Отбор мощности

Методы передачи мощности от источника к приложению

ВОМ в задней части сельскохозяйственного трактора

ВОМ (в коробе внизу) в центре трехточечной навески трактора.

Отбор мощности или отбор мощности ( ВОМ ) — это один из нескольких методов отбора мощности от источника энергии, например работающего двигателя , и передачи ее на такое приложение, как навесное оборудование или отдельную машину.

Чаще всего это шлицевой приводной вал , установленный на тракторе или грузовике , позволяющий приводить навесное оборудование с сопряженными фитингами непосредственно от двигателя.

Полустационарные коробки отбора мощности также можно встретить на промышленных и судовых двигателях. В этих приложениях обычно используется приводной вал и болтовое соединение для передачи мощности на вспомогательное оборудование или аксессуар. В случае морского применения такие валы могут использоваться для привода пожарных насосов.

В самолетах такой вспомогательный привод может использоваться в сочетании с приводом постоянной скорости . Реактивные самолеты имеют четыре типа агрегатов отбора мощности: внутренний редуктор, внешний редуктор, радиальный приводной вал и отбираемый воздух, которые используются для питания агрегатов двигателя. В некоторых случаях системы отбора мощности самолета также предусматривают подачу мощности в двигатель во время запуска двигателя. ^[1] См. также стартер Coffman .

История

Желтый вал обеспечивает привод ВОМ цеповой косилки на этом тракторе International Harvester.

До того, как коробки отбора мощности стали обычным явлением, были доступны различные методы передачи мощности, но были приложения, которые могли бы получить больше пользы от некоторых атрибутов, предоставляемых механизмом отбора мощности. Плоские ремни, как правило, были полезны только в тех случаях, когда двигатель был стационарным, например, в заводских паровых двигателях , портативных стационарных двигателях или тяговых двигателях, припаркованных перед работой. Для движущихся транспортных средств, таких как тяговый двигатель или ранний трактор , буксирующий сельскохозяйственное орудие , орудие могло получать вращательную мощность, принимая ее от одного из своих колес (поворот которого придавался буксировкой) и распределяя ее через роликовые цепи (на серп например, рукоятка бара), но такая трансмиссия прекращается, если транспортное средство прекращает движение, а сопротивление рабочей нагрузки имеет тенденцию заставлять колесо скользить, а не поворачиваться, даже если оно имеет шипы . Целью была концепция карданного привода с легко подключаемыми и разъединяемыми муфтами, а также гибкость для движения под изменяющимися углами (например, при повороте шарнирно-сочлененного тягача с прицепом).

Экспериментальные коробки отбора мощности были опробованы еще в 1878 году, а в последующие десятилетия были построены различные самодельные версии. ^{[2] Компания}  International Harvester Company (IHC) первой представила на рынке ВОМ для серийного трактора, представив модель 8-16, представленную в 1918 году. ^[3] Эдвард А. Джонстон, инженер IHC, был впечатлен самодельным трактором. Механизм отбора мощности, который он видел во Франции примерно десять лет назад, был импровизирован французским фермером и механиком по фамилии Гужи. ^[3] Он и его коллеги из IHC воплотили эту идею в 8-16 и разработали семейство орудий, использующих эту функцию. IHC недолго оставалась единственной на рынке: в течение года коробки отбора мощности появились и на других серийных тракторах, например, на некоторых моделях Case . В 1920 году IHC предложила опцию ВОМ на своем тракторе 15-30, и это был первый трактор с ВОМ, представленный для испытаний тракторов в Небраске . ВОМ было конкурентным преимуществом для IHC в 1920-х годах, и со временем другие компании догнали внедрение ВОМ.

Внутри трансмиссии точная точка отключения мощности определяет, может ли ВОМ работать независимо от движения автомобиля ( путевой скорости ). Ранние механизмы отбора мощности часто снимались с главного выходного вала, а это означало, что для работы механизма отбора мощности автомобиль должен был быть «на передаче». Позже это было усовершенствовано за счет так называемых конструкций приводного ВОМ (LPTO), которые позволяют управлять вращением ВОМ независимо от движения трактора. Это является преимуществом, когда нагрузка, приводимая в движение ВОМ, требует, чтобы трактор замедлился или остановился, чтобы дать возможность оборудованию с приводом от ВОМ догнать его. Это также позволяет выполнять операции, когда трактор остается припаркованным, например, заполнять бункер или выгружать разбрасыватель навоза в кучу или отстойник, а не через поле. В 1945 году компания Cockshutt Farm Equipment Ltd из Брантфорда , Онтарио, Канада, представила трактор Cockshutt Model 30 с системой LPTO. В конечном итоге приводные ВОМ стали широко распространенной нормой для нового оборудования; в современных тракторах управление ЛПТО часто осуществляется с помощью кнопки или селектора. Это повышает безопасность операторов, которым необходимо приблизиться к валу отбора мощности.

Безопасность

Защитная пластиковая оболочка, закрывающая карданный вал.

Механизм отбора мощности, а также связанные с ним валы и универсальные шарниры являются частой причиной несчастных случаев и травм в сельском хозяйстве и промышленности. По данным Национального совета безопасности , шесть процентов несчастных случаев, связанных с тракторами, в 1997 году в США были связаны с механизмом отбора мощности. Инциденты могут произойти, когда свободная одежда затягивается в голенище, что часто приводит к переломам костей , потере конечностей , другим необратимым увечьям или смерти ее владельца. 13 апреля 2009 года в результате несчастного случая, связанного с механизмом отбора мощности, погибла бывшая звезда Высшей бейсбольной лиги Марк Фидрич ; «Похоже, что он работал над своим грузовиком, когда его одежда запуталась в валу отбора мощности грузовика», - сказал в своем заявлении окружной прокурор Джозеф Эрли-младший. ^[4] Несмотря на большую работу по снижению частоты и тяжести сельскохозяйственного травматизма, такие явления все еще происходят. ^[5]

В некоторых орудиях используются легкие свободно вращающиеся защитные пластиковые кожухи, закрывающие вал отбора мощности; ^{[6] [7]} в некоторых странах они являются обязательными. ^{[ нужна ссылка ]} В Великобритании руководство по охране труда и технике безопасности содержится в брошюре. ^[8]

Техническая стандартизация

Сельскохозяйственные ВОМ стандартизированы по размерам и скорости. Стандартом ISO для механизмов отбора мощности является ISO 500 ^[9] , который в редакции 2004 года был разделен на три части:

1. ISO 500-1 Общие характеристики, требования безопасности, размеры главного щита и зоны зазора.
2. ИСО 500-2 Тракторы узкогусеничные, размеры главного щита и зоны просвета
3. ISO 500-3 Основные размеры ВОМ и размеры шлицев, расположение ВОМ.

Исходный тип (обозначенный как Тип 1) требует работы со скоростью 540 оборотов в минуту (об/мин). Вал, вращающийся со скоростью 540 об/мин, имеет шесть шлицов и диаметр 1.+3 ⁄ дюйма (35 мм). ^[10]

Два новых типа, поддерживающие приложения с более высокой мощностью, работают при 1000 об/мин и различаются размером вала. ^[10] Фермеры обычно различают эти два типа, называя их «1000 больших» или «1000 маленьких» по сравнению с типом 1, который обычно называют «540». Все новые типы (2, 3 и 4) используют эвольвентные шлицы, тогда как тип 1 использует прямые шлицы. ^[9]

Валы с дюймовыми обозначениями бывают круглыми, прямоугольными, квадратными или шлицевыми; метрические валы имеют форму звезды, колокола или футбольного мяча. ^[11]

^{[10] [9]}

В связи с постоянно растущими требованиями к мощности сельскохозяйственных орудий и установкой двигателей более высокой мощности на сельскохозяйственные тракторы, в ISO 500 был добавлен еще более крупный тип (обозначенный как Тип 4). Он работает на более высокой скорости вращения - 1300 об/мин, чтобы для обеспечения передачи мощности при пониженном крутящем моменте. Вал имеет 22 шлица с большим диаметром 57,5 ​​миллиметров (мм). Он предназначен для работы с мощностью ВОМ до 450 киловатт (кВт) или примерно 600 лошадиных сил (л.с.).

Все четыре типа вращаются против часовой стрелки, если смотреть назад из кабины трактора; если стоять позади трактора и смотреть прямо на вал, он вращается по часовой стрелке. ^[10]

Тип с 10 шлицами использовался с некоторым ранним оборудованием, таким как Land Rover 1948 года . Обычно в комплект поставки входил шестишлицевый адаптер. Производители сельскохозяйственных машин обычно указывают номинальную мощность ВОМ, что является показателем доступной мгновенной мощности на валу. Новые тракторы могут быть оборудованы опциями 540/540E и/или 1000/1000E, которые позволяют трактору приводить в действие определенные орудия с низким энергопотреблением, такие как грабли для сена или сеноворошилки , используя более низкие обороты двигателя для поддержания необходимых оборотов в минуту, используя меньше топлива и уменьшая нагрузку на двигатель, тем самым повышая эффективность и снижая затраты.

Первый отраслевой стандарт конструкции ВОМ был принят ASAE ( Американским обществом инженеров сельского хозяйства ) в апреле 1927 года. Скорость вращения ВОМ была указана как 536 ± 10 об/мин; направление было по часовой стрелке. Позже скорость была изменена до 540 об/мин. ^[12]

Использование на коммерческих автомобилях

Гидравлический ВОМ, установленный на коробке передач грузовика.

Задняя поперечина с гидравлическими разъемами ВОМ и муфтой на Unimog 421

Трансмиссии грузовиков имеют одно или несколько мест, позволяющих установить ВОМ. Механизм отбора мощности необходимо приобретать отдельно, и необходимо позаботиться о том, чтобы физический интерфейс трансмиссии соответствовал совместимому механизму отбора мощности. Поставщики механизма отбора мощности обычно требуют подробную информацию о марке, модели и даже серийном номере трансмиссии. Также необходимо позаботиться о том, чтобы физическое пространство вокруг трансмиссии позволяло установить ВОМ. ВОМ включается и выключается с помощью муфты главной передачи и механизма дистанционного управления, который действует на самом ВОМ. Обычно для включения ВОМ используется воздушный клапан, но также возможны варианты с механическим, электрическим или гидравлическим механизмом.

Большинство Unimog оснащены передним и/или задним ВОМ и гидравликой, а также системой трехточечной навески.

Агрегаты будут оцениваться в соответствии с постоянным и прерывистым крутящим моментом, который может быть приложен через них, и разные модели будут предлагать разные соотношения «вращение ВОМ к числу оборотов двигателя».

В большинстве случаев вал отбора мощности подключается непосредственно к гидравлическому насосу . Это позволяет передавать механическую силу через систему гидравлической жидкости в любое место вокруг автомобиля, где гидравлический двигатель преобразует ее обратно во вращательную или линейную механическую силу. Типичные области применения включают в себя:

• Запуск водяного насоса на пожарной машине или водовозе
• Использование установленной на грузовике машины для отвода горячей воды для чистки ковров (привод вакуумной воздуходувки и насосов для раствора высокого давления)
• Питание системы воздуходувки, используемой для перемещения сухих материалов, таких как цемент.
• Питание встроенной в автомобиль системы воздушного компрессора ^[13]
• Поднятие кузова самосвала
• Управление механическим рычагом на автовышке, используемом персоналом по техническому обслуживанию электрооборудования или бригадами по обслуживанию кабельного телевидения.
• Эксплуатация лебедки на эвакуаторе
• Эксплуатация уплотнителя на мусоровозе
• Эксплуатация автопогрузчика со стрелой/грейфером
• Эксплуатация смонтированной на грузовике лопаты для деревьев и подъемной мачты

Разъемный вал

Разъемный вал отбора мощности установлен на приводном валу грузовика для подачи мощности на вал отбора мощности. Такой агрегат представляет собой дополнительный редуктор, разделяющий приводной вал автомобиля на две части:

• Вал, обращенный к коробке передач, который будет передавать мощность двигателя на разъемный вал отбора мощности;
• Вал, обращенный к оси, передающий движущую силу на ось.

Сам блок предназначен для независимого отвода мощности двигателя либо на осевой вал, либо на дополнительный выходной вал отбора мощности. Это осуществляется с помощью двух независимых муфт, таких как зубчатые или кулачковые муфты, которые могут работать только при полной остановке трансмиссии . Поскольку главный редуктор изменяет скорость вращения путем выбора передачи, работу механизма отбора мощности во время движения автомобиля невозможно.

На автомобилях с колесной формулой 4x4 в коробке передач отбора мощности с разъемным валом используется только задний приводной вал, поэтому схема привода автомобиля 4x4 должна быть выбираемого типа 4WD , чтобы приводной вал передней оси был полностью отсоединен во время работы отбора мощности.

Также возможно напрямую к ВОМ подключить что-то иное, кроме гидронасоса: например, насосы пожарных машин.

Разъёмный вал «сэндвич»

Разделенный вал типа «сэндвич» устанавливается между двигателем и трансмиссией и используется на дорожно-ремонтных машинах, пожарных машинах и внедорожниках. Этот агрегат получает привод непосредственно от вала двигателя и может передавать на ВОМ всю мощность двигателя. Обычно эти агрегаты поставляются с собственной системой смазки. Из-за многослойного монтажа коробка передач будет отодвинута от двигателя, и для установки потребуется трансмиссия.

Смотрите также

• Балансировочная машина

Рекомендации

1. Технический меморандум НАСА 101731; Методика мониторинга «Высокоскоростно вращающегося вала отбора мощности самолета Х-29А»; Дэвид Ф. Ворачек, Исследовательский центр Эймса, Центр летных исследований Драйдена, Эдвардс, Калифорния, декабрь 1990 г. nasa.gov
2. Квик, Грэм (март – апрель 2008 г.). «Раскручиваем историческую историю о валах отбора мощности» (PDF) . Австралийское зерно . Гринмаунт Пресс. 17 (6): 36–37. Архивировано из оригинала (PDF) 26 февраля 2021 г. Проверено 28 июля 2022 г. [Из стр. 36] С другой стороны, медаль за самый первый зарегистрированный механизм отбора мощности на мобильной технике должна быть вручена жатке типа Эвелинга и Портера Белла. Этот паровой агрегат был выставлен на Всемирной выставке 1878 года в Париже.
3. Pripps & Morland 1993, стр. 37–39.
4. "Ревизор: Фидрич задохнулся" . ESPN.com . 16 апреля 2009 года . Проверено 7 января 2014 г.
5. Тинк, Памела Дж.; Соренсен, Джули А. (2 января 2019 г.). «Маркетинг безопасности фермы: использование принципов влияния для усиления защиты ВОМ». Журнал агромедицины . 24 (1): 101–109. дои : 10.1080/1059924X.2018.1539421. ISSN  1059-924Х. ПМК 6353692 . ПМИД  30346257. 
6. «Безопасность отбора мощности (ВОМ)» (PDF) . Совет национальной безопасности. Май 2009 г. Архивировано из оригинала (PDF) 28 апреля 2014 г. Проверено 28 июля 2022 г.
7. Приветт, Чарльз (1 марта 2002 г.). «Безопасность и здоровье на ферме - Безопасность ВОМ». Кафедра сельскохозяйственной и биологической инженерии. Клемсонский университет . Архивировано из оригинала 28 марта 2005 г. Проверено 29 июля 2022 г. щитки и ограждения были разработаны для предотвращения травм от вращающихся валов.
8. «Информационный листок по сельскому хозяйству № 40 (AIS40). Коробки отбора мощности и приводные валы отбора мощности» (PDF) . Исполнительный директор по охране труда и технике безопасности Великобритании . Октябрь 2013 г. [январь 2013 г.]. Архивировано (PDF) из оригинала 31 октября 2021 г. Проверено 29 июля 2022 г.
9. Международный стандарт abc (1 апреля 2014 г.). «Сельскохозяйственные тракторы — Задний вал отбора мощности типов 1, 2, 3 и 4» (PDF) . Международный стандарт . Проверено 29 сентября 2023 г.
10. «Центр оборудования: понимание трансмиссий отбора мощности - Progressive Forage | Ag Proud» .
11. «Различные типы карданных валов» . 15 февраля 2021 г.
12. «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 22 июля 2011 г. Проверено 3 мая 2009 г.{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
13. «Воздушные компрессоры отбора мощности | Воздушный компрессор, установленный на прямой трансмиссии™» . ВМАК . Проверено 11 декабря 2018 г.

Библиография

• Приппс, Роберт Н.; Морланд, Эндрю (фотограф) (1993), Тракторы Farmall: История международных тракторов McCormick-Deering Farmall , Серия истории цвета сельскохозяйственных тракторов, Оцеола, Висконсин, США: MBI, ISBN 978-0-87938-763-1.