Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Сверхмощные тракторы

Тенденции и проблемы развития мощных и сверхмощных сельскохозяйственных тракторов

В соответствии с изложенным ранее в настоящее время в мире стабильной является тенденция к росту энергонасыщенности сельскохозяйственных тракторов [24, 26, 83, 84]. Особенности конструкции наиболее распространенных мощных отечественных сельскохозяйственных тракторов уже были рассмотрены выше. Поэтому остановимся на тракторах, которые в силу различных причин несколько меньше используются в сельском хозяйстве. Так, в мелиорации, ирригации и в сельском дорожном строительстве используются промышленные тракторы ДЭТ-250М класса тяги 250 кН [36]. На них установлен четырехтактный двенадцатицилиндровый V-образный дизель В-ЗОБ с непосредственным впрыском топлива мощностью 229 кВт при частоте вращения 1500 мин"-1. Его удельный расход топлива составляет 238-г/(кВт-ч), диаметр цилиндра 150 мм, ход поршня 180,9 мм в левом ряду и 185,7 ммВ правом. Рабочий объем цилиндра равен 38,88 л, степень-сжатия 15, масса двигателя 1100 кг. Особенностью двигателя В-30Б является оригинальная конструкция систем охлаждения и очистки воздуха, а также системы подготовки и запуска.

В системе охлаждения, схематически показанной на рис. 2.69, для обдува воздухом водяных и масляных радиаторов на тракторе ДЭТ-250М применена эжекционная система, основанная на использовании энергии отработавших газов. Последние, проходя через сопла и диффузоры, создают непрерывный воздушный поток через радиаторы. На тракторе реализована двухступенчатая очистка воздуха, в которой для первичной очистки использован принцип эжекции. Воздух, поступающий сначала для охлаждения тяговых электромашин, а затем для питания двигателя, проходит предварительную очистку (первая ступень) в инерционной решетке с автоматическим удалением крупных частиц пыли и эжекцией выхлопных газов. Вторичная очистка воздуха производится в масляных контактных фильтрах. Дизель запускается силовым генератором электротрансмиссии, питающимся от аккумуляторных батарей, который при этом работает в режиме электродвигателя. Предусмотрена также возможность пуска двигателя сжатым воздухом от специального баллона. Подготовка к пуску в условиях низких температур осуществляется с использованием предпускового парожидкостного подогрева на дизельном топливе. Редуктор подогрева приводится в движение электродвигателем, питающимся от аккумуляторных батарей или от ручного привода. Трансмиссия трактора непрерывная бесступенчатая, электрическая. Она автоматически изменяет тяговые усилия и скорости движения в зависимости от колебаний нагрузки, обеспечивая работу дизеля на постоянном режиме.

Кинематическая схема трактора ДЭТ-250М приведена на рис. 2.70. Силовой генератор трансмиссии представляет собой шестиполюс-ную электрическую машину постоянного тока с тремя обмотками возбуждения: независимой, параллельной и последовательной. Последняя включена встречно по отношению к двум первым. Обмотка независимого возбуждения питается от бортовой сети трактора напряжением 24 В, а параллельного током силового генератора. Тяговый электродвигатель трансмиссии представляет собой четырех полюсную машину постоянного тока с дополнительными полюсами. Электродвигатель имеет две независимые обмотки возбуждения, одна из которых питается от бортовой сети, а другая получает питание при нагрузке на крюке трактора от возбудителя ДК-913А (обычной машины постоянного тока без дополнительных полюсов). Наличие возбудителя позволяет получать нужную тяговую характеристику электродвигателя, способствуя повышению использования мощности дизеля и обеспечивая реверс тягового электродвигателя без разрыва главной цепи. Передача вращения к ускоряющему редуктору силового генератора осуществляется с помощью карданного вала и шлицевой муфты, соединенной с фланцем ступицы ведомого барабана. Последний свободно вращается в текстолитовых втулках на ступице ведущего барабана замкнутой фрикционной муфты, который посажен на шлицевый задний конец коленчатого вала двигателя. Силовому генератору вращающий момент передается полужесткой зубчатой муфтой. Часть его через ведущую шестерню редуктора подводится к раздаточному редуктору, который приводит в действие масляный насос системы смазки трансмиссии, валы отбора мощности и привода насоса гидросистемы управления навесными и прицепными орудиями. Ток от генератора поступает к тяговому электродвигателю, подключенному с помощью зубчатой муфты и главной конической передачи к поперечному валу трансмиссии, с которым жест--ко связаны эпициклические шестерни планетарных механизмов поворота (ПМП). Являясь понижающими редукторами конечной передачи при прямолинейном движении, ПМП в то же время выполняют функции механизмов управления трактором обеспечивая поворот, торможение и остановку.

Планетарный механизм, изображенный на рис. 2.71, оборудован двумя работающими в масле тормозами. Один из них предназначен для осуществления рабочего режима движения и плавных поворотов трактора в транспортном режиме, другой (остановочный тормоз) обеспечивает поворот с минимальным радиусом (остановка одной гусеницы), а также остановку и удержание трактора на уклонах. Гидравлический сервирующий механизм снижает усилия, которые требуется приложить к- рукоятке управления движением трактора. На конечную передачу трансмиссии двухступенчатые бортовые редукторы вращающий момент также передается при помощи ПМП. Пер-

вой ступенью бортовой передачи является цилиндрическая пара шестерен, второй планетарный ряд. Водило планетарного редуктора передает вращение ведущему колесу. Масляная система трансмиссии имеет резервуар (в корпусе заднего моста), насос, фильтр-гидроциклон, механизм сервоприводов и трубопроводов. Сервирование управления трактором, смазка и охлаждение подшипников, шестерен дисков трения и других деталей заднего моста осуществляются масляной системой трансмиссии. Рама трактора сварная, корытообразной формы. Подвеска эластичная е индивидуальным подрессориванием опорных катков. Амортизация последних обеспечивается применением круглых торсионов. Управление навесными, полунавесными и прицепными орудиями переднего и заднего расположения осуществляется раздельно-агрегатной гидравлической системой, состоящей из распределителя, масляного бака, рабочих цилиндров и трубопроводов. Гидронасос системы аксиально-плунжерный, приводится в действие от раздаточного редуктора трансмиссии. Предусмотрено электродистанционное управление гидросистемой прицепной машины.

Даже краткое описание реализованных в тракторе ДЭТ-250М оригинальных конструктивных решений указывает на возможности распространения заложенных в них принципов.в агрегатах для земледельческих технологий. Поиск путей совершенствования тракторов привел к внедрению гидромеханических трансмиссий, а также моторно-трансмиссионных установок с двигателями постоянной мощности.

устанавливают блокирующую муфту сцепления и делают комплексную гидропередачу. В качестве блокирующей применяют од но дисковую фрикционную муфту, замыкающую в установившемся режиме маховик двигателя с турбинным колесом. Передача, превращается в механическую, благодаря чему исключается пробуксовка, вызывающая потери энергии в гидротрансформаторе.

 

Для типа промышленных тракторов отечественного производства Т-220, Т-330, Т-500 и К-702 классов тяги 150, 250, 350 и 50 кН и ряда зарубежных сверхмощных тракторов характерна гидромеханическая трансмиссия.

Общая схема компоновки последней применительно к тракторам класса тяги 60 кН типа Т-130 и Т-160 показана на рис. 2.74 [117]. Выполнение ужесточающихся требований сельскохозяйственного производства к тракторной технике с позиций энергонасыщенности, экономичности, потребления топлива, универсальности, эргономики, экологии и методов их реализации в тракторах новых типов сопряжено с решением ряда трудных инженерно-технических задач. Наиболее сложной является проблема разработки моторно-трансмиссионных установок, свойства и конструктивные особенности которых существенно влияют на тягово-динамические и экономические качества тракторов, их функциональные возможности, работоспособность и долговечность. Внедрение в дизелях турбонаддува создало предпосылки для разработки двигателей постоянной мощности (ДПМ) с регулирующими свойствами, аналогичными указанным свойствам бесступенчатых ав-

томатических трансмиссий. ДПМ отличают повышенные по сравнению с обычными дизелями запасы вращающего момента и более высокие средние уровни мощности (близкие к номинальной) на корректорном участке характеристики. ДПМ нашли применение в мощных зарубежных тракторах [69]. Создание ДПМ продиктовано необходимостью приближения пх характеристик (рис. 2.75, а) к идеальной, на корректорном участка которой вращающий момент в функции от частот вращения меняется по гиперболическому закону, а мощность в определенном интервале последних практически сохраняется постоянной. По сравнению с обычным дизелем (запас крутящего момента которого составляет 1017%) у ДПМ при запасе крутящего момента 50% мощность в определенном

Рис. 2.75. Характеристики ДПМ и системы обеспечения наддува воздуха:

а характеристики: / обычного дизеля; 2 идеальная ДПМ; о схема наддува турбокомпрессором ТКР; в схема систем обеспечения комбинированного ДПМ; момент двигателя; JV„ мощность двигателя; "„ „ н п частоты вращения вала двигателя (на нод да д. н д мнналыюм режиме п )

интервале частот вращения в среднем выше на 1518%, а реализуемые им нагрузки больше на 3638%. Из разработок ДПМ представляют интерес схемы наддува трубокомпрессором и комбинированных двигателей с дифференциальной связью (рис. 2.75, б, в). В системы последних, кроме дифференциального привода нагнетателя, дополнительно введены две силовые газовые турбины ГТ, кинематически связанные с выходным валом дифференциального механизма, мощность которого подводится к ведущим колесам машины. Газовая турбина /Тх приводится во вращение отработавшими газами двигателя, а ГТ2 (вспомогательная) отработавшими газами специальной камеры сгорания КС, питающейся избыточным воздухом объемного нагнетателя Н. Воздух от последнего поступает в двигатель через промежуточный охладитель ПО, а в специальную камеру сгорания через перепускной регулирующий клапан ПК- При рациональном выборе параметров планетарного механизма и его механических связей с силовыми турбинами обеспечиваются значения коэффициента приспособляемости двигателя в диапазоне 810. Кроме того, комбинированный двигатель имеет меньшую удельную массу по сравнению с дизелем с турбонаддувом. Его отличают и более высокие тормозные качества, хотя в то же время от уступает ДПМ с турбонаддувом по топливной экономичности, простоте конструкции и имеет более высокий уровень шума. Для сравнения на рис. 2.76 приведены скоростная и регуляторная характеристики дизеля ЯМЗ-240Б. Однако в широких масштабах в практику тракторостроения сейчас внедрены лишь ДПМ с турбонаддувом. Основными их системами являются системы топливоподачи и турбонаддува. Топливоподача обеспечивается преимущественно аппаратурой, характерной для обычных дизелей, с конструктивным изменением регулятора и корректора, которые необходимы для обеспечения заданного закона подачи топлива при работе на корректорном участке характеристики. Для наддува используют турбокомпрессоры (ТКР) как специально разработанные, так и обычных дизелей (с конструктивными изменениями). Мотор-но-трансмиссионные установки с ДПМ сельскохозяйственных тракторов создаются на основе механических и гидромеханических трансмиссий (ГМТ). Анализ зарубежных конструкций сельскохозяйственных тракторов с ДПМ показывает, что механическими трансмиссиями они оборудуются при мощности двигателей до 270300 кВт, а при больших мощностях в них используются гидромеханические трансмиссии. Механические трансмиссии нашли . применение в зарубежных сельскохозяйственных тракторах с ДПМ, в том числе в тракторах таких фирм, как Версатайл, Катерпиллер и Стайгер. На тракторах с ДПМ американской фирмы Версатайл (модели 835, 855, 875, 905, 935) установлены механические трансмиссии, имеющие двухдисковую муфту сцепления, четырехвальную коробку передач с шестернями постоянного зацепления, главную передачу и бортовые (колесные) планетарные редукторы. Коробка передач, единая для всех моделей, имеет 12 ступеней переднего хода и 4 ступени заднего. Основной рабочий диапазон (второй) охватывает скорости движения 5,411,7 км/ч, причем в этом интервале на любой скорости движения трактора модели 835 обеспечивается 100%-ное использование мощности ДПМ, а.топливная экономичность улучшается более чем на 6%. Моторно-трансмиссионная установка (МТУ) с ДПМ трактора Tiger-III ST-450 фирмы Стайгер (США) имеет однопоточную ГМТ типа CLT-5965 фирмы Аллисон, обеспечивающую переключение передач без разрыва потока мощности. Кинематическая схема гидромеханической трансмиссии этого типа представлена на рис. 2.77. Рассматриваемая ГМТ имеет одноступенчатый комплексный гидро

Кинематическая схема трансмиссии этого трактора представлена, на рис. 2.77, б. Она включает одноступенчатый комплексный трехколесный ГТ и 4-ступенчатую планетарную коробку передач. При этом обеспечивается коэффициент приспособляемости от 2,4 до 2,8. Предусмотрено автоматическое переключение передач. Кроме того, ДПМ и ГМТ оборудуются новый сельскохозяйственный трактор фирмы Версатайл модели 1080 (мощностью 442 кВт) и сельскохозяйственная машина для внесения удобрений BIGA-4500 фирмы Рикел Мэнью-фекчеринг Корпорейшн. Тенденция к росту мощности тракторов выразилась в переходе к тягово-энергетической концепции, в соответствии с которой одновременно с сохранением за трактором функции преимущественно тяговой машины возрастает его роль как мобильного источника энергии для привода машин и орудий активного действия [50]. Возможности эффективного использования мощности путем рационального выбора и оптимального сочетания активных и пассивных рабочих органов расширяют повсеместное применение механических и гидравлических систем ее отбора. Анализ типоразмерных мощностных и тяговых характеристик зарубежных тракторов позволяет выявить тенденцию к развитию машин различного уровня энергонасыщенности, которые несущественно отличаются по массе и существенно по мощности. В ведущих капиталистических странах преимущественное распространение получили колесные сельскохозяйственные тракторы, на долю которых приходится от 85 до 99% общего выпуска этих машин в разных странах. Однако проблемы уплотнения почвы и баланса топлива заставляют уделять внимание и гусеничным тракторам. Несмотря на интенсивные поиски новых схем, существующие компоновки колесных тракторов сохраняют доминирующее положение в промышленном производстве; известны только отдельные случаи дополнения их принципиально новыми компоновочными решениями. Стремление к повышению тяговых показателей тракторов обусловливается также совмещением операций и комбинированием почвообрабатывающих машин. Требованиям агрегатирования с этими машинами удовлетворяют тракторы высоких тяговых классов, в том числе и с одинаковыми ведущими колесами. Отмечается тенденция к росту числа передач в сверхмощных тракторах до 1620. С 1976 г. появились тракторы-гиганты мощностью от 332 кВт и выше, образцы сельскохозяйственных тракторов мощностью 440 кВт (Анхор Бой) и секционный трактор мощностью 477 кВт (Пантер Твин ST-650) фирмы Стайгер. Эта же фирма проводит работы по созданию секционного сельскохозяйственного трактора мощностью 736 кВт. Конструкции сверхмощных тракторов развиваются в основном в двух направлениях [56]: компоновка с четырьмя одинаковыми ведущими колесами и шарнирной рамой (модели 450С, КТ-450, Анхор Бой) и компоновка сочлененного трактора, составленного из двух или нескольких энергетических секций (модели Пантер Твин.ST-650, Раба-500,0). Разновидностью последнего направления являются двухдвигательные тракторы с автономными приводами переднего и заднего мостов, создаваемые по принципу единой конструкции и компоновки с четырьмя одинаковыми ведущими колесами и шарнирной рамой. Предусматривается применение сдвоенных и даже строенных шин. Остановимся кратко на некоторых зарубежных сверхмощных сельскохозяйственных тракторах.

Трактор модели 450С фирмы Копеленд имеет дизель мощностью 332 кВт. Его трансмиссия с переключением передач под нагрузкой обеспечивает при использовании двухступенчатого диапазонного редуктора 12 передач переднего и 2 передачи заднего хода. Диапазон скоростей 2,8839 км/ч. Двигатель, трансмиссия, раздаточные коробки и редукторы скомпонованы в едином блоке. Трактор имеет блокировку дифференциалов; в нем установлены шарнирно сочлененная рама и дисковый трансмиссионный тормоз с гидроуправлением; максимальный момент торможения достигает 135 кН -м. Его кабина оборудована кондиционером, стереомагнитофоном, цветным телевизором; в ней также находится холодильник. Сиденья имеют амортизаторы. Сиденье оператора поворачивается на угол 360°, сиденье пассажира

откидное. На тракторе использована электрогидравлическая система управления орудиями; в нем предусмотрена сигнализация о достижении критических значений параметров. Рулевая колонка телескопическая с переменным углом наклона. Масса трактора 19,5 т. Трактор Анхор Бой той же фирмы с двигателем мощностью 440 кВт, который изображен на рис. 2.78, имеет в трансмиссии двух турбинный гидротрансформатор, 6-скоростную коробку передач и мосты. В нем нашли применение сдвоенные шины. Трактор обычно используется для работы с 12-корпусньш плугом (ширина захвата одного корпуса 560 мм).

Модель КТ-450 фирмы Назерн, показанная на рис. 2.79, имеет двигатель мощностью 331 кВт. В ней в качестве трансмиссии используются 13-скоростная коробка передач, мосты, карданные передачи, муфта сцепления, раздаточная коробка. Масса модуля составляет около 19,5 т.

Модель Пантер Твин ST-650 фирмы Стайгер представлена на рис. 2.80. Она представляет собой вариант тягового средства, состоящего из двух секций суммарной мощностью 477 кВт. Каждая из послед-

них в свою очередь представляет собой серийный трактор ST-325 мощностью 240 кВт с отсоединенным задним мостом. Секции соединяются попарно при помощи шарнира. Масса трактора 16 т. Венгерским предприятием RABA-VAGOH был предложен более удачный вариант секционного сочленения изображенного на рис. 2.81 трактора из двух секций по 180 кВт каждая. Кабина расположена в конце первой секции, что обеспечивает удовлетворительный обзор. Каждый из двигателей обеспечивает работу ведущего моста. Трактор оборудован гидродинамическим трансформатором. Его масса составляет 16 т. Трактор Лелу-Мультиповер-420, показанный на рис. 2.82, имеет два двигателя мощностью по 155 кВт; каждый из них приводит свой мост. Трансмиссионная связь между последними отсутствует. На вре-

мя легких работ любой из двигателей может быть отключен. При работе на ВОМ. один двигатель может являться силовой установкой трактора, а другой использоваться для привода сельскохозяйственных машин. Передние и задние строенные шины одинаковы. Представляет интерес изображенный на рис. 2.83 трактор фирмы Версатайл (США) с двигателем мощностью 442 кВт. Он имеет четыре ведущих моста и восемь ведущих колес. На тракторе установлен телемонитор, позволяющий водителю на экране телевизора наблюдать за работой прицепных орудий.

Известен также трехсекционный трактор, предложенный фирмой Стайгер Трактор (США). У этого трактора, который изображен на рис. 2.84, первая секция вынесена вперед, а вторая и третья расположены симметрично позади нее. Каждая секция имеет собственный двигатель и ведущую ось с двумя колесами, оснащенными широкопрофильными шинами одинакового размера. В корпусе между каждым двигателем и ведущей осью размещены узлы трансмиссии с дифференциалом полуосей. На первой из них установлена кабина с органами управления. Тросы размещены в трубке управления двигателями. Вторая и третья секции трактора соединены между собой посредством двух поперечных балок. Средняя часть передней балки снабжена вилкой, связанной вертикальным шарниром с рамой первой секции и со штоками гидроцилиндров, закрепленных на раме той же секции.

Проблемы реализации большой мощности тракторов решаются путем создания дополнительных двигателей на агрегатируемых сельскохозяйственных машинах и орудиях. Речь идет о мобильных энергетических средствах, одно из которых показано на рис. 2.85. Они состоят из энергетического 1 и технологического 2 модулей.

Секции технологического модуля снабжены ведущими колесами 3, установленными на их рамах, обладающих возможностью фиксированного поворота на 180° в вертикальных шарнирах 4. В рабочем положении ведущие колеса технологического модуля расположены параллельно аналогичным колесам трактора, а при его транспортном положении боковые секции технологического модуля совместно с ведущими колесами поворачиваются относительно центральной секции на 90° и закрепляются параллельно продольной оси трактора.

Анализ показывает, что рост энергонасыщенности сельскохозяйственных тракторов будет продолжаться и дальше. В связи с этим возникают различного рода проблемы, в том числе и проблема недопустимого роста габаритов и массы современных двигателей и механических трансмиссий. Поэтому не снимается с повестки дня и вопрос о типе двигателя, его характеристиках и массово-габаритных показателях. Актуальность этой проблемы повышается в связи с открывающейся возможностью широкого использования в сельском хозяйстве так называемых альтернативных топлив. Перспективы работы современных поршневых двигателей на таких топливах пока проблематичны. Все более важными становятся вопросы надежности энергетических установок сверхмощных тракторов, а также реализации требований экологии и эргономики. В нашей стране, а также за рубежом ведутся работы по созданию различных типов двигателей, в том числе и газотурбинных, которые уже нашли применение на тракторах.

Реклама