к.т.н. доцент Л.Н. Петров (L.N. Petrov)

“Одесский государственный аграрный университет”, г. Одесса, Республика Украина

Тягово–сцепные свойства имеют большое значение для обеспечения перемещения движущегося мобильного энергетического средства. При использовании винтовой передачи энергии от двигателя к колесным движителям можно значительно повысить скорость перемещения движущихся средств, а также снизить энергозатраты на передачу энергии.

Traction characteristics are of great importance for the movement of the moving mobile energy resources. When using screw transmission power from the engine to the wheel propellers can significantly increase the speed of movement of the moving means, and also reduce energy costs for energy transfer.

Введение

Тягово – сцепные свойства имеют важное значение при эксплуатации мобильных средств, так как от них во многом зависит их средняя скорость движения и производительность. При повышенных значениях тягово–сцепных свойств увеличивается средняя скорость, уменьшаются затраты времени на выполнение рабочего процесса, а также повышается производительность мобильного средства.

Обеспечение реализации тягово–сцепных свойств осуществляет трансмиссия мобильного средства. Конструкция трансмиссии мобильного средства в значительной степени определяется количеством его ведущих мостов. Самого большого распространения получили мобильные средства с механическими трансмиссиями, которые имеют два или три моста.

Анализ последних исследований и публикаций

Трансмиссия состоит из сцепления, коробки передач, карданного вала, главной передачи и валов привода задних колес. Для передачи на ведущие колеса вырабатываемого двигателем крутящего момента все компоненты трансмиссии должны работать максимально согласованно. Для этого они соединяются друг с другом системой шарниров, валов и шестерен. У мобильного средства Mercedes [1] двигатель развивает достаточную мощность в узком диапазоне частоты вращения коленчатого вала. Для того, чтобы Mercedes развивал необходимое тяговое усилие предусматривается коробка передач с большим количеством передаточных чисел.

Новые тракторы John Deere серии 9410R и 9460R оснащены 24 — скоростной механической трансмиссией Powersync или 18 — скоростной JOHN DEERE Powershift с системой Efficiency Manager, которая является стандартной для всех гусеничных тракторов и более мощных их колесных моделей. Благодаря простому нажатию кнопки происходят плавные, без разрыва потока мощности переключения передач.

Система Efficiency Manager дает возможность оператору четко контролировать скорость движения (на всех моделях до 40 км/ч), легко и просто устанавливая скорость движения для полевых и транспортных работ. Для этого довольно просто переключить передачу и изменить скорость с помощью специального колесика на рычаге переключения передач.

В наиболее широко используемом рабочем диапазоне от 4,8 до 12,9 км/ч содержится 10 передач, а интервал изменения скорости составляет 0,8 км/ч. Равномерное распределение передаточных чисел дает возможность двигателю работать в оптимальном диапазоне частоты оборотов коленчатого вала, а это, в свою очередь, гарантирует наиболее экономный расход топлива.

Благодаря Powersync и Powrshift можно достичь повышение топливной экономичности и оптимизации производительности. Трансмиссия изменяет нагрузку на двигатель, автоматически осуществляет выбор передачи для трогания трактора с места и движение его на соответствующей скорости во время выполнения полевых или транспортных операций.

Максимальная транспортная скорость для колесных моделей составляет 40 км/ч, а для гусеничных – 35 км/ч.

На моделях тракторов 9510R и 9560R в планетарном механизме установлен абсолютно новый двусторонний редуктор, который дает возможность работать быстрее. Это снижает нагрузку на всю трансмиссию в целом, особенно на внутренние составные части, на зубчатый венец и шестерню, а также увеличивает надежность и долговечность трансмиссии.

Трактора Deutz – Fahr имеют новую трансмиссию Sense-Shift, которая установлена на тракторах 6-й серии, – огромный шаг вперед с точки зрения комфорта управления и повышения производительности. Система переключения под нагрузкой была переработана, начиная с коробки передач и заканчивая рычагом переключения передач. Это обеспечивает быстрое и удобное изменение скорости. Настоящим прорывом можно считать то, что с трансмиссией Sense-Shift переключение передач приспосабливается к особенностям конкретной работы. Для водителя это абсолютно новое восприятие, поскольку он ощущает лишь легкое колебание при переходе на следующую ступень. Кроме того, добавляется новая функция Sense Clutch (чувствительное сцепление), которая дает возможность водителю сглаживать поток мощности.

Чтобы гарантировать стабильность работы трактора на пахоте или на транспортных роботах, оптимизировано управления трансмиссией: электроника руководит подключением полного привода и блокированием дифференциала в зависимости от скорости движения и угла поворота колес.

Трансмиссия имеет 6 диапазонов, каждый с 4-мя передачами, которые перемыкаются под нагрузкой. Таким образом, предусмотрено 24 скорости в каждом направлении движения с возможностью установки ходоуменьшителя, доступного для четырех наиболее низких диапазонов, которые составляют 40 + 40 скоростей.

Широкое перекрытие передач дает возможность сохранять один диапазон в разных условиях работы, в то время как изменение передач внутри одного диапазона автоматически регулируется стандартной функцией, которая есть в каждой модели.

Трактора P-Версии оборудованы автоматической трансмиссией, когда система электронного контроля выбирает соответствующие передачи в каждом диапазоне, оптимизируя производительность двигателя и сокращая расход топлива.

Трактора Lamborghini серий R8, R7, R6 и R5 имеют автоматическую трансмиссию «Powershift» с автоматическим переключением. Автоматической коробкой передач руководит электронный блок, который выбирает оптимальную передачу в соответствии с текущими значениями нагрузки и частоты вращения коленчатого вала в конкретный момент времени. Переключение передач в серии R8 осуществляется автоматически под нагрузкой без разрыва потока мощности, что позволяет оператору быть полностью сосредоточенным на работе.

Цель: Усовершенствование технологии передачи крутящего момента от двигателя к колесным движителям путем создания новой конструкции трансмиссии мобильного энергетического средства.

Изложение нового материала

Способ “Гвинторух” перемещения мобильного средства (рис. 1) осуществляют таким образом: от двигателя 1 крутящий момент с помощью сцепления 2 передается винтовому валу 3. Винтовой вал 3 с помощью втулок 4 и 5, подшипников 6 и 7, колец 8 и 9 и вертикальных стоек 10, 11 установлен на оси 12, 13 колес 14, 15. На колесах 14, 15 закреплен зубчатый венец 16, 17. На вертикальных стойках 10 и 11 с помощью осей 18 и 19 подвижно закреплены фигурные рычаги 20 и 21.

К кольцам 8 и 9 присоединены пружины сжатия 22 и 23. На втулке 4 выполнен включатель 24, а на втулке 5выполнены зубцы 25 и 26. В аольце 9 выполнены отверстия 27 и 28 в которых установлены оси 29 и 30. На осях 29, 30 подвижно закреплены стопорные рычаги 31 и 32. На оси винтового вала 3 закреплен включатель 33.

Способ “Гвинторух” перемещения мобильного средства осуществляется таким образом. От двигателя 1 с помощью сцепления 2 крутящий момент передается винтовому вала 3. Винтовой вал 3 вращаясь вместе с втулкой 4 и относительно втулки 5, внутренняя поверхность которой выполнена в виде резьбовой поверхности и касательной поверхности винтового вала 3, создает осевую силу в направлении движения мобильного средства. Втулки 4 и 5, с помощью подшипников 6 и 7 закреплены в кольцах 8 и 9. К кольцам 8 и 9 присоединены пружины 22 и 23, которые при действии осевой силы сжимаются. От кольца 9 осевая сила F с помощью стойки 11 передается оси 13. Таким образом колеса 14 и 15 вращаясь на осях 12 и 13 перемещают мобильное средство. Фигурные рычаги 20 и 21 поднимаются зубчатыми венцами 16 и 17 поворачиваясь на осях 18 и 19, и не позволяют мобильному средству перемещаться в обратном направлении. Расстояние между осями 12 и 13 сокращается к моменту когда включатель 24 вернет стопорный рычаг 31 и разъединит втулку 5 от кольца 9 которые до этого момента составляли одно целое. С этого момента сжатые пружины 22 и 23 с помощью втулки 4, вертикальной стойки 10 вращают колесо 14 относительно оси 12. Таким образом расстояние между осями 12 и 13 увеличивается до того момента пока включатель 33 не повернет стопорный рычаг 32 на осях 29 и 30. С этого момента втулка 5 и кольцо 9 составляют одно целое. Процесс ввинчивание винтового вала 3 в резьбовую втулку 5 повторяется.

Рисунок 1. Способ “Гвинторух” перемещения мобильного средства

Результаты

Согласно разработанной конструкции мобильного средства «Гвинторух» при передаче крутящего момента от двигателя до винтового вала создается передаточное отношение:

(1)

где S — круговое перемещение маховика двигателя;

S₁ — перемещение винтового вала.

В формуле (1) круговое перемещение маховика двигателя и перемещение винтового вала представляем в виде геометрических параметров:

(2)

где dm — диаметр маховика двигателя;

Pt — ход винта.

Для разработанного мобильного средства «Гвинторух» важно ввести силовые показатели, которые способствуют его перемещению.

В таком случае зависимость между окружной силой Ft на маховике двигателя и осевой силой Fa перемещения мобильного средства представим в виде:

(3)

где η — КПД винтовой пары.

Сменные параметры для расчетов заносим в таблицу 1.

Таблица 1. Сменные параметры

ƞ	0,873	0,884	0,895	0,907	0,914	0,926	0,937	0,945	0,956	0,962
dm	300	355	410	465	505	550	615	660	709	766
Pt	4	4,5	5,2	5,8	6,1	6,6	7,2	7,7	8,4	8,8
Fa	33	36	43	48	55	61	67	74	79	85

В результате расчетов в среде Excel по формуле (2) получили данные, которые заносим в таблицу 2.

Для вычисления зависимости окружного усилия Ft от осевого усилия Fa по формуле (3) были получении данные, которые заносим в таблицу 2.

Таблица 2. Результаты расчетов

u	235,5	247,71	247,58	251,74	259,95	261,67	268,21	269,14	265,03	273,32
Ft	6784,5	7883,2	9528	10960	13068	14781	16838	18821	20016	22350

Согласно данным, которые приведенные в таблице 1 и в таблице 2 строим графики зависимостей:

Рисунок 2. График зависимости КПД винтовой передачи от окружного усилия η = ʄ(Ft)

Рисунок 3. График зависимости диаметра маховика от передаточного отношения dm = ʄ(u)

Рисунок 4. График зависимости хода винта от передаточного отношения Pt = ʄ(u)

Рисунок 5. График зависимости осевого усилия от кругового усилия Fa = ʄ(Ft)

Рисунок 6. График зависимости передаточного отношения от кругового усилия u = ʄ(Ft)

Заключение.

По результатам исследования были сделаны выводы:

1. При малом значении окружного усилия Pt и сравнительно большом диаметре маховика dm можно получить большое значение передаточного отношения и.

2. При простой и компактной конструкции предписанного мобильного средства «Гвинторух» можно получать большое преимущество в силе на крюке, а также осуществлять медленные и точные перемещения.

Список литературы

MERCEDES BENZ T2 (NEW). Ремонт, эксплуатация, техническое обслуживание. /Сост. В.Декет, А Лешик, Л. Черностровская /: — К.: Автомастер, 2003. — 168 с.

Петров Л.М., Козачук Ю.С., Борисенко Т.М. Образ «Гвинторух» перемещение мобильного средства Л. Г. Петрова Бюл. №13 2014.