Rozbor vybraných variant řešení

5.3.1 Varianta 1

Toto uspořádání se skládá ze dvou regulačních pístových axiálních hydrogenerátorů a čtyř pístových axiálních regulačních hydromotorů umístěných v kolech mobilního stroje.

Jelikož jsou zde použity rychloběžné axiální hydromotory, je třeba výstupní otáčky zredukovat. Snížení velikosti otáček lze provést například použitím kolových planetových redukcí, popř. sestupnými převody pro dosažení lepší průchodnosti stroje v terénu.

Obr. 27 Schéma varianty 1

Pro efektivní dosažení zadaných jízdních parametrů jako je maximální požadovaná rychlost stroje a přenesení požadovaného hnacího momentu, volím velikost koncového převodu, tj. převodu mezi hřídelí hydromotoru a pojezdovým kolem:

3 ,

=13 ik

Tomu odpovídají hodnoty maximálních točivých momentů na hydromotorech v kolech přední a zadní nápravy: regulační hydromotory od firmy Bosch Rexroth, typového označení A6VM (28 cm³) s parametry dle Tab. 6.

Tab. 6 Vybrané parametry hydromotoru [11]

geometrický objem hydromotoru Vgmax cm³ 28,1 maximální otáčky při Vgmax nmax min^-1 5 550

Jako hydrogenerátory volím typ A4VG (28 cm³) s parametry dle Tab. 7 Tab. 7 Vybrané parametry hydrogenerátoru [11]

geometrický objem hydrogenerátoru Vgmax cm³ 28

geometrický objem podávacího čerpadla (při p = 20 bar) VgH cm³ 6,1 maximální otáčky při Vgmax nmax Dauer min^-1 4250 maximální dovolené otáčky nmax eingeschr. min^-1 4500

jmenovitý tlak pjm MPa 40

Tyto regulační hydrogenerátory A4VG jsou vybaveny dvěma přepouštěcími ventily k ochraně hydrostatického mechanismu proti přetížení. Dále jsou vybaveny integrovaným podávacím čerpadlem na olej, které zajišťuje doplňování kapalného média do uzavřeného obvodu, jeho výměnu, čištění a ochlazování. Využívá se rovněž jako zdroj energie pro regulaci variabilních pístových převodníků uzavřeného obvodu. Tyto hydrogenerátory jsou sériově vyráběny s tlakovým odlučovačem.

Pro dosažení maximální tažné síly se použije všech převodníků, tj. dvou regulačních axiálních hydrogenerátorů a čtyř regulačních axiálních hydromotorů. Pro dosažení maximální rychlosti, nebo při jízdě na rovině se použije pouze dvou hydromotorů připojených na jeden hydrogenerátor. Bude tedy poháněna pouze jedna náprava.

Tlak ve vedení zajišťující přenos krouticího momentu na hydromotory:

[

]

Potřebný krouticí moment na hydrogenerátoru odpovídající požadovanému tlaku ve vedení:

Velikost převodu mezi spalovacím motorem a hydrogenerátorem : 6118

Celkový krouticí moment odebíraný ze spalovacího motoru

[ ]

M_SM M^G

0

=

∑

Otáčky spalovacího motoru:

[

]

Otáčkám spalovacího motoru odpovídají otáčky hydrogenerátorů:

[

]

Otáčkám hydrogenerátorů odpovídají otáčky hydromotorů

[

]

Pro výpočet zatěžovacího momentu při jízdě po rovině uvažuji pouze jízdní odpory valení.

Pro přibližný výpočet součinitele odporu valení použiji vztahy [1], [2]:

f = 0,044 (pro pevnou betonovou vozovku)

m

Velká výhoda tohoto uspořádání hnacího ústrojí spočívá v odstranění kloubových hřídelí a diferenciálů. Je tím tedy výrazně zjednodušena mechanická část. Dochází ke zvýšení průchodnosti a ke snížení hmotnosti mobilního stroje. Tato varianta umožňuje řízení rychlosti jednotlivých kol včetně tzv. diferenciálního účinku. Vzhledem k tomu, že jsou zde použity rychloběžné hydromotory, je nutné redukovat výstupní otáčky např. pomocí dvou za sebou umístěných planetových kolových redukcí nebo pomocí jedné planetové kolové redukce a předřazeným sestupným převodem.

Výhodou axiálních hydromotorů oproti hydromotorům radiálním je jejich nižší hmotnost při stejném hnacím momentu a nižší výrobní cena. Tyto hydromotory se lépe přizpůsobují rychlostním požadavkům volbou vhodného převodu, mají rovnoměrnější chod a menší zástavbový průměr než hydromotory radiální.

5.3.2 Varianta 2

Toto uspořádání se skládá ze dvou regulačních pístových axiálních hydrogenerátorů připojených ke dvěma regulačním pístovým hydromotorům, které pohánějí mechanické kuželové diferenciály. Jedná se tedy opět o nepřímý pohon s použitím rychloběžných hydromotorů, jejichž výstupní otáčky je třeba snížit na potřebnou hodnotu. Celková potřebná velikost koncového převodu se zajistí pomocí mechanického diferenciálu a kolovou redukcí.

Obr. 28 Schéma varianty 2

Pro efektivní dosažení zadaných jízdních parametrů jako je maximální požadovaná rychlost stroje a přenesení hnacího momentu, volím velikost koncového převodu, tj. převodu mezi hřídelí hydromotoru a kolem:

3 ,

=13 ik

Tomu odpovídají hodnoty maximálních točivých momentů na hydromotorech na přední a zadní nápravě:

Volím axiální pístové regulační hydromotory od firmy Bosch Rexroth, typového označení A6VM (55 cm³) s parametry dle Tab. 8

Tab. 8 Vybrané parametry hydromotoru [11]

geometrický objem hydromotoru Vgmax cm³ 54,8 maximální otáčky při Vgmax nmax Dauer min^-1 4 450

Jako hydrogenerátory volím typ A4VG (28 cm³) s vybranými parametry dle Tab. 7.

Pro dosažení maximální tažné síly se použije všech převodníků, tj. dvou regulačních axiálních hydrogenerátorů a dvou regulačních axiálních hydromotorů. Pro dosažení maximální rychlosti, nebo při jízdě na rovině se použije pouze jednoho hydromotoru připojeného na jeden hydrogenerátor. Odhad účinností přenosu výkonu v hydrostatickém převodu je uveden v příloze [P2]. Oproti variantě 1 zde dochází k zjednodušení hydrostatické části použitím tuhé nápravy s mechanickým diferenciálem. Není ovšem již možno řídit rychlost jednotlivých kol a dochází zde ke snížení průchodnosti vozidla a navýšení hmotnosti kvůli použitým tuhým nápravám.

5.3.3 Varianta 3

Toto uspořádání se skládá ze dvou regulačních axiálních pístových hydrogenerátorů a čtyř radiálních dvoustupňových hydromotorů, které jsou instalovány do pojezdových kol mobilního stroje. Radiální hydromotory patří mezi převodníky pomaloběžné, proto zde není potřeba výstupní otáčky redukovat na otáčky pracovní a jedná se tímto o pohon přímý. Volím tedy ik = 1

Obr. 29 Schéma varianty 3

Tomu odpovídají hodnoty maximálních točivých momentů na hydromotorech na přední a zadní nápravě:

Volím axiální pístové regulační hydromotory od firmy Bosch Rexroth, typového označení MCR 05 (470 cm³) s parametry dle Tab. 9

Tab. 9 Vybrané parametry hydromotoru MCR 05 [11]

geometrický objem hydromotoru Vgmax cm³ 470 maximální otáčky při Vgmax nmax min^-1 220

jmenovitý tlak pjm MPa 25

maximální tlak pmax MPa 45

maximální točivý moment Tmax N.m 3 127

Obr. 30 Radiální hydromotor MCR 05 (470 cm³)

Jako hydrogenerátory volím typ A4VG (28 cm³) se základními parametry dle Tab. 7.

Pro dosažení maximální tažné síly se použije všech převodníků, tj. dvou regulačních axiálních hydrogenerátorů a čtyř radiálních dvoustupňových hydromotorů. Pro dosažení maximální rychlosti, nebo při jízdě na rovině, se použije pouze dvou hydromotorů připojených na jeden hydrogenerátor.

V tomto uspořádání není již mezi hydromotor a pojezdové kolo vložen mechanický převod, proto se tedy jedná o pohon přímý. Hydrogenerátory jsou použity stejné jako v předchozích variantách, hydromotory jsou použity radiální dvoustupňové, opět od firmy BOSCH Rexroth.

Odhad účinností přenosu je uveden v příloze [P3]. S použitím pomaluběžných hydromotorů dosáhneme lepší účinnosti pohonu, protože zde nejsou použity kolové reduktory pro snížení výstupních otáček. Tyto hydromotory se spíše hodí pro větší, pomalejší a výkonnější vozidla, což neodpovídá mnou zvolenému mobilnímu stroji. Tato varianta rovněž umožňuje řízení rychlosti jednotlivých kol včetně tzv. diferenciálního účinku.

5.3.4 Varianta 4

Toto uspořádání se skládá ze dvou regulačních pístových axiálních hydrogenerátorů, které jsou připojeny pomocí hydraulického vedení ke dvěma neregulačním pístovým hydromotorům, které pohánějí mechanické kuželové diferenciály. Jedná se tedy opět o

nepřímý pohon s použitím rychloběžných hydromotorů, jejichž výstupní otáčky je třeba snížit na potřebnou hodnotu. Celková potřebná velikost koncového převodu se zajistí pomocí mechanického diferenciálu a kolovou redukcí.

Obr. 31 Schéma varianty 4

Pro efektivní dosažení zadaných jízdních parametrů jako je maximální požadovaná rychlost stroje a přenesení hnacího momentu, volím velikost koncového převodu, tj. převodu mezi hřídelí hydromotoru a kolem:

3 ,

=13 ik

Tomu odpovídají hodnoty maximálních točivých momentů na hydromotorech na přední a zadní nápravě:

Volím axiální pístové konstantní hydromotory od firmy Bosch Rexroth, typového označení A2FM (56 cm³) s parametry dle Tab. 10

Tab. 10 Vybrané parametry hydromotoru [11]

geometrický objem hydromotoru Vgmax cm³ 56,1 maximální otáčky při Vgmax nmax min^-1 5000

Jako hydrogenerátory volím typ A4VG (28 cm³) se základními parametry dle Tab. 7.

V důsledku použití neregulačních hydromotorů nelze dosáhnout potřebného regulačního rozsahu samotným hydrostatickým převodem. Proto je nutné pro dosažení zvolených parametrů použít např. měnitelný mechanický převod. Oproti variantě 2 jsou zde použity hydromotory o nižší hmotnosti.

Jelikož toto uspořádání neumožňuje změnu geometrického objemu hydromotorů, je nutné dosáhnout požadovaného regulačního rozsahu vhodnou volbou proměnlivého koncového převodu. Odhad účinností přenosu v hydrostatickém převodu je uveden v příloze [P4].

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 otáčky (1/min)

točivý moment 40kW 30kW 20kW výkon

legenda: Varianta 1 Varianta 3

Obr. 32 Zobrazení provozních stavů hydrostatického převodu

P = konst = 42 kW P = konst = 35 kW

P = konst = 30 kW

Barevné body na Obr. 32 představují provozní stavy jednotlivých variant hnacích ústrojí, ve kterých se s daným nastavením převodníků mobilní stroj pohybuje. Provozní stavy varianty 2 odpovídají variantě 4, protože jsou zvoleny hydromotory o přibližně stejných geometrických objemech a nastavení βHM je v obou případech totožné.