BRAKE OF THE FRONT DRIVE WHEELS OF THE TRACTOR "BELARUS"

Full Text

Введение Выпуск новых энергонасыщенных моделей тракторов «Беларус», а также увеличение массы буксируемых прицепов и агрегатируе-мых с ними агротехнологических орудий потребовало повышения эффективности тормозной системы тракторов. Необходимо отметить, что передние колеса тракторов «Беларус» не имеют колесных тормозов. В то же время, колесные тракторы «Беларус» с прицепами/полуприцепами эксплуатируются на магистральных дорогах общего назначения. Заметим, что в соответствие с предписанием Правила ЕЭК ООН № 13 [1-6] все колеса транспортного средства должны быть оснащены тормозами. Цель исследования Целью исследований является повышение эффективности тормозной системы трактора «Беларус МТЗ-1221» путем создание колесных тормозов его передней оси [1, 7-1°]. Материалы и методы Проведен анализ конструкции переднего ведущего моста трактора «Беларус МТЗ-1221», с целью включения колесных тормозов в его штатную конструкцию. Колесная передача трактора «Беларус МТЗ-1221» (рис. 1) содержит колесный редуктор планетарно-цилиндрического типа. Редукторы смонтированы в корпусах соединенных с балкой моста с помощью осей 3 и могут поворачиваться относительно балки переднего ведущего моста на двух подшипниках 9. Соединение осей с корпусом колесного редуктора осуществляется с помощью болтов 4. Для регулировки угла поворота колесных редукторов служит винт 38 и контргайка 37. Смазка шкворневых осей 3 осуществляется через масленки 6, установленные на осях. От попадания грязи масленки защищены резиновыми колпачками 5. Для предотвращения попадания грязи к подшипникам шкворня в рукавах балки моста установлены стаканы 8 с уплотнительными резиновыми кольцами 7. Регулировка подшипников 9 шкворня осуществляется прокладками 2, расположенными только под верхними осями 3. Шкворневые оси 3 закреплены болтами 4, смазка осей осуществляется с помощью масленки 6, закрытой колпачком 5. Колесный редуктор 1 состоит из сдвоенного шарнира, цилиндрической и планетарной передач, рычагов управления поворотом передних колес. Сдвоенный шарнир соединен с дифференциалом переднего ведущего моста посредством полуосевого вала со шлицевыми концами 13 с одной стороны, а с другой - с ведущей шестерней цилиндрической передачи. Ведущая шестерня монтируется на двух роликовых конических подшипниках. Один из них установлен в расточке корпуса редуктора, второй - в стакане. Корпус переднего ведущего моста 21, установленный на оси качания 24, которая смазывается с помощью масленки 42, содержит дифференциал 16 с конической ведомой шестернею 19 зафиксированной гайкой 20. Место посадки правого 22 и левого 14 рукавов, установленных в корпусе переднего моста 21, уплотнены кольцом резиновым 16, регулировка осуществляется регулировочными прокладками 15. Дифференциал 16 получает привод от ведущей конической шестерни 36, на которой установлен фланец, зафиксированный гайкой 33. Коническая шестерня 36 установлена в стакане 29 на роликовых подшипниках 34 и 35, уплотнение и регулировка обеспечивается кольцом резиновым 27, манжетой 32, маслосгонным кольцом 31, регулировочными шайбами 30 и регулировочными прокладками 28. Для заполнения маслом редуктора и переднего моста используются заливные пробки 39, 25, для слива масла - пробки 40, 41 и 26, для предотвращения создания в полости моста избыточного давления имеется сапун 17. Анализ колесных тормозов ведущих фирм производителей тракторов показал, что несмотря на большое разнообразие тормозных систем отдельных моделей тракторов имеются и общие принципы, по которым строятся современные тормозные системы. Рабочие тормоза подавляющего большинства тракторов - фирм «Сэйм» (SAME), «Ситайр» (STEYR), «Казе Их» (CASE IH), «Мэсси Фер-гюсон» (MASSEY FERGUSON), «Линднер» (LINDNER) и др. дисковые, работающие в масле, встроенные в задний мост и расположенные перед конечной передачей тракторов. Вследствие увеличения максимальной скорости движения машинно-тракторного агрегата при выполнении транспортных работ до 5° км/ч в процессе торможения участвуют все ведущие колеса, что обеспечивается подключением переднего ведущего моста при торможении или установкой отдельного тормоза в приводе переднего ведущего моста. Такие фирмы, как «Сэйм» (SAME), «Ламборгини» (LAMBORGHINI), «Хурли-ман» (HURLIMAN), «Ландини» (LANDINI), «Дойтц» (DEUTZ), устанавливают тормоза в переднем ведущем мосту. Фирма «Джей Си Би» (JCB) на тракторах серии Fastrac устанавливает сухие дисковые тормоза (как на легковых автомобилях). Управление тормозами гидравлическое, модели тракторов мощностью свыше 100 л. с., как правило, снабжены гидравлическим сервоусилителем. Тракторы на французском рынке комплектуются гидравлическими системами торможения прицепов. Тракторов с комбинированной (одно- и двухпроводной) пневматической системой торможения прицепов значительно меньше. Привод рабочих тормозов раздельный, двухпедальный на правую и левую стороны, педали блокируются различными устройствами (планки, штыри, скобы). Таким образом, на основе анализа конструктивных особенностей колесной передачи передних колес трактора «Беларус МТЗ-1221», рассмотренных тракторных тормозов различных фирм производителей, учитывая также разработанные ранее способы торможения колес мобильной машины и различных конструкций тормозов [11-16], а также исходя из преимущественных условий работы тракторов, для передних колес трактора выбран барабанный тормозной механизм. Барабанный тормозной механизм, в отличие от тормозов, размещенных в масляной ванне требует значительно меньшей трудоемкости при обслуживании и ремонте, поскольку обеспечивает доступ к нему без снятия узлов и агрегатов, а также обладает большей защищенностью рабочей поверхности тормозного механизма от загрязнений, в отличии от дискового тормоза, и, как следствие, меньшей потерей эффективности и меньшим износом при работе в условиях повышенной загрязненности, увлажненности и т.д., присутствующими в традиционных условиях работы трактора. Особенности конструкции и привода разработанного тормозного механизма позволяют адаптировать его к антиблокировочной системе, функционирующей на принципе управления, который построен на анализе силовых факторов. Эти факторы возникают в контакте колеса с опорной поверхностью, которая в перспективе может быть установлена на тракторе [1, 3, 7-18]. Кроме этого выбор барабанного тормоза обусловлен следующими причинами. Во-первых, наличие фланца полуоси позволяет закрепить на нем тормозной барабан, что дает возможность избежать введения в конструкцию колесной передачи дополнительных конструктивных элементов, необходимых для установки, тормозного барабана. Кроме того, учитывая, что к фланцу полуоси крепится колесный диск, появляется возможность закрепить на фланце полуоси одними и теми же болтами колесный диск и тормозной барабан. Во-вторых, наличие конструктивного пространства между фланцем полуоси и поверхностью крышки редуктора позволяет разместить непосредственно на редукторной крышке тормозной щит с установленными на нем тормозными колодками. В-третьих, поскольку барабанный тормоз является более защищенным от попадания на рабочие поверхности влаги пыли, грязи т.п. по сравнению с дисковым тормозом, и учитывая условия работы трактора именно в условиях пахотного поля, животноводческих ферм и т.д., выбор барабанного тормоза является вполне очевидным. Расположение опор и разжимного устройства тормозного механизма представлено на рисунке 2. Каждая колодка имеет собственную неподвижную опору. Это позволяет выполнять регулировку опор концов каждой колодки в отдельности для равномерного прилегания накладки 7 колодки 8 к тормозному барабану 12, соединенному с полуосью 13. На тормозном щите 2 неподвижно укрепленном на крышке редуктора установлены две колодки 8 с накладками 7. Нижняя часть и колодок связана с тормозным щитом шарнирно посредством регулировочных пальцев 10 с эксцентриковыми шайбами 9, которые могут вращаться вместе с пальцами в отверстии полок колодок. Пальцы крепятся в отверстиях тормозного щита гайками. Опорами для верхней части колодок являются эксцентрики 3; колодки прижимаются к ним пружиной 6. Боковое смещение колодок предотвращается скобами 1. В верхние концы колодок упираются толкатели 4 поршней 11 рабочего цилиндра 5. Взаимное расположение тормозного механизма, элементов колесной передачи и колесного диска показано на рисунке 3. На крышке редуктора 8 установлен щит тормозной 12, на котором размещены гидроцилиндр 4 воздействующий на колодку 6, регулировка зазора, которой осуществляется эксцентриком 7. Тормозной барабан 3 вместе с диском колесным 2 прикреплен болтами 5 к фланцу полуоси 11, вращение которой передается редуктором размещенном в корпусе 9 от карданной передачи 10. Конструктивные особенности разработанного тормоза позволяют устанавливать его на переднем ведущем мосту трактора без значительных изменений штатной конструкции конечной колесной передачи трактора. Изменение конструкции полуоси колесной передачи заключаются в увеличении ее длины, для того чтобы увеличить конструктивное пространство между фланцем полуоси и крышкой редуктора, необходимое для размещения тормозного механизма. Изменениями конструкции крышки редуктора является увеличение ее размера в осевом направлении, необходимое для установки подшипника полуоси увеличенной длины; кроме этого на наружной поверхности крышки редуктора создаются посадочные поверхности для установки и закрепления тормозного щита. Разработанный барабанный тормозной механизм, установленный на переднем ведущем мосту трактора «Беларус МТЗ -1221», показан на рисунке 4. Таким образом, можно видеть, что разработанный барабанный тормоз для передних ведущих колес трактора «Беларус МТЗ-1221» не требует какого-либо значительного изменения конструкции переднего ведущего моста, а незначительные изменения касаются только двух деталей колесной передачи - полуоси и крышки редуктора. 1 При таком способе установки тормозного механизма облегчается доступ к обслуживанию и ремонту тормозного механизма, так как, снимая колесный диск, мы можем снять и тормозной барабан 3, благодаря чему будет обеспечен доступ к щиту тормозному 2, гидроцилиндру 4, опоре тормозной колодки 5 и редуктору колесной передачи 1 (рис. 4). Результаты и обсуждение Проанализируем основные результаты расчета барабанного тормозного механизма для передних ведущих колес трактора, полученные с помощью разработанной методики проектирования тормозных систем. На этапе функционального расчета из рассмотрения сил, действующих на трактор при установившемся торможении на горизонтальном участке дороги, определяем максимальный момент трения переднего тормоза трактора, исходя из условия полного использования сцепления шин с дорогой. При определении требуемого максимального тормозного момента принимаем: ф - коэффициент сцепления шин с дорогой; ф = 0,79; r - радиус качения колеса; r = 0,501 м; М - максимально допустимая масса, кг; М = 8000 кг; а и h - продольная и вертикальная координаты центра масс трактора, м; а = 1,739 м; h = 1,2 м; L - продольная база трактора, м; L = 2,76 м. Тогда требуемый тормозной момент, который должен развивать предлагаемый тормоз передних колес трактора для полного использования сцепления шин с дорогой и, тем самым, обеспечения максимальной эффективности торможения, равен М еб = 4451,1 Н-м. Для оценки возможности использования тормозного механизма с рассчитанными параметрами для передних ведущих колес трактора определим развиваемый тормозной момент тормозного механизма. При определении развиваемого тормозного момента принимаем следующие исходные данные: расстояние между центрами вращения барабана и поворота колодки с = 0,048 м; радиус качения колеса r = 0,501 м; угол поворота колодки а = 12°; сила, прижимающая колодку к барабану, N = 22890,6 Н; плечо вращения колодки Н = 0,280 м. В результате расчета получаем, что значение развиваемого тормозного момента тормозного механизма равно Мтр = 5178,54 Н-м. Оценивая значения требуемого и развиваемого тормозных моментов, можно сделать вывод, что развиваемый тормозной момент больше требуемого расчетного момента. Следовательно, тормозной механизм обеспечит эффективное использование сцепного веса трактора «Беларус МТЗ-1221». Заключение Предложена конструкция колесного барабанного тормоза для колес передней ведущей оси трактора «Беларус МТЗ-1221». Конструктивные параметры разработанного тормозного механизма позволяют включение тормоза в колесные узлы переднего моста трактора МТЗ без значительных изменений его штатной конструкции. Конструкция разработанного тормозного механизма позволяет его адаптацию к антиблокировочной системе, которая функционирует на основе измерения и анализа сил, возникающих в контакте колес переднего моста трактора с опорной поверхностью. Эффективность торможения трактора «Бе-ларус МТЗ-1221» обеспечивается за счет дополнительного использования его сцепного веса, приходящегося на его передний мост. Использование дополнительного сцепного веса трактора за счет колесных тормозов колес переднего моста трактора «Беларус МТЗ-1221» позволит повысить эффективность его торможения, а также конкурентоспособность колесных тракторов, производимых ОАО «Минский тракторный завод».

About the authors

A. S Mel'nikov

Belarusian-Russian University

Email: f_av@bru.mogilev.by
PhD in Engineering

O. V Bilyk

Belarusian-Russian University

Email: f_av@bru.mogilev.by
PhD in Engineering

Ki-Yong Choy

Belarusian-Russian University

Email: f_av@bru.mogilev.by
PhD in Engineering

A. A Mel'nikov

Belarusian-Russian University

Email: f_av@bru.mogilev.by
PhD in Engineering

References

Supplementary files