Тема 11. Трансмиссия тракторов и автомобилей.

Содержание темы: Назначение, типы и устройства сцеплений. Классификация и схемы коробки передач. Устройство коробок передач тракторов и автомобилей. Общее устройство ведущих мостов.

Назначение и классификация трансмиссий тракторов и автомобилей . Трансмиссия

тракторов (автомобилей) объединяет агрегаты и механизмы, которые передают крутящий момент двигателя ведущим колесам и изменяют крутящий момент и частоту вращения по величине и направлению. У тракторов, кроме этого, трансмиссия может передавать часть мощности двигателя машине, которая агрегатируется с трактором.

Трансмиссия необходима по таким причинам:

— существует разница частоты вращения валов двигателя и движителя;

— возникает изменение сопротивления перемещению машины, в зависимости от условий эксплуатации, в широких пределах

Двигатели внутреннего сгорания имеют ограниченные свойства саморегулирования — автоматического изменения крутящего момента и частоты вращения в зависимости от изменения внешних сопротивлений. Эти причины предопределяют установление трансмиссий на трактора и автомобили.

Трансмиссия служит для передачи крутящего момента двигателя ведущим колесам трактора (автомобиля), а также используется для передачи части мощности двигателя агрегатируемой с трактором машине. С помощью трансмиссии можно изменить крутящий момент и частоту вращения ведущих колес по значению и направлению.

По способу изменения крутящего момента трансмиссии подразделяются на:

ступенчатые, бесступенчатые и комбинированные.

Ступенчатая трансмиссия включает в себя муфту сцепления, промежуточные соединения (карданные передачи), коробку передач, главную передачу, дифференциал, конечные передачи.

Трансмиссия передает крутящий момент от вала двигателя к ведущим колесам , а также приводит в действие различное оборудование, смонтированное на автомобиле.

В нее входят:

1) постояннозамкнутая дисковая фрикционная муфта (сцепление), служащая для плавного соединения и быстрого разъединения работающего двигателя с трансмиссией;

2) ступенчатая коробка передач, которая выполнена в виде зубчатого редуктора с переменным передаточным числом и предназначена для изменения величины крутящего момента, подводимого к ведущим колесам в зависимости от условий движения, обеспечения движения автомобиля задним ходом и разъединения работающего двигателя с трансмиссией при длительных остановках машины;

3) карданные валы, передающие крутящий момент под меняющимся углом от коробки передач, укрепленной на раме, к подрессоренному заднему мосту;

4) главная передача (одинарная или двойная), увеличивающая тяговую силу на ведущих колесах;

5) дифференциал, служащий для распределения крутящего момента между ведущими колесами и обеспечивающий их вращение с различными угловыми скоростями при движении автомобиля на поворотах и по неровной поверхности;

6) полуоси (валы) , передающие крутящий момент к закрепленным на них ведущим колесам; главная передача, дифференциал и полуоси, заключенные в кожух, называются задним ведущим мостом.

Автомобили нормальной проходимости, приспособленные для работы на шоссе и грунтовых дорогах, имеют один ведущий мост —задний, а автомобили повышенной проходимости— два (передний и задний) или три (передний и два задних) ведущих моста. В трансмиссию автомобиля с двумя ведущими мостами кроме сцепления, коробки передач, карданного вала 6 и заднего ведущего моста входят также передний ведущий мост с управляемыми колесами и раздаточная коробка, соединенная с ним и коробкой передач карданными валами.

В трансмиссиях автомобилей нормальной и повышенной проходимости, используемых в качестве базы строительных машин, предусмотрен подвод части мощности двигателя к раздаточному редуктору, имеющему вал отбора мощности для привода навесного рабочего оборудования. Раздаточный редуктор может приводить в действие гидронасос системы управления навесным оборудованием.

Ходовая часть передает на дорогу силу тяжести автомобиля и осуществляет его поступательное движение. Она состоит из несущей рамы, на которой монтируются все агрегаты, кузов и кабина водителя, переднего и заднего мостов с пневмоколесами и упругой подвески, соединяющей несущую раму с мостами.

Колеса автомобилей нормальной проходимости снабжаются, как правило, пневматическими шинами высокого давления 5—7 кгс/см2 (0,49—0,69 МПа), а автомобилей повышенной проходимости — шинами низкого давления 1,75—5 кгс/см2 (0,17— 0,49 МПа) с увеличенной опорной поверхностью.

Механизмы управления объединены в две независимые системы: рулевую — для изменения направления движения автомобиля посредством поворота передних управляемых колес и тормозную — для снижения скорости и быстрой остановки машины

Тракторы применяются на строительстве для перемещения тяжеловесных грузов на прицепах по плохим дорогам и пересеченной местности там, где не может пройти автомобиль, а также передвижения и работы навесных или прицепных строительных машин. Различают пневмоколесные и гусеничные тракторы, которые делятся на несколько классов в зависимости от максимального тягового усилия в тс (кН) на крюке трактора при номинальной мощности двигателя. Тракторы, применяемые в строительстве, относятся к тяговому классу 1,4 тс (13,8 кН), 3 тс (29,5 кН), 6 тс (59 кН), 9 тс (88 кН), 15 тс (149 кН), 25 тс (345 кН) и 35 тс (343 кН).

Пневмоколесные тракторы обладают сравнительно большими скоростями передвижения (до 40 км/ч), высокой мобильностью и маневренностью; их используют как транспортные машины и как базу для установки различного навесного оборудования ( погрузочного, кранового, бульдозерного и землеройного), применяемого при производстве землеройных и строительно-монтажных работ небольших объемов на рассредоточенных объектах. Наиболее эффективно пневмоколесные тракторы используются на дорогах с твердым покрытием. Основной их недостаток — сравнительно высокое удельное давление на грунт (0,2—0,4 МПа), значительно снижающее проходимость машины.

Гусеничные тракторы нашли более широкое применение в строительстве благодаря значительному тяговому усилию на крюке (не менее 3 те), надежному сцеплению гусеничного хода с грунтом, малому удельному давлению на грунт (0,02— 0,06 МПа) и высокой проходимости. Основным недостатком гусеничных тракторов является их тихоходность (не более 12 км/ч).

Основные узлы пневмоколесных и гусеничных тракторов — двигатель, силовая передача (трансмиссия), остов (рама), ходовое устройство, система управления, вспомогательное и рабочее оборудование.

Гусеничные тракторы оснащаются дизелями и карбюраторными двигателями, механическими, гидромеханическими и электромеханическими трансмиссиями.

Расположение двигателя может быть передним, средним и задним. Наибольшее распространение получили гусеничные тракторы с дизелями и передним расположением двигателя. Трансмиссия служит для передачи крутящего момента от вала двигателя к ведущим звездочкам гусеничных лент (гусениц), плавного трогания и остановки машины, изменения тягового усилия трактора в соответствии с условиями движения, изменения скорости и направления его движения, а также привода рабочего оборудования.

В состав механической трансмиссии входят: фрикционная дисковая муфта сцепления (постоянно или непостоянно замкнутая), коробка передач, соединительные валы, главная передача, механизм поворота с тормозами и бортовые редукторы, соединенные с ведущими звездочками гусениц. Муфта сцепления и коробка передач выполняют те же функции, что и одноименные узлы автомобиля. Главная передача (аналогичная автомобильной) и бортовые редукторы увеличивают крутящий момент, подводимый от двигателя к ведущим звездочкам гусениц. На поперечном валу трансмиссии между главной передачей и бортовыми редукторами установлен фрикционный или планетарный механизм поворота, предназначенный для изменения направления движения трактора. Наиболее распространенный фрикционный механизм поворота выполнен в виде двух постоянно замкнутых многодисковых фрикционных муфт (бортовых фрикционов).

При обоих включенных фрикционах ведущие звездочки гусениц вращаются синхронно, что обеспечивает прямолинейное движение машины. Частичным или полным выключением одного из фрикционов уменьшают скорость движения соответствующей гусеницы, в результате чего происходит поворот трактора в сторону отстающей гусеницы. На наружные (ведомые) барабаны фрикционов действуют ленточные тормоза , осуществляющие торможение отключенной от трансмиссии гусеницы для более крутого поворота трактора, а также торможение обеих гусениц при движении трактора на уклонах и затормаживание его на месте.

Прямолинейное движение трактора с планетарным механизмом поворота обеспечивается при затянутых тормозах до полной остановки солнечных шестерен. При этом водила и вал будут вращаться с одинаковой скоростью. Для поворота трактора необходимо отпустить правый или левый тормоз, в результате чего один из планетарных механизмов полностью или частично прекратит передавать крутящий момент ведущей звездочке 10 гусеницы. Включением тормоза достигается уменьшение радиуса поворота трактора. При одновременном включении обоих тормозов обеспечивается снижение скорости или полная остановка машины. Планетарный механизм поворота одновременно выполняет функции редуктора. Основным недостатком планетарного механизма поворота является сложность регулировки тормозов.

Наряду с такими достоинствами, как простота конструкции, высокая надежность, сравнительно большой КПД (0,82—0,86) и малая стоимость, механическая трансмиссия имеет ряд недостатков, основным из которых является необходимость частого переключения передач в процессе работы трактора, что приводит к нерациональному использованию мощности двигателя и повышенной утомляемости машиниста.

Этот недостаток устранен в гидромеханической и электромеханической трансмиссиях. В гидромеханической трансмиссии используется механическая ступенчатая коробка передач и гидротрансформатор, заменяющий муфту сцепления. Гидротрансформатор обеспечивает автоматическое бесступенчатое изменение крутящего момента, а также скорости движения трактора, в пределах каждой передачи коробки в зависимости от общего сопротивления движению машины. Это позволяет снизить число переключений передач, повысить долговечность двигателя и трансмиссии в результате уменьшения на последнюю динамических нагрузок, уменьшить вероятность остановки двигателя при резком увеличении нагрузки. Однако по сравнению с механической гидромеханическая трансмиссия имеет более сложную и дорогую конструкцию, значительно меньший КПД (0,7—0,75), что ухудшает топливную экономичность трактора.

В электромеханической трансмиссии крутящий момент дизеля передается через постоянно замкнутую фрикционную муфту, карданный вал и ускоряющий редуктор силовому генератору, который питает постоянным током тяговый электродвигатель. Крутящий момент якоря тягового электродвигателя передается главной конической передачей планетарным механизмам поворота, бортовым редукторам и ведущим звездочкам гусеничных лент. Электромеханическая трансмиссия по сравнению с механической и гидромеханической имеет более простую кинематику (отсутствует ступенчатая коробка передач) и обеспечивает высокие тяговые качества трактора за счет плавного бесступенчатого регулирования в широком диапазоне скоростей движения машины в зависимости от нагрузки. Так, при увеличении нагрузки скорость движения трактора уменьшается, а тяговое усилие возрастает. При снижении нагрузки скорость движения автоматически увеличивается. Основные недостатки такой трансмиссии — сложность, сравнительно большие габаритные размеры и масса, высокая стоимость.

ВЫБОР УЗЛОВ ТРАНСМИССИИ ЛЕСОТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ

3.1 Классификация трансмиссий

Трансмиссии лесных машин классифицируются по типу передач, с помощью которых происходит изменение передаточного числа. Существуют трансмиссии с механическими, гидравлическими и электрическими передачами, но в чистом виде две последние передачи обычно не применяются. Наряду с электрическими и гидравлическими агрегатами в этих трансмиссиях имеются и механические передачи. Поэтому трансмиссии подразделяются на: - механические; - гидромеханические; - гидрообъёмные; - электромеханические. Наибольшее распространение на современных отечественных и зарубежных автомобилях и тракторах получили механические и гидрообъёмные трансмиссии.

3.1.1. Электромеханическая трансмиссия

Электрические передачи находят применение в основном на машинах большой мощности. При малых мощностях они получаются переутяжелёнными и имеют низкий КПД. Применяются электромеханические трансмиссии постоянного и переменного тока. Электромеханические трансмиссии обладают преимуществами: - плавно, бесступенчато изменяют крутящий момент; - имеют упрощенную механическую часть привода; - меньшая масса трансмиссии на единицу массы машины для автомобилей с двигателем мощностью более 700…800,кВт. Несмотря на ряд преимуществ, электропередача пока не получила широкого распространения на автомобилях и тракторах из-за следующих недостатков: больших масс агрегатов трансмиссий, превышающих массы механических и гидравлических трансмиссий; сравнительно низкого КПД; большого расхода дорогостоящих материалов; высокой стоимости изготовления; относительно больших величин неподрессоренных масс.

3.1.2. Гидромеханическая трансмиссия.

Гидромеханические трансмиссии включают гидравлические и механические преобразователи крутящего момента. В практике автотракторостроения распространение получили гидромеханические трансмиссии с гидромеханическими трансформаторами, при этом возможно последовательное и параллельное соединение их с механической частью трансмиссии. В качестве механических ступеней в гидромеханических трансмиссиях используются планетарные редукторы, ступенчатые коробки передач с переключением передач, как с разрывом, так и без разрыва потока мощности. Механическая часть гидромеханической трансмиссии от гидротрансформатора до двигателя машины одинакова с механической трансмиссией. Основные достоинства гидромеханических трансмиссий: - автоматическое и непрерывное изменение силы тяги на каждой передаче в соответствии с сопротивлением движению; - меньшее число ступеней, сокращающее число переключений, что существенно облегчает работу водителя. Вместе с тем гидродинамические передачи обладают рядом существенных недостатков: пониженным максимальным значением КПД и значительным снижением его при изменении режимов работы, что приводит к повышению расхода топлива; усложненной конструкцией трансмиссии в целом из-за введения дополнительного агрегата (гидротрансформатора); обеспечения охлаждения рабочей жидкостью и, как следствие, повышение стоимости машины.

3.1.3. Гидрообъёмная трансмиссия.

Гидрообъёмная трансмиссия- это устройство для передачи движения, в состав которого входит объёмный гидропривод. Мощность двигателя в такой трансмиссии передаётся ведущим органам машины от перемещения замкнутого объёма жидкости между вытеснителями насоса и гидроматора. Ряд положительных свойств гидрообъёмной трансмиссии в сочетании с широким применением гидрофицированного технологического оборудования способствует использованию этих передач в конструкциях как зарубежных, так и отечественных лесозаготовительных машин. К достоинствам гидрообъёмных передач, при использовании их в качестве основных агрегатов трансмиссий, относятся: - бесступенчатое регулирование скорости и плавность передачи крутящего момента; - реверсивность и возможность двигателя на малых “ползучих” скоростях; - удобство компоновки и минимальное использование механических звеньев; - возможность объединения гидропривода с механизмом поворота; - лёгкость управления его автоматизации. Наряду с достоинствами, эти передачи имеют ряд существенных недостатков: снижение КПД трансмиссии при больших диапазонах регулирования и, как следствие, неэкономичность длительной работы машины на режимах, не соответствующих номинальным нагрузкам; несколько большая масса трансмиссии на единицу передаваемой мощности; более высокая стоимость трансмиссии. Для лесных машин, имеющих гидрофицированное рабочее оборудование, этот тип трансмиссий наиболее перспективен.

3.1.4 Механическая трансмиссия

Механические трансмиссии отличает простота конструкции, надёжность, высокий КПД, низкая стоимость. Масса этих трансмиссий значительно ниже, чем у других типов передач. Существенные недостатки механических трансмиссий: ступенчатое регулирование передаточного числа, разрыв силового потока и ударные нагрузки при переключениях передач; трудность управления; сложность компоновки на многоприводных машинах. Хотя механические передачи имеют существенные недостатки, но, тем не менее, перечисленные положительные качества механических трансмиссий обуславливают их повсеместное применение на современных лесных машинах.