1.1 ROLUL ŞI CLASIFICAREA PRIZELOR DE PUTERE

Prizele de putere sunt echipamente de lucru destinate transmiterii puterii de la motorul tractorului la organele de lucru ale maşinilor şi utilajelor cu care tractorul lucrează în agregat.

Clasificarea prizelor de putere se poate face după mai multe criterii, şi anume:

a) Clasificarea după modul de transmitere a energiei de la motorul tractorului la organele de lucru ale maşinii:

- prize de putere mecanice;- prize de putere hidraulice;- prize de putere electrice.

Prizele de putere mecanice realizează transmiterea energiei motorului tractorului printr-o

transmisie mecanică, antrenarea utilajelor făcându-se prin intermediul unui arbore de ieşire

denumit arborele prizei de putere (APP).

Prizele de putere hidraulice realizează transmiterea energiei motorului tractorului la o pompă hidraulică, de la care, prin intermediul unei instalaţii hidraulice, se acţionează motoarele hidraulice (cilindrii, motoare rotative) aflate pe tractor sau pe maşinile cuplate la tractor (fig. 1.1). Aceste prize se găsesc pe toate tractoarele actuale (de exemplu, toate tractoarele au cilindri hidraulici care, de fapt, folosesc prize hidraulice).

Fig. 1.1. Schema prizei de putere hidrostatice: P – pompă hidrostatică cu debit variabil; M – motor hidrostatic; A.P.P. – arborele prizei de putere; M.A.I. – motor cu ardere internă.

Prizele de putere electrice realizează transmiterea energiei motorului tractorului la un generator electric şi, în continuare, la electromotoarele de acţionare aflate pe maşinile cuplate la tractor (fig.7.2). Aceste prize de putere se utilizează, în special, la tractoare cu transmisii electrice.

Fig. 1.2. Schema prizei de putere electrice: G – generator electric; M – motor electric; A.P.P. – arborele prizei de putere; M.A.I. – motor cu ardere internă.

În prezent, tractoarele agricole sunt echipate în mod obligatoriu cu prize de putere mecanice.

În raport cu corpul tractorului, arborii de ieşire ai prizelor pot fi plasaţi în spate, lateral şi în faţa tractorului.

Conform standardelor naţionale şi internaţionale actuale, plasarea în spate a arborelui prizei de putere (APP) este obligatorie. Pentru arborii prizei de putere plasaţi în faţă sau lateral sunt norme de standardizare specifice.

b) Clasificare în funcţie de caracterul turaţiei realizate:- prize de putere cu turaţie constantă (prize de putere normale);- prize de putere cu turaţie sincronă (prize de putere sincrone);- prize de putere combinate (mixte).

Prize de putere cu turaţie constantă, denumite prize de putere normale, sunt prizele de

putere la care arborele se roteşte cu turaţie constantă şi în acelaşi sens, indiferent de treapta

din cutia de viteze şi indiferent de sensul de deplasare a tractorului (cu condiţia ca turaţia

motorului să fie constantă). Turaţiile arborelui prizei de putere sunt reglementate prin

standarde naţionale şi internaţionale. În funcţie de numărul de trepte de turaţie realizate,

prizele de putere normale pot fi cu o singură treaptă, cu două sau cu patru trepte (mai rar, şi cu

trei trepte).

Prizele de putere sincrone sunt prizele la care arborii de ieşire se rotesc cu o turaţie proporţională cu turaţia roţilor motoare, adică turaţia lor este sincronizată cu viteza şi sensul de deplasare a tractorului. Aceste prize se folosesc pentru antrenarea unor maşini şi utilaje ale căror organe de lucru trebuie să execute un anumit număr de operaţii pe o distanţă de deplasare dată (de exemplu, pentru maşinile de plantat răsaduri). De asemenea, prizele de putere sincrone se folosesc pentru antrenarea punţilor motoare (active) ale remorcilor şi semiremorcilor.

În cazul ideal, priza de putere normală trebuie să îndeplinească următoarele patru condiţii:

1. pornirea şi oprirea tractorului fără oprirea organelor de lucru ale maşinilor agricole;2. demararea prealabilă a organelor de lucru ale maşinilor agricole şi apoi pornirea şi

demararea întregului agregat;3. schimbarea vitezelor de deplasare a tractorului fără oprirea organelor de lucru ale

maşinilor;4. pornirea şi oprirea organelor de lucru ale maşinilor fără oprirea tractorului.

După modul în care îndeplinesc condiţiile enumerate mai înainte, prizele de putere normale

se clasifică în următoarele tipuri principale:

- prize de putere dependente, care nu îndeplinesc nici una din condiţiile amintite. Antrenarea arborelui prizei de putere se întrerupe o dată cu decuplarea ambreiajului principal;

- prize de putere semiindependente, care permit îndeplinirea parţială a condiţiilor impuse (în general, primele trei condiţii);

- prize de putere independente care permit îndeplinirea integrală a celor patru condiţii. Antrenarea arborelui prizei de putere nu este influenţată de decuplarea ambreiajului principal.

În continuare, clasificarea prizelor de putere este exemplificată prin scheme de principiu

Fig. 1.3. Schema prizei de putere dependente: A1

– ambreiajul principal; CV – cutia de viteze; RPP – reductorul prizei de putere; APP – arborele prizei de putere.

În figura 1.3 este reprezentată schema unei prize de putere dependente. Este evident că prin decuplarea ambreiajului principal A1 se întrerupe şi acţionarea arborelui prizei de putere. Aşadar, funcţionarea prizei de putere este influenţată de ambreiajul principal.Schema din figura 7.4 reprezintă o priză de putere semiindependentă, care permite îndeplinirea

parţială a condiţiilor menţionate mai sus. De exemplu, prin decuparea ambreiajului suplimentar A2 pot fi schimbate treptele în cutia de viteze fără a întrerupe funcţionarea prizei de putere.

Fig. 1.4. Schema prizei de putere semiindependente: A1 – ambreiajul principal; A2 – ambreiajul suplimentar; CV – cutia de viteze; RPP – reductorul prizei de putere; APP – arborele prizei de putere.

Schema din figura 1.5 permite realizarea unei prize de putere independente. Această priză este acţionată, în acest caz, direct de arborele cotit. Ambreiajul suplimentar A2 permite cuplarea

progresivă a arborelui prizei de putere şi întreruperea temporară a funcţionării acesteia.

Fig. 1.5. Schema prizei de putere independente: A1 – ambreiajul principal; A2 – ambreiajul suplimentar; CV – cutia de viteze; RPP – reductorul prizei de putere; APP – arborele prizei de putere.

Schema prizei de putere independente din figura 1.6 este principial identică cu cea din figura 1.5, diferenţa constând în soluţia constructivă diferită de antrenare a prizei de putere de către motor. Priza de putere a tractorului HART 200 este realizată după această schemă.

Fig. 1.6. Schema prizei de putere independente: A1 – ambreiajul principal; A2 – ambreiajul suplimentar; CV – cutia de viteze; RPP – reductorul prizei de putere; APP – arborele prizei de putere.

Analizând schema din figura 1.7 nu se poate trage concluzia asupra tipului prizei. Mai este necesar să se cunoască modul de decuplare al ambreiajului dublu A1-A2. Dacă cele două ambreiaje se decuplează în serie (v. subcap. 3.3), priza de putere este semiindependentă, iar dacă decuplarea lor se face în paralel, priza de putere este independentă.

Fig. 1.7. Schema prizei de putere cu ambreiaj dublu: A1 – ambreiajul principal; A2 – ambreiajul prizei de putere; CV – cutia de viteze; RPP – reductorul prizei de putere; APP – arborele prizei de putere.

Schema din figura 1.8 diferă de cea din figura 1.7 prin ordinea de plasare diferită a celor două ambreiaje: lângă volant este plasat ambreiajul prizei de putere, iar după el ambreiajul

principal. Această soluţie constructivă este folosită, de exemplu, la familiile de tractoare U 445 (cu ambele variante de ambreiaj dublu), U 850 şi U 1010 (cu decuplarea în paralel a ambreiajelor).

Fig. 1.8. Schema prizei de putere cu ambreiaj dublu: A1 – ambreiajul principal; A2 – ambreiajul prizei de putere; CV – cutia de viteze; RPP – reductorul prizei de putere; APP – arborele prizei de putere.

În continuare, sunt prezentate două scheme pentru prize de putere sincrone. Constructiv, aceste prize se caracterizează prin:

- sunt acţionate de arborele secundar al cutiei de viteze sau de un arbore plasat după acesta;

- raportul de transmitere dintre arborele primar al transmisiei prizei de putere sincrone şi arborele prizei de putere este constant.

În figura 1.9 este dată schema unei prize de putere sincrone, acţionată de arborele secundar al cutiei de viteze. Această variantă, sub diferite forme constructive, este folosită la toate tractoarele româneşti pe roţi.

Fig. 1.9. Schema prizei de putere sincrone: A1 – ambreiajul principal; CV – cutia de viteze; RPP – reductorul prizei de putere; APP – arborele prizei de putere.

Priza de putere sincronă din figura 1.10 este acţionată de coroana transmisiei centrale, prin aceasta asigurându-se sincronismul dintre turaţia arborelui prizei de putere şi viteza de deplasare a tractorului.

Fig. 1.10. Schema prizei de putere sincrone cu antrenarea de la

coroana transmisiei centrale: A1 – ambreiajul principal; CV – cutia de viteze; APP – arborele prizei de putere.

În general, pentru universalizarea tractoarelor pe roţi, se utilizează prize de putere combinate (normale şi sincrone). Pentru exemplificare, în figura 1.11 este reprezentată schema prizei de putere utilizată la familia de tractoare U 650. Prin deplasarea manşonului de cuplare spre stânga (în sensul S), se obţine priza de putere sincronă, iar prin deplasarea manşonului în sens opus (sensul N), se obţine priza de putere normală, în acest caz – independentă. Dacă frâna F1 este strânsă, iar F2 –liberă, arborele prizei de putere este acţionat. Invers, dacă frâna F1 este liberă, iar F2 – strânsă, arborele prizei de putere este frânat. Cele două frâne funcţionează în opoziţie, fiind acţionate de la acelaşi organ de comandă. Frâna F1 îndeplineşte şi rolul ambreiajului suplimentar A2 din schemele anterioare. De exemplu, prin strângerea progresivă a acestei frâne, se antrenează progresiv arborele prizei de putere. Frâna F2 are rol de protecţie: împiedică rotirea arborelui prizei de putere în starea decuplată a prizei (arborele prizei de putere ar putea fi acţionat de frecările interne din reductor).

Fig. 1.11. Schema prizei de putere combinate: A – ambreiajul principal; CV – cutia de viteze; APP – arborele prizei de putere; F1 – frână de blocare a reductorului planetar; F2 – frână de blocare a arborelui prizei de putere.

PARAMETRII CONSTRUCTIVI ŞI FUNCŢIONALI AI PRIZELOR DE PUTERE

Aceşti parametri trebuie să se încadreze în norme şi standarde internaţionale şi naţionale, în ceea ce priveşte turaţia şi sensul de rotaţie, dimensiunile constructive şi amplasarea pe tractor a arborelui prizei de putere.

În prezent, pe plan internaţional sunt standardizate două turaţii nominale pentru turaţia arborelui prizei de putere: 540 şi, respectiv, 1000 rot/min. Sensul de rotaţie al arborelui prizei de putere este cel orar pentru un observator care este plasat în spatele tractorului şi priveşte în direcţia de mers înainte a tractorului.

Turaţia nominală a arborelui prizei de putere este obţinută la o turaţie a motorului de 80…90% din turaţia sa nominală.

În cazul prizelor de putere sincrone, arborele de ieşire al prizei trebuie să asigure un anumit număr de rotaţii pe o distanţă de 1 m parcursă de tractor. În prezent, sunt standardizate pe

plan internaţional două game de turaţii pentru prizele de putere sincrone: 3,3…3,5 rot/m şi, respectiv, 6,1…6,5 rot/m.

Parametrii arborilor prizei de putere plasaţi în spatele tractorului sunt standardizaţi prin STAS 8802. Conform acestui standard, sunt trei tipuri constructive de arbori, în funcţie de puterea transmisă (v. tab. 7.1)

Tabelul 1.1

Tipurile de arbori ai prizelor de putere în funcţie de puterea transmisă

Tipul APPTuraţia, rot/min

Puterea la APP, kW

1 540 482 1000 48…923 1000 92…185

Arborii de tipul 1 au caneluri dreptunghiulare cu dimensiunile

z×d×D=6×28 , 5×35

în care: z este numărul canelurilor;d - diametrul interior al canelurilor;D - diametrul exterior al canelurilor.

Arborii de tipul 2 şi 3 au caneluri în evolventă. În tabelul 1.2 sunt daţi principalii parametri ai acestor caneluri.

Tabelul 1.2

Principalele elemente ale canelurilor arborilor prizelor de putere de tipul 2 şi 3.

Denumirea parametrului Tipul 2Tipul 3

Unghiul de presiune, 30° 30°Numărul canelurilor, z 21 20Modulul, m 1,5875 2,1167Diametral pitch, p 16 12

Ţinând seama de relaţiile pentru parametrii p şi m, respectiv:

şi

se poate obţine relaţia de legătură între cei doi parametri:

p=25 , 4⋅zd

=25 ,4⋅zmz

=25 , 4m

,

unde d este diametrul de divizare al canelurilor, în mm.

Alte elemente standardizate ale prizelor de putere sunt (fig. 7.12):

- poziţia arborelui prizei de putere faţă de planul longitudinal de simetrie al tractorului, reprezentată în figură prin cota e (e = ±50 mm);

- poziţia arborelui prizei de putere faţă de sol (cota nominală h ia valori între limitele hmin şi hmax);

- poziţia arborelui prizei de putere faţă de bara de tracţiune, reprezentată în figură prin cota A;

- zona de protecţie în jurul arborelui prizei de putere.În cazul prizelor de putere cu două turaţii standard, arborii prizelor de putere pot avea două

ieşiri, utilizând câte un arbore corespunzător fiecărei turaţii sau o singură ieşire pentru ambele

turaţii, montând arborele corespunzător turaţiei respective. Ultima variantă este aproape

generalizată.

Fig. 1.12. Zona de

plasare a arborelui

prizei de putere

În figura 1.13 este reprezentată schema funcţională a unui reductor cu două trepte de turaţie

pentru priza de putere. Trecerea de la o turaţie la alta se realizează prin înlocuirea arborelui

prizei de putere. Arborele prizei de putere APP1, corespunzător turaţiei n = 540 rot/min, este

antrenat prin caneluri cu raportul de transmitere i1=

z3

z2

⋅z5

z4

=1000540 . Arborele prizei de putere

APP2, corespunzător turaţiei n = 1000 rot/min, este antrenat direct de arborele de intrare 1 (i2

= 1).

Fig. 1.13. Schema

funcţională a unui reductor

cu două trepte de turaţie

pentru priza de putere: a –

obţinerea turaţiei de 540

rot/min; b – obţinerea

turaţiei de 1000 rot/min.

Construcţia unui reductor realizat după schema din

figura 1.13 este prezentată în figura 1.14.

O altă variantă de acţionare a arborelui prizei de putere

cu două trepte de turaţie este reprezentată în figura

1.15, iar în figura 1.16 este dată construcţia unui

reductor realizată Fig. 1.15. Schema cinematică a

reductorului cu două trepte de turaţie pentru priza de putere utilizată la tractoarele U 850 şi U

1010..

după această schemă.

Practica exploatării tractoarelor a demonstrat că în

cazul forţelor de tracţiune mici, când puterea

motorului nu este folosită complet, motorul trebuie

se funcţioneze la sarcini parţiale, cu turaţii reduse

cu până la aproximativ 40% din turaţia nominală.

Pe această cale se reduce consumul specific de

combustibil al motorului, însă concomitent se

reduce şi turaţia la arborele prizei de putere faţă de

turaţia standard. Pentru a elimina acest dezavantaj,

se folosesc, din ce în ce mai mult, prize de putere

suplimentare, aşa-zise prize economice (această

denumire semnifică faptul că aceste prize permit

motorului să funcţioneze la un regim economic).

Prizele de putere suplimentare (economice) permit modificarea raportului de transmitere în

transmisia prizei de putere şi, prin aceasta, compensează reducerea turaţiei motorului. Ele au

turaţii mai mari decât cele standardizate corespunzătoare, însă prin reducerea turaţiei

motorului se obţin turaţiile standard.

În figurile 1.16 şi 1.17 sunt reprezentate schemele cinematice ale transmisiei prizelor de

putere cu patru trepte de turaţie (540, 750, 1000 şi 1400 rot/min) ale unor tractoare

reprezentative. Modul de obţinere a acestor trepte rezultă din schemele respective.

Fig. 1.16. Schema cinematică a

transmisiei prizei de putere cu

patru trepte de turaţie utilizată de

firma Deutz – Fahr la modelele

Agrotron de 50…114 kW.

Fig. 1.18. Schema cinematică a transmisiei prizei de putere cu patru trepte de turaţie utilizată

de firma Fendt la modelele Favorit.

Mai rar, se utilizează transmisii ale prizelor de putere cu trei trepte de turaţie (540, 750 şi

1000 rot/min). O asemenea schemă este dată în figura 7.20. Modul de realizare a acestor

trepte rezultă din schema respectivă.

Fig. 1.19. Schema cinematică a transmisiei prizei de

putere cu trei trepte de turaţie utilizată de firma

John Deere, seriile 6000 şi 7000.