Совершенствование привода переднего ведущего моста трактора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

С целью возрождения и развития Белорусского села на основе укрепления аграрной экономики, повышения доходов сельского населения, уровня социально-бытового и инженерного обустройства сельских населенных пунктов, сохранения и оздоровления экологии в них и рационального использования государственных и иных инвестиций разработана Государственная Программа возрождения и развития села на 2005-2010 годы.

Поставленные цели носят комплексный характер и могут быть достигнуты при условии одновременной реализации двух приоритетных направлений:

1) устойчивое социально-экономическое развитие сельских территорий, способствующее формированию необходимых условий для жизнеобеспечения населения, придания привлекательности сельскому образу жизни и труда, достижения установленных социальных стандартов.

2) формирование микро- и макроэкономической систем хозяйствования в рыночных условиях, обеспечивающих развитие и последовательное повышение эффективности агропромышленного производства.

Второе направление предусматривает техническое и технологическое переоснащение сельскохозяйственного производства, основанное на оптимизации структуры и состава машинно-тракторного парка в земледелии и животноводстве, широкое внедрение в сельскохозяйственное производство индустриальных технологий.

Техническое переоснащение сельскохозяйственного производства позволяет обеспечить к 2010 году потребность сельскохозяйственных организаций в тракторах - 73.9 тыс. физических единиц при структуре парка: класса 0.6-0.9 тс - 10-12 процентов, класса 1.4 тс - 48-50 процентов, класса 2 тс и более - 38-48 процентов, поставив 18 тыс. тракторов, в том числе 6.4 тыс. энергонасыщенных тракторов новых моделей МТЗ.

Являясь крупнейшим на просторах СНГ производителем колесных тракторов, после распада СССР, Минский тракторный завод за последние годы разработал новые (МТЗ-220, МТЗ-315, МТЗ-1221, МТЗ-1522, МТЗ-2021, МТЗ-2522 и др.) и поставил на производство модернизированные трактора серий 500 и 900.

Развитие трактора «Беларус», обеспечение экологических требований, повышение его потребительских свойств заключается в совершенствовании колесной ходовой системы.

Основным направлением в развитии гаммы машин, разрабатываемых Минским заводом, в ближайшие годы будет создание и постановка на производство тракторов с двигателями 20-25 л.с., 40-60 л.с., 120-250 л.с., причем тракторы будут оснащаться как двигателями Минского моторного завода, так и импортными, с широким внедрением элементов автоматизации операции по управлению системами трактора, современным дизайном внешнего вида и улучшением условий труда тракториста.

С целью повышения технического уровня тракторов на современном этапе их развития предусматривается улучшение тягово-сцепных свойств трактора, обеспечивающих повышение эксплуатационной производительности агрегатов на их базе в 1.5…2 раза, снижение материалоемкости на 25…30%. колес.

1. Анализ работы колесных тракторов с четырьмя ведущими колесами в условиях эксплуатации

Наличие четырех ведущих колес позволяет реализовать для сцепления с почвой весь (или почти весь) вес трактора, в то время как при двух ведущих колесах для этой цели может быть использована только часть веса.

Тяговая динамика тракторов с четырьмя ведущими колесами во многом зависит от того, как осуществлен привод к ведущим осям. Применяют приводы двух основных типов - блокированный и дифференциальный. В приводе первого типа (рис. 1) задняя и передняя оси трактора кинематически жестко соединены между собой через раздаточную коробку 1 вследствие этого между их угловыми скоростями существует определенное неизменное соотношение.

Рис. 1.1 Схема блокированного привода двух ведущих осей

Привод второго типа (рис. 2) характеризуется наличием в раздаточной коробке 1 межосевого дифференциала 2. Под действием дифференциального эффекта между угловыми скоростями обеих осей трактора в процессе работы могут устанавливаться различные, хотя и подчиненные определенному закону, соотношения. Вследствие изменяемого характера кинематической связи между осями распределяются различные ведущие моменты.



Рис. 1.2 Схема дифференциального привода двух ведущих осей

В тракторах с блокированным приводом ведущих осей почти всегда существует некоторое кинематическое несоответствие между передними и задними колесами. При прямолинейном движении по ровной дороге это несоответствие выражается в том, что теоретические окружные скорости передних и задних колес могут несколько различаться между собой, в то время как оси этих колес, будучи жестко связанными с остовом трактора, должны двигаться с одинаковыми поступательными скоростями.

Обеспечить совершенную идентичность окружных скоростей передних и задних колес практически невозможно, так как размеры радиусов колес могут отклоняться от своих расчетных значений в ту или другую сторону в зависимости от разнообразных факторов - производственных допусков, степени изношенности протекторов, давления воздуха в шинах и, особенно существенно, в результате изменения действующих на колеса нормальных нагрузок в соответствии с условиями работы. Когда применяют передние и задние колеса разных номинальных диаметров, расхождение в окружных скоростях колес может получаться также в результате невозможности по конструктивным условиям точно согласовать угловые скорости вращения обеих осей.

На поворотах кинематическое несоответствие обусловлено еще тем, что при криволинейном движении трактора каждая из его осей должна одновременно проходить разные пути, между тем как обе оси, будучи сблокированными, стремятся двигаться с одинаковыми поступательными скоростями.

Рассмотрим прямолинейное движение трактора с блокированным приводом ведущих осей по ровной дороге при наличии некоторой разницы в окружных скоростях передних и задних колес. Выровнять поступательные скорости обеих ведущих осей можно только при условии буксования или скольжения колес, поскольку буксование уменьшает поступательную скорость оси колеса, а скольжение ее увеличивает. Условие равенства поступательных скоростей движения обеих ведущих осей имеет вид

.

Здесь и далее индекс «один штрих» относится к оси, у которой теоретическая окружная скорость колес V_T больше, а индекс «два штриха» - к оси, у которой она меньше. Колеса первой оси условимся называть забегающими, а колеса второй оси - отстающими. Величина в уравнении характеризует буксование, и скольжение колес при буксовании она входит в уравнение со знаком плюс, при скольжении - со знаком минус.

Отношение назовем коэффициентом кинематического несоответствия передних и задних ведущих колес. Для каждого трактора коэффициент кинематического несоответствия имеет определенное значение, которое может несколько изменяться в зависимости от условий работы.

Между буксованием забегающих и отстающих колес существует зависимость, которая на основании уравнения выражается соотношением

.

Здесь величина ₁ имеет положительное значение, так как забегающие колеса всегда работают с некоторым буксованием. Буксование ₂ отстающих колес может быть величиной отрицательной, нулевой и положительной. Если ₂ 0, то отстающие колеса движутся со скольжением, если ₂ = 0, то они катятся без скольжения и без буксования, если ₂ 0, то отстающие колеса работают с буксованием, но значение буксования у них меньше, чем у забегающих колес.

Наилучшие тяговые показатели трактора возможны при равенстве окружных скоростей передних и задних колес, т.е. при коэффициенте автоматического несоответствия k_Н=1. В этом случае передние и задние колеса работают с одинаковым буксованием и их сцепные свойства используются в равной степени.

Наличие кинематического несоответствия колес ухудшает тяговые показатели трактора. Если в результате кинематического несоответствия передние и задние колеса работают с разным буксованием, то сцепные свойства отстающих колес используются в меньшей степени, чем забегающих. Чем больше кинематическое несоответствие, тем неравномернее используются сцепные свойства колес обеих осей. Наиболее отрицательно влияет на тяговые показатели трактора скольжение отстающих колес. В этом случае ведущими фактически остаются только два колеса, так как скользящие колеса становятся ведомыми.

Рассмотрим движение трактора с колесной формулой 4К4, задние колеса которого вращаются быстрее передних (рис. 3). В этом случае на передние колеса действует отрицательная касательная сила тяги Pк₂, создаваемая реакциями почвы и направленная против движения. Она образует крутящий момент, который передается через трансмиссию задним колесам. Таким образом, к задним ведущим колесам мощность подводится двумя потоками: от двигателя (на рисунке сплошная тонкая линия) и от передних отстающих колес (штриховая линия). Соединившись, оба потока направляются к ведущим колесам (жирная линия) и образуют положительную касательную силу тяги Pк₁.

Часть касательной силы тяги Pк₁ передается через остов трактора отстающим колесам и идет на преодоления сопротивления, создаваемого силой Pк₂. Таким образом, мощность, создаваемая на скользящих колесах реакцией почвы Pк₂, циркулирует по замкнутому контуру: от скользящих колес через трансмиссию к ведущим колесам, а от последних через остов трактора обратно к скользящим колесам. Циркулирующая мощность бесполезна и даже вредна, поэтому ее называют паразитной. Эта мощность не служит дополнительным источником энергии, а только нагружает трансмиссию и создает в ней лишние механические потери.

Рис. 1.3 Схема циркуляции паразитной мощности

Паразитная мощность возникает в тех случаях, когда по условиям работы невозможно получить достаточную разницу в значениях буксования передних и задних колес для компенсации имеющегося между ними кинематического несоответствия. Такие случаи наиболее вероятны при движении по твердым дорогам и при холостых переездах, когда буксование ведущих колес невелико. В этих случаях пользование вторым ведущим мостом не только не дает положительного эффекта, но может быть и вредным.

При работе на поле, где почва всегда сравнительно рыхлая, а нагрузка на крюке значительная, условие получения достаточной разницы в значениях буксования передних и задних колес может быть выполнено почти при всех практически встречающихся нарушениях кинематического соответствия между колесами. Поэтому в полевых условиях при работе с достаточной нагрузкой на крюке паразитная мощность при прямолинейном движении трактора обычно не возникает.

На поворотах, если они совершаются при взаимно блокированных ведущих осях, почти всегда почти всегда возникает паразитная мощность. Передние колеса, которые должны пройти больший путь, чем задние, движутся со скольжением, и на них действуют отрицательные силы тяги. Чем меньше радиус поворота, тем больше паразитная мощность.

Если обе оси ведущие, то касательная сила тяги трактора распределяется между ними в соответствии со значением буксования колес каждой оси, так как между значением буксования колес и развиваемыми ими касательными силами тяги имеется непосредственная зависимость.

На тракторах с четырьмя ведущими колесами широко применяют привод с межосевой муфтой свободного хода (обгонной). Принцип работы такой муфты схематично изображен на рисунке (рис 4). Ведущий элемент муфты - барабан 1 - соединен с трансмиссией трактора, а ведомый - фигурный диск 2 - с подключаемой осью. Направления вращения этих элементов указаны на схеме стрелками. Когда барабан вращается быстрее диска, находящиеся между ними ролики 3 заклиниваются, в результате чего муфта замыкается и блокирует привод ведущих осей. Если же диск обгоняет барабан, то он вращается в барабане свободно, муфта остается разомкнутой и каждая из осей трактора может вращаться независимо одна от другой.

Рис. 1.4. Принципиальная схема межосевой муфты свободного хода

При применении межосевой муфты свободного хода передаточные числа трансмиссии подбирают таким образом, чтобы теоретические окружные скорости колес основной ведущей оси (обычно задней) были на несколько процентов выше соответствующих скоростей второй оси. При таких кинематических соотношениях передние колеса под действием толкающего усилия остова трактора будут вращаться быстрее, чем при принудительном приводе от трансмиссии. Вследствие этого фигурный диск 2 муфты обгоняет барабан 1, муфта свободного хода остается выключенной и ведущий момент передается только задними колесами.

Муфта автоматически замыкается и включает переднюю ось, когда поступательная скорость движения трактора из-за буксования задних колес снижается настолько, что угловые скорости вращения ведущего и ведомого элементов муфты становятся одинаковыми. Если буксование задних колес уменьшается до предела, необходимого для размыкания муфты, передняя ось включается автоматически.

Таким образом, межосевая муфта свободного хода автоматизирует процессы включения и выключения передних колес и устраняет возможность возникновения паразитной мощности. Однако при ее применении мост подключается позже и снижается значение переднего ведущего моста в тяговом балансе трактора. Обычно расчетное значение буксования задних колес, соответствующее началу включения межосевой муфты свободного хода, выбирают в пределах 4…6%.

Также широкое применение получил привод переднего ведущего моста с фрикционной многодисковой муфтой (рис 1.5), которая выполняет роль кинематической связи дополнительного вала с выходным валом коробки передач. Ведущие диски муфты-1 связаны с ведущей шестерней-5 с ее корпусом-2, а ведомые-3 с ее корпусом-2. Корпус муфты вместе с ведущей шестерней установлен на валу привода в КП. При сжатии дисков происходит передача крутящего момента на передний ведущий мост и наоборот при ослаблении давления сжатия дисков - передний ведущий мост отключается.



Рис. 1.5 Конструкция фрикционной муфты

2. Пути повышения тягово-сцепных свойств тракторов

При работе колесных тракторов на переувлажненных и рыхлых почвах, при движении их по бездорожью из-за значительного снижения сцепления с почвой и дорогой резко возрастает буксование, увеличиваются потери на самопередвижение и использование машины становится неэффективным или вообще невозможным. Для предотвращения указанных отрицательных явлений используют различные устройства и приемы.

Существуют следующие методы повышения тягово-сцепных свойств колесных тракторов:

- Изменение давления воздуха в шинах;

- Установка сдвоенных колес и шин с широким профилем;

- Полугусеничный ход;

- Догрузка ведущих колес;

- Применение гидроувеличителя сцепного веса;

- Применение силовых и позиционных регуляторов.

- Установка переднего ведущего моста.

Рассмотрим перечисленные методы.

Изменение давления воздуха в шинах тракторов

При понижении давления увеличивается деформация шин, возрастают площадь контакта колес с почвой и их сцепление. Однако пользоваться этим способом необходимо осторожно, не понижать давление ниже пределов, указанных в паспорте шин. При переходе на твердый грунт давление нужно сразу же увеличить.

Установка сдвоенных колес и шин с широким профилем

Для работы на переувлажненных почвах и мелиорированных торфяниках на ведущие колеса тракторов можно устанавливать спаренные колеса или шины широкого профиля. Второй комплект колес крепят к первому с помощью специальных переходников. При этом буксование уменьшается в 2 раза и более, заметно возрастает тяговое усилие трактора.

Полугусеничный ход

Наиболее рационально использовать на переувлажненных почвах, по бездорожью и при глубоком снежном покрове. Он состоит из двух комплектов резинометаллических гусениц и натяжных устройств.

Рис. 2.1 Полугусеничный ход

Принципиальное отличие гусеничного движителя от колесного-то, что колеса катятся непосредственно по почве, преодолевая неровности и сминая его (образуя колею), а опорные катки гусеничного движителя перекатываются по гладкому, относительно ровному искусственному пути, образуемому выстилающемуся на почве звеньями бесконечной гусеничной цепи. На наружной стороне звеньев для лучшего сцепления гусеницы с почвой делаются выступы - почвозацепы. Зубья ведущих колес трактора, зацепляясь за гусеницы, стремятся выдернуть их из-под опорных катков трактора. Однако гусеницы прижаты к почве весом трактора, а почвозацепы создают дополнительный упор в почву; поэтому перекатить трактор по гусеницам легче, чем выдернуть гусеницы из-под опорных катков. В результате ведущие колеса, отталкиваясь от лежащих на почве участков гусениц, обеспечивают передвижение трактора вперед. Одновременно ведущие колеса передают освобождающиеся звенья гусениц вперед, а направляющие колеса укладывают их перед передними опорными катками.

При одинаковых тяговых усилиях буксование гусеничного движителя меньше. Масса гусеничного трактора распределяется по значительно большей опорной поверхности, чем у колесного. Благодаря этому достигается малое удельное давление на почву, из-за чего гусеничные тракторы обладают повышенной проходимостью по рыхлым и влажным грунтам и оказывают меньшее уплотняющее воздействие на почву. Кроме того, на рыхлых и слабых почвах уменьшаются затраты мощности на перекатывание трактора.

К недостаткам гусеничного движителя в сравнении с колесным относятся: повышенная металлоемкость, сложность конструкции, более высокая стоимость, большие потери на передвижение по твердым почвам, меньшие транспортные скорости из-за больших инерционных нагрузок. В эксплуатации требуются большие затраты при техническом обслуживании и ремонте.

Догрузка ведущих колес

Позволяет получить большую силу тяги по сцеплению на грунтах с малым коэффициентом сцепления. Применяют несколько способов догрузки ведущих колес.

1. Установка дополнительных грузов на диск заднего колеса и передний брус полурамы. (рис. 2.2 и рис. 2.3).

В зависимости от требуемой догрузки задних колес можно устанавливать на каждое колесо попарно любое число грузов (от 2 до 12). Первую пару грузов крепят к диску болтами и гайкой. Каждую следующую крепят к предыдущей болтами, которые заворачивают в резьбовое отверстие уже установленных грузов.

Рис. 2.2 Установка дополнительных грузов на диск колеса

Рис. 2.3 Установка дополнительных грузов на диск полурамы

Неодинаковое число грузов на правое и левое колеса устанавливают обычно при пахоте, когда правое колесо трактора идет по дну борозды (трактор наклоняется вправо) и на него действует большая часть сцепного веса трактора. В этом случае менее нагруженное левое колесо догружается установкой дополнительных грузов.

Спереди трактора грузы устанавливают на специальный кронштейн, который располагают на переднем брусе трактора. Грузы стягивают струной с помощью гайки.

2. Заполнение жидкостью камер шин ведущих колес, имеющих большой внутренний объем, позволяет ощутимо увеличить сцепной вес. Камеры заполняют водой на ѕ их объема, а во время заморозков заливают 25%-ный раствор хлористого кальция (CaCl2), не замерзающий до температуры -30 єС. После заполнения камер водой или раствором колесо накачивают воздухом до нормального давления. При транспортных работах жидкость необходимо слить.

Применение гидроувеличителя сцепного веса

При догрузке ведущих колес трактора увеличивается его сцепная (приходящаяся на ведущие колеса) масса и уменьшается буксование ведущих колес, рабочий процесс выполняется с меньшими потерями скорости движения, а следовательно с более высокой производительностью.

Догрузка трактора при заданных условиях зависит от нагрузки, передаваемой опорными колесами навесной машины. Уменьшение ее на опорных колесах увеличивает общую догрузку трактора, повышает его сцепную массу и снижает тяговое сопротивление навесной машины. Но при чрезмерном уменьшении ход навесной машины становится неустойчивым, равномерность глубины обработки нарушается, может происходить выглубление рабочих органов. В связи с этим возникает необходимость в корректировании нагрузок на опорные колеса навесного агрегата в соответствии условиями работы.

Наиболее простой и доступный способ - использование для этих целей гидроподъемников трактора. При подаче масла в гидроцилиндр механизма навески в подъемных тягах навесного устройства возникает сила, стремящаяся выглубить машину. Нагрузка на опорные колеса уменьшается, догрузка ведущих колес увеличивается. По такому принципу действует ГСВ тракторов МТЗ-80 и МТЗ-82.

Использование ГСВ увеличивает нагрузку на задние колеса трактора на 11…37%. Это повышает тяговое усилие на 1…4 кН, что для трактора тягового класса 1,4 соответствует увеличению тяги на 7…28%. Иначе говоря, повышение давления масла в гидроцилиндре механизма навески на 0.1 МПа уменьшает тяговое сопротивление сельскохозяйственных машин на 25%. Значительно снижается буксование трактора, уменьшается износ шин, снижается расход топлива и увеличивается производительность машинно-тракторного агрегата.

Применение силовых и позиционных регуляторов

Универсальные системы автоматического регулирования глубины хода сельскохозяйственных машин обеспечивают поддержание заданного режима работы орудий, облегчая управление ими, повышают производительность и экономичность машинно-тракторного агрегата благодаря улучшению тягово-сцепных свойств тракторов, снижению тяговых сопротивлений орудий, уменьшению динамических нагрузок и экономии топлива.

Универсальная система автоматического регулирования глубины хода обеспечивает работу с сельскохозяйственными машинами на следующих режимах:

- Силовое регулирование - для навесных машин с применением опорных колес или без них в зависимости от условий работы;

- Позиционное регулирование - для тех же орудий и условий, что и позиционное регулирование;

- Высотное регулирование - для навесных, полунавесных и прицепных машин с применением опорных колес;

- Смешанное (позиционно - силовое) регулирование - для навесных машин с применением опорных колес или без них с бесступенчатым выбором силового и позиционного регулирования, что улучшает агротехнические показатели на почвах с переменной твердостью.

Работа гидронавесной системы при использовании силового регулирования основана на том, что тяговое сопротивление навесного орудия в определенных пределах поддерживается постоянным. А так как тяговое сопротивление в достаточной степени пропорционально глубине обработки почвы при постоянной ширине захвата, то система силового регулирования обеспечивает и заданную глубину хода рабочих органов навесного орудия.

При использовании позиционного регулирования навешенное орудие удерживается в заданном положении относительно остова трактора. При пахоте система автоматического регулирования применяется, как правило, только с полунавесными плугами. Навесные плуги, имеющие при работе с позиционным регулированием жесткую связь с трактором, выдерживают агротехнические требования по глубине пахоты только на очень ровных полях. При использовании силового и позиционного регулирования вес рабочего орудия передается на трактор.

Высотное регулирование заключается в установке специального опорного колеса орудия на различную высоту относительно рабочих органов. Опорное колесо копирует рельеф поля и сохраняет заданную глубину обработки почвы. Гидравлическая навесная система выполняет роль подъемника.

Высотное регулирование с догрузкой ведущих колес основано на том же принципе, что и предыдущий вид регулирования. Однако благодаря использованию догружателя ведущих колес часть нагрузки с опорного колеса орудия снимается и передается на ведущие колеса трактора.

Смешанное (позиционно-силовое) регулирование с изменяемой пропорцией смешения сигналов от силового до позиционного обеспечивает равномерность глубины обработки почвы на полях с плавным переходом неровностей рельефа и переменными физико-механическими свойствами.

Установка переднего ведущего моста

Наиболее совершенным способом повышения тягово-сцепных качеств колесного трактора является установка привода к передним ведущим колесам трактора.

Наличие четырех ведущих колес позволяет реализовать для сцепления с почвой почти весь вес трактора, в то время как при двух ведущих колесах для этой цели может быть использована только часть веса, что при таких работах как вспашка, культивация, боронование наиболее эффективно.

Трактора с передним ведущим мостом имеют лучшие тягово-сцепные качества, экономические показатели и устойчивость (особенно при работе на склонах). Сравнение тяговых усилий тракторов с колесными формулами 4К4 и 4К2 показывает, что увеличение тягового усилия у тракторов колесной формулы 4К4 составляет около 35%.

Привод на передние ведущие колеса не требует переналадок и трудоемких операций для использования в различных условиях и режимах эксплуатации, он всегда готов к использованию.

3. Обоснование и выбор принятого конструктивного решения

В настоящее время износ машинотракторного парка сельскохозяйственных предприятий РБ составляет около 70%. Поэтому в ближайшие годы необходимо провести техническое и технологическое переоснащение сельскохозяйственного производства, что предусматривает внедрение в сельскохозяйственное производство индустриальных технологий, пополнение машинотракторного парка хозяйств новой качественной техникой.

При приобретении новой техники прежде всего отдается предпочтение колесным тракторам «Минского тракторного завода». Этому способствуют следующие причины:

- тракторы «Беларус» хозяйствам приобрести легче из-за помощи государства;

- доступность запасных частей;

- простота в обслуживании.

В последнее время самый распространенный из энергонасыщенных тракторов «Беларус - 1221». Трактор отличают - повышенная мощность двигателя и наличие переднего ведущего моста, что очень важно, ведь ему приходится работать на различных работах и, довольно часто, в плохих тягово-сцепных условиях. Поэтому наиболее актуальна проблема повышения тягово-сцепных свойств трактора.

По сравнению с тракторами схемы 4К2, полноприводные тракторы имеют лучшие тягово-сцепные качества, экономические показатели и устойчивость (особенно при работе на склонах). При конструировании трактора со всеми ведущими колесами особую сложность представляет устройство привода переднего ведущего моста.

Трансмиссия, ведущие колеса и дорога составляют замкнутый контур, в котором может возникнуть циркулирующая (паразитная) мощность из-за разных динамических радиусов ведущих колес. Чтобы уменьшить отрицательное влияние циркулирующей мощности на элементы трансмиссии трактора и повысить динамические качества трактора, устанавливают специальные механизмы привода переднего ведущего моста (межосевой дифференциал, приводные муфты различных типов), которые дают возможность передним и задним ведущим колесам вращаться с разными угловыми скоростями, исключая дополнительную нагрузку трансмиссии.

В данном дипломном проекте рассмотрена возможность увеличения тягово-сцепных свойств трактора, путем совершенствования привода переднего ведущего моста.

На трактор устанавливается фрикционная муфта привода ПВМ с регулируемым давлением подпора, которое осуществляется электрогидравлической системой управления приводом. Преимущество данного устройства в том, что оно позволяет работать, как в автоматическом режиме включения переднего ведущего моста, так и с постоянно включенным ПВМ, а при отсутствии необходимости в использовании ПВМ (при работе на дорогах с твердым покрытием) и вовсе отключить.

4. Патентный поиск

В процессе патентного поиска были просмотрены материалы изобретений, относящиеся к переднему ведущему мосту, коробке передач и трансмиссии трактора. При проведении поиска был просмотрен и проанализирован массив информации по классам МПК В 60 К 17/34. В результате были отобраны охранные документы, по технической сущности близко совпадаемые с проверяемым объектом - муфтой привода переднего ведущего моста - и его составными частями.

Заявка СССР патент №882786 В 60 К 17/34 опубликована 25.11.81 г.

«Привод переднего ведущего моста транспортного средства».

Изобретение относится к транспортному машиностроению и предназначено для использования в колесных транспортных машинах и тракторах.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение экономичности регулирования.

Цель достигается тем, что кинематическая связь дополнительного вала с выходным валом коробки передач выполнена в виде фрикционной многодисковой муфты, ведущие диски которой связаны с корпусом упомянутой муфты, а ведомые - с дополнительным валом, центробежный регулятор выполнен в виде четырех подпружиненных относительно друг друга и эквидистантно расположенных грузов, установленных между нажимным элементом упомянутой муфты и свободно установленном на дополнительном валу подшипником, подпружиненном относительно дополнительного вала с возможностью взаимодействия торца подшипника с нажимным элементом фрикционной многодисковой муфты.

В корпусе 6 фрикционной муфты (рис 4.2) на шлицах установлены ведущие диски 10. Ведомые диски 11 установлены на шлицах на дополнительном валу 3. Ведущие 10 и ведомые 11 диски сжаты усилием рабочей пружины 12, которое передается через втулки 13 и 14, радиально-упорный шарикоподшипник 15, нажимной диск 16. С шарикоподшипником 15 связан подвижный диск 17. Между корпусом фрикционной муфты 6 и подвижным диском 17 установлены четыре центробежных груза 18, положение которых относительно дополнительного вала 3 обеспечивается посредством восьми разжимных пружин 19. Втулки 13 и 14, подшипник 15, нажимной диск 16 и подвижный диск 17 установлены с возможностью осевого перемещения относительно корпуса фрикционной муфты 6 и дополнительного вала 3. Для передачи вращения центробежным грузам на корпусе фрикционной муфты 6 выполнены зубья 20, а по поверхности грузов 18 - пазы 21.

Рис. 4.1 Расположение центробежных грузов



Рис. 4.2 Конструкция фрикционной муфты

передний мост трактор колесо

Привод работает следующим образом.

При малых скоростях движения центробежная сила грузов 18 мала, поэтому ведущие 10 и ведомые 11 диски фрикционной муфты передают на дополнительный вал 3 крутящий момент, соответствующий усилию сжатия рабочей пружины 12.

При увеличении скорости движения растут обороты корпуса фрикционной муфты 6, а значит увеличивается и центробежная сила грузов 18, которая воспринимается подвижным диском 17 и передается через подшипник 15 на втулке 14. В результате уменьшается усилие рабочей пружины 12, воздействующее на нажимной диск 16 и, в конечном счете, уменьшается крутящий момент, передаваемый на дополнительный вал 3.

Соответствующим подбором усилий рабочей пружины 12 и масс центробежных грузов 18 можно обеспечить требуемое в эксплуатации изменение крутящего момента и силы тяги передних колес в зависимости от величины скорости движения транспортной машины.

При изменении направления движения машины на обратное не требуется никаких дополнительных переключений. В этом случае работа предлагаемого привода осуществляется описанным образом.

Заявка СССР патент №1054119 В 60 К 17/34 опубликована 15.11.83 г.

«Центробежная муфта привода переднего ведущего моста транспортной машины»

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к муфтам привода включения переднего ведущего моста.

Центробежная муфта привода переднего ведущего моста, содержащая соосно расположенные обоймы, связанные с валом коробки передач и приводом переднего моста соответственно, а также между собой посредством сопрягаемых фрикционных дисков, поджатых к друг другу через центробежные грузики с наклонными поверхностями, установленные с помощью относительного перемещения, и упругие элементы, причем фрикционные диски расположены параллельно направлению вектора относительно перемещения центробежных грузиков.

Устройство отличается тем, что с целью упрощения конструкции, уменьшения габаритов и снижения металлоемкости, центробежные грузики установлены вершиной скоса и подпружинены к оси вращения.

Привод с центробежной муфтой (рис 4.3) содержит межколесный дифференциал переднего моста, связанный посредством карданной передачи с валом-3, установленном в корпусе-4. Последний прикреплен к корпусу коробки передач. На валу-3 установлен корпус центробежной муфты-6, выполненный в виде двух обойм, одна из которых имеет на наружной цилиндрической поверхности зубчатый венец-7, зубья которого входят в зацепление с зубьями ведущей шестерни выходного вала коробки передач, а вторая связана с валом-3. В корпусе центробежной муфты-6 на шлицах установлены ведущие диски-10. Ведомые диски-11 установлены на шлицах на валу-3. Ведущие-10 и ведомые-11 диски контактируют с нажимным диском-12. Между корпусом центробежной муфты-6 и нажимным диском-12 установлены четыре центробежных конусных груза-13, вершиной конуса по направлению перпендикулярно оси вала-3. При этом каждый груз-13 подпружинен относительно корпуса муфты 6 пружинами-14.

Муфта в приводе переднего ведущего моста транспортной машины работает следующим образом.

При малых скоростях движения центробежная сила грузов-13 мала, поэтому ведущие-10 и ведомые-11 диски центробежной муфты-6 передают на вал-3 крутящий момент, соответствующий усилию сжатия рабочей пружины-14. Это происходит за счет воздействия грузов-13 на нажимной диск-12, который сжимает упомянутые диски-10 и 11.

При увеличении скорости движения увеличиваются обороты корпуса муфты-6, а значит увеличивается и центробежная сила грузов-13. Грузы-13 под воздействием центробежной силы преодолевают усилие пружин-14 и перемещаются от вала-3 к корпусу муфты-6, а так как на корпусе муфты-6 и нажимном диске-12 имеются скосы, то диск-12 получает возможность уменьшить силу сжатия дисков-10 и 11, в результате чего уменьшается величина крутящего момента, передаваемого на-3.

Соответствующим подбором усилий пружин-14, масс центробежных грузов-13 и угла конуса нажимного диска-12 и грузов-13 обеспечивается требуемое в эксплуатации изменение крутящего момента и силы тяги передних колес в зависимости от величины скорости движения транспортной машины.

При изменении направления движения машины на обратное не требуется никаких дополнительных переключений. В этом случае работа предлагаемого устройства осуществляется аналогичным способом, описанном выше.

Таким образом, изобретение позволит упростить конструкцию муфты, снизить металлоемкость на 6-8 и уменьшить габариты на 28 .

Заявка СССР патент №1257001 В 60 К 17/34 опубликована 15.09.86 г.

«Муфта привода моста транспортного средства»

Муфта привода моста транспортного средства (рис4.4), содержащая установленные в корпусе-1 входной вал-2, связанный с постоянно ведущим мостом через коробку передач, выходной вал-5, сообщенный с включаемым мостом, соединенные между собой посредством планетарной передачи, включающей водила валов-7 и 8 соответственно валов-2 и 5, солнечные шестерни-9 и 10, сателлиты - 11,12, взаимодействующие с соответствующими солнечной - 9,10 и коронной шестернями-13, и нормально разомкнутый центробежный тормоз-15 со ступицей-14, взаимодействующий с корпусами муфты и связанный с солнечной шестерней входного вала.

Устройство отличается тем, что с целью повышения эффективности путем автоматизации управления приводом моста на всех режимах работы трактора, водила валов расположены концентрично, водило входного вала охватывает выполненное с фланцем водило выходного вала, а в полости образованной водилом входного вала и фланцем водила выходного вала, установлен нормально замкнутый центробежный тормоз, взаимодействующий с водилами.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к трансмиссиям самоходных транспортных средств повышенной проходимости.

Муфта привода моста транспортного средства работает следующим образом.

В исходном положении (транспортный режим работы машины) входной вал-2, связанный через коробку передач с постоянно ведущим мостом, вращается в ведущем режиме, а выходной вал-5, связанный с включаемым мостом - в ведомом режиме. При этом сателлиты - 11 и 12, связанные соответственно с водилами-7 и 8 и с коронной шестерней-13, обкатываются по неподвижным солнечным шестерням-9 и 10. Так как солнечная шестерня-9 неподвижна, нормально разомкнутый центробежный тормоз-15 со ступицей-14 также неподвижен и, следовательно, подпружиненный пружиной-17 клиновой груз-18 находится в крайнем нижнем положении, при котором пакет фрикционных дисков разомкнут. Вместе с этим нормально замкнутый центробежный тормоз-20 вращается вместе с водилом-7, вследствие чего клиновой груз-23 под действием центробежной силы находится в крайнем верхнем положении, при котором пакет фрикционных дисков-21 разомкнут.

При увеличении скорости вращения входного вала-2 по отношению к входному валу-5 (т.е. при буксовании колес постоянно ведущего моста) сателлит-11 вращается со скоростью, большей скорости вращения сателлита-12 и так как он связан с неподвижной солнечной шестерней-10, а оба сателлита с коронной шестерней-13, то сателлит-11 начинает вращать связанную с ним солнечную шестерню-9, которая в свою очередь вращает ступицу-14 нормально разомкнутого центробежного тормоза-15. При этом клиновой груз-18 под действием центробежной силы перемещается в крайнее верхнее положение, замыкает пакет фрикционных дисков-15 на корпус-1 муфты. Вследствие этого тормоз-15 со ступицей-14 останавливаются, останавливая и солнечную шестерню-9, и сателлит-11, взаимодействуя с оставшейся солнечной шестерней-9, передает момент вращения коронной шестерне-13, сателлиту-12, фланцу-19 водила-8 выходного вала-5 включаемого моста-6, который начинает работать в ведущем режиме. Таким образом, транспортное средство преодолевает сложный участок дороги с двумя ведущими мостами.

При выравнивании скоростей вращения входного и выходного валов (т.е. при выходе транспортного средства из режима буксования) скорости вращения сателлитов-11 и 12 также выравниваются и упомянутые сателлиты, связанные с коронной шестерней-13, обкатываются по неподвижным солнечным шестерням-9 и 10. Нормально разомкнутый тормоз-15 со ступицей-14 также становится неподвижным, а пружина-17 возвращает клиновой груз-18 в исходное крайнее нижнее положение, при котором пакет фрикционных дисков разомкнут. Выходной вал-5 включаемого моста работает в ведомом режиме.

При малых скоростях движения, например в режиме черпания, усилие создаваемое пружиной-22 больше, чем центробежная сила, действующая на клиновой груз-23. При этом последний под действием упомянутой пружины приводит груз в крайнее нижнее положение, при этом пакет фрикционных дисков-21 замыкается, связывая между собой водила-7 и 8 соответственно входного и выходного валов-2 и 5.

В результате этого выходной вал начинает вращаться в следующем режиме.

После увеличения скорости движения транспортного средства нормально замкнутый тормоз-20 вращается с большей скоростью, а центробежная сила, действуя на клиновой груз-23, превышает усилие пружины-22 и приводит груз в крайнее верхнее положение, при котором пакет фрикционных дисков-21 размыкается, рассоединяя водила 7 и 8. Выходной вал-5 включаемого моста работает в ведомом режиме.

Заявка СССР патент №1428608 В 60 К 17/34 опубликована 07/10/88г.

«Муфта автоматического включения моста транспортного средства»

Муфта автоматического включения моста транспортного средства, содержащая корпус с валом, связанным с валом коробки передач и постоянно включенным мостом транспортного средства, и выходной вал, связанный с включаемым мостом, соединенные один с другим при помощи пленетарной передачи, атак же центробежный тормоз со ступицей и грузами и механизм блокировки, установленные на выходном валу, отличающаяся тем, что с целью повышения проходимости и снижения циркуляции мощности в транспортном средстве путем увеличения времени блокировки, в грузах центробежного тормоза выполнены цилиндрические полости, в которых установлены неподвижно относительно ступицы поршни с манжетами, и отверстия, сообщающие цилиндрические полости с полостью корпуса.

Изобретение относится к транспортным средствам, в частности к приводу моста самоходного транспортного средства с двумя ведущими мостами.

Устройство работает следующим образом.

Перед движением машины под поршень-15 (рис 4.5) подается давление жидкости, которое сжимает пружины-14, снимая блокировку между мостами. Движение машины осуществляется моментом, передаваемым от двигателя через коробку передач, карданную передачу и ведущий мост. При этом входной вал-2 вращается от двигателя, а выходной вал-3 - за счет передачи движения от вращения колес ведомого моста. В муфте вращаются также сателлиты-4 и коронная шестерня-5. Если нет кинематической разницы в передачах между обеими мостами, то солнечная шестерня-7 неподвижна. При пробуксовке колес ведущего моста возникает разница угловых скоростей валов-2 и-3. Вал-2 муфты вращается с большей скоростью, чем вал-3, и тогда сателлиты-4 вала-2 через коронную шестерню-5 и сателлиты вала-3 ускоренно вращают солнечную шестерню-7, ступицу-8, диски-9 и 10 и грузы-12. Последние за счет центробежной силы перемещаются по клиновым поверхностям и блокируют диски-9 и 11, следовательно, ступица-8 и шестерня-7 становятся неподвижными относительно корпуса. При этом оба вала-2 и 3 блокируются между собой и ведущими становятся все колеса машины. При движении грузов-12 под воздействием центробежной силы полость-16 увеличивается, так как поршень-17 неподвижно закреплен относительно ступицы-8 и жидкость муфты заполняет большой объем. После блокировки входного-2 и выходного-3 валов, угловые скорости последних выравниваются, центробежная сила исчезает, так как появляется только при разных угловых скоростях валов, грузы-12 под воздействием пружин-13 стремяться вернуться в исходное положение, но этому препятствует жидкость, находящаяся в цилиндрической полости-16. Возврат грузов происходит только после истечения жидкости через малое отверстие-18. В результате этого муфта некоторое время блокирует входной-2 и выходной-3 валы.

Выводы по патентному поиску.

В процессе проведения проверки на патентную чистоту объекта «Муфта привода переднего ведущего моста с регулируемым давлением подпора» был проведен поиск по массивам патентной информации в отношении изобретений и полезных моделей стран СНГ.

После предварительного анализа отобранных документов были выявлены отличия, исключающие необходимость последующего детального сопоставительного анализа.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод:

Проверяемый объект «Муфта привода переднего ведущего моста с регулируемым давлением подпора» обладает патентной чистотой в отношении изобретений стран СНГ.

5. Описание конструкции и работа привода переднего ведущего моста

Назначение общее устройство и работа

Привод переднего ведущего моста (ПВМ) (рис 6.1) предназначен для передачи крутящего момента от коробки передачи (КП) к ПВМ. Включение ПВМ осуществляется гидроподжимной муфтой-2, которая вместе с ведущей шестерней-1 установлена на валу привода-4 в КП, на котором также установлена кулачковая полумуфта-5, механизма автоматического включения ПВМ. Вал-4 шлицевой втулкой-8 соединен с торсионным валом-9, на другом конце которого установлена шлицевая скользящая вилка карданного вала, соединяющегося с фланцем ведущей шестерни главной передачи ПВМ.

Автоматическое включение обеспечивается за счет соединения вала-4 и барабана-3 гидроподжимной фрикционной муфты-2, которое позволяет им поворачиваться на угол 45^є. При повороте барабана относительно вала кулачковая полумуфта-5 перемещается в осевом направлении и через толкатель воздействует на выключатель-7, который замыкает электрическую цепь управления приводом. Срабатывает электрогидрораспределитель, включается фрикционная муфта-2, которая соединяет ведущую шестерню-1 с валом-4, обеспечивая автоматическое включение ПВМ.

Рис. 5.1 Привод переднего ведущего моста:

1-шестерня ведущая; 2-муфта фрикционная; 3-барабан; 4-вал; 5-полумуфта; 6-толкатель; 7-выключатель; 8-втулка шлицевая; 9-вал торсионный.

Для облегчения работы тракториста на тракторе установлена электрогидравлическая система управления приводом ПВМ, которая состоит из пульта-1, датчика автоматического управления-9 и электрогидрораспределителя управления муфтой привода ПВМ - 10, установленных на правой крышке КП, соединительных кабелей-5 с колодками-4. Система запитана от бортовой электросети через предохранитель, установленный в блоке предохранителей щитка приборов. Электрическое питание в систему подается после запуска дизеля. На лицевой панели пульта-1, расположенного над правым боковым пультом управления трактора, установлены клавиша управления приводом ПВМ-11 и сигнализатор включенного состояния привода ПВМ.

Клавиша-11 предназначена для включения автоматического режима управления приводом ПВМ, при выполнении работ со значительным буксованием. При этом автоматическое управление осуществляется в зависимости от буксования трактора, которое фиксируется датчиком автоматического управления-9. Датчик-9 замыкает контакты и запитывает электромагнит электрогидрораспределителя-10 при буксовании задних колес. При снижении величины буксования датчик-9 размыкает контакты, отключая электромагнит и, соответственно, привод ПВМ.

При необходимости работы на переднем и заднем ходу с постоянно включенным ПВМ необходимо нажать на нижнюю часть клавиши-11. Для отключения привода ПВМ клавиша-11 переводится в среднее положение.

Расчет муфты привода ПВМ

Для привода переднего ведущего моста в тракторах используются фрикционные муфты, обеспечивающие надежную передачу крутящего момента от ведущего вала к ведомому, плавное включение, т.е. постепенное нарастание момента на ведомом валу, полное отключение ведомого вала от ведущего, надежное предохранение деталей привода от перегрузок.

Наибольшее распространение получили многодисковые муфты. Конструкции многодисковых муфт имеют различные варианты, так как изменением числа поверхностей трения можно менять момент трения.

Дисковые муфты не требуют регулировки зазоров между трущимися поверхностями, одинаково хорошо работают при разном направлении вращения ведущих поверхностей относительно ведомых.

Выполним расчет фрикционной муфты с увеличенным на два количеством дисков для привода переднего ведущего моста модернизируемого трактора

Момент трения муфты определим из формулы:

 (5.1)

где: Q_p - усилие сжатия дисков, кгс;

r_тр - средний радиус поверхности трения, мм;

м - коэффициент трения фрикционного материала;

i - число пар поверхностей трения.

i = n - 1 (5.2)

i = 15 - 1 = 14

где: n - общее число дисков.

Средний радиус поверхности трения:

r_тр = (D+d)/4. (5.3)

r_тр =(130+93)/4 = 55,75 м

где: D - наружный диаметр кольцевой поверхности трения, мм;

d - внутренний диаметр кольцевой поверхности трения, мм.

м - 0,07±0,005 - материал «Шадер»

Усилие сжатия дисков с учетом действия отжимной пружины определяем из формулы:

Q_p = Q-P_пр. (5.4)

где: P_пр = 25 кгс - усилие сжатой пружины;

Q - усилие на поршень от давления в системе, кгс;

Q = p·S (5.5)

где: р - давление в системе кгс/см;

S - площадь поршня, мм.

мм² (5.6)

где:

D_n, d_n - наружный и внутренний диаметры кольцевой поверхности трения, мм.

Максимальное давление в системе:

p_max = 10 кгс/см²

Минимальное давление всистеме:

p_min = 9 кгс/см²

Отсюда следуют максимальное и минимальное усилие сжатия дисков:

Q_max = 103.03 · 10 = 1030,3 кгс

Q_min =103.03 · 9 = 927,3 кгс

Усилие сжатия дисков с учетом отжимной пружины:

Q_р^max =10303 - 25 = 1005,3 кгс

Q_р^min =9273 - 25 = 902,3 кгс

Определим значение момента трения муфты:

кгс·мм

кгс·мм

Касательная сила тяги на ПВМ, обеспечиваемая муфтой привода:

кгс (5.7)

Из расчетов можно сделать вывод, что установленная фрикционная муфта привода переднего ведущего моста трактора обеспечивает запас момента трения и увеличение касательной силы тяги переднего ведущего моста.

Использованная литература

1. И.П. Ксеневич, А.С. Солонский, С.М. Войченский. Проектирование универсально-пропашных тракторов - Мн.: Наука и техника, 1980.

2. К.И. Коженкова, Ю.В. Будько, Г.Ф. Добыш. Технология механизированных сельскохозяйственных работ, - Мн.: Уроджай, 1998.

3. И.П. Бусел и др. Технико-экономические расчеты и обоснование выбора механизации в растиениводстве, - Мн. 1994.

4. М.Н. Иванов. Детали машин, - Мн.: Вышэйшая школа, 1991.

5. Ю.В. Будько. Эксплуатация машинно-тракторного парка, - Мн.: Ураджай, 1991.

6. П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. Конструирование узлов и деталей машин, - Мн.: Вышэйшая школа, 1985.

7. В.А. Матвеев, И.И. Пустовалов. Техническое нормирование ремонтных работ в сельском хозяйстве, - Мн.: Колос, 1979.

8. В.С. Шкрабак, Г.К. Казлаускас. Охрана труда, - Агропромиздат, 1989.

9. М.А. Разумовский. Борьба с шумом на тракторах, - Мн.: Наука и техника, 1973.

10. С.А. Михайловский, А.К. Гриценко. Справочник по охране труда, - Мн.: Беларусь, 1990.

11. В.С. Левицкий. Машиностроительное черчение, - Мн.: Вышэйшая школа, 1988.

12. СТП БИМСХ 2.0.01-88, Стандарт предприятия.

13. М.А. Солонский, А.А. Мащенский. Тракторы и автомобили: Учебно-методическое пособие по дипломному и курсовому проектированию, - Мн.: УО БГАТУ, 2005.