Бесступенчатые коробки передач тракторов: что используют фермеры Западной Европы?

Главная задача трансмиссии обеспечивать эффективную передачу вращающего момента двигателя ведущим колесам трактора. При помощи трансмиссии можно изменить вращающий момент и частоту вращения ведущих колес по значению и направлению.

Классификация видов по способу изменения вращающего момента включает ступенчатые, бесступенчатые и комбинированные варианты.

Бесступенчатые трансмиссии обеспечивают непрерывность и автоматичность процесса изменения вращающего момента, чем выгодно отличаются от ступенчатых. Данный тип трансмиссии имеет более сложную конструкцию, способную плавно изменять коэффициент передачи во всем рабочем диапазоне скоростей и тяговых усилий.

Среди бесступенчатых трансмиссий выделяют три главных подвида: механические (фрикционные), электрические и гидравлические.

Установка данных видов на сельскохозяйственные тракторы активно набирает популярность во всем мире. 

И если на российском рынке такие варианты комплектаций сельхозмашин еще удивляют отдельных аграриев и производителей, то в Европе техника с данной конфигурацией уже стала неотъемлемой частью жизни любого фермера.

Редакция портала «ГлавПахарь» предлагает Вам ознакомиться с результатами комплексного исследования и обзором рынка бесступенчатых коробок передач в Западной Европе, проведенного Ассоциацией «Росспецмаш».

Анализ большого количества информационных источников и последние разработки производителей показывают тенденцию к концепциям приводов, у которых наряду с дизельным двигателем и коробкой передач задействована и ходовая часть шасси.

Рынок Западной Европы как субрегиона Европы, включающего 26 государств (Австрия, Бельгия, Великобритания, Ирландия, Германия, Люксембург, Нидерланды, Швейцария, Франция и так далее), является одним из трех главных центров мировой капиталистической системы и активной зоной отрасли сельского хозяйства.

Бесступенчатые коробки передач для тракторов существуют на рынке в Западной Европе в течение почти 25 лет. Первоначально коробки передач предлагались для стандартных тракторов среднего и высокого тягового класса мощностей, но в последние годы они смогли закрепить свои позиции как на высокопроизводительных системных тракторах и на тракторах с шарнирно-сочлененной рамой, так и на небольших тракторах с диапазоном мощности в 100 л.с.

Самоходные уборочные машины, такие как комбайны, полевые измельчители и другие, уже давно эксплуатируются с бесступенчатыми коробками передач. Тем не менее, на этих машинах устанавливаются гидростатические системы, передающие гидростатически всю приводную мощность на привод ходовой части шасси. При этом КПД здесь не играет большой роли, так как зачастую речь идет только о приводах ходовой части, которые только передвигают технику, а большая часть мощности двигателя расходуется приводом рабочих органов, например, молотильным барабаном.

Сельскохозяйственные тракторы используют другой принцип работы, так как они тянут навесные агрегаты или прицепную технику. При этом чаще всего вся мощность двигателя преобразуется в тяговую мощность трактора. 

В данном случае высокий КПД коробки передач особенно важен, поэтому производители делают ставку на концепцию бесступенчатых коробок передач с гидростатическим и механическим разветвлением мощности.

Элементом разветвления мощность двигателя разделяется на механическую и гидростатическую ветви (ответвления). После бесступенчатого преобразования крутящего момента и числа оборотов в гидростатическом диапазоне обе ветви мощности опять соединяются с помощью суммирующего элемента. 

Для увеличения тягового усилия и скорости зачастую к бесступенчатой части коробки передач подключаются механические диапазоны передвижения, например, реверсивные устройства. Скомбинировав эффективную механику с переменной гидростатикой, получают бесступенчатые приводы ходовой части, демонстрирующие приемлемые КПД также при тяговых работах, типичных для тракторов.

В бесступенчатых коробках передач с гидростатико-механическим разветвлением всегда имеется планетарная коробка передач, гидростатический блок с насосом и двигателем. Планетарные передачи имеют различные конструкции. Гидростатическим блоком, с одной стороны, бесступенчато регулируется передаточное число, а с другой стороны, также передается и мощность. Таким образом, общий КПД коробок передач относительно сильно зависит от КПД гидростатической ветви, что особенно касается основных структур с высоким процентом гидростатической мощности. Для этой цели были разработаны специальные гидростатические агрегаты.

В остановленном состоянии угол поворота гидронасоса составляет 0°, а угол поворота гидродвигателя составляет 45°. При ускорении сначала на 45° поворачивается гидронасос, а затем гидродвигатель возвращается на 0°. В диапазоне движения гидростатическая доля мощности непрерывно уменьшается, в конце диапазона движения передача мощности является чисто механической. 

Гибридное соединение коробок передач представляет собой смешанную форму. Как разветвление, так и соединение осуществляются составной планетарной коробкой передач, поэтому их часто называют составными или соединительными коробками передач.

Производитель сельскохозяйственной техники, компания Fendt уже несколько лет предлагает для собственной линейки тракторов исключительно бесступенчатые коробки передач. 

Классические коробки передач Vario ML70 устанавливаются на тракторах, начиная от узкоколейной модели 200 Vario до ML260 предыдущей серии 900. Кроме того, устанавливаются также некоторые модели коробок передач «сестринских» фирм Massey Ferguson и Valtra (обе — AGCO) и также бренда JCB.

Бесступенчатая коробка передач Vario ML 220

Коробка передач Fendt Vario является приводом ходовой части с разветвленной гидростатико-механической мощностью. По мере увеличения скорости доля мощности, передаваемой механически планетарным агрегатом, увеличивается. Прекрасный КПД создается поворачивающимися на 45° гидростатами и высоким рабочим давлением максимум до 550 бар.

Коробка передач VarioDrive с планетарной разветвленной передачей

Данная коробка передач VarioDrive имеет гидравлический насос (внизу слева), гидравлический двигатель 1 для заднего моста (вверху слева, слегка скрыты), гидравлический двигатель с фрикционной муфтой для переднего моста (внизу справа) и фрикционную муфту как продольную блокировку дифференциала (в середине снимка внизу, слегка скрыта).

Последующая разработка коробки передач Vario для серии моделей 1000 Vario 

Высокопроизводительной моделью 1000 Vario фирма Fendt представила последующую концепцию конструкции VarioDrive. Гидростатическая ветвь здесь состоит из насоса и двух двигателей. 

В отличие от коробок передач Vario ML220/ML260, оба гидравлических двигателя передают свою мощность не общей механической части, а отдельным приводным валам переднего и заднего мостов. Количество масла, подаваемого насосом, распределяется между двумя гидравлическими двигателями, что позволяет настраивать различное число оборотов привода. 

Благодаря такому типу привода передние колеса больше не смещаются во время поворота, как в случае с классическим приводом на все колеса, а тянутся. Этот эффект Pull-in-Turn (тянуть-в повороте) дает возможность уменьшить траекторию поворотов. При этом у фрикционной муфты на приводном валу переднего моста срабатывает не функция полноприводного сцепления, а блокировка дифференциала. 

При пробуксовке или скольжении блокировка дифференциала автоматически закрывается давлением масла, а распределение крутящего момента между мостами адаптируется пропорциональной настройкой. Из соображений эффективности при скорости в 25 км/ч гидравлический двигатель переднего моста автоматически отключается отдельной фрикционной муфтой. 

Таким образом, модель VarioDrive использует постоянный привод на все колеса (до 25 км/ч). Кроме того, поскольку существует только один диапазон передвижения, то водителю больше не нужно беспокоиться о предварительном выборе диапазона передвижения.

Модель коробки передач TA300T 

Коробка передач использует концепцию приводов, которые наряду с дизельными двигателями и с коробками передач, содержат также компоненты шасси. Концепция в настоящее время используется также в новой серии 900 (модель 2020 года). 

В модели коробки передач TA300T для гусеничных тракторов 900 Vario MT используются те же компоненты, но здесь оба гидравлических двигателя вместе воздействуют на приводной вал, что приводит к рулевому управлению задним мостом.

На агрегатах американской фирмы преимущественно устанавливаются блоки собственного производства. Последние выпуски аппаратов John Deere оснащены следующими вариациями трансмиссии:

• механическая — PowerSync, PowrQard Plus;
• роботизированная — Automatic PowerShift, AutoQuad;
• бесступенчатая — AutoPowr, еAutoPowr.

Коробка передач John Deere AutoPowr для серии тракторов 8R 

Трансмиссия одинаково эффективна на транспортных и полевых работах. Принципиальным усовершенствованием в AutoPowr является более быстрая реакция на изменение нагрузки. Лучшая приспособляемость обеспечивает повышение производительности без дополнительного расхода дизельного топлива.

Характерными особенностями данной коробки передач является положение осей и комплект составных планетарных механизмов.

Коробка передач AutoPowr обеспечивает плавное ускорение от начала запуска до максимальной скорости с помощью лишь одного рычага и без сцепления. Для этого необходимо выбрать нужную скорость, а коробка передач AutoPowr удержит данную скорость постоянной, автоматически адаптируя скорости передач к меняющимся состояниям нагрузки. 

Коробка передач AutoPowr предлагает выбор между четырьмя режимами работы: полностью автоматический; ручной; режим с педалью акселератора (газа), позволяющий управлять скоростью независимо от числа оборотов двигателя и режим, в котором пользователь может сам определить как работать наилучшим образом и что подходит для данных условий эксплуатации пользователя.

Сконструированная и произведенная фирмой John Deere эксклюзивная коробка передач AutoPowr™ с четырьмя режимами работы механически передает от 55 до 100% мощности, чем достигается максимально возможная эффективность трактора и передача усилия на почву. Благодаря более низкой передаче усилия, снижается охлаждение масла.

Коробка передач John Deere еAutoPowr

Данная коробка передач позволяет достигать максимальной скорости при низком числе оборотов двигателя. Трансмиссия обеспечивает низкую стоимость перевозки, благодаря максимальной скорости в 40 км/ч при 1290 об/мин и в 50 км/ч при 1620 об/мин.

Коробка передач John Deere еAutoPowr была впервые представлена на выставке Agritechnica 2019. Бесступенчатая коробка передач использует новую базовую конструкцию eAutoPowr. В качестве переменного звена здесь используется не гидростатический, а электрический блок. 

Заданные параметры генератора и электродвигателя таковы, что могут снабжать электроэнергией не только привод ходовой части, но и обеспечивать дополнительно электроэнергией до 100 кВт «сторонних потребителей». 

«Сторонними потребителями» могут быть электродвигатели на навесных агрегатах (например, для вентиляторов-воздуходувок сеялок) или прицепы (например, для ведущего моста), а также электроприводы на самом тракторе (например, для вентиляторов или компрессоров). 

Фирма John Deere первой из производителей сельскохозяйственной техники представила бесступенчатую коробку передач с электромеханическим разветвлением мощности. Обеспечение электроэнергией прицепов и навесных агрегатов без дополнительного генератора является еще одним новшеством, а электрификация тракторов могла бы в итоге стать прорывом.

Коробка передач eAutoPowr появится на рынке только с 2021 года, и в начальной фазе предусмотрена только для моделей 8370R и 8410R. Данный узел трансмиссии является еще одним примером тенденции к совокупным концепциям привода.

Бесступенчатая коробка передач VDS 

В последние годы на рынке зарекомендовали себя и концепции бесступенчатых коробок передач австрийской компании VDS. Производитель тракторов Argo выпускает коробку передач, где за основу взята версия VTP450 с тремя диапазонами передвижения вперед и двумя назад.

Данная коробка передач устанавливается с 2017 года на моделях McCormick X6 VT и Landini 6C V-Shift. В первом диапазоне передвижения мощность передается чисто гидростатически (V/R), в последующих диапазонах мощность разветвляется. При высоких тяговых усилиях в нижнем диапазоне скоростей находится, переключаемая вручную, дополнительная ступень передачи скорости, что удваивает количество диапазонов передвижения.

Другой версией VDS является коробка передач VTP450, имеющая на выходе дополнительную ступень передачи. Чисто гидростатическая передача мощности в диапазонах передвижения 1 (V/R) и необходимые для этого два планетарных комплекта являются особенностью передач VDS.

В последние годы CNHI постоянно расширяет свой ассортимент мини-тракторов с бесступенчатой коробкой передач, но сегодня предлагает собственные коробки передач СММ также и для 4-цилиндровых моделей тракторов среднего и верхнего класса мощности. 

Коробка передач CNHI CCM/CVX

Во всех моделях коробок передач установлены гидростатические приводы фирмы Bosch-Rexroth. 

Особенностью является технология двойного сцепления для изменения диапазона передвижения, а также изменения направлений в малых и средних моделях передач. На примере коробок передач CNHI можно особенно четко показать, как у коробок передач с разветвленной мощностью можно механикой «заменить» гидростатику и наоборот. 

У самой большой модели передачи маленькой версии имеются, например, два диапазона передвижения вперед и один гидроблок. Такая передача устанавливается в 6-цилиндровых тракторах с мощностью до 165 кВт (225 л.с.). 

«Средние» модели передач, наоборот, обходятся маленьким гидроблоком, но благодаря удвоенному количеству диапазонов передвижения, могут устанавливаться в тракторах с мощностью до 232 кВт (315 л.с.).

Как и более высокопроизводительные модели в линейке продуктов Case IH, так и тракторы Maxxum по запросу поставляются с бесступенчатой коробкой передач CVX. Это позволяет плавно ускоряться с места до 50 км/ч, что при 1700 об/мин экономит топливо. Для оптимальной передачи мощности в коробках передач CVX используется система двойного сцепления. 

С появлением бесступенчатых коробок передач в самых мощных в мире тракторах Quadtrac теперь также используют технологии CVT. Наряду с максимальной тягой и минимальным давлением на почву, новая модель Quadtrac расходует меньше топлива, что делает ненужным процесс переключения и облегчает водителю труд, связанный с этим переключением. 

У трех новых тракторов Quadtrac CVX коробка передач CVXDrive обеспечивает бесступенчатое ускорение с места до 40 км/ч. Предварительно заданная скорость движения или заданное число оборотов двигателя остаются постоянными; за этим следит программное обеспечение APM, которое оптимально адаптирует управление двигателем и коробкой передач.

Кроме того, концерн CNHI теперь предлагает свою собственную «маленькую» бесступенчатую коробку передач СММ для модельного ряда New Holland T5 AC серии и для моделей серии Case IH и Steyr.

Коробка передач CVT (Continuous Variable Transmission)

Бесступенчатая коробка передач CVT (Continuous Variable Transmission) предназначена для повышения эффективности и уменьшения потребления топлива. CVT имеет масштабное число передаточных отношений, что позволяет найти идеальный баланс мощности и эффективности для выполнения любых работ. Данная коробка передач используется в новых тракторах Case IH с системой AFS Connect и связанными с ними опциями для мощных тракторов.

Фирма Deutz-Fahr в последние годы продолжала усовершенствовать свои модели и разработала собственную коробку передач CVT, которую в настоящее время устанавливает на стандартных тракторах с мощностью до 103 кВт (140 л.с.) под названием T5400 CVT. 

Коробка передач T5400 CVT

У коробки передач два диапазона передвижения вперед, которые автоматически меняются. Кроме того, имеется выбираемая ступень изменения передаточного числа с трассы на поле. Благодаря расположению блока гидроузла на входе коробки передач и отказа от колес с внутренними зубьями, а также пластинчатых тормозов, у коробки передач обтекаемая конструкция, и поэтому теперь она также подходит для узкоколейных тракторов.

Для этого предусмотрена новая модель T3500 CVT, у которой разное соотношение передач и немного упрощенная конструкция (нет ступени перехода с трассы на поле и фрикционной муфты на входе коробки передач).

Новая ветвь привода является результатом многолетних исследований SDF Gruppe и включает в себя новую бесступенчатую коробку передач SDF T7780. Многоступенчатая планетарная коробка передач была скомбинирована с блоком сцепления и двумя гидростатическими блоками для создания новой составной коробки передач (концепция Compound). 

По словам руководства SDF, что касается регулирования мощности потока, эффективности и тягового усилия, то здесь возможно получить мощность, которую в данной отрасли пока невозможно превзойти.

Новая бесступенчатая коробка передач для нового трактора 8280 TTV 

Новая бесступенчатая коробка передач представляет собой интеллектуальную комбинацию ступенчатой планетарной коробки передач, блока сцепления и двух гидростатических агрегатов. 

Результатом данной комбинации является смешанная коробка передач Compound, за счет которой новый трактор 8280 TTV характеризуется мощным ускорением, плавным замедлением и быстрой реакцией на изменения нагрузки.

Простая конструкция коробки передач с двумя автоматически переключаемыми коэффициентами передаточного числа позволяет быстро и автоматически переключаться с более низких на более высокие скорости без каких-либо прерываний тягового усилия. 

При числе оборотов в 1830 об/мин, высокой скорости в 60 км/ч или же при числе оборотов в 1220 об/мин и скорости в 40 км/ч, трактор 8280 TTV демонстрирует свой полный потенциал при выполнении транспортных задач.

С 2014 года фирма Claas устанавливает на своих моделях Arion 500/600 собственную смешанную коробку передач Compound EQ-200 с двумя диапазонами передвижения вперед и одним диапазоном передвижения назад. 

Автоматическое переключение между двумя диапазонами передвижения вперед осуществляется комплектом, состоящим из двух муфт. Реверсирование достигается отклонением гидронасоса. 

Коробка передач Compound EQ-200

Усовершенствованная смешанная передача EQ-220, которая была дополнительно разработана для топ-модели Arion 660, обходится без этого, запуская насос при заднем ходе не смешанной планетарной коробкой передач Compound, а непосредственно дизельным двигателем через дополнительный блок с двойным сцеплением. 

Обратный ход выполняется чисто гидростатикой, и при этом могут появиться более высокие тяговые усилия. Одновременно, при движении вперед, может снижаться давление гидростата и, таким образом, увеличиваться КПД.

В последние годы компания продолжает расширять ассортимент коробок передач Terramatic и Eccom, и теперь фирма CNC также оснащает большие шарнирно-сочлененные тракторы коробками передач Eccom. 

Для больших тракторов Claas Axion 900 фирма ZF поставляет теперь не коробки передач Eccom 3.0, а коробки передач Terramatic TMG 45. 

Версии Eccom 4.5 и 5.0, установленные в моделях Claas Xerion Trac, отличаются продольным дифференциалом и вспомогательным приводом (оба только для Eccom 4.5). 

Фирма John Deere продолжает использовать технику ZF в модели 6R, а в моделях тракторов 7R/8R свои собственные смешанные коробки передач Compound.

В таблице показано актуальное предложение западноевропейского рынка, касающееся бесступенчатых коробок передач тракторов с гидростатико-механическим разветвлением мощности. 

В заключении отметим, что дать однозначный ответ, агрегат с каким типом трансмиссии и КПП будет лучше на полях, невозможно. Каждая техника и каждый тип коробки передач хорош в своем диапазоне задач, и выбор оборудования, которым будет оснащен трактор, учитывая диапазон задач, уже ложится на плечи конструкторов и конечного потребителя. Но за бесступенчатыми коробками передач будущее, и при повышении качества и ресурса работы, а также при условии дальнейшего развития технологий, все больше брендов будут оснащать свои модели тракторов данными КПП. 

По заверению многих аналитиков, техника с бесступенчатыми коробками передач будет продолжать активно внедряться в хозяйства российских аграриев в ближайшие годы.

(подготовлено по материалам специализированного обзора Ассоциации «Росспецмаш»)