ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Бесступенчатые трансмиссии транспортных и технологических машин.

Рекомендуемая область пременения

Малогабаритная компактная трансмиссия с бесступенчатым регулированием выходных параметров, с возможностью плавного разгона агрегата, для использования в составе:
- маломощные технологические машины типа мини-тракторов;
- самоходные сельскохозяйственные энергетические модули;
- стационарные малогабаритные технологические агрегаты, например молотилки;
- бесступенчатый привод одновременно двух исполнительных устройств, в частности канатных барабанов грузоподъемной машины и т.п.

Назначение, цели и задачи проекта

Основное назначение проекта – создание перспективных, высокоэффективных, поддающихся автоматизации, малогабаритных механических трансмиссий с двумя выходными валами, обеспечивающих глубокое бесступенчатое регулирование выходных параметров при высоком коэффициенте полезного действия. Известные регулируемые трансмиссии, например гидростатические, неприемлемые для маломощных транспортных и технологических машин по причине громоздкости, сложности, недостаточности коэффициента полезного действия и неудобства в эксплуатации и техническом обслуживании.

Исходя из этого целями и задачами проекта являются:

- упрощение конструкции и управления;

- снижение материалоемкости и трудоемкости изготовления;

- обеспечение оптимальных технологических режимов работы;

- плавное трогание (разгон) машины;

- автоматическая приспособляемость к внешним нагрузкам;

- создание принципиально новых машин и агрегатов вследствие незначительных габаритов и массы предлагаемой трансмиссии.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

  В серийных транспортных (иногда и технологических) машинах раздача крутящего момента по бортам от громоздкой многоступенчатой или иной коробки передач производится посредством муфты сцепления, дифференцированного механизма, раздаточных редукторов и т.п. Для маломощных машин это неприемлемо, но подобные схемы вынужденно используются. Для исключения этого недостатка предлагается оригинальная, многофункциональная, простая и легкая бесступенчато регулируемая трансмиссия с двумя действующими в противофазе преобразующими механизмами и с двумя выходными валами. Кинематическая схема такой необычной и компактной трансмиссии представлена на рис. 1.

Трансмиссия включает два преобразующих механизма 1 и 2 (с двумя степенями свободы каждый), шарнирно смонтированных на ведущем валу 3; последний может присоединяться к двигателю с любой стороны. Трансмиссия имеет два ведомых (приводимых) вала 4 с маховиками 5. Продолжением опор наружных обойм 6 преобразующих механизмов являются цапфы 7, которые выведены за пределы корпуса и на которых посредством механизмов свободного хода 8 посажены цилиндрические шестерни 9 т 10.

Каждая пара этих шестерен находится в зацеплении с промежуточным зубчатым колесом 11, образуя две пары передаточных звеньев со своим ведомым валом 4. Бесступенчатое регулирование обоих преобразующих механизмов производится одновременно с помощью одного устройства управления 12. Поводки 13 и 14 у каждого механизма различны и соединены с внутренними кольцами соответствующих механизмов, обеспечивая качание наружных обойм 6 в противофазе. За один оборот ведущего вала происходит передача двух импульсов движения на каждый выходной вал.

При конструктивном исполнении данной малогабаритной трансмиссии (рис. 2) предусмотрено: в передаточных звеньях делительный диаметр промежуточного зубчатого колеса 6 больше соответствующих диаметров взаимодействующих с ним шестерен 5, размеры которых одинаковы. Это означает, что при поочередной передаче момента от шестерен к колесу (и далее на ведомый вал 7) реализуется дополнительное передаточное отношение. Механизм свободного хода на одной стороне развернуты на 180^о по отношению к механизмам противоположной стороны. поэтому все шестерни и оба колеса с ведомыми валами 7 и маховиками 8 вращаются в одну сторону, с одинаковой угловой скоростью w₂, и передаются одинаковые крутящие моменты.

Особенностью устройства 9 с поводками 10 и 11 (рис.2) для управления преобразующими механизмами является наличие резьбового привода 12 с мелкой резьбой для плавного регулирования и самофиксации за счет самотормозящей резьбы. В этой трансмиссии  углы качания наружных обойм преобразующих механизмов 1 и 2 одинаковы, оба механизма одновременно могут выходить в нейтральное положение и отключать передачу движения на выходные валы 7. Остальные конструктивные и кинематические особенности трансмиссии видны на рис. 2.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

В нейтральном положении трансмиссии преобразующие механизмы 1 и 2 располагаются перпендикулярно ведущему валу 3 (угол наклона преобразующих механизмов q = 0). При вращении вала 3 качательное  движение наружной обоймы механизмов (и прерывистое вращательное движение их валов 4) в этом случае не происходит. Вследствие этого при q = 0 трансмиссия несут дополнительную важную функцию муфты сцепления. при незначительном отклонении преобразующих механизмов (посредством резьбового привода 12, устройства 9 и поводков 10 и 11) приводятся в действие передаточные звенья – шестерни 5, центральные колеса 6 т ведомые валы 7. В этом случае передаточное число трансмиссии является максимальным – достигает 80, а угловая скорость w₂ ведомых валов – минимальной. Это соответствует режиму трогания и разгону машины. Продолжая работать резьбовым приводом 12, увеличивают угол качания наружных обойм механизмов 1 и 2, при этом передаточное отношение уменьшается, а угловая скорость w₂ возрастает – трансмиссия выходит на оптимальный технологический режим. Это соответствует углу качания наружных обойм преобразующих механизмов q = ±12…..±15^о (суммарно 24……30^о). Имеются разработки, в которых необходимый технологический режим работы трансмиссии поддерживается автоматически- в зависимости от внешней нагрузки.

Испытания на стенде в различных режимах и различных внешних нагрузках подтвердили стабильность и надежность работы – с бесступенчатым и плавным регулированием выходных параметров (при постоянстве частоты вращения ведущего вала – вала электродвигателя 1500 мин-1). Некоторая неравномерность вращения ведомых валов не сказывается на производстве работ и в дальнейшей технологической «цепочке» сглаживается.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Технико-экономические показатели и технико-экономическое обоснование применения новой бесступенчатой транмиссии зависят от конкретной области применения, размеров, мощности и условий эксплуатации. Приведем один пример. Для небольших фермерских и малоземельных хозяйств, а также для малых сельскохозяйственных предприятий уже созданы (этот процесс далек от завершения) малогабаритные и маломощные мини-тракторы с силой тяги на крюке 0,4 тонн - силы (4 килоньютона). Такие тракторы характеризуются топливной экономичностью и незначительным негативным воздействием колес на почву Тракторы применяются не только на сельскохозяйственных, но и на транспортных работах,  при наличии дополнительного оборудования – на технологических, например, грузовых операциях.

Однако, несмотря на свою миниатюрность, трансмиссия мини-тракторов создается по принципу «больших» тракторов. Например, в колесных минитракторах имеется коробка передач, муфта сцепления, дифференциальный механизм, бортовые редукторы и т.п. В случае установки на мини-тракторы малогабаритной бесступенчато регулируемой трансмиссии с двумя преобразующими механизмами и с двумя выходными валами (рис. 1 и 2) силовая установка трактора существенно упрощается, масса трансмиссии и трактора в целом уменьшается на 20-25%, а эксплуатационно-технологические характеристики повышаются.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Упрощение конструкции. Исключается коробка передач, муфта сцепления, дифференциал и другие устройства, детали предлагаемой трансмиссии являются простыми с высокой степенью унификации.

Упрощение системы управления. Отпадает надобность в манипулировании муфтой сцепления, управление сводится к плавному перемещению устройства 9 (рис. 2) посредством резьбового привода 12 и поводков 10 и 11, управление возможно при вращающемся ведущем вале 3 -  на ходу и под нагрузкой.

Энергосбережение. Экономия энергоресурсов достигается за счет бесступенчатого регулирования выходных параметров и оптимальных технологических режимов работы, а также за счет снижения инерционных нагрузок системы.

Снижение материальных и трудовых затрат. Достигается за счет уменьшения габаритов и массы конструкции, уменьшения количества и упрощения деталей.

Новые потребительские свойства продукции

- снижение массо -габаритных характеристик;
- простое, глубокое и бесступенчатое регулирование выходных параметров;
- снижение металлоемкости и трудоемкости изготовления;
- снижение энергопотребления.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует современным государственным стандартам.

Стадия и уровень разработки

Изготовлен и подвергнут испытаниям и всесторонним экспериментально - теоретическим исследованиям опытный образец трансмиссии с частотой вращения ведомых (выходных) валов 0……80 мин -1. Подтверждены заложенные конструктивно-кинематические решения.

Предлагаемые инвестиции

1,2 млн. руб.

Рынки сбыта

Предлагаемая трансмиссия прошла основательную конструктивно-экспериментальную отработку и рекомендуется для широкого круга машин и агрегатов - преимущественно транспортного, подъемно-транспортного, тракторного, сельскохозяйственного и нефтепромыслового назначения; в частности в составе стендово-испытательного оборудования. Это относится к российским и зарубежным (страны СНГ) предприятиям машиностроения и, прежде всего, сельскохозяйственного машиностроения.

Возможность и эффективность импортозамещения

За рубежом аналогов нет.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

24

Дата поступления материала

06.08.2007