Увеличитель крутящего момента (УКМ), расположенный перед коробкой передач, предназначен для преодоления кратковременных перегрузок, возникающих при работе трактора, и облегчения разгона при трогании его с места.
УКМ — двухступенчатая планетарная коробка передач. Таким образом, при включении УКМ крутящий момент, передаваемый от дизеля к ведущим колесам, возрастает на 25%, соответственно увеличивается сила тяги и уменьшается скорость движения трактора. Планетарная передача позволяет включать и выключать УКМ, не останавливая трактора. Как только тракторист слышит, что частота вращения дизеля падает, т. е. он перегружается, сразу включает УКМ при помощи рычага в кабине. Преодолев тяжелый участок пути, УКМ следует выключить. Длительно работать с включенным УКМ не рекомендуется.
УКМ состоит из сцепления и планетарного редуктора. Сцепление УКМ служит для его включения или выключения. Это сухое однодисковое постоянно замкнутое сцепление, в котором ведущей частью является диск с фрикционными накладками, связанный при помощи шлицевого соединения с ведущим валом. Ведомая часть сцепления — нажимной диск с пружинами и диск, соединенный при помощи трубчатого вала с водилом планетарного редуктора.
В планетарный редуктор входят ведущая солнечная шестерня, расположенная на конце ведущего вала, три двухвенцовых сателлита, водило и ведомая солнечная шестерня, связанная с ведомым валом. Сателлиты свободно посажены на три стальных пальца, жестко связанных с водилом. Сателлиты одним венцом находятся в зацеплении с ведущей солнечной шестерней, а другим — с ведомой солнечной шестерней, связанной с валом.
Для включения УКМ выключают сцепление. Тогда при вращении вала и шестерни на сателлитах и водиле возникает реактивный момент, стремящийся вращать водило и сателлиты в сторону, обратную направлению вращения вала. Обгонная муфта останавливает водило и крутящий момент с ведущей шестерни будет передаваться на сателлиты, а с них на ведомую солнечную шестерню. Сателлиты вращаются только вокруг своих осей, так как водило неподвижно. Вследствие разности диаметров ведущей и ведомой шестерен крутящий момент увеличивается в 1,25 раза, что и обеспечивает преодоление временно возрастающих нагрузок на трактор.
На главную
При выключенном УКМ, когда диски сцепления замкнуты, все шестерни планетарного механизма и водило вращаются как одно целое. Обгонная муфта при этом разблокирована, относительного вращения шестерен не происходит, вследствие чего крутящий момент не преобразуется и передаточное число равно.
Для смазки планетарного редуктора в задний отсек картера УКМ заливают масло: зимой М8В, летом М10В. В нижней части картера установлен масляный насос, который приводится во вращение от вала коробки передач. К подшипникам сателлитов и роликов обгонной муфты масло подается под давлением, которое должно быть 0,05...0,14 МПа (0,5...1,4 кгс/см2) при 1700 об/мин коленчатого вала дизеля. Давление контролируют по манометру, установленному в кабине, а уровень масла — при помощи щупа, закрепленного в пробке. Сливают масло через отверстие в нижней части картера, закрытое пробкой. Отсек картера, где расположено сцепление, защищен от попадания в него масла сальниками.
Тормозок, расположенный на картере, при выключении сцепления останавливает ведомую часть УКМ вместе с ведущим валом коробки передач, что облегчает переключение передач и предохраняет зубья шестерен от поломки. Разгон при трогании трактора с места облегчает автоматически включаемый УКМ. Тяга, поставленная между главным сцеплением и сцеплением УКМ, обеспечивает одновременное выключение названных сцеплений. Поэтому при трогании трактора с места, когда главное сцепление выключено, УКМ включен. После окончания разгона трактора, когда главное сцепление включено, автоматически выключается УКМ.
Необходимо помнить, что при спуске трактора с горы категорически запрещается включать УКМ, так как это ускорит движение трактора, поскольку дизель отъединен от ведущих колес и торможение им не происходит.
Тема крутящего момента
Ведущий показатель, по которому судят о возможностях и применимости мотора, это МОЩНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ. Уже потом идут его экономичность, моторесурс, массогабаритные показатели и пр.
Мощность в свою очередь складывается из произведения двух главных параметров:
- частота (скорость) вращения вала двигателя; - крутящий момент на этом валу;
Чем выше значение каждого их этих параметров - тем больше мощность мотора. Рассмотрим возможность повышения мощности двигателя при неизменном объеме рабочих камер. Следовательно, повышать мощность не увеличивая рабочий литровый объем, возможно лишь двумя путями:
– увеличивая частоту вращения вала и скорость движения главного рабочего органа; - увеличивая значение крутящего момента на валу мотора;
Рассмотрим перспективы увеличения каждого из этих параметров:
Возможно, ли все выше и выше поднимать значение скорости вращения вала? Нет, нельзя – и вообще, для большинства потребителей мощности значение приводных оборотов должно быть невелико – для автомобиля в городском и в стартовом цикле- это сотни, а то и десятки оборотов в минуту, для гребных винтов больших и малых судов нужно лишь несколько большее значение. Даже для винтов самолетов это значение не должно превышать 1000-1200 оборотов в минуту, а для вертолетов это значение заметно ниже… Но современные поршневые моторы начинают развивать более или менее приемлемую мощность при оборотах от 1500 в минуту. Т.е. для таких моторов в качестве посредников между колесами-винтами и моторами приходится ставить сложные, дорогостоящие и тяжелые редукторы, либо вариаторы… Но если для повышения мощности мы решим повысить обороты вала мотора, то редукторы потребуются еще более сложные и тяжелые, с большим количеством передаточных ступеней. Т.е. – повышение мощности за счет увеличения числа оборотов вала - весьма малоэффективный путь. Тем более, что поршневые двигатели с кривошипно-шатунным механизмом и сложным механизмом газораспределения чисто по конструктивным особенностям не могут давать бороты выше 7-8 тысяч в минуту. Двигатель Ванкеля заметно мощнее, так как его рабочие частоты вращения несколько выше – до 10-12 тыс. оборотов
Существует, правда возможность ставить десмодромный механизм приводов впускных-выпускных клапанов. Такой механизм позволяет заметно поднять обороты поршневого двигателя. Но он очень сложный и дорогой. Поэтому находит лишь применение в экзотической технике, типа спорткаров Формулы-1 или мотоциклов Ducati.
Следовательно, для повышения мощности мотора более выгоден и эффективен иной путь – путь увеличения значения крутящего момента. В двигателях крутящий момент является важнейшим динамическим показателем и характеризует тяговые возможности двигателя.
Но вначале кратко разберем и вспомним само основное понятие - что такое крутящий момент.
Коротко это физическое понятие можно определить так: крутящий момент (момент силы) - это вращающая сила, которую создает главный рабочий орган двигателя и передает ее на вал двигателя.
Представить суть понятия крутящего момента, можно на примере обычного рычага в виде гаечного ключа. Если мы накинем ключ на туго затянутую гайку, и для того, чтобы сорвать её с места, с силой нажмем на рукоятку ключа, то на гайку начнет воздействовать крутящий момент (Мкр). Крутящий момент равен силе, приложенной к рычагу – рукояти гаечного ключа, умноженной на длину плеча силы. В цифрах это будет описываться так: если на рукоять ключа длиной один метр подвесить 10-килограммовый груз, то на гайку будет воздействовать крутящий момент величиной 10 кг•м. В системе измерения СИ этот показатель (умножается на значение ускорения свободного падения – 9,81 м/с2) будет равен 98,1 Н•м.
Из этой простой формулы, описывающей механику крутящего момента, исходит следующий вывод: получить больший крутящий момент можно двумя путями –либо нарастив длину рычага, либо увеличив вес груза.
В двигателе крутящий момент представляет собой произведение сил давления рабочих газов на полезную поверхность главного рабочего органа, на плечо приложения. В случаях с поршневыми двигателями это плечо приложения равно радиусу кривошипа коленчатого вала, в случаях с двигателями Ванкеля – это плечо между центром ротора и осью эксцентрикового вала, а в случае с совершенным роторным двигателем – это плечо от центра вращения вала до средины рабочей лопасти ротора. (РИС.)
В наиболее распространенных сегодня поршневых моторах крутящий момент возникает благодаря сгоранию рабочей смеси, которая расширяясь с большим давлением, толкает поршень вниз. Поршень в свою очередь через шатун давит на «колено» коленчатого вала. Хотя в описании характеристик двигателей длину плеча не указывают, об этом позволяет судить величина хода поршня (которая является удвоенным значением радиуса кривошипа). В силе, которая влияет на плечо рычага и создает крутящий момент, так же следует учитывать силы трения и инерции.
Примерный расчет крутящего момента поршневого мотора происходит так. Рабочие газы горения топливо-воздушной смеси давят на поршень, поршень передает давление на шатун, а шатун свое движение вниз передает на кривошипный механизм. Когда поршень толкает шатун с усилием 200 кг на плечо 5 см возникает крутящий момент 10 кГ•с, или 98,1 Н•м. Но у поршневого мотора с кривошипно – шатунным механизмом есть один очень серьезный недостаток: он создает усилие крутящего момента очень небольшой период времени в рабочем цикле. Четырехтатный мотор лишь один рабочий такт из четырех развивает рабочее усилие, а двухтактный мотор – только каждый второй такт. Во время нерабочих тактов коленчатый вал и поршневая группа вращаются по инерции массивных движущихся деталей мотора. То есть график распределения приложения движущей силы на круг вращения будет выглядеть так….. (cмотри графики крутящего момента тремя абзацами ниже)
Но тут есть еще один очень важный аспект. Не стоит думать, что усилие вращающего момента полноценно и активно работает весь период рабочего такта. На самом деле даже во время осуществления именно рабочего такта сила крутящего момента не вполне полноценна и не является отображением всей мощи силы давления рабочих газов на поршень. Т.е. крутящий момент поршневого мотора связан с силой давления рабочих газов расширения на поршень не вполне прямым и совсем малоэффективной образом. Виной тому врожденные и неискоренимые пороки посредника между прямолинейным движением поршня и вращательным движением вала - кривошипно – шатунного механизма. Причем они проявляют себя во всей красе как в поршневых двигателя, так и в роторных моторах Ванкеля.