейшими коробками передач, позволяющими осуществлять выбор диапазонов скоростей. На тракторах и комбайнах нашли применение клиноременные, цепные и фрикционные вариаторы. К недостаткам таких трансмиссий следует отнести наличие быстроизнашивающихся элементов и малый передаваемый крутящий момент.

[править]Гидромеханические трансмиссии

Состоят из гидротрансформатора и механической ступенчатой коробки передач. Применение гидротрансформатора позволяет более полно использовать мощность двигателя в условиях переменной нагрузки на трактор и упрощает процесс управления им. Ступенчатая коробка передач позволяет выбирать нужный диапазон скоростей. В отличие от автомобилей, где гидромеханические трансмиссии обычно автоматические, на тракторах такая автоматизация не нужна и переключение передач осуществляется оператором. Изначально, гидромеханической трансмиссией оснащались тяжелые промышленные тракторы (например, Т-330 или Caterpillar), но в настоящее время, ею оснащаются практически все новые типы тракторов. Ступенчатые коробки передач могут быть как планетарными, так и обычного типа. К недостаткам таких трансмиссий относится низкий к.п.д. и высокая сложность.

[править]Гидрообъемные трансмиссии

Гидрообъемные трансмиссии (ГОТ) состоят из гидронасоса, вращаемого двигателем и гидродвигателя (или нескольких), приводящих ходовую часть. Жесткой механической связи нет. Достоинство гидрообъемных трансмиссий: бесступенчатое регулирование скорости, компактность, возможность встраивания гидродвигателей непосредственно в колёса, что упрощает ходовую часть. Недостатки — низкий к.п.д., необходимость иметь большой объем рабочей жидкости и ее охлаждения. Тем не менее, в последние годы гидравлические объемные трансмиссии получают все большее распространение, на тракторах, и, особенно, на комбайнах, где большое расстояние между валами затрудняет применение других типов передач.

Наличие же гидросистемы для привода собственной навесной системы и гидроцилиндров (реже - гидромоторов) агрегатируемых машин является стандартом (см. ниже).

[править]Электрические и электромеханические трансмиссии

Состоят из тягового генератора, вращаемого двигателем внутреннего сгорания, одного или нескольких тяговых электродвигателей и системы управления ими. Основное достоинство — хорошая приспосабливаемость трактора к переменным нагрузкам и существенное улучшение условий труда оператора, за счет исключения операций управления трансмиссией. Недостатки: большая масса электромашин, опасность поражения электрическим током. Старые системы с двигателями постоянного тока имели низкий к.п.д. Опытные образцы тракторов с электромеханической трансмиссией в различное время были выпущены различными фирмами-производителями, но серийными являются только тракторы ДЭТ-250 и ДЭТ-320 производстваЧелябинского тракторного завода.

[править]Механизмы поворота гусеничных тракторов

В состав трансмиссий гусеничных тракторов входят механизмы поворота, обеспечивающие возможность сообщения гусеницам различных скоростей.

На тракторах применяют следующие типы механизмов поворота:

• дифференциалы с индивидуальными бортовыми тормозами;

• бортовые фрикционные муфты и тормоза;

• планетарные однорежимные механизмы поворота;

• планетарные многорежимные механизмы поворота;

• раздельный привод гусениц.

Дифференциальные механизмы просты и компактны, но не обеспечивают устойчивости прямолинейного движения и вызывают перегрузку двигателя при повороте, поскольку скорость забегающей гусеницы^[8] — увеличивается в два раза.

Бортовые фрикионные муфты и тормоза сохраняют первоначальную скорость забегающей гусеницы, исключая тем самым перегрузку двигателя. Такой тип механизмов поворота был доминирующим на тракторах, разработанных до 70-х годов 20-го века благодаря простой конструкции, но на современных типах тракторов не применяется по следующим причинам: наличие большого количества быстроизнашивающихся деталей, невозможность получения переменного радиуса поворота, большие габариты и вес.

Планетарные механизмы поворота нашли широкое применение на современных типах тракторов. Они достаточно компактны, содержат минимальное количество быстроизнашивающихся деталей. Их основной недостаток — высокая сложность конструкции.

Широко применяется на современных тракторах и раздельный привод левой и правой гусениц, которой может осуществляться применением двухпоточной коробки передач, переключаемой под нагрузкой (например, тракторы Т-150 и Т-330) или приводом каждой гусеницы от отдельного гидро- или электродвигателя.

[править]Ведущие мосты колёсных тракторов

Ведущие мосты предназначены для изменения направления передачи крутящего момента, его увеличения и распределения между ведущими колёсами. В состав ведущего моста входят главная (центральная) передача, дифференциал и конечные передачи.

У тракторов в продольным расположением валов коробки передач центральная передача коническая, а у тракторов с поперечным расположением валов коробки передач — цилиндрическая или цепная.

Дифференциал обычно выполняется коническим, но встречаются и другие решения: цилиндрические планетарные дифференциалы, автоматические муфты свободного хода, управляемые фрикционные или зубчатые муфты. Для улучшения сцепных свойств на слабых грунтах дифференциалы выполняют блокируемыми с помощью штифтовых или зубчатых муфт (на старых типах тракторах), гидроподжимных муфт (на современных тракторах), шариковых замыкателей (на легких тракторах). Преимущество блокировки гидроподжимными муфтами — возможность ее включения без остановки трактора и автоматизация процесса блокировки. Например на тракторе МТЗ-80 возможно автоматическое управление муфтой блокировки. При прямолинейном движении и отклонении управляемых колёс на угол до 13 градусов дифференциал автоматически блокируется, а при большем отклонении (при повороте) — разблокируется. На ряде тракторов применяют самоблокирующиеся дифференциалы и дифференциалы повышенного трения.

Конечные (финальные) передачи предназначенны для окончательного увеличения крутящего момента и привода ведущих колёс. Конечные передачи могут быть выполнены в корпусе центральной передачи (например у трактора МТЗ-80) или в отдельных картерах. На пропашных тракторах картеры центральных передач имеют возможность поворота относительно корпуса заднего моста для регулирования агротехнического просвета.

На высококлиренсных тракторах (хлопководческих, чаеводческих) конечные передачи могут быть выполнены Z-образными, цепными или многопарными цилиндрическими.

На тракторах со всеми ведущими колёсами одинакового размера и шарнирной рамой конечные передачи обычно планетарные.

[править]Ходовая часть