Приветствую Вас, Гость
Главная » Статьи » Мои статьи

Статья 7. Реинкарнация ДИФ-4.

Еще совсем недавно вспыхнул и столь же быстро пошел на спад интерес к бортповоротному колесному вездеходу ДИФ-4. Начали выдвигаться версии об органических недостатках дифференциального поворота, сложности реализации аналогичного аппарата.

Но так ли уж все трагично? Да, безусловно, есть определенные конструктивные просчеты. Безусловно, сам узел дифференциального поворота вездехода ДИФ-4 очень непрост в изготовлении. Но разве может сразу и с «нуля» получиться такой вездеход? Наверно, нет. И уж тем более не стоит бросать такую наработку. Потенциал в ней огромен. И прежде всего, он в простоте трансмиссии и самой схеме поворота.

Предлагаю вариант существенно более простой в реализации, наверняка более надежный и, главное, рассчитанный.

Трансмиссия вездехода рассчитана на базе узлов автомобилей ВАЗ-21083 и ГАЗ-3309 и ГАЗ-66.

Статья рассчитана на тех, кто уже представляет необходимость расчета трансмиссии вездехода по крутящим моментам, которые способны выдержать применяемые при создании вездехода узлы и агрегаты.

Согласно заводской документации 33098 – 39 02010 РЭ (руководство по эксплуатации, http://www.docme.ru/doc/352594/a-m-gaz-3309-s-dv.-d-245.7--gaz-33098-s-dv.-yamz-5344) двигатель ММЗ Д245.7Е3(4) автомобиля ГАЗ-3309 развивает максимальный крутящий момент 417 НМ при частоте вращения коленчатого вала 1300 - 1600 об/мин.

Передаточное  число коробки переключения передач автомобиля ГАЗ-3309 на первой передаче составляет 6,555.

Передаточное число главной передачи (ГП) заднего моста автомобиля ГАЗ-3309 составляет 4,556.

Несложные расчеты показывают, что максимальный крутящий момент на входе ГП ГАЗ-3309 составит

417 Нм х 6,555 = 2733 Нм

Максимальный крутящий момент   на выходе ГП ГАЗ-3309 составит

2733 Нм х 4,556 = 12452 Нм.

В качестве двигательной установки выбираем ВАЗ-21083 с родной коробкой переключения передач (КПП) и передаточным числом ГП КПП ВАЗ-21083, равным 3,7.

Максимальный крутящий момент двигателя ВАЗ-21083 составляет 106,4 Нм.

Передаточное число (ПЧ) КПП ВАЗ-21083 на первой передаче составляет 3,636.

С учетом величины ПЧ ГП КПП ВАЗ-21083  максимальный крутящий момент на выходе ГП КПП ВАЗ-21083 может составить

106,4 Нм х 3,636 х 3,7 = 1431 Нм.

Вот тут наступает первый момент принятия компромиссного решения. Дифференциал на выходе КПП ВАЗ-21083 нам не нужен. Его необходимо отключить.

Сделать это можно тремя способами.

1. Заварить дифференциал. Способ проверенный, но на самом деле очень плохой. Шлицы полуоси ВАЗ-21083, которую мы будем использовать для передачи крутящего момента дальше, будут испытывать двукратную перегрузку по сравнению со штатным режимом работы, поскольку в штатном режиме крутящий момент на выходе КПП распределяется на две полуоси.

2. Можно организовать передачу с обеих полуосей КПП ВАЗ-21083 на общий вал снаружи КПП посредством цепного привода. Этот вариант хорош тем, что нет никакого вмешательства в КПП ВАЗ-21083. Но этот способ уже требует применение станочного оборудования.

3. Заменить дифференциал КПП ВАЗ-21083 на моновал, который можно приобрести у «Юрича» 

http://lunohoda.net/forum/viewtopic.php?f=331&t=13173&sid=bcbd08d3889f3361b009d80bbe304629

Быть может, этот вариант может показаться не очень бюджетным, если вездеход собирается из старых запчастей, но это самый добротный вариант. На общем фоне затрат на строительство вездехода цена окажется очень даже нормальной.

Решайте сами, какой вариант вам больше подходит. Я лишь изложил возможные пути решения проблемы.

Для увеличения общего числа передач и выравнивания крутящих моментов предлагаю между двигательной установкой (ДВС + КПП + ГП) ВАЗ-21083 и ГП ГАЗ-3309 установить раздаточную коробку  (РК) ГАЗ-66. Эта РК рассчитана по входу на максимальный крутящий момент 1900 Нм. С учетом величины ПЧ РК ГАЗ-66 для нашей схемы трансмиссии максимальный крутящий момент на входе РК ГАЗ-66 составит

1431 Нм х 1,982 = 2836 Нм

Вполне соответствует максимальному крутящему моменту на входе ГП ГАЗ-3309.

В результате получаем следующую схему трансмиссии.

Рис.1. Для увеличения «кликаем» по картинке.

Минимальная скорость вездехода для особо тяжелого бездорожья должна быть не более 1 км/час при частоте вращения коленчатого вала двигателя 1000 об/мин. Считаем для такой скорости число оборотов на выходе ГП ГАЗ-3309.

1000 об/мин / 3,636 (1 ПЧ КПП ВАЗ) / 3,7 (ПЧ ГП ВАЗ) / 1,982 (ПЧ РК) / 4,556 (ПЧ ГП ГАЗ) =  8,23 об/мин.

Диаметр колеса в нашей схеме трансмиссии 1300 мм = 1,3 м.

1 км/час = 16,7 м/мин.

Длина окружности колеса составит

1,3 м х 3,14 = 4,08 м.

За минуту при скорости 1 км/час колесо совершит

16,7 м/мин / 4,08 = 4,09 оборота.

Но число оборотов на выходе ГП ГАЗ-3309 при 1000 об/мин двигателя составляет 8,23 об/мин.

Следовательно, между ГП ГАЗ-3309 и колесами необходимо установить бортовые редукторы (БР) с передаточным числом

8,23 / 4,09 = 1,68.

Не буду отходить далеко от логики построения трансмиссии вездехода ДИФ-4 и предложу в качестве бортового редуктора цепной редуктор. Число зубьев малой звездочки лучше брать не менее 15. Тогда число зубьев звездочек на колесах составит 25. Вполне бюджетно с учетом геометрического увеличения стоимости звездочек с числом зубьев.  Вес редуктора заднего моста ГАЗ-3309 составляет 69,5 кг. С учетом разности в полных  массах вездехода и автомобиля ГАЗ-3309 следует предположить, что одного тормозного узла ГАЗ-3309 на один борт вполне хватит для уверенного поворота. Цепи, естественно, лучше разместить внутри корпуса вездехода. Нет особого смысла применять при такой компоновки бортовые редукторы других типов, поскольку все равно надо раздать крутящие моменты по колесам, что очень удобно делать при помощи цепей.

Считаем максимальную тягу вездехода.

106,4 Нм х 3,636 (1 ПЧ КПП ВАЗ) х 3,7 (ПЧ ГП ВАЗ) х 1,982 (ПЧ РК) х 4,556 (ПЧ ГП ГАЗ) х 1,68 (ПЧ БР) / 0,65 (радиус колеса) / 9,8 = 3409 кгс

Это намного больше полной массы вездехода, что обеспечит абсолютно уверенный дифференциальный поворот на асфальте на горизонтальной поверхности с полной блокировкой стороны как минимум на первой скорости.

Произведем расчет цепи. В силу конструктивных свойств максимальный крутящий момент на полуоси моста может составить не более половины от максимального крутящего момента, развиваемого мостом, то есть не более 6226 Нм. На вездеходе ДИФ-4 в бортовом редукторе применяется цепь 16В-1 с шагом 25,4 мм (http://lunohoda.net/forum/viewtopic.php?f=73&t=8567&start=45).

Посмотрим, можно ли такую цепь применить в нашей разработке? Считаем по методике, изложенной здесь:

http://off-roader.ru/publ/statja_5_osnovy_rascheta_cepnogo_reduktora/1-1-0-7

Для цепи с шагом 25,4 мм делительный диаметр звездочки с числом зубьев 15 составит:

D = t / sin (180 град /z) = 122 мм, где z – число зубьев звездочки, t – шаг цепи в мм.

Максимальная тяга на цепи составит

T = M / Rz = 6226 Нм / 0,061 = 102066 Н = 102 кН, где M – максимальный крутящиймомент на оси звездочки, Rz – радиус звездочки.

Однако, табличное значение разрушающей нагрузки для цепи 16В-1 составляет 60 кН.

Риторический вопрос: почему на репликациях ДИФ-4 подозрительно быстро растягиваются цепи бортового редуктора? Не буду даже предполагать, какая цепь стоит на бортовом редукторе Шерпа, где по сравнению с дифференциалом ГП ГАЗ-71 может создать бортовой момент ровно в 2 раза больше.

Нам такая цепь не подходит категорически. Для цепи 20А-1 (ПР-31,75) разрушающая нагрузка (табличное значение) составляет 88,5 кН. Для цепи 20А-1 делительный диаметр звездочки с числом зубьев 15 будет 152,7 мм. Максимальная тяга будет равна 81.9 кН, что меньше значения разрушающей нагрузки для цепи 20А-1. Максимальное число оборотов меньшей звездочки будет около 420 об/мин, что намного меньше допустимого значения для данного типа цепи.

Выбираем для бортового редуктора цепь 20А-1 (ПР-31,75).

Максимальная скорость вездехода при частоте вращения коленчатого вала двигателя 5600 об/мин составит 51 км/час. Вполне неплохо.

В результате получили схему колесного вездехода, которая от схемы ДИФ-4 отличается расширенным набором скоростей, применением цепей только в бортовом редукторе и применением без переделок промышленно изготовленного редуктора моста автомобиля ГАЗ-3309 в качестве узла дифференциального поворота.

В предлагаемой схеме вездехода ГП ГАЗ-3309 работает практически в штатном режиме. Мы помним, что в вездеходе ДИФ-4 применен дифференциал от КамАЗа. Всем нам представляется, что это сделано с целью использовать в самом ответственном месте большой надежный узел с большим запасом прочности. Проверим на цифрах, насколько это мнение соответствует действительности.

Для расчета параметров вездехода ДИФ-4 воспользуемся авторской информацией Алексея Гарагашьяна с ветки

http://lunohoda.net/forum/viewtopic.php?f=73&t=8567&start=45

Итак, двигатель Kubota развивает максимальный крутящий момент 118 Нм. В качестве коробки переключения передач (КПП) используется КПП ВАЗ-2110 с передаточным числом (ПЧ) главной передачи (ГП), равным 3,9.

В серийной КПП передаточное число первой передачи составляет 3,64.

Следовательно, максимальный крутящий момент на выходе КПП может составить

118 Нм х 3,64 (ПЧ КПП на 1-ой передаче) х 3,9 = 1675 Нм.

Между КПП ВАЗ-2110 и  доработанным межосевым дифференциалом КамАЗа установлен цепной редуктор (ЦР) с ПЧ = 2,25.

Следовательно, на входе дифференциала КамАЗа максимальный крутящий момент может составить

1675 Нм х 2,25 = 3769 Нм.

Между выходами дифференциала КамАЗа и колесами установлены цепные бортовые редукторы (ЦБР) с ПЧ = 3,33. Таким образом, максимальный крутящий момент на колесах вездехода может составить

3769 Нм х 3,33 = 12550 Нм или 6275 Нм на каждое колесо.

Максимальная тяга вездехода составит

12550 Нм / 0,65 м (радиус колеса) / 9,8 = 1970 кгс или 985 кгс на каждое колесо.

Не очень большое значение. В тяжелых условиях возможны проблемы со сцеплением в силу необходимости достижения большого крутящего момента при малых оборотах и естественным желанием достичь этого за счет работы сцепления.

Что у нас с возможностями по крутящему моменту межосевого дифференциала КамАЗа?

Предположим, что был использован межосевой дифференциал с КамАЗ-5320. Двигатель этого автомобиля может развить максимальный крутящий момент 637 Нм. ПЧ КПП на первой передачи этого автомобиля равно 7,82.

Следовательно, на межосевом дифференциале автомобиля может оказаться максимальный крутящий момент

637 Нм х 7,83 = 4988 Нм.

В результате получаем следующую схему трансмиссии вездехода ДИФ-4.

Рис. 2

На вездеходе ДИФ-4, как мы посчитали, на дифференциал КамАЗа поступает не более 3769 Нм. Запас прочности 32 процента. Вроде как можно в этот момент сделать заключение, что дифференциал КамАЗа был подвержен повышенному износу потому, что он в принципе не предназначен для эксплуатации в таких условиях. Вполне может быть. Но между КПП ВАЗ-2110 и дифференциалом КамАЗа установлен цепной редуктор, который сделан с катастрофическим нарушением скоростного режима цепи, что должно приводить к интенсивному разрушению как звездочек редуктора, так и дифференциала. Лично я считаю, что говорить о неприменимости такого типа дифференциала в таких условиях без устранения проблем с цепным редуктором совершенно некорректно.

У меня нет возможности проверить работу дифференциала ДИФ-4 с правильно рассчитанным цепным редуктором, поэтому предлагаю на выбор несколько разных позиций и несколько путей решения проблемы.

 

1. Позиция неисправимого оптимиста, верящего в торжество бортового дифференциального поворота. Он считает, что проблемы с дифференциалом КамАЗа возникли только по причине неправильно изготовленного цепного редуктора. Он обращает внимание на то обстоятельство, что максимальный крутящий момент, поступающий на дифференциал КамАЗа, не отличается принципиально по величине от максимального крутящего момента штатного режима работы дифференциала. Следовательно, этот дифференциал и не нужен. У КПП ВАЗ-2110 есть свой собственный дифференциал, который и следует использовать.

Считаем минимальную скорость ДИФ-4 при частоте вращения коленвала двигателя 1000 об/мин.

1000 об/мин / 3,64 (1ПЧ КПП ВАЗ-2110) / 3,9 (ПЧ ГП КПП ВАЗ-2110) / 2,25 (ПЧ ЦР) / 3,33 (ПЧ ЦБР) * 3,14 * 1,3 м (диаметр колеса) = 38,38 м/мин = 2,3 км/час.

Совсем не вяжется с рекомендациями минимальной скорости в 1 км/час для особо тяжелого бездорожья. Это порождает дополнительные обоснованные подозрения о частой работе сцепления и перегрузке дифференциала.

Скорректируем передаточные числа цепных редукторов под требуемую скорость 1км/час.

В результате  получаем следующую схему трансмиссии. 

Рис.3

При ПЧ ЦБР = 17,22 минимальная скорость вездехода составит 1 км/час.

Считаем тягу вездехода.

106,4 Нм (ДВС ВАЗ-21083) * 3,64 (1ПЧ КПП ВАЗ-2110) * 3,9 (ПЧ ГП КПП ВАЗ-2110)  * 17,22 (ПЧ ЦБР) / 0,65 м (радиус колеса) /9,8 = 4083 кгс или 2042 кгс на каждое колесо.

Совсем другое дело. Поворот будет намного уверенней и без перегрузки дифференциала.

Сам бортовой редуктор лучше сделать трехступенчатый.

 

2. Позиция пессимиста фаната ДИФ-4. Он считает, что, несмотря на запас прочности в 32 процента, повышенный износ дифференциала КамАЗа обусловлен нештатным режимом его эксплуатации. Неправильный цепной редуктор если и влияет на работу дифференциала, то не в той степени, что непрерывная работа дифференциала в поворотах. На его взгляд, ситуация с дифференциалом решается просто. Дифференциал необходимо присоединить к коробке переключения напрямую, без использования цепного редуктора. ПЧ бортового редуктора увеличиваем, чтобы минимальная скорость стала 1 км/час. Снижение нагрузки на дифференциал КамАЗа в 2,25 раза самым благоприятным образом скажется на ресурсе дифференциала.

В результате получим следующую схему трансмиссии.

Рис.4

 

3. Позиция практика – экспериментатора, у которого накопилось некоторое количество разнообразных редукторов мостов. Вопрос применимости дифференциала в бортповоротном колесном вездеходе остался открытым. Запас прочности дифференциала в ДИФ-4 не столь велик, чтобы делать вывод о неприменимости дифференциалов. Лучше не использовать для экспериментов дифференциал в составе коробки переключения, с учетом возможного частого выхода из строя дифференциала из-за нештатных перегрузок. Для экспериментов лучше использовать отдельный узел главной передачи с дифференциалом, обеспечив возможность быстрой замены узла, как в результате поломки, так и в результате принятия решения о замене узла на более мощный.

В результате получается следующая схема трансмиссии.

Рис.5

Схема удобна тем, что в случае получения отрицательного результата с ГП ВАЗ-2121 можно главную передачу заменить на ГП УАЗ 469 (или Хантер), потом на ГП ГАЗ-3309 и так далее. Нужно только немного корректировать ПЧ бортового редуктора. Рано или поздно будет подобрана главная передача, которая точно устроит экспериментатора с точки зрения надежности.  

 

Для уже изготовленных вездеходов – репликаций ДИФ-4 имеет смысл попробовать второй вариант с дополнительным понижением минимальной скорости до 1 км/час. Если еще не вложены значительные средства в переделку межосевого дифференциала от КамАЗа, то лучше идти по третьему варианту. Успех наверняка придет.

Очень интересным вариантом может оказаться использование схемы трансмиссии из первого варианта, но с двигателем ВАЗ-21081 объемом 1,1 литра. Максимальный крутящий момент такого двигателя составляет 77,9 Нм. Вся трансмиссии рассчитана на максимальный крутящий момент 106,4 Нм. Применив двигатель ВАЗ-21081 мы получаем запас прочности всех элементов трансмиссии 37 процентов, что больше, чем у дифференциала ДИФ-4. Схема трансмиссии при этом несопоставимо проще.

В итоге получили четыре альтернативные схемы трансмиссии вездехода ДИФ-4, каждая из которых проще и надежней оригинала.

Категория: Мои статьи | Добавил: val_001 (22.04.2016)
Просмотров: 3192 | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 0
avatar