Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Сверхмощные тракторы

Особенности конструкций тракторов с газотурбинными двигателями

В настоящее время как в нашей стране, так и за рубежом разработаны и созданы газотурбинные тракторы, успешно прошедшие испытания в полевых условиях. В связи с тем, что работы в этом направлении интенсивно продолжаются, а в имеющихся конструкциях уже получили отражение наиболее характерные особенности конструкций газотурбинных тракторов, остановимся на них подробнее.

За рубежом довольно широко известны гусеничный бульдозер Р-91, созданный в США фирмой Элис Уалтерс, на котором установлен газотурбинный двигатель 502-10С мощностью 177 кВт фирмы Боинг;

общий вид представлены на рие. 3.20, а вид моторной установки и соединение двигателя с трансмиссией на рис. 3.21. Обратившись к рис. 3.20, нетрудно заметить, что ГТД, входное устройство / и понижающий редуктор 3 установлены на специальных кронштейнах,, приваренных к лонжеронам рамы трактора. Двигатель крепится на трех опорах, две из которых являются амортизаторами, а третья тягой 2, связывающей двигатель с рамой через редуктор 3, жестко закрепленный на кронштейне. Вращающий момент от двигателя 6 через карданный вал 5 подается на понижающий редуктор 3 с передаточным отношением 1:3. Выходной вал редуктора карданом 4 связан с входным валом коробки перемены передач (КПП). Частота вращения выходного вала редуктора на номинальном режиме равна 1970 мин-1. Установленный на тракторе газотурбинный двигатель ГТД-350 оборудован регулятором частоты вращения и насосом-регулятором. Он мало чем отличается от описанного выше ГТД-350Т. колесный трактор DW-15 американской фирмы Катерпиллер с ГТД фирмы Дженерал Моторс мощностью 166 кВт, канадский колесный трактор, выпущенный фирмой АВКО Канада с ГТД модели Т-6 мощностью 236 кВт, сельскохозяйственный трактор НТ-340 американской фирмы Интернэшнл Харвестер с ГТД фирмы Солар Титан модели Т-62Т мощностью 59 кВт и ряд других. Кроме того, имеется ряд гусеничных машин и тягачей с ГТД и машин, сходных по условиям эксплуатации, с тракторами, которые созданы и эксплуатируются упомянутыми выше и другими фирмами. Учитывая большое количество и разнообразие машин с ГТД, остановимся кратко только на одной зарубежной модификации сельскохозяйственного газотурбинного трактора, а именно, модели НТ-340. Его общий вид представлен на рис. 3.19. Двигатель трактора расположен спереди, его выпуск направлен вверх; воздух засасывается сбоку без фильтрующих устройств.} Трактор оборудован гидрообъемной передачей. Его гидронасос, рабо-j тающий при частоте вращения 2000 мин-1, приводится в движение 1 через редуктор, а вспомогательные механизмы от вала турбоком-:; прессора. Пуск двигателя производится рукояткой в течение 1525 с. * Он может работать на бензине, керосине и авиационном топливе. При температуре отработавших газов 580 °С температура корпусов вслед-; ствие хорошей теплоизоляции деталей не превышает 230°С. Испыта- j ния трактора с одновальным и двухвальным ГТД, а также с поршне- ] вым двигателем показали, что наиболее эффективная его работа до--] стигается при использовании двухвального ГТД. | В отечественной практике наиболее полно обобщены результаты! работы с ГТД тракторов типа Кировец. Один из таких тракторов был j создан на базе модели К-700. Компоновочная схема трактора и его]

Топливная система, представленная на рис. 3.22, имеет топливный бак 7 с пробкой 2, подкачивающий насос 8, фильтр 7 и систему трубопроводов. Давление топлива перед двигателем в пределах 0,080,12 МПа создается топливным насосом-регулятором 3 и поддерживается при помощи перепускного клапана насоса 8 и путем изменения частоты вращения привода подкачивающего насоса; оно контролируется манометром 4. Дренаж топлива из агрегатов топливной аппаратуры и из камеры сгорания осуществляется раздельно: через дренажный клапан 6 и слив 5. Топливо керосин ТС-1.

Масляная система этого трактора показана на рис. 3.23. Она имеет масляный бак 1, обратный клапан 5, масляный радиатор 4, маслопроводы и топливный насос-регулятор 3. Нагнетающий маслонасос двигателя, расположенный в корпусе редуктора, через обратный клапан 5 засасывает горячее масло из маслобака 1, в который оно прокачивается из подшипников турбины и из корпуса редуктора через радиатор.4. Трубка 2 служит для суфлирования маслобака. Для обеспечения возможности переключения передач без сброса газа и снижения мощности двигателя система управления коробки передач была переоборудована с тем, чтобы силовая связь между двигателем и трансмиссией при переключении не разрывалась. Принципиальная схема гидравлического управления КПП, обеспечивающая безнейтральность, представлена на рис. 3.24. Шестеренчатый маслонасос 8, приводимый во вращение от ведущего вала КПП, подает масло через фильтр / в корпус распределительного устройства 7 и далее через канал // в кольцевую проточку 5 и прорезь 3 золотника 6. В позиции 0 нейтраль золотника масло в бустера не попадает. Через каналы корпуса распределительного устройства 13, 14, 15 и 16, жиклеры золотника 4 и центральный канал они связаны со сливом. При повороте золотника на 60° по часовой стрелке в позицию 1-1 передача масло из прорези 3 золотника поступает в канал 13 и далее в полость первого бустера / фрикционов, где осуществляется включение передачи. Остальные бустера (//, ///, и IV) продолжают оставаться соединенными со сливом. При перестановке золотника в позицию 11-2 передача бустер первой передачи соединяется со сливом. Одновременно происходят наполнение второго бустера и включение второй передачи. Проходные сечения подводящих маслопроводов и сливные жиклеры выбраны таким образом, чтобы обеспечивалось перекрытие, иными словами, чтобы очередной фрикцион вступал в работу раньше, чем полностью выключится предыдущий; таким образом, некоторое время оба фрикциона будут включены одновременно. Такой же процесс происходит и при любом другом варианте переключения передач: бустер включаемого фрикциона соединяется с нагнетающей полостью золотника; все остальные бустера при этом соединяются со сливом. Перепускной клапан 12 обеспечивает поддержание в нагнетающей магистрали постоянного давления масла. Гидравлический аккумулятор 2 предназначен для ускорения включения передач. При включении передачи сжатый воздух под давлением 0,73 МПа через диафрагму вытесняет масло из аккумулятора в бустера, ускоряя их заполне-нение. Заполнение самого аккумулятора производится после заполке ния бустеров при увеличении давления в системе.

Для осуществления переключения передач на стоянке, а также при малых частотах вращения ведущего вала параллельно с основным маслонасосом включается электромаслонасос 9 с обратным клапаном 10. Пуск его осуществляется с пульта управления. Наряду с рассмотренными системами этот трактор оборудован системой управления и специальной аппаратурой. Представляется также целесообразным рассмотреть газотурбинный трактор (ГТТ) типа ЛСХИ-ЛКЗ, Турбо [29], созданный на базе тракторов К-700 и К-700А. На нем установлен двухвальный ГТД типа ГТД-350Т. Специфика конструкции и характеристик двухвального газотурбинного двигателя при установке его на трактор вызвала необходимость выполнения ряда конструктивных доработок. Испытание образца в различных условиях эксплуатации потребовало введения комплекса измерительной аппаратуры. Компоновочная схема трактора представлена на рис. 3.25. Двигатель / размещен в передней (фронтальной) части трактора и расположен так, что продольные оси совпадают по направлению. Кроме того, выводной вал 2 двигателя (его тяговой турбины) обращен в сторону редуктора 4 и коробки передач 8. На номинальном режиме выводной вал 2 имеет частоту вращения 6595 мин-1, поэтому для сохранения основных характеристик рассматриваемого трактора (тяговых и скоростных) такими же, как и у серийного, понижающий редуктор 4 имеет передаточное число 3. Возможность перемещения двигателя в горизонтальной и вертикальной плоскостях позволяет обеспечивать соосность его выводного вала 2 с ведущим валом 3 редуктора 4; указанные валы соединены между собой карданом 16. Ведомый вал 5 редуктора устанавливается соосно ведущему валу // коробки передач 8 и соединен с ним карданом 12. К корпусу коробки крепятся насосы 6 и 9 гидроусилителя руля и гидросистемы трактора, приводные валы которых соединены прямозубыми шестернями с шестерней входного (первичного) вала коробки передач. Таким образом, при работе двигателя вращение от ротора тяговой турбины всегда (постоянно) передается на его выводной вал 2, ведущий 3 и ведомый 5 валы редуктора 4, ведущий вал // коробки передач 8, гидронасосы 6 и 9. Для передачи движения на колеса трактора подают масло в бустера фрикционов. В движение приводится вся кинематическая цепь, которая в данном случае точно такая же, как и у серийного трактора К-700А; его коробка передач применена в газотурбинном тракторе. Обратившись вновь к рис. 3.25, видим, что между редуктором 4 и коробкой 8 установлен автономный компрессор 13 пневмотормозов трактора, приводимый в движение от выводного вала редуктора через клиноременную передачу.

Газотурбинный двигатель / установлен на передней опоре 20 и задней 21. От раздаточного вала двигателя через кардан 23 приводится во вращение вентилятор 24 системы охлаждения масла в масляном радиаторе 25 двигателя; вместе с системой воздухоочистки 26 циклонного типа он устанавливается в подкапотном пространстве на сварной раме, размещенной между двигателем и кабиной. Воздушный патрубок очищенного в воздухоочистителе воздуха при помощи гофрированного рукава 31 соединен с входным каналом воздуха в двигатель. Система воздухообеспечения, изображенная на рис. 3.26, включает воздухозаборное устройство с сеткой, воздухоочиститель циклонного типа, вентилятор обдува масляного радиатора и воздуховоды. Забор воздуха в воздухоочиститель производится из верхней плоскости подкапотного пространства вблизи лицевой панели кабины трактора, а выброс отработавших газов через газоход, размещенный на расстоянии 15 см от левой кромки фронтальной части кабины. Степень очистки воздуха достигает 98%. Газоход выполнен из нержавеющей стали толщиной 1 мм в виде прямоугольника размерами "205x295 мм; крепится он непосредственно к фланцу теплообменника

двигателя. Для компенсации температурных расширений трубы установлены на подвижных опорах. Площадь проходного сечения выбрана из условий обеспечения наименьшего подпора на выхлопе, наибольшей обзорности и максимальной безопасности, в том числе пожарной. Топливный и масляный баки трактора остались без изменений. В связи с установкой двухвального ГТД в подкапотном пространстве трактора, в котором раньше размещался дизель ЯМЗ-238НБ, также был выполнен ряд конструктивных доработок и изменений. Так, учитывая, что двигатель должен иметь мягкую подвеску с целью компенсации температурных расширений и обеспечения работы при нарушении соосности с сочлененными агрегатами, он установлен на четырех опорах: двух боковых, одной верхней и одной нижней. Боковые опоры крепятся на подушках из прессованной резины, а верхняя и нижняя выполнены в виде маятниковых опор с резиновыми амортизаторами. Воздухоочиститель, масляный радиатор двигателя и вентилятор системы охлаждения объединены в единый блок, поэтому крепление последнего выполнено с использованием жесткого сварного кронштей-

на рамочной конструкции, изготовленного из стального уголка Кронштейн жестко крепится к раме трактора болтами. Радиатор вентилятор на корпусе воздухоочистителя в свою очередь жестко фик сируются с помощью индивидуальных хомутов. Соединение блок воздухоочистителя, радиатора и вентилятора с системами двигателя при помощи резинометаллического гофрированного патрубка исключает передачу колебаний рамы трактора двигателю и его системам. Масляный радиатор посредством трубопроводов соединен с баком и с насосом, нагнетающим в него масло. Схема системы охлаждения масла в двигателе приведена на рис. 3.27. Цилиндрический понижающий редуктор установлен на сварной опоре, изготовленной из четырех стальных пластин толщиной 20 мм и крепящейся в свою очередь болтами к раме трактора. В связи с тем, что на рассматриваемом тракторе было решено использовать КПП трактора К-700А, последняя подвергалась ряду изменений. Одной из основных доработок коробки явилась установка на ней двух шестеренчатых насосов НШ-46У для обеспечения работы гидросистемы навесного оборудования и еще одного насоса этого типа для гидросистемы рулевого управления (гидронасосы на тракторе К-700А устанавливаются непосредственно на двигателе; устаноВ ка их на ГТД в данном случае оказалась нерациональной). Поэтом; для привода насосов гидросистемы навесного оборудования был раз работай и изготовлен конструктивно отличающийся от штатного вал Вместо тахоспидометра на КПП были поставлены редуктор привод от трактора К-700 и два шестеренчатых насоса НШ-46У.

Для привода маслонасоса гидросистемы рулевого управления ис пользовался ведущий вал КПП со стороны механизма отбора мощно сти, доработанный в соответствии с требованиями, вытекающими и специфики его применения. Насос устанавливался на специальном.

кронштейне. Масляная система двигателя выполнена по замкнутой схеме и предназначена для обеспечения смазки и отвода ее от подшипников всех опор и приводов двигателя. Система работает на синтетическом масле БЗ-В. Охлаждение масла происходит в радиаторе с высокой теплорассеивающей способностью, а его прокачка, скорость которой близка к 20 л/мин, осуществляется маслоагрегатом двигателя. Вместимость масляной системы и маслобака соответственно равна 8 и 18 л. Компрессор пневмосистемы торможения установлен на специальном кронштейне, приваренном к раме трактора. Подвод и отвод воздуха, а также охлаждение обеспечены в соответствии с конструк-

циеи компрессора и системы торможения трактора. Схема системы смазки и охлаждения приведена на рис. 3.28. Подверглась изменениям и система охлаждения масла коробки передач; масляный радиатор вместе с кожухом был установлен между лонжеронами рамы (несколько ниже их осей) под двигателем. Всасывающее окно кожуха вентилятора перед монтажом заваривалось листовым железом: кожух был размещен между радиатором и двигателем-. Под радиатором в целях защиты его от механических повреждений предусмотрен металлический щит. Для обдува радиатора воздухом используются четыре специальных центробежных электровентилятора суммарной мощностью 800 Вт. Питание их электродвигателей производится от стартера-генератора ГТД мощностью 12 кВт и от аккумуляторов. Схема системы охлаждения приведена на рис. 3.29. Система топливоподачи, кроме топливного бака, имеет ручной подкачивающий насос, двухсекционный фильтр грубой очистки, подкачивающий насос 4БНК-12ТД, фильтр тонкой очистки 12ТФ15СН с фильтрующим элементом 340079А и насос-регулятор НР-40Т. Последний производит подачу и регулировку топлива к форсункам двигателя. Управление им и стоп-краном производится тросом через систему блоков. Топливо (керосин ТС-1) из бака поступает к сдвоенному фильтру грубой очистки (от трактора К-701) и далее на вход подкачивающего коловратного насоса БНК-12ТД, клапан которого отрегулирован на давление 0,14 МПа. Механический привод насоса, который через фильтр подает топливо на вход насоса-регулятора НР-40Т двигателя, осуществляется от коробки приводов турбокомпрессора ГТД. Схема топливоподачи изображена на рис. 3.30.

Определение параметров двигателя и трактора в-целом осуществляется при помощи приборов, выведенных на специальную панель контроля. Контролю подлежат частоты вращения тяговой турбины и турбокомпрессора; давление масла в двигателе, на выходе из него, в КПП; температура газа перед турбиной компрессора и масла на выходе из двигателя и коробки передач; давление воздуха за центробежной ступенью компрессора и в пневмосистеме трактора. Газотурбинный трактор и агрегаты на его базе для исследования оборудовались аппаратурой, позволяющей регистрировать в условиях неустановившихся режимов вращающий момент двигателя, тяговое усилие на крюке, частоту вращения турбин, расход топлива, значения давления и температуры газовоздушных потоков по тракту двигателя, время проведения опытов и ряд других параметров. Измерительная аппаратура располагалась в кабине трактора. Указанные параметры регистрировались на пленки двух осциллографов К-12-22, питание которых осуществлялось от двух аккумуляторных батарей 6СТ-132. Усилительная аппаратура питалась от полевого блока питания 2ПБПП (от четырех аккумуляторных батарей 6СТ-132). Управление приборами производилось с дистанционного пульта, установленного на панели контрольных приборов в кабине. Там же смонтирован и клапан экстренной остановки двигателя. Внешний вид описанного газотурбинного трактора, получившего условное название ЛСХИ-ЛКЗ Турбо, показан на рис. 3.31. Нетрудно заметить, что внешний вид трактора практически не изменился; ГТД размещен в том же моторном отсеке, в котором устанавливался и дизель ЯМЗ-238НБ. Слева и справа от двигателя на раме газотурбинного трактора установлены приборные панели, в которые вмонтированы устройства для измерения различных параметров двигателя. На рис. 3.31 показана правая приборная панель. В передней нижней части (под двигателем) расположены воздушный ресивер и защитный кожух, защищающий масляный радиатор, который обдувается электровентиляторами, укрепленными на раме трактора. Справа сзади находится ресивер для масла. Благодаря меньшей металлоемкости ГТД (по сравнению с дизелем), а также отсутствию водяной системы охлаждения моторная установка с ним заняла около 75% объема подкапотного пространства, предназначенного для размещения дизеля. Установлена возможность существенного (до 500 мм) понижения центра масс моторной установки и трактора в целом. Массу последнего удалось уменьшить практически на 1,35 т. Устранение промежуточного редуктора, изготовление КПП специально для ГТТ (с 4 передачами вместо 16 у серийного трактора) и ряд других конструктивных доработок позволяют довести снижение массы трактора до 1,5 т (по сравнению с серийным К-701).

На базе описанного газотурбинного трактора были созданы пахотный и транспортный сельскохозяйственные агрегаты, общий вид которых представлен на рис. 3.32.

Пахотный агрегат, включающий трактор ЛСХИ-ЛКЗ, Турбо и плуг ПТК-9-35, и транспортный с тем же трактором и прицепом ЗПТС-12 и полуприцепом 1ПТС-9 испытывались на базе учхоза Пушкинское

Ленинградского СХИ в 19801981 гг. Результаты исследований показали, что благодаря лучшей характеристике двигателя данный трактор имеет более высокие тяговые свойства, чем серийный. Вспашка на длине 800 м даже в условиях препятствий и неоднородностей почвы выполнялась без переключения передач. Несмотря на то, что двигатель имел мощность, соответствующую серийному трактору с дизелем и установку предельной глубины, он не был полностью загружен (расчеты показали, что для этого необходимо 10 корпусов плуга). Производительность пахотного агрегата на базе газотурбинного трактора в условиях испытаний на 1723% превышала аналогичный показатель пахотного агрегата с трактором К-701 и тем же плугом (опыты проводились на одном и том же поле при одинаковой влажно-

сти). Удельный погектарный расход топлива у обоих агрегатов различался на 10% (более низкое значение^ его имел агрегат с серийным трактором). При этом различие в удельном расходе топлива между ГТД и дизелем составляло 29%. Транспортные работы, выполнявшиеся на асфальте, грунтовой дороге и в поде (стерня) с полностью загруженными (21,6 т) бетоном и щебнем прицепом и полуприцепом, показали, что газотурбинный трактор обладает хорошей приспособленностью к внешним нагрузкам. Изменения рельефа местности и дорожных условий требуют в среднем в 34 раза меньшего числа переключений передач, чем это наблюдается у транспортных агрегатов на базе серийного трактора К-701. У газотурбинного трактора исключена опасность, что его двигатель может заглохнуть. В результате чего устраняются связанные с этим потери рабочего времени и снижение производительности труда. Неустановившийся характер нагрузки вызывает уменьшение эффективности работы названных агрегатов о газотурбинным трактором всего на 3,5% против 1720% у агрегатов с дизелем. Газотурбинный трактор менее чувствителен к перегрузкам, наличие которых приводит лишь к снижению скорости движения агрегата (при неизменной частоте врацения турбокомпрессора). Последняя автоматически восстанавливается при возвращении нагрузки к исходной величине. Этот процесс протекает без снижения эффективности работы двигателя, так как внешние нагрузки не влияют непосредственно на показатели работы двигателя благодаря газодинамической связи турбокомпрессора с тяговой турбиной. На газотурбинных тракторах обеспечиваются более благоприятные условия труда оператора, чем на тракторах с дизелями. Это вызвано существенно меньшими токсичностью отработавших газов (в 1,35 раз), вибрацией (по предварительным данным, в 1,72,3 раза), уровнем шумов (в среднем на 7 дБ в области частот до 700 Гц).

Газотурбинный трактор К-701 Турбо создан на базе трактора К-701, на котором вместо дизельного двигателя установлен двухвальный газотурбинный двигатель ГТД-701Т. Общий вид трактора представлен на рис. 3.33. Его моторная установка имеет ряд специальных систем, обеспечивающих работу. Остановимся кратко на некоторых из них. Система питания, изображенная на рис. 3.34, включает правый и левый топливные баки 5 и 9, из которых топливо сначала по топливопроводам 3, 4, 11, 12 и 13 подводится к крану 14, а затем после крана / по 2 и 15 направляется к насосу ручной подкачки. После него по топливопроводам 17, 18, 19 и 20 через кран 23 оно поступает в фильтр грубой очистки 21, из которого по 22 и 24 подводится к ГТД. Слив топлива из двигателя (его агрегатов) осуществляется по топливопроводам 10, 16 22, 25, направляется в бак 9. Баки 5 и 9 соединены между собой топливопроводами 6 и 8, по которым идет заправка баков через топливопровод 7. Принципиальная схема системы охлаждения масла в системе смазки ГТД и коробки перемены передач приведена на рис. 3.35. Система охлаждения имеет масляный бак, из которого масло самотеком по трубопроводам подводится в газотурбинный двигатель. Из него оно поступает в радиатор ГТД, где охлаждается и направляется в бак через специальный клапан. Из коробки передач ДУ7 масло поступает в радиатор. Затем после охлаждения вновь направляется в коробку. Система очистки воздуха инерционного тина обеспечивает степень очистки до 9899%.

Реклама