PARTNERZY PORTALU
  • partner portalu farmer.pl
  • partner portalu farmer.pl
  • partner portalu farmer.pl

Przekładnie ręczne – budowa, wady i zalety

Autor: Grzegorz Szularz

Dodano: 24-04-2016 09:47

Tagi:

Przekładnia, określana potocznie jako skrzynia biegów, to niewątpliwie jeden z najważniejszych elementów ciągnika. Bywa, że ów element jest bardziej skomplikowany i znacznie droższy od silnika czy układu hydraulicznego. Warto zatem przyjrzeć się bliżej poszczególnym konstrukcjom - poznać ich budowę, zalety i wady. Rozpoczynamy cykl artykułów przybliżających poszczególne rodzaje przekładni. Zaczynamy od rysu historycznego i prostych przekładni mechanicznych.



Na samym początku, jeszcze w wieku pary, gdy powstawały pierwsze ciągniki parowe, nie istniała potrzeba stosowania przekładni o wielu przełożeniach. Silniki parowe zapewniały bowiem wysoki moment obrotowy już od chwili wprawienia w ruch. A zatem w pionierskich rozwiązaniach wystarczała przekładnia o jednym, stałym przełożeniu - cięgnowa lub cierna, później także łańcuchowa oraz zębata.

POGOŃ ZA MOMENTEM OBROTOWYM

Sytuacja uległa zmianie, gdy zaczęło rosnąć zapotrzebowanie na moc i moment obrotowy. Użytkownicy maszyn zaczęli domagać się bardziej wydajnych i ekonomicznych rozwiązań. Cenę XIX-wiecznych ciągników parowych można było ówcześnie porównać do ceny sporej posiadłości, dlatego użytkownicy chcieli, by ich "mechaniczni pomocnicy" mogli pracować dłużej i wydajniej na każdej łopacie węgla i wiadrze wody.

Nic więc dziwnego, że w dość niedługim czasie od wprowadzenia do użytku pierwszych ciągników rolniczych, koncepcja zmienności przełożenia przybrała namacalną formę - najpierw pod postacią przekładni ciernej o zmiennym przełożeniu, a następnie w latach 90. XIX w., za sprawą dwóch francuskich konstruktorów René Panharda i Émile Levassora, pod postacią przekładni łańcuchowych i kilku przełożeniach.

Historia przekładni, jakie znamy dziś, czyli zębatych, była mocno związana z początkiem współczesnej motoryzacji, a więc z Fordem model T. To właśnie Henry Ford, zainteresowany mechanizacją rolnictwa, za pomocą "maszyny do orki" wyposażonej w skrzynię z kołami zębatymi pochodzącą z Forda T, która później przerodziła się w ciągnik rolniczy, doprowadził do powstania pierwszego seryjnie produkowanego ciągnika Fordson (od Ford and Son), o którym pisaliśmy n a portalu Farmer.pl.

PIERWSZE "SKRZYNIE TRZASKÓW"

Crash box, czyli dosłownie skrzynia trzasków, to pierwsza nazwa, która towarzyszyła zębatym przekładniom. Jak łatwo się domyślić, nazwa wzięła się stąd, że prawie każdej zmianie biegu towarzyszył charakterystyczny, metaliczny trzask. Oczywiście, wraz z doświadczeniem traktorzysty ów zgryźliwy przydomek tracił na słuszności.

Skrzynia niesynchronizowana cechuje się bardzo prostą, wręcz prymitywną budową, (choć nie należy traktować tego określenia pejoratywnie), a także niskim kosztem wytworzenia. Wszystko to za sprawą kół zębatych o zębach prostych oraz braku innych podzespołów osadzanych na wałkach skrzyni, wyłączając oczywiście niezbędne łożyska i elementy ustalające koła. Taka budowa w znacznym stopniu upraszcza konstrukcję, jak i samo konstruowanie. Tu właśnie należy upatrywać największej zalety przekładni mechanicznych: prostoty - ważnej z punktu widzenia producenta, ale także z punktu widzenia użytkownika. Choć w obecnie produkowanych ciągnikach w układzie napędowym raczej nie znajdziemy przekładni niesynchronizowanej (za wyjątkiem reduktorów w rozwiązaniach budżetowych), to starszych maszyn nie należy z miejsca przekreślać, jeżeli mają skrzynię bez synchronizacji. Z prostoty budowy wynikają przede wszystkim: łatwość przeprowadzania napraw, a także większa tolerancja na ewentualne zaniedbania. Ten typ przekładni nie wymaga stosowania specjalnych olejów, zaś wydłużenie czasu między kolejnymi wymianami oleju nie będzie aż tak brzemienne w skutkach, jak to jest w przypadku chociażby przekładni synchronizowanej czy obiegowej. Oczywiście, nie oznacza to, że oleju nie trzeba wymieniać w ogóle, bowiem podczas pracy każdej przekładni powstają opiłki metali, które w znacznym stopniu przyczyniają się do zacierania powierzchni zębów, jak i innych elementów przekładni, które są zanurzone w tej samej kąpieli olejowej.

W przekładniach niesynchronizowanych, za pomocą dźwigni zmiany biegów poruszamy bezpośrednio kołami zębatymi, ustawiając je w pozycji neutralnej lub zazębionej. Właśnie dlatego "bezzgrzytowa" zmiana biegu wymaga użycia pedału przyśpieszenia w trakcie jej dokonywania. Sprzęgło pełni zatem rolę nie tylko rozłączającą napęd, ale również umożliwia synchronizację prędkości obrotowej pary kół danego biegu: koła zębatego na wałku pośrednim z prędkością koła zębatego na wałku zdawczym.

Ceną za prostotę i niski koszt jest dość skomplikowany proces przełączania biegu, który wymaga od użytkownika doświadczenia i uwagi oraz niższa zdolność do przenoszenia momentów obrotowych będące konsekwencją skracania się wzdłużnego zębów. To ostatnie jest następstwem zużycia wynikającego z tego, jak włączane są biegi. Przypominając sobie o niezbyt pochlebnym określeniu "skrzynia zgrzytów", już wiemy, że nie zgrzyt był najdotkliwszy, a właśnie przyśpieszone zużycie obwieszczane każdym nieprzyjemnym dźwiękiem. Dodatkową, bardzo dobrze znaną i również słyszalną wadą, jest głośna praca wynikająca bezpośrednio z rodzaju zastosowanych kół - o zębach prostych.

Początkującym operatorom ten typ skrzyni zwykle sprawiał wiele trudności, jednakże wprawny operator był w stanie zmieniać biegi nawet bez użycia sprzęgła. Era przekładni niesynchronizowanych jako elementów układu napędowego skończyła się wraz z XX wiekiem, jednak nie oznacza to, że przeminęła całkowicie. Wiele elementów napędu, także współczesnych ciągników, korzysta z prostoty przekładni pozbawionych synchronizatorów, przykładem może być napęd wałów odbioru mocy, który często bazuje właśnie n a tego typu rozwiązaniu.

REDUKTOR - MOMENT RAZY DWA

Dziś reduktor wydaje się nieodzownym elementem każdego ciągnika rolniczego. Jednak nie zawsze tak było. W pierwszych maszynach nie występował on wcale. Ford serii N miał jedynie trzy biegi do przodu i jeden do tyłu, który dopiero pod koniec produkcji otrzymał skrzynię o czterech przełożeniach, co w owych czasach wciąż stanowiło przyzwoity wynik, zważywszy że absolutnym szczytem były ciągniki o pięciu czy sześciu przełożeniach.

To właśnie przy takich maszynach, jak pięciobiegowy IHC Farmall M, konstruktorzy doszli do wniosku, że dalsze dodawanie przełożeń będzie powodowało niebezpieczne wydłużanie wałków, a co za tym idzie - większe ryzyko uszkodzenia. Oczywiste stało się, że trzeba dodać kolejną przekładnię. Druga przekładnia sprawiła, że można było powrócić do bardzo kompaktowych trzybiegowych skrzyń biegów, które w połączeniu z dwustopniowym reduktorem dawały całkiem przyzwoite "sześć na dwa".

STAŁE ZAZĘBIENIE

Kolejnym etapem w rozwoju przekładni w ciągnikach było wprowadzenie stałego zazębienia kół zębatych, które mogłyby sprostać rosnącym mocom silników. Takie rozwiązanie sprowadzało się do tego, że para kół odpowiedzialnych za dane przełożenie, pozostawała w ciągłym zazębieniu. To umożliwiło zastosowanie bardziej wytrzymałych kół o zębach skośnych lub śrubowych. Po takiej modernizacji należało oczywiście wymyślić sposób na przełączanie biegów. Zaadaptowano więc rozwiązania z branży motoryzacyjnej (w samochodach osobowych synchronizatory zaczęły być rozwiązaniem powszechnym już w latach 50.), dodając dwa nowe elementy: sprzęgło zębate i synchronizator. Przekonstruowano też wałki skrzyni. Jak zatem takie rozwiązanie wyglądało?

W najprostszym ujęciu rzecz przedstawia się następująco: na wałku wejściowym osadzono swobodnie koła zębate zazębione z kołami na wałku pośrednim osadzonymi na stałe. Koła na wałku wejściowym zostały wyposażone w dodatkowe mniejsze wieńce zębate - pierwszy z dwóch elementów sprzęgła zębatego. Pomiędzy kołami nacięto wielowypust, na którym osadzono tuleję, w której nacięto uzębienie współpracujące z tym na kołach - drugi element sprzęgła zębatego. Przesuwając tuleję, możemy zazębić te dwa elementy, dzięki czemu moment na wałku wejściowym popłynie przez sprzęgło zębate do wybranej pary kół i dalej wałkiem pośrednim do wałka wyjściowego.

Aby to rozwiązanie stało się w pełni użyteczne i wygodne, należało wprowadzić dodatkowy element, jakim był synchronizator umożliwiający wyrównanie prędkości obrotowych poszczególnych elementów tak, aby wyeliminować całkowicie zgrzyty, które przy samych sprzęgłach zębatych występowały tak samo często jak w przekładniach z kołami przesuwnymi.

Jest wiele rodzajów synchronizatorów. Ze względu na zasadę działania można wyróżnić trzy zasadnicze typy: proste, bezwładnościowe i progresywne. Każdy z nich może występować w różnych odmianach konstrukcyjnych, a ponadto możliwe są rozwiązania kombinowane korzystające z różnych typów.

Dodając synchronizatory i zespoły sprzęgieł zębatych, można było zazębić wszystkie pary kół na stałe, a wybranie i załączenie biegu pozostawić właśnie tym elementom. W chwili gdy żaden bieg nie był wybrany (pozycja neutralna), wszystkie pary zazębionych kół obracały się swobodnie, a ciągnik stał w miejscu. Wciśnięcie sprzęgła i przesunięcie dźwigni zmiany biegów powodowało ruch odpowiednich widełek, które poruszały zespołem synchronizatora i sprzęgła zębatego. Najpierw dochodzi do kontaktu powierzchni synchronizatorów, które w jednym, dwóch lub większej ilości stopni powodują wyrównanie prędkości koła i wałka, następnie dochodzi do połączenia elementów sprzęgła zębatego, które przenosi moment obrotowy.

PRZEKŁADNIA Z NAWROTEM CZY REWERS?

Choć dobrodziejstwa wynikające z zastosowania synchronizatorów były i są nie do przecenienia, to wciąż wiele kwestii pozostało bez doraźnego rozwiązania. Dwoma najistotniejszymi aspektami użytkowymi były: ułatwienie zmiany kierunku jazdy, której wymaga charakter wielu prac rolniczych (potrzeba częstej zmiany kierunku jazdy przód - tył) oraz zmiana przełożeń podczas dużych obciążeń.

Rozwiązanie pierwszego problemu przyszło wraz z przejęciem z techniki wojskowej rewersu (przekładni nawrotu "shuttle"), czyli dodatkowej skrzyni przekładniowej umieszczonej zazwyczaj przed przekładnią główną, której zadaniem była tylko zamiana kierunku obrotu wałka wejściowego skrzyni. Przełożenie przekładni rewersu zwykle wynosi 1, jednakże umożliwia ono korzystanie ze wszystkich dotychczasowych przełożeń do jazdy w przód jak z biegów do jazdy wstecz.

Często możemy zobaczyć w opisach maszyn frazę: "liczba przełożeń 8x8 lub 8x2". Oznacza to, że dana maszyna może mieć skrzynię z rewersem ("8x8"), a zatem jej osiem podstawowych przełożeń może służyć także do jazdy do tyłu lub bez rewersu ("8x2"), a więc użytkownik ma do dyspozycji tylko osiem biegów do przodu i dwa do tyłu.

Obecnie spotykane są przekładnie nawrotu. W terminologii technicznej rewers i nawrót nie do końca są tożsame. Przekładnie nawrotu nie wymagają od operatora użycia pedału sprzęgła. Stało się to możliwe dzięki zastąpieniu sprzęgieł zębatych i synchronizatorów przez mokre sprzęgła wielotarczowe, które pełnią zarówno rolę wyrównywania prędkości, jak i sprzęgania kół. Gdy operator przesunie dźwignię sterującą nawrotem z pozycji do jazdy w przód, układ hydrauliczny lub elektrohydrauliczny w pierwszej kolejności zmniejszy prędkość jazdy do bezpieczniej, umożliwiającej zmianę, a następnie dokona przełączenia kierunku jazdy.

Czasami można spotkać rozwiązania, w których prócz podstawowych pozycji (przód, neutralna, tył) występuje dodatkowa pozycja do parkowania. Wówczas, podobnie jak w przypadku skrzyń automatycznych w samochodach osobowych, skrzynia jest mechanicznie blokowana, co może zastąpić hamulec postojowy.

Drugi problem, czyli de facto kwestia zmiany biegów pod obciążeniem, prowadzi nas do początku stosowania przekładni planetarnych i przekładni wielosprzęgłowych, znanych także jako powershift. Te rozwiązania zostaną dokładnie opisane w kolejnym artykule z cyklu "Przekładnie napędowe".

 

Artykuł ukazał się w kwietniowym wydaniu miesięcznika "Farmer"

Zamów prenumeratę

 

Podobał się artykuł? Podziel się!
×

WSZYSTKIE KOMENTARZE (0)

BRAK KOMENTARZY

PISZESZ DO NAS Z ADRESU IP: 54.81.105.205
Dodając komentarz, oświadczasz, że akceptujesz regulamin serwisu

Drodzy Użytkownicy!

W związku z odwiedzaniem naszych serwisów internetowych przetwarzamy Twój adres IP, pliki cookies i podobne dane nt. aktywności lub urządzeń użytkownika. Jeżeli dane te pozwalają zidentyfikować Twoją tożsamość, wówczas będą traktowane jako dane osobowe zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady 2016/679 (RODO).

Administratora tych danych, cele i podstawy przetwarzania oraz inne informacje wymagane przez RODO znajdziesz w Polityce Prywatności pod tym linkiem.

Jeżeli korzystasz także z innych usług dostępnych za pośrednictwem naszych serwisów, przetwarzamy też Twoje dane osobowe podane przy zakładaniu konta, rejestracji na eventy, zamawianiu prenumeraty, newslettera, alertów oraz usług online (w tym Strefy Premium, raportów, rankingów lub licencji na przedruki).

Administratorów tych danych osobowych, cele i podstawy przetwarzania oraz inne informacje wymagane przez RODO znajdziesz również w Polityce Prywatności pod tym linkiem. Dane zbierane na potrzeby różnych usług mogą być przetwarzane w różnych celach, na różnych podstawach oraz przez różnych administratorów danych.

Pamiętaj, że w związku z przetwarzaniem danych osobowych przysługuje Ci szereg gwarancji i praw, a przede wszystkim prawo do sprzeciwu wobec przetwarzania Twoich danych. Prawa te będą przez nas bezwzględnie przestrzegane. Jeżeli więc nie zgadzasz się z naszą oceną niezbędności przetwarzania Twoich danych lub masz inne zastrzeżenia w tym zakresie, koniecznie zgłoś sprzeciw lub prześlij nam swoje zastrzeżenia pod adres odo@ptwp.pl.

Zarząd PTWP-ONLINE Sp. z o.o.

Zgłoś swoje propozycje zmian!


Dziękujemy za współpracę!