Preparing of input data for upgrading of all-purpose tracked tractor DT-175S during major overhaul

Full Text

Трансмиссии с двухпоточным механизмом передач и поворота (МПП) получили распространение на быстроходных гусеничных машинах [1-5]. Рисунок 1. Кинематическая схема гусеничного трактора Challenger-65 Гусеничные машины, оснащенные такими трансмиссиями, более совершенны. В них значительно улучшены маневренность, легкость управления, эргономика водителя (экипажа), они имеют небольшие габариты, высокий КПД и надежны в условиях длительной эксплуатации. В настоящее время трансмиссии с двухпоточным МПП находят применение на гусеничных тракторах различного назначения и прежде всего на сельскохозяйственных [3]. На рисунке 1 представлена кинематическая схема трансмиссии с двухпоточным МПП и гидрообъемным механизмом в дополнительном приводе сельскохозяйственного гусеничного трактора Challenger-65. Конструкция его суммирующих планетарных рядов (СПР) содержит три планетарных ряда, в которых водило первого планетарного ряда - ведущее, водила второго и третьего планетарных рядов - ведомые, а эпицикл второго планетарного ряда - управляемое звено. На рисунке 2 дана кинематическая схема трансмиссии сельскохозяйственного гусеничного трактора фирмы John Deer, у которого два планетарных ряда образуют СПР, солнечные шестерни которых являются ведущими, водила - ведомыми, эпициклы - управляемыми звеньями. Рисунок 2. Кинематическая схема трансмиссии с двухпоточным МПП гусеничного трактора John Deer На рисунке 3 представлена обобщенная схема МПП, включающая входной редуктор 1, разветвляющий вал 2, коробку передач (КП) 3, СПР 4 и дополнительный привод к солнечным шестерням СПР 5. Ведущими звеньями суммирующих планетарных рядов служат эпициклы (коронные шестерни), кинематически жестко связанные с ведомым валом КП. Рисунок 3. Обобщенная схема двухпоточного МПП Водила, являясь ведомыми звеньями, передают суммарную мощность двигателя на ведущие колеса гусеничного движителя через бортовые (конечные) передачи; солнечные шестерни СПР выполняют функцию управляемых звеньев. Они через дополнительный привод конструктивно жестко связываются с двигателем с постоянным передаточным числом. Угловая скорость эпициклов - величина переменная и зависит от включенной передачи КП. Угловые скорости солнечных шестерен СПР в криволинейном движении гусеничной машины сохраняют величину постоянную (при постоянной частоте вращения вала двигателя). Поэтому при повороте машины на различных включенных передачах КП возникают разные соотношения поступательных скоростей забегающей и отстающей гусениц гусеничного движителя, а следовательно, и разные по величине радиусы ее поворота, увеличиваясь с повышением ступени коробки передач. По работе дополнительного привода двухпоточного механизма передач и поворота при прямолинейном движении различают [2]: · однопоточные МПП с остановленными солнечными шестернями СПР или МПП I-ой группы; · с разветвлением потока мощности или МПП II-ой группы; · с циркуляцией потока мощности или МПП III-ей группы. Проведем анализ работы трансмиссии с двухпоточным МПП при прямолинейном движении машины (см. рисунок 3). Передаточное число от двигателя к разветвляющему валу равно: , (1) где: и - угловые скорости соответственно вала двигателя и разветвляющего вала. Передаточное число от разветвляющего вала к солнечным шестерням СПР равно: , (2) где: - угловая скорость солнечных шестерен СПР. Знак «+» ставится, если солнечные шестерни СПР вращаются в направлении вращения эпициклов, знак «-» - при вращении солнечных шестерен СПР в направлении противоположном вращению эпициклов. Передаточное число от разветвляющего вала к эпициклам СПР (передаточное число КП МПП на i-ой передаче) равно: , (3) где: - угловая скорость вращения эпициклов. Передаточное число двухпоточного МПП ( ) определим из рис. 3. Работа двухпроточного МПП описывается уравнением кинематики суммирующих планетарных рядов: , (4) где: - угловая скорость водила СПР; - характеристика планетарных рядов (внутреннее передаточное число при остановленном водиле), - число зубьев эпицикла; - число зубьев солнечной шестерни. Характеристика планетарного ряда: . Угловые скорости солнечной шестерни и эпицикла СПР: ; . (5) Подставив (5) в (4), находим передаточное число МПП по выражению: . (6) Для гусеничных машин, оснащенных трансмиссией с однопоточным МПП (первой группы), при прямолинейном движении . Тогда: , (7) где: - передаточное число СПР при прямолинейном движении. Согласно (7), основной привод МПП нагружается полной мощностью двигателя. Передаточное число трансмиссии с МПП I группы при прямолинейном движении: , (8) где: - передаточное число бортовой (конечной) передачи. Из уравнения (7) в трансмиссии гусеничной машины с МПП с разветвлением потока мощности двигателя (II группы) при прямолинейном движении , поэтому: . (9) Из уравнения (7) в трансмиссии гусеничной машины оснащенной МПП с циркуляцией потока мощности двигателя , следовательно: . (10) Определим диапазон изменения передаточного числа МПП. Величина этого показателя определяется из зависимости: , (11) где: - передаточное число МПП на низшей ступени коробки передач; - передаточное число МПП на высшей ступени коробки передач. Подставляя (6) в (11), после преобразований получим: , (12) где: - диапазон изменения передаточного числа коробки передач, ; (13) - передаточное число коробки передач на низшей ступени; - передаточное число коробки передач на высшей ступени. Из уравнения (12) следует: · для МПП с остановленными солнечными шестернями СПР при прямолинейном движении , поэтому, раскрывая неопределенность, получим: . (14) Из полученного выражения следует, что диапазон изменения передаточного числа МПП, а следовательно, и трансмиссии гусеничной машины определяется диапазоном этого показателя КП. · для МПП с разветвлением потока мощности двигателя при прямолинейном движении гусеничной машины . Тогда искомая зависимость примет вид: . (15) Так как , то . Снижение диапазона изменения передаточного числа МПП является существенным недостатком трансмиссии с разветвлением потока мощности. · в МПП с циркуляцией потока мощности , поэтому искомая зависимость: . (16) Так как , то . Повышение диапазона изменения передаточного числа МПП над этим показателем коробки передач является достоинством таких трансмиссий. Со второй половины XX столетия военные гусеничные машины (ВГМ) оснащаются трансмиссиями с двухпоточными МПП, полнопоточными при прямолинейном движении и двухпоточными дифференциальными механизмами поворота с гидрообъемными передачами в дополнительном приводе (танки, боевые машины пехоты и машины на их базе). Конструктивно они являются более современными, обеспечивая высокую среднюю скорость и маневренность ВГМ, при этом в механизмах поворота исключают фрикционные устройства управления поворотом машины (дисковые тормоза и блокировочные фрикционы). Рисунок 4. Кинематическая схема гидромеханической трансмиссии гусеничного трактора ДТ-175С Конструкция трансмиссии такого типа может быть рекомендована в качестве серийной для трактора ДТ-175С при капитальном ремонте с наименьшей конструктивной разработкой новых агрегатов и механизмов (см. рисунок 4). В ходе создания такой трансмиссии сохраняются: 1) источник энергии трактора - дизельный двигатель СМД-66 мощностью 125 кВт (170 л.с.) при номинальной частоте вращения вала 1900 мин-1 и номинальном крутящем моменте 628 Н·м; 2) задний мост, из которого изымаются тормоза солнечных шестерен одноступенчатого механизма поворота, оставляя главную (центральную) передачу с передаточным числом = 2,24. Планетарные ряды одноступенчатого планетарного механизма поворота трансмиссии серийного трактора станут суммирующими планетарными рядами с характеристикой (внутренним передаточным числом) k = 2,42. Остановочные тормоза будут использоваться только по прямому назначению и в механизм поворота не войдут; 3) бортовая передача с передаточным числом = 5,46. Согласно рисунку 4 необходимо: · к солнечным шестерням СПР подключить дополнительный привод с гидрообъемной передачей ГСТ-90 аксиально-поршневого типа 23-го типоразмера с однотипными гидравлическими машинами [2], рабочий объем которых = 89 см3, максимальная частота вращения - 2700 мин-1, максимальное давление рабочей жидкости в напорной гидролинии 35 МПа, расчетное - 21…25 МПа. Первая машина выполняет функцию регулируемого насоса, вторая - нерегулируемого реверсивного гидромотора; · в основной привод мощности «двигатель - ведущие колеса гусеничного движителя» установить однореакторную комплексную гидродинамическую передачу ГТ-400-70 с автоматическим включением блокировочного фрикциона (активный диаметр Д=0,315 м, оптимальная частота вращения насосного колеса =2600 мин-1, коэффициент трансформации на стоповом режиме =2,8); · применить двухступенчатую КП без разрыва потока мощности с фрикционным включением, гидроподжимные муфты, которые работают в масле. Передаточные числа на первой передаче = 2,32, на второй = 1,0, заднего хода = 3,0. Можно использовать КП трансмиссии трактора Т-150К; · разработать согласующие редукторы к насосному колесу гидродинамической передачи = 0,73 и к приводному валу блока цилиндров регулируемого насоса гидрообъемной передачи =0,73; · исходя из величины минимального относительного радиуса поворота на первой передачи КП (R - радиус поворота; В - ширина колеи гусеничного движителя трактора ДТ-175С). Назначить передаточное число дополнительного привода = 4,8. В ходе прямолинейного движения трактора производительность (подача) регулируемого насоса гидрообъемной передачи ГСГ-90 равна нулю ( ). Солнечные шестерни СПР остановлены. Мощность двигателя по основному приводу потока передается на ведущие колеса гусеничного движителя, обеспечивая устойчивое прямолинейное движение трактора. Передаточное число трансмиссии машины составит величину , (17) где: - передаточное отношение гидродинамической передачи; - передаточное число суммирующих планетарных рядов, . Передаточное число трансмиссии по исходным данным при включенном блокировочном фрикционе гидродинамической передачи на I передаче = 28,8, на второй - = 12,0. Максимальные скорости движения трактора: км/ч на первой передаче в КП; км/ч на второй передаче, где: = 0,365 м - радиус ведущего колеса; - номинальная частота вращения вала двигателя, = 1900 мин-1. Рассмотрим криволинейное движение (поворот) трактора ДТ-175С с новой схемой МПП. Осуществляя поворот трактора, водитель воздействует на привод управления поворотом - штурвал, изменяет производительность регулируемого насоса гидрообъемной передачи. Система «двигатель - МПП» переходит на двухпоточный режим передачи мощности. Основной поток мощности передается на эпициклы СПР как в прямолинейном движении. При передаче второго потока мощности по дополнительному приводу на СПР солнечная шестерня со стороны отстающей гусеницы будет вращаться в противоположном направлении относительно вращения эпицикла, а солнечная шестерня со стороны забегающей гусеницы будет вращаться с той же угловой скоростью, но в одинаковом направлении с эпициклом, увеличивая скорость водила СПР, а следовательно, и забегающей гусеницы. Величина радиуса поворота на выбранной передаче будет изменяться от до минимального значения, увеличиваясь с повышением ступени коробки передач. Стабильность радиуса поворота при движении трактора в тяжелых грунтовых условиях не будет сохраняться. Величина радиуса поворота в этом случае будет зависеть не только от передаточного отношения гидрообъемной передачи , но и от передаточного отношения гидродинамической передачи . На высшей ступени КП радиус поворота (относительный) определяется из формулы: , (18) где: - передаточное число дополнительного привода, ; (19) - передаточное отношение гидрообъемной передачи с реверсивным гидромотором, . (20) В случае движения трактора в тяжелых дорожно-грунтовых условиях гидродинамическая передача переключится на режим работы гидротрансформатора, поэтому: , (19) где: - передаточное число цилиндрического редуктора от гидромотора к солнечным шестерням СПР. В этом варианте . Возможен поворот трактора с на нейтрали в КП и торможении ведущего вала главной передачи. Результаты расчетов по исходным данным, представленным в тексте при включенном блокировочном фрикционе гидродинамической передачи, пренебрегая объемными потерями мощности в гидрообъемной передаче ГСТ-90 при максимальной подаче регулируемого насоса ( ), сведены в таблицу 1. Таблица 1 Результаты расчетов Заключение Результаты проведенных расчетов могут быть использованы для разработки гидромеханической трансмиссии трактора с двухпоточным МПП первой группы. Прямолинейное движение трактора устойчиво. Малое время переключения передач в КП и наличие в гидродинамической передаче блокировочного фрикциона значительно повышает КПД трансмиссии и обеспечивает использование трактора в сельском хозяйстве. Применение КП с фрикционным включением с гидроподжимными муфтами, работающими в масле, обеспечивает движение трактора без разрыва потока мощности. В качестве КП может быть использована КП трактора Т-150К. Использование в дополнительном приводе к солнечным шестерням СПР гидрообъемной передачи обеспечит хорошую управляемость машиной при повороте и исключает использование фрикционных устройств управления. Остановочные тормоза в трансмиссии используются только по прямому назначению. Величина радиуса поворота определяется зависимостью (18) и плавно регулируется от до минимального значения на выбранной передаче в КП. Радиусы поворота являются расчетными, а центр масс трактора сохраняет скорость прямолинейного движения. Возможен радиус поворота с величиной . При разблокированной гидродинамической передаче радиусы поворота нестабильны и определяются зависимостью (21). Это обстоятельство хотя и ухудшает управляемость машиной, но расширяет область радиусов ее поворота [1, 4, 6].

About the authors

L. N. Krumboldt

Moscow State University of mechanical Engineering (MAMI)

Email: trakvc@mami.ru
PH.D., Prof.; +7-495-223-05-23, ext. 1527

A. S. Zenin

Moscow State University of mechanical Engineering (MAMI)

Email: trakvc@mami.ru
+7-495-223-05-23, ext. 1527

F. P. Golovashkin

Moscow State University of mechanical Engineering (MAMI); JSC “MMZ”

Email: trakvc@mami.ru
Ph.D.; +7-495-223-05-23, ext. 1527

References

Supplementary files