Úvod / Pôdohospodárstvo podľa tém / Stroje a zariadenia / Rôzne

Smerové mechanizmy pásových traktorov (2. časť)

31-12-2020
doc. Ing. Ján Kosiba, PhD.; prof. Ing. Anton Žikla, CSc. | jan.kosiba@uniag.sk
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre

V predošlej časti boli popísané konštrukčne jednoduché, ale z energetického hľadiska stratové smerové mechanizmy pásových traktorov. To prakticky znamená, že v smerových brzdách a spojkách sa určitá časť prenášaného výkonu vplyvom trenia mení na teplo. Veľkosť stratového výkonu závisí predovšetkým od veľkosti trecej sily a v konečnom dôsledku od nastaveného režimu smerového riadenia. Samozrejme vývoj pokračoval ďalej a to jednoznačne k bezstratovým smerovým mechanizmom.

V súčasnosti medzi bezstratové smerové mechanizmy patria:

  • planetový smerový mechanizmus,
  • diferenciálny smerový mechanizmus s hydrostatikou.

Planetový smerový mechanizmus

Planetový smerový riadiaci mechanizmus (Obr. 1) predstavuje progresívnu konštrukciu smerového riadenia pásových traktorov aj keď samotný planetový mechanizmus z kinematického a silového hľadiska je pomerne zložitý konštrukčný celok. Z kinematickej schémy znázornenej na obr. 1 je zrejmé, že na každej strane je použitý jeden planetový mechanizmus a dve smerové brzdy B1 a B2 resp. B3 a B4. Pre jednoduchosť a názornosť je ďalej vysvetlená činnosť planetového riadiaceho mechanizmu pri priamej jazde a pri zmene smeru jazdy doľava, pričom pri zmene smeru jazdy doprava sa deje to isté, ale na pravej strane. Ako bude ďalej popísané aj planetový smerový mechanizmus je pri určitých režimoch stratový.

Obr. 1

Obr. 1: Planetový smerový riadiaci mechanizmus

Pri jazde v priamom smere je smerová brzda B1 odbrzdená a smerová brzda B2 zabrzdená, takže centrálne koleso Z5 planetového mechanizmu je zablokované. V tomto prípade planetový mechanizmus pracuje ako štandardný planetový prevod dopomala s prevodovým pomerom cca 1,4. Hnacím členom je korunové ozubené koleso Z3 s vnútorným ozubením, ktoré cez satelity Z4 poháňa unášač, ktorý je pevne spojený s ľavou poloosou.

Pri zmene smeru jazdy doľava sa smerová brzda B2 odbrzdí, čím sa centrálne ozubené koleso Z5 uvoľní a prenos hnacieho momentu na ľavú poloos sa preruší. V konečnom dôsledku sa rýchlosť ľavého pásu zníži a dochádza k miernej zmene smeru jazdy doľava. V prípade, že sa vyžaduje prudká zmena smeru jazdy doľava, je potrebné použitím brzdy B1 ľavú poloos pribrzdiť, prípadne úplne zastaviť.

Ovládanie smerových bŕzd B2 a B3 je spravidla ručnými pákami, pričom smerové brzdy B1 a B4 sa ovládajú pedálmi.

Stratové smerové riadenie sa dosiahne pri týchto režimoch:

  • smerová brzda B2 resp. B3 čiastočne zabrzdená a smerová brzda B1 a B4 úplne odbrzdená,
  • smerová brzda B2 resp. B3 úplne odbrzdená a smerová brzda B1 resp. B4 čiastočne zabrzdená.

Bezstratové smerové riadenie sa dosiahne iba pri týchto režimoch:

  • obidve smerové brzdy B1 a B2 resp. B3 a B4 úplne odbrzdené,
  • smerová brzda B2 resp. B3 úplne odbrzdená a smerová brzda B1 resp. B4. úplne zabrzdená.

Konštrukcia planetového smerového mechanizmu je znázornená na obr. 2. Planetový smerový mechanizmus sa v minulosti používal na u nás dobre známych pásových traktoroch s typovým označením DT – 75, dovážaných z bývalého Sovietskeho zväzu. V súčasnosti sa používa na menej výkonných pásových traktoroch.

Obr. 2

Obr. 2: Konštrukcia planetového smerového mechanizmu (ľavá strana)

Diferenciálny smerový mechanizmus s hydrostatikou

Diferenciálny smerový mechanizmus s hydrostatikou je v odbornej verejnosti známy aj pod názvom „hydrostatické riadenie“. Aj napriek konštrukčnej zložitosti sa jedná o najprogresívnejší smerový mechanizmus, pretože umožňuje bezstratové smerové riadenie v celom rozsahu svojej činnosti. Na obr. 3 je znázornená kinematická schéma diferenciálneho smerového mechanizmu s hydrostatickou prototypu poľnohospodárskeho pásového traktora PPT-130 Zo vzájomného porovnania kinematickej schémy znázornenej na obr. 1 a obr. 3 je zrejmé, že sa jedná o štandardný planetový smerový mechanizmus avšak s tým rozdielom, že centrálne ozubené kolesá obidvoch planetových prevodov nie sú ovládané smerovými brzdami, ale hydrostatickým pohonom. Samotný hydrostatický pohon pozostáva z obojsmerného regulačného hydrogenerátora HG a obojsmerného hydromotora HM s konštantným geometrickým objemom. Hydrogenerátor HG je umiestený v medziskrini a jeho pohon je zabezpečený ozubenými kolesami. Obojsmerný hydromotor HM cez ozubené kolesá Z9, Z8, Z7 a Z6 poháňa ľavé centrálne koleso Z5. Podobným spôsobom je zabezpečený pohon pravého centrálneho ozubeného kolesa Z15 , avšak s tým rozdielom, že medzi ozubené kolesá Z10 a Z12 je vložené ozubené koleso Z11. Toto vložené ozubené koleso Z11 pri činnosti diferenciálneho smerového mechanizmu spôsobuje opačný zmysel otáčania pravého centrálneho kolesa Z15, oproti ľavému centrálnemu ozubenému kolesu Z5.

Obr. 3

Obr. 3: Kinematická schéma diferenciálneho mechanizmu s hydrostatikou prototypu pásového traktora PPT-130

Pri priamom smere jazdy hydrogenerátor HG je nastavený na nulovú dodávku oleja, takže hydrostatický pohon nie je v činnosti, pričom hydromotor HM je hydraulicky zablokovaný a plní funkciu brzdy. To v konečnom dôsledku znamená, že obidve centrálne ozubené kolesá Z5 a Z15 sú zastavené a ľavý aj pravý planetový mechanizmus pracuje ako štandardný planetový prevod do pomala. Z vyššie uvedeného vyplýva, že pri priamom smere jazdy je funkcia a činnosť diferenciálneho smerového mechanizmu rovnaká ako činnosť planetového smerového mechanizmu.

Podobne ako v prípade planetového smerového mechanizmu, budeme analogicky aj v tomto prípade analyzovať činnosť diferenciálneho smerového mechanizmu pri zmene smeru jazdy doľava. Aby došlo k požadovanej zmene smeru jazdy doľava, je potrebné znížiť rýchlosť ľavého pásu, čo sa dosiahne prostredníctvom hydrostatického pohonu. Hydrogenerátor HG sa nastaví na dodávku oleja tak, aby hydromotor HM cez ozubené kolesá Z9, Z8, Z7 a Z6 zabezpečil opačný zmysel otáčania centrálneho kolesa Z5 oproti korunovému ozubenému kolesu Z3. Súčasne cez ozubené kolesá Z9, Z8, Z10, Z11 a Z12 sa bude centrálne koleso Z15 otáčať v súhlasnom zmysle ako korunové ozubené koleso Z13 v dôsledku čoho sa rýchlosť pravého pásu zvýši. Teda vždy pri zmene smeru jazdy sa rýchlosť jedného pásu zníži a súčasne rýchlosť druhého pásu sa úmerne zvýši. Tento kinematický režim je spôsobený navzájom opačným zmyslom otáčania centrálnych ozubených kolies Z5 a Z15 v dôsledku vloženého kolesa Z11.

Pre úplnosť a názornosť je snáď vhodné uviesť, že pri zmene smeru jazdy doprava sa nastavením hydrogenerátora HG zmení zmysel otáčania hydromotora HM a tiež zmysly otáčania centrálnych ozubených kolies Z5 a Z15, ktoré však budú aj v tomto prípade navzájom opačné. Takže v konečnom dôsledku sa rýchlosť pravého pásu zníži a súčasne ľavého úmerne zvýši.

Vyššie popísaný diferenciálny smerový mechanizmus s hydrostatikou umožňuje tzv. „pivotné zatáčanie“, keď sa jeden pás pohybuje dopredu a druhý dozadu, pričom sa pásový traktor otáča okolo geometrického stredu. Tento atypický kinematický režim sa dosiahne pri nastavení hydrogenerátora HG na určitý geometrický objem vtedy, keď je v prevodovke zaradený neutrál a súčasne je zabrzdená parkovacia brzda B2.

Vlastné nastavenie geometrického objemu hydrogenerátora HG a tým aj smerové riadenie pásového traktora sa uskutočňuje volantom, teda spôsobom tradične zaužívaným na kolesových traktoroch. Riadiaci systém pracuje proporcionálne to znamená, že zmena smeru jazdy je priamo úmerná uhlu vytočenia volantu, takže obsluha má subjektívny pocit ako pri smerovom riadení kolesového traktora.

Bezstratové smerové riadenie v celom rozsahu činnosti diferenciálneho smerového mechanizmu s hydrostatikou je spôsobené tým, že pri zmene smeru jazdy dochádza k cirkulácii výkonu z vnútorného pásu na vonkajší, teda sa jedná o tzv. regeneratívny systém smerového riadenia.

V súvislosti s popisom vyššie uvedeného diferenciálneho smerového mechanizmu s hydrostatikou, bude iste vhodné s odstupom času si pripomenúť, že prototyp poľnohospodárskeho traktora PPT-130 bol vyvinutý v bývalom Výskumno-vývojovom ústave ZŤS v Martine, v období rokov 1992– 95. Bol to pásový traktor znázornený na obr. 4, s výkonom motora 130 kW, nezávisle odpruženým podvozkom a oceľovými pásmi s pogumovanými článkami, čo bola v tom čase konkurenčná technická rarita. V roku 1995 technickú dokumentáciu a výrobu tohto prototypu pásového traktora prevzal bývalý podnik OSTROJ v Opave a vyrábal sa pod typovým označením PROFERAM. Motor, 32-stupňová prevodovka a niektoré ďalšie diely tohto traktora boli unifikované s kolesovým traktorom ZŤS-180, novovyvinutého IV. unifikovaného radu. Prototyp pásového traktora PPT-130, ako aj ďalšie novovyvinuté typy kolesových traktorov ZŤS, možno považovať za významný úspech bývalého slovenského strojárstva. Je len na škodu veci, že v dôsledku transformácie strojárskej výroby, bol ďalší vývoj a výroba týchto traktorov nenávratne zrušená.

Obr. 4

Obr. 4: Prototyp poľnohospodárskeho pásového traktora PPT-130

Skutočnosť, že všetci renomovaní výrobcovia výkonných pásových traktorov používajú v súčasnosti výlučne diferenciálny smerový mechanizmus s hydrostatikou je dôkazom toho, že sa jedná o účelný, technicky atraktívny a do určitej miery aj bezkonkurenčný systém smerového riadenia. Po roku 1990 bol u nás dobre známy a atraktívny pásový traktor CAT CHALLENGER, ktorý bol vybavený diferenciálnym smerovým riadením. Atraktívnosť tohto traktora vyrobeného americkou firmou CATERPILLAR bola do značnej miery spôsobená aj použitím celogumových pásov, čo na tú dobu bolo považované ako veľmi progresívne technické riešenie. Následne toto technické riešenie pásového pojazdného ústrojenstva začali používať aj ďalšie firmy napr. JOHN DEERECLAAS.

Príspevok bol spracovaný na základe dostupných technických dokumentov a vlastných kinematických schém autorov.