На тракторах устанавливают механические коробки передач, в которых крутящий момент передается шестернями, соединяемыми между собой в различных комбинациях. Коробка передач с механическим переключением передач представлена на рисунке 1, а, б, в.
а — включен передний ход; б — нейтральное положение; в — включен задний ход; 1 — ведущий вал; 2, 3, 4, 5 — шестерни, жестко закрепленные на ведущем валу; 6 — промежуточная шестерня; 7 — промежуточный вал; 8 — ведомый вал, 9, 10, 11 — шестерни, сидящие на шлицах ведомого вала; 12 — корпус коробки.
Устройство. Коробка передач представляет собой механизм, собранный в металлическом корпусе 12 (см. рис. 1, б), в котором установлены два (а может быть три или даже четыре) вала — ведущий 1, соединенный с валом главного сцепления трактора через промежуточное соединение, и ведомый 8, соединенный с главной передачей трансмиссии.
На ведущем валу 1 закреплены неподвижно шестерни 2, 3, 4 и 5. На ведомом валу 8 посажены на шлицах шестерни 9, 10 и 11. Это дает им возможность перемещаться вдоль вала 8 и одновременно вместе с ним вращаться.
В некоторых коробках передач, наоборот, неподвижные шестерни сидят на ведомом валу, а подвижные — на ведущем, что не меняет принципа действия коробки передач.
Кроме перечисленных шестерен, в коробке на промежуточном валу 7 свободно посажена шестерня 6, находящаяся в постоянном зацеплении с шестерней 5.
Действие. Во время работы двигателя с включенным главным сцеплением ведущий вал 1 и сидящие на нем шестерни вращаются, а ведомый вал 8 с шестернями, находящимися на его шлицах, неподвижны. При таком расположении шестерен вращение через коробку передач не передается, и это расположение принято называть нейтральным положением коробки передач.
Если же при работающем двигателе в зацеплении оказываются, например, шестерни 11 и 2 (см. рис. 1, а), то вращение от вала 1 передается на вал 8. Но поскольку ведущая шестерня 2 имеет меньший диаметр, чем ведомая 11, частота вращения ведомого вала 8 будет меньше, чем частота вращения ведущего вала 1, а крутящий момент на ведомом валу будет больше. Такую передачу называют (для данной схемы) первой передачей. Трактор при этом двигается медленно, но одновременно с этим обладает большой силой тяги.
Соединяя поочередно шестерни 3, 10, 4 и 9, можно получить еще два варианта передаточных чисел, или, иначе, вторую и третью передачи, при которых скорость движения трактора увеличивается, а тяговое усилие уменьшается.
Если соединить шестерню 9 с шестерней 6 (см. рис. 1, в), ведомый вал 8 будет вращаться в обратную сторону, т. е. будет включен задний ход.
Таким образом, в рассматриваемой коробке передач можно получить три различные передачи вперед и одну передачу назад, обеспечивающие три различных тяговых усилия вперед и одно назад. Такая коробка называется механической трехскоростной.
Известно, что сельскохозяйственные машины и орудия, буксируемые трактором, имеют самые разнообразные тяговые сопротивления. Причем бывают случаи, когда одна и та же машина или орудие в различных условиях эксплуатации обнаруживает различные тяговые сопротивления. Это обстоятельство говорит о том, что нагрузка на двигатель весьма разнообразна, поэтому ему приходится работать на разных режимах, порой весьма неэкономичных.
Для того чтобы трактор работал более экономично со всевозможными машинами или орудиями, в коробках передач установлены не три, а значительно больше передач — четырнадцать, восемнадцать, двадцать две и др.
а — общий вид коробки передач; б — механизм переключения; 1 — ведущий вал; 2 — ползун; 3 — планка; 4 — конец рычага переключения; 5 — рычаг переключения; 6 — валик, 7 — фиксатор; 8 — вилка; 9, 10 — каретки; 11 — ведомый вал; 12, 13 — ведомые шестерни; I — механизм переключения заблокирован; II — то же, разблокирован.
Переключение передач в такой коробке осуществляется специальным механизмом, который состоит из рычага 5 (рис. 2, а), ползунов 2 (или валиков) и вилок 8, входящих в кольцевые выточки кареток подвижных шестерен 9 и 10, сидящих на ведущем валу.
Для того чтобы в начале движения трактора соединить быстро вращающуюся шестерню на ведущем валу с неподвижной шестерней на ведомом валу, вращающуюся шестерню следует остановить. Для этого необходимо выключить главное сцепление трактора, а уже после соединения шестерен плавно его включить.
Для того чтобы нельзя было переключить передачи без предварительного выключения главного сцепления и остановки ведомого вала, на коробке передач установлен блокировочный механизм, который уменьшает износ зубьев шестерен и обеспечивает более надежную фиксацию подвижных шестерен коробки во время работы. Этот механизм состоит из фиксаторов 7 и валиков 6, соединенных через рычаги и тягу с педалью управления сцеплением. Когда сцепление включено (см. рис. 2, б. положение I), выточки на валиках 6 располагаются так, что валик не позволяет фиксаторам 7 подняться и пропустить ползун 2 для переключения передачи.
Для включения нужной передачи следует нажать на педаль сцепления (положение II). Валик в при этом повернется на угол, при котором его выточка расположится над фиксаторами. Затем нужно поставить рычаг 5 (см. рис. 2, а) так, чтобы его нижний конец 4 встал против нужного ползуна, и повернуть рычаг вперед или назад (в зависимости от того, какую нужно включить передачу). При этом соединяются шестерни А и А’ или Б и Б’ (см. рис. 2, б).
Обычно в коробках передач имеется не один ползун, а несколько, причем их располагают рядом так, чтобы можно было переключать все передачи одним рычагом.
Для того чтобы нижний конец рычага не захватывал одновременно два ползуна, между ними помещают разделительные планки 3 (см. рис. 2, а).
Коробка передач с гидравлическим переключением передач. Устройство. В чугунном корпусе 12 (рис. 3, а) устанавливают валы — ведущий 6, ведомый 75, заднего хода (не показан) и др.
На ведущем валу жестко укреплены четыре ведущие шестерни 5 и 10, а на ведомом свободно посажены на шариковых подшипниках четыре ведомые шестерни 11 и 16 (на рисунке показано только по две шестерни). Ведомые и ведущие шестерни попарно соединены между собой и находятся в постоянном зацеплении. Каждая из ведомых шестерен соединена с гидроподжимной муфтой, жестко укрепленной на ведомом валу 15.
Гидроподжимные муфты предназначены для соединения свободно вращающихся ведомых шестерен с ведомым валом. Муфты собраны попарно в барабане 13, жестко установленном своей шлицевой ступицей на ведомом валу 15 коробки передач.
Каждая из муфт устроена следующим образом. Внутри барабана 13 помещены: поршень 7, прижимаемый пружинами к перегородке барабана, а также ведущие 8 и ведомые 9 диски (дисков бывает четыре или пять).
Ведущие диски 8 своими внутренними зубьями соединяются со шлицами на ступицах шестерен 11 и 16, а ведомые 9 входят своими выступами в пазы барабана. Для подачи внутрь гидромуфты рабочей жидкости в ведомом валу 15 и ступице барабана сделаны каналы.
Действие. Во время работы двигателя с включенным главным сцеплением ведущий вал 6 (рис. 3, б) и все ведущие и ведомые шестерни вращаются, а ведомый вал 15 и гидроподжимные муфты неподвижны. Такое положение называется нейтральным.
Если же подать в любую из гидромуфт рабочую жидкость под давлением 0,7…0,9 МПа, создаваемым насосом 18, поршень передвинется от перегородки барабана и сожмет ведущие и ведомые диски между собой. Муфта замкнется, и ведомый вал начнет вращаться.
Поскольку у ведущих и ведомых шестерен диаметры по величине разные, в рассматриваемой конструкции можно получить четыре различных передаточных числа — четыре различные передачи.
Переключение передач у такой коробки может производиться на ходу трактора без разрыва потока мощности. При постановке рычага 2, например, в положение II масло, поданное насосом из картера коробки передач, направляется в распределитель 1, откуда по каналу, просверленному в ведомом валу 15, поступает в правую муфту. Здесь оно давит на поршень 7, который при этом передвигается вправо и сжимает
а — схема действия; б — устройство; 1 — распределитель; 2 — рычаг; 3 — манометр; 4 — гидроаккумулятор; 5, 10, 11 и 16 — шестерни; 6 — ведущий вал, 7 — поршень; 8 — ведущие диски; 9 — ведомые диски; 12 — корпус; 13 — барабан; 14 — пружина; 15 — ведомый вал; 17, 19 — фильтры; 18 — насос; 20 — клапан.
Если перевести рычаг 2 в положение I, то раздаточный паз распределителя встанет против отверстий верхнего канала и направит масло в цилиндр левой муфты.
До тех пор пока масло будет заполнять этот цилиндр, а поршень не сожмет диски, правая муфта останется включенной, так как в ней поддерживается давление, создаваемое гидроаккумулятором 4.
Гидроаккумулятор постепенно разряжается за счет вытекания масла через дроссельное отверстие, и давление масла в правой муфте постепенно падает. Когда поршень левой муфты сожмет диски и вращение будет передаваться через шестерни 5 и 10, перебросные клапаны (на схеме не показаны) под воздействием перепада давления переместятся в такое положение, при котором гидроаккумулятор будет поддерживать давление в верхнем канале.
В гидросистеме коробки также установлены масляный радиатор (не показан), всасывающий 17 и нагнетательный 19 фильтры и предохранительный клапан 20, через который при избыточном давлении в магистрали (более 0,9 МПа) масло стекает в картер коробки передач, что предупреждает возможную поломку. Для контроля за давлением масла в гидросистеме коробки передач установлен манометр 3. [Трактор. Семенов В.М., Власенко В.Н. 1989 г.]