Застосування об'ємного гідропривода в сільськогосподарській техніці

У наш час у сільськогосподарському машинобудуванні широко впроваджуються гідрооб'ємні передачі. Багато років вже експлуатуються в сільському господарстві гідрофіковані машини, що випускаються серійно: косилка-плющилка самохідна КПС5-Г і пневматичні сівалки СУПН 8...12; самохідні комбайни: силосозбиральний КСК-100, кукурудзозбиральний КСКУ-6 "Херсонец-200", коренезбиральний РКС-6Б, зернозбиральний СК-10 "Ротор", "ДОН-1500" та ряд інших машин. Досвід експлуатації показав, що застосування гідрооб'ємних приводів замість механічних передач дозволяє підвищити продуктивність комбайнів і машинно-тракторних агрегатів (МТА) у різних географічних зонах землеробства на 20...45%.

Подальше впровадження об'ємних гідроприводів на сільськогосподарських машинах полягає в переході до комплексної гідрофісації сільськогосподарської техніки, включаючияк самохідні машини, так і МТА.

З великої розмаїтості гідроприводів, застосовуваних на сільськогосподарській техніці, найбільш характерні:

- гідроприводи керування машинами і сільськогосподарськими агрегатами;

- гідрооб'ємні кермові механізми, гідропідтискні фрикційні механізми;

- гідроначіпні пристрої тракторів, гідрогальма і т. ін.

Гідроприводи робочих органів сільськогосподарських машин:

а) гідрооб'ємні приводи активних робочих органів обертального руху: ґрунтових фрез, валів причіпних збиральних машин, шнеків, дискових ножів, пилок і т. ін.;

б) гідрооб'ємні приводи робочих органів зворотнопоступального руху: ріжучих апаратів жниварок і косарок, вібраційних пристроїв сільськогосподарських машин і т. ін.

Гідрооб'ємні силові трансмісії (ГСТ) ходових систем комбайнів, тракторів та інших самохідних сільськогосподарських машин.

Гідропривод допоміжного призначення, що полегшує працю механізатора: гідрофікований гак, сервомеханізм муфти зчеплення та інші сервоприводи механізмів машин.

Для всіх перерахованих груп гідроприводів, крім ГСТ, характерним є те, що вони можуть бути автономними чи неавтономними.

Використання неавтономних гідроприводів пов'язане з рішенням питання гідравлічного відбору потужності.

Усі сучасні трактори і комбайни з механічною трансмісією обладнані гідравлічним відбором потужності загального призначення - ГВП-ЗП (допоміжний шестеренний насос), з якого можна зняти потік гідравлічної потужності в межах Nгвп-зп =15-20 кВт. ГВП-ЗП призначений в основному для роботи начіпного пристрою трактора і керування його робочими органами. Його можна використовувати для приводу робочих органів малої потужності сільськогосподарських машин, наприклад вентилятора сівалки СУПН. Звичайно потужність ГВП-ЗП не перевищує 0,3 N_двг двигуна, установленого на тракторі чи комбайні.

Для приводу енергоємних робочих органів необхідний гідравлічний відбір підвищеної потужності (ГВП-ПП). Звичайно в якості ГВП-ПП використовують роторно-поршневий регульований насос, що може створити потік рідини для передачі потужності Nгвп-пп =0,6N_двг. Структурна схема ГВП-ПП представлена на рис. 3.62.

 

 

У ГВП-ПП частина потужності від вала двигуна 1 витрачається на привод насоса 2, що створює потік рідини, який має гідравлічну потужність, рівну N_н=р_н·Q_н.

Рідина рухається по трубопроводу 3 і через розподільник направляється в гідродвигуни 5 для приводу різних робочих органів сільськогосподарської машини.

Впровадження ГВП-ПП на тракторах з відповідним шлейфом сільськогосподарських машин дозволяє підвищити продуктивність МТА на 25...30% і дає економію металу приблизно 250 т на кожну тисячу машин.                                              

Роздільно-агрегатна гідросистема сучасних енергонасичених тракторів складається з уніфікованих вузлів і агрегатів.

Послідовність з'єднання гідроагрегатів тракторноїгідросистеми показана на рис. 3.63.

 

 

У процесі роботи гідросистеми насос, що приводиться в дію від двигуна трактора, усмоктує робочу рідину з бака й нагнітає її в гідророзподільник, який має, крім золотників керування, запобіжний клапан із сервокеруванням і перепускний клапан. При нейтральному положенні золотників робоча рідина, проходячи гідророзподільник, через фільтр зливається в бак. При переміщенні золотника гідророзподільника в положення "Підйом" чи "Опускання" робоча рідина по трубопроводах надходить у поршневу чи штокову порожнину гідроциліндра начіпної системи, опускаючи чи піднімаючи робоче знаряддя. З іншої порожнини гідроциліндра робоча рідина надходить у гідророзподільник і зливається в бак.

На більшості тракторів, крім гідроциліндра начіпної системи, для агрегатування із сільськогосподарськими машинами гідророзподільник має ще два золотники для керування виносними гідродвигунами.

Крім цих гідроагрегатів, трактори обладнані також спеціальними гідравлічними пристроями: гідропідсилювачем руля, гідрозбільшувачем зчіпної ваги (колісні трактори) і сервоприводами керування агрегатами трансмісії (гусеничні трактори) та ін.

Неавтономний гідропривод активних робочих органів можебути розглянутий на прикладі гідропривода розкидувача мінеральних добрив, вапна і гіпсу КСА-3 (рис. 3.64).

 

 

 

Гідропривод причіпногорозкидувача КСА-3 на автомобілі ЗІЛ-ММЗ-555 призначений для приведення в рух відцентрового розсіюючого диска і керування гідроциліндром включення привода транспортера, що подає добрива на відцентровий диск.

При включенні рукоятки гідророзподільника автомобіля робоча рідина від насоса по напірній магістралі 4 надходить до гідромотора 6, у штокову порожнину гідроциліндрів 5 і 6 напірного золотника 2.

При цьому починається обертання відцентрового диска, включається привод транспортера, і зливальна магістраль від гідромотора з'єднується з баком автомобіля.

При відключенні подачі рідини напірний золотник 2 під дією пружини займає вихідне положення, і гідромотор 6 під дією інерційних сил диска починає нагнітати рідину в штокову порожнину гідроциліндра 5, відводячи його у вихідне положення й цим включаючи привод транспортера. Дренажні витоки відводяться в зливальний трубопровід.

Гідрооб'ємні силові трансмісії (ГСТ). До 1980р. успішно пройшли випробування дослідних зразків колісних тракторів (МТЗ-80, Т40), самохідних шасі Т-16М і Ш-104М, а також різних марок самохідних комбайнів, обладнаних ГСТ для приведення в рух ходових систем машин.

Наприклад, трактор МТЗ-80, обладнаний ГСТ, у залежності від виконуваних операцій показав підвищення продуктивності МТА на 15...35%, хоча коефіцієнт корисної дії в ГСТ на 10...15% нижчий, ніж у механічної передачі. У самохідного шасі Ш-104М, створеного ХТЗ, тягове зусилля зросло в залежності від ґрунтових умов на 31...41% що виявилося наслідком різкого зниження буксування коліс, які мають привод від гідромоторів. Крім того, з'явилася можливість роботи з одноосьовим причепом, що було недосяжно для серійної машини Ш-104М з механічною трансмісією. Невипадково в США всі садово-городні трактори і ряд інших міні-тракторів потужністю до 25 кВт випускають цілком гідрофікованими з широким шлейфом причіпних і начіпних гідрофікованих машин. ГСТ виготовляються за трьома схемами: двохагрегатні, трьохагрегатні і багатоагрегатні.

 

 

Найбільше поширення на сільськогосподарських машинах одержала двохагрегатна ГСТ, структурна схема якої наведена на рис. 3.65, а. У цій схемі об'ємна гідравлічна передача (ОГП), що складається з насоса 2 і гідромотора 3, установлюється між валом двигуна 1 і вхідним валом КЗП 4. Далі крутильний момент через головну передачу 5, бортові редуктори 6 передається на ведучі колеса 7. В якості насоса ГВП поки що застосовують нерегульовані шестеренні насоси. У трьохагрегатній ГСТ, зображеній на рис. 3.65, б, установлюють гідромотори 8 зі ступінчастим регулюванням, вихідні вали яких відразу з'єднують з бортовими редукторами 6.

На самохідних комбайнах ГСТ застосовується в сполученні з гідроприводом активних робочих органів, тобто виконується комплексна гідрофікація сільськогосподарської машини із застосуванням багатоагрегатної ОГП.

При комплексній гідрофікації (рис. 3.66) використовують два насоси 1 і 2, один з яких, наприклад Н₁, виконує функції ГВП, а другий – Н₂ - подає рідину в гідромотори тягові (М _т ) привода коліс сільськогосподарської машини.

Гідромотори 4 зі ступінчастим регулюванням призначені для приведення в рух тягових коліс, а гідромотори нерегульовані 5 періодично підключаються в роботу від насоса Н₁ через розподільник 3 для привода керованих коліс, що дозволяє збільшувати тягове зусилля сільськогосподарської машини.

 

Постійно через розподільник 3 потік робочої рідини від насоса Н₁ підводиться в гідромотори привода М _п робочих органів сільськогосподарської машини. Для ГСТ тракторів класу від 6 до 30 кН з ГВП і комплексної гідрофікації самохідних зернозбиральних комбайнів досить мати чотири типорозміри насосів з робочим об'ємом q _н = 16, 40, 90, см³/об і три типорозміри гідромоторів q _м=40, 90,125 см³/об.

Комплексна гідрофікація сільськогосподарської техніки дозволяє внести істотні якісні зміни в технологічні процеси виробництва:

- сполучати технологічні операції;

- оптимізувати режими роботи окремих робочих органів і машини в цілому;

- розширити застосування й удосконалити системи автоматичного водіння і керування роботою машинно-тракторного агрегату чи комбайна.

У результаті продуктивність, наприклад, комбайнів підвищується на 25...30%.

Основними причинами, що стримують комплексну гідрофікацію сільськогосподарської техніки, є:

- недостатня номенклатура гідромашин та інших гідроагрегатів, що випускаються промисловістю;

- недостатня довговічність гідромашин (3000...5000 мотогодин), що достатня для комбайнів, а для тракторів необхідно мати 7000... 10000 мотогодин;

- мала потужність ГВП-ЗП на тракторах, що серійно випускаються;

- висока вартість ГСТ у порівнянні з механічною трансмісією;

— недостатня підготовленість ремонтної бази в господарствах і низька культура експлуатації гідромашин, особливо в частині забезпечення ГСТ необхідними марками масел і підтримки їхньої чистоти.                                       

Гідропривод об'ємний ГСТ-90. На сучасних самохідних комбайнах, що випускаються серійно, встановлюється уніфікована двохагрегатна гідрооб'ємна силова трансмісія ГСТ-90, яка виготовляється за схемою згідно з рис. 3.65. Можливість уніфікації її застосування на мобільних сільськогосподарських машинах різного класу - від косилки-плющилки КПС-5М до зернозбиральних комбайнів СК-10 "Дон-Ротор", "Дон-1500" - забезпечується за рахунок конструкції, а також зміни передаточних чисел КЗП (поз. 4), головної передачі (поз. 5) і бортових редукторів (поз. 6).

Гідравлічна схема ГСТ-90 наведена на рис. 3.67. Гідропривод ГСТ-90 містить у собі: бак 1 з датчиком дистанційного термометра 2, фільтром 3 і вакуумметром 5; теплообмінник 4; реверсивний регульований насос 6 з гідроапаратурою керування; нерегульований гідромотор 7 із клапанною коробкою; зливальну гідролінію 8; напірні гідролінії 9 і 9а високого чи низького тиску поперемінне з гнучкими шлангами 10; гідролінії всмоктувальну 11 і дренажну 12.

Від вала тягового насоса 6.1 приводиться допоміжний шестеренний насос 6.2 із запобіжним клапаном 6.5, відрегульованим на тиск 1,5...1,8 МПа. Допоміжний насос обслуговує системи: керування, охолодження, очищення масла і підживлення гідроліній низького тиску, заповнення витоку робочої рідини з насоса 6.1 і гідромотора 7.7 і підтримки тиску на виході з гідромотора і вході в насос у межах 1,3...1,5 МПа.

Надійна робота гідропривода ГСТ-90 можлива при ретельному дотриманні таких основних правил експлуатації і технічного обслуговування:

- температура робочої рідини повинна бути в межах 50...80 °С;

- вакуум за фільтром 3 повинний бути не більше 0,025 МПа,для чого фільтруючий елемент необхідно змінювати після перших 10, а потім через 50, 100 і 500, а далі через кожні 1000 мотогодин роботи ГСТ чи при показанні вакуумметра 5, відмітки 0,025 МПа при температурі масла (45±5) °С;

- як робочу рідину застосовувати тільки мінеральні масла марок А, ЗШ і МГЕ-46 (МГ-ЗОУ);

- заміну робочої рідини робити спочатку через 500, а потім регулярно через 2000 мотогодин;

- буксирувати сільськогосподарську машину, обладнану ГСТ, допускається тільки при роз'єднаному зв'язку гідромотора з ходовою частиною (тобто КЗП у нейтральному положенні).

Гідрооб'ємні приводи робочих органів комбайна "Дон-1500".

У комбайнах "Дон-1500", крім гідропривода ведучих коліс ГСТ-90, застосовують ще дві незалежні гідросистеми: основну (для керування всіма робочими органами комбайна) і гідросистему рульового керування. Принципові схеми цих гідросистем показані на рис. 3.68.

Основна гідросистема, що має у своєму складі шестеренний насос 1 типу НШ-32-3, призначається для виконання дванадцяти операцій за допомогою включення відповідних гідроциліндрів: 8 – підйому й опускання жниварки; 10 - керування варіатором мотовила; 11 - вертикального переміщення мотовила; 12 - горизонтального переміщення (виносу) мотовила; 13 - включення і виключення робочих органів молотарки; 14 - реверса жниварки; 15 - включення і виключення вивантажувальних шнеків бункера; 17 - керування варіатором молотильного барабана; 18 - повороту похилого вивантажувального шнека бункера; 20 - вібратора бункера; 21 і 22 - відкриття і відповідно закриття копичника.

Потік масла від насоса 1 до гідроциліндрів підводиться через відповідні золотники в п'ятисекційному гідророзподільнику 7 з ручним керуванням, двосекційному 16, трисекційному 19 гідророзподільниках з електрогідравлічним керуванням і спеціального гідророзподільника 23 керування копичником.                            

На рис. 3.68 зображене нейтральне положення золотників усіх гідророзподільників - 7, 16, 19, 23. Насос 1, усмоктуючи робочу рідину з бака 2, одночасно подає її в трубопровід нагнітання і через дросель запобіжно-переливного клапана 5 і відкритий гідроклапан 6 з електромагнітним керуванням у трубопроводи каналу керування (позначено стрілками). При наявності руху потоку в каналі керування рідина через трубопроводи зливу, переливний клапан 5 і фільтр при невеликому тиску зливається в бак 2. При включенні будь-якого золотника з ручним керуванням чи золотника розподільника 23 копичника канал керування перекривається пояском цього золотника, і робоча рідина з каналу, зв'язаного з трубопроводом нагнітання, направляється до відповідного гідроциліндра, а в нагнітальному трубопроводі створюється необхідний робочий тиск рідини, тому що при перекритті каналу керування запобіжно-переливний клапан закривається. З включенням будь-якої секції електрогідравлічних розподільників 16 і 19 одночасно перекривається потік керування за рахунок включення і гідроклапана 6. Далі відбувається те ж, що і при переміщенні золотника з ручним керуванням.

У системі рульового керування встановлений насос 29 шестеренного типу НШ-10Е-3 з приводом від розподільчої шестірні ДВЗ і насос-дозатор 30 типу НД-80 з приводом від кермового колеса 25.

При роботі насоса 29 і нерухомому кермовому колесі вся робоча рідина, що подається насосом, проходить через насос-дозатор і через фільтр основної системи зливається в бак 2.

При обертанні кермового колеса частина масла (кількість залежить від інтенсивності обертання) направляється до підсилювача потоку 26, а частина його скидається на злив через фільтр у бак 2. Потік масла, що потрапив з насоса-дозатора 30 у підсилювач потоку 26, з тиском, що збільшився за рахунок потоку масла, яке надходить туди від шестеренного насоса, направляється в гідроциліндри 24 повороту керованих коліс.

У випадку відмовлення шестеренного насоса 29 і при буксируванні комбайна з непрацюючим двигуном насос-дозатор діє як ручний насос із приводом від кермового колеса і перекачує масло з однієї порожнини гідроциліндрів в іншу.

 

 

 

 

У наш час у м. Харкові ведеться серійний монтаж зернозбирального гідрофікованого комбайна "Бізон" з використанням готових деталей, що поставляються Польщею, а в м. Херсоні освоєний випуск нового зернозбирального комбайна з гідроприводом ходових коліс ГСТ-112, більшої потужності, ніж ГСТ-90, що дозволяє підвищити експлуатаційну надійність гідросилової трансмісії комбайна.

Відмовлення в роботі ГСТ-90 найчастіше відбуваються через неполадки в роботі клапанів і золотників, розташованих у насосах і гідромоторі ГСТ-90. Найбільш характерні відмовлення в роботі ГСТ-90 зі вказівкою на можливі причини такі:

1. Після запуску ДВЗ комбайн не рухається ні вперед, ні назад.

Причини: у КЗП включена нейтральна передача, недостатня кількість масла в баці 1; інтенсивне ціноутворення масла (наявність вологи в маслі); засмічений фільтр 3 (показання вакуумметра 5 більше 0,25 МПа); засмітився запобіжний клапан 6.5 насоса 6.2 чи підпірний переливний клапан 7.3 у гідромоторі 7. У результаті цього величина тиску підживлення зменшилася, що недостатньо для роботи циліндрів 6.4, повороту похилої шайби насоса 6.1; несправність у приводі золотника розподільника 6.3 чи в самому розподільнику.

2. При працюючому ДВЗ комбайн рухається тільки в одну сторону (вперед чи назад).

Причини: у гідромоторі засмітився запобіжний клапан 7.4, а (робоча рідина іде в гідролінію низького тиску, минаючи гідромотор); золотник шунтуючого клапана 7.2 заклинює у верхньому чи в нижньому положенні, у результаті чого робоча рідина з гідролінії високого тиску, минаючи гідромотор, може зливатися в бак 1 через переливний клапан 7,3.

3. Зменшилася робоча швидкість комбайна (особливо при подоланні підйомів) або температура масла перевищує 80 °С.

Причини: збільшилися витоки рідини в гідромашинах за рахунок зносу опорної п'яти ротора насоса 6.1 чи гідромотора 7 (тиск у дренажній лінії 12 збільшується: р _дрен > 12 МПа, температура робочої рідини t _{р р} < 80 °С); мають місце витоки робочої рідини через запобіжний клапан 7.4 чи 7.4, а при робочому тиску р _роб <р _ном 22 МПа (тиск у дренажній лінії 12 зберігається в припустимих межах      р _дрен ≤ 0,25 МПа, а температура робочої рідини зростає і стає t _{р р} > 80 °С).