Повышение тягово-сцепных свойств трактора тягового класса 3 путём совершенствования механизма блокировки дифференциала (дипломный проект)

В дипломном проекте освещены основные недостатки при работе тракторов, произведён обзор и анализ современных механизмов блокировки дифференциалов, выполнена модернизация механизма блокировки дифференциала. Приведено описание конструкции системы смазки дифференциала, произведен расчёт необходимого давления рабочей жидкости для блокировки дифференциала, выполнен расчёт основных деталей и сборочных единиц дифференциала, разработан технологический процесс использования трактора на пахоте.
Освещены вопросы безопасности жизнедеятельности на производстве и безопасности жизнедеятельности в чрезвычайных, экологически неблагоприятных условиях, проведено технико-экономическое обоснование разработки.
В графической части проекта разработана конструкция модернизированного механизма блокировки дифференциала, приведены таблицы технологического процесса работы трактора и технико-экономические показатели проекта.
С учётом специфики и особенности работы трактора класса 3,0 выявлены недостатки механизма блокировки дифференциала (низкий коэффициент полезного действия, быстрый износ пар трения сателлит-крестовина дифференциала, неполная блокировка дифференциала и др.).
Модернизация произведена на базе анализа патентного поиска по дифференциалу, механизмам блокировки дифференциала в направлении улучшения эксплуатационных свойств трактора.
Правильность выбора модернизации подтверждается прочностными и технико-экономическими показателями.
Пояснительная записка содержит так же 1 приложение, 27 рисунков, 11 таблиц, 46 пунктов библиографии.



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ................................................................................10
1. ОБЗОР И АНАЛИЗ РАБОТ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ КОНСТРУКЦИИ ТРАКТОРА И УЛУЧШЕНИЮ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ........................................................12
1.1 Задачи дипломного проекта ...................... ...........12
1.2 Тенденции и анализ развития конструкции дифференциала...............14
2. АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ КЛАССА 2......23
3. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ТЯГОВО-СЦЕПНЫХ СВОЙСТВ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ..........................................26
4. ОПИСАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ БЛОКИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ПРИМЕНЯЕМЫХ НА ТРАКТОРАХ.................32
5. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО УЗЛА ..................42
5.1 Актуальность проблемы .......................................42
5.2 Анализ конструкций ..................................................43
6. РАСЧЕТ КОНСТРУКТОРСКОЙ РАЗРАБОТКИ..............48
6.1 Расчет необходимого давления для блокировки дифференциала..........48
6.2 Конечная передача........................................49
7. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО УЗЛА........54
8. РАЗРАБОТКА ОПЕРАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КАРТЫ НА ВСПАШКУ ПОЧВЫ...........................................55
9. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЕКТА...................63
9.1 Сущность разработки...................................63
9.2 Расчет производительности машины и годового объема работ............64
9.3 Расчет трудозатрат и роста производительности труда...................... 64
9.4 Материалоемкость процесса............................65
9.5 Энергоемкость процесса.................................66
9.6 Расход топлива..........................................67
9.7 Капиталоемкость процесса..................................67
9.8 Расчет эксплуатационных затрат и их экономии..............................68
9.9 Годовая норма эксплуатационных затрат............72
9.10 Расчет эффективности капитальных вложений в приобретение сельскохозяйственной техники............72
9.11 Капиталовложения.................................72
9.12 Выводы............................................75
10. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ......................76
10.1 Требование безопасности при эксплуатации трактора Беларус-1221....76
10.2 Требования безопасности перед началом работы............................77
10.3 Требования пожарной безопасности при заправке трактора топливом и двигателя охлаждающей жидкостью..................................................78
10.4 Правила безопасности при производстве продукции растениеводства..79
10.5 Расчет продольной и поперечной устойчивости трактора..................80
10.6 Экологическая безопасность.....................84
10.7 Безопасность жизнедеятельности в условиях чрезвычайных ситуации.86
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..........................................................................88
ЛИТЕРАТУРА.............................................................................89
ПРИЛОЖЕНИЕ


5 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО УЗЛА

5.1. Актуальность проблемы
На данный момент износ машинотракторного парка хозяйств РБ составляет более 70%, без поступления новой качественной техники долго работать не смогут.
При покупке новой техники, в сложившихся обстоятельствах, отдаётся предпочтение колёсным тракторам «Минского тракторного завода» вследствие некоторых причин (тракторы «Беларус» хозяйствам приобрести легче из-за помощи государства, простота в обслуживании более высокие транспортные скорости, чем у гусеничных и т. п.). Трактору Беларус – 1522 приходится работать на различных работах и довольно часто в плохих тягово-сцепных условиях, поэтому данная проблема повышения тягово-сцепных свойств довольно актуальна.
Одним из самых простых способов, – это применение принудительной смазки дифференциала.
Принудительная смазка дифференциала как способ повышения тягово-сцепных свойств имеет ряд плюсов по сравнению с другими (повышение надёж-ности, долговечности узла)
– нет необходимости в специальной подготовке трактора;
– нет необходимости в специальной подготовки тракториста;
– автоматическая работа системы;
– самое главное то, что может сосчитаться с любыми другими способами повышения тягово-сцепных свойств.
Из всех способов смазки дифференциала в тракторостроении наибольшее применение получили два способа смазки дифференциала ведущих колёс:
– смазка окунанием в масляную ванну;
– смазка масляным туманом.
Применение этих способов позволяет производить смазку трущихся поверхностей без особых затрат. Однако, использование этих способов на данном этапе развития конструкций тракторов (повышение мощности и др.) не даёт необходимого результата.

5.2 Патентный поиск
Предварительный анализ отобранных в процессе поиска документов показал следующее:
Патент СССР No1041327 В 60К 17/20 опубликован 24.08.84г.
Изобретение относится к машиностроению, в частности для использования в колёсных тракторах. Устройство блокировки отличается тем, что управление блокирующим устройством выполнено электрогидравлическое следящим с переменным моментом трения, регулируемым в зависимости от разности вращения полуосей трактора, состоящим из двух тахогенераторов, соединённых с синхронным валом отбора мощности и ведущей шестерней конечной передачи, мостовых трёхфазных выпрямителей, потенциометрического сравнивающего устройства, усилителя постоянного тока, генератора коротких импульсов, электрогидравлического клапана пропорционального типа, фрикционной блокировочной муфты. В данном случае блокировка дифференциала блокируется переменным моментом трения, зависящим от величины буксования колес, а не постоянным моментом трения. Реализовано это посредством электромагнитного клапана пропорционального типа клапан, на который подаётся управляющая команда в зависимости от буксования ведущих колёс, получая команду клапан уменьшает или увеличи-вает давление масла подаваемого в фрикционную муфту тем самым изменяет блокирующий момент. [38]
Патент США No 4967109, МПК В 60 К 41/00, опубликован 09.04.96г.
В патенте описывается сельскохозяйственная машина с механизмом блоки-ровки дифференциала по сигналу управляющего устройства, которое содержит датчик скорости движения машины, датчик частоты вращения по меньшей мере одного из приводных колес, вырабатывающий пропорциональный сигнал, компаратор, сравнивающий сигналы датчиков и вырабатывающий сигнал, пропорциональный степени пробуксовывания приводного колеса, а также блок управления, соединенный с компаратором и блокирующим механизмом. Блок управления вырабатывает управляющие сигналы, когда пробуксовывание колёс достигает заданной величины. Управляющий сигнал поступает в механизм блокировки дифференциала, ограничивая пробуксовывание колёс машины.
Отличия проверяемо системы в том, что в применяемой системе управления отсутствуют датчики скорости движения машины и частоты вращения по меньшей мере одного из приводных колес, компаратор, сравнивающий их сигналы. В проверяемой системе при включенном автоматическом режиме дифференциал сблокировав, разблокируется при повороте направляющих колес на угол свыше 13° и торможении отличия существенные. [40]
Патент РФ No 2265766 F 16 H 48/30 Мишагин В.Д., Ушев Н.И.,
Мглинец Д.В., Хоблов А.В., Михеенко А.П., опубликовано 10.12.2005г. Бюл.No34.
Изобретение относится к машиностроению, в частности для использования в колёсных тракторах, автогрейдерах и автомобилях повышенной проходимости. Устройство блокировки отличается тем, что содержит главную и дифференциальную передачи и блокирующее устройство, включающее сцепную муфту и управляющий орган. Ведущая полумуфта сцепной муфты жёстко связана с водилом, а ведомая полумуфта с помощью подвижного шлицевого соединения с полуосью. Управляющий орган содержит датчики угловой скорости колеса в виде тахометров, кинематически связанных с полуосями, схему измерения и сравнения углового ускорения колёс с заданным критическими значением, включающую дифференцирующие звенья, преобразующие угловые скорости ω1 и ω2 в угловые ускорения ε1 и ε2, которые с помощью сумматоров сравниваются с заданным критическим ускорением εкр, диоды, усилители и реле времени, а также сервопривод. Последний при помощи вилки кинематически связан с ведомой полумуфтой. Вилка снабжена пружиной, обеспечивающей нормально разомкнутое состояние муфты при отсутствии управляющего сигнала на сервопривод. При маневрировании ма-шины при условии ∆ε1=ε1-εкр > 0 на сервопривод поступит сигнал и он, преодолевая сопротивление пружины, перемещая полумуфту по шлицам, и полумуфты, сцепляясь, блокируют водило с центральным колесом. Дифференциал блокируется. [42]
Патент РФ No 2246060 F 16 H 48/30 Котовсков А.И. опубликовано 10.02.2005г. Бюл. No 4.
Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в трансмиссиях транспортных средств. Устройство отличается тем, что система управления блокировкой дифференциала ведущего моста колёсного транспортного средства, содержащая источник давления текучей среды с редукционным клапаном, распределитель, управляемый от рулевого колеса и ручной тяги и сообщённый с управляющей полостью муфты блокирования, образованной корпусом этой муфты и подвижной перегородкой, и дополнительной диафрагменной камеры, имеющей свою управляющую полость, размещенную соосно и последовательно относительно управляющей полости муфты блокирования, причём подвижная перегородка последней связана с нажимным диском посредством штока, жёстко соединенного одним своим концом с этим нажимным диском и установленного с возможностью взаимодействия посредством закрепленного на другом его конце опорного фланца с диафрагмой дополнительной диафрагменной камеры, а своей средней частью проходящего через центральную часть подвижной перегородки и жёстко связанного с опорной шайбой, установленной с возможностью взаимодействия с этой перегородкой, при этом управляющая полость дополнительной диафрагменной камеры сообщена с распределителем, выполненным трехпозиционным, избирательно обеспечивающим связь упомянутых управляющих полостей со сливной магистралью и редукционным клапаном, выполненным регулируемым.
Снабжение системы управления блокировкой дифференциала двухкамерным диафрагменным цилиндром, состоящим из управляющей полости муфты блокирования, образованной корпусом этой муфты и подвижной перегородкой, и дополнительной диафрагменной камеры, имеющей свою управляющую полость, размещенную соосно и последовательно относительно управляющей полости муфты блокирования, позволяет получить ступенчатое изменение уровня блокировки дифференциала путем подачи текучей среды под давлением одновременно в обе управляющие полости, обеспечивая тем самым высокий уровень блокировки, или только в одну управляющую полость, обеспечивая низкий уровень блокировки.
Выполнение распределителя трехпозиционным, избирательно обеспечивающим связь упомянутых управляющих полостей со сливной магистралью и редукционным клапаном, позволяет в одной позиции распределителя, соответствующей прямолинейному движению транспортного средства, получить связь обеих управляющих полостей с редукционным клапаном, обеспечивая высокий уровень блокировки, в другой позиции, соответствующей повороту рулевого колеса на заданный расчётный угол, управляющую полость муфты блокирования связать со сливной магистралью, а управляющую полость дополнительной диафрагменной камеры оставить связанной с редукционным клапаном, обеспечивая понижение уровня блокировки дифференциала при повороте транспортного средства, ис-ключающее его полную автоматическую разблокировку и тем самым повы-шающее скорость, а, следовательно, и производительность транспортного средства, в третьей позиции распределителя, управляемого от ручной тяги, обе управляющие полости связать со сливной магистралью, обеспечив тем самым в случае необходимости полное выключение блокировки дифференциала. Выполнение редукционного клапана регулируемым обеспечивает плавное изменение вручную давления текучей среды в обеих управляющих полостях, позволяющее устанавливать заданное расчетное значение момента блокирования.
Система управления блокировкой дифференциала ведущего моста колёс-ного транспортного средства, содержащая источник давления текущей среды с редукционным клапаном, распределитель, управляемый от рулевого колеса и ручной тяги и сообщённый с управляющей полостью муфты блокирования, образованной корпусом этой муфты и подвижной перегородкой, связанной с нажимным диском, а также фрикционными дисками, отличающаяся тем, что она снабжена двухкамерным диафрагменным цилиндром, состоящим из упомянутой управляющей полости, образованной корпусом муфты блокирования и подвижной перегородкой, и дополнительной диафрагменной камеры, имеющей свою управляющую полость, размещенную соосно и последовательно относительно управляющей полости муфты блокирования, причём подвижная перегородка последней связана с нажимным диском посредством штока, жёстко соединенного одним своим концом с этим нажимным диском и установленного с возможностью взаимодействия по-средством закрепленного на другом его конце опорного фланца с диафрагмой дополнительной диафрагменной камеры, а своей средней частью проходящего через центральную часть подвижной перегородки и жёстко связанного с опор-ной шайбой, установленной с возможностью взаимодействия с этой перего-родкой, при этом управляющая полость дополнительной диафрагменной камеры сообщена с распределителем, выполненным трехпозиционным, избирательно обеспечивающим связь упомянутых управляющих полостей со сливной магистралью и редукционным клапаном, выполненным регулируемым. [43]
В источнике “Тракторы. Часть I конструкции”, В.Т. Васильев, В.В. Будько, В.В. Гуськов – Мн.: Вышэйшая школа, 1979. – 232 с. Представлена конструкция дифференциала трактора МТЗ-80/82, недостатками данной конструкции являются: использование диафрагмы в муфте блокировки дифференциала, недостаточная смазка трущихся поверхностей (пары крестовина-сателлит, сателлит-корпус, зубчатого зацепления сателлит-солнечная шестерня) в виду использования подачи смазочного материала в зону трения разбрызгиванием.
Проведя анализ механизмов блокировки дифференциала используемых на отечественных и зарубежных тракторах, а также в процессе поиска в охранных документах различных стран были выявлены следующие тенденции:
– только принудительная блокировка на современных тракторах не применяется;
– основная масса охранных документов в области блокировки дифферен-циала приходится на самоблокирующиеся дифференциалы и дифференциалы повышенного трения;
– в автоматических блокировках дифференциала чаще всего управление осуществляется при помощи электрогидравлических систем управления, а в зарубежных аналогах электронно-гидравлических систем управления.
Выводы по патентному поиску. В процессе проведения проверки на патентною чистоту объекта «Дифференциал» был проведен поиск по массивам патентной информации в отношении изобретений и полезных моделей по странам проверки: Российская Федерация, Великобритания, США, Германия и Франция.
При проведении поиска был просмотрен и проанализирован массив информации по классам МПК В60К и МПК F 16 H 48/28-30 , что охватывает управление блокировкой дифференциалов и дифференциалы с внешней блокировкой в результате были отобраны охранные документы, по технической сущности, близко совпадающие с проверяемым объектом и его составными частями. После их предварительного анализа были выявлены существенные отличия, исключающие необходимость последующего детального сопоставительного анализа.
На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы: Проверяемый объект «Дифференциал» обладает патентной чистотой в отношении изобретений в странах: Российская Федерация, Великобритания, США, Германия и Франция.
Проверяемый объект может быть беспрепятственно реализован на территории вышеназванных стран проверки.







7 ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО УЗЛА

Механизм блокировки дифференциала состоит из дифференциала, фрикци-онной муфты, устройства подачи смазки, радиатора, оси дифференциала напорного фильтра, насоса НШ16Г-3Л (см. листы графической части).
Особенностью предложенного механизма является то, что в крестовине дифференциала имеются осевые и радиальные каналы, а также каналы имеются в оси дифференциала жёстко связанной с крестовиной. Это позволяет производить подачу смазочного материала от источника давления во внутреннюю полость дифференциала. При прокачке смазочного материала по масляным каналам происходит смазка пары трения крестовина–сателлит, наиболее нагруженной пары трения в дифференциале.
Далее смазочные материал под давлением протекает через зазоры в паре трения крестовина – сателлит и попадает во внутреннюю полость дифференциала, где производиться смазка остальных пар трения (сателлит–корпус дифференциала, зубчатых зацеплений сателлит–солнечная шестерня, подшипников).
Одной из важных проблем является также обеспечение качества смазочного материала. Смазочный материал не должен содержать механических примесей, а также обладать невысокими температурами (для более качественного охлаждения деталей дифференциала).
Смазочный материал подается насосом НШ16Г-3Л из трансмиссии, после чего он подается на очистку в напорный фильтр 2ФГМ32Н-10 25К УХЛ4, где пройдя очистку при повышенной температуре (а следовательно, пониженной вязкости, что обеспечивает повышение качества очистки) подается в радиатор. После радиатора смазочный материал подается в устройство подачи, которое обеспечивает подачу смазочного материала во вращающуюся ось дифференциала.