CC BY
69
УДК 621.83.062.1
ПЕРСПЕКТИВНІ ГІДРООБ’ЄМНО-МЕХАНІЧНІ ТРАНСМІСІЇ ДЛЯ КОЛІСНИХ ТРАКТОРІВ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОГО
ПРИЗНАЧЕННЯ
В.Б. Самородов, професор, д.т.н., А.І. Бондаренко, доцент, к.т.н., Національний технічний університет «ХПІ»
Анотація. Наведено кінематичні схеми перспективних гідрооб’ємно-механічних трансмісій, ідентифіковано їх основні конструктивні параметри, типорозміри гідромашин гідрооб’ємної передачі, визначені кінематичні, силові та енергетичні параметри трансмісій.
Ключові слова: гідрооб ’ємно-механічна трансмісія, гідрооб ’ємна передача, тракторобудування.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ГИДРООБЪЕМНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ТРАНСМИССИИ ДЛЯ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
В.Б. Самородов, профессор, д.т.н., А.И. Бондаренко, доцент, к.т.н., Национальный технический университет «ХПИ»
Аннотация. Приведены кинематические схемы перспективных гидрообъемно-механических трансмиссий, идентифицированы их основные конструктивные параметры, типоразмеры гидромашин гидрообъемной передачи, определены кинематические, силовые и энергетические параметры трансмиссий.
Ключевые слова: гидрообъемно-механическая трансмиссия, гидрообъемная передача, тракторостроение.
PERSPECTIVE HYDROSTATIC-MECHANICAL TRANSMISSIONS FOR WHEELED TRACTORS OF AGRICULTURAL SETTING
V. Samorodov, Professor, Doctor of Technical Science,
A. Bondarenko, Associate Professor, Candidate of Technical Science,
NTU «KhPI»
Abstract. The kinematics charts of perspective hydrostatic-mechanical transmission are presented, their basic structural parameters, the size of hydraulic machines of hydrostatic transmission are identified, the kinematic and power parameters of transmissions are determined.
Кєу words: hydrostatic-mechanical transmission, hydrostatic transmission, tractor-building.
Вступ
Останнім часом на колісних тракторах сільськогосподарського призначення різної потужності серійно встановлюються принципово нові тракторні трансмісії - гідро-об’ємно-механічні (ГОМТ), які забезпечують безступінчасте регулювання крутного моменту в широкому діапазоні і плавну передачу його до тягових коліс, стабільну роботу двигуна в зоні оптимального режиму, можливість реверсивного ходу трактора і так далі.
На сьогодні в сучасних конструкціях ГОМТ за рахунок зменшення частки потужності, що проходить через гідравлічну гілку, та підвищення частки, що проходить через механічну гілку, а також використання сучасних гідроагрегатів об’ємного типу, які мають достатньо високий загальний коефіцієнт корисної дії (ККД), добилися значного підвищення ККД ГОМТ і тим самим ліквідували один з основних недоліків ГОМТ: суттєву різницю в ККД між ступінчастими механічними трансмі-
сіями та ГОМТ (різниця на даний момент становить 3-7 %).
Аналіз публікацій
У роботах [1-7] наведено схеми ГОМТ, що працюють за схемою «диференціал на вході», «диференціал на виході», «із двома диференціалами: на вході та виході» зі всіма можливими з’єднаннями механічної та гідравлічної гілки з ланками триланкового планетарного механізму, визначено вплив об’єму гідромотора на кінематичні, силові та енергетичні параметри ГОМТ, формалізовано та систематизовано основні закономірності розподілу кінематичних, силових та енергетичних параметрів ГОМТ.
Мета і постановка задачі
Метою даної роботи є визначення та дослідження перспективних ГОМТ для колісних тракторів сільськогосподарського призначення.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання, базуючись на
результатах досліджень [1-7]: навести кінематичні схеми перспективних ГОМТ, ідентифікувати їх основні конструктивні параметри, типорозміри гідромашин гідрооб’ємної передачі (ГОП), визначити їх кінематичні, силові та енергетичні параметри.
Перспективні ГОМТ для колісних
тракторів сільськогосподарського призначення
За результатами комплексного статичного аналізу ГОМТ (як початкові дані обрано такі параметри: максимальну кутову швидкість колінчастого вала двигуна - 2250 об./хв; радіус коліс - 0,85 м; масу трактора - 9000 кг; швидкість, що реалізується на тяговому діапазоні при коефіцієнті опору руху 0,5 - від 0,02 до 10 км/год; робочий об’єм гідронасоса
- 130 см3, робочий об’єм гідромотора - 130250 см3) було виявлено ряд кінематичних схем перспективних трансмісій (рис. 1), ідентифіковано їх основні конструктивні параметри, типорозміри гідромашин ГОП, визначено їх кінематичні, силові та енергетичні па-параметри (рис. 2, 3, табл. 1).
Ф Ф &, Ці
к=-3
~іг
нЖ5|
ги ¡1=039
У1 . .
¡2=336
Єї, ф Єг.ф
П_Г
к=-3
нн
~НП -&193
п
¡1=55.00
О
о
Ь-3
И=168
б
Є{ Ці 52, Ці
чШЯ
Іі=0.в3
НІ
Г
Рі, Ці Ц2
Ь0О
¡г=150
¡1=031 -32=039
%=бшу
¡2=60.00 к=-3
І, к=-3
—¡1=22,70
Рис. 1. Кінематичні схеми перспективних ГОМТ (робочий об’єм гідромотора трансмісій а, б, в, д - 130 см3; г, е - 250 см3): і- передавальне число редуктора; еь е2 - відносний параметр регулювання ГОП; q1, q2 - максимальна продуктивність гідромашин; k - внутрішнє передавальне відношення планетарного ряду; а, б, в - схеми ГОМТ з диференціалом на вході; г, д, е - схеми ГОМТ з диференціалом на виході
а
в
д
е
ПТР . П,
еі ег N дій По
N2,1^7 кВт ДР,МПа
ТФ . П,
еі 02 ИдісІ По
-1 т 1 Т 1 '
Мг.кВт'™'“” ДР. МПа
-0,6 - - 0.6 -- 0,6
0,2 --0,2 - 0,2
п Л -—- ' / ’ / - -
/ / _02/Л.
¡І / / у У ■... N(1 Лґ*
> - --і/ у -і-" м—'
*
\№ : <і І*
250 “I 250 “I 100
4 6
б
ПТР .
Є1, П, ІЧдісі ег По
10 V. км/ год
N2, кВт ДР, МПа
Рис. 2. Результати статичного аналізу ГОМТ з диференціалом на вході: а - відповідає кінематичній схемі а з рис. 1; б - відповідає кінематичній схемі б з рис. 1; в - відповідає кінематичній схемі в з рис. 1; п0 - об’ємний ККД ГОП; п - загальний ККД ГОП; Птр - ККД трансмісії; N¡1 - потужність двигуна, кВт; N2 - потужність, що виходить з ГОП, кВт; Ngid відношення потужностей у відсотках, що передаються через гідравлічну гілку до вихідної потужності із замкнутого контуру; Ар - перепад робочого тиску в ГОП; еь е2 - відносний параметр регулювання ГОП; V - швидкість руху трактора
а
в
Рис.
ТФ, п, Є1,
№ІС 1 п 1 Є2 1
0.8 - ■ 0,8 - ■ 0,8
0,6 - ■ 0,6 - • 0,6
0,4 - ■ 0,4 - • 0,4
0,2 - ■ 0,2 - ■ 0,2
0 - • 0 - • 0
-0,2 - -0,2
-0,4- -0,4
-0,6 - -0,6
-0.8 - -1 - -0,8 -1
N(1, кВт N2, кВт ДР, МПа
Ч ^ ^ ^ По Птр
■
ч . - \ - -„ -’ч Є2
/ ч ( 4 1 я^С-
\ £—*^1*
ш N0 * (Ыя^-
„ч( , * , , . ДР 1,7\ . І 1
ч ч
ч ч
ч Ч^Єі
ч ч
ПТР,
П,
Мдісі По е1 1 Т 1 Т 1
□.8 -■ 0,8 - 0.Е
0,6
0,4
0,6 -- 0,6 0,4 -- 0,4 0,2 + 0,2 - 0,2 0 -I- 0 - 0 0,2-_о,2
0,4 ---0,4 0,6 ---0,6 0,3 ---0,8 -1 1 -1
.4 , ч ПО *—.—
ч ч
» *4 * ч ч птруу х\Г~
у ч ч ч
/ ч ч \Ngid
\ки ч \ чі
" 'У ч
др/ ч ч ч
N2 еіу* ч
ч ч ч
ч ч ч
юо - 250 - 100
80 - 200 - 80
60 - 150 - 60
40 - 100 - 40
20 - 50 - 20
0 . 0 . 0
V, км/ год
-20 -20
-40 -40
-60 -60
-80 -80
-100 -100
N(1, кВт
. кВт ДР, МПа
100 - 250 - 100
80 ■ 200 - 80
60 - 150 - - 60
40 -100 - 40
20 ■ 50 ■ 20
0 . 0 - 0
V км/ год
-20 - -20
-40 - -40
-60 - -60
-80 ■ -80
-100 - -100
П тр,
п,
і^діа По еі 1 Т 1 і 1
0,8 -- 0,8 -■ 0.8 0,6 -- 0,6 -■ 0,6 0,4 -- 0,4 -■ 0,4 0,2 -■ 0,2 -■ 0,2 0 4- 0 - ■ о -0,2 - --0,2 -0,4 - --0,4 -0,6 - --0,6 -0,8 - --0,8 -1 1 -1
По/ • • ♦ * Птр У
\ / У У
. ** N \ \ \/ / У У
N<1 / / . ї
■ _* «-— * *
■ - - * .......... ДЕ/
-*> \ і ^ і
Ж' у У
XV
*" ^ у у
У У У У
кВт N(1, кіВт
100 100 - 250
80 ■ 80 - ■ 200
60 ■ 60 - 150
40 ■ 40 - 100
20 ■ 20 - • 50
0 . 0 . . 0
] V км/ год -20
3. Результати статичного аналізу ГОМТ з диференціалом на виході (позначення показників ГОМТ такі ж, як і для ГОМТ з диференціалом на вході): а - відповідає кінематичній схемі г з рис. 1; б - відповідає кінематичній схемі д з рис. 1; в - відповідає кінематичній схемі е з рис. 1
а
б
в
Таблиця 1 Узагальнені результати статичного аналізу перспективних ГОМТ
Схема (рис. 1) |Дp|max, МПа ПТРтах Кутова швидкість сателітів |Ws|max, рад/с N d тах ’ кВт Кутова швидкість вала гідронасоса |Ю:|тах, рад/с Кутова швидкість вала гідромотора |Ю:|тах, рад/с
а 33,57 0,862 572,1 142,5 359,2 157,1
б 27,47 0,850 235,4 144,9 375,0 209,9
в 33,02 0,823 304,5 153,5 264,7 184,1
г 32,67 0,883 323,8 149,0 140,0 120,1
д 11,60 0,866 363,4 150,4 298,9 311,7
є 12,13 0,856 153,5 148,4 282,6 152,3
Незважаючи на те, що схема в (рис. 1) ГОМТ з диференціалом на вході поступається за показниками ККД іншим схемам, на сьогодні саме на її базі розроблено трансмісію Fendt Vario (рис. 4), яка є найбільш оригінальною, ефективною та простою з усіх існуючих безступінчастих ГОМТ. Крім того, ця схема характеризується мінімальним значенням кутової швидкості вала гідронасоса порівняно зі схемами а та б (рис. 1).
Рис. 4. Функціональна схема трансмісії Fendt Vario з потужністю двигуна 162-287 кВт: 1 - двигун внутрішнього згоряння; 2 -демпфер крутильних коливань; 3 - коронна шестірня; 4 - сонячна шестірня; 5 - водило; 6 - гідронасос; 7 - планетарний ряд; 8 - муфта включення вала відбору потужності; 9 - вал відбору потужності; 10 - вал, що підсумовує; 11 -гідромотор; 12 - муфта перемикання діапазонів руху; 13 - привід на задній міст; 14 - муфта включення приводу переднього моста; 15 - привід на передній міст; 16 - трансмісійний гальмівний механізм
У результаті аналізу ГОМТ, що працюють за схемами «диференціал на вході» та «диференціал на виході», було встановлено:
- якнайкращою з розглянутих ГОМТ з диференціалом на вході за заданих початкових даних є схема а (рис. 1) з максимальним ККД трансмісії 0,862 за швидкостей 8,510,0 км/год, на другому місці - схема б (рис. 1) з максимальним ККД трансмісії 0,850 за швидкості 10,0 км/год, на третьому місці - схема в (рис. 1) з максимальним ККД трансмісії 0,823 за швидкостей 7,58,5 км/год (всі з регульованим гідромотором з робочим об’ємом 130 см3 );
- якнайкращою з розглянутих ГОМТ з диференціалом на виході за заданих початкових даних є схема г (рис. 1) (при використанні гідронасоса робочим об’ємом 130 см3, регульованого гідромотора робочим об’ємом 250 см3) з максимальним ККД трансмісії
0,883 за швидкостей 5,8-7,2 км/год, на другому місці - схема д (рис. 1) (при використанні гідронасоса робочим об’ємом 130 см3, нерегульованого гідромотора робочим об’ємом 130 см3) з максимальним ККД трансмісії 0,866 за швидкостей 5,2-7,2 км/год, на третьому місці - схема е (рис. 1) (при використанні гідронасоса робочим об’ємом 130 см3, нерегульованого гідромотора робочим об’ємом 250 см3) з максимальним ККД трансмісії 0,856 за швидкості 5,2 км/год.
У процесі дослідження кінематичних схем ГОМТ із двома диференціалами: на вході та виході було виявлено, що знаходження кінематичних, силових та енергетичних параметрів даних трансмісій не можливе без:
- блокування однієї з ланок диференціала на вході або однієї з ланок диференціала на ви-
ході, що призводить до трансформації у складну схему з диференціалом на вході або окремо з диференціалом на виході;
- жорсткого зв’язку ланок диференціала на вході з ланками диференціала на виході, що призводить до суттєвого ускладнення конструкції.
Застосування ГОМТ із двома диференціалами - на вході та виході призводить до необхідності використання додаткових елементів, що перемикаються, та викликає ускладнення конструкції.
Висновок
За результатами досліджень було виявлено ряд перспективних схем ГОМТ (рис. 1) та встановлено оптимальну схему для трактора повною масою 9000 кг - схема ГОМТ з диференціалом на виході (рис. 1, г) з гідронасосом робочим об’ємом 130 см3, регульованим гідромотором робочим об’ємом 250 см3. Вказана ГОМТ має максимальний ККД трансмісії 0,883 за швидкостей 5,8-7,2 км/год.
Література
1. Самородов В.Б. Основные параметры гид-
рообъемно-механических трансмиссий, работающих по схеме «дифференциал на входе» / В.Б. Самородов, А.И. Бондаренко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий: сб. науч. т. -2012. - № 2/7 (56). - С. 25-35.
2. Самородов В.Б. Основные параметры гид-
рообъемно-механических трансмиссий, работающих по схеме «дифференциал на выходе» / В.Б. Самородов, А.И. Бондаренко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий: сб. науч. тр.
- 2012. - № 3/7 (57). - С. 4-12.
3. Самородов В.Б. Аналіз безступінчастих
двопотокових гідрооб ’ ємно-механічних
тракторних трансмісій: вибір і обґрунтування перспективних схем / В.Б. Самородов, О.В. Григоров, А.І. Бондаренко // Вісник національного технічного університету «ХПІ»: зб. наук. пр. Тематичний випуск «Транспортне машинобудування». - 2012. - № 20. - С. 24-46.
4. Самородов В.Б. Порівняльний аналіз без-
ступінчастих двохпотокових гідро-об’ємно-механічних трансмісій / В.Б. Самородов, А.І. Бондаренко // Вестник ХНАДУ: сб. науч. тр. - 2012. -Вып. 56. - С. 37-45.
5. Самородов В.Б. Вплив об’єму гідромотора
на основні параметри гідрооб’ємно-механічних трансмісій, що працюють за схемою «диференціал на виході» / В.Б. Самородов, А.І. Бондаренко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий: сб. науч. трудов. - 2012. -№ 6/7 (60).- С. 20-25.
6. Самородов В.Б. Розподіл потоків потуж-
ності у гідрооб’ємно-механічних трансмісіях, що працюють за схемою «диференціал на вході» / В.Б. Самородов, А.І. Бондаренко // Вісник національного технічного університету «ХПІ»: зб.
наук. праць. Сер. «Автомобіле- та тракторобудування». - 2012. - № 60 (966) .С. 31-41.
7. Самородов В.Б. Вплив об’єму гідромотора
на кінематичні, силові та енергетичні параметри гідрооб ’ ємно-механічних трансмісій / В.Б. Самородов, А.І. Бондаренко // Вісник національного технічного університету «ХПІ»: зб. наук. пр. Сер. «Автомобіле- та тракторобудування». - 2012. - № 64 (970) . - С. 9-21.
Рецензент: В.І. Клименко, професор, к.т.н.,
ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 5 липня 2013 р.
