Устройство трансмиссии самоходных машин

Большинство транспортных и транспортно-технологических машин, для которых особенно важна независимость от внешнего источника энергии, имеет двигатели внутреннего сгорания. Они надежны и просты в эксплуатации, достаточно экономичны, но совершенно не обладают указанными свойствами.

Движение поршней и вращение вала являются непременным условием хода теплового процесса — расширения рабочего тела при сгорании горючей смеси. Мощность двигателя растет почти пропорционально числу оборотов вала, а вращающий момент, как и должно быть, изменяется в малой степени (рис. 2.43).

Рис. 2.43. Изменение крутящего момента и мощности двигателя внутреннего сгорания в зависимости от числа оборотов

Следовательно, приспособляемость двигателя внутреннего сгорания к изменению внешних нагрузок практически отсутствует, что вынуждает применять дополнительные средства регулирования в трансмиссии, обеспечивающие переменность отношения угловых скоростей на входе и выходе, называемого передаточным числом.

Например, для трогания с места необходима большая сила тяги при малой скорости вращения ведущих колес. Это достигается соответствующей компоновкой элементов передачи, обеспечивающей наибольшее передаточное число. Если затем передаточное число плавно уменьшать, сила тяги будет тоже уменьшаться, а скорость движения — увеличиваться. Существуют механизмы — вариаторы, позволяющие плавно менять передаточное число. Но при больших мощностях они громоздки и сложны.

Поэтому обычно практикуют ступенчатое изменение передаточного числа за счет переменных наборов вводимых в зацепление зубчатых колес. Такие механизмы называют коробками перемены передач или просто коробками передач. Они имеются в большинстве тяговых машин средней мощности: тракторах, тягачах, автомобилях и т. д.

Для переключения передач коробку на короткое время отсоединяют от двигателя с помощью муфты сцепления, при этом машина на некоторое время движется по инерции. Затем муфту включают, и кинематическая связь в трансмиссии восстанавливается, но уже с другой передачей.

Благодаря изменению передаточных отношений в коробке передач, а иногда еще и в раздаточной коробке, которую ставят на автомобилях высокой проходимости для изменения числа ведущих осей, удается получить достаточно хорошее приближение к гиперболической тяговой характеристике.

Как видно из тяговой характеристики автомобиля МАЗ-509 (рис. 2.44), последовательно переключая передачи, можно за счет изменения частоты вращения вала двигателя приблизиться к гиперболоподобной тяговой характеристике, воспроизвести ее как бы отдельными участками, что придает двигателю внутреннего сгорания при наличии такой регулируемой трансмиссии вполне приемлемые тяговые свойства.

Рис. 2.44. Тяговая характеристика лесовозного грузового автомобиля МАЗ-509 высокой проходимости: I—V—номера переда

Но такая трансмиссия оказывается механически довольно сложной. В нее, помимо муфты сцепления и коробки передач, требуется включать и другие механизмы, необходимые для передачи вращения ведущим колесам. Двигатель размещен на раме машины, а ведущие колеса при наличии упругой подвески претерпевают га ходу непрерывные вертикальные перемещения по отношению к раме. Вращающий момент передается на колеса с помощью шарнирно-сочлененного трехзвенного вала. Шарнирные муфты, называемые карданами, позволяют валу вращаться под переменным углом. Карданная передача типична для транспортных машин.

Поскольку ось ведущих колес перпендикулярна оси двигателя, в трансмиссии установлена еще ко- ническая передача. Она дополняется дифференциалом — механизмом, осуществляющим распределение вращающего момента на правое и левое колеса, когда они имеют разную частоту вращения, например, при движении по криволинейным участкам дороги. Очевидно, вал ведущих колес не может быть общим.

Он разделяется на две части, называемые полуосями. Коническая главная передача, дифференциал и полуоси размещаются в общем корпусе, составляющем основу заднего моста. Взаимосвязь элементов трансмиссии автомобиля показана на рис. 2.45, а.

Рис. 2.45. Трансмиссия самоходных машин: а - автомобиля; б—трактора: 1 двигатель внутреннего сгорания; 2 муфта сцепления; 3 — коробка передач; 4 — карданный вал; 5 —дифференциал; 6 —коническая главная передача; 7 — ведущее колесо, 8 — поворотное колесо; 9—цилиндрическая зубчатая передача

В тихоходных машинах, не имеющих упругой подвески ведущих колес, всю трансмиссию размещают в едином стальном корпусе и в этом случае обходятся без карданного вала. Такая конструкция типична для тракторов (рис. 2.45, б). В некоторых машинах применяют цепные передачи крутящего момента на ведущие колеса.

При больших мощностях транспортных машин рассмотренные узлы механической трансмиссии становятся непомерно громоздкими и тяжелыми, что вынуждает применять электрическую передачу при автономном двигателе внутреннего сгорания (рис. 2.46). Рабочей машиной в приводе ведущих колес является сериесный электродвигатель постоянного тока, которому свойственна гиперболоподобная связь крутящего момента с частотой вращения вала. Такое решение типично для тепловозов, которые при этом можно считать электровозами с собственной дизельной электростанцией.

Рис. 2.46. Электрическая передача (двойное преобразование энергии): 1 — аппаратура электрического управления; 2 — генератор постоянного тока; 3 — первичный двигатель; 4 — рама машины; 5 — ведущее колесо; 6 — зубчатое колесо осевого редуктора; 7 - опорно-осевой подшипник; 8 — тяговый электродвигатель; 9 — электрические цепи