6.3. Параметри і характеристики трансмісії

На мобільних енергетичних засобах сільськогосподарського призначення застосовують трансмісії різних типів. На універсально-просапних тракторах і тракторах загального призначення найбільше поширення одержали механічна трансмісія через простоту і компактність конструкції, невисокої питомої матеріалоємності, високого механічного ККД і надійності. Поряд з нею енергетичні засоби оснащують гідромеханічними і гідрооб'ємними трансмісіями.

6.3.1. Механічна трансмісія

Всі механічні трансмісії, застосовувані на сільськогосподарських енергетичних засобах, ступінчасті. Поряд зі звичайними механічними трансмісіями, що вимагають вимикання муфти зчеплення і зупинки трактора для перемикання передачі при роботі його в складі МТА, використають коробки передач із перемиканням передач під навантаженням без розриву силового потоку між двигуном і ведучими колесами. Різновидом таких передач є трансмісії зі збільшувачем крутного моменту.

6.3.2. Гідромеханічна трансмісія

Під гідромеханічною трансмісією розуміють передачу, що має у своєму складі гідромуфту або гідротрансформатор. Основними перевагами трансмісії з гідротрансформатором є наступні:

– безступінчасте автоматичне регулювання навантаження двигуна і постійна підтримка його роботи в заданому режимі;

– відсутність необхідності зупинки трактора для перемикання передач у широкому діапазоні тягових навантажень;

– зниження динамічної завантаженості двигуна і трансмісії як при перехідних, так і при сталих режимах роботи трактора;

– поліпшення розгінних властивостей трактора;

– полегшення керування. Рушання з місця і зупинка трактора можуть здійснюватися переміщенням важеля керування паливною апаратурою з одного крайнього положення в інше або в проміжне, а ручне перемикання передач потрібно лише при переході трактора з одного виду робіт на іншій;

– підвищення комфортності роботи тракториста внаслідок зниження віброзавантаженості.

Відзначені достоїнства гідродинамічних передач досягаються завдяки подвійному перетворенню енергії. Спочатку механічна енергія обертового руху насосного колеса передається рідини, перетворюючи її в гідравлічну, котра потім перетвориться в механічну енергію на турбінному колесі. У процесі цього відбувається взаємне ковзання коліс і перетворення переданого моменту і кутової швидкості. Частина переданої енергії губиться. Причому відносна кількість втрат залежить від кількості зраджуваної енергії. Чим ближче навантаження до номінального, тим вище ККД передачі.

Характеристики гідропередач зручно представляти в безрозмірному виді (рис. 6.5). Безрозмірна характеристика будується у функції кінематичного передатного відношення , рівного відношенню кутових швидкостей веденого та ведучого валів:

(6.1)

Для визначення кінематичного режиму роботи гідромуфт застосовують також питомий показник - ковзання

(6.2)

Питомий показник характеристики, що навантажує, виражають коефіцієнтом моменту , що розраховують по формулі:

(6.3)

де – крутний момент на провідному валу передачі; – активний (максимальний, що змочує рідиною) діаметр робочої порожнини гідродинамічної передачі; – щільність робочої рідини, на якій працює гідродинамічна передача при випробуваннях;– частота обертання провідного вала гідропередачі.

Рис. 6.5. Конструктивні схеми і безрозмірні характеристики різних типів гідромеханічних передач:

1 – найпростіша гідромуфта; 2 – гідротрансформатор; 3 – комплексна гідропередача

Перетворюючі властивості гідротрансформатора характеризуються коефіцієнтом трансформації:

(6.4)

де – крутний момент на веденому валу гідропередачі.

ККД гідропередачі

(6.5)

де – потужність, підводимо до провідного вала гідропередачі; – потужність, що знімає з веденого вала гідропередачі; і– кутова швидкість відповідно провідних і веденого валів гідропередачі.

Властивості, що навантажують, визначають коефіцієнти прозорості:

Гідромуфти

(6.6)

Гідротрансформатора

(6.7)

де –максимальне значення коефіцієнта моменту; –коефіцієнт моменту, що відповідає максимальному ККД гідромуфти, звичайно при ; – коефіцієнт моменту при .

По прозорості характеристики, що навантажує, гідротрансформатори умовно підрозділяють на прозорі (),напівпрозорі () і непрозорі (). Чим менше прозорість гідротрансформатора, тим менше проходять на двигун коливання зовнішнього навантаження, що діють на вал турбінного колеса.

Основні вузли гідромеханічної трансмісії - гідромуфта і гідротрансформатор - відрізняються між собою тим, що гідромуфта не змінює переданий момент двигуна, а гідротрансформатор змінює.

Області роботи гідротрансформатора і гідромуфти з високими значеннями ККД відповідають різним кінематичним передатним відносинам і. Комплексна гідропередача поєднує властивості гідродинамічних передач обох типів і має характеристику з більше широкою областю високих ККД. Комплексна гідропередача має два реакторних колеса, кожне з яких установлене на валу, на муфті вільного ходу. При малих кінематичних передатних відносинах обоє реакторних колеса заклинені і працюють як одне. При збільшенні перший реактор, що стоїть за турбінним колесом, розклинюється і починає вільно обертатися в потоці рідини. Комплексна передача продовжує працювати як гідротрансформатор, але зі зниженими перетворюючими властивостями в порівнянні з колишнім режимом. При подальшому збільшенні кінематичного передатного відношення розклинюється друге реакторне колесо, що стоїть перед насосним колесом, і комплексна гідропередача починає працювати в режимі гідромуфти.

Для комплексної гідропередачі (рис. 6.5,3) можна виділити три характеристики окремих гідродинамічних передач: гідротрансформатор з високими перетворюючими властивостями і зниженим ККД; гідротрансформатор зі зниженими перетворюючими властивостямиі підвищенимі гідромуфта.

Як відомо, потрібне певне узгодження та сполучення характеристик двигуна і трансмісії, щоб забезпечити високі потужнісні і паливно-економічні показники роботи трактора на всіх експлуатаційних режимах. Двигун на мобільних енергетичних засобах може працювати і з трансмісіями інших типів (гідрооб'ємної, електричної, безступінчастої механічної). Тому в теорії мобільних машин сполучення двигун-трансмісія прийнято називати моторно-трансмісійною установкою (МТУ) і розглядати вихідну характеристику їхньої спільної роботи.

На рис. 6.6 представлена характеристика дизеля (штрихова лінія) і вихідна характеристика МТУ (суцільна лінія), тобто показники на валу турбінного колеса гідромуфти і гідротрансформатора. Основні показники регуляторної характеристики дизеля близькі до показників вихідної характеристики МТУ з гідромуфтою (рис. 6.6,а) і сильно відрізняються від вихідних показників МТУ з гідротрансформатором (рис. 6.6,б), що пояснюється наявністю перетворюючих властивостей у гідротрансформатора і відсутністю їх у гідромуфти.

У сільськогосподарського тракторах сполучають регуляторну характеристику дизеля і характеристику гідромуфти або комплексної гідропередачі.

Сполучення характеристик залежить від самих характеристик і технологічного призначення трактора. Так, двигун може мати регуляторну характерис-

Рис. 6.6. Регуляторна характеристика дизеля в сполученні:

а – з гідромуфтою; б – з гідротрансформатором