УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТНО-ТЯГОВЫЙ АГРЕГАТ
Мироненко А. В.
студент,
Липецкий государственный технический университет
Гребеньков Д. В.
кандидат технических наук, доцент,
Липецкий государственный технический университет
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТНО-ТЯГОВЫЙ АГРЕГАТ
В настоящее время в связи с отсутствием спроса среди сельхозпроизводителей на отечественные колесные тракторы, а также отсутствием предложения таких тракторов российскими производителями, может быть актуально создание не специализированного колесного сельскохозяйственного трактора, а универсального транспортно-тягового агрегата (УТТА) с возможностью использования его в качестве с/х трактора.
Типичными представителями с/х тракторов общего назначения шарнирно-сочлененной схемы являются широко известные тракторы Т-150К и тракторы семейства К-700. Остов этих тракторов состоит из двух полурам соединенных вертикальных шарниром, колеса неуправляемые, изменение направления движения осуществляется поворотом полурам относительно друг друга. На базе этих тракторов выпускались различные модификации для использования в строительстве, дорожных работах и т. п. Однако использование для изменения направления движения шарнирно-сочлененной рамы с вертикальным шарниром накладывает определенные ограничения на использование тракторов такого типа на транспортных операциях с повышенными скоростями.
Типичным представителем тракторов интегральной схемы является трактор ЛТЗ-145 (позднее ЛТЗ-155). Тракторы этого типа более универсальны при с/х применении, но менее приспособлены для создания модификаций, предназначенных для альтернативного применения, ввиду отсутствия несущей рамы и глубокой интеграции узлов и агрегатов.
Общим недостатком названных моделей тракторов с точки зрения концепции УТТА можно считать безвариантность исполнения трансмиссии трактора, за исключением наличия или отсутствия ходоуменьшителя. Все они имеют однотипные коробки передач с шестернями постоянного зацепления и переключение передач гидроподжимными фрикционными муфтами с малым соотношением смежных передач, оптимизированными для выполнения с/х операций. Для выполнения транспортных работ более оптимальными представляются механические коробки передач автомобильного типа с расширенным диапазоном передаточных чисел.
В основе концепции УТТА (рис. 1) лежит модульная конструкция, позволяющая компоновать агрегат из отдельных модулей. Это достигается благодаря применению несущей рамы (в отличие от ЛТЗ-155), состоящей из двух полурам, соединенных между собой (в отличие от трактора Т-150К) разъемным горизонтальным шарниром, позволяющим полурамам прокачиваться относительно друг друга в поперечной плоскости. Такая конструкция остова обеспечивает равномерное распределение нагрузки по колесам при движении по неровностям, уменьшает изгибающие и скручивающие нагрузки на раму. На передней полураме установлен силовой блок, включающий двигатель, сблоченный с коробкой передач и раздаточной коробкой с ходоуменьшителем. К передней полураме крепится передний управляемый ведущий мост (возможны варианты, как с жестким креплением, так и с подрессоренным). Задняя полурама предназначена для крепления к ней заднего моста, который может быть как с неуправляемыми, так и с управляемыми колесами, заднего навесного устройства, а так же установки различного специального оборудования на площадке над задним мостом.
Рисунок 1 – Схема модульного построения УТТА
1 – передние колеса; 2 – передний мост; 3 – передняя секция рамы; 4 - двигатель; 5 – сцепление; 6 – коробка передач; 7 – раздаточная коробка; 8 – кабина; 9 – карданный вал редуктора вала отбора мощности (ВОМ); 10 – горизонтальный шарнир; 11 – задняя секция рамы; 12 – редуктор ВОМ; 13 – задний мост; 14 – задние колеса; 15, 17 – карданные валы; 16 – межосевой дифференциал; 18 – масляный бак; 19 – аккумуляторные батареи; 20 –планетарный редуктор; 21 – барабанный тормоз; 22 – технологическая площадка; 23 – топливный бак
Передний и задний мосты максимально унифицированы между собой. Задний вал отбора мощности выполнен в виде отдельного блока и позволяет отбирать значительную часть мощности двигателя для привода различного оборудования. Так же предусмотрена установка переднего ВОМ с гидрообъемным приводом и передней навесной системы.
Кабина может быть установлена для движения в ту или иную сторону или с реверсивным постом управления. Схема трансмиссии предусматривает несколько мест для присоединения насосов гидрообъемного привода для широко применяемого приводного навесного оборудования, с расположением их в различных местах УТТА.
Модульная конструкция повышает ремонтопригодность и приспособлена к модификации и модернизации. Часть узлов и агрегатов (кабина, коробка передач и т. д.) возможно использовать для создания гусеничного трактора на базе УТТА. Широкая унификация (одинаковый передний и задний мосты, тормоза, колесные редукторы, колеса) позволяет уменьшить номенклатуру деталей и запасных частей.
Особое внимание следует уделить возможным схемам трансмиссии УТТА. Модульность конструкции должна быть распространена и на компоновку агрегатов трансмиссии с целью гибкого изменения её возможностей и характеристик для получения оптимального соотношения «цена-качество» и удовлетворения требований потребителей.
Исходя из анализа различных кинематических схем трансмиссий, наиболее оптимальным вариантом схемы трансмиссии УТТА представляется вариант с механической четырехскоростной коробкой передач, с двухступенчатым делителем и передачей замедленного ряда (рис. 2). Переключение передач и включение делителя происходит без разрыва потока мощности гидроподжимными муфтами. Раздаточная коробка имеет два диапазона переднего хода и один заднего хода. Включение заднего хода осуществляется с помощью синхронизатора, что позволяет быстро и легко производить переключение. В нижней части раздаточной коробки расположен межосевой дифференциал с принудительной блокировкой гидроподжимной фрикционной муфтой, привод от которого через карданные валы передается на межколесные дифференциалы переднего и заднего унифицированных мостов. Блокируемый межосевой дифференциал в сочетании с дифференциалами переднего и заднего мостов с принудительной блокировкой обеспечивает высокие тягово-сцепные свойства и проходимость, наименьший расход топлива, наименьшее буксование колес, что уменьшает повреждения почвы. Возможна установка ходоуменьшителя, как планетарно-цилиндрического, так и только с цилиндрическими шестернями.
Вал отбора мощности (ВОМ) – независимый, четырехскоростной. Включение и выключение ВОМ осуществляется как в движении, так и на месте гидроподжимной муфтой.
Рисунок 2 – Коробка передач с гидроподжимными муфтами
Данная коробка передач позволяет транспортно-тяговому средству иметь широкий диапазон скоростей движения (от 1,5…2 до 35…40 км/ч вперед и от 1,5…2 до 15…18 км/ч назад). При установке ходоуменьшителя этот диапазон становится ещё более широким. Так же коробку передач, возможно, выполнить с переключением только одного делителя гидроподжимной муфтой, а переключение передач осуществлять с помощью синхронизаторов. Это позволит удешевить конструкцию, но при этом сохранится возможность изменения тягового усилия на каждой передаче без разрыва потока мощности за счет переключения делителя гидроподжимной муфтой.
Рисунок 3 – Варианты различных машин на базе УТТА
а – с/х трактор; б – фронтальный погрузчик; в – кран гидравлический;
г - самосвал с задней или боковой разгрузкой; д – лесной колесный тягач;
е – валочная машина; ж – сортиментовоз; з – шнекороторный снегоочиститель; и - уборочная машина; к – пескоразбрасыватель
Наличие разъемного горизонтального шарнира между полурамами позволяет использовать заднюю секцию в качестве технологического модуля для создания широкой гаммы машин для использования в различных отраслях народного хозяйства – сельском хозяйстве, промышленности, лесном и коммунальном хозяйстве и других отраслях (рис. 3). Путем некоторого упрощения трансмиссии и удлинения задней полурамы возможно создание транспортных средств высокой проходимости колесных формул 4х4 (грузоподъемностью порядка 4 т) и 6х6 (грузоподъемностью порядка 8т).
Для таких вариантов УТТА возможно использование синхронизированной коробки передач автомобильного типа с увеличенным соотношением передаточных чисел смежных передач. Это позволит упростить и удешевить трансмиссию УТТА в данном варианте исполнения, а также снизить затраты при эксплуатации.
Рисунок 4 – Коробка передач с синхронизаторами
Коробка передач с синхронизаторами (рис. 4) может быть выполнена как с раздаточной коробкой, так и без неё. Её конструкция широко унифицирована (межосевой дифференциал, делитель, корпус) с коробкой передач с гидроподжимными муфтами. В ней может быть использован делитель с переключением гидроподжимной муфтой, либо с переключением зубчатой муфтой с синхронизаторами в зависимости от требований предъявляемых назначением машины и потребителем. Так же возможна установка вала отбора мощности.
Таким образом, предложенная концепция УТТА сочетает в себе лучшие качества и особенности конструкции колесных тракторов общего назначения и интегральных тракторов. Модульность конструкции открывает широкие возможности по созданию транспортных, строительных, коммунальных и других машин и агрегатов.
Литература.
1. Концепция построения универсального транспортно-тягового агрегата на основе развития компоновочных решений колесных тракторов шарнирно-сочлененной и интегральной схем/А. В. Мироненко, Д. В. Гребеньков//Технические науки: теоретические и прикладные аспекты: материалы международной заочной научно-практической конференции. [под ред. Я. А. Полонского]. – Новосибирск: Изд. «Сибирская ассоциация консультантов», 2012. – с.126-130.
2. Отечественные сельскохозяйственные тракторы. Иллюстрированная история развития за 100 лет/ НАТИ. – Москва, 1996.
3. Справочник по тракторам Т150 и Т-150К/ В. А. Бугара, Н. Н. Ватуля и др; под ред. Б. П. Кошубы. – М.: Прапор, 1975. – 400с.
4. Тракторы. Конструкция под общ. ред. И. П. Ксеневича, В. М. Шарипова. – М.: МГТУ «НАМИ», 2001. – 821 с.
