VLIV PŘEVODOVÉHO ÚSTROJÍ NA TAHOVÉ VLASTNOSTI TRAKTORŮ

Transkript

1 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy VLIV PŘEVODOVÉHO ÚSTROJÍ NA TAHOVÉ VLASTNOSTI TRAKTORŮ Diplomová práce Vedoucí diplomové práce: Prof. Ing. František Bauer, CSc. Vypracoval: Bc. Tomáš Pacelt Brno 2008

2

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Vliv převodového ústrojí na tahové vlastnosti traktorů vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně. V Brně, dne... Podpis

4 PODĚKOVÁNÍ Děkuji tímto vedoucímu diplomové práce Prof. Ing. František Bauer, CSc. za odborné vedení, cenné rady a připomínky ke zpracování tématu bakalářské práce. Děkuji také rodičům za podporu při studiu Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity.

5 ANOTACE Cíl mojí diplomové práce byl průzkum současných problémů převodových mechanismů a popis nových trendů v tomto odvětví, zvláště mechanismů s hydromechanickým převodníkem výkonu motoru, který nabízí neomezený poměr převodu. Dalším cílem bylo zjistit v laboratorním měření na traktorové zkušebně MZLU na válcovém dynamometru VDU E270T E150T vliv převodového ústrojí na tahové vlastnosti traktorů pro traktory:john DEERE 7700 a 8210 s rychlostní skříní Power Shift. Pro naplnění tohoto cíle byla sledována spotřeba paliva, výkonnost, prokluz, rychlost, tahový výkon a to v závislosti na tahové síle. Tato měření byla provedena v testovací místnosti na válcové zkušebně se zařazenými pohonem obou náprav. Výsledky byly vyhodnoceny a graficky zpracovány. Klíčová slova: tahové vlastnosti traktorů, převodové mechanismy, tahová síla, zkušebna ANNOTATION The aim of my diploma work was to create a survey about present problems of transmissive mechanisms and to describe new trends in this branch, especially mechanisms with hydromechanical transmission of engine power which theoretically offers an infinity gear ratios. Another aim was to discover in the tractor s test room MZLU on cylindrical dynamometer VDU E270T-E150T impression on transmission mechanism for the stressstrain properties of the tractors, for the tractors: JOHN DEERE 7700 and 8210 speed change gear Power Shift. For fulfilment of this aim was made measurement of the fuel consumption, efficiency, slipping, speed, achievement respectively in dependence on the pension force. These measurements were realized in cylindrical test room with insert of the both axles. The results were evaluated and grafically processed. Key words: stress-strain properties, transmission mechanism, tension force, test room

6 OBSAH 1. ÚVOD SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY Mechanické převody Převodovky mechanické - bez možnosti řazení při zatížení Násobiče točivého momentu traktorových převodovek Odstupňování násobičů Převodovky mechanické - se všemi stupni řazenými pod zatížením Převodovky s plynule měnitelným převodem Dějiny plynulých převodovek Konstrukce CVT převodovek Princip funkce CVT převodovky CVT PŘEVODOVKY ZE SOUČASNÝCH STAVEB TRAKTORŮ Fendt - Vario převodovka John Deere - Převodovka AutoPowr NOVÉ CVT PŘEVODOVKY Plynulá převodovka VDC Plynulá převodovka IVT CÍL PRÁCE MĚŘENÍ A HODOCENÍ TAHOVÉ CHARAKTERISTIKY TARKTORU JOHN DEERE 7700 a Technické parametry měřených traktorů Traktor John Deere 7700 Power Shift Traktor John Deere 8210 Power Shift Popis traktorové zkušebny Použitá měřící zařízení a podmínky měření Další sledované hodnoty při měření Měření tahové charakteristiky VYHODNOCENÍ NAMĚŘENÝCH HODNOT U TRAKTORU JD VYHODNOCENÍ NAMĚŘENÝCH HODNOT U TRAKTORU JD ZÁVĚR POUŽITÁ SYMBOLIKA A VÝ POČTOVÉ VZTAHY SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY SEZNAM OBRÁZKŮ PŘILOHA...52

7 1. ÚVOD Hospodařením na zemědělské půdě je podmíněna širokým spektrem biologických, technických, technologických, ekologických, a ekonomických faktorů, které se navzájem ovlivňují a úzce spolu souvisí (Kavka,1994). V oblasti mobilních energetických prostředků používaných v zemědělství dominuje traktor, který svými vlastnostmi umožňuje nasazení jak v rostlinné tak živočišné výrobě a v posledních letech má své místo i v oblasti dopravy, což zněj dělá nejvíce používaný mobilní energetický prostředek, který v 21. století tvoří nepostradatelnou součást pro všechny velikosti zemědělských farem a podniků, a proto je i určitým symbolem technického pokroku v zemědělství. Tomu odpovídá i dnešní nasazení s 1200 až 1500 h ročně u traktorů vyšších výkonových tříd a u některých podniků je tato hranice ještě vyšší. Provoz každé soupravy tvořené traktorem a pracovním strojem představuje nákladovou položku, jenž se promítne do konečných nákladů na získaný produkt, a proto ovlivňuje i velikost dosahovaného zisku. Největší nákladovou položkou ( až 60 % ) na provoz, je dnes nákup pohonných hmot a roční náklad může dosáhnout až Kč. Toho jsou si vědomi i výrobci traktorů a zemědělských strojů, a proto i trend vývoje posledních 10 let směřuje zdokonalováním technického vybavení a rostoucím stupněm automatizace jednotlivých funkčních uzlů k dosažení vyšší účinnosti ve využívání energie paliva (Bauer, 1999). Technické změny se týkají každé části traktoru, která může přispět k vyšší výkonnosti, nižší spotřebě paliva, komfortu ovládání a bezpečnosti. Aby k tomu ovšem došlo, je nezbytná funkce řídicího systému. Ten je schopen sledovat velké množství vstupních informací o aktuálním stavu jednotlivých částí traktoru např. (teplotě provozních náplní, vstřikovacím tlaku, pojezdové rychlosti, vstřikovaného množství paliva, prokluzu hnacích kol a dalších) místo řidiče, jehož duševní a fyzické vlastnosti jsou omezeny, a podle těchto informací provádět okamžitou regulaci ke stavu, jenž vyžaduje řidič, a přitom provádět kontrolně regulační funkce, které zabrání dosažení nežádoucího stavu, který by způsobil poškození traktoru (Pastorek, Z. a kol., 2002). Tyto změny jsou patrné především u střední a vyšší výkonové třídy, které ve spojení se zemědělskými stroji dávají reálnou možnost snížit náklady na spotřebu nafty. Z toho vyplývá, že volba traktoru a jeho vlastností hrají významnou roli při snižování spotřeby. 7

8 Nákup nového traktoru je vždy významným zásahem do ekonomiky každého podniku a to obvykle na dobu několika let. Proto musí volba traktoru zohledňovat i možnosti využití, tak aby mohl pracovat s různým nářadím a jeho nasazení bylo efektivní. To znamená, že podmínky práce budou odpovídat připojovanému nářadí, které bude vyžadovat takové parametry traktoru, při kterých dosáhne odpovídající kvality práce, ovšem s požadavkem např. na plošnou nebo objemovou výkonnost a měrnou tahovou spotřebu. Všechny práce tohoto charakteru jsou prováděny v neustále se měnících podmínkách, na které musí traktor reagovat. Zejména při základním zpracování půdy, kdy je velikost půdního odporu značně proměnlivá, není možné, aby řidič reagoval na tyto změny neustálým řazením a navíc udržoval traktor v ekonomické oblasti úplné charakteristiky motoru. Proto jsou dnešní spalovací motory vyráběny s velkou zálohou krouticího momentu, který napomůže k překonání těchto podmínek. Tím ale dochází k poklesu rychlosti a tedy i výkonnosti soupravy a navíc je rozsah krouticího momentu motoru omezený. Proto se používá dalšího členu, nejčastěji stupňovitých převodovek, které svým konečným počtem převodových stupňů umožní vždy pouze neúplné využití vlastností motoru a nabízí tahový výkon omezený velikostí převodového poměru. K tomu abychom využili vlastností motoru v celém rozsahu a dosáhli optimálního tahového výkonu při prováděné práci, s možností setrvání v oblasti ekonomicky výhodné pro provoz soupravy, musí se stupňovitá převodovka nahradit převodovkou s plynule měnitelným převodem CVT (Continuously Variable Transmission ). 8

9 2. SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY Traktory pracují v rozmanitých podmínkách, které vyžadují změnu pojezdové rychlosti a tahové síly pro dosažení výkonnostních a ekonomických parametrů. Je proto nutné do převodových ústrojí zařadit převodovky, které umožní změnou převodového poměru lepší využití vlastností motoru a tedy traktoru jako celku. Kromě toho přenáší točivý moment pro pohon přední nápravy a vývodového hřídele. (Bauer, F. a kol., 2006) 2.1 Mechanické převody Mechanický převod zůstává stále nejrozšířenějším způsobem přenosu výkonu motoru. Mechanické převodovky se používají zejména pro svoji vysokou účinnost, provozní spolehlivost a přijatelnou cenu. Jejich nedostatek spočívá v omezených možnostech využití výkonu motoru. Nejčastěji jsou koncepčně uspořádány z hlavní, skupinové a reverzační převodovky doplněné násobičem točivého momentu, který dovoluje řazení při zatížení (Dynashift, AutoQuada další). Mechanické převodovky mohou disponovat všemi stupni řazenými při zatížení (převodovky PowerShift). Obr. 1 Převodovka Dynashift (Massey Ferguson) 9

10 Mechanické převodovky můžeme rozdělit na: - převodovky nemající žádný ze stupňů řazený při zatížení, - převodovky s omezeným počtem stupňů řazených při zatížení, - převodovky se všemi stupni řazenými při zatížení Převodovky mechanické - bez možnosti řazení při zatížení Reverzační, plně synchronizovaná je např. převodovka Shuttle Command 12/12 (Obr. 2.). Konstrukčně je uspořádána z reverzační, hlavní a skupinové převodovky. Disponuje 12 převodovými stupni vpřed a stejným počtem vzad. Stupně ve skupinové převodovce odpovídají silničnímu, střednímu a polnímu rozsahu, označenými H, L, M. Reverzační převodovka je umístěná za pojezdovou spojkou. Opačný smysl otáčení výstupního hřídele způsobuje vložené kolo. (Bauer, F. a kol., 2006) Obr. 2 Schéma převodovky Shuttlle Command 12/12 10

11 Násobiče točivého momentu traktorových převodovek Současné traktorové převodovky se skokovým řazením převodových stupňů (řazení pomocí synchronizačních spojek) jsou vybavovány předřazeným násobičem točivého momentu, který umožňuje řazení pod zatížením. Násobiče točivého momentu tedy slouží k přeřazení, tj. změně převodového poměru, bez přerušení toku momentu. Řazení je realizováno bez vypnutí spojky pojezdu. Při přeřazení převodového stupně v násobiči směrem dolů dojde ke snížení výstupních otáček a zvýšení znásobení točivého momentu (proto název násobič točivého momentu). Obr. 3 Traktor ZETOR Proxima Vlastní přeřazování je prováděno pomocí mokrých lamelových spojek a u planetových násobičů také pomocí brzd, které jsou opět v olejové lázni. Spojky slouží k sepnutí dvou otáčejících se dílů násobiče a brzdy buď konstrukčně shodné se spojkami, nebo pásové k sepnutí otáčející se části násobiče se skříní převodovky, tedy k zabrzdění rotující části. Při přeřazování násobiče je jedna spojka nebo brzda, která se podílela na přenášení točivého momentu, rozpínána a zároveň jiná spojka nebo brzda, která bude přenášet točivý moment, spínána. Během prokluzu obou řadících elementů se spojitě změní otáčky na výstupu z násobiče z původních (n 1 ) na nové (n 2 ). Ovládání násobičů je nejčastěji elektrohydraulické (tlačítky na řadící páce) nebo mechanicko hydraulické (páčkou pod volantem), popřípadě elektropneumatické. (Lukeš, M.2002). 11

12 Odstupňování násobičů Skok mezi následujícími stupni násobiče musí umožňovat přeřazení pod zatížením, tj. v tahu motoru, například při zahloubeném pluhu v orbě. Doba prokluzování řadících elementů musí být dosti krátká, aby nedošlo k velkému poklesu rychlosti traktoru a k udušení motoru. Sladěním velikosti změny převodového poměru s pružností motoru se dosáhne přijatelně plynulého přeřazení. (Lukeš, M.2002). Podle počtu převodových stupňů se rozlišují násobiče: 2 s převodovými poměry obvykle a až 1,2 až 1,3 3 s převodovými poměry obvykle 1 1,20 1,40 4 s převodovými poměry obvykle 1 1,22 1,50 1, Konstrukční provedení násobičů Jsou používána dvě základní konstrukční řešení: násobiče s čelními soukolími (při tomto řešení přenáší řadící spojky celý točivý moment tekoucí příslušnou větví násobiče), násobiče s planetovými převody (zde dochází k dělení toku momentu a řadící elementy přenášejí jen část momentu a jsou tedy méně zatěžovány) Násobiče s čelními soukolími Násobič Zetor traktorů UŘ I, který využívá pro řazení násobiče suchou dvoulamelovou motorovou spojku a tok momentu je veden přes soukolí pohonu zadního vývodového hřídele (PTO). Vznikl tedy pouhým přidáním zubové spojky a ovládání, jinak využívá konstrukční elementy standardně použité v převodovém ústrojí. Násobič je řazen pneumatickým ovládáním, kdy při vypínaní lamely spojky pojezdu je zároveň zapínána lamela pohonu PTO a také zubová spojka. Toto jednoduché řešení však neumožňuje brzdění 12

13 motorem při zapnutém násobiči, protože zubová spojka je schopna přenášet moment jen v jednom směru. (Lukeš, M.2002). Plnohodnotný 2 násobič představuje řešení firmy Steyr. Spojka je sepnutá silou talířových pružin a spíná přímo vstupní a výstupní hřídel. Při zapnutí násobiče je společným hydraulickým válcem současně vypínána spojka a zapínána spojka. Druhý stupeň násobiče je realizován převodem ozubenými koly Násobič 2 S úplným planetovým soukolím (tj. korunovým kolem, satelity a centrálním kolem) byl používán u traktorů Zetor UŘ III. Točivý moment je přiváděn na korunové kolo a odebírán z hřídele unášeče satelitů. Při prvním stupni je sepnuta spojka, násobič je zablokován a otáčí se jako celek. Při druhém stupni násobiče je zabrzděna pásová brzda a po zastaveném centrálním kole odvalující se satelity vyvozují otáčení výstupního hřídele s převodem i 2. Toto řešení umožňuje dosáhnout z konstrukčních důvodů nejmenší převod násobiče i 2 = 1,3, a to je dle dnešních požadavků hodnota vysoká. Proto traktory ZTS používají násobič 2 s úplnou planetou doplněnou dvojitými satelity. Točivý moment je opět přiváděn na korunové kolo a odebírán z hřídele unášeče satelitů. Při prvním stupni násobiče je sepnuta spojka, násobič je zablokován a převod je i 1 = 1. Zabrzděním lamelové brzdy je zastaveno centrální kolo a po něm se odvalují satelity pevně spojené satelity, které jsou v záběru s korunovým kolem, a tím je vyvozen druhý stupeň násobiče s požadovaným převodem i 2. Obr. 4 Násobič 2 13

14 Násobič 3 Traktory Zetor UŘ III používají 3 násobič jednodušší konstrukce, tvořeny úplným planetovým soukolím, doplněným pouze čelními soukolími k pohonu centrálního kola. Točivý moment je opět přiváděn na korunové kolo a odebírán z hřídele unášeče satelitů. Při prvním stupni násobiče je sepnutá spojka, centrální kolo je spojeno s unášečem satelitů, a tím je násobič zablokován s převodem i 1 = 1. Spojka je sepnuta při druhém stupni. Všechna ozubená kola planetového převodu se otáčejí a výstupní otáčky hřídele unášeče satelitů přes záběr čelních ozubených kol pohánějí centrální kolo planetového soukolí. Při třetím stupni násobiče je zabrzděna pásová brzda, zastaveno centrální kolo a odvalující se satelity způsobují otáčení unášeče satelitů. Toto elegantní konstrukční řešení vzniklo rozšířením původního 2 násobiče o pohon centrálního kola spínaný spojkou. Obr. 5 Násobič Násobič 4 Vyvinutý firmou John Deere, využívá úplné planetové soukolí doplněné trojitými satelity s centrálními koly. Točivý moment je také přiváděn na korunové kolo a odebírán z hřídele unášeče satelitů. Při prvním stupni násobiče je sepnuta spojka a násobič je zablokován s převodem i 1 = 1. Pro další stupně násobiče s převodovými poměry i 2, i 3, i 4 je Obr. 6 Násobič 4 14

15 vždy zabrzděna jedna z brzd a tedy zastaveno jedno z centrálních kol. Příslušné ozubení trojitého satelitu se odvaluje po tomto stojícím centrálním kole a způsobuje otáčení unášeče satelitů s požadovaným převodovým poměrem. (Lukeš, M.2002) Převodovky mechanické - se všemi stupni řazenými pod zatížením Od převodovek s násobiči točivého momentu se liší v tom, že dovolují řazení v hlavní i skupinové převodovce při zatížení. Proto při řazení nedojde k poklesu rychlosti v důsledku vykonání řadicího úkonu spojeného s přesunem synchronizační spojky. Převodovky se všemi stupni řazenými při zatížení se používají především u traktorů vyšší výkonové třídy, neboť přeřazení při přenosu vysokého točivého momentu motoru by znamenalo nejenom zastavení soupravy, ale také vysoké tepelné namáhání spojkových kotoučů. Při opakovaném řazení by mohlo dojít až ke skluzu spojky v důsledku poklesu součinitele tření. Výhoda je také v tom, že dochází k přenášení opotřebení na třecí segmenty, ktery"mi jsou lamelové spojky a brzdy. Zapínání lamelových spojek a brzd je hydraulické s elektronickými prvky pro regulaci, které dovolují řazení bez rázů. Zvyšuje se komfort ovládání a také možnosti automatizace řadicích úkonů. Konstrukčně se jedná o předlohové převodovky, reverzované při zatížení. Počet převodových stupňů vpřed se pohybuje od 16 do 26 a vzad od 4 do 8. Převodovky jsou obvykle nabízeny také s redukční převodovkou, která zvýší počet stupňů řazených při zatížení. (Bauer, F. a kol., 2006) Case IH - Full PowerShift 18/6 Převodovka Full Powershift (Obr. 7.) je mechanická převodovka se všemi stupni řazenými při zatížení. Disponuje 18 převodovými stupni vpřed a šesti vzad. Všechny stupně jsou řazeny zapínáním lamelových spojek (S, až Ss). Převodovku lze rozdělit na hlavní a skupinovou. Lamelové spojky (Se, S6 a S7) odpovídají skupině polní, střední a silniční. Její součástí je reverzační soukolí ovládané lamelovou spojkou (S9). 15

16 Obr. 7 Case IH - Full PowerShift 18/6 V hlavní převodovce je každý převodový stupeň řazen dvojicí lamelových spojek. Při prvním převodovém stupni jsou v hlavní převodovce zapnuté spojky (S, Si), kterými je točivý moment přiveden na soukolí stálého záběru (1). Zapnutou spojkou (S8) se uzavře silový okruh a točivý moment vstupuje do rozvodovky. Při zařazení osmnáctého převodového stupně se zapne lamelová spojka. (Bauer, F. a kol., 2006) 2.3. Převodovky s plynule měnitelným převodem Plynulé změny převodového poměru lze dosáhnout několika způsoby. Např. hydrostatickým převodníkem, el. pohonem, řemenovým variátorem nebo hydromechanicky. Uplatnění jde napříč všemi mobilními prostředky. Tak např. u osobních automobilů se používá (klínových nebo ozubených) řemenových variátorů, zabudovaných v automatických převodovkách např. Automatické převodové ústrojí ECVT Selektronic, ZF Ekotronic, převodovka CTX, Variomatic a další. Pro traktory se používá hydromechanické kombinace, která dovoluje přenášet větší momenty, výkony a umožňuje dosáhnout pojezdové rychlosti 50 km/h. 16

17 Převodovky tohoto typu nejsou u traktorů žádnou novinkou a mají svoji historii, která sahá až do roku 1942 v podobě el. pohonu. Jejich opětovný návrat do konstrukce traktorů přinesl rozvoj v oblasti: 1. Technické: oblasti obrábění, používání nových metod výroby, nových materiálech s menší opotřebitelností a menším třením, hydraulických a mazacích olejů. 2. Ekonomické: úspěch konkurence s tímto typem převodovky, poptávka. 3. Vývoje: rozvoj elektroniky a její aplikace do řídících systémů. Tím došlo ke zvýšení účinnosti zejména v problematické části hydrostatických převodníků a nárůstu pracovního tlaku až na 45 MPa. Výsledkem jsou možnosti ovládání, regulace, a aplikace automatiky, které umožní využití výkonu motoru k nastavení takových provozních parametrů, kterých se stupňovitým převodem obtížně dosáhne. Dnes jsou převodovky CVT montovány do traktorů v rozsahu střední až vyšší výkonové třídy u společností John Deere, CNH, SDF, Agco Corporation, tvořící 80 % trhu v západní Evropě s traktory Dějiny plynulých převodovek Když člověk vezme doslova plynulost, byly všechny první traktory plynulé, neboť motor poháněl přímo pojezdová kola a možnosti k volbě rychlostí neexistovaly. Příkladem těchto prvních plynulých traktorů byl Deutz s orební lokomotivou (1907) nebo Benz s motorovým pluhem (1919). Cesta s plynulým pohonem začala minulé století. Na počátku ovšem byly první převodovky se dvěma, třemi nebo čtyřmi rychlostmi v před. Tak to zůstalo až do roku 1929, kdy byly v Mannheimu montovány první rychlosti vzad. 17

18 Už v roce 1942 postavila firma Primus z Miesbachu prototyp P20 s elektrickým pohonem. Také v Anglii v roce 1954 zkoušely traktor s hydrostatickým pohonem. Obr. 8 Hydrostatický převodník První úspěšný traktor s plynulou převodovkou pocházel od firmy Eicher, která v roce 1965 představila traktor Mammut HR s hydrostatickým převodníkem (Obr. 8.). Od 0 25 km/h vřed a 0 17 km/h vzad se mohlo plynule jet přes pedál rychlosti. Také vývodový hřídel mohl být hydrostatem poháněn. Do konce roku 1969 vyrobil Eicher 56 HR traktorů. Druhé provedení doznalo mnoha vylepšení, dva jízdní pedály vpravo místo vlevo. Přes mnohé výhody uměl prodat Eicher od roku 1970 do 1972 ( než jej převzala firma MF) jen 15 kusů s novým HR. Proto existují dva důvody: Cena byla o 10 % vyšší a účinnost byla při částečném zatížení nízká a kromě toho již existovaly lepší řazené převodovky. Same nabízel už tehdy traktorovou převodovku se 48 rychlostmi vpřed. Úspěšnější byla s plynulým pohonem firma IHC. Ta pracovala už v 50 létech na mechanickém převodníku a v roce 1960 postavila první traktor s hydrostatem. Sériová řada Hydro 656 měla opět pístový spalovací motor s 62 HP na vývodovém hřídeli. Tato řada přišla v roce 1967 na trh do USA. V roce 1969 byl dodáván typ Hydro 1026 s 112 HP na vývodovém hřídeli do Severní Ameriky. Více než 100 kusů bylo prodáno do konce 70 let v Nizozemí ( celkem se typu 656 prodalo 6620 kusů). Produkce Hydro byla v roce 1984 po převzetí Case pozastavena. (Beunk, 2002) 18

19 Konstrukce CVT převodovek Vychází z kombinace dvou způsobů přenosu výkonu. Jedna část je tvořena hydrostatickým převodníkem, který je nejčastěji tvořen hydromotorem a hydrogenerátorem v regulačním provedení, s regulační deskou nebo naklápěním celého bloku. Tato část umožňuje změnou geometrického objemu Vg nastavení optimálního převodového poměru. Druhá část je mechanická, tvořená jedním nebo několika planetovými (diferenciálními) převody, prostřednictvím kterých, dochází ke slučování hydrostatické a mechanické výkonové větve, čímž se zvyšuje účinnost celého přenosu. Hydrostatická jednotka využívá k přenosu výkonu tlaku a průtoku kapaliny v uzavřeném obvodu. Zdrojem tlaku je regulační axiální pístový hydrogenerátor. Písty konají přímočarý pohyb. Prostřednictvím ojnic se na ně přenáší hnací přírubou kroutící moment motoru. Tlak kapaliny je vytvořen až při postupném naklápění bloku válců nebo desky za současné změny geometrického objemu (Bauer, F., Novotný, A.,1993). Velikost Vg závisí podle vztahu: Vg = h. S. z Vg geometrický objem [ mm 3 ] h zdvih pístu [mm] S plocha průřezu pístu [mm 2 ] z počet pístů [-] Jediný parametr, který se mění je zdvih h. Jeho velikost je dána součinem úhlu sin α pod kterým je skloněn blok nebo deska a průměrem roztečné kružnice D h. Jestliže je Vg = 0, není přenášen hydrostatickou větví žádný výkon. Tlak a průtok kapaliny z hydrogenerátoru se šíří k axiálnímu pístovému hydromotoru, který je výstupním prvkem hydrostatického obvodu. Přiváděná energie kapaliny působí na písty, které ji převedou pomocí ojnic spojených s přírubou na rotační pohyb. Ten je charakterizován kroutícím momentem a otáčkami. Kroutící moment patří k nejdůležitějším výstupním parametrům hydromotoru. Jeho velikost je dána vztahem: M k kroutící moment [ N.m ] p tlak [ Pa ] Vg geometrický objem [ m -3 ] M = K p.v g 2.π

20 Tlak p závisí na velikosti zátěžového momentu na hřídeli a vnitřních ztrátách. Geometrický objem je dán konstrukcí hydromotoru a jeho velikost je konstantní nebo se mění v rozsahu od 0 do Hydrostatický převodník je složen z členů, které jsou vyrobeny s vysokou přesností. Aby se nezvyšovaly hydraulické ztráty a tedy i opotřebení, je nutné tyto části mazat. Obr. 9 Úplná charakteristika hydrogenerátoru Mazání hydrogenerátorů a hydromotoru označované jako průsaky tvoří část ztrát převodníku, neboť ovlivňují průtokovou účinnost. Průsaky představují množství kapaliny, která opustí uzavřený okruh v důsledku mazání. Kdyby se tato kapalina nevracela zpět do okruhu, došlo by ke snižování zaplnění pracovního prostoru a především, až k zastavení převodníku v důsledku zadření. Tomu se zabraňuje pomocným hydrogenerátorem, který vrací zpět množství kapaliny odpovídající průsakům do uzavřené soustavy. Každý hydrogenerátor a hydromotor má svoji úplnou charakteristiku jako na ( Obr.9. a Obr.10.), ze které vyplývají oblasti účinnosti provozu v závislosti na pracovním tlaku a průtoku. Obr. 10 Úplná charakteristika hydromotoru 20

21 Celkové ztráty hydrostatického převodu stoupají s velikostí přenášeného zatížení. Jsou tvořeny: průtokem a broděním, v kuličkových ložiskách a třením, stlačováním a roztažností potrubí, úniky průsakem. Hydrostatický převodník Výhody Snadný přenos velkých sil a točivých momentů Malá poměrná hmotnost a malý rozměr hydraulických prvků. Snadná reverzace pohybu Konstrukční volnost Snadná údržba a provozní spolehlivost Snadné blokování pohybu Nevýhody Menší účinnost Citlivost na nečistoty v kapalině Závislost na vlastnostech provozní kapaliny Vyšší pořizovací náklady Planetový převod (obr.11.) tvoří mechanickou část CVT převodovek a přispívá tak ke zvýšení celkové účinnosti převodovky. Počet planetových soukolí bývá od jednoho až po několik podle výrobce. Jedno z těchto soukolí obvykle vstupní tvoří vždy tzv. sčítací planetový převod, který umožní sloučení hydrostatického a mechanického přenosu výkonu. Další planetová soukolí navazující na slučovací převod a plní v podstatě funkci mechanické planetové převodovky zvyšující rozsah převodových poměrů. Řazení jednotlivých převodů probíhá zubovými spojkami nebo brzdami tak, že nedojde k přerušení momentového toku. Planetové soukolí má proti čelním řadu výhod (Vlk,2000): hnací moment se předává na několik satelitů, tak že v ozubení působí menší síly, ložiska všech členů nejsou radiálně zatížena, menší počet rotačních členů, lepší využití zastavovacího prostoru, nabízí 7 možných převodů. 21

22 Nejčastěji se používají jednoduché planetové soukolí ( JPS ) typu 2k + r, 3k + r, které mají pouze jeden unašeč se dvěma až třemi stupni volnosti. Skládají se s korunového a centrálního kola mezi které je vložen satelit s unašečem. Ten bývá nejčastěji výstupním členem převodu. K tomu, aby došlo ke změně převodového poměru, musí být stupeň volnosti roven jedné. Toho se dosáhne pomocí reakčních členů tzv. brzd a Obr. 11Planetoví převod spojek. Skládáním těchto jednoduchých planetových převodů vzniká složený planetový převod, který se u některých typů CVT převodovek také používá. Sčítací planetový převod při slučování dvou větví (hydrostatické, mechanické) pracuje jako diferenciální (nevzniká převod neboť počet stupňů volnosti dosahuje dvou) ale v okamžiku, kdy je výkon přenášen jednou větví pracuje jako JPS se zastaveným korunovým nebo centrálním kolem a tím již dochází ke vzniku převodu. Účinnost je důležitý konstrukční ukazatel určující, jaká část přenášeného výkonu se přemění u planetového převodu v teplo, tj. určuje tepelné namáhání a požadavky na odvod tepla. Celkové ztráty lze rozdělit při volnoběhu a zatížení: 1. Volnoběhem: mazáním (broděním nebo příkonem čerpadla tlakového mazání), v záběrech nezatížených soukolí (vznikají vytlačováním oleje ze záběru), v ložiscích ( důsledkem rotace), v rozpojených řadících členech. Ztráty jsou závislé na rychlostech jednotlivých členů, a tím i na zařazeném rychlostním stupni, na množství a viskozitě oleje, na způsobu mazání apod. Nezávisí však na zatížení. 2. Při zatížení: v ozubení, v ložiscích. Závisí především na velikosti přenášeného výkonu. (Svoboda, 2000) 22

23 Princip funkce CVT převodovky Zjednodušené schéma CVT převodovky je uvedeno na (Obr. 12.) Na tomto schématu si předvedeme základní provozní stavy převodovky, neutrál, jízdu vpřed a vzad. Obr. 12 Schéma konstrukce CVT převodovky Neutrál Točivý moment motoru je přiveden soukolím (1) k hydrogenerátoru, jehož regulační blok je skloněn pod úhlem -α < 0. Hydrogenerátor předává kapalině tlakovou energii, která je hydromotorem (V g - konstantní) transformována na výstupní točivý moment a otáčky. Hydromotory otáčí korunovým kolem (k). Planetové kolo (p) je poháněno motorem. Unášeč (u) je zastaven, nebot obvodová rychlost planetového (p) a korunového kola (k) je shodná, ale opačného smyslu (Obr.13.). Jízda vpřed Snižováním sklonu regulačního bloku hydrogenerátoru ve směru α > 0 klesá geometrický objem, což se projeví poklesem otáček hydromotoru a snížením obvodové rychlosti korunového kola (k). Vlivem rozdílné obvodové rychlosti korunového a planetového kola se začne postupně otáčet unášeč satelitů a traktor se rozjede. Jakmile regulační blok hydrogenerátoru dosáhne nulového sklonu (α = 0), korunové kolo (k) se zastaví a výkon motoru je přenášen jen mechanickou částí převodovky. Další zrychlování stroje nastane pohybem regulačního bloku hydrogenerátoru ve směru + α > 0, při kterém se změní 23

24 smysl otáčení korunového kola (k). Při nejvyšším vyklonění (+α max> 0) pojede traktor maximální pojezdovou rychlostí, nebot obvodová rychlost korunového kola (k) dosáhla svého maxima. Jízda vzad Vychází se z nastavení regulačního bloku hydrogenerátoru při neutrálu. Stroj se rozjede dozadu tehdy, jestliže se zvýší obvodová rychlost korunového kola (k) ve směru modré šipky. Unášeč (u) se začne otáčet stejným smyslem jako korunové kolo (k). Toho je dosaženo zvýšením sklonu regulačního bloku hydrogenerátoru - α < 0. Při nejvyšším sklonu - α max< 0 pojede traktor maximální pojezdovou rychlostí vzad, nebot' obvodová rychlost korunového kola (k) dosáhla svého maxima. (Bauer, F. a kol., 2006) Obr. 13 Kinematika členů CVT převodovky 3. CVT PŘEVODOVKY ZE SOUČASNÝCH STAVEB TRAKTORŮ V současné době je z celosvětové produkce traktorů za rok (o výkonu 30 až 300 koní). Ty to traktory jsou téměř vybaveny 7% plynulou převodovkou a v západní Evropě a USA je toto procento několika násobně výší. Nyní se objevuji nová technická řešení CVT 24

25 převodovek s cílem uplatnit se pomocí jednoduššího a levnějšího provedení i ve výkonové třídě do 100 kw. Traktorové CVT převodovky dosahují plynulé změny převodového poměru a tedy i otáček rozdělením toku výkonu od motoru do dvou větví: mechanické s konstantními otáčkami a hydrostatické s plynulou změnou otáček. Sloučením otáček z těchto dvou větví v (planetovém) členu je dosažen výsledný převod. (Bauer, F. a kol., 2006) 3.1. Fendt - Vario převodovka U převodovky Vario je od motoru poháněn unášeč satelitů převodů (2). Od korunového kola je poháněn hydrogenerátor (6). Planetové kolo je přes ozubené kolo spojeno se skupinovou převodovkou (9). Obr. 14 Uspořádání převodovky Vario 25

26 Hydrostatický převodník je složen z axiálního regulačního pístového hydromotoru a regulačního hydrogenerátoru. Regulační rozsah neboli velikost úhlu a je u hydrogenerátoru -30 až 45 a hydromotoru 0 až 45. Mechanickou část převodovky tvoří planetové soukolí a skupinová dvoustupňová převodovka. Výkon motoru přenášený mechanickými převody se sčítá s výkonem přenášeným hydrostaticky na sumarizační hřídeli (Obr. 15.). Obr. 15 Schéma převodovky Vario Funkci převodovky vystihují čtyři základní stavy: neutrál, rozjezd a zrychlování, nejvyšší rychlost a jízda vzad, viz (Obr.16.). 26

27 Neutrál Točivý moment motoru (žlutá větev) je přiváděn na unášeč satelitů (5). Výstupní částí planetového převodu je planetové kolo (4), které se neotáčí. Satelity se odvalují po planetovém kole a roztáčí korunové kolo, které přes převod otáčí hydrogenerátorem. Hydromotor je nastaven na maximální geometrický objem. Jelikož dodávka hydrogenerátoru je 0, hydromotor a tím i planetové kolo se neotáčí (Obr. 16). Rozjezd a zrychlování Stejně jako při neutrálu je točivý moment motoru (žlutá větev) přiveden na unášeč (5). Změny nastávají u hydrostatického převodníku. Regulační blok hydrogenerátoru se začíná sklánět a měnit tak úhel (α) k maximálnímu vyklonění α = 45. Obr. 16 Kinematika planetového převodu převodovky Vario 27

28 V tom okamžiku se začne zvětšovat jeho geometrický objem. Regulační blok hydromotoru zůstává v poloze maximálního sklonu, ale nyní se již otáčí. V planetovém soukolí se začíná otáčet planetové kolo (4) a traktor se začíná pohybovat. Hydrogenerátor stále zvyšuje svůj sklon až do okamžiku dosažení sklonu α = 45. Pokud se zatížení nezvyšuje, začne se regulační blok hydromotoru pohybovat směrem k poloze -α > 0. Traktor stále zrychluje při klesající úhlové rychlosti korunového kola (3). Maximální rychlost Nastane v okamžiku, při kterém hydromotor dosáhne polohy α = 0. Tím dojde k vyřazení hydrostatické části (korunové kolo 3 stojí a působí jako reakční člen, regulační blok hydrogenerátoru je stále vykloněn) a výkon je veden pouze mechanickou větví od motoru na unášeč, satelity a planetové kolo (4). Za tohoto stavu dosáhne planetové kolo (4) nejvyšší úhlové rychlosti. Nejvyšší pojezdová rychlost přesáhne 50 km/h. Jízda vzad Jízda vzad je způsobena vykloněním hydrogenerátoru (6) z polohy α = 0 na opačnou stranu než pro jízdu vpřed. Moment motoru je veden stejnou cestou jako v ostatních případech. Hydromotor má na počátku regulace geometrický objem (V y = 0). Protože je hydrostatický převodník reverzační, dojde ke změně pracovního režimu. Hydromotor nyní pracuje jako hydrogenerátor a hydrogenerátor jako hydromotor. Po změně začne hydrogenerátor zvyšovat geometrický objem a hydromotor se začne otáčet. Úhlová rychlost korunového kola (3) se bude zvyšovat ve směru modré šipky (Obr. 16) a planetové kolo (4) změní smysl otáčení. Točivý moment je přenášen do skupinové převodovky, kde Ize zařadit synchronizační spojkou polní (0,02-32 km/h) nebo silniční (0,02-50 km/h) rozsah (jízda vpřed). Pro jízdu vzad jsou k dispozici dva rozsahy: polní 0,02-20 km/h a silniční 0,02-38 km/h. Ve skříni převodovky je umístěn pohon přední nápravy a vývodového hřídele. (Bauer, F. a kol., 2006) 28

29 Možnosti ovládání pojezdu Pojezd Ize ovládat prostřednictvím páky (joysticku) (Obr. 17.) nebo pedálem pojezdu. Při pohybu pákou vpřed (vzad) traktor zrychluje (zpomaluje). Pohybem páky přes neutrál pojede traktor dozadu, bez sešlápnutého pedálu spojky. U traktoru Fendt se používá TMS (Traktor Management Systém), který označuje společný management motoru a převodovky. Obr. 17 Ovládání převodovky Vario TMS umožňuje čtyři varianty ovládání: - bez TMS - předvolba otáček motoru pedálem nebo ručním akcelerátorem a pohybem joysticku v loketní opěrce regulace pojezdové rychlosti, - kombinace TMS a joysticku- nyní se reguluje převodovka a otáčky motoru pouze joystickem. Pohybem vpřed zrychluje a vzad zpomaluje, motor přizpůsobuje otáčky automaticky podle zatížení. Nožní pedál se nepoužije, - kombinace TMS a pedálu - ovládání je stejné jako v předchozím případě, ale místo joysticku se používá pedál pojezdu, - v lineárním" TMS - otáčky motoru se úměrně s pojezdovou rychlostí zvyšují nebo snižují (konstantní převodový poměr). (Bauer, F. a kol., 2006) 29

30 3.2.John Deere - Převodovka AutoPowr Převodovku AutoPowr vyvinula firma John Deere ve vývojovém středisku v americkém Waterloo. Konstrukčně je uspořádána ze dvou planetových převodů, které plní funkci slučovacího (P) a reverzačního (R) převodu (Obr.18.). Obr. 18 Uspořádání převodovky AutoPower Řazení reakčních členů probíhá dvěma lamelovými spojkami (KL, KS) a jednou lamelovou brzdou (B). Lamelové spojky jsou určeny pro jízdní rozsahy a lamelová brzda pro jízdu vzad. Hydrostatický převodník tvoří regulační hydrogenerátor (regulace geometrického objemu naklápěním celého bloku v obou směrech pod úhlem α-= 45 a pístový hydromotor s konstantním geometrickým objemem.s Funkci převodovky vystihují čtyři základní stavy: neutral, rozjezd a zrychlování, nejvyšší rychlost a jízda vzad, viz (Obr. 19.) 30

31 Neutrál (unášeč - u stojí, spojka - KL zapnutá) Točivý moment je přiváděn do hydrostatického převodníku soukolím (1) a současně veden do slučovacího planetového převodu (P), kde pohání planetové kolo (p,). Úhlová rychlost korunového kola (k,) je regulována hydrostatickým převodníkem přes soukolí (2). Regulační blok hydrogenerátoru je nakloněn pod úhlem a=-45 a korunové kolo (k,) proto dosahuje nejvyšší úhlové rychlosti, ale v opačném smyslu, než kterým se otáčí planetová kola (p, 2). Jelikož jsou obvodové rychlosti korunového kola (k,) a planetového kola (pz) stejné, ale opačného smyslu, unášeč (u) se zastaví. Spojkou (KL) je tento stav přenesen na další převodová ústrojí. (Bauer, F. a kol., 2006) Obr. 19 Schéma převodovky AutoPower Jízda vpřed 1. Rychlostní rozsah (0 až 15,2 km/h, spojka KL zapnutá) Nastavení hydrostatického převodníku je stejné jako v neutrálu. Snížením úhlové rychlosti korunového kola (k) se uvede do pohybu unášeč (u) a tím i traktor. Snížení úhlové rychlosti korunového kola (k) způsobí přibližování regulačního bloku hydrogenerátoru k poloze α = 0 a 31

32 jeho další vyklonění až α =+ 45. Při nejvyšší pojezdové rychlosti (v prvním rychlostním rozsahu) se korunové kolo (k) otáčí stejným smyslem jako planetová kola (p, z ) a unášeč (u) (Obr. 20.). Obr. 20 kinematika planetového převodu převodovky AutoPower 2. rychlostní rozsah (15,2 až 63 km/h, spojka KS zapnutá) V okamžiku dosažení nejvyšší úhlové rychlosti unášeče (u) dochází k rozepnutí spojky (KL) a zapnutí spojky (KS). Následkem toho se stane výstupní částí planetové kolo (pz). Vlivem snižování geometrického objemu hydrogenerátoru se začne zpomalovat 32

33 korunové kolo (k,).jak mile bude poloha regulačního bloku α = 0, korunové kolo (k,) se zastaví. Pojezdová rychlost je nyní 38 km/h. Další zrychlení planetového kola (pz) se dosáhne vykloněním regulačního bfoku hydrogenerátoru až do polohy α =-45. Nejvyšší pojezdová rychlost přesáhne 50 km/h. (Bauer, F. a kol., 2006) Jízda vzad (0 až -18 km/h, brzda B zapnutá) Ke změně smyslu jízdy dochází při zabrzdění lamelové brzdy (B), kterou se zastaví korunové kolo (kz). Regulační blok hydrogenerátoru má sklon a. _-45. Jakmile se začne sklon regulačního bloku přibližovat k a= 0, korunové kolo (k,) zpomaluje a unášeč (u) zrychluje. Jeho pohyb se přenáší do planetového převodu (R). Vlivem zastaveného korunového kola (kz) a satelitů (S2, S3) se začne otáčet planetové kolo (p3) v opačném smyslu než unášeč (u), viz (Obr.20.) Možnosti ovládání pojezdu Pojezd Ize ovládat pedálem pojezdu nebo pohybem páky (Obr. 21.). Pojezdovou rychlost Ize nastavit do dvou rozsahů, např. 0 až 8 km/h a druhý se automaticky nastaví na 8 až 50 km/h. Rozsah rychlostí Ize ještě měnit během jízdy otočným potenciometrem umístěným na páce. Reverzace je ovládána páčkou umístěnou tradičně vlevo pod volantem. Traktor je vybaven ovladačem režimu jízdy se čtyřmi polohami. První poloha značí práci s vývodovým hřídelem, druhá orbu a kypření, třetí dopravu a poslední pevný převodový poměr. Další možností je potenciometr (tempomat) otáček, ktery"m Ize nastavit otáčky motoru v rozmezí 1500 až 2200 n/min a management traktoru potom upřednostňuje nastavenou hodnotu otáček před pojezdovou rychlostí. (Bauer, F. a kol., 2006) Obr. 21Páka pojezdu s potenciometrem pro nastavení rychlostních rozsahů 33

34 4. NOVÉ CVT PŘEVODOVKY 4.1. Plynulá převodovka VDC Plynulá převodovka VDC - Hofer (Obr.22). má jednoduchou mechanickou větev, tvořenou dvoutokou přcvodovkou, která nahrazuje složité a drahé planetové převody pro řazení přcvodových rozsahů i reverzace pod zatížením použité u převodovek Steyr, ZF i John Deere. Dvoutoká převodovka pracuje na principu dvou lamelových spojek a robotizovaného (hydraulického) řazení synchronizačních spojek. Spojka S2 je spojena se synchronem 3 a přenáší tok točivého momentu k soukolí 1. a 3. převodového stupně a spojka S1 přes synchron 2 k soukolí 2. převodového stupně a zpátečky. Pro hydrostaticko větev je použita seriově vyraběna hydrostatická jednotka BOSCH s regulovaným hydrogenerátorem (regulační rozsah - 30 až +30 ). Sumarizační člen je tvořen jednoduchou planetou s lamelovou spojkou S3 korunového kola, která slouží pro čistě hydrostatický rozjezd traktoru. (Lukeš.M.2007) Obr. 22 Plynulá převodovka VDC 34

35 Rozjezd Spojky dvoutoké převodovky S1, S2 jsou rozpojeny a spojka S3 sumarizační planety je sepnuta. Celý točivý moment je od motoru přenášen přes soukolí 1 na hydrostatickou jednotku, dále na centrální kolo planetového převodu (jehož korunové kolo je zabržděno spojkou S3) s výstupem na unašeči satelitu. Tok výkonu je realizován výhradně hydrostatickou větví a regulační hydrogenerátor využívá kladné oblasti regulace (0 o až 30 o ) a je dosažen plynulý rozjezd z 0 do rychlosti 5 km/h. Zrychlování Hydraulické řazení dvoutoké převodovky přesune synchron 3 do záběru se soukolím 1. převodového stupně. Při dosažení rychlosti 5 km/h je,součastně rozpojována spojka S3 planety u spínaná spojka S2 dvoutoké převodovky, tím jsou mcehanickou větví přivedeny konstantní otáčky na korunové kolo sumarizačního členu. Sloučením těchto otáček s proměnlivými otáčkami hydrostatické větve na centrálním kole je dosaženo další plynulé zvyšování otáček výstupníhu členu-unášeče satelitu. Pro další zrychlování je v druhé volné větvi dvoutoké převodovky přesunut synchron 2 do záběru se soukolím 2. převodového stupně. Po vyčerpání regulačního ruzsahu hydrogcnerátoru je rozpínána spojka S2 a současně spínána spojka S1 dvoutoké převodovky. Na korunové kolo jsou nyní přiváděny vyšší otáčky a opět sloučením s proměnlivými otáčkami hydrostatické větve je dosaženo další plynulé zvyšování otáček. Na konec je přesunut synchron 3 do záběru se soukolím 3. převodového stupně a po rozpojení spojky S1 a sepnutí spojky S2 je dosaženo plynulé změny v třetím rozsahu otaček. (Lukeš.M.2007) Zpomalování Činnost je opačná než u zrychlování. Přeřazováním synchronů 2. 3 a spínáním příslušných spojek dvoutoké převodovky jsou stupňovitě snižovány otáčky korunového kola sumarizační planety, které s proměnlivými otáčkami centrálního kola dosáhnou plynulé snižování otáček výstupního členu (unášeče satelitů) a tím snížení rychlosti traktou až na 5 km/h. 35

36 Reverzace Nyní je odpojena dvoutoká převodovka (obě spojky rozpojeny) a sepnutu spojka S3 sumarizační planety. Přenos toku výkonu je realizován pouze hydrostatickou větví a regulovaním pístového hydrogenerátoru z úhlu +30 přes nulu až do -30 o je plynule změněn smysl otáček a dosaženo zpětné rychlosti -5 km/h. Pak jc synchron 2 přesunut do zítběru se soukolím zpětného chodu a při současném rozpojování spojky S3 a sepnutí spo. jky S1 jsou dvouokou převodovkou přivedeny na korunové kolo planety opačné otáčky a s využitím regulačního rozsahu hydrostatické větve jsou plynule zvyšovány také opačné výstupní otáčky unášeče satelitu. (Lukeš.M.2007) Převodovka VDC je konstrukčně jednodušší než dosud používané CVT převodovky (seriová hydrostatická jednotka, jednoduchásumarizační planeta, jednoduchá mechanická větev z čelních soukolí, poze tři lamelové spojky a dva synchrony s robotizovaným ovládáním). Převodový rozsah je navržen pro rychlosti od -20 km/h do 50 km/h, přičemž změna směru jízdy je plynule prováděna pouze hydrostatickým pohnem. Je to za cenu nižší účinnosti, ale časové využití reverzování v rozsahu rychlostí -5 až 5 km/h je nízké, takže v celkové bilanci se tato snížená účinnost příliž neprojeví. Zkoušená verze převodovky je pro výkon do 100 kw a firma Hofer pracuje i na verzi pro vyšší výkony Plynulá převodovka IVT Plynulá převodovka IVT-Carraro (Obr. 24) je tvořena opět dvěma větvemi pohonu a sumarizačním členem. Na rozdíl oproti předcházejícím CVT převodovkám je i větev s proměnlivými otáčkami mechanická a je tvořena toroidní převodovkou. Toroidní převod (Obr. 23.) je již používán v CVT převodovkách osobních automobilů. Točivý moment je přiveden na vnitřní kotouče převodovky ozubeným kolem (červené). Mezi vnitřními 1 a vnějšími 2 kotouči se odvaluje trojice disků, které je možno pomocí hydraulického ovládání 3 naklápět. Poloměr, po kterém se disky odvalují na vstupním kotouči, a poloměr odvalování na výstupním kotouči 36 Obr. 23 Toroidní převod

37 zpusobují převodovy poměr, ktery je plynule měněn naklápěním disků. Hydraulické zařízení musí také vyvodit dostatečný tlak na disky, aby se odvalovaly po kotoučích bez prokluzu. (Lukeš.M.2007) Obr. 24 Plynulá převodovka IVT Točivý moment motoru (Obr. 24.) je přiveden hřidelí Ha k soukolí P1 pro pohon toroidní převodovky a dále pokračuje hřídelí Hb k soukolí P2 pohonu unášeče sumarizační planety P3. Horní větev pokračuje hřídelí Hc pro pohon zadního vývodového hřídele. Převod P1 pohání hnací kotouče (zelené) toroidní převodovky a přes trojici vnitřnich disků jsou poháněny hnané kotouče (bledě modré). Naklápěním vnitřních disků lze dosáhnout převodový poměr v rozmezí 2,4 až 0,4, tz. že hnané kotouče mohou dosáhnout až 2,4 krát větší nebo až 2,4 krát nižší otářčky, než jso otačky hnacích kotoučů. Tyto proměnné otáčky vstupují na centrální kolo sumarizačni planety P3 a zároveň na unášeč satelitu jsou přivedeny konstantní otáčky soukolím P2. Sumarizační převod P3 je vybaven dvěma spojkami S1 a S2. Sepnutím spojky S1 je pohon výstupního hřídele He spojen přímo se vstupní hřídelí do planety, celý výkon je veden přes toroidní převodovku a je tak docíleno vyššího převodového rozsahu (15-50km/h). Pro rychlosti 0-15km/h a reverzaci je sepnuta spojka S2. Plynulá změna otáček je docílena na korunovém kole planety (zelené) sloučením konstantních otáček unášeče satelitů a proměnných otáček centrálního kola. Pro rozsah převodu 2,4 až 1 toroidní převodovky je realizovaná jízda vpřed a při rozsahu převodu 1 až 37

38 0,4 je docíleno reverzací. Změna směru jízdy probíhá tedy opět spojitě bez přerušení toku výkonu natáčením disků toroidní převodovky. Tato převodovka má velmi jednoduchou mechanickou neregulační část. jedno planetové soukolí s dvěma lamelovými spojkami slouží jako sumarizační člen, řadí dva převodové rozsahy a zároveň slouží i k reverzaci. (Lukeš.M.2007) 5. CÍL PRÁCE Cílem diplomové práce bylo zjistit v laboratorním měření na traktorové zkušebně MZLU na válcovém dynamometru VDU E270T E150T vliv převodového ústrojí na tahové vlastnosti traktorů. Za účelem splnění cíle byly přistaveny traktory John Deere 7700 a John Deere 8210 na kterých byla provedena zkouška s vlivem převodového ústrojí na tahové vlastnosti. Na traktorech byly sledovány spotřeba paliva, výkonnost, prokluz, rychlost, tahový výkon a to v závislosti na tahové síle. Naměřené hodnoty byly zpracovány tabulárně. Tabulkové hodnoty byly vyhodnoceny a zaznamenány do grafických výstupů. 38

39 6. MĚŘENÍ A HODOCENÍ TAHOVÉ CHARAKTERISTIKY TARKTORU JOHN DEERE 7700 a Technické parametry měřených traktorů Traktor John Deere 7700 Power Shift Traktor JD 7700 Číslo motoru RW 7700P Číslo traktoru RG 6076T Rok výroby 1994 Počet motohodin Typ traktoru JD 7700 Motor Výkon (kw) 107 Jmenovité otáčky (min-1) 2100 Počet válců 6 Vrtání (mm) 111,8 Zdvih (mm) 127 Objem válců (cm2) 7600 Kompresní poměr 15,8 : 1 Chlazení motoru kapalinové Přeplňování turbokompresorem bez mezichladiče Vstřikovací čerpadlo řadové Převodovka Typ Řazení Power Shift všechny převodové stupně pod zatížením Počet převodových stupňů 19/7 Pohon pojezdu 4K4 Vývodový hřídel Druh nezávislý Otáčky (min-1) 540 / 1000 Otáčky motoru (min-1) 1730 /

40 Rozměr pneumatik Zadní náprava 480/70 R 30 Přední náprava R 42 Základní rozměry traktoru Šířka (mm) 2438 Délka (mm) 3058 Výška (mm) 3058 Rozvor (mm) 2800 Rozchod předních kol (mm) 1780 Rozchod zadních kol (mm) 2035 Poloměr zatáčení (m) 5,3 Rozložení hmotnosti Celková hmotnost (kg) 7470 Přední náprava (kg) 2800 Zadní náprava (kg) Traktor John Deere 8210 Power Shift Traktor JD 8210 Číslo motoru RW 8210P Číslo traktoru RG6081H Rok výroby 2000 Počet motohodin 1253 Typ traktoru JD 8210 Motor Výkon (kw) 155 Jmenovité otáčky (min-1) 2200 Počet válců 6 Vrtání (mm) 111,8 Zdvih (mm) 127 Objem válců (cm2) 7600 Kompresní poměr 15,8 : 1 Chlazení motoru kapalinové Přeplňování turbokompresorem s mezichladičem Vstřikovací čerpadlo řadové s elektronickým regulátorem Převodovka 40

41 Typ Power Shift s možností automatického řazení Řazení všechny převodové stupně pod zatížením Počet převodových stupňů 16/5 Pohon pojezdu 4K4 Vývodový hřídel Druh nezávislý Otáčky (min-1) 1000 Otáčky motoru (min-1) 1730 / 1970 Rozměr pneumatik Zadní náprava 480/70 R 30 Přední náprava 620/70 R 42 Základní rozměry traktoru Šířka (mm) 2438 Délka (mm) 5246 Výška (mm) 3005 Rozvor (mm) 2950 Rozchod předních kol (mm) 1800 Rozchod zadních kol (mm) 1900 Poloměr zatáčení (m) 5,3 Rozložení hmotnosti Celková hmotnost (kg) 9610 Přední náprava (kg) 5400 Zadní náprava (kg) Popis traktorové zkušebny Jednalo se o laboratorní měření na traktorové zkušebně VDU E270T E150T z produkce české firmy MEZSERVIS spol. s.r.o. Vsetín, vybavené čtyřmi nezávisle řízenými elektrickými dynamometry, na které se přenáší tahová síla z každého kola prostřednictvím párových válců o Ø 512 mm přes planetové převodovky a ozubené řemeny. Traktorová zkušebna má měnitelný rozvor od minima mm po maximum mm. Maximální měřitelná tahová síla je 200 kn a tahový výkon na kolech 420 kw. Tyto parametry jsou dosažitelné v rozsahu rychlostí 0 16 km/h. Charakter povrchu měřících válců se blíží svými adhezními vlastnostmi betonové vozovce. Obvodová rychlost kol i válců je měřena přesnými inkrementálními čidly s přesností 0,01m/h. Čas odečtu hodnot na těchto i ostatních čidlech je 41

42 55 ms, tj. s frekvencí 18 Hz. Celkově může být z této části traktorové zkušebny snímáno 95 velečin s uvedenou frekvencí a v reálném čase zaznamenáváno. Stejně je zaznamenáváno, resp. počítáno z přídavných měření dalších 52 veličin, např. 9x teplotní údaje, 8x tlakové údaje, spotřeba paliva, otáčky motoru, barometrický tlak. Druhou část zkušebny tvoří pojízdný vířivý dynamometr VD 500, který je možno přistavit do osy traktorové zkušebny a připojit přes kloubový hřídel na vývodový hřídel traktoru. Měření spotřeby paliva je provedeno objemově pomocí průtokoměru Flowtronic s chladičem (typ 206 a 4705) se současným měřením teploty paliva a okamžitým přepočtem na hmotnostní spotřebu. Měřené a počítané veličiny tj. otáčky, točivý moment, výkon motoru na PTO jsou zaznamenávány s frekvencí 18 Hz. Všechna použitá čidla jsou cejchována. Řízení celé zkušebny zajišťuje v reálném čase server na základě zadaného programu podle typu zkoušky. (Sedlák, 2001) Použitá měřící zařízení a podmínky měření Typ dynamometru VDU E270T E150T Výrobce MEZSERVIS Vsetín Maximální měřený výkon -celkový (kw) 420 -přední náprava (kw) 150 -zadní náprava (kw) 270 Dynamometr umožňuje měření tahových vlastností traktorů v rozsahu pojezdových rychlostí od 1 km/h do 16 km/h. Měření spotřeby paliva bylo provedeno objemově pomocí průtokoměru Flowtronic 206 s chladičem Flowtronic Při zkoušce byly současně měřeny otáčky motoru, tahová síla, rychlost jízdy, prokluz kol traktoru, teplota nasávaného vzduchu, mazacího oleje v motoru, teplota výfukových plynů, plnící tlak za turbodmychadlem a teplota paliva. Při všech zkouškách byla nastavena plná dodávka paliva. V průběhu celého měření nebyla spuštěna klimatizace ani jiné spotřebiče na traktoru. 42

43 6.4. Další sledované hodnoty při měření Traktor JD 7700 JD 8210 Teplota nasávaného vzduchu 18,2 23,3 o C 27,1 31,7 o C Tlak vzduchu hpa hpa Vlhkost vzduchu 60 % 30 % Tlak vzduchu v pneumatikách - přední (kpa) zadní (kpa)

44 Obr. 25 Válcový dynamometr pro měření tahových charakteristik traktorů 44