Механизмы поворота гусеничных тракторов

Прежде чем рассматривать конструкции механизмов поворота оста­новимся на схеме поворота гусеничного трактора (рис. 5.27). Предположим, что трактор движется прямолинейно со скоростью центра масс Vт. При этом

Vγ=V1=V2,

где V1 и V2 - скорость соответственно левой и правой гусениц трактора.

Уменьшим скорость правой гусеницы V2 до значения V´2 и нарисуем план скоростей трактора. В точке О центре поворота поступательная скорость равна нулю. Относительно этой точки трактор совершает поворот с радиусом R - расстояние от центра поворота О до центра масс (ц.м.) трактора.

Таким образом, движение гусениц трактора на повороте состоит из двух движений:

- поступательного со скоростями V1 и V2 соответственно левой и правой гусениц;

- вращательного этих гусениц вокруг полюсов поворота соответственно О1 и О2 с угловой скоростью ωmp .

Из представленной схемы следует, что для обеспечения поворота гусеничного трактора необходимо иметь механизм, обеспечивающий изменение поступательных скоростей движения левой и правой гусениц так, чтобы V1≠V2, т. е. механизм поворота, придающий левой и правой гусенице различные скорости движения.

Механизм, предназначенный для регулирования скоростей движения гусениц и позволяющий трактору выполнять повороты, называют механизмом поворота (МП). Он представляет собой, как правило, самостоятельный агрегат, размещенный за центральной передачей и распределяющий поток мощности между гусеницами. В некоторых случаях функцию МП могут выполнять другие агрегаты трансмиссии трактора, например коробка передач.

Классификация механизмов поворота осуществляется:

по методу подвода мощности к гусеницам - одно и двухпоточные МП. В однопоточных МП мощность от двигателя к гусеницам подводится одним потоком, в двухпоточных - двумя потоками. В тракторах более широкое распространение получили однопоточные МП;

по числу фиксируемых радиусов поворота - одно-, двух-, многоступенчатые и бесступенчатые МП;

по кинематическому признаку различают:

МП первого типа, которые обеспечивают поворот трактора без снижения скорости центра масс;

МП второго типа, которые сохраняют при повороте скорость забегающей гусеницы постоянной и равной скорости прямолинейного движения до поворота;

МП третьего типа, обеспечивающие поворот трактора со снижением поступательной скорости забегающей гусеницы.

Некоторые МП по кинематическому признаку относятся одновременно к первому и второму типу. МП третьего типа в тракторах не применяются в виду большого снижения скорости центра масс на повороте и, следовательно, производительности тракторного агрегата. Самое широкое применение в тракторах получили МП второго типа;

по типу МП различают:

с многодисковыми фрикционными муфтами (бортовыми фрикционами);
с планетарными механизмами;
с двумя параллельными коробками передач (бортовыми коробками передач);
с дифференциальными механизмами.

В современных тракторах применяют первые три типа МП.

Конструкции механизмов поворота. Механизм поворота с многодисковыми фрикционными муфтами (бортовыми фрикционами) (рис. 5.28) размешается между центральной 1 и конечной 2 передачами трактора. МП состоит из двух многодисковых фрикционных муфт Ф1 и Ф2 (далее по тексту фрикционов) и двух остановочных тормозов Т01 и Т02. Управление поворотом трактора осуществляется четырьмя элементами: двумя фрикционами Ф1 и Ф2 и двумя тормозами Т01 и Т02.

При прямолинейном движении трактора фрикционы Ф1 и Ф2 включены, а тормоза Т01 и Т02 включены. В результате крутящий момент от центральной передачи 1 передается через фрикционы Ф1 и Ф2 и далее через шестерни конечной передачи 2 на левое и правое ведущие колеса 3 трактора. Поскольку между ведущими колесами трактора существует жесткая кинематическая связь, то он движется прямолинейного движения.

Рассмотрим работу МП при повороте трактора направо. Здесь возможны два случая.

1. Поворот трактора со свободным радиусом (радиус поворота трактора изменяется в зависимости от изменения силы сопротивления качению правой гусеницы).

Для его осуществления отключается правый фрикцион Ф2. В результате прекращается подвод мощности к правой гусенице, скорость ее уменьшается по не известному закону и трактор поворачивает направо со свободным радиусом. Схема поворота трактора с данным МП представлена на рис. 5.27. Предположим, что в какой-то момент времени скорость правой гусеницы будет иметь значение V´2. Тогда скорость центра масс трактора уменьшится до значения Vγ´. Следовательно, данный МП при повороте трактора снижает скорость центра масс и по кинематическому признаку относится к МП второго типа.

2. Поворот трактора направо с заданным фиксируемым радиусом R - Rmin = В/2 . Для этого необходимо последовательно после отключения правого фрикциона Ф2 (см. рис. 5.28) включить правый остановочный тормоз Т02, что приведет к остановке правой гусеницы и повороту тракто­ра на месте вокруг этой гусеницы. На схеме поворота трактора (см. рис. 5.27) видно, что в данном случае скорость центра масс трактора снижается до значения Vγ´´ = Vγ/ 2 (в два раза меньше, чем при прямолинейном движении).

Механизм поворота с многодисковыми фрикционными муфтами отличается простотой конструкции. Но вместе с тем он имеет низкую долговечность фрикционных муфт при условии их работы в сухую и большие габариты. Однако он получил широкое применение даже в мощных и сверхмощных гусеничных тракторах, где применяют многодисковые фрикционы и тормоза, работающие в масле.

Одноступенчатый планетарный МП (рис. 5.29) состоит из двух планетарных рядов, размещенных между центральной 1 и ко­нечной 6 передачами трактора, двух остановочных Т01 и Т02 и двух поворотных Tn1 и Tn2 тормозов. Он может выполняться с разнесенными планетарными рядами (рис. 5.29,а) и с планетарными рядами, выполненными в одном общем корпусе (рис. 5.29,6). Последний вариант часто используется в случае применения сухих тормозов, когда в корпусе заднего моста выполняются герметичные перегородки для исключения попадания масла в полость, где размещаются тормоза.

Привод управления тормозами выполнен так, что при отсутствии воздействия тракториста на органы управления поворотом поворотные тормоза Tn1 и Tn2 всегда включены, а остановочные тормоза Т01 и Т02 выключены. Поворотные тормоза связаны с солнечными шестернями 5 планетарных рядов и удерживают их в заторможенном состоянии. В результате при прямолинейном движении трактора крутящий момент от центральной передачи 1 на ведущие колеса 7 передается через эпициклические шестерни 3, сателлиты 4, которые обкатываются вокруг неподвижных солнечных шестерен 5, и далее через водила 2 и конечные передачи 6.

Водила 2 левого и правого планетарных рядов вращаются медленнее эпициклических шестерен 5, так как передаточное число механизма поворота имп > 1. Для рассматриваемых схем

имп =(1 + к)/к,

где к- характеристика планетарного ряда (передаточное число при остановленном водиле); к = Zc/Za; Zc и Za- число зубьев соответственно эпициклической и солнечной шестерен планетарного ряда.

В существующих конструкциях одноступенчатых планетарных МП к = 2..3. Тогда передаточное число МП имп = 1,33... 1,5. Следовательно, МП увеличивает общее передаточное число трансмиссии трактора, что позволяет уменьшить передаточные числа других агрегатов трансмиссии и облегчить условия их работы. При этом обеспечивается устойчивость прямолинейного движения трактора.

При повороте трактора направо возможны два случая.

1. Поворот трактора со свободным радиусом. Для его осуществле­ния отключается правый поворотный тормоз Тn2. В результате солнечная шестерня 5 правого планетарного ряда освобождается и начинает свободно вращаться. Планетарный ряд преобразуется в дифференциальный механизм, что исключает передачу через него мощности к ведущему колесу 7, а следовательно, к правой гусенице.
2. Поворот направо с заданным фиксированным радиусом R = Rmn = В/2 . Для этого необходимо последовательно после отключения правого поворотного тормоза Тn2 включить правый остановочный тормоз Т02, что приведет к остановке правой гусеницы и повороту трактора на месте вокруг этой гусеницы.

Основными достоинствами одноступенчатого планетарного МП являются:

• компактность конструкции;
• наличие передаточного числа имп, >1, позволяющего уменьшить передаточные числа других агрегатов трансмиссии, что облегчает условия их работы.

Недостатком такого МП являются повышенные требования к качеству изготовления планетарных рядов.

Одноступенчатый планетарный МП получил широкое применение в отечественных гусеничных тракторах.

В рассмотренных схемах МП подвод мощности от центральной передачи 1 к ведущим колесам трактора 7 осуществляется через эпициклические шестерни 3 планетарных рядов. В то же время существуют схемы одноступенчатых планетарных МП, в которых аналогичный подвод мощности осуществляется через солнечные шестерни планетарных рядов (рис. 5.30). Эти схемы применяется при необходимости получения больших передаточных чисел МП:

имп =1 + к

Тогда имп =3...4при к = 2...3, что примерно в 2...2,5 раза больше, чем в ранее рассмотренных схемах.

Главным недостатком схемы, показанной на рис. 5,30,а, является большой момент трения поворотного тормоза Tn, останавливающего эпи­циклическую шестерню 4 планетарного ряда. Поэтому на мощных тракто­рах с целью снижения расчетного момента трения тормоза Tn его соединяют с эпициклической шестерней 4 планетарного ряда через дополнительный планетарный ряд (рис. 5.30,6). Такая схема МП используется в тракторе Т-180.

Все одноступенчатые планетарных МП обеспечивают поворот трак­тора со снижением скорости его центра масс и потому по кинематическому признаку относятся к механизмам поворота второго типа.

Двухступенчатый планетарный МП (рис. 5.31) состоит из двух планетарных рядов, размещенных между центральной 1 и конечной 6 передачами трактора, двух остановочных Т01 и Т02 и двух поворотных Tn1 и Tn2 тормозов и двух блокировочных фрикционов Ф1 и Ф2.

Внешне схема двухступенчатого планетарного МП напоминает одноступенчатый планетарный МП. Только дополнительно между солнечной шестерней 5 и водилом 2 каждого планетарного ряда установлен блокировочный фрикцион Ф. Это незначительное усовершенствование конструкции существенно расширяет возможности МП.

Рассмотрим прямолинейное движение трактора. Здесь возможны два случая.

1. Прямолинейное движение трактора на повышенной скорости на заданной передаче в коробке передач (КП). Для его осуществления слева и справа включаются блокировочные фрикционы Ф1 и Ф2, которые блокируют планетарные ряды. При этом передаточное число МП имп = 1 и трактор движется прямолинейно на заданной передаче в КП.

2. Прямолинейное движение трактора на пониженной скорости на заданной передаче в КП. Для этого слева и справа включаются поворотные тормоза Tn1 и Tn2, которые останавливают солнечные шестерни 5 планетарных рядов. В результате передаточное число МП увеличивается до значения имп =1,33... 1,5 при к = 2...3, что приводит к снижению скорости трактора и увеличению крутящего момента на его ведущих колесах в такое же число раз.

Следовательно, двухступенчатый планетарный МП при прямолинейном движении трактора позволяет изменять общее передаточное число трансмиссии (выполняет функцию КП). При этом на каждой передаче в КП можно иметь повышенную и пониженную скорости движения трактора (число передач удваивается).

Рассмотрим поворот трактора направо. Здесь возможны пять случаев. Предположим, что трактор движется прямолинейно на повышенной скорости на заданной передаче в КП (слева и справа включены блокировочные фрикционы Ф1 и Ф2).

1. Поворот со свободным радиусом R. Для этого отключается правый блокировочный фрикцион Ф2, что приводит к разрыву потока мощности к правой гусенице.
2. Поворот с заданным фиксированным радиусом R = Rmm = В/2 . Для его осуществления необходимо последовательно после отключения правого блокировочного фрикциона Ф2 включить правый остановочный тормоз Т02, что приведет к остановке правой гусеницы и повороту трактора на месте вокруг этой гусеницы.
3. Поворот трактора с заданным фиксированным радиусом R > Rmin = В/2. Для этого справа после отключения блокировочного фрик­циона Ф, включается поворотный тормоз Tn2. При этом скорость левой бортовые фрикционы. В данном случае поворотные тормоза выполняют функцию стояночных. В таком положении (включение стояночных тормозов) рычаг может фиксироваться защелкой.

На тракторе Т-150 для управления поворотом применяют рулевое колесо, которое управляет клапанами плавного сброса давления масла из бустеров включенных фрикционных муфт с гидроподжатием. При его повороте на угол меньше 42° происходит постепенное выключение гидро­поджимной муфты борта, в сторону которого поворачивают рулевое колесо. При дальнейшем его вращении (более 42°) затягивается тормоз этого борта и трактор совершает крутой поворот.Для облегчения труда тракториста и уменьшения сил на перемещение рычагов и педалей применяют сервоприводы (усилители): пружинные механические, гидравлические и пневматические. По принципу действия они делятся на простые и следящие. Следящие приводы воспроизводят с определенной точностью изменение силы на органе управления или его перемещение.

Наибольшее распросзранение в тракторах получили гидравлические сервоприводы следящего действия по перемещению. Такого типа сервоприводы применены на тракторах Т-130 (для управления бортовыми фрикционами) и Т-4А (для управления поворотными тормозами). Они позволяют снизить силу на рычагах управления до 20...40 Н.

В гидравлический сервопривод управления бортовыми фрикционами трактора Т-130 (рис. 5.34) масло под давлением подается насосом, приводимым в движение от двигателя.

Рис. 5.34. Схема гидравлического сервопривода управления бортовыми фрикционами: 1 - корпус делителя потока; 2 - пробка канала золотника; 3 - поворотный рычаг; 4 - поршень; 5 - пружина; 6 - толкатель; 7 - вгулка толкателя, 8 - защитный чехол; 9 - золотник

Перед входом в усилитель расположен делитель потока. Подаваемое в цилиндры масло через каналы поршней 4 сливается в корпус усилителя, а затем по сливной трубке отводится в масляный бак. Для поворота, например, направо, перемещают правый толкатель б, который перекрывает отверстие в поршне 4. Давление масла в правом цилиндре возрастает, и золотник 9 делителя потока, перемещаясь (на рис. 5.34 вниз), ограничивает его поступление в левый цилиндр, одновременно увеличивая подачу в правый.

Под давлением масла начинает перемещаться поршень 4 и нажимать на поворотный рычаг 3, выключая правый бортовой фрикцион. Как только поршень отойдет от толкателя б, масло поступает на слив. Для продолжения процесса выключения необходимо дальнейшее перемещение толкателя.

При неработающем двигателе конструкция усилителя позволяет осуществлять управление бортовыми фрикционами, так как толкатель б упирается в поршень 4 и через него воздействует на поворотный рычаг. Аналогично рассмотренному работает гидравлический сервопривод управления поворотными тормозами МП в тракторе Т-4А.

Уход за механизмами поворота состоит в регулировке свободных ходов педалей и рычагов управления бортовых фрикционов и тормозов, в периодической промывке их поверхностей трения (если применяются фрикционные элементы сухого трения), в проверке уровня масла, доливке его и замены (для планетарных рядов) согласно инструкции по техническому обслуживанию трактора.