ГУСЕНИЧНЫЙ ТРАКТОР Российский патент 2007 года по МПК B62D55/08 B62D63/04 

Изобретение относится к тракторостроению, преимущественно к сельскохозяйственным гусеничным тракторам.

Требования к современным тракторам по грузоподъемности и навесоспособности существенно повысились и, спровоцировав рост мощностей силовых установок, привели к увеличению массы машин. В совокупности с утяжелением навесного оборудования это создало ряд проблем по обеспечению тягово-сцепных характеристик тракторов, т.к. обусловило смещение центра масс (ЦМ) назад и расположение его в середине опорной поверхности (СОП) гусеничных движителей, из-за чего при работе трактора с силой тяги в длительном режиме центр давления (ЦД) смещается назад относительно СОП и происходит перегрузка задних опорных катков, что снижает тяговый КПД.

Другой проблемой современных гусеничных тракторов является виброактивность из-за динамического нагружения его элементов.

В известных гусеничных тракторах фирм "Caterpillar" и "John Deer", США (проспект выставки "Золотая осень", Москва, ВВЦ, 2005 г.) эти проблемы частично решены использованием резинотроссовой гусеничной ленты (без траковых звеньев), смещением ЦМ вперед за счет размещения силовой установки в передней части остова и навески балласта спереди; увеличением опорной поверхности гусеничных движителей; выполнением заднего ведущего колеса опорным и по диаметру значительно превышающим переднее направляющее колесо, также выполненное опорным. Главная особенность этих тракторов состоит в том, что передача крутящего момента от ведущего колеса к гусеничной ленте происходит за счет трения между ними - в связи с этим имеет место чрезвычайно большое натяжение гусеничной ленты для создания необходимой силы трения. К тому же присутствие влаги во фрикционном контакте нежелательно, т.к. снижает качество сцепления ленты с колесом, поэтому в регионах с повышенной влажностью, как, например, во многих регионах России в весенне-осенний периоды, использование таких тракторов будет неэффективно.

Известны гусеничные тракторы, в которых для улучшения тягово-сцепных характеристик предусмотрено выравнивание нагрузки по опорным поверхностям гусеничных движителей, например, путем силового и позиционного регулирования навесного оборудования с помощью гидравлического механизма выравнивания, подключенного тросами к тележкам опорных катков (RU 2236978, 2004 г.), или за счет варьирования композиционных схем расстановки вдоль горизонтальной балки гусеничного движителя опорных катков: спаренных и одинарных (RU 2009933, 1994 г.).

Такие решения либо сложны конструктивно, либо требуют значительных временных затрат на их реализацию.

Известен гусеничный трактор, в котором выравнивание нагрузки на опорные катки предлагается осуществлять изменением давления, передаваемого передним направляющим опорным колесом на грунт под действием силового цилиндра с рычажной передачей (а.с. SU 1655836, 1991 г.).

Наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения является гусеничный трактор (RU 2033363, 1995 г.), содержащий остов, силовую установку, расположенные побортно гусеничные движители с опорными катками, направляющими колесами и ведущими колесами, установленными на оси моста, подключенного к силовой установке, а также механизм выравнивания нагрузки по опорным поверхностям движителей и узлы для навески рабочего орудия и балласта.

Механизм выравнивания нагрузки в прототипе представляет собой дополнительную раму, подвижную относительно остова вдоль продольной оси. На раме смонтированы мост с ведущими колесами, силовая установка и гидроцилиндр привода перемещения рамы, управляемый по показаниям датчиков, измеряющих вертикальную нагрузку на передний и задний опорные катки. Предусмотрена также возможность подъема той части рамы, где расположено ведущее колесо, для обеспечения постоянного натяжного усилия гусениц.

При возрастании вертикальной нагрузки на задние опорные катки с помощью устройства сравнивания подается управляющий сигнал на гидрораспределитель, который направляет рабочую жидкость в одну из полостей гидроцилиндра, шток которого, перемещаясь, перемещает раму относительно остова до достижения равномерности нагрузок на катках.

К недостаткам прототипа следует отнести большое динамическое нагружение несущих элементов трактора вследствие сложения или вычитания скоростей перемещения рамы и скорости движения трактора вплоть до остановки последнего; проблематичность применения устройств, обеспечивающих беззазорное соединение перемещающихся относительно друг друга рамы и остова при работе цилиндра, малый угол охвата ведущего колеса гусеничной лентой - все это снижает тяговый КПД трактора.

Задача, реализуемая изобретением, направлена на создание гусеничного трактора с улучшенными тягово-сцепными характеристиками, с высоким уровнем комфортности работы на нем.

Технический результат, получаемый от использования изобретения, заключается в:

- выравнивании нагрузки, действующей от катков ходовой системы на опорную поверхность гусеницы от действия реактивного момента на корпус конечной передачи при действии силы тяги;

- уменьшении динамического нагружения элементов трактора для снижения вибрационного уровня путем увеличения диаметра ведущего колеса, так как уменьшается угол складывания траков гусеницы, и увеличения угла охвата ведущего колеса, обеспечивающего зацепление большего количества зубцов колеса с гусеницей, что позволяет расставить зубцы с пропусками;

- улучшении навесоспособности и грузоспособности трактора за счет размещения балласта сзади и с возможностью его удаления.

Для достижения технического результата в гусеничном тракторе, содержащем остов, силовую установку с двигателем, коробкой передач и делителем потока мощности, расположенные побортно гусеничные движители, имеющие опорные катки, и установленные на осях, подключенных к силовой установке, ведущие колеса, механизм выравнивания нагрузки по опорным поверхностям движителей и узлы для навески рабочего орудия и балласта, в отличие от известных аналогов ведущие колеса движителей выполнены опорными и установлены на осях редукторов конечных передач, закрепленных на остове с возможностью упругих вертикальных перемещений для подрессоривания, например, посредством гидроцилиндра и упругого элемента, а механизм выравнивания нагрузки выполнен в виде замкнутых на остове четырехзвенников, при этом каждый из них установлен по месту расположения ведущего колеса и образован системой шарнирно взаимосвязанных рычагов, из которых один является несущей подвеской для редуктора конечной передачи, а один выполнен регулируемым по длине и закреплен на корпусе этого редуктора.

Дополнительные отличия состоят в том, что:

- ведущее опорное колесо выполнено с наружными зубцами, расположенными попарно в чередовании со свободными участками наружного диаметра, причем окружной шаг расположения зубцов больше или равен шагу звеньев гусеничной ленты - это обеспечивает в случае применения резиноармированной гусеницы (РАГ) уменьшение динамических воздействий, и уменьшение количества закладных элементов, и уменьшение динамичности в металлической гусенице;

- коробка передач и делитель мощности размещены на остове перед двигателем - это обеспечивает дополнительную сбалансированность машины;

- редуктор конечной передачи выполнен в виде коническо-цилиндрического двухступенчатого механизма или в виде коническо-планетарного механизма;

- балласт выполнен сменным, с возможностью размещения со стороны навески рабочего орудия - этим достигается повышенная навесоспособность и грузоподъемность трактора.

На представленных чертежах:

фиг.1 - компоновка основных узлов гусеничного трактора;

фиг.2 - кинематическая схема трансмиссии (пример);

фиг.3 - схема механизма выравнивания и подвески заднего ведущего опорного колеса;

фиг.4 - пример выполнения ведущего колеса и его взаимодействия с гусеничной лентой.

На остове 1 трактора размещена силовая установка с двигателем 2 с муфтой сцепления, главной передачей 3, коробкой передач 4, делителем потока мощности по бортам 5, а также задний вал 6 отбора мощности, механизм поворота 7, редукторы конечной передачи 8, подключенные карданными валами 9 к силовой установке, и гусеничные движители, имеющие опорные катки 10, передние колеса 11 и ведущие опорные задние колеса 12, охватываемые гусеничной лентой 13.

Узлы 3, 4, 5 и 7 расположены на остове 1 в передней части трактора перед двигателем 2, а редукторы 8 с колесами 12 - сзади.

Двигатель 2 в конкретном примере исполнения (фиг.2) расположен таким образом, что передний носок его коленвала связан с редуктором 14 заднего вала 6 отбора мощности.

Редуктор 8 представляет собой двухступенчатый коническо-планетарный механизм, как, например, в конкретном примере исполнения, показанном на фиг.2. Возможно исполнение редуктора и другим известным образом.

Ведущие опорные колеса 12 установлены на осях редукторов 8, при этом каждый редуктор 8 соединен с остовом 1 при помощи четырехзвенного шарнирного механизма ABCD, схему которого поясняет фиг.3, с возможностью упругих вертикальных перемещений подрессоривания.

На схеме (фиг.3) из трех опорных точек X, Y, Z одна - Z - относится к заднему опорному колесу 12, а две точки Х и Y имитируют воздействие на опорные катки 10: передние и задние.

Четырехзвенный шарнирный механизм состоит из рычага 15, являющегося несущей подвеской для редуктора 8; рычага 16, выполненного регулируемым по длине и закрепленного на корпусе редуктора 8, и рычага 17. Все рычаги шарнирно взаимосвязаны между собой, а рычаги 15 и 17 еще дополнительно и с остовом 1.

Рычаг 15 свободным противоположным концов соединен с остовом посредством собственного гидроцилиндра 18 и упругого элемента 19.

Регулирование длины рычага 16 осуществляется либо дискретно путем предэксплуатационной настройки, либо плавно, как в конкретном примере исполнения (фиг.3), например, при помощи встроенного в него гидроцилиндра, управляемого вручную или автоматикой, предусмотренной в схеме трактора и срабатывающей по сигналам датчиков, измеряющих реакцию на опорных катках 10 движителей или на других элементах трактора.

Количество ведущих зубцов 20 на колесе 12 должно быть достаточным и быть целым числом. При этом зубцы могут чередоваться с зонами 21 цилиндрической поверхности свободными от зубцов, предназначенными для опоры на соответствующие поверхности внутри гусениц. Поскольку шаг звеньев гусениц меньше соответствующего шага расположения зубцов 20, то количество звеньев, укладывающихся на всей опорной окружности движителя, может быть дробным.

Предлагаемое исполнение гусеничного трактора допускает применение резиноармированной гусеницы (РАГ). В этом случае могут быть реализованы повышенные скорости движения трактора при комфортных условиях.

Возможно также применение звенчатой металлической гусеницы. При этом целесообразно демпфирование или микроподрессоривание ведущего колеса.

Одна из особенностей предлагаемой конструктивной схемы гусеничного трактора состоит в том, что съемный балласт 22 устанавливается сзади, а не спереди трактора. Узел 23 служит для навески рабочего орудия.

Расположение основных трансмиссионных агрегатов спереди позволяет существенно сместить центр масс вперед и создать тем самым условия равномерного нагружения катков ходовой системы во время пахоты и других аналогичных по нагружению длительных работ. При этом не потребуется установка балласта спереди для достижения того же эффекта.

Помимо этого, улучшается доступ к узлам трансмиссии, что облегчит ремонтные работы и обслуживание.

Карданные валы к редукторам конечных передач позволяют выполнить подрессоривание задних опорноведущих колес 12 и улучшить плавность хода, а следовательно, и условия труда тракториста.

Вибрация от подъема траков гусеничной цепи при набегании на колесо 12 уменьшается вследствие возможности увеличить его диаметр, а также от возможности подрессоривания.

При использовании РАГ виброактивность может быть дополнительно уменьшена за счет сокращения числа закладных элементов в гусенице и рисунка ее протектора.

Динамика гусеничного движителя предлагаемого трактора такова, что при действии силы тяги Р_кр возникает реактивный крутящий момент М_к. Из схемы подвески колеса 12 (фиг.3) видно, что точка приложения силы G_к, возникающей от действия реактивного крутящего момента, может менять свое положение в зависимости от длины звена 16 четырехзвенника, меняя которую можно управлять распределением нагрузки по каткам ходовой системы, достигая равномерности нагружения, т.е. повышения тягового к.п.д. трактора.

Увеличение длины звена 16 ведет к смещению силы G_к вправо в сторону колеса, и наоборот при уменьшении длины звена точка приложения этой силы отдаляется от колеса. При этом соответственно меняется плечо и величина силы.

Такая схема подвески обеспечивает также возможность перераспределения вертикальных реакций опорной поверхности между опорными (не ведущими) катками ходовой системы (точки X, Y) и реакцией на опорном колесе (точка Z), достигаемого за счет регулирования давления в гидроцилиндре 18. При возникновении перепада давления на его поршне реакция опорной поверхности на движитель может увеличиваться или уменьшаться, в соответствии с чем меняется нагрузка на катки ходовой системы.

Данная нагрузка в свою очередь зависит от массы заднего балласта G_б, а также от массы навешиваемого на трактор сельскохозяйственного орудия. Поскольку существует очень большое количество разнообразных орудий различного назначения, в рассматриваемой схеме дан общий случай нагружения и балансировки трактора, при котором все опорные катки ходовой системы должны быть нагружены одинаково. Возможен также другой вариант, при котором нагрузка по каткам зависит от их диаметра и т.д. Однако и в одном и в другом случае эта схема способна удовлетворить конкретные требования по распределению нагрузок.

Предлагаемая схема дает возможность увеличить навесоспособность трактора. В случае агрегатирования с тяжелыми и очень тяжелыми сельскохозяйственными орудиями балластные грузы 22 могут быть демонтированы, за счет чего может быть уменьшена нагрузка на ходовую систему либо применено более тяжелое орудие. Такое качество возможно из-за достаточно большого смещения центра масс вперед и расположения основного балласта 22 сзади.

Перераспределение нагрузки на ходовую систему зависит в том числе и от давления в гидроцилиндре 18. Если давление отсутствует, то под действием веса балласта G_б в системе опорных катков увеличится нагрузка на правую опору Y, расположенную ближе к колесу, а опора Z окажется разгруженной от веса балласта. Если давление в гидроцилиндре уравновесит вес балласта 22, то эту нагрузку воспримет опора Z колеса, а опора катков Y разгрузится.

Таким образом, изменяя давление в гидроцилиндре 18, возможно управлять нагрузкой на ходовую систему. При возможности одновременного регулирования цилиндром 20 открывается перспектива выравнивания нагрузок по каткам с учетом одновременного действия реактивного крутящего момента движителя.

Характеристика упругого элемента 19 будет меняться при регулировании давления в гидроцилиндре 18 так, что при увеличении давления будет увеличиваться реакция на движитель и соответственно сила подрессоривания. Жесткость упругого элемента при этом не меняется.

Изобретение относится к области тракторостроения, преимущественно к сельскохозяйственным гусеничным тракторам. Гусеничный трактор содержит остов, двигатель с муфтой сцепления, главную передачу, коробку передач, делитель потока мощности по бортам, задний вал отбора мощности, механизм поворота, редукторы конечной передачи, подключенные карданными валами к силовой установке, гусеничные движители с опорными катками, передними колесами и задними опорными ведущими колесами. При этом опорные ведущие задние колеса установлены на осях редукторов, которые в свою очередь закреплены на остове соосно заднему валу отбора мощности с возможностью упругих вертикальных перемещений для подрессоривания с помощью гидроцилиндра и упругого элемента. Механизм выравнивания нагрузки представляет собой два замкнутых на остове четырехзвенника. Каждый четырехзвенник установлен по месту расположения опорного колеса и образован системой шарнирно взаимосвязанных рычагов. Один из рычагов четырехзвенника является несущей подвеской для редуктора. Другой рычаг четырехзвенника выполнен с возможностью регулировки его длины плавно или дискретно и закреплен на корпусе редуктора. Кроме этого, все основные трансмиссионные агрегаты в тракторе расположены спереди, а балласт сзади. Ведущее опорное колесо выполнено с наружными зубцами, расположенными попарно в чередовании со свободными участками его наружного диаметра. Технический результат заключается в выравнивании нагрузки, действующей от катков ходовой системы на опорную поверхность гусеницы, уменьшении динамического нагружения элементов трактора, снижении вибрационного уровня, улучшении навесоспособности и грузоспособности трактора. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Гусеничный трактор, содержащий остов, силовую установку с двигателем, коробкой передач и делителем потока мощности, гусеничные движители, расположенные побортно и имеющие опорные катки и установленные на осях, подключенных к силовой установке, ведущие колеса, механизм выравнивания нагрузки по опорным поверхностям движителей и узлы для навески рабочего орудия и балласта, отличающийся тем, что в нем ведущие колеса движителей выполнены опорными и установлены на осях редукторов конечных передач, закрепленных на остове с возможностью упругих вертикальных перемещений для подрессоривания, например, посредством гидроцилиндра и упругого элемента, а механизм выравнивания нагрузки выполнен в виде замкнутых на остове четырехзвенников, при этом каждый из них установлен по месту расположения ведущего колеса и образован системой шарнирно взаимосвязанных рычагов, один из которых является несущей подвеской для редуктора конечной передачи, а один выполнен регулируемым по длине и закреплен на корпусе этого редуктора.2. Трактор по п.1, отличающийся тем, что ведущее опорное колесо выполнено с наружными зубцами, расположенными попарно в чередовании со свободными участками его наружного диаметра.3. Трактор по п.2, отличающийся тем, что окружной шаг расположения зубцов больше или равен шагу звеньев гусеничной ленты.4. Трактор по п.1, отличающийся тем, что коробка передач и делитель потока мощности размещены на остове перед двигателем.5. Трактор по п.1, отличающийся тем, что редуктор конечной передачи выполнен двухступенчатым коническо-цилиндрическим.6. Трактор по п.1, отличающийся тем, что редуктор конечной передачи выполнен коническо-планетарным.7. Трактор по п.1, отличающийся тем, что балласт выполнен сменным, с возможностью размещения со стороны навески рабочего орудия.