Планетарная гидромеханическая передача для карьерных самосвалов БЕЛАЗ грузоподъемностью 55–60 тонн

B.В. Региня —  начальник бюро гидромеханических передач ОАО «БЕЛАЗ» —  управляющая компания холдинга «БЕЛАЗ-ХОЛДИНГ»
Д.И. Корначенко — ведущий конструктор-разработчик планетарной коробки передач
C.М. Терешонок —  ведущий конструктор-разработчик гидравлической системы управления П.А. Гуз —  ведущий конструктор-разработчик гидромеханической передачи

На карьерные самосвалы БЕЛАЗ грузоподъемностью 55–60 т устанавливается гидромеханическая передача (ГМП) вального типа.

Учитывая пожелания потребителей карьерной техники «БЕЛАЗ» о повышении ресурса работы серийной ГМП, а также имеющуюся тенденцию к углублению карьеров, повышению мощности и грузоподъемности карьерных самосвалов, на ОАО «БЕЛАЗ» — управляющая компания холдинга «БЕЛАЗ-ХОЛДИНГ» создана новая гидромеханическая передача планетарного типа (ПлГМП).

Проектирование и расчет планетарной коробки передач осуществляли с использованием современных методик и компьютерных программных продуктов.

Компоновочные решения, детали и узлы разработаны в среде объемного проектирования РroEngineer. Общий вид ПлГМП и компоновка планетарной коробки передач представлены на рис. 1 и 2 соответственно.

Рис. 1. Общий вид планетарной гидромеханической передачи

Рис. 2. Компоновка планетарной коробки передач

Расчеты на прочность зубчатых колес и подшипников, а также их оптимизация выполнены в программной среде КISSsoft/КISSsys. Расчетные модели водил созданы с использованием прочностного анализа АNSYS, что позволяет учесть деформации при расчете планетарных рядов и подшипников.

На основании принятой диаграммы кинематической структуры, построенной в программе К158sys, сформирована трехмерная модель разрабатываемой планетарной коробки передач (рис. 3). Диаграмма кинематической структуры позволяет наглядно представить все связи в разрабатываемом узле и в случае необходимости сгенерировать несколько вариантов исполнения кинематики коробки передач и выбрать оптимальный вариант. Трехмерная модель обеспечивает более наглядный способ визуализации проектируемого объекта, что позволяет снизить вероятность ошибок путем исследования внутренней структуры сборки и проверки деталей на пересекаемость. Полученная модель интегрирована в программу разработки рабочей документации САD. Расчеты на прочность планетарных рядов выполнены в соответствии с методикой 150 6336.

Рис. 3. Диаграмма кинематической структуры и 3D-модель коробки передач

С целью формирования нагрузочного спектра для расчета ПлГМП осуществлена регистрация крутящих моментов в трансмиссии самосвала БЕЛАЗ- 7555В при его эксплуатации в карьере РУПП «Гранит» (Республика Беларусь). Корректировка полученного нагрузочного режима выполнена с учетом перспективного увеличения мощности двигателя. Расчет зубчатых соединений и подшипников проведен при условии обеспечения их ресурса не менее 40 тыс. ч работы.

При расчетах зубчатых колес (рис. 4) применена двухуровневая оптимизация, которая позволила при минимальных размерах планетарного ряда добиться требуемого срока службы, оптимального удельного скольжения и снижения шума. В результате расчетов получен модифицированный профиль зубьев для зубчатых колес (рис. 5).

Рис. 4. Окно программы расчета зубчатых колес

Рис. 5. Модификация зуба сателлита

Полученные результаты позволили добиться равномерного распределения жесткости зацепления вдоль контактирующих поверхностей зубьев и разработать равнопрочную конструкцию для заданных условий нагружения.

Подшипники рассчитаны на статическую грузоподъемность по методике 150 76:2006 и на долговечность по методике 150 281:2007. Для определения нагруженности тел качения использована методика ISO/Т5 16281 (рис. 6).

Рис. 6. Эпюры контактного усилия тел качения подшипника сателлита

В тормозах и фрикционах планетарной коробки передач применены диски большого диаметра, в отличие от дисков фрикционов серийной вальной коробки передач, что значительно уменьшает износ поверхностей дисков и обеспечивает высокий ресурс работы дисков.

Конструктивные особенности новой гидромеханической передачи

Гидромеханическая передача плане-тарного типа представляет собой единый агрегат, состоящий из гидротрансформатора с редуктором привода насосов, планетарной коробки передач с фрикционными муфтами и тормозами и гидравлической системы управления, и оборудована электронно-гидравлической системой управления и диагностирования. Планетарная коробка передач обеспечивает получение шести передач переднего хода и одной передачи заднего хода.

Изготовлена опытная партия планетарных гидромеханических передач (рис. 7), которые прошли стендовые исследовательские испытания, включая ресурсные нагрузочные испытания на стенде с мощностью двигателя 400 кВт. Завершаются работы по монтажу стенда с целью проведения ускоренных ресурсных испытаний ПлГМП с двигателем мощностью 800 кВт.

Рис. 7. Первый опытный образец ПлГМП-7555Н-1700004

Опытные образцы ПлГМП установлены на новых моделях самосвалов БЕЛАЗ- 7555Н грузоподъемностью 55 т, которые прошли испытания на заводском полигоне.

В отличие от серийной ГМП установка ПлГМП на раме самосвала БЕЛАЗ- 7555Н осуществляется под углом на передней балке с двумя резиновыми амортизаторами и двух задних опорах с резиновыми подушками (рис. 8).

Рис. 8. Установка планетарной гидромеханической передачи на раме карьерного самосвала

Крутящий момент от двигателя к ПлГМП передается через упругую муфту и карданный вал, от ПлГМП на ведущий мост передача крутящего момента производится также карданным валом. Передаточные числа ПлГМП соответствуют серийной вальной ГМП, поэтому на самосвалах серии БЕЛАЗ-7555Н может устанавливаться ведущий мост, унифицированный с серийными самосвалами грузоподъемностью 55–60 т.

Привод насосов для работы гидравлического оборудования самосвала, тормоз-ной системы, рулевого управления и системы охлаждения многодисковых тормозов обеспечивается от редуктора, установленного на картере гидротрансформатора.

Для охлаждения масла планетарная гидромеханическая передача оборудована внешним контуром из подводящих и отводящих трубопроводов и теплообменника, встроенного в систему охлаждения двигателя. Управление режимами работы ПлГМП осуществляется селектором передач, с помощью которого производится выбор оптимального режима работы самосвала.

Функционирование электронно-гидравлической системы автоматического управления и диагностирования ПлГМП (ЭГСАУ ПлГМП) обеспечивается при взаимодействии следующих компонентов:

• блока управления гидромеханической передачей;
• электронно-гидравлических модулей;   
• датчиков частоты вращения валов ПлГМП;
• датчиков давлений в гидросистемах ПлГМП и гидротрансформатора, фрикционах и тормозах планетарной коробки;
• датчика температуры рабочей жид-кости;
• селектора передач;
• САN-линии для связи с блоком управления двигателем, тормозной системой и другими системами самосвала.

Селектор передач и блок управления установлены в кабине водителя, а электронно-гидравлические модули, датчики давлений, температуры и частоты вращения установлены непосредственно на гидромеханической передаче.

Электронно-гидравлические модули предназначены для пропорционального управления давлением во фрикционных муфтах и тормозах в зависимости от нагрузочного режима движения самосвала.

Водителю самосвала БЕЛАЗ предоставляется возможность управлять ПлГМП как в автоматическом, так и в командном режиме управления. При этом ЭГСАУ постоянно выполняет следующие основные функции:

• обрабатывает сигналы от датчиков и команды от органов управления, характеризующие процессы функционирования ГМП; 
• вырабатывает в соответствии с заданными алгоритмами сигналы управления и выдает их на электронно-гидравлические модули для управления давлением во фрикционах и тормозах коробки передач, фрикционе блокировки гидротрансформатора и команды на управление двигателем в момент переключения передач;
• диагностирует состояние ПлГМП и ЭГСАУ;   
• осуществляет защиту ПлГМП при аварийных режимах и ошибочных действиях водителя;
• вырабатывает информацию о режимах движения и состоянии ПлГМП и ЭГСАУ для индикации на электронной панели; 
• накапливает информацию о неисправностях ПлГМП и ЭГСАУ за определенный период эксплуатации.

---

По вопросам приобретения продукции ОАО «БЕЛАЗ» обращайтесь к официальному дилеру АО «Горнопромышленная финансовая компания»:
Москва, Докучаев переулок, д. 3, стр. 1.
Тел. (499) 975-10-51.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии» , № 2 (36)/июнь 2017 г.