Промышленные тракторы. Страница 1


ЮВ. Гинзбург, А.И. Швед, А.П. Парфенов Промышленные ТРАКТОРЫ МОСКВА «МАШИНОСТРОЕНИЕ» ББК 39.311.06.5 Г49 УДК 629.114.2 Рецензент д-р техн. наук проф. И. Б. Барский Гинзбург Ю. В. и др. Г49 Промышленные тракторы/Ю. В. Гинзбург, А. И. Швед, А. П. Парфенов. —М.: Машиностроение, 1986. —296 с., ил. В пер.: 1 р. 40 к. Впервые изложены вопросы теории промышленного трактора при агрегатировании со строитель но-дорожными машинами: бульдозерами, рыхлителями, скреперами, погрузчиками и др. Рассмотрены особенности конструкции, компоновки ходовой системы, трансмиссии и других узлов колесных и гусеничных тракторов. Проанализированы условия эксплуатации промышленных тракторов при работе с различным оборудованием. Для инженерно-технических работников, занимающихся конструированием, испытанием и эксплуатацией промышленных тракторов. „3603030000-099--    ББК 39.311.06.5 Г 038 (01)-86 99-86    6Т2.1 © Издательство «Машиностроение», 1986 г. у В связи с увеличением масштабов строительства, добычи полезных ископаемых, ускорением темпов и объемов мелиорации-земель требуется более интенсивное развитие конструкций дорожных, строительных, погрузочных машин и их энергетической базы — промышленных тракторов. Это развитие имеет несколько направлений: создание и освоение серийного производства тракторов общего назначения и специальных; повышение мощности и производительности тракторов в результате увеличения их энергонасыщенности; оптимизация конструктивных параметров; совершенствование агрегатирования и максимальное приспособление тракторов к работе с промышленным оборудованием^    .    * В 1983 г. отметил полувековой юбилей первенец отечественного промышленного тракторостроения — Челябинский тракторный завод. В 50-х гг. серийное производство промышленных теакторов освоено на Брянском автомобильном заводе. В последние десятилетия производство промышленных тракторов получило развитие на Чебоксарском заводе промышленных тракторов, Алтайском, Павлодарском, Харьковском тракторных заводах, Ленинградском Кировском заводе. /Отечественными и зарубежными учеными за прошедшие годы накоплен значительный опыт исследований, конструирования и расчета промышленных тракторов, а также агрегатов на их базе. Однако сведения об этом носят разрозненный характер, не объединены общей теоретической основой и методикой исследований и рассредоточены по отдельным статьям. Некоторые общие положения теории и конструкции промышленных и сельскохозяйственных тракторов, а также самоходных машин (автомобилей, тягачей) достаточно подробно освещены в учебниках и специальной литературе/В связи с этим авторы видят свою основную задачу в рассмотрении специальных вопросов теории и конструкции, отражающих на единой методической основе особенности промышленных тракторов. В книге уделено преимущественное внимание вопросам оценки, оптимизации и конструкторской реализации тягово-скоростных показателей промышленных тракторов и их влиянию на эффективность трактора как базы дорожно-строительного агрегата. Содержание книги базируется на результатах анализа конструкторской практики отечественных заводов и зарубежных фирм, а также многолетних исследований, проведенных в Челябинском филиале Государственного союзного тракторного научно-исследовательского института (ЧФНАТИ). В исследованиях принимали участие Е. И. Бердов, А. Е. Вязовский, В. И. Дурановский, В. А. Каминский, Е. П. Куликова, М. И. Левитанус, Т. П. Мешкова, А. А: Подкосов, С. Г. Фельдман, В. В. Филимонов, Н. Ш. Чубыкина. Предисловие, гл. 1, 2 и 9 написаны Ю. В. Гинзбургом, А. И. Шведом и А. П. Парфеновым, гл. 3 и 10 — Ю. В. Гинзбургом и А. И. Шведом, гл. 4—7 — Ю. В. Гинзбургом, гл. 8 — А. И. Шведом. ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ В — ширина трактора, ширина погрузочного ковша Вх — колея трактора П — производительность «    #0, Яч — технические потенциалы трактора-погрузчика, обобщенный и частный Ъ — ширина гусеницы, колеса Gtp — часовой расход топлива Gr, GK(GT) — вес трактора эксплуатационный и конструктивный 6б» ^бр (ОА) — эксплуатационный вес трактора в агрегатах с бульдозером, с бульдозером и рыхлителем Ga (GA) — эксплуатационный вес агрегата С?п (GO) — вес призмы грунта Jм (IT) — суммарный момент инерции вращающихся масс, приведенный к выходному валу моторно-трансформаторного блока Jд1 — момент инерции от поступательно движущихся масс агрегата, приведенный к выходному валу МТБ Jдг — момент инерции от призмы грунта, приведенный к выходному валу МТБ L — база трактора LB — глубина начального внедрения передней кромки ковша в штабель насыпного материала Мм — крутящий момент двигателя при номинальной частоте вращения коленчатого вала, максимальный Мс(МС)— момент сопротивления движению агрегата Мгп — крутящий момент, отбираемый от двигателя на гидропривод рабочего оборудования Мт, Мтм (МТ) - крутящий момент выходного вала МТБ (на маховике двигателя трактора с механической трансмиссией, выходном валу гидротрансформатора) текущий, максимальный Мк — крутящий момент на ведущих колесах Л^кр (NKR) — мощность на крюке Ne — номинальная мощность двигателя Муд — энергонасыщенность Ne/mKt кВт/т 1чгп — мощность на ведущих колесах, гидропривода рабочего оборудования #6> ^61» Nf* —мощности на буксование, передвижение соответственно при статическом и динамическом нагружении ЛГД, NT (NR, NТ) — текущее значение мощности двигателя, выходного вала МТБ Р„, РКр — тяговое усилие на ведущих колесах, на крюке Pf — сила сопротивления передвижению Рктах» ^кртах — максимальные (при стопроцентном буксовании) тяговые усилия касательное и на крюке P, P, P0 (P) — энергетические потенциалы производительности частный, полный и обобщенный Рм, Рс — радиусы поворота трактора, измеренные по середине колеи (минимальный и средний) Рк — радиус поворота передней кромки ковша трак-тора-погрузчика S (S) — дистанция перемещения 5ХХ — дистанция хода рабочего, холостого Sn, 5ЯТ, 5ПШ — путь трактора, измеренный вдоль продольной оси при повороте, подъезде к транспортному средству, штабелю Гц -г- продолжительность цикла Трх» ?хх — продолжительность ходов рабочего и холостого Тост (TOST) — продолжительность переключения передач и маневрирования в начале и конце рабочего хода Vp — скорость рабочего хода 7,хх (VXX) — скорость холостого хода иij>, Уд (VT, VG) — скорости теоретическая и действительная i>y, v — скорости трактора при установившемся движении по прямой, повороте 1>н ср — средняя скорость трактора в процессе набора Кв — коэффициент, равный объему набранного материала при Ркр = 1 /Сп — коэффициент производительности или относительная производительность mK, тт — массы трактора конструктивная, эксплуатационная я*бр — массы трактора в агрегате с бульдозером, с бульдозером и рыхлителем та — масса агрегата mn, mv — масса призмы грунта, материала в ковше Лн> пш — частота вращения коленчатого вала двигателя номинальная, при максимальном крутящем моменте гк — радиус ведущих колес *н> *р — продолжительность набора, разгрузки ty — продолжительность поворота управляемых колес или полурам трактора из среднего положения в крайнее *п» ^нт — продолжительность поворота трактора, осуществляемого с разгоном и торможением, полного, неустановившегося — продолжительность маневрирования трак гора-погрузчика ^мо — продолжительность перемещения погрузочного оборудования относительно трактора *©ш> *от> *пш> *пт — продолжительность отъезда от штабеля, транспорта, подъезда к штабелю, транспорту *пс — потери времени при подъезде транспортного средства под погрузку *нп — продолжительность неустановившегося подъезда *пг — продолжительность подъема ковша с грузом ^пк — продолжительность полного поворота ковша а — угол между плоскостью днища ковша и линией, соединяющей центр поворота ковша с рабочей кромкой ап> — усредненные углы поворота двух управляемых колес или частей шарнирно сочлененной рамы относительно оси трактора текущий, максимальный Po — начальный угол наклона днища ковша р — насыпная плотность материала Он — подача насосов гидросистемы привода рабочего оборудования трактора-погрузчика при номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя Wn — число пластичности грунта Wr — объем призмы грунта (материала) в рыхлом теле, перемещаемый за один цикл Wк — геометрическая вместимость ковша трактора-погрузчика Гцс, 1ГЦК — объем рабочих полостей цилиндров подъема стрелы, поворота ковша 0Т, 0НТ — угол поворота трактора полный, за период неустановившегося поворота ®н> 6М — угол поворота ковша при наборе, максимальный а — среднее ускорение разгона (и замедление торможения) С — плотность грунта, выраженная числом ударов плотномера ДорНИИ ^ср> ^тах — средний, максимальный размер среднего куска насыпного материала f — вероятность (частота) появления события /с (F) — коэффициент сопротивления передвижению g — ускорение силы тяжести £п> Ёп> 8on (TOPL) — удельный расход топлива частный, полный, обобщенный /&м> — высота подъема ковша максимальная, в процессе набора и (IN) — передаточное число механической части трансмиссии *м (TF) — тяговый фактор (отношение и к радиусу ведущего колеса гк) *гт -*■ передаточное отношение гидротрансформатора Кн — максимальный коэффициент наполнения ковша К с — коэффициент сопротивления внедрению ковша /Сс. н — коэффициент снижения частоты вращения коленчатого вала двигателя при наборе К л — коэффициент приспособляемости К0 — максимальный коэффициент трансформации Ямту — тип моторно-трансмиссионной установки /Сгп — коэффициент отбора мощности двигателя на гидропривод оборудования бср (DELT) — коэффициент буксования, среднее за набор буксование 6Т — угол трения материала по стали Лтр (KNG) — КПД трансмиссии, механической части трансмис* сии для гусеничных тракторов, включая потери в зацеплении ведущих колес и ведущих участках гусеницы т)г — объемный КПД гидросистемы X, Ят — скоростные коэффициенты (отношение средней за набор окружной скорости рабочей кромки ковша к поступательной скорости трактора), фактический и теоретический кс — коэффициент сцепного веса (отношение сцепного веса к эксплуатационному) о — нормальное давление, среднее квадратичное отклонение т0 — сопротивление сдвигу, создаваемое силами сцепления, действующими между частицами грунта б
<p — угол внутреннего трення грунта или материала ф0 — угол естественного откоса штабеля материала Фк> Фкр FIKP) — удельное тяговое усилие касательное, на крюке, коэффициент сцепления по касательному тяговому усилию, на крюке Фкр шах (FIMB, FIKRM) — максимальный коэффициент сцепления по касательному тяговому усилию, по тяговому усилию на крюке max>
'фо — начальный угол наклона радиуса поворота ковша к опорной плоскости от — угловая скорость вращения выходного вала МТБ (коленчатого вала двигателя — для трактора с механической трансмиссией, вала турбины гидротрансформатора или гидроредуктора — для трактора с однопоточной и двухпоточной ГМТ, вала тягового электродвигателя, вала тя-гового: гидромотора) сок — угловая скорость ведущих колес со, о)у — угловая скорость поворота трактора текущая, при установившемся повороте Юкс» о)с — средняя угловая скорость поворота ковша, управляемых колес или части шарнирно сочлененной рамы v<p — динамичность нагрузки МТУ — моторно-трансмиссионная установка МТБ — моторно-трансформаторный блок ГП — гидропривод МТ — механическая трансмиссия ГМТ — гидромеханическая трансмиссия ГОТ — гидрообъемная трансмиссия ЭЛ — электрическая трансмиссия ГТ — гидротрансформатор КП — коробка передач МП — механизм поворота ПМП — планетарный механизм поворота ДПМ — двигатель постоянной мощности ЧЭПП, ПЭПП, ОЭПП — энергетические потенциалы производительности, частный, полный и обобщенный УКМ — увеличитель крутящего момента, римечание. В скобках приведены обозначения для программ ЭВМ* П
ГЛАВА 1 НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО И ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТРАКТОРОВ В связи с развитием конструкций тракторов, автомобилей, стро-ительно-дорожных машин происходит постепенное стирание резких границ между ними/ Промышленным трактором следует считать самоходную машину для приведения в действие нескольких (минимум двух) видов оборудования. Именно этим трактор отличается от специальной самоходной дорожной машины, предназначенной для приведения в действие только одного вида оборудования. Тракторы используют в промышленности и сельском хозяйстве. К промышленным тракторам относят промышленные тракторы общего назначения, специальные, промышленные модификации сельскохозяйственных тракторов и лесопромышленные (рис. 1.1). К первой и второй группе принадлежат тракторы, предназначенные для выполнения работ в промышленности и строительстве (что не исключает выполнения землеройных работ в сельском хозяйстве, например отрывку силосных траншей, планировку рисовых чеков и т. п.). Типичными промышленными тракторами являются Т-180, ДЭТ-250, Т-330. К третьей группе относят тракторы, выполняющие работы как в промышленности, так и в сельском хозяйстве. К ней следует отнести тракторы Т-40А, Т-74, ДТ-75, T-100M, Т-130, К-701. К четвертой группе принадлежат тракторы, предназначенные для выполнения работ в лесной промышленности, например, ТДТ-55А, ТБ-1, ТТ-4, ТП-90. Хотя в настоящее время лесопромышленные тракторы и принято причислять к промышленным, они отличаются от промышленных не менее существенно, чем промышленные тракторы от сельскохозяйственных, вследствие чего в книге их не рассматривают. ) 1.1. ОБЩАЯ КОМПОНОВКА И КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ ТРАКТОРОВ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ Промышленные тракторы общего назначения. Компоновка гусеничных тракторов общего назначения наиболее распространенного варианта обусловливается передним расположением двигателя и задним расположением рабочего места водителя. При такой компоновке, как правило, трансмиссионная установка имеет два блока: первый — муфта сцепления или гидротрансформатор, или оба вместе, закрепленные на двигателе; второй — задний мост, в корпусе которого расположены центральная передача, механизмы поворота Промышленные Общего назначения болотоходный общего назначения Специальные Погрузочный Трубо укладочный Подземный Земноводный Подводный Малогабаритный Промышленный для работы сселит хозяйственным оборудованием Me со-промышленные
Промышленные модификации сельскохозяй ственны* тракторов
Лесозаготовитель ные машины на Вазе трактора Плавающий
Болотоходный

Рис. 1.1. Классификация промышленных тракторов и тормоза. К передней части заднего моста крепят коробку передач, а по боковым сторонам — конечные передачи. Указанные блоки устанавливают на раме трактора. К передней части рамы крепят ось шарнира балансирной балки или рессоры, края которых опираются на рамы гусеничных тележек. Данные элементы качаются вокруг оси ведущих колес или вокруг специальной оси, расположенной впереди ведущих колес. Разделение осей качания гусеничных тележек и ведущих колес позволяет освободить конечную пере- Л_аШ
Рис. 1.2. Компоновочные схемы трактора фирмы «Фиат-Аллис» в зависимости от тягового класса: а — трактор 21-С, Ng = 221; б — трактор 31, Ne — 317; в — трактор 41 - В, Ng = 385 кВт дачу от дополнительных нагрузок и обеспечить более легкую разборку. К передней части рамы трактора крепят силовой капот, на котором расположены гидроцилиндры бульдозерного оборудования. Рыхлительное оборудование крепят к стенке заднего моста. Тракторы с указанной компоновкой выпускают без кабины, с защитными каркасами ROPS и FOPS (ROPS — Roll Over Protective Structure и FOPS — Falling Object Protective Structure — устройства, защищающие водителя соответственно при переворачивании трактора и от падающих предметов), а также с кабинами ROPS и FOPS.) Компоновку, подобную описанной, имеют отечественный трактор Т-130, тракторы D3, D4, D5, D6C и D7G фирмы «Caterpillar» («Катерпиллар», США), тракторы фирмы «Comatsu» («Комацу», Япония, за исключением тракторов D455 и D555) и другие. Однако могут быть отклонения от этой компоновочной схемы, вызванные масштабным фактором. Размеры человека и размеры Рис. 1.3. Компоновочная схема гусеничных тракторов общего назначения D8L, D9L и D10: 1 — отвал бульдозера; 2 — гидроцилиндры; 3 — радиаторы и вентилятор; 4 — механизмы поворота и конечные передачи; 5 — центральная передача; 6 — коробка передач; 7 — соединительный вал; 8 — гидротрансформатор; 9 — двигатель Рис. 1.4. Конструктивная схема тракторов D8L, D9L и D10: 1 — конечная передача; 2,5 — механизмы поворота; 3 — центральная передача; 4 — коробка передач кабины остаются постоянными, поэтому их соотношение с размерами трактора зависит от тягового класса трактора, что, в свою очередь, позволяет несколько изменять его компоновку. Так, с увеличением тягового класса трактора появляется возможность устанавливать кабину ближе к середине трактора (рис. 1.2). Например, на тракторе 41-В это позволило расположить за рабочим местом (за кабиной) масляные радиаторы двигателя, трансмиссии и гидросистемы, охлаждаемые вентилятором с объемным гидроприводом. В результате применения трансмиссии новых типов открываются дополнительные возможности компоновки. Например, использовав электромеханическую трансмиссию на тракторе ДЭТ-250М, смогли установить кабину ближе к центру. Принципиально новая компоновочная схема возникает при переносе кабины вперед, а двигателя назад, как, например, на отечественном тракторе Т-330. Однако при подобной компоновке усложняется конструкция несущей системы и увеличивается число соединений. Возможность значительно изменить компоновку открывается, если вывести ведущие колеса из контакта с грунтом и установить их над гусеничной тележкой, что предопределяет треугольный обвод гусеницы (рис. 1.3). При такой конструкции была обеспечена модульная компоновка трактора, т. е. все основные узлы (двигатель, коробка передач, механизмы поворота, конечные передачи) были выполнены в виде отдельных легко демонтирующихся модулей (рис. 1.4). Тракторы общего назначения с колесным движителем фактически являются базой под бульдозерное оборудование и, как пра- Рис. 1.5. Компоновочная схема гусеничных тракторов-погрузчиков с гидрообъемной трансмиссией: 1 — радиаторы; 2 — двигатель; 3 — блок гидронасосов; 4 — гидромоторы движителя вило, создаются на основе колесных тракторов-погрузчиков, в связи с чем их компоновки аналогичны. Специальные тракторы. Конструктивная схема гусеничного трактора-погрузчика практически аналогична схеме промышленного трактора общего назначения. Она отличается в основном тем, что база трактора-погрузчика увеличена по сравнению с базой трактора общего назначения. Это достигнуто в результате введения дополнительного опорного катка, что практически ликвидирует выступание двигателя трактора за обвод гусеницы; установки жесткой или балансирной балки вместо рессоры; выполнения рамы трактора заодно с порталом погрузочного оборудования. Остальные отличия касаются узлов и агрегатов трактора. Основным недостатком такой компоновки трактора-погрузчика является значительное смещение центра давления при наборе грунта в ковш и движении с наполненным ковшом. Этот недостаток может быть ликвидирован при использовании гидрообъемной трансмиссии. В таком случае можно принципиально изменить компоновку трак-тора-погрузчика, приблизив ее к компоновке колесных тракторов-погрузчиков: двигатель смещен далеко назад и служит противовесом, передняя часть трактора полностью освобождена для установки портала и погрузочного оборудования (рис. 1.5). Колесные тракторы-погрузчики выполняют с поворачивающимися колесами и с шарнирно сочлененной рамой (рис. 1.6). Первые изготовляют малых тяговых классов. Они имеют как разновеликие, так и равновеликие колеса. В качестве поворотных используют передние или задние колеса, или те и другие. Тракторы-погрузчики с шарнирно сочлененной рамой состоят из двух полурам, соединенных вертикальным шкворнем, поворот осуществляется с помощью 4 5    $ Рис. 1.6. Компоновочная схема мощного колесного трактора-погрузчика: 1 — радиаторы и вентилятор; 2 — двигатель; 3 — коробка передач; 4, 6 — главные передачи и колесные редукторы; 5 — карданный вал гидроцилиндров, перемещающих полурамы одну относительно другой в горизонтальной плоскости. При такой компоновке трактора двигатель 2, коробку передач 3, раздаточную коробку устанавливают на задней полураме, портал погрузчика — на передней полураме. Гидротрансформатор крепят к двигателю или выполняют в едином блоке с коробкой передач. Кабину помещают как на передней, так и на задней полураме. В первом случае упрощается управление ковшом (взаимное расположение водителя и ковша не меняется), а во втором — конструкция управления двигателем и трансмиссией. В любом случае место водителя находится примерно над шарниром рамы. Болотоходные тракторы, которые занимают несколько обособленное место среди промышленных тракторов, могут быть модификацией промышленного трактора общего назначения и специального трактора, например трактора-погрузчика, а также промышленной модификации сельскохозяйственного и лесопромышленного трактора. Поэтому при описании болотоходной модификации указывается тип базового трактора. Основной конструктивной особенностью болотоходных тракторов являются специальная конструкция звеньев гусениц, увеличенные размеры движителя вследствие уширения гусеницы и увеличения базы. При таком движителе обеспечивается пониженное давление на грунт. По общей компоновке и конструктивной схеме болотоходные тракторы в основном дублируют базовые модели. Подземные тракторы предназначены для работы в стесненных условиях горных разработок — в шахтах и на строительстве тоннелей, поэтому они должны иметь ограниченные размеры и не загрязнять окружающую среду отработавшими газами. Конструкция этих тракторов подчинена главному требованию — уменьшению вертикальных размеров, вследствие чего они, как правило, не имеют кабины. Схема подземного колесного трактора с вынесенным за пре- Ч 3 г    7 Рис. 1.7. Компоновочная схема колесного подземного трактора: 1 — двигатель; 2,6 — карданные валы; 3 — гидротрансформатор; 4 — коробка передач; 5, 7 — главные передачи и колесные редукторы делы колесной базы двигателем и шарнирно сочлененной рамой показана на рис. 1.7. Земноводные тракторы служат для землеройных работ на глубине до 6—7 м, а подводные — для осуществления необходимых работ, связанных с добычей полезных ископаемых на континентальном шельфе морей и океанов на глубине до нескольких десятков метров. Эти тракторы не имеют кабины и ими управляют по радио (аквалангист или с берега). Тракторы снабжены системой для забора воздуха, необходимого для работы двигателя. Малогабаритные промышленные тракторы предназначены для небольших по объему вспомогательных работ (рытье траншей вблизи зданий, чистка каналов и др.). Эти тракторы, как правило, не имеют кабины и их часто снабжают гидрообъемными трансмиссиями, облегчающими управление трактором, а также позволяющими обеспечить различные компоновочные схемы. Промышленные модификации сельскохозяйственных тракторов. Условия работы промышленных тракторов с дорожно-строительным оборудованием характеризуются цикличностью, значительными амплитудами колебаний тяговой нагрузки, буксованием до полной остановки трактора, отсутствием технологических ограничений по максимальному типоразмеру трактора. Такие тракторы весь срок службы работают с одним—двумя видами смонтированного на них оборудования. Схема нагружения промышленного трактора общего назначения, агрегатируемого с бульдозером, или трактора-погрузчика отличается от схемы нагружения сельскохозяйственного трактора. При создании промышленных модификаций сельскохозяйственных тракторов приходится преодолевать ряд противоречивых требований. Примером промышленных модификаций гусеничных сельскохозяйственных тракторов могут служить теакторы ДТ-75МР, ДТ-75МП и Т-4АП2. Сохраняя в общих чертах компоновку базовых тракторов, эти тракторы отличаются от них наличием силового капота (ДТ-75МП) или специальных кронштейнов для установки гидроцилиндров бульдозера, гидропривода повышенной производительности, коробки передач, обеспечивающей повышенное тяговое усилие, усиленной конструкцией механизмов поворота и конечных передач. Сельскохозяйственные гусеничные тракторы за рубежом создают как специальные сельскохозяйственные модификации промышленных тракторов. Так, фирма «Катерпиллар» выпускает тракторы четырех моделей D4DSA, D5SA, D6SA и D7SA (SA — Special aplication, специальное использование), фирма «Комацу» — пяти моделей серии «Farm», фирма «Fiat-Allis» («Фиат-Аллис») — три модели 8-ВТА, 10-СТА, 14-СТА. Компоновки этих тракторов аналогичны компоновкам базовых моделей. У них отсутствует силовой капот, установлены воздухоочиститель и удлиненная выпускная труба для забора воздуха из менее запыленной зоны. Они имеют только механическую трансмиссию и специальное универсальное приспособление для навески сельскохозяйственных орудий. Тракторы с колесным движителем выполняются только как промышленные модификации базовых сельскохозяйственных тракторов и отличаются от них большей массой, большей мощностью двигателя (в ряде случаев), увеличенной грузоподъемностью колес и уменьшенным диапазоном регулирования колеи. У этих тракторов увеличена прочность ряда несущих деталей, в первую очередь рамы и переднего моста, введены присоединительные места для навесного оборудования. Навесное оборудование монтируют на дополнительной раме или на специальном портале, выполненном заодно с рамой. 1.2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТРАКТОРОВ ПО ВИДАМ АГРЕГАТИРОВАНИЯ И НАЗНАЧЕНИЮ Тракторы различного назначения занимают неодинаковое место в производственной программе и парке машин как в нашей стране, так и за рубежом. В СССР изготовляют в основном гусеничные тракторы общего назначения, в США и Японии — гусеничные тракторы общего назначения, промышленные (в основном погрузочные) модификации сельскохозяйственных тракторов и колесные тракторы-погрузчики. Промышленные тракторы общего назначения агрегатируют с оборудованием различных видов: бульдозером, рыхлителем, прицепным скрепером, корчевателем, кусторезом, буром, буром-столбоставом, уплотнительным катком (рис. 1.8). Кроме того, на базе указанных тракторов создают специальные модификации, предназначенные для работы с одним видом навесного оборудования. При определении основных видов агрегатирования необходимо учитывать два фактора: количество машин в эксплуатации; сложность и специфичность требований, предъявляемых к конструкции трактора в связи с навешиваемым оборудованием. Несмотря на большое число видов оборудования, агрегатиру-емого с промышленными тракторами, абсолютное большинство тракторов поставляют и эксплуатируют всего с тремя-пятью видами Рис. 1.8. Схемы гусеничных тракторов общего назначения, агрегатируемых с оборудованием: 1 — бульдозер с прямым отвалом; 2 — бульдозер с универсальным отвалом; 3 — бульдозер с полусферическим отвалом и гидроперекосом; 4 — бульдозер с прямым отвалом и гидроперекосом; 5 — толкач; 6 — корчеватель; 7 — многостоечный рыхлитель; 8 — одностоечный рыхлитель оборудования. В СССР около 76 % гусеничных тракторов выпускают с пятью видами оборудования: бульдозером, погрузчиком, корчевателем, прицепным скрепером и грейдером. В США 89 % выпускаемых промышленных тракторов агрегатируют с тремя видами оборудования: бульдозером, погрузчиком и скрепером. Агрегатирование промышленных тракторов зависит также от типа ходовой части и тягового класса трактора. Наиболее универсальны тракторы небольшой и средней мощности. По мере увеличения мощности растет специализация тракторов. Гусеничные тракторы массой до 5 т агрегатируют с бульдозером, погрузчиком, плугом отвальным, лущильником. Тракторы массой 6—10 т самые универсальные, кроме оборудования перечисленных видов они агрега-тируются с рыхлителем, трубоукладчиком, чизельным плугом, глубокорыхл ителем, скрепером. На тракторы массой более 10 т не монтируют сельскохозяйственное оборудование. На тракторы массой более 30 т не устанавливают погрузчик, тракторы массой более 40 т агрегатируются только с бульдозером и рыхлителем. Промышленные модификации колесных сельскохозяйственных тракторов в США, имеющие массу до 7 т, используют с фронтальным ковшовым погрузчиком, экскаватором, бульдозером, скрепером, траншеекопателем, буром и оборудованием других видов, причем 60 % тракторов используют с погрузочным оборудованием. Таким образом, из многочисленных видов промышленных тракторов выделяются основные, конструкцию и теорию которых следует рассматривать в первую очередь: гусеничные промышленные тракторы общего назначения и колесные тракторы-погрузчики. При этом основным оборудованием для агрегатирования с гусеничными тракторами общего назначения являются бульдозер, рыхлитель и прицепной скрепер. 1.3. УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРАКТОРОВ ПРИ ТИПИЧНОМ АГРЕГАТИРОВАНИИ И ТРЕБОВАНИЯ К ИХ КОНСТРУКЦИИ Тракторы общего назначения. При агрегатировании промышленного трактора с различными видами оборудования существенно меняется его эксплуатационная масса. Так, эксплуатационная масса гусеничного трактора при агрегатировании со скрепером и другим прицепным оборудованием (грейдером, уплотнительным катком) в среднем составляет 1,05 конструктивной массы трактора. При агрегатировании с бульдозером она увеличивается до 1,3, а с бульдозером и рыхлителем — до 1,5. Грунты, на которых работает трактор, разнообразны: от сыпучих песков до плотных, пластичных глин и скальных пород. Грунты при различной трудности их разработки оборудованием обусловливают также различные сцепные свойства одного и того же движителя, причем максимальный коэффициент сцепления изменяется более чем в 2 раза. Грунтовые условия заранее неизвестны и агрегат в течение срока службы может перемещаться с одного места на другое, поэтому грунтовый фон носит вероятностный характер и ввиду особой важности этих условий они будут рассмотрены более детально ниже. Особенности агрегатирования и технология работы различных агрегатов обусловливают специфические требования к конструкции базового трактора. При этом определяющими видами агрегатиру-емого оборудования являются бульдозер, рыхлитель и скрепер. Типичный рабочий цикл бульдозера состоит из рабочего хода или движения вперед, в процессе которого осуществляется копание и перемещение призмы грунта, остановки перед движением назад с подъемом отвала, отката на заднем ходу трактора и остановки перед началом нового цикла. Скорость рабочего хода зависит от энергетических показателей трактора и технологических ограничений при работе с оборудованием бульдозера, а холостой ход — от максимально возможной скорости, ограниченной конструкцией подвески, профилем поверхности, видимостью и т. п. В связи с этим необходимо иметь не только рабочую передачу заднего хода, обеспечивающую высокую транспортную скорость,' но и достаточную обзорность (и удобство обзора) при движении назад, удовлетворительную плавность хода трактора на высоких скоростях, легкое и быстрое переключение передачи с низкой рабочей скорости переднего хода на повышенную скорость заднего хода. Время одного цикла работы бульдозера в основном составляет 1—1,5 мин, т. е. в течение часа трактор делает сорок — шестьдесят циклов. При этом тракторист за час работы 80—120 раз переключает передачи на реверс, 50—150 раз включает рычаги поворота, 500— 800 раз включает гидрораспределитель. Удобство расположения рычагов, усилие на рычагах, механизм включения реверса при работе бульдозера непосредственно влияют на производительность агрегата. Для достижения высокой производительности при соблюдении описанной технологии трактор должен развивать наибольшие тяговые усилия, в связи с чем важнейшим требованием, предъявляемым к трактору, является наличие высоких сцепных свойств. Этому требованию удовлетворяют наиболее полно гусеничные тракторы. Иногда трактор работает с бульдозером по технологии, отличной от приведенной. Так, при обслуживании нескольких экскаваторов на чистке забоев после взрыва бульдозер должен быстро выходить из зоны взрыва и возвращаться в забой после взрыва, быстро перемещаться из одного забоя в другой по карьеру в потоке машин. В этих условиях обеспечение большой транспортной скорости важнее, чем высоких тягово-сцепных свойств. И в таких условиях целесообразно применять или колесные тракторы-бульдозеры, или гусеничные (ДЭТ-250), обладающие высокими показателями при работе в транспортном режиме. Для работы с бульдозером экономически целесообразна дистанция разработки и транспортирования грунта до 100 м. Л. А. Фей-гиным, А. А. Карховым и другими установлено, что целесообразно перемещать грунт бульдозера на расстояние 30—50 м, а в некоторых случаях до 100 м. По данным Р. К. Кудайбергенова, вероятность дистанций транспортирования до 30 м составляет 55 %, от 30 до 50 м — 38 %, от 50 до 75 м — 2 %, свыше 75 м — 5 %. Итальянские ученые рекомендуют перемещать грунт гусеничными бульдозерами на расстояние 30—35 м. Фирма «Катерпиллар» принимает для стандартных расчетов длину перемещения около 50 м, для легких и средних тракторов — от 20 до 100 м, для тяжелых тракторов — от 20 до 180 м [38]. Фирма «Комацу» выполняет свои расчеты и испытания применительно к дистанциям 20—100 м [39]. Авторами было выпол-рис. 1.9. Распределение вероятностей дистанции рабочего хода бульдозера F (5) и транспортирования скрепера F (5ТГ) нено исследование по определению дистанций транспортирования грунта по представительным объектам в основных отраслях народного хозяйства СССР, использующих бульдозеры: водохозяйственном строительстве (ирригация, мелиорация), гражданском, промышленном, энергетическом, сельском и транспортном строительстве. При этом было получено распределение вероятностей дистанций 5, описанное законом Вейбулла (рис. 1.9):
F (5) = apS^e-es* где a =2,1; Р = 0,000408 — параметры закона распределения вероятностей. На рис. 1.9 и в некоторых других рисунках масштабы шкал вероятностей условны и при использовании распределений необходимо проводить нормирование, например, по методике, изложенной в главе X. Работа рыхлителя заключается в рыхлении грунта перед работой бульдозером. При этом на наиболее распространенных площадках (до 50 м), как правило, используют челночную технологию, когда рыхление совершается на переднем ходу, затем на заднем ходу проводится откат и снова начинается рыхление, т. е. рабочий цикл* рыхлителя аналогичен рабочему циклу бульдозера. Менее распространена технология, при которой рыхление совершается постоянно на переднем ходу с разворотами или при движении по периметру площадки. Дистанции рабочих ходов при этом эквивалентны дистанциям бульдозера. Для рыхления, особенно при заглублении рыхлителя в грунт, необходимо большое усилие заглубления, с этой целью желательно рабочее оборудование максимально приблизить к центру тяжести агрегата. Это целесообразно также для уменьшения перемещения центра тяжести при навешивании различных видов оборудования. Для выполнения этого требования стремятся ликвидировать свисание узлов трактора за обвод гусениц, а рыхлитель крепить непосредственно на стенке заднего моста трактора. Рабочий цикл скрепера состоит из набора грунта, перемещения груженого скрепера, отсыпки грунта и возвращения порожнего скрепера. Все элементы цикла совершаются на передачах переднего хода. В цикле работы скрепера процесс набора продолжается сравнительно недолго (обычно менее 1 мин), однако объем набранного материала, зависящий от тягового усилия агрегата, существенно влияет на производительность скрепера. Поэтому в наборе часто используют дополнительные тракторы-толкачи. Прицепные скреперы с гусеничными тракторами общего назначения работают, как правило, без толкача, и в этом случае трактор является как бы симбиозом двух машин: землеройной машины — при наборе грунта в ковш и транспортного тягача — при дальнейшем транспортировании груженого и порожнего скрепера. В результате анализа данных эксплуатации отечественных тракторов, а также литературных данных [38—40] установлено, что дистанция транспортирования скрепера колеблется от 50 до 500 м и описывается законом Вейбулла с параметрами а = 1,35, Р = = 0,0004 (см. рис. 1.9). Дистанции других элементов цикла следующие: набор грунта — 25—45 м, разгрузка — 15—25 м. Для рабочего цикла скрепера можно принимать в среднем следующие время и дистанции: набор грунта — 60 с, 40 м, разгрузка — 18 с, 20 м, переключение передач при механической трансмиссии (МТ) — 20 с, при гидромеханической трансмиссии — 5 с. Тракторы-погрузчики. При агрегатировании тракторов-погрузчиков с различными ковшами, масса которых отличается незначительно, обусловливается постоянная масса агрегата. Разнообразны свойства поверхностей, по которым двигается трактор, а также грунтов и материалов, с которыми взаимодействует ковш, при этом обычно разрабатывается грунт, отличный от того, по которому движется трактор. Трактор-погрузчик в основном работает на погрузке насыпных грузов (песка, щебня, взорванных скальных пород и др.). в транспортное средство, расположенное вблизи от места складирования груза (штабеля). Маневр трактора-погрузчика состоит из следующих элементов:    ' 1)    подъезд к штабелю и одновременная установка ковша в исходное положение; 2)    набор сыпучего материала в результате поступательного движения трактора и одновременного поворота, а иногда и подъема ковша; 3)    маневр трактора для подъезда к транспортному средству и одновременный перевод ковша в исходное положение для выгрузки (стрела поднята); 4)    разгрузка, при этом трактор обычно стоит, а ковш поворачивается в крайнее нижнее положение; 5)    отъезд от транспортного средства, изменение направления движения для подъезда к штабелю и одновременный перевод ковша в исходное положение для набора. Таким образом, за один цикл погрузки 4 раза изменяется направление движения трактора, 4 раза проводится разгон и 3 раза торможение (при наборе остановка трактора происходит без торможения), проводится набор груза и его разгрузка, осуществляется полный цикл управления погрузочным оборудованием (подъем и опускание стрелы, поворот ковша для транспортировки и в исходное положение для копания). Продолжительность цикла составляет в основном 30—40 с. За один цикл погрузки оператор проводит 25—30 включений различ- ных механизмов управления. За час непрерывной работы водитель может иметь 2430—3240 управляющих воздействий, т. е. больше, чем при управлении любым другим агрегатом. Поэтому одно из основных требований к трактору, агрегатируемому с погрузочным оборудованием, — совершенствование и легкость систем управления, а также автоматизация некоторых операций управления (установка оборудования в исходное положение, совмещение торможения с отключением трансмиссии и др.). В течение всего цикла движение трактора совмещается с перемещением рабочего оборудования, осуществляемым гидроприводом. Самый энергоемкий элемент цикла — набор. При наборе реализуется максимальное тяговое усилие, а в основных (транспортных) элементах цикла оно значительно меньше. Кратковременность цикла работы трактора-погрузчика делает нерациональным излишние переключения передач, поэтому трактор-погрузчик на одной передаче подъезжает к штабелю и совершает набор. Рабочая передача трактора-погрузчика должна обеспечивать достаточно высокую скорость в транспортном режиме (4—7 км/ч). При движении к транспортному средству с грузом в поднятом ковше необходимо исключить раскачку передней части трактора, что создается ее жесткой подвеской. В связи с длительной работой трактора-погрузчика на одной рабочей площадке выдвигается требование — минимальное разрушение ее основания, для чего необходимо уменьшить грунтозацепы. 1.4. связь ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ С МАССОЙ ТРАКТОРА При конструировании трактора основная первичная информация о нем выступает в виде его массы. При конструировании тракторов-значительный интерес представляет связь массы с основными геометрическими размерами трактора, а. также мощностью двигателя, мощностью гидросистемы и другими его показателями. Основой таких связей служат корреляционные поля зависимости соответствующего параметра от массы трактора. И. П. Керовым, А. А. Ясновым и другими установлено, что при анализе зависимостей между параметрами различных машин целесообразно использовать методы теории вероятности и математической статистики. При выявлении корреляционных зависимостей расчеты выполняли в следующей последовательности: на поля регрессии наносили точки всей совокупности параметров; выбирали функции регрессии нескольких видов; методом наименьших квадратов определяли коэффициенты для функции каждого типа, при этом некоторые функции приводили к линейному виду путем логарифмирования; находили корреляционное отношение и выбирали тип функции регрессии с наибольшим корреляционным отношением; определяли границы зоны отклонения всей совокупности параметров от кривой регрессии (при исключении явно ошибочных данных). Полученные зависимости приведены в табл. 1.1 и 1.2. Для большинства случаев корреляционные отношения, превышающие 0,88, 1.1. Корреляционные зависимости между основными параметрами и массой тк промышленного трактора общего назначения Параметр Гусеничный Колесный (модификация сельскохозяйственного) Мощность двигателя Ne, кВт База L, м Колея Blt м: гусениц передних колес задних колес Ширина b, м: гусениц передних колес задних колес Радиус поворота по середине колеи RMi м Подача насосов гидросистемы QH, л/мин Высота грунтозацепа hr, мм Наружный диаметр колес D, м: передних задних (0,019 ± 0,0025) т°к-»5 (1 ±0,1) (0,0775^-1) 0,014 У7пк (0,41 ±0,04)(0,145 Упь + 1) (0,02 + 0,002) УИГК Нет данных (250 ± 50) (0,076 V7nK — 1) (1 ± 0,1) (2,632 + + 0,0004 У тк) \гтк (0,0597 ± 0,01) (1 ± 0,05) (1,14 + ”Ь 0,068 У/Пк) (1 ± 0,05) (0,445 + + 0,0718 Утк) (0,105 ±0,01) Yin* (0,0135 ± 0,0025) Упц, (0,031 ± 0,005) Утк (1 ± 0,08) (1,66 + + 0,145 Утк) Нет данных Нет данных (1 ± 0,08) (0,2 + + 0,045 Утк) (1 ± 0,1) (0,35 + + 0,08 У тк) Примечание. Пределы массы для гусеничного — (5— 75)* 103 кг, для колесного — (10—64)* 10* кг. 1.2. Корреляционные зависимости между основными параметрами и массой тА тракторов-погрузчиков Параметр Колесный Г усеничный Мощность двигателя Ne, кВт Максимальная мощность гидросистемы оборудования Мгпм, кВт Максимальная мощность гидросистемы поворота ^пм> кВт (1 ± 0,12) (0,112т»-75 —24) (0,00426 ± 0,0007) та (0,0022 ± 0,0007) та (0,00938 ± 0,0011) ш®'96 (0,0036 ± 0,00066) та » Параметр Колесный Гусеничный База L, м (0,12 ±0,01) У пГя (0,1 ± 0,007) Колея Bv м (1 ± 0,05) (0,67 + + 0,057 Ущ) (0,072 ± 0,004) У ml Ширина колеса, гусеницы bt м Наружный диаметр ведущего колеса £>, м (0,022 ± 0,0025) Утй (1 ± 0,07) (0,25 + + 0,0525 У7па) (0,017 ± 0,001) Ута Радиус поворота по середине колеи Ru, м (0,193 ± 0,03) УпГ& Нет данных Г рузоподъемность эксплуатационная Мэ, кг (0,3 ± 0,045) /па (0,235 ± 0,04) та Геометрическая вместимость основного ковша WKt м3 (0,136 ± 0,03) та-КГ3 (0,107 ±0,014) та-Ю’3 Максимальная высота подъема ковша Лм, м (1 ±0,09) (0,7 + 0,13^) (1 ± 0,08) (0,92 + + 0,11 У та) Примечание. Пределы массы для колесного — (6 — 80)* 103 кг, для гусеничного — (2—42)* 103 кг. показывают, что между всеми рассмотренными параметрами имеется достаточно тесная связь, хорошо описываемая выбранными уравнениями регрессии. Приводимые корреляционные зависимости целесообразно использовать при предварительном выборе параметров вновь создаваемых тракторов, оценке технического уровня и выборе путей модернизации тракторов. Для этих целей корреляционные зависимости удобно изображать в виде графиков, на которые наносят и параметры оцениваемого трактора (рис. 1.10). Отклонение значения параметра от границ зоны корреляционной зависимости свидетельствует об ошибке в его выборе. Однако, если параметр находится внутри границ, то не всегда можно дать однозначный ответ: при смещении параметра к какой границе зоны улучшаются показатели тракторов. В случае, когда о влиянии данного параметра на эффективность трактора информации нет, считается предпочтительным то значение параметра, которое близко к значению математического ожидания (среднестатистическое значение корреляционной зависимости). Если в результате теоретических и экспериментальных исследований выявляются оптимальные значения параметра или тенденции его развития, то прогрессивным следует считать параметры, соответствующие этим значениям. По корреляционным зависимостям мощности двигателя в функции массы базового трактора видно, что мощность увеличивается мед- Рис. 1.10. Корреляционные зависимости параметров промышленных тракторов общего назначения от их массы леннее, чем масса, и с увеличением массы трактора его энергонасыщенность уменьшается. Например, с увеличением массы колесных тракторов-погрузчиков с 10 до 80 т энергонасыщенность снижается (по средним значениям) с 8,8 до 6,4 кВт/т или на 36 %.
В то же время для получения наивысшей производительности тракторов тяжелых тяговых классов последние должны обладать большой удельной мощностью на единицу массы трактора вследствие наличия большей массы рабочего оборудования гусеничных тракторов общего назначения и увеличенной дистанции перемещения и высоты подъема ковша тракторов-погрузчиков. Это объясняется трудностью создания тракторов тяжелых тяговых классов высокой энергонасыщенности при сохранении показателей надежности, отвечающих современным требованиям. При увеличении массы трактора пропорционально увеличивается тяговое усилие, в то же время радиус ведущего колеса увеличивают пропорционально корню кубичейсому из массы. Вследствие этого крутящий момент на ведущих колесах увеличивается пропорционально массе в степени 4/3. Это значит, что при увеличении массы трактора в 8 раз крутящий момент на колесах возрастает в 16 раз и одновременно увеличивается крутящий момент в трансмиссии. В связи с этим увеличивают передаточное число трансмиссии также в степени 4/3 и соответственно усложняют конечные передачи. С повышением тягового класса трактора увеличивают также пропорционально массе в степени 1/3 линейные размеры всех узлов и деталей (например, рамы, полуоси ведущего колеса, башмака гусеницы), вследствие чего изгибающие моменты элементов увеличиваются пропорционально массе в степени 4/3. Корреляционные зависимости между линейными параметрами и массой практически не изменяются в течение длительного периода, а между параметрами мощности и массой постоянно изменяются (энергонасыщенность тракторов увеличивается на 0,5—1 % в год). Корреляционные зависимости между параметрами тракторов можно использовать в теоретических исследованиях, методиках расчета ит. п., например, в случае, когда необходимо найти для расчетов недостающие исходные данные. Значительный интерес представляют собой корреляционные связи между массой трактора и размерами дорожно-строительного оборудования, в частности, отвала бульдозера. Теоретически на трактор заданной массы можно навесить отвал любого размера, однако имеется несколько практических ограничений по условиям компоновки и обеспечения обзорности. Целесообразно изготовляв отвал как можно уже и как можно выше. Эта тенденция реализуется в так называемом прямом отвале и обусловливает четко выраженные корреляционные зависимости высоты Н отвала и его ширины L от массы: Я = (0,82- 1,18) (41,88 + 0,37 У1пт)У1пт, L = (0,88- 1,12) (132,09 + 0,33 У1ГТ)УИГТ. В некоторых случаях, когда необходимо разрабатывать легкие грунты, при работе бестраншейным способом, планировании и др., указанные размеры и формы отвала уже нецелесообразны и используют отвалы других конструкций и размеров (полусферические, сферические, универсальные и др.). Как уже говорилось, в связи с тем, что тяговое усилие пропорционально массе трактора, а линейные размеры отвала пропорциональны Утт, с увеличением массы трактора удельное усилие копания (на единицу длины кромки отвала) возрастает в степени 2/3, т. е. при прочих равных условиях увеличение массы трактора с 10 до 50 т увеличивает удельное усилие копания примерно в 3 раза. Отсюда, чем выше тяговый класс трактора, тем более плотные грунты он должен разрабатывать. Поэтому тяжелые тракторы целесообразно использовать при рыхлении и разработке тяжелых грунтов (мерзлых, скальных и т. п.). Другим следствием этого является то, что ширина отвала легких-тракторов в большинстве случаев ограничивается возможностью резания грунта, а для тяжелых тракторов, вероятно, что ограничение отсутствует. ГЛАВА 2 ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ УЗЛОВ И АГРЕГАТОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТРАКТОРОВ 2.1. МОТОРНО-ТРАНСМИССИОННЫЕ УСТАНОВКИ Источником энергии в промышленных тракторах по-прежнему остается дизель, как правило, водяного охлаждения с рядным расположением цилиндров при мощности до 350 кВт и V-образным — при большей мощности. При мощности до 100 кВт дизель имеет четыре цилиндра, шесть — при мощности 100—350 кВт и более мощные дизели выполняюг с числом цилиндров 8—12. Тенденцией развития двигателей промышленных тракторов является повышение частоты вращения коленчатого вала при номинальной мощности: в настоящее время 88 % моделей двигателей промышленных тракторов имеют частоту вращения более 1900 об/мин. Наблюдается также тенденция к увеличению коэффициента Кя приспосабливаемости двигателя по крутящему моменту, который для современных дизелей равен 1,15—1,3. Двигатели, имеющие Кя > > 1,35, принято называть двигателями постоянной мощности (ДПМ). Указанные двигатели в некоторых случаях очень эффективны, вследствие чего их применение постоянно расширяется. Для двигателей мощностью более 150 кВт широко применяют турбонаддув, а для более мощных моделей — промежуточное охлаждение воздуха. Совершенствование конструкций двигателей направлено на повышение показателей надежности: долговечности, безотказности, снижение трудоемкости технического обслуживания, улучшение ремонтопригодности, а также снижение удельного расхода топлива. С дизелями применяют трансмиссии четырех видов. Из них наиболее распространены механические трансмиссии (МТ) и гидромеханические (ГМТ), значительно реже — гидрообъемные (ГОТ) и электрические (ЭЛ). При мощности тракторов до 60 кВт используют механические трансмиссии; при 60—650 кВт — гидромеханические; до 200 кВт — гидрообъемные; более 650 кВт — электрические. Моторно-трансмиссионные установки промышленных тракторов имеют следующие особенности, которые учитывают при создании компоновочных и кинематических схем: преимущественное использование ГМТ; уменьшенное число передач коробок передач (3—4 для ГМТ и 4—6 для МТ); реализация увеличенного общего передаточного числа; отбор мощности через независимый вал отбора мощности для привода гидравлических насосов управления трактором и рабочим оборудованием; модульность, т. е. исполнение различных узлов в съемных сепаратных блоках для удобства монтажа при ремонте и обслуживании; повышенные статические и динамические цагрузки в силовой цепи; гидрофицированное управление переключением передач, поворотом и тормозами; быстродействующий реверсивный механизм; применение обоих ведущих мостов для колесных тракторов. 2.1.1. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ МОТОРНО-ТРАНСМИССИОННЫX УСТАНОВОК На гусеничных промышленных тракторах применяют кинематические схемы моторно-трансмиссионных установок (МТУ) двух типов. По первой традиционной схеме мощность на ведущие колеса трактора разделяют после коробки передач, что предопределяет наличие одной центральной (конической) передачи. По этой схеме МТУ трактора имеет коробку передач, ведущий вал которой соединен с муфтой сцепления, а выходной — с малой конической шестерней, которая передает мощность через центральную передачу заднему мосту, содержащему механизмы поворота и остановочные тормоза. Такая МТУ трактора относительно проста, обладает хорошими компоновочными возможностями, 1а также достаточно высоким КПД механической части и приемлемыми показателями металлоемкости. По кинематической схеме второго типа мощность разделяют до коробки передач или в ней, что предопределяет наличие двух центральных передач. К достоинствам подобной схемы можно отнести возможность использования узлов и деталей, включая кони- Трехступенчатая Рис. 2.1. Структурная схема механических и гидромеханических трансмиссий промышленных тракторов
Потопоточная передача
Гидротрансформатор Муфта сцепления Г/дротрансформатор и муфта сцепления Двухпоточная передача Комбинированная ]_
С неподвижными осями Валов Планетарная Комбинированная С переключением при остановке
Рис. 2.2. Кинематическая схема гидромеханической трансмиссии гусеничного трактора D7G: Т, Н, Р — соответственно турбинное колесо, насосное колесо, реактор; Т^ — Ть — дисковые тормоза ческие шестерни, меньшего размера вследствие меньшей их нагру-женности при разделении мощности по бортам, уменьшение размеров механизмов поворота при расположении их на относительно малонагруженном участке силовой передачи (до центральной передачи), а также возможность обеспечения унификации узлов тракторов различных тяговых классов^!. По кинематической схеме первого типа выполнено подавляющее большинство современных тракторов. Внутри указанного типа возможны разнообразные кинематические схемы коробок передач, механизмов поворота, конечных передач, а также различные их сочетания (рис. 2.1). Традиционные схемы имеют преимущественно трансмиссии гусеничных тракторов общего назначения Т-130, тракторов D5, D6, D7G, а также D65, D85, D155, D355. Например, в кинематическую схему трактора D7 (рис. 2.2) с гидромеханической трансмиссией включены двухпоточная передача с дифференциалом на выходе и суммированием мощности на водиле планетарного ряда, планетарная коробка передач, центральная передача, механизм поворота, состоящий из бортового фрикционного механизма и тррмозов, и двухступенчатая конечная передача с неподвижными осями валов. Коробка передач обеспечивает три передачи переднего (в числителе) и заднего (в знаменателе) ходов при включении дисковых тормозов: Передачи ......................I    II    III Тормоза............ Т-{Гъ Т{Г3!Т о7'з 7jT При использовании механической трансмиссии на указанный трактор вместо блока гидротрансформатора и планетарного редуктора устанавливают муфту сцепления, а вместо планетарной коробки передач (КП) — КП с неподвижными осями валов (рис. 2.3) и переключением передач зубчатыми муфтами при остановке трактора, Рис. 2.3. Кинематическая схема коробки передач с неподвижными осями валов механической трансмиссии трактора D7G: М±—М4 — зубчатые муфты; 1 — 15— зубчатые колеса

1_г
iLj
которая обеспечивает пять передач переднего хода и четыре передачи заднего хода (табл. 2.1). По кинематической схеме первого типа выполнены также трансмиссии тракторов 31 и 41В фирмы «Фиат-Аллис» с двигателем мощностью соответственно 317 и 386 кВт (рис. 2.4). Трансмиссия этих тракторов имеет модулирующую муфту сцепления, установленную между двигателем и гидротрансформатором, КП с неподвижными осями валов, обеспечивающую по три передачи переднего и заднего ходов, и быстродействующий реверсивный механизм (табл. 2.2), бортовой фрикционный механизм и двухступенчатую комбинированную конечную передачу, первая ступень которой имеет валы с неподвижными осями, а вторая — планетарный механизм. Трансмиссии промышленных тракторов могут иметь такие сочетания, как муфта сцепления — КПбез переключения на ходу, гидротрансформатор или блок двухпоточной передачи — КП с пере- 2.1. Характеристика коробки передач с неподвижными осями валов и зубчатыми муфтами Передний ход Задний ход Передача Муфты Зубчатые колеса Муфты Зубчатые колеса 7—1—5—12—11—14 7—1—6—15 8—2—5—12—11—14 8—2—6—15 9—3—5—12—11—14 9—3—6—15 10-4 5 12 11 14 10—4—6—15 Рис. 2.4. Кинематическая схема гидромеханической трансмиссии тракторов 31 ф4_ф6 __ фрикционные механизмы ключением на ходу, а также муфта сцепления — КП с переключением на ходу. В трансмиссиях тракторов 8-С, 10-С, 14-С используют дисковую гидроуправляемую муфту, включаемую автоматически при переключении передач или принудительно по желанию водителя, четырехступенчатую КП с быстродействующим гидроуправляемым реверсивным механизмом. Такая коробка передач обеспечивает два диапазона скоростей Для каждого диапазона скоростей передачи переключаются на ходу, а при переходе с одного диапазона на другой — при остановке с помощью зубчатой муфты. В результате применения муфты сцепления, наряду с индивидуальными фрикционными муфтами в КП, можно при отсутствии 2.2. Характеристика коробки передач с неподвижными осями валов и быстродействующим реверсивным механизмом Передний ход Задний ход Передача Фрикционное устройство Зубчатые колеса 2—3—4— 5^8-9-7 2—3—4—5 8—10—11 1—5—8— 1-5—8— Рис. 2.5. Кинематическая схема одноступенчатого планетарного механизма поворота трактора Т-180 Z£L
г
гидротрансформатора уменьшить потери на буксование индивидуальных фрикционных механизмов, выполнив их более компактными, менее требовательными к охлаждению и смазке. Для трансмиссии всех кинематических схем используют механизм поворота, в который включены бортовые фрикционные механизмы и тормоза. В кинематических схемах первого типа такой механизм поворота широко применяют для тракторов всех классов ввиду его значительной простоты, надежности и достаточной эффективности. В них используют также планетарные механизмы поворота (ПМП) как одноступенчатые, так и двухступенчатые. Одноступенчатый ПМП используют в отечественном тракторе Т-180 (рис. 2.5), а аналогичный по схеме двухступенчатый ПМП — в отечественном дизель-электрическом тракторе ДЭТ-250М (рис. 2.6). \По кинематической схеме второго типа выполняют тракторы легких классов с мощностью двигателя до 100 кВт или тяжелые тракторы с мощностью двигателя свыше 250 кВт. Особенностью схем второго типа является невозможность четкого разграничения коробок передач и механизмов поворота и выполнение одним агрегатом совмещенных функций. Примером кинематической схемы второго типа является отечественный трактор Т-330 (рис. 2.7, табл. 2.3) с мощностью двигателя 250 кВт.
HPj
~1_Г
ш
Рис. 2.6. Кинематическая схема электрической трансмиссии трактора ДЭТ-250М: } 1 — возбудитель тягового электродвигателя; 2 — силовой генератор; 3 — тяговый электродвигатель; 4 — тормоз ПМП; 5 — остановочный тормоз; 6,7 — гидронасосы
уц

1° ГТГП 16 ГТТТ1 77777    77777 I 3>—д)——= 777777 777777    I Рис. 2.7. Кинематическая схема ГМТ трактора Т-330
м Ш.
Схема трактора Т-330 также позволяет при включении любой из трех бортовых передач по бортам осуществлять раздельное реверсирование^    * В тракторе Т-800 с мощностью двигателя 590 кВт использована центральная коробка передач с быстродействующим реверсивным механизмом и двухступенчатые бортовые КП, которые в сочетании с тормозами обеспечивают поворот трактора. На тракторе D455 с мощностью двигателя 440 кВт использована МТУ, состоящая из одного двигателя, двух гидротрансформаторов, двух четырехступенчатых планетарных коробок передач с быстродействующим реверсивным механизмом, с двумя остановочными 2.3. Характеристика гидромеханической трансмиссии трактора Т-330 Передний ход Задний ход Передача Фрикци Зубчатые колеса механизма поворота Фрикци Зубчатые колеса механизма поворота онное устройство левого правого онное устройство левого правого Ф2ФвФ4Ф8 9—2—5— 9—12—15— 14—16—17 ф]фъфАф» Ф1Ф{Г1Т2 8—1—5— 8-U—15— 14—16—17 Ф3Ф7Ф4Ф8 ф3<г,-7'1г2 10—3—5— 10—13—15— 14—16—17 тормозами, двумя коническими передачами и блокировочным устрой* ством между левой и правой большими коническими шестернями. Единственным достоинством этой схемы следует считать почти полную унификацию бортовых трансмиссий с трансмиссией трактора D355 меньшей мощности. Для более мощного трактора (Ne = = 736 кВт) использована кинематическая схема первого типа с одной центральной передачей. На тракторах легких и средних классов применяют МТУ по кинематической схеме второго типа, например, трактора фирмы «Massy Ferguson» («Месси Фергюсон», США). Общим для трансмиссий указанных тракторов являлась возможность раздельного реверсирования левой и правой гусениц и поворота трактора радиусом, равным половине колеи. Передачи при этом переключаются в центральной части коробки передач одновременно для двух гусениц. Для тракторов с мощностью двигателя до 40 кВт фирма «J. I. Case» («Кейс», США) использует иную схему (рис. 2.8, табл. 2.4). В схеме МТУ этих тракторов применен на входе в КП двухступенчатый редуктор, в котором с помощью зубчатой муфты включается прямая и низшая передачи, реверсивный механизм, действующий на оба промежуточных вала КП, и двухступенчатые бортовые КП с переключением передач на ходу трактора. Для тракторов с мощностью двигателя от 50 до 100 кВт применяют трансмиссию, в которой фрикционные механизмы, осуществляющие реверсирование, перенесены на промежуточные валы с соответствующим увеличением общего их количества на два. Такая схема позволяет обеспечить как раздельное реверсирование, так и включение различных передач на каждой гусенице. Для тракторов легких и средних тяговых классов наиболее целесообразны кинематические схемы первого типа, обеспечивающие ■ наименьшую металлоемкость, минимальное число зубчатых колес и элементов управления. Для мощных тракторов при выборе типа схемы следует учитывать возможность их унификации с тракторами более низких тяговых классов. Схемы конечных передач практически полностью зависят от массы трактора. На самых легких тракторах (2—8 т) используют одноступенчатые редукторы. При компоновке тракторов необходимо ось ведущего колеса расположить ниже оси вала большой конической шестерни, редукторы выполнить несоосными с парой шестерен, имеющей неподвижные оси валов. С увеличением массы трактора увеличивается общее передаточное число трансмиссии, которое реализуется в конечной передаче. В связи с этим на тракторах с массой свыше 10 т используют двухступенчатые редукторы, на более легких — с двумя ступенями с неподвижными осями валов, на более тяжелых — первая ступень с неподвижными осями валов и вторая — планетарная. На тракторах, у которых ось качания тележки совпадает с осью ведущих колес, привод последних осуществляется от эпициклической шестерни планетарной передачи (см. рис. 2.7), а на тракторах с разделенными осями или упругой бестележечной подвеской — с водила планетарного ряда, что позволяет обеспечить 2 Гинзбург Ю. В. 33
А <р^ . з- - rv
I yH r2q ji imrttL'fimj 1_Г

:i—[Ши Liffil фг I I % 18 15 1ФГ1 ПФ1 Рис. 2.8. Кинематическая схема ГМТ гусеничного трактора «Кейс» 450
высокую технологичность и долговечность второй ступени (см. рис. 2.4 и 2.6). По мере увеличения массы трактора (свыше 60 т) требуемое передаточное число уже невозможно обеспечить и при комбинированной двухступенчатой конечной передаче. Кроме того, при традиционной компоновке трактора необходимо входной и выходной валы конечной передачи располагать на значительном расстоянии. Так, при традиционной компоновке трактора D550 использована трехступенчатая конечная передача: две ступени — с неподвижными осями валов (первая и вторая) и одна — планетарная (третья). 2.4. Характеристика ГМТ промышленного трактора 450 Передний ход Задний ход Передача Фрикци онное устрой Зубчатые колеса Фрикци онное устрой Зубчатые колеса (1 4) 7 10 к } 6-11-13 <*-« ~ТГ^ТТ~ (17 — 18 — 15 — 16 — 1 4) 7~1° } 6-11 — 13 (17-18-15 — 16- ФхФ*Ф* (1 4) 8~9 ' ' 6-12-14 Ф2Ф*Ф« <-> ^ ФХФАФ% (17 — 18—15 — 16 — 1 4) 8~9 > 6-12-14 (17 — 18—15 — 16 — ) 12 — 14 Примечание. В скобках даны общие участки трансмиссии, в числителе — правый борт, в знаменателе — левый. Рис. 2.9. Кинематическая схема ГМТ гусеничных тракторов D8L, D9L и D10 При применении на тракторах D8L, D9L и D10 ведущих колес малого диаметра, центр вращения которых поднят практически до горизонтальной плоскости валов большой конической шестерни и механизмов поворота, появилась возможность не устанавливать цилиндрическую пару шестерен для увеличения расстояния между входным и выходным валом конечной передачи и уменьшить также передаточное число трансмиссии. В результате такой компоновки была создана кинематическая схема ГМТ с соосной двухступенчатой планетарной конечной передачей, обеспечивающей и да 23, и приводом ведущего колеса с водила планетарного ряда (рис. 2.9). Элементы МТ следует включать в следующем порядке. Передача................ I    II    III Фрикционное устройство и тормоз .... Т2Ф11Т1Ф1 Т^Тц/ТуТ^ ТгТ31\Т.л Примечание. В числителе приведены дацные для переднего, в знаменателе — для заднего ходов. Кинематические схемы трансмиссий гусеничных тракторов-погрузчиков практически не отличаются от схем тракторов общего назначения. На колесных тракторах-погрузчиках и бульдозерах используют те же гидротрансформаторы и коробки передач, и вместо механизмов поворота — центральные передачи, межколесный и меж-осевой дифференциалы и колесные редукторы. На колесных тракторах применяют также комбинированные КП с планетарными элементами и валами, имеющими неподвижные оси. Благодаря использованию ступенчатой коробки передач с неподвижными осями валов, можно обеспечить расстояние между выходным валом и входным без установки дополнительной раздаточной коробки. Примером является КП колесного трактора-погрузчика 580 фирмы «Интернейшнл Харвестер» с двигателем мощностью 895 кВт Рис. 2.10. Кинематическая схема ГМТ колесного трактора-погрузчика (рис. 2.10). Элементы ГМТ трактора-погрузчика 580 включают в следующей последовательности : /т[н\ т 1 2 IF п , I ЦП| -
Передача .... I Фрикционное устройство и тормоз Ф1Т1!ФгТ1 Передача ....    II Фрикционное устройство и тормоз ФгТг!Ф^ Передача ....    III Фрикционное устройство и тормоз    ф1ф3/ф2ф3 Примечание: В числителе данные для переднего, в знаменателе — заднего ходов. 2.1.2. КОНСТРУКЦИЯ УЗЛОВ ^ТРАНСМИССИИ
Трансмиссия промышленного трактора состоит из муфты сцепления или гидротрансформатора, карданных передач и соединительных валов, коробки передач, центральной передачи, механизмов поворота*остановочных тормозов и конечных передач. ЖШ
Муфты сцепления. В современных конструкциях тракторов используют муфты сцепления двух типов: со смазочным материалом и без смазочного материала (сухие). Муфты сцепления можно включать вручную или с помощью сервопривода. Муфты сцепления без сервопривода применяют на легких тракторах с двигателем мощностью до 70 кВт, на более мощных тракторах — с сервомеханизмами различных видов. Например, муфта сцепления без смазочного материала отечественного трактора Т-180 (рис. 2.11) имеет пневматический сервомеханизм. Муфта сцепления со смазочным материалом трактора D7G также имеет сервопривод (рис. 2.12). Ведущие стальные диски 5 приводятся от маховика двигателя. Три ведомых диска 6 из спеченных материалов посажены на шлицы ведомого барабана 7. Через отверстие в барабане подается масло на промывку и охлаждение дисков. В выключенном состоянии находящиеся во фланце 3 пружины 2 отодвигают нажимной диск 4. Во включенном положении усилие от сервопривода передается через муфту 1 и рычаги с роликами 8 на нажимной диск 4, который, преодолевая сопротивление пружин 2, замыкает ведущие и ведомые диски. В некоторых случаях в ГМТ между двигателем и гидротрансформатором устанавливают так называемые модулирующие муфты сце- Рис 2.11. Муфта сцепления трактора Т-180: / — цапфа; 2 — подшипник; 3 — ведомый бврабан; 4 и 5 — ведомый и ведущий диски; 6 — маховик; 7 и 8 — сухарики; Р — опора; 10 — нажимной диск; 11 — фланец: /2 — рычаг; 13 — кольцо; /4 — карданный вал; 15 — пружина
пления, представляющие мно-годисковые фрикционные устройства с дисками, работающими в масле, и которые включают с помощью гидравлического бустера. Муфта рассчитана на неограниченно длительное буксование в режиме, задаваемом водителем. В модулирующей муфте сцепления тракторов 21В, 31 и 41В (рис. 2.13) ведущий фланец 1 соединен с маховиком- дви-. гателя. В ведущем фланце находится бустер 2 с поршнём 3, уплотненным стальными кольцами по внутреннему и внешнему диаметрам. Давление масла через поршень передается на пакет дисков 4. Ведущие диски соединены с корпусом 5, прикрепленным к ведущему фланцу. Ведомые диски находятся на шлицах вала 6, соединенного с насосным колесом гидротрансформатора. Управление муфтой сцепления осуществляется через ножную педаль. Кроме того, оно сблокировано с системой управления коробкой передач таким образом, что при переключении передач и реверсировании муфта сцепления автоматически выключается и включается. Модулирующая муфта сцепления позволяет: применять в конструкции коробки передач более компактные индивидуальные фрикционные устройства, так как основное усилие при трогании с места и переключении приходится на диски муфты; уменьшить динамичность и общую нагруженность узлов трансмиссии и двигателя и тем самым повысить их долговечность; при необходимости уменьшать скорость трактора вплоть до полной остановки (не выключая передачи), не уменьшая частоты вращения коленчатого вала двигателя и, соответственно, подачи гидронасосов; обеспечить пониженные («ползучие») скорости при устойчивой частоте вращения вала двигателя; т Рис. 2.12. Муфта сцепления трактора D7G при необходимости уменьшить мощность, передаваемую через трансмиссию, и одновременно увеличить ее долю, приходящуюся на гидропривод рабочего оборудования. Гидротрансформаторы. В гидродинамических передачах современных промышленных тракторов используют гидротрансформаторы нескольких типов. Наиболее распространен для тракторов общего назначения одноступенчатый комплексный гидротрансформатор с одним или двумя реакторными колесами. Такие гидротрансформаторы составляют основу типоразмерного ряда гидротрансформаторов НАТИ и их используют в конструкции ГМТ тракторов Т-130, Т-330 и других. Они просты по конструкции и обеспечивают требуемые показатели (КПД, прозрачность и др.). Рассмотрим, например, гидротрансформатор трактора D65E (рис. 2.14). Он выполнен отдельным блоком. Корпус 7 присоединен к двигателю, насосное колесо 6 приводится от коленчатого вала 1 двигателя через диск 3, Рис. 2.13. Модулирующее сцепление и гидротрансформатор тракторов моделей 21В, 31 и 41В турбинное колесо 2 установлено на валу 9, который опирается на шариковые подшипники. Два реакторных колеса 4 и 5 установлены на роликовых автологах, внутренняя обойма которых через полый вал 8 замыкается на корпус. От насосного колеса осуществляется привод подпитывающего гидронасоса. В некоторых случаях используют некомплексные гидротрансформаторы. Такие гидротрансформаторы применяют, например, для тракторов D8L, D9L и D10. Тогда их устанавливают в двухпоточной передаче (рис. 2.15). Мощность от двигателя передается на насосное колесо 4 и солнечную шестерню 6 планетарного ряда. С турбинного колеса 3 мощность передается через эпициклическую шестерню 5 и водило 2 планетарного ряда на вал 1. В результате применения двухпоточной передачи возможно увеличить максимальный КПД блока по сравнению с КПД гидротрансформатора (при одновременном некотором сужении диапазона высоких КПД по *гт), а также про- Рис. 2.14. Гидротрансформатор трак* тора D65E зрачность трансмиссии, что позволяет более полно использовать динамические свойства двигателя и дает водителю возможность контролировать работу двигателя на слух.
Важнейшей особенностью МТУ тракторов-погрузчиков является одновременный сопоставимый отбор мощности на движитель машины и на гидропривод рабочего оборудования, что приводит к уменьшению мощности, передаваемой с двигателя на движитель трактора, а также к изменению характеристик двигателя и гидротрансформатора. Для устранения этого недостатка на тракторах-погрузчиках начали применять гидротрансформаторы, обеспечивающие принудительное (по желанию водителя) уменьшение передаваемой на турбинное колесо мощности. Конструктивно Рис. 2.15. Двухпоточная передача (гидротрансформатор и планетарный ряд) тракторов D8L, D9L и D10 Рис. 2.16. Гидротрансформатор мощных колесных тракторов-погрузчиков: / — турбинное колесо; 2 — отключаемое насосное колесо; 3 — неотключаемое насосное колесо; 4 — нажимной диск; 5 — клапан; 6 — реактор
такое решение выполняют не-сколькими способами. Так, на ряде колесных тракторов-погрузчиков фирмы «Катерпиллар» используют гидротрансформатор с двумя насосными колесами, одно из которых приводится непосредственно от коленчатого вала двигателя, а второе — через дисковую муфту сцепления (рис. 2.16). Нажимной диск муфты сцепления является одновременно поршнем гидравлического бустера, и усилие на нем определяется давлением масла в бустере. Благодаря тому, что диски находятся в масляной ванне и имеется возможность их неограниченной пробуксовки, водитель с помощью специальной педали -(изменяя давление в системе) может управлять энергоемкостью гидротрансформатора, т. е. мощностью, передаваемой на колеса трактора, от максимальной до минимальной. Эту же задачу решают, используя одноступенчатый некомплексный гидротрансформатор с регулируемыми лопатками. Лопатками управляют с помощью специальной педали, при нажатии на которую мощность и тяговое усилие трактора снижаются от максимальных значений до нуля. Одновременно систему регулирования лопаток используют для уменьшения нагрузок в трансмиссии и обеспечения плавности трогания при переключении передач и реверсировании. С помощью автоматической системы управления в процессе переключения передач лопатки поворачиваются, снижая энергоемкость гидротрансформатора до нуля, а затем возвращаются в исходное положение для передачи полной мощности. Коробки передач. В современных МТУ используют коробки передач двух видов: планетарную и с неподвижными осями валов. Их выполняют с переключением передач как на ходу, так и при остановке трактора. Планетарные коробки передач используют, как правило, в ГМТ. В .частности, планетарные КП устанавливает на тракторе Т-130, тракторах фирм «Катерпиллар», «Комацу» и др. Планетарная коробка передач трактора D7G (рис. 2.17), выпрл-нена в цилиндрическом корпусе, через который проходит ведущий вал 9, опирающийся на шариковый подшипник со стороны двигателя,, и роликовый — со стороны центральной передачи. В передней части вала на шлицах установлены солнечные шестерни двух планетарных рядов 7 и 8, выполняющих роль реверсивного механизму. Три последующих планетарных ряда, обеспечивающие три передачи, смонтированы на трубчатом валу 1, момент с которого передается to малую шестерню цилиндрического редуктора и оттуда — через 4JL Рис. 2.17. Планетарная КП трактора D7G большую шестерню на центральную передачу. Включение передач и реверсирование осуществляются дисковыми тормозами 10—14 одинакового диаметра, включаемыми с помощью гидравлических бустеров 2—6, поршни которых уплотнены металлическими кольцами. Применение в качестве управляющих элементов дисковых тормозов позволяет избежать вращающихся уплотнений и обеспечить подвод жидкости в бустера через отверстия в корпусе коробки. Такие КП имеют тракторы D3, D4, D5 и D6C. Тракторы D8L, D9L и D10 оборудованы корсбкой передач другой конструкции (рис. 2.18). Крутящий момент с турбинного колеса гидротрансформатора передается на торсионный вал 9, опирающийся на хвостовую часть корпуса КП, через водило планетарного ряда при помощи шарикового подшипника. Солнечные шестерни планетарных рядов реверсивного 1 и прямого хода 2 расположены на валу 9. Два последующих планетарных ряда 4 и 6 обеспечивают три передаточных числа, Переключение передач осуществляется Рис. 2.18. Планетарная КП трактора D9L четырьмя дисковыми тормозами 3, 5, 10, 11 и одним фрикционным устройством 7. Таким образом, в отличие от ранее применяемой схемы, в схему КП введен вращающийся фрикционный элемент, масло к которому подводится через устройство 8. Это позволило сократить количество планетарных рядов до четырех и уменьшить размеры КП. В ГМТ некоторых отечественных и зарубежных тракторов используют КП с неподвижными осями валов и переключением передач на ходу (рис. 2.19). Например, такие КП устанавливают на трактор Т-330, тракторы фирм «Фиат-Аллис», «Месси-Фергюсон—Ганомаг» и другие. Коробка передач имеет зубчатые колеса постоянного зацепления, вращающиеся на подшипниках скольжения и включаемые с помощью сдвоенных и одинарной гидроуправляемых фрикционных муфт. Фрикционные устройства и зубчатые колеса расположены на коротких жестких валах, опирающихся на роликовые подшипники. Масло к вращающимся фрикционным элементам подводится через вращающиеся уплотнения на концах валов в передней стенке КП. Рассмотренная КП имеет сравнительно небольшую длину, значительное число валов и увеличенные ширину' и высоту. Рис. 2.19. Коробка передач тракторов 31 и 41В При использовании комбинированной схемы (рис. 2.20) КП получают значительное уменьшение размеров. В данной конструкции часть КП с неподвижными осями валов представляет собой реверсивный механизм, а планетарная часть — трехступенчатый редуктор. Ведущий 3 и промежуточный 4 валы (очень короткие) опираются на роликовые подшипники. От части КП, обеспечивающей реверсирование, крутящий момент передается на компактный планетарный блок. Три значения передаточных чисел обеспечиваются! двумя дисковыми тормозами 1 и 2 и одним фрикционным устройством 6. Подвод масла к бустерам тормозов осуществляется через, отверстия в корпусе, а к фрикционному устройству — через вращающиеся уплотнения на свободном от зубчатого колеса конце выходного вала 5. Механизмы поворота и тормоза. Конструкция бортовых фрикционных механизмов поворота базируется на вращающихся фрикционных устройствах и остановочных тормозах. Бортовое фрикционное устройство представляет собой многодисковую фрикционную* муфту с дисками из спеченных материалов, работающими в масляной ванне (рис. 2.21). Во включенном положении диски 1 замкнуты через нажимной диск 2 с помощью цилиндрических спиральных Рис. 2.20. Комбинированная КП колесного трактора-погрузчика Рис 2.21. Бортовое фрикционное уст ройство трактора D7G Рис. 2.22. Механизм поворота трактора D9L пружин 3, расположенных на пальцах нажимного диска. При выключении фрикционного устройства масло подается в полость бустера 5 и кольцевой поршень 4, преодолевая сопротивление пружин, отводит нажимной диск 2 и освобождает ведущие и ведомые диски. Как правило, используют ленточные тормоза, работающие в масле и управляемые с помощью гидроусилителя. На более тяжелых тракторах широко применяют дисковые тормоза (рис. 2.22). Дисковый тормоз в данной конструкции унифицирован по дискам, поршням гидравлических бустеров и нажимным пруЖинам с бортовым фрикционом. Тормоз постоянно замкнут с помощью набора тарельчатых пружин 1, воздействующих через нажимной диск-поршень 4 на пакет Рис. 2.23. Дисковый тормоз колесного трактора-погрузчика 980 дисков из спеченных материалов. При этом диски с внутренними зубьями установлены на шлицах ведущего барабана бортового фрикционного устройства. Подвод масла к бустеру тормоза осу-, ществляется через каналы в корпусе, а к бустеру фрикционного устройства — через вращающиеся уплотнения 2, 10 и каналы в барабанах 3. При этом внутренний элемент бустера фрикциона 9 вращается на роликовых подшипниках вместе с ведомым барабаном 6, болтами 7 и поршнем 8. При движении или стоянке трактора с выключенными тормозами масло подается в бустер тормоза 5 и отжимает диск 4. При уменьшении давления в магистрали как управляемом, так и случайном (неисправность системы управления), пружины 1 замыкают диски и блокируют ведущий барабан фрикциона и далее — ведущие колеса. Дисковые тормоза широко используют в колесных тракторах-погрузчиках (рис. 2.23). В рассматриваемой конструкции барабан 4 соединен с корпусом моста трактора. В барабане установлен кольцевой поршень 2 масляного бустера, масло к которому подводится через штуцер 3. Кольцевой поршень 2 является одновременно нажимным диском, который при выключенном тормозе отводится от Дисков с помощью пружин 1. Ведомые диски 5 с внутренними шлицами надеты на вращающуюся ступицу колеса. При подаче масла в бустер диски замыкаются и происходит торможение. Диски тормоза смазываются и охлаждаются маслом. 1 2 3 4 Рис. 2.24. Планетарный механизм поворота трактора ДЭТ-250М: 1,2 — барабан; 3 — сателлиты; 4,5 — муфты; 6 — фланец; 7 — солнечная шестерня; 8 — водило; 9 — эпициклическое зубчатое колесо; 10 — фрикционное устройство; И — фланец; 12 — отверстие для подвода масла; 13 — прокладка; 14 — кольцо; 15 — вал; 16 — штуцер; 17 — манжеты; 18 — нажимной диск Примером двухступенчатого планетарного механизма поворота является ПМП трактора ДЭТ-250М (рис. 2.24). Мощность от главной передачи передается на эпициклическое зубчатое колесо планетарного ряда и с водила — на вал 15 бортового редуктора. Солнечная шестерня 7 соединена с барабаном ленточного тормоза ПМП и ведущим барабаном фрикционного устройства. Диски поджимают с помощью гидравлического бустера через нажимной диск 18. Конечные передачи. Конструкция комбинированной конечной передачи традиционного типа (рис. 2.25) включает в себя первую ступень с неподвижными осями валов и зубчатыми колесами 2 и 14, при этом ведомое колесо насажено на вал 15 с нарезанными зубьями, являющийся солнечной шестерней планетарного ряда, эпицикли- Рис. 2.25. Конечная передача трактора ДЭТ-250М: 1 — крышка; 2, 14 — зубчатые колеса; 3 — картер; 4 — сателлит; 5 — эпицикл; 6 — кронштейн; 7 — венец; 8 — пробка; 9, 10 — муфта; 11 — водило; 12 — барабан; 13 — ось сателлита; 1,5 — солнечная шестерня ческое зубчатое колесо которого крепят к корпусу конечной передачи. Привод ведущего колеса осуществляется с водила планетарного ряда. На тракторах D8L, D9L и D10 используют соосную двухступенчатую планетарную конечную передачу (рис. 2.26). Крутящий момент с полуоси 6 передается на солнечную шестерню первого планетарного ряда, затем через водило 1 первого планетарного ряда — на солнечную шестерню второго планетарного ряда, с водила 3 которого осуществляется привод барабана 5, связанного с ведущим колесом трактора. Эпициклическое колесо 2 является общим для двух планетарных рядов и через диск 4 связано с корпусом редуктора.    '    '    '    ' Рис. 2.26. Конечная передача трактора D9L 2.2. ХОДОВЫЕ СИСТЕМЫ ч
Подвески. Ходовые системы гусеничных промышленных тракторов можно с определенной степенью условности разделить на четыре группы: ходовые системы с жесткой подвеской, с полужесткой подвеской, с упругой подвеской (балансирной и индивидуальной) и смешанной подвеской. Традиционной схемой, получившей на промышленных тракторах (Т-4АП2, Т-130, D3, D4, D5, D6C, D7G и др.) наибольшее распространение, является полужесткая трехточечная подвеска, в которой левая и правая рамы гусеничных тележек качаются вокруг оси ведущих колес или специальной оси, закрепленной на раме трактора. В передней части рамы шарнирно закреплена многолистовая рессора для тракторов (Т-4АП2, Т-130М) или попереч- Рис. 2.27. Конструктивная схема ходовой части трактора D9G ная качающаяся балансирная балка, которая опирается на гусеничные тележки. Например, в подвеске трактора D9G балансирная балка при качании упирается в резиновые амортизаторы /, закрепленные на раме трактора, и резиновые подушки 2, установленные на гусеничных тележках (рис. 2.27). При наезде одной гусеницы на препятствие сжимается соответствующий амортизатор 1 и работают резиновые подушки 2 на рамах гусеничных тележек. При переезде через препятствие двумя гусеницами одновременно работают резиновые упоры на гусеничных тележках, а усилие с балансирной балки передается через ось качания непосредственно на раму. При иолужесткой подвеске трактора (рис. 2.28), при качании рамы гусеничной тележки вокруг оси, закрепленной в раме трактора, при наезде одной гусеницы на препятствие усилие передается на кривошип, связанный с соответствующим продольным торсионом круглого сечения, который в свою очередь передает это усилие через рычажную систему на торсион противоположного борта. Таким * образом, в работе постоянно участвуют два продольных торсиона, Рис. 2.28. Конструктивная схема подвески гусеничных тракторов фирмы «Кейс»: 1 — гусеничные тележки; 2 — торсионы; 3 — балансирная штанга Рис. 2.29. Ходовая система трактора Т-180: 1 — рычажная система; 2 — двухплечий балансир; 3 — ось каретки; 4 — опорный каток; 5 — балансир; 6,8,9 — торсионы; 7 — резиновое кольцо; 10 — лонжероны рамы что дает возможность обеспечить достаточно низкий коэффициент жесткости в малых размерах. В ходовых системах с полужесткой подвеской направляющие и ведущие колеса незначительно приподняты над грунтом и при работе практически являются опорными. Упругие подвески с балансирным элементом широко известны (тракторы ДТ-75, Т-180). Например, подвеска трактора Т-180 (рис. 2.29) состоит из шести катков, объединенных в три каретки. Оси 3 качания кареток прикреплены к балансирам 5, которые соединены с пластинчатыми пучковыми торсионами 6, 8, 9. Основной ее особенностью является то, что для сохранения трехточечной схемы опоры трактора на грунт торсионы первых кареток через систему рычагов связаны между собой, что обеспечивает взаимную связь левой и правой кареток. Примером индивидуальной упругой подвески служит подвеска трактора ДЭТ-250М, которая имеет индивидуальные опорные катки с торсионным упругим элементом (рис. 2.30). Ведущие и направляющие колеса трактора приподняты над грунтом. В последние годы на промышленных тракторах начали применять смешанные подвески, которые удачно сочетают преимущества трехточечной схемы опоры трактора на грунт с индивидуальным под-рессориванием опорных катков. Первой конструкцией такого типа ‘ явилась ходовая система отечественного трактора Т-330 (рис. 2.31). Указанная ходовая система включает гусеничные тележки, качающиеся вокруг оси ведущих колес, балансирную балку без амортизаторов и опорные катки, закрепленные на коротких торсионах. По другой конструктивной схеме смешанной подвески трактора (рис. 2.32) гусеничные тележки качаются вокруг специальной оси, а. Т. 0200 01162,8 Рис. 2.32. Конструктивная схема ходовой системы тракторов D8L, D9L и D10: 1 — направляющее колесо; 2 — гидравлический механизм натяжения гусеницы; 3 — резиновые амортизаторы; 4 — ведущее колесо; 5 — поперечная балка; 6 — сферический подшипник заделанной в раму трактора, и опираются на поперечную балансир-ную балку, закрепленную на пальце в раме трактора и на сферических подшипниках в рамах гусеничных тележек. Восемь опорных катков объединены попарно в четыре каретки, балансиры которых опираются на резиновые амортизаторы. Первая и четвертая каретки объединены t передним и задним направляющими колесами. Объединенные каретки качаются вокруг осей в раме трактора. Подвеска трактора D555 фирмы «Комацу» включает гусеничные тележки, качающиеся вокруг оси, расположенной впереди ведущих колес, балансирную балку с резиновыми амортизаторами и опорные катки, объединенные в четыре каретки попарно. Особенностью указанной подвески является то, что направляющие и ведущие колеса снабжены вмонтированными резиновыми бандажами, обеспечивающими их микроподрессоривание, а катки в каретках качаются на отдельных балансирах (по Х-образной схеме), каждый из которых опирается на резиновый амортизатор. У колесного трактора (как правило, трактора-погрузчика или бульдозера) передние мосты крепят к передней полураме трактора жестко, а к задней — балансирно, без упругих элементов. Такая конструкция подвески обеспечивает контакт всех колес с грунтом при езде по неровностям и исключает раскачку передней части трактора при движении с грузом в ковше. Механизмы натяжения. При конструировании механизмов натяжения и сдавания в основном применяют гидравлические натяжители с пружинным сдающим звеном. Однако в последнее время начали использовать пневмогидравлические механизмы натяжения и сдавания. Такой механизм, применяемый на тракторах фирмы «Терекс» (США), представляет собой цилиндр, корпус которого закреплен на раме гусеничной тележки. В цилиндр входит поршень, шток которого служит вилкой оси направляющего колеса. Под поршнем находится азот под давлением 9 МПа, штоковая полость заполняется специальным полужидким смазывающим материалом. Натяжение гусениц поддерживается давлением азота и регулируется количеством смазочного материала в штоковой полости. Для ослабления натяжения гусениц необходимо добавить смазочный материал рис. 2.33. Смазываемый шарнир гусеницы трактора фирмы «Катерпиллар»: / — полость, заполненная маслом; 2 — втулка;
3 — резиновое уплотнение с разжимным кольцом; 4 — звено; 5 — палец; 6 — резиновая заглушка с пластиковой пробкой; 7 — упорное кольцо; 8 — канал маслоподводящий в штоковую полость, а для усиления натяжения гусениц — выпустить некоторую его часть. В ходовых системах промышленных тракторов широко используют торцовые уплотнения опорных и поддерживающих катков, а также направляющих колес, обеспечивающие несменяемость смазочного материала в течение всего срока службы узла. На промышленных тракторах также применяют уплотненные смазываемые шарниры (рис. 2.33) гусениц и замыкающие звенья гусеничной цепи вместо замыкающего пальца. Применение указанных конструкций позволяет улучшить показатели надежности гусеницы. 2.3. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ОБОРУДОВАНИЕМ ДЛЯ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ В системах управления рабочим оборудованием, устанавливаемых на промышленный трактор, широко используют гидропривод. Наиболее важными общими тенденциями развития систем управления являются повышение рабочего давления, приводящее к снижению металлоемкости, повышение надежности гидросистем в результате применения автоматического выключения гидропривода по завершению определенной операции, разнообразных устройств (клапанов), разгружающих и предохраняющих систему как от перегрузок по давлению, так и от образования вакуума (разрыва потока), а также улучшение качества очистки рабочей жидкости. Для гусеничного трактора общего назначения необходимо обеспечить управление цилиндрами, как минимум, трех групп: подъема и опускания отвала бульдозера, перекоса отвала, подъема и опускания рыхлителя. При некоторых конструкциях дополнительно устанавливают цилиндры поворота стоек рыхлителя. Например: в системе управления рабочим оборудованием трактора D-65E фирмы «Комацу» с Ne т= 114 кВт (рис. 2.34) имеется два трехпозиционных распределителя 4 управления перекосом отвала и подъема — опускания рыхлителя 6 (нейтральное, подъем, опускание) и четырехпозиционный распределитель 5 управления бульдозером (подъем, опускание, нейтральное и плавающее положения). Система содержит предохранительный клапан 2, который соединяет нагнетающую магистраль насоса 1 со сливной при давлении 14,0 МПа. В запертых полостях Цилиндра 10 рыхлителя могут быть значительные колебания давле- fl
ТТ

i
10
м&
ф=®
/тт
л/
й
НЕ
Х>
1
3>
и
L,

М
Рис. 2.34. Система управления навесным рабочим оборудованием трактора D-65E ния, поэтому в каждой полости установлен предохранительный клапан 8 или 9, при срабатывании которого в противоположную полость поступает масло из сливной полости через обратный клапан 7. Для управления перекосом отвала требуется значительно меньшая подача насоса, чем для управления остальными операциями. Поэтому делитель 3 потока с дроссельной заслонкой при включении Рис. 2.35. Система управления навесным рабочим оборудованием трактор а-погрузни ка 980С золотника управления перекосом перепускает на слив около 80 % потока масла. На тракторах-погрузчиках используют схему (рис. 2.35), в которой имеется сервомеханизм управления исполнительными золотниками. Водитель воздействует на золотники 1 и 2 управляющего клапана. Золотник 1 имеет три положения, соответствующие нейтрали, повороту ковша по часовой стрелке и против часовой стрелки, а золотник 2 имеет четыре положения, соответствующие, нейтрали, подъему и опусканию стрелы и плавающему положению. При перемещении вправо или влево золотника 1 подается управляющий поток в золотник 4 исполнительного клапана, клапан перемещается и соединяет с линиями нагнетания и слива полости цилиндра 6 поворота ковша. Аналогично с помощью золотника 2 и золотника 3 исполнительного клапана осуществляется подъем и опускание стрелы (цилиндр 5). Золотники (/ и 2) управляющего клапана и (3 и 4) исполнительных клапанов удерживаются в нейтральном положении с помощью пружин. Плавающее положение, необходимое при разработке трактором-погрузчиком карьера (бульдозерная работа), достигается соединением одновременно с линиями нагнетания и слива обоих полостей цилиндров подъема стрелы с помощью клапана 7. В гидросистеме трактора-погрузчика 980С имеются два насоса: односекционный 8 и двухсекционный 9. Одна из секций насоса 9 соединена с системой 10 управления поворотом, а другая — с контуром управления работой оборудования. В обоих контурах (управления и исполнительном) имеются предохранительные клапаны Иногда в гидросистемах управления трактором-погрузчиком устанавливают автоматические устройства для ограничения высоты подъ--ема ковша, угла поворота ковша при разгрузке, а также для установки стрелы и ковша в исходное положение для набора. В результате применения таких автоматических устройств улучшается режим работы гидросистемы и облегчается управление трактором-погруз-чиком. ГЛАВА 3 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТРАКТОРОВ 3.1. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТРАКТОРОВ КАК БАЗЫ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН В книге не используют экономические оценки, так как рассматривают только технические аспекты эффективности тракторов и оптимизации их параметров. Обобщенными техническими критериями оценки эффективности трактора, как базы дорожно-строительного агрегата, являются производительность агрегата и расход топлива на единицу этой производительности. Указанная производительность будет зависеть не только от параметров трактора, но и от типа агрегата и эксплуатационных условий. Игнорирование типа агрегата и эксплуатационных условий может привести к серьезной ошибке в оценке базового трактора и нерациональному выбору его основных показателей. Например, увеличение тягового усилия трактора общего назначения, агрегати-рованного с бульдозером, может быть эффективно, если на трактор дополнительно навесить рыхлитель, увеличивающий сцепной вес трактора, и вредно, если трактор агрегатировать с прицепным скрепером, уменьшающим его сцепной вес. При агрегатировании с одним и тем же оборудованием увеличение тягового усилия будет целесообразным для плотного грунта, обусловливающего увеличение сцепных свойств трактора, а нецелесообразным при работе на легком грунте. Различают несколько видов производительности трактора. Для экономических оценок определяют эксплуатационную производительность, т. е. производительность за год или за срок службы трактора. Она может быть определена как объем грунта, разработанного агрегатом за срок службы или за год, или как произведение производительности за малую единицу времени, например 1 ч, на фонд рабочего времени за срок службы или за год. При этом фонд рабочего времени обусловливается факторами, не имеющими прямого отношения к тягово-скоростной характеристике трактора, а именно, показателями надежности, организационными, климатическими и другими. Вследствие этого при оценке тягово-скоростных показателей производительность трактора можно рассматривать за малую единицу времени без учета простоев. Такая производительность называется технической и, как правило, ее определяют как объем разработанного и перемещенного грунта за час работы [14]. Техническая производительность трактора в агрегате с дорожностроительными машинами для заданных условий и типа агрегатирования П = Kbwr/Tiv    (3.1) где Кь — коэффициент размерности; Wr — объем грунта, перемещаемый агрегатом за цикл; Тц — время цикла. Техническая производительность является функцией как конструкции и параметров рабочего оборудования, так и показателей базового трактора. Объем грунтовой призмы, например бульдозерного агрегата, является комплексной функцией параметров отвала (размеров, угла резания, геометрии и других), характеристик грунта (коэффициентов и зависимостей), дистанции набора призмы и усилия копания. Из указанных аргументов лишь усилие копания, пропорциональное тяговому усилию на крюке трактора, является составляющей тяговой характеристики, а остальные показатели характеризуют рабочее оборудование, технологию и грунт. Время цикла в равной степени зависит от скорости рабочего и холостого ходов, являющихся функциональными показателями характеристики трактора, и дистанции Sp разработки и перемещения грунта, отражающей эксплуатационные условия. В то же время желательным было бы наличие критерия, пре-валирующе оценивающего базовый трактор с точки зрения его роли в композиции факторов, определяющих производительность агрегата. Для сельскохозяйственного трактора таким критерием служит мощность на крюке, или тяговый КПД [20, 29]. Оценка трактора по мощности на крюке является в достаточной степени правомочной, если трактор используют как базу для агрегатов, рабочий цикл которых практически состоит из одного рабочего хода, а доля холостых пробегов пренебрежимо мала. Эффективность же агрегата при цикличном характере работы не является прямо пропорциональной мощности на крюке в рабочем элементе цикла, так как сомножители, определяющие NKp, т. е. Ркр и vp, не равнозначны. Отсюда энергетический критерий оценки промышленного трактора может быть определен, исходя из выражения полезной работы, совершенной трактором с оборудованием в единицу времени, с учетом составляющих рабочего цикла дорожно-строительного агрегата. Полезная работа трактора в единицу времени Л = Аф0рт.    (3.2) Коэффициент использования времени т = 7УГЦ,    (3.3) где    время соответственно рабочего хода и цикла. Конкретный вид выражения для определения энергетического критерия оценки эффективности будет зависеть от типа агрегата. Также от типа агрегата зависит целесообразность использования одного из двух указанных критериев эффективности (технической производительности или полезной работы в единицу времени). Рассмотрим сначала работу трактора общего назначения в агрегате с бульдозером (и рыхлителем при цикличной технологии). При этом время цикла Гц - Грх + Тхх + Тост = Sp/yp + Sxx/Vxx ~Ь Тост»    (3-4) гДе Трх» Т'ост — продолжительность соответственно рабочего хода, холостого хода и остановок; Sp, Sxx — дистанции рабочего и холостого ходов; ухх — скорости рабочего и холостого ходов. Подставив выражение (3.4) в формулу (3.3) и выполнив преобразования, получим 1 + (1Д>ХХ + Т’ост/Зр) ур Подставив выражение (3.5) в уравнение (3.2) и выразив произведение РКр^р через AfKp, получим формулу полезной работы за единицу времени цикла: А =- .-"кр    .    (3.6) 1 I / 1 I 1 ост \ Из формулы (3.6) следует, что работа за единицу времени цикла зависит не только от мощности на крюке, но и от рабочей скорости, т. е. от соотношения между скоростью и тяговым усилием при равной мощности на крюке, а также от составляющих, определяющих холостой элемент цикла, —скорости холостого хода и, времени остановок. Величину А будем называть энергетическим потенциалом производительности (ЭПП) при постоянном тяговом усилии. По физической сущности ЭПП представляет собой энергию, передаваемую трактором на рабочее оборудование в процессе рабочего элемента цикла (элемента, при котором выполняется полезная работа) и приходящуюся на единицу времени полного технологического цикла (сумма времени рабочего и холостого элементов цикла) при работе с данным оборудованием. Таким образом, энергетический потенциал производительности трактора будет иметь размерность Н м/с [см. формулу (3.6)], т. е. размерность мощности (ватт или киловатт). Соотношение ЭПП и NKn рассмотрим на примере трактора с двигателем мощностью 58,8 кВт, являющегося базой для агрегата массой 10 т. Тяговая характеристика этого трактора приведена на рис. 3.1. Из рис. 3.1 видно, что функции А (Ркр) и NKV (Ркр) имеют максимум при различных значениях Ркр. При этом абсолютный максимум функции А (Ркр) примерно на 30 % меньше максимума А^кр (РКр)- Следовательно, NKp не может быть объективным критерием оценки тягового усилия и скорости для промышленного трактора. Физическую сущность рассмотренного явления можно сформулировать следующим образом. Работа при повышенном тяговом усилии и пониженной скорости (см. рис. 3.1, зона Ркр = 70^-90 кН) более выгодна, несмотря на некоторое уменьшение NKр, чем работа при Лф = 504-70 кН, так как при этом сокращается число циклов 60 Рис. 3.1. Тяговая характеристи- N ,А ка трактора с двигателем мощ- Kta’ ностыо 58,8 кВт (6 — коэффициент буксования) в единицу времени работы, а следовательно, и число 20 холостых ходов, что снижает долю непроизводи- 10 тельно затрачиваемого времени.    о 20
Из этого следует, что для промышленного трактора общего назначения при заданной мощности двигателя тяговое усилие должно быть как можно больше, а рабочая скорость — как можно меньше. Однако увеличение тягового усилия для агрегата такой массы ограничено буксованием трактора, вследствие чего существуют оптимальные тяговые усилия, в данном случае оптимальные Рщ> = 70-^90 кН [6, 23]. Сравнивая формулы (3.6) и (3.1), можно увидеть, что они отражают структуру цикла агрегата при неэквивалентном влиянии на эффективность силового и скоростного факторов тяговой характеристики. Из числа основных различий этих формул можно выделить два. Первое различие состоит в том, что цикловая работа в единицу времени, как любая мощность, есть произведение тягового усилия на скорость, а скорость — частное от деления дистанции разработки грунта на время рабочего хода. В то же время выражение технической производительности [см. формулу (3.1)] содержит дистанцию разработки грунта как компонент, изменяющий время цикла. Отсюда, . если по формуле (3.6) изменение Sp лишь в малой степени корректирует ЭПП, то техническая производительность по формуле (3.1) изменяется прямо пропорционально Sp, т. е. с увеличением дистанции перемещения грунта в два раза техническая производительность агрегата уменьшается также почти в два раза, в то время как энергетический потенциал производительности практически от этого не изменяется. Вторым различием является то, что характеристики грунта по-разному влияют на оба рассматриваемых критерия. Так, с увеличением плотности и трудности разработки грунта техническая производительность вследствие уменьшения объема призмы и увеличения времени цикла будет монотонно уменьшаться, в то время как тяговое усилие будет повышаться до определенного предела и вызывать соответствующее увеличение ЭПП. Поэтому критерий ЭПП для трактора общего назначения предпочтительнее. Он исключает несоответствие между энергоотдачей трактора, с одной стороны, и объемом грунта, разработанного агрегатом, и дистанцией его перемещения, с другой стороны. Существенным является и тот факт, что для такого агрегата, как рыхлитель, объем призмы, как таковой, не определяется и достаточно точный расчет технической производительности просто невозможен. Следовательно, если принять за критерий техническую производительность, то будет отсутствовать единая критериальная основа для оптимизации показателей трактора общего назначения как базы дорожно-строительных машин. При определенных рабочем оборудовании трактора, грунтовых и технологических условиях техническая производительность эквивалентна ЭПП и может быть использована как частный критерий оценки эффективности трактора при расчетах и экспериментальных исследованиях. Очевидно, что детерминированное уравнение (3.6) и зависимость А (Ркр), рассчитанная на его основе (см. рис. 3.1), имеют смысл при условии обеспечения постоянного тягового усилия в процессе выполнения рабочего элемента цикла. Это возможно только при наличии идеального автоматического управления оборудованием, обеспечивающим такое условие. Таким образом, выражение (3.6) целесообразно использовать при решении узкого круга задач, например, при выборе и обосновании номинального тягового усилия трактора. Практически при работе промышленного трактора общего назначения тяговое усилие в процессе рабочего элемента цикла изменяется в широких пределах. Поэтому любой энергетический критерий оценки производительности трактора должен опираться на факт непрерывного изменения тягового усилия трактора с той или иной частотой и амплитудой, т. е. на случайную функцию тягового усилия на крюке или ведущих колесах Ркр (t) или Рк (t). Вследствие этого мощность на крюке А'кр, являющаяся функцией тягового усилия на крюке Ркр, будет изменяться в определенных пределах и в формулу (3.6) должна входить в виде математического ожидания NKp, так же как и скорость vp рабочего хода. Применительно к фиксированным параметрам функции Ркр (t) указанную величину назовем частным энергетическим потенциалом производительности (ЧЭПП) и обозначим Р. Рассмотрим тяговое усилие как семейство случайных величин, зависящих от параметра t, и интерпретируем этот параметр как время. В соответствии с принятым в теории случайных процессов определением возможна классификация изменения тягового усилия как случайного процесса, когда параметр i имеет произвольное множество Т, т. е. Ркр (^), t £ Т, и как случайной величины Ркр при фиксированном значении t £ Т, распределенной по какому-либо закону / (Ркр)- Начнем с более простого варианта, если Ркр является случайной величиной, то частный энергетический потенциал производительности j -VКр (Ркр) / (^кр) dPкр
<<< Предыдущая страница  1  2    Следующая страница >>>


1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я