ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ТРАНСМИССИЯ ТРАКТОРА
ELECTROMECHANICAL TRANSMISSION OF TRACTOR

Изобретение относится к электромеханической силовой передаче трактора, предпочтительно, с гусеничными движителями, как правило, имеющего монорамную конструкцию и используемую в лесном, строительно-дорожном и сельскохозяйственном машиностроении.
Электромеханические передачи (ЭМП) благодаря своим явным преимуществам пришли на смену механическим ступенчатым, гидромеханическим и гидростатическим передачам.
ЭМП трактора (машины) в общем случае включает: двигатель внутреннего сгорания (ДВС), мотор-генератор (МГ), тяговый электродвигатель/двигатели (ТЭД), механическую передачу (МП) в виде редукторов или мостов, связанных с движителями, соединительные силовые кабели, систему электроуправления, охлаждения, гидросистему технологического оборудования (см. например, буклет Российского электротехнического концерна, http://www.raselprom.ru, рисунок П.1 приложения).
Особенностью приведенной схемы электромеханической передачи (ЭМП) является то, что тяговые электродвигатели установлены на тракторе соосно с ведущими звездочками гусеничных движителей и воздействие их массы находится на краю опорной поверхности гусеничных движителей.
Однако такая установка ТЭД не приемлема для целого ряда тракторов (машин), учитывая габаритные размеры ТЭД и то, что ЭПМ, как правило, применяется взамен устаревшей механической ступенчатой силовой передачи. При такой установке ТЭД зачастую требуется увеличение параметров рамы трактора и колеи, что неизбежно приведет к увеличению массы трактора и снижению его грузоподъемности.
Известно техническое решение (см. патент РФ №2394701), в котором электромеханическая трансмиссия трактора реализована в гусеничном тракторе с бульдозерным оборудованием. В данном техническом решении в одном из вариантов его реализации ЭМП содержит двигатель внутреннего сгорания, мотор-генератор, электрически связанный с оппозитно расположенными относительно продольной оси трактора тяговыми электродвигателями, один конец вала каждого электродвигателя связан с механической передачей соответствующего ведущего движителя трактора, соединительные силовые кабели, системы электроуправления, охлаждения, гидросистему технологического оборудования исполнительных рабочих органов, используемых в составе оборудования трактора.
В этом техническом решении центр масс трактора и масса переднерасположенного бульдозерного оборудования уравновешены и находится над серединой опорной поверхности гусеничных движителей или близок к ней.
При заднем расположении технологического оборудования, например трелевочного (скиддер «Caterpillar», рис. П.2), в отличие от бульдозера, для уравновешивания трелевочного оборудования, по меньшей мере, смещают или увеличивают опорную поверхность движителей за ведущими звездочками, т.е. трактор претерпевает конструктивные компоновочные изменения. При этом также используется одноконтурный гидропривод с четырьмя исполнительными механизмами.
Однако при более сложном и более функциональном технологическом оборудовании требуется более мощная приводная насосная гидростанция для двух и более контуров гидросистем, размещение которой при данной компоновке агрегатов ЭМП трактора проблематично.
В качестве ближайшего аналога настоящего изобретения по совокупности конструктивных признаков выбрано техническое решение по патенту РФ №2394701.
Задача настоящего изобретения состояла в создании электромеханической трансмиссии для трактора, предпочтительно с гусеничными движителями, обеспечивающей возможность использования многофункционального технологического оборудования без изменения конструктивных параметров трактора (машины).
Для решения поставленной технической задачи предложена электромеханическая трансмиссия для трактора, содержащая двигатель внутреннего сгорания, мотор-генератор, электрически связанный с оппозитно расположенными относительно продольной оси трактора тяговыми электродвигателями, один конец вала каждого электродвигателя связан с механической передачей соответствующего ведущего движителя трактора, соединительные силовые кабели, системы электроуправления, охлаждения, гидросистему технологического оборудования исполнительных рабочих органов, используемых в составе оборудования трактора, согласно изобретению, валы электродвигателей параллельны продольной оси трактора и связаны с механической передачей соответствующего движителя посредством карданных валов для смещения центра масс электродвигателей к центру масс трактора, расположенного на середине опорной поверхности движителей или вблизи нее, при этом свободные концы валов электродвигателей соединены с насосами гидросистемы технологического оборудования, названные концы валов электродвигателей соединены с карданными валами и насосами гидросистемы посредством управляемых гидравлических муфт.
При реализации изобретения благодаря продольной установке тяговых электродвигателей обеспечивается замена устаревших конструкций передач на более эффективную электромеханическую передачу без изменения конструктивных параметров трактора (машины), расширение его технологических возможностей при использовании многофункционального технологического оборудования, а также повышение грузоподъемности при транспортировке материалов или увеличению допустимой массы технологического оборудования.
При анализе известного уровня техники не выявлено технических решений, имеющих аналогичную заявляемому техническому решению совокупность конструктивных признаков, что свидетельствует о соответствии его критериям изобретения: «новизна», «промышленная применимость», что подтверждается нижеприведенным описанием изобретения и поясняющими рисунками, в соответствии с которыми:
на рис.1 - Блок-схема электромеханической трансмиссии (передачи) трактора (машины) с продольным расположением тяговых электродвигателей;
на рис.2 - пример реализации ЭМП на тракторе с функциями сбора и транспортировки лесоматериалов (форвардер).
Электромеханическая трансмиссия (передача) трактора (рис.1) содержит двигатель внутреннего сгорания (ДВС) 1, электрический мотор-генератор (МП) 2, соединенный с ДВС посредством муфты 3, два тяговых электродвигателя (ТЭД) 4, предпочтительно асинхронные, механическую передачу движителей, выполненную в виде заднего моста 5, в котором установлены главные коническо-цилиндрические передачи 6, бортовые планетарные редукторы 7 с ведущими звездочками 8 гусеничных движителей 9 трактора.
Тяговые электродвигатели (ТЭД) 4 оппозитно расположены относительно продольной оси трактора, один конец вала каждого электродвигателя связан с механической передачей соответствующего ведущего движителя трактора. Валы электродвигателей 4 параллельны продольной оси трактора и связаны с механической передачей соответствующего движителя посредством карданных валов 10 для смещения центра масс электродвигателей к центру масс трактора, расположенного на середине опорной поверхности движителей или вблизи нее.
Свободные концы валов электродвигателей 4 соединены с насосами гидросистемы технологического оборудования, при этом названные концы валов электродвигателей соединены с карданными валами 10 и насосами 11 гидросистемы посредством управляемых гидравлических муфт 12 и 13, включение и отключение которых может быть осуществлено электрически или гидросистемой управления, имеющей насос, установленный на ДВС, электрогидрораспределители и соединительные магистрали (не показана).
Электрическая система ЭМП включает соединительные силовые кабели 14, контроллеры верхнего 15 и нижнего 16 блоков управления, джойстик 17 управления ходом трактора, джойстики 18 управления исполнительными механизмами технологического оборудования. Имеющиеся система охлаждения электроагрегатов, гидросистема технологического оборудования исполнительных рабочих органов трактора не показаны.
На рис.2 показан пример реализации ЭМП на тракторе с функциями сбора и транспортировки лесоматериалов (форвардер).
В данном примере приводится рассмотрение действующих нагрузок в зависимости от расположения ТЭД на раме гусеничного тракторе лесопромышленного назначения - форвардер, содержащего базовое шасси 19, бульдозерное и технологическое оборудование: манипулятор 20 с рабочим органом - грейферным захватом, грузовая платформа 21, в которую загружаются лесоматериалы - сортименты 22.
Движение трактора осуществляется джойстиком 17 при включении гидромуфт 12, управление исполнительными механизмами технологического оборудования - джойстиком 18 при включении гидромуфт 13. Возможно также совмещение хода трактора и работы технологического оборудования трактора (машины).
Рассмотрим действующие на грунт нагрузки.
Поскольку центр давления на грунт трактора (машины) должен совпадать или быть расположен близко к середине А (рис.2) опорной поверхности движителей, при условии уравновешенности других составляющих узлов машины, рассмотрим только моменты, действующие в зависимости от места расположения тяговых электродвигателей (ТЭД) и масс перевозимых сортиментов.
На приведенном рис.2 показаны два варианта расположения ТЭД:
1 вариант - тяговые электродвигатели оппозитно расположены относительно продольной оси трактора, один конец вала каждого электродвигателя связан с механической передачей соответствующего ведущего движителя трактора и соосен со звездочками ведущих колес.
В этом случае
A
гр1
тэд
М=G×L+2G×1,26L
2 вариант - тяговые электродвигатели оппозитно расположены относительно продольной оси трактора, продольная ось каждого вала параллельна продольной оси трактора, один конец вала каждого электродвигателя посредством карданного вала связан с механической передачей соответствующего ведущего движителя трактора для смещения центра масс ТЭД в зону середины А опорной поверхности движителей.
В этом случае
A
гр2
тэд
M=G×L+2G×0,08L, где:
L; 0,08L и 1,26L - условно принятые соответствующие плечи действия масс груза и тяговых электродвигателей в зависимости от их расположения относительно середины опорной поверхности движителей трактора.
После преобразований, и подставив значение массы ТЭД, равное 470 кг, для тракторов класса тяги 4-5 тс, получим выражение
гр2
гр1
тэд
гр2
гр1
3
3
3
G-G=2,36G или G-G=1110 кг, т.е. грузоподъемность машины по II варианту выше, чем по I варианту на 1110 кг, что соответствует увеличению рейсовой нагрузки на 1,2 м древесины, сменной производительности при 6 рейсах в смену - на 7,2 м, годовой производительности при двухсменной работе машины и двухстах рабочих днях в году - на 2880 м.
Аналогичные нагрузки имеются у форвестера (валочно-сучкорезно-раскряжевочно-транспортной машины), бесчокерных трелевочных машин как манипуляторного типа, так и с пачковым захватом - скиддеров, буровых машин, ремонтно-сварочных машин и т.д.
Таким образом:
- оппозитное расположение относительно продольной оси тяговых электродвигателей на раме базового шасси трактора, ориентация продольных осей их валов в направлении, параллельном продольной оси трактора, связь одного конца вала каждого ТЭД через карданный вал с механической передачей соответствующего движителя обеспечивает смещение центра масс ТЭД в зону центра масс трактора, что повышает грузоподъемность машины при транспортировке материалов или увеличение допустимой массы технологического оборудования;
- соединение свободных концов валов электродвигателей с насосами гидросистемы технологического оборудования, наличие управляемых гидравлических муфт между концами валов электродвигателей обеспечивает расширение технологических возможностей трактора при использовании в его составе многофункционального технологического оборудования.