Широкий диапазон полной массы гусеничных машин (ГМ) в соответствии с ГОСТ РВ 51 792−2001 и грузоподъемности колесных машин (КМ) при требуемых высоких средних скоростях движения примерно одного и того же порядка в одинаковых дорожно-грунтовых условиях предопределяет существенное различие конструкций машин разных классов. Вместе с тем гусеничные и колесные машины обладают и определенной конструктивной общностью, обуславливаемой спецификой эксплуатации:
1) использованием одной и той же машины при транспортировании оборудования, людей и грузов, а также в качестве тягового средства [поэтому машины называются транспортно-тяговыми (ТТМ)];
2) применением их в качестве транспортно-технологической базы различного обе рудования для выполнения разнообразных технологических операций при движении и на стоянке;
3) их работой в тяжелых дорожных условиях при отрыве от стационарных баз, ремонтных мастерских и пунктов технического обслуживания.
Поэтому к гусеничным и колесным машинам всех категорий соответственно по массе и грузоподъемности предъявляются общие требования: по универсальности использования, надежности, проходимости, безопасности движения, высокому уровню эргономики, новейшим средствам автоматизации управления, защите окружающей среды, приспособленности к различным климатическим условиям, быстрой готовности к движению машин. Это приводит к применению однотипных решений по целому ряду агрегатов и систем, вследствие чего при кажущихся различиях гусеничных и колесных машин разных категорий они имеют много общего.
Эти требования могут быть выполнены на основе следующих принципов создания и совершенствования колесных и гусеничных машин двойного назначения:
1. Максимальной унификации одновременно выпускаемых гусеничных, а также полноприводных и неполноприводных колесных машин, обеспечивающей эффективное использование производственной базы и способствующей реализации оптимальных принципов организации эксплуатации техники. Унифицируются, главным образом, двигатель, коробка передач (КП) вместе с их системами. Это позволяет снизить себестоимость машин, а также обеспечить эксплуатацию и ремонт в единой инфраструктуре военной автомобильной техники или специальной народнохозяйственной техники.
2. Преемственности конструкций новых машин, разрабатываемых взамен устаревших, т. е. рационального использования конструкторских решений узлов и агрегатов, успешно применяемых в предыдущих моделях наряду с новыми разработками. Это расширяет возможности унификации машин, облегчает условия перехода производства на новую модель, сохраняет технические средства диагностирования, обслуживания и ремонта.
3. Разработки модификаций гусеничных и колесных машин в составе унифицированных семейств соответствующих машин. Это важно в современных условиях, когда области использования машин непрерывно расширяются, а необходимость в транспортных средствах, выполняющих специфические функции, увеличивается. В связи с этим для каждого унифицированного семейства разрабатывается унифицированное шасси (например, НИЭР «Жигули»), на основе которого создаются модификаций, позволяющие использовать узлы и агрегаты шасси не только для машин данного семейства, но и машин другого типа и класса.
4. Ориентации на применение агрегатов (например, двигателей и коробок передач) и составляющих отечественного производства с учетом их возможной замены на соответствующие зарубежные аналоги.
В соответствии с указанными принципами для техники двойного назначения, а также народнохозяйственной техники повышенной проходимости могут применяться дизельные двигатели, выпускаемые ОАО «Барнаульский завод транспортного машиностроения» (БЗТМ), ОАО «Автодизель» [Ярославский моторный завод (ЯМЗ)], ОАО «Челябинский тракторный завод» (ЧТЗ), ОАО «Камский автомобильный завод» (КАМАЗ), ОАО «Горьковский автомобильный завод» (ГАЗ).
Эти двигатели могут обеспечить выполнение требования по удельной мощности [(18.22) кВт/т (25.30 л.с./т)] гусеничных машин. В соответствии с этим диапазон мощности силовых установок для колесных и гусеничных машин в основном составляет (176.735) кВт (240. 1000л.с.).
В настоящее время в России ведутся работы по созданию многоцелевых дизелей ОАО «БЗТМ», ОАО «ЧТЗ», ОАО «Автодизель».
ОАО «Автодизель» ведет разработку и подготовку производства дизельных двигателей семейства ЯМЗ-530. Базовые модели данного семейства — рядные в 3-, 4- и 6-цилиндровом исполнении, максимально унифицированы между собой и перекрывают диапазон мощности (от 88 до 176) кВт. Из находящихся в производстве двигателей перспективным является 8-цилиндровый многотопливный дизельный двигатель ЯМЗ-846 мощностью 368 кВт (500 л.с.) и его модификаций различной мощности, а также 12-цилиндровые двигатели семейства ЯМЗ-8401 мощностью 478 кВт (650 л.с.).
Семейство дизелей БМД, разработанное ОАО «БЗТМ», включает базовые модели в 3-, 4-, 8- и 12-цилиндровом исполнении с газотурбинным наддувом и без него, перекрывает диапазон мощностей (от 150 до 1370) кВт.
Двигатель последних разработок ОАО «ЧТЗ» типа 2В-06 с оппозитным расположением цилиндров разработан как основная часть многочисленного семейства двигателей в диапазоне мощностей (от 200 до 1000) кВт.
За рубежом фирмами «Motors-Boduen» (Франция), «MTU» (Германия), «Oto Melara» (Италия), «Perkins» (Англия), «Caterpillar», «Cummins», «General Motors» (США) выпускаются и разрабатываются новые многоцелевые дизельные двигатели мощностью (от 200 до 1200) кВт (от 272 до 1632 л.с.). Они находят применение в объектах военной техники, большегрузных автомобилях и тягачах, промышленных тракторах, маневровых тепловозах, дизель-генераторных установках, речных и морских судах. Из множества зарубежных двигателей можно выбрать аналог нужному отечественному двигателю. При этом следует отметить, что все они отвечают требованиям «Евро-2», а многие — «Евро-3» и даже — «Евро-4».
В соответствии с сформулированными принципами создания колесных и гусеничных машин двойного назначения в части создания трансмиссий могут рассматриваться механизмы разных типов. Это коробки передач только с зубчатыми передачами — механические коробки передач, гидромеханические передачи (ГМП), объемно-гидромеханические коробки передач (ОГМКП), электромеханические передачи.
ЭМП) и др.
На современном уровне развития техники широкое применение для автомобилей находят вальные механические коробки передач. Они продолжают совершенствоваться, чему способствует компьютеризация систем управления. Включение передач в них выполняется инерционными синхронизаторами, в которых применяются корот-коходные зубчатые муфты. Для управления коробками передач используются электрический, гидравлический, пневматический или комбинированный приводы. Шестерни, как правило, — косозубые. Для некоторых зарубежных большегрузных автомобилей такие коробки передач имеют большое число ступеней (до 24), что приводит к увеличению массы, габаритов и сложности управления. Они, как правило, применяются индивидуально для определенных машин и распространения для другой техники не имеют. Зарубежные вальные механические коробки передач технологически отработаны, надежны и долговечны. В интересах рынка производством (например, фирмой «Eaton») освоены типоразмерные ряды коробок передач такого типа. В гусеничной технике механические коробки передач почти не применяются.
С точки зрения реализации сформулированных принципов создания колесных и гусеничных машин двойного назначения представляет интерес механизм передач и поворота (МПП) МТ-ЛБ, когда один и тот же агрегат применяется для гусеничных машин всего семейства легкой категории по массе (ЛКМ).
В настоящее время наряду с механическими передачами в автомобилях и гусеничных машинах применяются гидромеханические передачи.
Такая передача состоит из гидродинамической передачи и механической коробки передач, объединенных в один агрегат. В качестве гидродинамических передач могут применяться комплексные блокируемые передачи. В них может быть встроен гидрозамедлитель. Узкий диапазон рабочей зоны гидродинамического трансформатора обуславливает его применение с 5, 6-ступенчатой коробкой передач. В качестве коробок передач в гидромеханических передачах применяются планетарные коробки передач (ПКП) с двумя, тремя степенями свободы. Включение передач выполняется гидроподжимными фрикционными муфтами, управление которыми осуществляется электромагнитными гидроклапанами. Габариты всего агрегата могут быть соизмеримыми с габаритами механических коробок передач.
В трансмиссиях с центральной гидромеханической или механической коробкой передач для однозвенных гусеничных машин обязательно должен быть механизм поворота (МП).
Объемногидромеханические коробки передач и электромеханические передачи сейчас считаются перспективными. Они наиболее полно могут удовлетворять требованиям, предъявляемым к трансмиссиям транспортно-тяговых машин. В состав этих передач входят гидростатические и электрические передачи соответственно. Эти передачи непрерывны и регулируемы, могут быть легко автоматизированы. В механической части передач могут быть использованы конструкторские решения механических и гидромеханических передач.
Недостатком электрических и гидростатических передач является низкий по сравнению с другими передачами коэффициент полезного действия (КПД). Потери мощности в механической части такие же, как в механических коробках передач.
Гидростатические передачи вместе с зубчатыми передачами могут образовывать двухпоточные механизмы, что позволяет значительно расширить непрерывный интервал изменения скорости, повысить КПД, а так же уменьшать габариты трансмиссии. Такие механизмы могут обеспечить выполнение трансмиссии по бортовой схеме.
Электрические передачи просты в ремонте и обслуживании. Гидростатические передачи требуют более квалифицированного отношения. Надежность и долговечность гидростатических передач зависят от чистоты рабочей жидкости, на которой работает передача. Поэтому требуется ее тщательная фильтрация.
Гидравлические передачи выгодно отличаются от электрических передач тем, что они обладают сравнительно малыми габаритами и массой [15- 21]:
1. Габариты насосов и гидромоторов составляют 20% от габаритов генератора и электродвигателя той же мощности.
2. Масса насосов и гидромоторов составляет (10. .30) % массы электрических агрегатов подобного назначения такой же мощности. В частности, удельная масса насоса, работающего при частоте вращения (2500.3000) мин.'1 и рабочем давлении (35.40) МПа, не превышает 0,7 кг/кВт, в то время как удельная масса современных электрогенераторов составляет 3 кг/кВт.
3. При рабочем давлении 28 МПа и выше вес трубопроводов с жидкостью в гидравлических системах становится меньше веса электрических проводов для передачи той же мощности [4].
Гидравлические двигатели вращательного действия отличаются от электрических двигателей той же мощности более высоким отношением крутящего момента на выходном валу к моменту инерции ротора.
Электрические машины в трансмиссионном для транспортно-тяговых машин исполнении сейчас могут выпускаться экспериментально для решения исследовательских задач. В них применяются дорогостоящие цветные материалы. Все это обуславливает высокую стоимость электрических машин и трансмиссии в целом.
Гидромашины с объемным регулированием в трансмиссионном для транспортно-тяговых машин исполнении в нашей стране выпускаются несколькими заводами в основном по зарубежным лицензиям.
Таким образом, на пути решения трансмиссионных задач в соответствии с сформулированными принципами создания и совершенствования колесных и гусеничных машин двойного назначения разработка и создание модульных объемноги-дромеханических трансмиссий (ОГМТ) для колесной и гусеничной техники является актуальной задачей. При этом могут возникнуть трудности тягово-динамического и прочностного характера, решение которых возможно, используя достижения, полученные в области объемногидромеханических и гидромеханических передач.
Цель работы состоит в обосновании возможности создания модульных объемногидромеханических трансмиссий для установки на колесных и гусеничных машинах двойного назначения.
Эта возможность определяется нагруженностью, под которой будем понимать нагрузки (силы и моменты) и частоты вращения, действующие на звенья трансмиссионного механизма.
Разработка колесных и гусеничных машин двойного назначения с объемноги-дромеханическими трансмиссиями в соответствии с сформулированными принципами способствует более рациональному использованию производственных мощностей промышленности, более полному удовлетворению потребностей военной автомобильной техники и техники народного хозяйства в транспортных средствах различного типа и назначения. Она может способствовать выходу отечественной продукции не только на внутренний, но и на внешний рынок.
Общие выводы.
1. Разработанная методика определения параметров трансмиссионных механизмов с гидравлическими и зубчатыми передачами позволила выполнить кинематический расчет ОГМТ. Результаты расчета свидетельствуют о том, что требования по максимальной силе тяги и максимальной скорости машины могут быть выполнены комбинированными объемногидромеханическими передачами при модульном исполнении одноразмерных гидроагрегатов отечественного производства [в настоящее время с установочной мощностью (107.221) кВт], унифицированных по присоединительным размерам. При этом рабочий скоростной диапазон машины равен семи.
2. Разработана методика расчета нагруженности ОГМП с использованием энергетической характеристики объемной гидропередачи, не зависящей от характеристик потерь мощности в последней. Эта характеристика позволяет оценить влияние параметров механической части замкнутого контура передач на нагруженность объемной гидропередачи, что подтверждается экспериментально.
3. Выполненные исследования показывают, что создание модульных ОГМТ для гусеничных и колесных машин двойного назначения в соответствии с заданными требованиями возможно путем создания их типоразмерного ряда. Обоснован типораз-мёрный ряд модульных ОГМТ, который должен состоять из трех групп, включающих механизмы передач и поворота в виде двух присоединенных бортовых 4-диапазонных объемногидромеханических коробок передач, для работы с двигателями в интервале мощностей: I группа — до 200 кВтII группадо 300 кВтIII группадо 400 кВт.
4. В качестве базового трансмиссионного механизма в каждой группе типоразмерного ряда ОГМТ должен быть принят МПП, а его ОГМКП является основой для разработки кэробки передач с гидромашинами как моноблочного, так и раздельного исполнения такого же типа для машины с меньшей (не менее, чем в два раза) мощностью двигателя. При применении гидромашин раздельного исполнения для увеличения крутящего момента может использоваться регулируемый гидромотор с рабочим объемом до 160 см³.
5. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили правомерность разработанных методик. Средний КПД ОГМТ при движении машины по совокупности дорожно-грунтовых условий составляет 0,876 (при устранении потерь от барбо-тажа масла известными методами).
6. Для гусеничной машины промежуточной категории по массе (с двигателем мощностью до 735 кВт) и тягача автопоезда полной массой свыше 100 т теоретически обоснованы кинематические параметры и параметры нагруженности 3-диапазонной ОГМП с динамической гидропередачей.
