5. Mechanizmy przenoszące napęd

5.1. Ogólna budowa układu przenoszenia napędu

Zadaniem układu przenoszenia napędu (zwanego układem napędowym) w pojeździe jest przekazanie mocy (momentu obrotowego i prędkości obroto­wej) z silnika do poszczególnych punktów jej odbioru. W ciągniku rolniczym punktami odbioru mocy są: koła napędzane ciągnika (lub gąsienice), wałek odbioru mocy (WOM), podnośnik hydrauliczny i pozostałe zewnętrzne urzą­dzenia hydrauliczne ciągnika.

W układzie napędowym nie tylko zachodzi zjawisko przekazywania mo­mentu obrotowego i prędkości obrotowej, ale także dokonują się procesy zmiany wartości tych wielkości.

Układ napędowy składa się ze: sprzęgła głównego, skrzyni przekładniowej właściwej (skrzyni biegów), reduktora, przekładni głównej, mechanizmu róż­nicowego, przekładni końcowej, przekładni napędu wałka odbioru mocy i napędu pompy podnośnika hydraulicznego oraz sprzęgła wałka odbioru mocy. Największa część mocy jest przekazywana do mechanizmów jezdnych. Jednocześnie, jak gdyby równolegle, moc jest przekazywana do wałka odbioru mocy i do podnośnika hydraulicznego. Dzięki temu wałek odbioru mocy i podnośnik hydrauliczny mogą pracować zarówno podczas jazdy ciągnika, jak w czasie jego postoju.

5.2. Sprzęgła

Sprzęgło główne to mechanizm służący do rozłączania oraz płynnego łącze­nia wału korbowego silnika z pozostałą częścią układu przenoszenia napędu. Płynne włączanie sprzęgła umożliwia łagodne ruszanie pojazdu z miejsca. Najczęściej są spotykane sprzęgła cierne tarczowe.

Sprzęgło (rys. 5.1) — zamocowane do koła zamachowego 1 — składa się z tarczy sprzęgłowej 2, tarczy dociskowej 3, wałka sprzęgłowego 8, sprężyn dociskowych 4 i dźwigni rozłączającej 6. Sprężyny dociskowe 4, zamocowane w obudowie sprzęgła 5, wywierają nacisk na tarczę dociskową 3 w kierunku koła zamachowego 1, co powoduje zaciśnięcie tarczy sprzęgłowej 2. Jeżeli sil­nik pracuje, to moment obrotowy z koła zamachowego przenosi się na tarczę sprzęgłową na zasadzie tarcia. W prawidłowo wyregulowanym sprzęgle siła do­cisku powinna być taka, aby maksymalny moment tarcia sprzęgła był większy od maksymalnej wartości momentu obrotowego silnika. Zapewnia to pracę sprzęgła bez poślizgu.

Rys. 5.1. Zasada działania sprzęgła tarczowego: a) sprzęgło włączone,

b) sprzęgło wyłączone [10]

/ — koło zamachowe, 2 — tarcza sprzęgłowa, 3 — tarcza dociskowa, 4 — sprężyna,

5 — obudowa sprzęgła, 6 — dźwignia wyłączająca, 7 — wał korbowy, 8 — wałek

Sprzęgłowy

Rozłączanie sprzęgła polega na odciągnięciu tarczy dociskowej, przez po­konanie oporu sprężyn dociskowych. Podczas włączania sprzęgła stopniowe zwalnianie dźwigni rozłączającej powoduje wzrost siły docisku tarczy docis­kowej do tarczy sprzęgłowej. Występujący początkowo poślizg jednej tarczy po drugiej powoli ulega zmniejszeniu, czemu towarzyszy równie powolny wzrost prędkości obrotowej tarczy sprzęgłowej. W niektórych sprzęgłach, zamiast wielu sprężyn, znajduje się jedna centralna sprężyna dociskowa.

Rozłączenie sprzęgła tarczowego ze sprężynami dociskowymi następuje tylko wtedy, gdy na dźwignię rozłączającą działa odpowiednia siła. Gdy takiej siły nie ma, sprzęgło zawsze wraca do pozycji włączenia. Tak działające sprzęgło nazywa się sprzęgłem zamkniętym. Spotykane są również sprzęgła, w których docisk jest wywołany specjalnym układem dźwigni dociskowych (brak sprężyn). Sprzęgło takie nie wraca samoczynnie do pozycji włączenia i jest nazywane sprzęgłem otwartym,

W wielu ciągnikach jako sprzęgło główne stosuje się sprzęgło dwustopniowe. Sprzęgło dwustopniowe umożliwia przenoszenie napędu do dwóch punktów odbioru mocy w sposób częściowo niezależny. Niezależność przenoszenia na­pędu przez sprzęgło dwustopniowe polega na możliwości odłączenia napędu głównego (układu jezdnego), podczas gdy do innych punktów odbioru mocy (np. do WOM) będzie on nadal dostarczany. Schemat sprzęgła dwustopniowego przedstawia rys. 5.2. Sprzęgło takie ma dwie tarcze sprzęgłowe, a mia­nowicie tarczę pierwszego stopnia 4 i tarczę drugiego stopnia 5, oraz wałek sprzęgłowy 3 i tuleję sprzęgłową 2. Działając na dźwignię rozłączającą zwalnia się docisk tarczy pierwszego stopnia, osadzonej na wałku sprzęgłowym, który przenosi napęd do skrzyni przekładniowej. Tarcza sprzęgłowa drugiego stop­nia jest nadal zaciśnięta i przekazuje napęd na tuleję sprzęgłową połączoną z wałkiem odbioru mocy. W tej sytuacji ciągnik stoi, napęd nie jest przenoszony do skrzyni przekładniowej, ale pracuje wałek odbioru mocy (np. napędza sieczkarnię). Dalsze działanie na dźwignię rozłączającą powoduje zwolnienie docisku tarczy sprzęgłowej drugiego stopnia i sprzęgło zostaje całkowicie rozłączone.

Rys. 5.2. Zasada działania sprzęgła dwustopniowego: a) sprzęgło włączone, b) pierwszy stopień rozłączony, c) obydwa stopnie rozłączone [10]

1—koło zamachowe, 2—tuleja sprzęgłowa napędu WOM, 3 —wałek sprzęgłowy, 4 — tarcza sprzęgłowa pierwszego stopnia, 5 — tarcza sprzęgłowa drugiego stopnia, 6 — tarcza dociskowa, 7 — sprężyna dociskowa

Włączanie sprzęgła odbywa się w kolejności odwrotnej, najpierw następuje włączenie tarczy sprzęgłowej drugiego stopnia, a potem pierwszego stopnia. Zachowanie takiej kolejności włączania ma istotne znaczenie dla pracy agre­gatu ciągnikowego. Najpierw następuje bowiem uruchomienie elementów ro­boczych maszyny, a dopiero potem rozpoczyna się ruch całego agregatu.

W dużych ciągnikach, zamiast sprzęgła dwustopniowego, stosuje się od­dzielne sprzęgło wałka odbioru mocy, działające niezależnie od sprzęgła głów­nego.

Na rysunku 5.3a przedstawiono schemat sprzęgła dwustopniowego z dwu-dźwigniowym systemem rozłączania. Sprężyny dociskowe 14 — znajdujące się w środku sprzęgła — rozpierają dwie tarcze dociskowe 3a i 3b. Tarcza sprzęgłowa pierwszego stopnia 6a jest dociskana w lewo do koła zamacho­wego 4, a tarcza sprzęgłowa drugiego stopnia 6b — w prawo do pokrywy 5 zamykającej sprzęgło. Naciskając pedał sprzęgła powodujemy przesunięcie tulei z łożyskiem oporowym 11 w lewo. Łożysko 11 naciska wówczas dźwig­nię 12 rozłączania pierwszego stopnia, co powoduje przesunięcie cięgła od­ciągającego 2 w prawo. Wraz z cięgłem 2 przesuwa się w prawo tarcza docisko­wa pierwszego stopnia 3a, uwalniając tarczę sprzęgłową 6a. Jeżeli nadal naciskamy pedał sprzęgła, to łożysko oporowe 11 — przesuwając się dalej w lewo — zacznie naciskać dźwignię rozłączania drugiego stopnia 13. Wówczas sworzeń 7 — spowoduje przesunięcie tarczy dociskowej drugiego stopnia 3b w lewo i tarcza sprzęgłowa drugiego stopnia 6b zostanie zwolniona. Aby takie sprzęgło działało prawidłowo, musi być właściwie wyregulowany luz między dźwigniami rozłączającymi (12 i 13) a obudową łożyska oporowego 11.

Na rysunku 5.36 przedstawiono schemat sprzęgła dwustopniowego z jedno dźwigniowym systemem rozłączania. Rozłączanie tego sprzęgła przebiega nieco inaczej niż w sprzęgle przedstawionym na rys. 5.3a. Łożysko oporowe 11 działa na dźwigienkę rozłączającą 12, która powoduje przesuwanie tarczy dociskowych pierwszego i drugiego stopnia rozłączania (3a i 3b) w prawo.

Rys. 5.3. Sprzęgło dwustopniowe stosowane w ciągnikach: a) dwudźwigniowy

system rozłączania, b) jednodźwigniowy system rozłączania [13]

1 — dźwignia rozłączająca, 2 — cięgło odciągające tarczę dociskową, 3a, b — tarcze

dociskowe, 4 — koło zamachowe, 5 — pokrywa sprzęgła, 6a, b - tarcze sprzęgłowe,

7 — sworzeń, 8 — śruba regulacyjna drugiego stopnia rozłączania, 9 — wałek sprzęgłowy,
10 — tuleja sprzęgłowa, 11 — łożysko oporowe rozłączania sprzęgła, 12 — dźwigienka pierwszego stopnia rozłączania, 13 — dźwigienka drugiego stopnia rozłączania, 14 — sprę­żyny dociskowe, 15 sprężyna dociskowa drugiego stopnia rozłączania

Następuje wówczas zwolnienie tarczy sprzęgłowej pierwszego stopnia rozłą­czania (6a). Tarcza sprzęgłowa drugiego stopnia rozłączania (6b) jest nadal zaciśnięta między tarczami dociskowymi (3a i 3b), które dociskane są do siebie sprężyną dociskową drugiego stopnia rozłączania (15). Jeżeli nadal naciskamy pedał sprzęgła, to łożysko oporowe 11 (za pośrednictwem dźwigienki 12) po­woduje dalsze przesuwanie tarczy dociskowej 3b. W pokrywie sprzęgła 5 jest zamocowana śruba regulacyjna 8 drugiego stopnia rozłączania, która uniemoż­liwia dalsze przesuwanie tarczy dociskowej pierwszego stopnia 3a w prawo, dzięki czemu następuje zwolnienie tarczy sprzęgłowej drugiego stopnia rozłączania (6b). Aby sprzęgło takie działało prawidłowo, należy właściwie wyre­gulować luz zarówno między dźwigienka rozłączającą 12 i łożyskiem opo­rowym 11, jak między śrubą regulacyjną 8 i kołnierzem sworznia 7.

W dużych ciągnikach jako sprzęgło główne stosuje się sprzęgło jednostopniowe. Napęd wałka odbioru mocy jest pobierany z obudowy sprzęgła głów­nego; natomiast do odłączania i włączania napędu ciągnika służy oddzielnie sprzęgło, umieszczone w tylnym moście ciągnika.

Powszechne zastosowanie znalazły sprzęgła cierne wielotarczowe mokre (rys. 5.4). W sprzęgłach takich tarcze 4 pracują w oleju, dzięki czemu włączanie napędu przebiega bardzo łagodnie. Odpowiednio duży moment cierny można uzyskać zwiększając powierzchnię tarcia przez zwielokrotnienie liczby tarcz ciernych i dociskowych. W nowoczesnych ciągnikach włączanie sprzęgła na­stępuje pod wpływem wzrostu ciśnienia oleju w komorze dociskowej. Olej ten podaje do sprzęgła pompa za pośrednictwem zaworu sterującego.

W małych ciągnikach (mikrociągnikach) i motonarzędziach do przenoszenia napędu zamiast sprzęgieł tarczowych stosuje się sprzęgła odśrodkowe (rys. 5.5).

Rys. 5.4. Sprzęgło napędu WOM [13] / — wałek napędowy, 2 — obudowa sprzęgła, 3 — tłok dociskowy, 4 — tarcza sprzęgłowa, 5 — doprowadzenie oleju, 6 — wałek odbioru mocy

Rys. 5.5. Sprzęgło odśrodkowe [13]

1 — wat korbowy, 2 kolo zamachowe, 3 — klocki sprzęgłowe, 4 - sprężyny, 5 bęben sprzęgła, 6 wałek sprzęgłowy

Wewnątrz bębna takiego sprzęgła są wychylnie zamocowane dwa klocki z okładzinami ciernymi. Jeżeli prędkość obrotowa silnika jest mała, to sprę­żyny dociągają szczęki do siebie, dzięki czemu obracają się one swobodnie w bębnie. Wzrostowi prędkości obrotowej silnika towarzyszy pojawienie się siły odśrodkowej. Gdy siła odśrodkowa pokona opór sprężyn, szczęki zostają dociśnięte do bębna, który zaczyna się obracać pod wpływem powstającego wówczas momentu tarcia. Sprzęgło odśrodkowe włącza się przy prędkości obrotowej 1200-^1600 obr/min. W przypadku przeciążenia silnika nie nastę­puje jego zatrzymanie, ponieważ spadek prędkości obrotowej powoduje roz­łączenie sprzęgła. Silnik ciągnika ze sprzęgłem odśrodkowym powinien pra­cować z dużą prędkością obrotową, gdyż przy średniej prędkości obrotowej istnieje niebezpieczeństwo wystąpienia w sprzęgle poślizgu.

Podczas pracy niektórych urządzeń bardzo często występuje potrzeba włączania i odłączania ich napędu. Dotyczy to np. pilarek spalinowych. We współczesnych pilarkach włączenie napędu urządzenia tnącego następuje przy prędkości 3500-ł-4000 obr/min. Ze względu na dużą częstotliwość włączania bardzo ważny jest czas potrzebny do całkowitego włączenia lub rozłączenia sprzęgła, ponieważ od niego zależy trwałość elementów ciernych sprzęgła. Dotychczas powszechnie były stosowane sprzęgła odśrodkowe z prowadni­kami promieniowymi (rys. 5.6). Lepszą charakterystyką włączania cechują się sprzęgła odśrodkowe z prowadnikami skośnymi lub łukowymi.

Omówione sprzęgła zaliczamy do grupy sprzęgieł ciernych. Istnieje też możliwość przenoszenia mocy za pośrednictwem strumienia cieczy.

Jeżeli w zamkniętej komorze wypełnionej cieczą umieścimy wirnik i za­czniemy go obracać, to wprawi on ciecz w ruch. Gdy w tej samej komorze umieścimy drugi wirnik, wówczas krążąca ciecz wprawi go w ruch obrotowy. Na takiej zasadzie działa sprzęgło hydrokinetyczne (rys. 5.7). Cieczą roboczą w sprzęgłach hydrokinetycznych jest olej hydrauliczny. Ze względu na rozsze­rzalność oleju pod wpływem zmian temperatury sprzęgło wypełnia się olejem w około 90% objętości. Wirnik zamocowany na wale napędowym (korbowym) jest nazywany pompą, a wirnik zamocowany na wałku napędzanym (sprzęg­łowym) — turbiną.

Rys. 5.6. Sprzęgło odśrodkowe z prowadnikami: a) promieniowe, b) skośne, c) łukowe [19]
1— piasta tarczy, 2 — prowadnik, 3 - sprężyna, 4 szczęki

Rys. 5.7. Sprzęgło hydrokinetyczne: a) przekrój, b) zasada działania [10]

1 —wał korbowy, 2— obudowa, 3 pompa, 4— czasza pompy, 5 — turbina, 6 — czasza turbiny,

7 — wał sprzęgła, 8 — korek wlewowy, 9 wieniec zębaty, ID — sprzęgło cierne

Zarówno łopatki pompy, jak turbiny mają kształt czaszy. Pod wpływem ruchu obrotowego pompy olej przepływa po ściankach jej czaszy w kierunku odśrodkowym. Dzięki kulistemu kształtowi czaszy olej jest wprawia­ny w ruch okrężny. Ponieważ łopatki turbiny też są odpowiednio ukształtowane, olej naciskając na ścianki czaszy turbiny wprawia ją w ruch. W sprzęgle hydrokinetycznym zawsze występuje poślizg, a więc podczas przekazywania za jego pośrednictwem napędu zawsze występuje strata energii.

Na rysunku 5.8 przedstawiono charakterystykę pracy sprzęgła hydro-kinetycznego. Sprawność r\ sprzęgła zmienia się w funkcji przełożenia kinema­tycznego i_k. Największą wartość (n « 0,95) sprawność przyjmuje dla i_k = = 0,97-^-0,98. Aby zwiększyć sprawność przeniesienia napędu, w dużych samochodach ze sprzęgłem hydrokinetycznym jest połączone sprzęgło cierne, które włącza się po ustaleniu warunków obciążenia (rys. 5.7).

Rys. 5.8. Charakterystyka pracy sprzęgła hydrokinetycznego [13]

i_k — przełożenie kinematyczne, n — sprawność sprzęgła, ki — poślizg sprzęgła, g - gęstość cieczy

5.3. Skrzynie przekładniowe

Skrzynia przekładniowa (skrzynia biegów) umożliwia ruch pojazdu ze zmienną prędkością przy stałej (lub zmieniającej się w niewielkim zakresie) prędkości obrotowej silnika, a także — jazdę do tyłu oraz trwałe rozłączenie napędu. Przekładnie dzieli się na mechaniczne i hydrauliczne, a przekładnie mechaniczne — na zębate i cierne.

W pojazdach rolniczych najczęściej spotyka się przekładnie zębate (rys. 5.9), które — zestawione w zespoły — tworzą skrzynie przekładniowe. Rozróżniamy przekładnie zębate z kołami przesuwnymi (osadzonymi na wałku przesuwnie), z kołami zębatymi na stałe ze sobą zazębionymi lub z kołami zębatymi o wirujących osiach obrotu, czyli przekładnie planetarne.

rys. 5.9. Schemat działania przekładni zębatej [13]

Przekładnia z kołami zębatymi przesuwnymi zostaje rozłączona lub włączona na skutek przesunięcia koła zębatego, zamocowanego przesuwnie na wałku głównym. Wielowypustowe połączenie koła przesuwnego z wałkiem sprawia, iż elementy te mają taką samą prędkość obrotową. Na rysunku 5.10 przedsta­wiono skrzynię przekładniową z kołami przesuwnymi.

W przekładni z kołami stale zazębionymi przeniesienie napędu odbywa się nieco inaczej. Koło zębate (rys. 5.11) na wałku głównym jest osadzone luźno (nie ma wielowypustu) i może się obracać niezależnie od wałka. Można je też połączyć z wałkiem za pomocą sprzęgła zębatego, którego jedna część jest osadzona przesuwnie na wałku, a druga — połączona z kołem zębatym. Włączenie tego sprzęgła powoduje włączenie przekładni, a więc — przenoszenie napędu.

Podczas włączania sprzęgła zębatego, podobnie jak podczas włączania kół zębatych przesuwanych, oba łączone elementy na ogół obracają się z różną prędkością obrotową. Ich nagłe połączenie powoduje więc uderzenia elementów o siebie. W celu wyeliminowania tego zjawiska stosuje się synchronizatory (rys. 5.12 i 5.13), których zadaniem jest mechaniczne wyrównanie prędkości obrotowej sprzęganych elementów zębatych.

Rys. 5.11. Zasada działania sprzęg­ła zębatego [12]

1 — wałek sprzęgłowy, 2 — widełki, 3—wałek

główny, 4—łożysko śli zgowe, 5 — wpust,

6 — wałek pośredni

Rys. 5.10. Przekrój skrzyni przekładniowej z ko­łami przesuwnymi [12]

1 — dźwignia zmiany biegów, 2 — wodzik, 3 — watek główny, 4 — koło zębate wstecznego biegu, 5 — wałek pośredni, 6 — watek sprzęgłowy, 7 — widełki

Synchronizator (rys. 5.12) składa się z piasty 4, na której jest osadzona (przesuwnie) przesuwka 5 z wewnętrznym wieńcem zębatym. Piasta 4 ma stoż­kową powierzchnię cierną 7. W pierwszej fazie włączania sprzęgła zębatego następuje przesunięcie przesuwki wraz z piastą 4. Powierzchnia stożkowa piasty 7 łączy się ciernie ze stożkiem koła zębatego i następuje wyrównanie prędkości obrotowej. Dalsze przesuwanie przesuwki 5 wymaga pokonania oporu sprężyny 8 zatrzasku. Całkowite włączenie następuje z chwilą zazębie­nia się wieńca zębatego przesuwki z wieńcem koła zębatego 6.

Rys. 5.12. Przekrój synchronizatora ciernego [12] / — wałek główny, 2 — koło zębate walka sprzęgłowego, 3 — koło zębate na wałku głównym, 4 — piasta syn­chronizatora, 5 — przesuwka, 6 — wieniec sprzęgła zę­batego, 7 — sprzęgło cierne stożkowe, 8 — sprężyna zatrzasku, 9 — kulka zatrzasku

Przekładnie planetarne omówiono w dalszej części podręcznika, łącznie z planetarnym wzmacniaczem momentu obrotowego.

Charakterystycznym parametrem każdej przekładni jest jej przełożenie. Przełożeniem przekładni i nazywamy stosunek prędkości obrotowej koła napę­dzanego n₂ do prędkości obrotowej koła napędzającego n_v.

Rys. 5.13. Etapy pracy synchronizatora: a) rozłączony, b) włączanie, c) włączony [12]

Ponieważ jedna przekładnia (np. jedna para kół zębatych) ma tylko jedną stałą wartość przełożenia, więc stosuje się zestawy przekładni o różnych wartościach przełożenia. Zestaw taki, jak już wspomniano, nazywamy skrzynią przekładniową (skrzynią biegów). Jeżeli napęd jest przenoszony kolejno (szere­gowo) przez kilka przekładni, to przełożenie całkowite równa się iloczynowi przełożeń tych przekładni.

Rysunek 5.14 przedstawia samochodową skrzynkę biegów. Napęd jest doprowadzony za pomocą wałka sprzęgłowego 5, na którym jest na stałe osadzone koło zębate. Koło to zazębia się z kołem 25 wałka pośredniego 20, na którym znajdują się jeszcze koła 22 i 23. Współosiowo z wałkiem sprzęgło­wym 5 jest usytuowany wałek główny 15, na którym są osadzone przesuwnie koła zębate 13 i 14. Aby skrzynia przekładniowa przenosiła napęd, wałek główny należy połączyć z wałkiem pośrednim. W tym celu przesuwa się jedno z kół przesuwnych (13 lub 14) aż do zazębienia lub sprzęga się sprzęgło zęba­te 6, tzn. łączy się wałek główny bezpośrednio z wałkiem sprzęgłowym (rys. 5.1)-Bieg pierwszy uzyskuje się łącząc koło 14 z kołem 26, bieg drugi zaś — łącząc koło 13 z kołem 27. Bieg trzeci uzyskuje się za pomocą kół 22 (koło napędza­jące) i 12 (koło napędzane). Biegi IV i V włącza się za pomocą sprzęgła prze­suwnego 6 i widełek 10. Bieg V to nadbieg, uzyskiwany za pomocą kół 23 (koło napędzające) i 7 (koło napędzane). W celu uzyskania biegu wstecznego za­stosowano koło pośrednie 21. Umożliwia ono zmianę kierunku obracania się wałka głównego.

Aby ciągnik rolniczy mógł pracować ze zmienną prędkością jazdy, podczas gdy jego silnik pracuje z prędkością nominalną, musi on być wyposażony w skrzynię przekładniową o dużej liczbie przełożeń. Ponieważ rzadko bywają skrzynie przekładniowe o liczbie przełożeń większej niż pięć, więc w celu rozszerzenia zakresu możliwych do uzyskania przełożeń stosuje się dodatkową przekładnię, zwaną reduktorem, połączoną szeregowo z główną skrzynią prze­kładniową (tzn. ze skrzynią biegów). W lekkich ciągnikach reduktor jest na ogół przekładnią dwustopniową. W ciągnikach ciężkich spotyka się reduktory trzystopniowe. W niektórych ciągnikach przekładnia biegu wstecznego jest umieszczona w skrzyni reduktora. Całkowita liczba przełożeń takiego zdwojo­nego układu, tzn. skrzyni przekładniowej i reduktora, równa się iloczynowi liczby przełożeń możliwych do uzyskania w każdym z tych zespołów.

Rys. 5.15. Schemat skrzyni przekładniowej z reduktorem [13]

— koto zębate biegów drugiego i trzeciego,

— koło zębate biegów pierwszego i wstecznego,

— koło zębate reduktora, 4 — koło pośrednie biegu wstecznego

Na rysunku 5.15 przedstawiono schemat działania skrzyni przekładniowej z reduktorem dwustopniowym.

5.4. Wzmacniacze momentu obrotowego

Stosowane powszechnie rozwiązania w postaci skrzyń przekładniowych stopniowych mają wadę, polegającą na konieczności chwilowego przerywania dostarczania napędu (rozłączania sprzęgła), w celu dokonania zmiany przełoże­nia. W pracach polowych, odbywających się przy stosunkowo małej prędkości jazdy agregatu ciągnikowego (1-h2 m/s), przy dużych zaś oporach narzędzia lub maszyny, chwilowe rozłączenie napędu w celu zmiany przełożenia powodu­je zatrzymanie się agregatu. Zdarza się wówczas, iż ponowne ruszenie z miej­sca pod pełnym obciążeniem nie jest możliwe (np. z zagłębionym pługiem). Zmienność występujących w pracy obciążeń wskazuje na potrzebę zastoso­wania takiego urządzenia, które umożliwi zmianę przełożenia bez przerywania napędu. Urządzeniem takim jest przekładnia planetarna dwubiegowa, nazywana wzmacniaczem momentu obrotowego.

Planetarny wzmacniacz momentu obrotowego umieszcza się między sprzę­głem głównym a skrzynią przekładniową. Jego zastosowanie podwyższa cenę ciągnika, dlatego jest opłacalne tylko w ciągnikach stosowanych do ciężkich prac polowych. We wzmacniacz momentu obrotowego wyposaża się na ogół ciągniki z silnikiem o mocy przekraczającej 30 kW.

Wzmacniacz momentu obrotowego (rys. 5.16) składa się z koła zębatego pierścieniowego (o uzębieniu wewnętrznym) — zamocowanego na wałku sprzęgłowym, z kosza satelitów 6 — zamocowanego na wałku zdawczym 8 oraz z koła zębatego słonecznego 2 — połączonego z hamulcem i sprzęgłem.

Rozpatrzmy najpierw przypadek wzmacniacza rozłączonego. Jego prze­łożenie wynosi wówczas 1:1, a więc nie powoduje on zmiany momentu-obrotowego. Napęd z silnika jest dostarczany na koło pierścieniowe 1. Kosz satelitów 6 — poprzez włączone sprzęgło 5 —jest połączony z kołem słonecz­nym 2; w związku z tym nie może się on obracać względem tego koła. Ponie­waż satelity 3 nie mogą się obracać na swoich osiach, więc obrót koła pierścieniowego 1 powoduje obracanie się kosza satelitów 6 i koła słoneczne­go 2. Kosz satelitów 6 jest zamocowany na wałku zdawczym 8. W omawianym przypadku wałek zdawczy ma więc taką samą prędkość obrotową jak wałek sprzęgłowy 7.

Rys. 5.16. Schemat działania planetarnego wzmacniacza mo­mentu obrotowego: d) schemat, b) przekrój poprzeczny [13] / — koło pierścieniowe, 2 — koło słoneczne, 3 — satelita, 4 — hamu­lec, 5 — sprzęgło, 6 — kosz sa­telitów, 7 — wałek sprzęgłowy, 8 — wałek zdawczy

Gdy wzmacniacz jest włączony, napęd nadal jest dostarczany na koło pierścieniowe 1, ale sprzęgło 5, łączące kosz satelitów 6 z kołem słonecznym 2, iest rozłączone, włączony zaś jest hamulec 4, blokujący koło słoneczne 2. Jeżeli koło pierścieniowe 1 się obraca, a koło słoneczne 2 jest zablokowane, to sateli­ty 3 — popychane przez koło pierścieniowe 1 — obracają się wokół własnych osi i toczą się po nieruchomym kole słonecznym 2, powodując obracanie cosza satelitów 6. Kosz satelitów obraca się z prędkością mniejszą niż wynosi srędkość obrotowa koła pierścieniowego 1. Przełożenie przekładni planetarnej wyznacza się wg wzoru

5.5. Most napędowy

Kolejnym mechanizmem pośredniczącym w przenoszeniu napędu od sil­nika do mechanizmów jezdnych ciągnika jest tylny most napędowy. Ciągniki z przednim napędem mają dodatkowo przedni most napędowy. Ze wzglę­du na brak istotnych różnic w działaniu mostów napędowych przedniego i tylnego, ich budowę rozpatrzymy na przykładzie mostu tylnego. W skład mostu napędowego wchodzą: przekładnia główna, mechanizm różnicowy, blokada mechanizmu różnicowego i przekładnie końcowe, zwane zwolni­cami.

Przekładnia główna to zwykle przekładnia kątowa, której zadaniem jest zmiana kierunku przenoszenia napędu. Na rysunku 5.17 przedstawiono przy­kładowe rodzaje przekładni stosowanych jako przekładnie główne. Do tyl­nego mostu napęd dostarcza wałek zdawczy reduktora (lub skrzyni biegów), na którym jest osadzone koło atakujące 2. Z koła atakującego (o mniejszej średnicy) napęd jest przenoszony na koło talerzowe (o znacznie większej średnicy); przełożenie przekładni głównej w ciągnikach wynosi ok. 1:4,5. Do koła talerzowego 3 jest przymocowana obudowa mechanizmu różnicowego.

Rys. 5.17. Przykłady prze­kładni głównych: a) prze­kładnia czołowa, b) prze­kładnia stożkowa, c, d) prze­kładnie o zębach łukowych,

przekładnia hipoidalna,

przekładnia ślimakowa [10]

1— watek zdawczy skrzyni re­duktora, 2 — koło atakujące, 3 — koło talerzowe, 4 — śli­mak, 5 — ślimacznica

Mechanizm różnicowy (rys. 5.18) umożliwia różnicowanie prędkości obro­towej kół napędzanych pojazdu, co jest niezbędne podczas ruchu pojazdu po łuku (na zakręcie). Mechanizm ten składa się z obudowy, którą stanowi kosz satelitów 3, z satelitów 4 oraz z kół stożkowych 5 (nazywanych kołami koronowymi) zamocowanych na półosiach przenoszących napęd do kół ciągnika. Napęd z kosza satelitów 3 jest przekazywany na satelity 4, które zazębiają się z dwoma kołami koronowymi 5. Satelity 4 są osadzone swo­bodnie, mogą się więc obracać w lewo lub w prawo — zależnie od działającej na nie siły wypadkowej.

Rys. 5.18. Mechanizm różnicowy [13]

1 — koło atakujące, 2 — koło talerzowe, 3 — kosz satelitów, 4 — satelity, 5 — koła koronowe, 6 — półosie, 7 — oś satelity

Schemat działania mechanizmu różnicowego przedstawia rys. 5.19. Jeżeli siły oporu występujące na kołach koronowych 2 lewym i prawym są jedna­kowe, to satelita 1 jest w stanie równowagi.

Z kosza satelitów napęd jest przenoszony na koła koronowe. W omawia­nym przypadku prędkość obrotowa kół jest taka sama. Natomiast jeżeli siły oporu działające na koła koronowe lewe i prawe są różne, to wypadkowa tych sił powoduje obracanie się satelity wokół własnej osi. W takim przypadku prędkość obrotowa kół koronowych, a tym samym także prędkość obrotowa napędzanych kół jezdnych ciągnika, będzie różna (rys. 5.20). Sytuacja taka występuje, gdy ciągnik porusza się po łuku (na zakręcie), albo gdy istnieje duża różnica przyczepności kół do podłoża. Koło, którego przyczepność do podłoża jest mała (np. koło na mokrej glinie lub lodzie), stawia mały opór. Mały opór występuje też wówczas na odpowiednim kole koronowym. Wtedy satelita obraca się wokół własnej osi i cały napęd zostanie skierowany na jedno koło. W warunkach polowych mogą występować takie sytuacje. Ponie­waż w takich warunkach praca agregatu ciągnikowego staje się niemożliwa, więc ciągniki rolnicze wyposaża się w blokadę mechanizmu różnicowego.

Rys. 5.19. Zasada działania mechanizmu

różnicowego [10]

1 — satelita, 2 — kola koronowe

Blokada mechanizmu różnicowego (rys. 5.20) to sprzęgło zębate, umożliwiają­ce połączenie półosi ciągnika z obudową mechanizmu różnicowego. Blokadę włącza operator ciągnika, natomiast rozłącza się ona samoczynnie dzięki zastosowaniu sprężyny.

Rys. 5.20. Blokada mechanizmu różnicowe­go [13]

1 — kolo koronowe półosi lewej, 2 — satelity, 3 — oś satelitów, 4 — koło koronowe półosi pra­wej, 5 — sprzęgło zębate blokady, 6, 7 — łożyska stożkowe, 8 — czynne koło zębate, 9 — bierne koło zębate, 10 — półoś prawa, 11 — wałek atakujący, 12 — osłona, 13 — półoś lewa

Mechanizm różnicowy NO-SPIN jest stosowany w przednich mostach napędowych ciągników rolniczych. Przeniesienie napędu na przednie koła ciągnika (w wersjach napędu uzupełniającego) powoduje utrudnienia eks­ploatacyjne w postaci zbyt częstego różnicowania prędkości obrotowej kół, wywołanego zmianami chwilowej przyczepności. W przypadku zastosowania blokady NO-SPIN (rys. 5.21) napęd z koła talerzowego na półosie jest przenoszony przez dwa sprzęgła zębate (kłowe). Ponieważ kły tych sprzęgieł mają kształt trapezowy, więc istnieje możliwość samoczynnego rozłączenia się sprzęgła, gdy prędkość obrotowa półosi napędowej przekroczy prędkość obrotową koła talerzowego (np. podczas skrętu). Z chwilą wyrównania się prędkości obrotowej obu tych elementów sprężyna powoduje włączenie sprzęgła zębatego. W takim mechanizmie różnicowym nie ma satelitów ani kół koronowych; różnicowanie prędkości obrotowej kół następuje dzięki roz­łączeniu się sprzęgła kłowego. Rozłącza się to sprzęgło, które przekazywało

napęd na koło zmuszone do obracania się z większą prędkością, a więc koło zewnętrzne podczas skręcania. Zastosowane w przednim moście sprzęgła zę­bate nazywamy sprzęgłami przeciążeniowymi jednokierunkowymi. Zastoso­wanie takich sprzęgieł eliminuje możliwość różnicowania prędkości obrotowej kół podczas jazdy na wprost w sytuacji, gdy przyczepność obu kół nie jest taka sama. Zastosowanie automatycznej blokady NO-SPIN zwiększa sprawność przeniesienia napędu.

Rys. 5.21. Mechanizm różnicowy NO-SPIN [19] / - tarcza środkowa, 2 — ustalacz, 3 — półoś napędowa, 4 — pier­ścień ustalający, 5 — sprężyna, 6 — sprzęgło zębate

Rys. 5.22. Przekładnia końcowa walcowa [13] 1 — pochwa półosi, 2 — półoś, 3 — zwolnica, 4 — oś koła jezdne­go napędzanego, 5 — łożysko, 6 - uszczelka, 7 — korpus zwolnicy

Półosie przekazują napęd z mechanizmu różnicowego do przekładni koń­cowych. Przekładnie te podobnie jak przekładnia główna są przekładnia­mi zwalniającymi (z'«l:5), dlatego są nazywane zwolnicami. Jako zwolnice są stosowane przekładnie zębate walcowe lub planetarne.

Przekładnia końcowa walcowa (rys. 5.22) składa się z dwu kół zębatych walcowych. Wzajemne położenie tych kół zależy od położenia obudowy przekładni względem pochwy tylnego mostu, dzięki temu można regulować prześwit pod tylnym mostem ciągnika. Takie rozwiązanie stosowano w ciąg­nikach Ursus C-330 i C-360.

W obecnie produkowanych ciągnikach Ursus jako przekładnie końcowe zastosowano przekładnie planetarne. Na końcu półosi jest zamocowany kosz satelitów 4 (rys. 5.23). Koło pierścieniowe 3 jest przymocowane do nieru­chomej obudowy całej przekładni, a koło słoneczne 1 jest osadzone na osi koła jezdnego. Napęd jest dostarczany na kosz satelitów 4. Ponieważ koło pierścieniowe 3 jest nieruchome, więc satelity 2, tocząc się wewnątrz koła pierścieniowego, obracają się wokół swoich osi i wprawiają w ruch koło sło­neczne 1. Zaletą takiej przekładni końcowej jest większa sztywność mostu. Przełożenie przekładni planetarnej oblicza się wg wzoru

Rys. 5.23. Przekładnia końcowa planetarna [10]

1— kolo słoneczne, 2 — satelity, 3 — koło pierścieniowe, 4 — kosz satelitów, 5 — półoś

5.6. Wałek odbioru mocy

Wałek odbioru mocy (WOM) służy do przekazywania napędu do współ­pracujących z ciągnikiem maszyn. Do wałka odbioru mocy napęd jest prze­kazywany z głównego sprzęgła ciągnika — równolegle do napędu przenoszonego do układu jezdnego, a więc z pominięciem skrzyni przekładniowej. Taki sposób przeniesienia napędu do WOM nazywamy napędem niezależnym, ponieważ prędkość obrotowa WOM jest niezależna od prędkości ciągnika. W ciągnikach lekkich i średnich włączanie napędu wałka odbioru mocy polega na połączeniu wałka pośredniego WOM z wałkiem głównym WOM za pomocą sprzęgła tulejowego (rys. 5.24). W ciężkich ciągnikach włączanie WOM na­stępuje za pomocą sprzęgła WOM (rys. 5.25).

Rys. 5.24. Schemat układu napędo­wego lekkiego ciągnika 7 — wałek sprzęgłowy, 2 — tuleja sprzę­głowa, 3 — wałek napędu niezależnego WOM, 4 —wałek pośredni skrzyni prze­kładniowej (tulejowy), 5 — wałek po­średni reduktora, 6 — wałek główny skrzyni przekładniowej, 7 — wałek zdawczy reduktora, 8—mechanizm róż­nicowy, 9 — blokada mechanizmu róż­nicowego, 10 — przekładnia końcowa (zwolnica), // — sprzęgło tulejowe napę­du WOM

Rys. 5.25. Schemat układu napędowego ciężkiego ciągnika [10]

/ — tarcza sprzęgłowa, 2 — obudowa sprzęgła, 3 — wałek sprzęgłowy, 4 — tuleja sprzęgłowa, 5 — sprzęgło napędu WOM I i II prędkości, 6 — sprzęgło napędu zależnego i niezależnego WOM, 7 — wałek napędu niezależnego, 8 — wałek napędu sprzęgła WOM, 9 — sprzęgło WOM, 10 — wałek zdawczy planetarnego wzmacniacza momentu obrotowego, 11 — sprzęgło wzmacniacza, 12 — hamulec wzmacniacza, 13 — wałek pośredni skrzyni przekładniowej, 14, 15 — sprzęgło zębate włączania biegów, 16 — wałek zdawczy skrzyni przekładniowej, 17, 18 — sprzęgła zębate włączania reduktora i biegu wstecznego, 19 — wałek zdawczy reduk­tora, 20 — koło atakujące, 21 — blokada mechanizmu różnicowego, 22 — półoś, 23 — oś koła napędo­wego, 24 — WOM, Zi-32 — koła zębate

Maszyny i ciągniki rolnicze produkuje wielu producentów. W celu zapewnie­nia prawidłowej współpracy maszyn i ciągników wyprodukowanych w różnych krajach ustanowiono międzynarodową normę na prędkość obrotową WOM. Podstawowa prędkość obrotowa WOM wynosi 540 obr/min. Taką prędkość obrotową WOM powinien uzyskiwać przy nominalnej prędkości obrotowej silnika. Jeżeli jest inaczej, to na pulpicie sterowniczym musi być wyraźnie podana prędkość obrotowa silnika, przy której WOM uzyskuje znorma­lizowaną prędkość obrotową.

W miarę wzrostu mocy stosowanych w ciągnikach silników pojawia się możliwość przekazywania większej mocy do współpracujących maszyn. Przy stałej prędkości obrotowej wartość przekazywanej mocy jest ograniczona wartością momentu obrotowego. Dlatego w ciągnikach ciężkich dopuszczono drugą znormalizowaną prędkość WOM, która wynosi 1020 obr/min. Nie­dopuszczalne jest pomyłkowe włączenie nieodpowiedniej prędkości obrotowej WOM. Dlatego końcówka WOM w wersji 540 obr/min ma 6 wypustów, a końcówka w wersji 1020 obr/min — 32 wypusty. W ciężkich ciągnikach Ursus zmiana końcówki 540/1020 powoduje samoczynne przełączanie przekładni przekazującej napęd do WOM.

W niektórych współczesnych konstrukcjach ciągników wałek odbioru mocy ma trzy prędkości: 540, 750 i 1000 obr/min. Prędkość pośrednią (750 obr/min) wprowadzono do napędu maszyn pracujących z prędkością 540 obr/min, lecz nie wymagających dużej mocy napędowej. W tej sytuacji, aby uzyskać prędkość obrotową WOM wynoszącą 540 obr/min, mając włączony napęd na 750 obr/min, prędkość obrotową silnika należy obniżyć o 30%. Taki wariant napędu stosuje się w przypadku, gdy podczas pracy wykorzystanie mocy silnika jest małe. Dzięki pracy przy obniżonej prędkości obrotowej silnika można zmniejszyć zużycie paliwa nawet do 25%.

W przypadku niektórych maszyn istnieje ścisła zależność między pracą elementów roboczych a pokonywaną przez maszynę drogą. Jeśli jest to ma­szyna zawieszana, to napęd WOM musi mieć prędkość obrotową dokładnie zsynchronizowaną z prędkości jazdy ciągnika. Taki rodzaj napędu WOM nazywa się napędem zależnym. W takim rozwiązaniu napęd na WOM jest przekazywany z wałka zdawczego reduktora (rys. 5.24).

Obecnie większość ciągników w wersji podstawowej jest wyposażona wy­łącznie w niezależny napęd WOM.

W latach siedemdziesiątych pojawiły się modele ciągników wyposażone w wałek odbioru mocy umieszczony z przodu lub z boku ciągnika. Obecnie ciągniki z silnikami o mocy przekraczającej 40 kW często mają przedni WOM i przedni podnośnik hydrauliczny. Również ZM Ursus oferują — na życzenie klienta — przedni WOM (o prędkości obrotowej 1000 obr/min) w następujących modelach ciągników: 914, 1014, 1224, 1614, 934, 1134, 1234 i 1634.

5.7. Wały napędowe i przeguby

Przedstawione na rysunkach 5.24 i 5.25 układy napędowe ciągników charakteryzują się zwartą budową. W przypadku ciągników z napędem na dwie osie oraz w wielu samochodach stosuje się wały napędowe, umożliwiające doprowadzenie napędu do oddalonych od siebie zespołów układu napędowego. Na rysunku 5.26 przedstawiono przykłady zastosowania wałów napędowych w samochodach.

Wał napędowy przedstawiony na rys. 5.27 składa się z dwu odcinków połączonych wielowypustem. Na końcach wału znajdują się przeguby umoż­liwiające przenoszenie napędu podczas zmiany położenia zespołów połączo­nych wałem. Ponieważ od długości wału zależy dopuszczalna prędkość obro­towa, z jaką wał może pracować, więc przy większych odległościach między zespołami napędowymi zamiast wałów pojedynczych stosuje się wały dzielone(rys. 5.28). Przy małej prędkości obrotowej wału lub przy małych kątach nachylenia stosuje się przeguby krzyżakowe (rys. 5.29). W celu zapewnienia właściwej pracy wału napędowego przeguby krzyżakowe na obu jego końcach muszą być ustawione w tej samej płaszczyźnie (rys. 5.30).

Rys. 5.26. Przykłady rozmie­szczenia walów napędo­wych: a) układ klasyczny, b) wał dwuczęściowy, c) na­pęd na dwie osie, d) napęd na trzy osie [12]

Rys. 5.27. Wał napędowy z przegubami krzyżakowymi [12]

1 — złącze kołnierzowe, 2 — przegub krzyżakowy, 3 — złącze wielowypustowe, 4 — ciężarek wyrównoważający,

5 — rura, 6 — smarowniczki

Rys. 5.28. Wał napędowy dzielony [12]

/ — przegub elastyczny, 2 — smarowniczka, 3 — wkładka elastyczna wspornika, 4 — łożysko wspornika,

5 — rura, 6 — złącze kołnierzowe, 7 — przegub krzyżakowy, 8 — wspornik, 9 — złącze wielowypustowe

Rys. 5.29. Zasada działania przegubu krzyża­kowego [12]

1 — widełki, 2 — krzyżak, 3 — wał napędzający, 4 — wał napędzany

Rys. 5.30. Wal napędowy: a) złożony prawidłowo, b) nie­prawidłowo [12]

Pytania i zadania kontrolne

1. Jakie zadania spełnia sprzęgło główne pojazdu?

2. Wymień podstawowe elementy sprzęgła tarczowego.

3. Na czym polega różnica działania sprzęgła jedno- i dwustopniowego?

4. Wymień podstawowe elementy sprzęgła odśrodkowego.

5. Wymień podstawowe elementy sprzęgła hydrokinetycznego.

6. Jakie zadania spełnia skrzynia przekładniowa?

7. W jakich przekładniach może być zastosowany synchronizator?

8. W jaki sposób wyznacza się przełożenie całkowite skrzyni przekładniowej?

9. Co to jest reduktor?

10. W jakim celu w ciągniku stosuje się wzmacniacz momentu obrotowego?

11. Z jakich elementów składa się planetarny wzmacniacz momentu obroto­wego?

12. Z jakich elementów składa się mechanizm różnicowy?

13. Dlaczego w ciągnikach stosuje się blokadę mechanizmu różnicowego?

14. Na czym polega niezależny napęd WOM?

15. Na czym polega zależny napęd WOM?

16. Opisz czynności regulacji pierwszego stopnia rozłączania sprzęgła na przy­kładzie wybranego ciągnika rolniczego.

17. Opisz czynności regulacji drugiego stopnia rozłączania sprzęgła na przy­kładzie wybranego ciągnika rolniczego.

18. Podaj objawy niewłaściwego stanu regulacji pierwszego stopnia rozłączania sprzęgła.

19. Podaj objawy niewłaściwego stanu regulacji drugiego stopnia rozłączania sprzęgła.

---