3. Εξελιγμένα συστήματα μετάδοσης της κίνησης

Η μεταφορά της περιστροφικής κίνησης του κινητήρα προς τους κινητήριους τροχούς και τα άλλα κινούμενα

μέρη του γεωργικού ελκυστήρα (όπως ο άξονας του δυναμοδότη) πραγματοποιείται με ενδιάμεσους μηχανισμούς

που συνθέτουν το σύστημα μετάδοσης της κίνησης. Στο κεφάλαιο αυτό, γίνεται μία σύντομη παρουσίαση των

μηχανικών και υδραυλικών συστημάτων μετάδοσης της κίνησης. Έμφαση δίνεται στην παρουσίαση των

συστημάτων powerspeed και multispeed. Ειδικότερα περιγράφονται αναλυτικά τα ημιαυτόματα και αυτόματα

κιβώτια τύπου power shift με υδραυλικούς ενεργοποιητές. Το κεφάλαιο ολοκληρώνεται με την παρουσίαση των

κιβωτίων συνεχώς μεταβαλλόμενης σχέσης.

3.1. Εισαγωγή στα μηχανικά και υδραυλικά συστήματα μετάδοσης της κίνησης

Η μεταφορά της περιστροφικής κίνησης του κινητήρα προς τους κινητήριους τροχούς και τα άλλα κινούμενα

μέρη του γεωργικού ελκυστήρα (όπως ο άξονας του δυναμοδότη) πραγματοποιείται με ενδιάμεσους

μηχανισμούς που συνθέτουν το σύστημα μετάδοσης της κίνησης. Το σύστημα μετάδοσης της κίνησης

επιτρέπει: α) τη σύνδεση και αποσύνδεση του κινητήρα από το φορτίο του (η προοδευτική σύνδεση

διασφαλίζει την ομαλή εκκίνηση του ελκυστήρα), β) την αυξομείωση της ταχύτητας με την αντίστοιχη

αυξομείωση της ροπής στρέψης, γ) τη διαφορική κίνηση των κινητήριων τροχών και δ) την αλλαγή

κατεύθυνσης του ελκυστήρα (κίνηση εμπρός - πίσω). Τα συστήματα μετάδοσης της κίνησης διακρίνονται σε

μηχανικά και υδραυλικά (Browning, 1978).

Τα μηχανικά συστήματα μετάδοσης είναι τα πιο διαδεδομένα και περιλαμβάνουν συνήθως έναν

κεντρικό συμπλέκτη, το κιβώτιο ταχυτήτων, το κιβώτιο μείωσης, ένα ή δύο διαφορικά, τα κιβώτια τελικών

μεταδόσεων και μία σειρά άλλων βοηθητικών μηχανισμών, όπως τους άξονες του δυναμοδότη (P.T.O.) των

540/1000 rpm και του συγχρονισμένου (SYNCHRO). Το πλήρες διάγραμμα του μηχανικού συστήματος

μετάδοσης της κίνησης ενός τροχοφόρου γεωργικού ελκυστήρα των 95 HP παρουσιάζεται στην Εικόνα 3.1.

(Lamborghini Trattori, 1988).

Στην κατηγορία των υδραυλικών μεταδόσεων κατατάσσονται: α) τα συστήματα υδροστατικής μετάδοσης και

β) τα συστήματα υδροδυναμικής μετάδοσης. Τα συστήματα υδροδυναμικής μετάδοσης παρουσιάζουν

μειωμένο βαθμό απόδοσης και για το λόγο αυτό χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με μηχανικά συστήματα

μετάδοσης κίνησης.

Εικόνα 3.1 Το διάγραμμα μηχανικού συστήματος μετάδοσης της κίνησης τροχοφόρου γεωργικού ελκυστήρα.

3.1.1 Συμπλέκτες

Συμπλέκτης (clutch) είναι ο μηχανισμός που συνδέει και αποσυνδέει τον κινητήρα από το κιβώτιο ταχυτήτων,

όταν πρόκειται να γίνει αλλαγή σχέσης. Οι συμπλέκτες διακρίνονται σε: α) μηχανικούς και β) υδραυλικούς.

Ο μηχανικός συμπλέκτης τοποθετείται πάνω στον σφόνδυλο του κινητήρα και τα κυριότερα μέρη αυτού

είναι: α) η πλάκα πιέσεως, β) ο μηχανισμός αναρτήσεως, γ) ο δίσκος του συμπλέκτη, δ) ο άξονας του

συμπλέκτη, και ε) ο ωστικός τριβέας. Η λειτουργία του μηχανικού συμπλέκτη βασίζεται στην εξής αρχή: Η

επιφάνεια του σφονδύλου του κινητήρα και η επιφάνεια του δίσκου του συμπλέκτη πιέζονται μεταξύ τους

από μία κάθετη δύναμη (με την επενέργεια των ελατηρίων), ώστε να γίνει εφικτή η μετάδοση της ροπής δια

ξηρής τριβής (Τζιβανόπουλος, 1985). Το μέγεθος της κάθετης δύναμης καθορίζει τη ροπή που μπορεί να

μεταδοθεί. Εάν η μεταδιδόμενη ροπή είναι μικρότερη αυτής της δύναμης, η μετάδοση της ροπής γίνεται χωρίς

ολίσθηση μεταξύ των επιφανειών τριβής. Στην περίπτωση που η μεταδιδόμενη ροπή είναι ίση ή μεγαλύτερη

της δύναμης, η μετάδοση γίνεται με ολίσθηση (Παραδεισιάδης, 2012). Τέλος, όταν πάψει η επενέργεια της

δύναμης, τότε διακόπτεται η μετάδοση της ροπής. Η ενεργοποίηση του συμπλέκτη (σύμπλεξη-αποσύμπλεξη)

γίνεται: α) μηχανικά και β) υδραυλικά. Η μηχανική ενεργοποίηση γίνεται με τη βοήθεια μηχανικών

συνδέσμων και μοχλών αποσύμπλεξης (κοκκοράκια), ενώ η υδραυλική ενεργοποίηση γίνεται με τη βοήθεια

υδραυλικών κυλίνδρων (απαραίτητη προϋπόθεση η ύπαρξη υδραυλικού κυκλώματος).

Τα τελευταία χρόνια, στους μηχανικούς συμπλέκτες, αντί των σπειροειδών ελατηρίων πίεσης,

χρησιμοποιείται ένα διάφραγμα (χτένι). Η πίεση του εξωτερικού χείλους του διαφράγματος που ασκείται

πάνω στην πλάκα πιέσεως, αυξάνεται μέχρι έως ότου το διάφραγμα γίνει επίπεδο (κατάσταση σύμπλεξης) και

μειώνεται καθώς αυτό γίνεται κοίλο (κατάσταση αποσύμπλεξης) (Αλεξάνδρου κ.ά., 2001).

Σε ένα σύστημα μετάδοσης, ο μηχανικός συμπλέκτης μπορεί να μεταδίδει την κίνηση εκτός από το

κιβώτιο ταχυτήτων και σε άλλα μέρη του γεωργικού ελκυστήρα, όπως είναι ο ημιανεξάρτητος άξονας του

δυναμοδότη (P.T.O.). Στην περίπτωση αυτή, ο μηχανικός συμπλέκτης φέρει δύο δίσκους (διπλός

συμπλέκτης). Χαρακτηριστικό του διπλού συμπλέκτη είναι ο κοινός ποδομοχλός που ενεργοποιείται σε δύο

στάδια. Κατά το πρώτο στάδιο αποσυμπλέκεται το κιβώτιο ταχυτήτων και κατά το δεύτερο στάδιο

αποσυμπλέκεται η μετάδοση της κίνησης προς τον άξονα του δυναμοδότη. Στην περίπτωση που υπάρχει

ανεξάρτητος άξονας δυναμοδότη στο σύστημα μετάδοσης του γεωργικού ελκυστήρα, τότε ο διπλός

συμπλέκτης διαφοροποιείται από την προηγούμενη περίπτωση. Ο διπλός συμπλέκτης διαθέτει δύο μοχλούς

ελέγχου. Έναν ποδομοχλό που ελέγχει τον κύριο συμπλέκτη, δηλαδή αυτόν που μεταδίδει την κίνηση προς το

κιβώτιο ταχυτήτων και έναν δεύτερο χειρομοχλό ο οποίος ελέγχει τον συμπλέκτη που μεταδίδει την κίνηση

προς τον άξονα του δυναμοδότη (Τσατσαρέλης, 1997).

Ο υγρός πολύδισκος συμπλέκτης ή συμπλέκτης πολλαπλών δίσκων (Εικόνα 3.2) φέρει έναν μεγάλο

αριθμό μικρών δίσκων με εσωτερική οδόντωση (κινούμενοι δίσκοι), οι οποίοι εναλλάσσονται με δίσκους που

φέρουν εξωτερική περιφερειακή οδόντωση (κινητήριοι δίσκοι), και είναι εμβαπτιζόμενοι σε λουτρό λαδιού

(McCormick Tractors). Οι δίσκοι με την εξωτερική οδόντωση εφαρμόζουν στους πείρους του μεταλλικού

τυμπάνου, το οποίο είναι στερεωμένο πάνω στον κινητήριο άξονα. Αντιθέτως, οι δίσκοι με την εσωτερική

οδόντωση είναι τοποθετημένοι στην πολύσφηνη οδόντωση του κινούμενου άξονα. Η διάταξη αυτή επιτρέπει

σε όλους τους δίσκους, καθώς και στην πλάκα πιέσεως, να μετακινούνται ώστε να δημιουργείται διάκενο

μεταξύ τους. Η αρχή λειτουργίας του υγρού συμπλέκτη είναι παρόμοια με αυτήν του συμπλέκτη ξηρού

τύπου. Η σύμπλεξη μεταξύ των κινητήριων και των κινούμενων στοιχείων του συμπλέκτη επιτυγχάνεται,

όταν ο χειριστής με τη βοήθεια του μοχλού επιλογής κατευθύνει λάδι με πίεση στον υδραυλικό κύλινδρο. Το

έμβολο του υδραυλικού κυλίνδρου μετατοπίζεται υπό την πίεση του λαδιού και συμπιέζει την πλάκα πιέσεως

του συμπλέκτη. Η πλάκα πιέζει όλους τους δίσκους, κινητήριους και κινούμενους, έτσι ώστε να

περιστρέφονται σαν ένα σώμα. Ο συμπλέκτης σταματά να λειτουργεί όταν διακόπτεται η πίεση του εμβόλου

επί της πλάκας πιέσεως. Οι δίσκοι διαχωρίζονται με τη βοήθεια ελατηρίων ή υδραυλικής πίεσης προς την

αντίθετη πλευρά του εμβόλου. Χρησιμοποιούνται κυρίως σε ημιαυτόματα και αυτόματα κιβώτια ταχυτήτων

τύπου power shift για την αυτόματη αλλαγή των σχέσεων (Τσατσαρέλης, 1997).

Εικόνα 3.2 Υγρός πολύδισκος συμπλέκτης.

Ο μετατροπέας ροπής (torque converter) ανήκει στην κατηγορία των υδροδυναμικών μεταδόσεων. Οι

υδροδυναμικές μεταδόσεις χρησιμοποιούν ρευστό μέσο (λάδι) το οποίο κινείται με μεγάλη ταχύτητα, αλλά με

σχετικά χαμηλή πίεση. Ο μετατροπέας ροπής, σε σχέση με τους μηχανικούς συμπλέκτες, προσφέρει

ομαλότερη και ελαστικότερη μετάδοση της κίνησης. Όμως, το βασικό του μειονέκτημα είναι η αδυναμία

απεμπλοκής του κιβωτίου ταχυτήτων από τον κινητήρα (δηλαδή συνδέει σε ένα ενιαίο σύνολο τα δύο

τμήματα της κινηματικής αλυσίδας). Συνδυάζεται με ένα μηχανικό κιβώτιο ταχυτήτων (συνήθως πλανητικό

σύστημα), ώστε να μπορεί να εργάζεται στο πιο αποδοτικό τμήμα της περιοχής λειτουργίας του. Αυτού του

είδους τα συστήματα μετάδοσης χαρακτηρίζονται ως ημιαυτόματα. Όμως, είχαν περιορισμένη διάδοση

επειδή από την φύση τους ολισθαίνουν (πατινάρουν), γεγονός που επιδρά αρνητικά, τόσο στην απόδοση των

μηχανημάτων, όσο και στην κατανάλωση καυσίμου (Τζιβανόπουλος, 1985).

Ο μετατροπέας ροπής (Εικόνα 3.3) αποτελείται από τρία βασικά δομικά στοιχεία: α) την αντλία

(κινητήριο στοιχείο), τον στάτη (σταθερό στοιχείο) και β) τον στρόβιλο (κινούμενο στοιχείο), τα οποία είναι

τοποθετημένα εντός κιβωτίου που περιέχει υδραυλικό λάδι. Η αντλία και ο στρόβιλος έχουν τη μορφή κοίλων

δακτυλίων ημικυκλικής διατομής οι οποίοι φέρουν επίπεδα ακτινικά πτερύγια και τοποθετούνται αντικριστά

με ένα μικρό διάκενο μεταξύ τους. Τα ακτινικά πτερύγια της αντλίας και του στροβίλου τοποθετούνται σε

άνισες αποστάσεις μεταξύ τους, για την αποτροπή θορυβώδους λειτουργίας (Αλεξάνδρου κ.ά., 2001).

Εικόνα 3.3 Μετατροπέας ροπής.

Η μηχανική ενέργεια του κινητήρα μετατρέπεται με τη βοήθεια της αντλίας σε κινητική ενέργεια του

ρευστού μέσου. Η κινητική ενέργεια μεταφέρεται στον στρόβιλο, όπου με τη βοήθεια των πτερυγίων του,

μετατρέπεται και πάλι σε μηχανική ενέργεια. Το ρευστό μέσο, κατά την έξοδο του από το κέντρο του

στροβίλου, κτυπά πάνω στα πτερύγια του στάτη και αλλάζει κατεύθυνση. Με τον τρόπο αυτό, κινείται προς

την κατεύθυνση περιστροφής της αντλίας, αυξάνοντας τη δύναμη στρέψεως και πολλαπλασιάζοντας τη ροπή.

Σε ένα κλειστό κύκλωμα, όπως είναι ο μετατροπέας ροπής, η ροή του ρευστού μέσου είναι συνεχής. Στις

χαμηλές στροφές του κινητήρα, η κινητική ενέργεια του ρευστού μέσου είναι πολύ μικρή. Έτσι, η κίνηση δεν

μεταδίδεται από την αντλία στον στρόβιλο και ο ελκυστήρας δεν κινείται. Όταν θέλουμε να κινηθεί ο

ελκυστήρας, δεν έχουμε παρά να αυξήσουμε τις στροφές του κινητήρα. Υπάρχουν διαθέσιμοι μετατροπείς

ροπής με δύο στάτες και δύο αντλίες, καθώς και άλλοι συνδυασμοί, όλοι όμως βασίζονται στην ίδια αρχή

λειτουργίας (Παραδεισιάδης, 2012).

3.1.2 Μηχανικά κιβώτια

Οι οδοντωτοί τροχοί (γρανάζια) είναι τα στοιχεία μηχανών που χρησιμοποιούνται περισσότερο στη μετάδοση

της κίνησης στους γεωργικούς ελκυστήρες. Σύμφωνα με τη μορφή της οδόντωσης διακρίνονται σε μετωπικά

και ελικοειδή. Η οδόντωση των μετωπικών είναι παράλληλη ως προς τον άξονα περιστροφής. Παρουσιάζουν

μικρή επιφάνεια επαφής και μεταδίδουν την περιστροφική κίνηση συνήθως σε παράλληλους άξονες. Η

οδόντωση των ελικοειδών είναι υπό γωνία ως προς τον άξονα περιστροφής. Παρουσιάζουν μεγαλύτερη

επιφάνεια επαφής και μπορούν να μεταφέρουν μεγάλα φορτία με υψηλές ταχύτητες (Τσατσαρέλης, 1997).

Στον γεωργικό ελκυστήρα για τη σωστή εκμετάλλευση της ισχύος του κινητήρα, απαιτείται αύξηση ή

μείωση της ταχύτητάς του με αντίστοιχη μεταβολή της ροπής στρέψης. Για τον λόγο αυτό χρησιμοποιείται

ένας μηχανισμός που ονομάζεται κιβώτιο ταχυτήτων. Το μηχανικό κιβώτιο ταχυτήτων έπεται του κύριου

συμπλέκτη και περιλαμβάνει ένα σύστημα οδοντωτών τροχών με διαφορετικές διαμέτρους, τους άξονες

(πρωτεύοντα, δευτερεύοντα και ενδιάμεσο), τους τριβείς και τον μηχανισμό αλλαγής των ταχυτήτων.

Ειδικότερα, σκοπός του κιβωτίου ταχυτήτων είναι:

Να παρέχει σταθερό υποπολλαπλασιασμό των στροφών του κινητήρα.

Να παρέχει νεκρό σημείο (να αποσυνδέει τον κινητήρα από το υπόλοιπο σύστημα μετάδοσης).

Να παρέχει αντίστροφη κίνηση (όπισθεν).

Να παρέχει κίνηση στους βοηθητικούς μηχανισμούς (άξονας δυναμοδότη).

Τα μηχανικά κιβώτια ταχυτήτων, ανάλογα με τον τρόπο που συμπλέκονται οι οδοντωτοί τροχοί,

διακρίνονται σε:

Κιβώτια ταχυτήτων με ολισθαίνοντες οδοντωτούς τροχούς.

Κιβώτια ταχυτήτων με ολισθαίνοντα συνδετικά κολλάρα.

Κιβώτια ταχυτήτων με μηχανισμό συγχρονισμού.

Το κιβώτιο ταχυτήτων με ολισθαίνοντες οδοντωτούς τροχούς είναι απλό στην κατασκευή του και

εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σε ορισμένους τύπους γεωργικών ελκυστήρων. Η ονομασία του οφείλεται

στο γεγονός ότι οι οδοντωτοί τροχοί του δευτερεύοντα άξονα ολισθαίνουν κατά μήκος του, για να συνδεθούν

με του οδοντωτούς τροχούς του ενδιάμεσου άξονα χωρίς να περιστρέφονται ελεύθερα. Οι οδοντωτοί τροχοί

φέρουν πάντα μετωπική οδόντωση. Η ολίσθηση γίνεται με ελάσματα (φουρκέτες) που συνδέονται με το

χειρομοχλό επιλογής ταχυτήτων (Τζιβανόπουλος, 1985; Τσατσαρέλης, 1997).

Το κιβώτιο ταχυτήτων με ολισθαίνοντα συνδετικά κολλάρα κατασκευάζεται με διάταξη αξόνων σε σειρά ή

παράλληλη. Οι οδοντωτοί τροχοί του ενδιάμεσου άξονα φέρουν ελικοειδή οδόντωση και βρίσκονται σε

μόνιμη εμπλοκή με τους αντίστοιχους τροχούς του δευτερεύοντα, οι οποίοι περιστρέφονται ελεύθερα πάνω σε

αυτόν. Για να συνδέσουμε έναν από αυτούς τους τροχούς με τον δευτερεύοντα άξονα, μετακινούμε το

συνδετικό κολλάρο το οποίο φέρει ένα εσωτερικό πολύσφηνο. Το εσωτερικό πολύσφηνο του κολλάρου

ολισθαίνει κατά μήκος του εξωτερικού πολύσφηνου που φέρει ένας συνδετικός τροχός. Η σύνδεση του

οδοντωτού τροχού γίνεται, όταν το εσωτερικό πολύσφηνο του κολλάρου συμπλέκεται ταυτόχρονα στο

εξωτερικό πολύσφηνο του συνδετικού οδοντωτού τροχού και στην πλευρική οδόντωση του τροχού του

δευτερεύοντα άξονα (Τζιβανόπουλος, 1985; Τσατσαρέλης, 1997).

Το κιβώτιο ταχυτήτων με μηχανισμό συγχρονισμού, όπως και το κιβώτιο με ολισθαίνοντα κολλάρα,

έχει τους οδοντωτούς τροχούς σε μόνιμη εμπλοκή (Εικόνα 3.4). Η ουσιαστική διαφορά τους είναι η ύπαρξη

ενός μηχανισμού ο οποίος εξισώνει αυτόματα την ταχύτητα περιστροφής των δύο κινούμενων τροχών που

πρόκειται να εμπλακούν. Η αρχή λειτουργίας του μηχανισμού συγχρονισμού βασίζεται στην τριβή. Πρόκειται

για έναν συνδετικό τροχό ο οποίος έχει τη μορφή διπλού κωνικού συμπλέκτη. Για να επιλέξουμε μία

ταχύτητα, μετακινούμε με το χειρομοχλό ταχυτήτων τη φουρκέτα προς τον τροχό που επιδιώκουμε την

εμπλοκή του. Η φουρκέτα μετακινεί το κολλάρο μαζί με τον συνδετικό τροχό πάνω στο πολύσφηνο του

δευτερεύοντα άξονα και ο εσωτερικός κώνος του συνδετικού τροχού εφάπτεται στον εξωτερικό πλευρικό

κώνο του οδοντωτού τροχού της ταχύτητας. Με τον τρόπο αυτό εξισώνεται η ταχύτητα περιστροφής του

συνδετικού τροχού με την ταχύτητα περιστροφής του οδοντωτού τροχού. Εάν συνεχίσουμε να πιέζουμε τον

χειρομοχλό ταχυτήτων να φθάσει στο τέρμα της διαδρομής του, η φουρκέτα συνεχίζει να πιέζει τον συνδετικό

τροχό. Τότε υποχωρούν οι ασφάλειες και το συνδετικό κολλάρο εμπλέκει την πλευρική οδόντωση του τροχού

της ταχύτητας και η κίνηση μεταδίδεται ομαλά στον δευτερεύοντα άξονα (Τζιβανόπουλος, 1985;

Τσατσαρέλης, 1997).

Στα μηχανικά κιβώτια που περιγράψαμε παραπάνω, η μετακίνηση του ολισθαίνοντος τροχού ή

κολλάρου γίνεται με φουρκέτα. Η φουρκέτα στηρίζεται σε μία ράβδο οδηγό, η οποία μετακινείται με τον

χειρομοχλό ταχυτήτων. Ο χειρομοχλός ταχυτήτων έχει μία σφαίρα, η οποία εφαρμόζει στην αντίστοιχη φωλιά

στο κάλυμμα του κιβωτίου και του επιτρέπει να παίρνει διάφορες θέσεις ανάλογα με την ταχύτητα που έχει

επιλεγεί. Ένα σύστημα ασφαλίζει τη ράβδο οδηγό στη θέση που έχει μετακινηθεί, ακόμη και στο νεκρό

σημείο.

Εικόνα 3.4 Συγχρονισμένο κιβώτιο ταχυτήτων.

Στους γεωργικούς ελκυστήρες, για αριθμό ταχυτήτων μεγαλύτερο από πέντε, χρησιμοποιούνται

συχνά κιβώτια προεπιλογής, τα οποία παρέχουν μεγαλύτερο αριθμό ταχυτήτων με τον μικρότερο δυνατό

αριθμό ζευγών οδοντωτών τροχών. Το κιβώτιο προεπιλογής, συνήθως με δύο ή τρεις ταχύτητες, χρησιμεύει

για τη δημιουργία ενδιάμεσων σχέσεων μετάδοσης μεταξύ των σχέσεων του βασικού κιβωτίου. Με την

πρώτη ταχύτητα διατηρούνται οι σχέσεις μετάδοσης του βασικού κιβωτίου ταχυτήτων (βαθμίδα λαγός), ενώ

με τις άλλες δύο ταχύτητες δημιουργούνται οι ενδιάμεσες σχέσεις μετάδοσης (βαθμίδες χελώνας και

σαλιγκάρι). Ουσιαστικά, πρόκειται για τη σύνδεση δύο διαφορετικών κιβωτίων σε σειρά. Για κάθε ένα από

αυτά προβλέπεται να γίνεται ανεξάρτητη επιλογή ταχύτητας. Έτσι, ο συνολικός αριθμός ταχυτήτων είναι ίσος

προς το γινόμενο του αριθμού των ταχυτήτων του κιβωτίου προεπιλογής επί του αριθμού των ταχυτήτων του

βασικού κιβωτίου (Παραδεισιάδης, 2012).

Το κιβώτιο μείωσης (reduction gear box), συνήθως με τρεις ή τέσσερεις ταχύτητες, χρησιμεύει για

την επέκταση του εύρους των σχέσεων μετάδοσης του βασικού κιβωτίου. Η πρώτη σχέση μετάδοσής του

είναι H=1, ενώ η δεύτερη είναι ίση προς το γινόμενο του λόγου μεγίστης-ελαχίστης σχέσης επί το βήμα

μεταξύ των διαδοχικών σχέσεων του βασικού κιβωτίου (Ν=3 ÷ 4). Ανάλογα επιλέγονται οι υπόλοιπες σχέσεις

του κιβωτίου μείωσης (L=9,64 και SR=27,12) (Παραδεισιάδης, 2012).

Το κιβώτιο προεπιλογής τοποθετείται μπροστά από το βασικό κιβώτιο, γιατί σε αντίθετη περίπτωση οι

διαστάσεις του θα έπρεπε να υπολογιστούν με βάση τη μέγιστη ροπή εξόδου του βασικού κιβωτίου. Το

κιβώτιο μείωσης τοποθετείται μετά το βασικό κιβώτιο, ώστε η μεγάλη αύξηση της ροπής που προκαλούν οι

υψηλές σχέσεις του να μην επηρεάζει τις διαστάσεις του βασικού κιβωτίου.

3.1.3 Πλανητικά κιβώτια

Τα πλανητικά κιβώτια ταχυτήτων αποτελούνται από ένα σύστημα οδοντωτών τροχών, οι οποίοι βρίσκονται

σε πλανητική διάταξη (μόνιμη σύμπλεξη) και λειτουργούν όπως το ηλιακό μας σύστημα (Παραδεισιάδης,

2012). Ένα απλό πλανητικό κιβώτιο αποτελείται από τρία μέλη με ομόκεντρους άξονες:

Τον ήλιο, ο οποίος βρίσκεται στο κέντρο του συστήματος.

Τους πλανήτες (συνήθως τρεις), οι οποίοι εδράζονται σε έναν ειδικό φορέα.

Την στεφάνη, η οποία περικλείει το όλο σύστημα.

Οι πλανήτες περιστρέφονται ελεύθερα γύρω από τον άξονά τους, ώστε ο φορέας των πλανητών να

περιστρέφεται ως προς τον ήλιο και τη στεφάνη, μέσω της κύλισης των πλανητών επί της εξωτερικής

οδόντωσης του ήλιου και της εσωτερικής οδόντωσης της στεφάνης. Κατά τη λειτουργία του πλανητικού

συστήματος, με τη βοήθεια του πολύδισκου συμπλέκτη και της πέδης (Εικόνα 3.5), είναι δυνατόν να

προκύψουν οι παρακάτω καταστάσεις κίνησης (Τζιβανόπουλος, 1985; Τσατσαρέλης, 1997):

Όταν απενεργοποιείται ο συμπλέκτης και αντίστοιχα ενεργοποιείται η πέδη, η στεφάνη του πλανητικού

συστήματος ακινητοποιείται. Η κίνηση από τον ήλιο μεταδίδεται στον φορέα των πλανητών ο οποίος

κινείται με την ίδια φορά περιστροφής, αλλά με μειωμένη ταχύτητα (χαμηλή ταχύτητα).

Όταν ενεργοποιείται ο συμπλέκτης και αντίστοιχα απενεργοποιείται η πέδη, ο ήλιος και η στεφάνη είναι

σταθερά συνδεδεμένοι μεταξύ τους. Το πλανητικό σύστημα γίνεται ένα σώμα και η κίνηση από τον ήλιο

μεταδίδεται ολόκληρη στον φορέα του πλανητικού συστήματος (υψηλή ταχύτητα).

Όταν απενεργοποιείται ο συμπλέκτης και ταυτόχρονα απενεργοποιείται η πέδη, τα τρία μέλη του

πλανητικού συστήματος κινούνται ελεύθερα (δηλαδή κανένα από αυτά δεν είναι συνδεδεμένο ή

ακινητοποιημένο). Η κίνηση από τον ήλιο, δεν μεταδίδεται στον φορέα, δηλαδή στον άξονα εξόδου του

πλανητικού συστήματος (νεκρό σημείο).

Εικόνα 3.5 Σχηματική παράσταση πλανητικού συστήματος.

Για την κατασκευή πλανητικών κιβωτίων με περισσότερες ταχύτητες συνδυάζονται ή συνδέονται

περισσότερες πλανητικές μονάδες.

3.1.4 Υδροστατικά κιβώτια

Στους γεωργικούς ελκυστήρες, τα μηχανικά κιβώτια είναι δυνατόν να αντικατασταθούν από υδροστατικά. Τα

υδροστατικά κιβώτια έχουν ως αποστολή, να λαμβάνουν μηχανική ισχύ με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά

(ροπής και στροφών) και να τη μετατρέπουν πάλι σε μηχανική ισχύ, αλλά με διαφορετικά χαρακτηριστικά

(Παναγιωτόπουλος, 1997). Τα υδροστατικά κιβώτια είναι υδραυλικά συστήματα ισχύος αποτελούμενα, στην

πιο απλή τους μορφή, από ένα ζεύγος υδραυλικής αντλίας-υδραυλικού κινητήρα που συνεργάζονται για την

αποτελεσματική μεταφορά της ισχύος, υπό τη μορφή ροπής στρέψεως. Ο κινητήρας μετατρέπει την

υδραυλική ενέργεια του ρευστού μέσου που διοχετεύεται σε αυτόν υπό πίεση μέσω της συζευγμένης στο

κύκλωμα αντλίας, σε μηχανική ενέργεια περιστροφικής κίνησης. Στα κυκλώματα αυτά, οι στροφές της

αντλίας λαμβάνονται ως σταθερές. Η μεταβολή των στροφών της αντλίας, γεγονός που συμβαίνει στην

πράξη, έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία και άλλων συνδυασμών.

Εικόνα 3.6 Υδροστατική μετάδοση με αντλία μεταβλητού εκτοπίσματος και υδραυλικό κινητήρα σταθερού εκτοπίσματος.

Τα τέσσερα υδραυλικά στοιχεία που δίνουν το συνδυασμό αντλίας-κινητήρα είναι: αντλία σταθερού

εκτοπίσματος, αντλία μεταβλητού εκτοπίσματος, κινητήρας σταθερού εκτοπίσματος και κινητήρας

μεταβλητού εκτοπίσματος. Ο συνδυασμός των ανωτέρω υδραυλικών στοιχείων σε ένα υδροστατικό σύστημα

δίνει διαφορετικά χαρακτηριστικά λειτουργίας στην έξοδό του. Για παράδειγμα, σε ένα υδροστατικό κιβώτιο

με αντλία μεταβλητού εκτοπίσματος και υδραυλικό κινητήρα σταθερού εκτοπίσματος (Εικόνα 3.6), η

ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα εξαρτάται αποκλειστικά από την παροχή της αντλίας. Επειδή όμως ο

υδραυλικός κινητήρας, είναι συνδεδεμένος με τους κινητήριους τροχούς, η ταχύτητα και η διεύθυνση

κινήσεως του ελκυστήρα εξαρτάται από τη θέση της πλάκας αντλήσεως της αντλίας (Μαυρίδης, 1987).

Τα πλεονεκτήματα ενός υδροστατικού συστήματος είναι: α) απεριόριστη και αδιαβάθμητη μεταβολή των

στροφών και της ροπής στρέψης, β) έλεγχος της ταχύτητας και της ροπής στρέψης του κινητήρα από

απόσταση και με μεγάλη ακρίβεια, γ) άμεση και δίχως κραδασμούς αναστροφή της περιστροφικής κίνησης

του κινητήρα, δ) εύκολος χειρισμός σε περίπτωση βλάβης (Κωστόπουλος, 1999).

Οι σύγχρονοι γεωργικοί ελκυστήρες συνδυάζουν πολύπλοκα μηχανικά και υδραυλικά συστήματα για

τη μετάδοση της κίνησης (Γράβαλος κ.ά., 2009), τα οποία ελέγχονται από ηλεκτρονικές διατάξεις και

πρόκειται να αναλυθούν λεπτομερέστερα στα επόμενα υποκεφάλαια.

3.2. Χειροκίνητο-ημιαυτόματο κιβώτιο με επικυκλικό σύστημα οδοντωτών τροχών

Ο αριθμός των σχέσεων του κιβωτίου ταχυτήτων ενός γεωργικού ελκυστήρα, επηρεάζει σημαντικά τόσο το

αποτέλεσμα της εκτελούμενης εργασίας, όσο και την κατανάλωση του καυσίμου. Έτσι, νεώτεροι τύποι

γεωργικών ελκυστήρων είναι εξοπλισμένοι με επικυκλικά (πλανητικά) συστήματα που προσφέρουν μεγάλο

αριθμό ενδιάμεσων σχέσεων και επιτρέπουν την αλλαγή των ταχυτήτων εν κινήσει.

3.2.1 Επικυκλικό σύστημα powerspeed

Το επικυκλικό σύστημα powerspeed είναι ένα κιβώτιο προεπιλογής του οποίου οι δύο σχέσεις συμπλέκονται

υπό φορτίο και χωρίς να ασκηθεί οποιαδήποτε πίεση στον ποδομοχλό του κύριου συμπλέκτη. Η

ενεργοποίηση των σχέσεων του συστήματος powerspeed γίνεται ηλεκτροϋδραυλικά με τη βοήθεια ενός

κοινού διακόπτη δύο θέσεων (Lamborghini Trattori, 1988) που έχει κεκλιμένη την πιεστική επιφάνεια (rocker

switch) και είναι τοποθετημένος επί του χειρομοχλού επιλογής των ταχυτήτων (Εικόνα 3.7). Με τον τρόπο

αυτό, ο αριθμός των ταχυτήτων διπλασιάζεται. Για παράδειγμα σε ένα κιβώτιο με 20 πρόσθιες + 20 οπίσθιες

ταχύτητες και τελική ταχύτητα 40 km/h, με την βοήθεια του επικυκλικού συστήματος powerspeed, ο

συνολικός αριθμός των ταχυτήτων γίνεται: 40 πρόσθιες + 40 οπίσθιες ταχύτητες.

Εικόνα 3.7 Ο διακόπτης δύο θέσεων του επικυκλικού συστήματος powerspeed.

Το σύστημα powerspeed αποτελείται από δύο επικυκλικά συστήματα οδοντωτών τροχών και έναν

υγρό πολύδισκο συμπλέκτη (multidisc clutch). Όταν ενεργοποιείται ο υγρός πολύδισκος συμπλέκτης (f), ο

ήλιος (a) και ο φορέας των πλανητών (sp) συνδέονται σταθερά (Εικόνα 3.8). Το σύστημα περιστρέφεται ως

ένα σώμα και η σχέση μετάδοσης είναι 1. Όταν απενεργοποιείται ο υγρός πολύδισκος συμπλέκτης (f), οι

πλανήτες (s) με τον ήλιο (a) κινούνται ελεύθερα (Εικόνα 3.9). Έτσι, ο άξονας εξόδου προς τους κινητήριους

τροχούς συνεχίζει να περιστρέφεται με μικρότερη ταχύτητα (μειωμένη κατά 17%) διαμέσου του ήλιου (b).

Εικόνα 3.8 Η γρήγορη σχέση (λαγός) του επικυκλικού συστήματος powerspeed.

Εικόνα 3.9 Η αργή σχέση (χελώνα) του επικυκλικού συστήματος powerspeed.

3.2.2 Επικυκλικό σύστημα multispeed

Το επικυκλικό σύστημα multispeed όπως και το powerspeed είναι ένα κιβώτιο προεπιλογής του οποίου οι

τρεις σχέσεις (Πίνακας 3.1) συμπλέκονται υπό φορτίο και χωρίς να ασκηθεί οποιαδήποτε πίεση στον

ποδομοχλό του κύριου συμπλέκτη. Το σύστημα multispeed αποτελείται από έναν επικυκλικό μειωτήρα

στροφών και τρεις υγρούς πολύδισκους συμπλέκτες (Low-Med-High) (Εικόνα 3.10). Το κιβώτιο αυτό

βρίσκεται μεταξύ κύριου συμπλέκτη και κινητήρα. Ο επικυκλικός μειωτήρας στροφών συμπλέκεται και

αποσυμπλέκεται επιλεκτικά με τη βοήθεια των τριών συμπλεκτών οι οποίοι ενεργοποιούνται

ηλεκτροϋδραυλικά (Εικόνα 3.11) από έναν κοινό διακόπτη τριών θέσεων που έχει κεκλιμένη την πιεστική

επιφάνεια και είναι τοποθετημένος επί του χειρομοχλού επιλογής των ταχυτήτων (Same-Lamborghini-

Hürlimann, 1992).

Επιλέγοντας την γρήγορη σχέση (λαγός), ο συμπλέκτης Med διακόπτει την λειτουργία του, καθώς η

δύναμη των ελατηρίων Belleville έχει ξεπεραστεί από την υδραυλική πίεση. Ταυτόχρονα, ενεργοποιείται ο

συμπλέκτης High ο οποίος συνδέει σταθερά τον φορέα των πλανητών με την στεφάνη, έτσι ώστε ο άξονας

εξόδου να περιστρέφεται κατά την ίδια φορά με τη στεφάνη, δηλαδή με τον κινητήριο άξονα και η σχέση

μετάδοσης είναι 1. Επιλέγοντας την αργή σχέση (σαλιγκάρι), ο συμπλέκτης Med διακόπτει την λειτουργία

του, καθώς η δύναμη των ελατηρίων Belleville έχει ξεπεραστεί από την υδραυλική πίεση. Ταυτόχρονα,

ενεργοποιείται ο συμπλέκτης Low ο οποίος κρατά τον ήλιο ακίνητο, έτσι ώστε η περιστρεφόμενη στεφάνη να

εξαναγκάζει τους πλανήτες σε κύλιση πάνω στον ήλιο και ο άξονας εξόδου να περιστρέφεται με μικρότερη

ταχύτητα (η σχέση μετάδοσης είναι 0,695). Επιλέγοντας την μεσαία σχέση (χελώνα), το σύστημα multispeed

απομονώνεται εντελώς από το υδραυλικό κύκλωμα ελέγχου των τριών συμπλεκτών και τα ελατήρια

Belleville ενεργοποιούν τον συμπλέκτη Med. Ο συμπλέκτης Med κρατά τον εσωτερικό κοίλο άξονα ακίνητο,

έτσι ώστε η περιστρεφόμενη στεφάνη να εξαναγκάζει τον μεγαλύτερο από τους πλανήτες σε κύλιση πάνω

στην οδόντωση του ακίνητου κοίλου άξονα και ο άξονας εξόδου να περιστρέφεται με μικρότερη ταχύτητα (η

σχέση μετάδοσης είναι 0,828).

Συμπλέκτης Low Med High

Αριθμός δίσκων 4 2 2

Διάμετρος δίσκων mm 129,5 129,5 129,5

Αριθμός ενδιάμεσων

δίσκων 3+1 2+1 2+1

Πίεση λειτουργίας bar 18 18 18

Επικυκλικός μειωτήρας στροφών

Αργή σχέση (σαλιγκάρι) 1+(32/72)=1,444

Μεσαία σχέση (χελώνα) 1+(20x18)/(72x24)=1,208

Γρήγορη σχέση (λαγός) 1

Πίνακας 3.1 Τεχνικά χαρακτηριστικά του επικυκλικού συστήματος multispeed.

Εικόνα 3.10 Σχηματική παράσταση του επικυκλικού συστήματος multispeed.

Εικόνα 3.11 Σχηματική παράσταση του υδραυλικού κυκλώματος των τριών πολύδισκων συμπλεκτών του επικυκλικού

συστήματος multispeed.

Α. Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα κατευθύνσεως (πίεση λειτουργίας 18 bar), B. Αντεπίστροφη βαλβίδα επιλογής, C. Ρυθμιστής

ροής με βαλβίδα αντεπιστροφής.

Στην Εικόνα 3.12 παρουσιάζεται ένα χειροκίνητο-ημιαυτόματο κιβώτιο τύπου power shift για

γεωργικούς ελκυστήρες. Το κιβώτιο αυτό, περιλαμβάνει ένα επικυκλικό σύστημα multispeed ως κιβώτιο

προεπιλογής, το βασικό κιβώτιο και ένα κιβώτιο μείωσης, αποδίδοντας συνολικά 27 εμπρόσθιες και 27

οπίσθιες ταχύτητες. Το χαρακτηριστικό γνώρισμα του επικυκλικού συστήματος multispeed που το καθιστά

κατάλληλο για το χειροκίνητο-ημιαυτόματο κιβώτιο, είναι ότι για την αλλαγή των ενδιάμεσων ταχυτήτων δεν

χρειάζεται να μετακινηθεί κάποιο ή κάποια στοιχεία από τα οποία αποτελείται. Το μόνο που απαιτείται είναι

η απελευθέρωση ή συγκράτηση κάποιων από αυτά (με συμπλέκτες και πέδες). Στο βασικό κιβώτιο, οι τρεις

ταχύτητες και ο αναστροφέας κατεύθυνσης κίνησης (reverse gear unit) εμπλέκονται μέσω του κύριου

πολύδισκου υγρού συμπλέκτη. Κατά την αλλαγή από την 1η στην 2η ταχύτητα και αντιστρόφως, μετακινείται

ο συνδετικός τροχός του κοινού μηχανισμού συγχρονισμού επάνω στο πολύσφηνο του άξονα και ο

εσωτερικός κώνος του συνδετικού τροχού εφάπτεται στον εξωτερικό πλευρικό κώνο του οδοντωτού τροχού

της ταχύτητας. Η αλλαγή της 3ης ταχύτητας γίνεται με τον ίδιο τρόπο, μέσω του δικού της μηχανισμού

συγχρονισμού. Το κιβώτιο μείωσης περιλαμβάνει δύο ταχύτητες, μία αργή S (slow) και μία γρήγορη V (fast).

Η αλλαγή των ταχυτήτων γίνεται από τον ίδιο τον χειρομοχλό ελέγχου του βασικού κιβωτίου, αφού

προηγουμένως ο χειριστής πιέσει τον ποδομοχλό του κύριου πολύδισκου υγρού συμπλέκτη. Επιπλέον, το

κιβώτιο μείωσης περιλαμβάνει μία μονάδα υπερ-μειωτήρα (super-reduction gear unit) η οποία ελέγχεται από

ανεξάρτητο χειρομοχλό. Οι σχέσεις μετάδοσης που προκύπτουν από τη συνέργεια του βασικού κιβωτίου

ταχυτήτων με το επικυκλικό σύστημα multispeed και το κιβώτιο μείωσης παρουσιάζονται στον Πίνακα 3.2.

Εικόνα 3.12 Σχηματική παράσταση χειροκίνητου-ημιαυτόματου κιβωτίου τύπου power shift του ελκυστήρα Lamborghini

Formula 135V, στην οποία δεν εικονίζεται το κιβώτιο μείωσης.

Κιβώτιο ταχυτήτων

1 20/40=1/2,1500

2 28/36=1/1,2857

3 36/28=1/0,7778

Επικυκλικό σύστημα multispeed

L (93+42/93)=1,4516

N 1+(24/93 x 33/42)=1,2028

H 1

Αναστροφέας κατεύθυνσης

κίνησης

A 1

R (24/33) x (33/29) x (36/28)=1,0640

Κιβώτιο μείωσης

SR (48/21) x (43/26) x (67+17/17)=18,678

S (48/21) x (43/26)=3,7802

V 1

Πίνακας 3.2 Οι σχέσεις μετάδοσης χειροκίνητου-ημιαυτόματου κιβωτίου τύπου power shift.

3.3. Ημιαυτόματο κιβώτιο ταχυτήτων power shift

Τα ημιαυτόματα κιβώτια (semi-automatic gearboxes) είναι κατά βάση μηχανικά κιβώτια αλλαγής ταχυτήτων

υπό φορτίο. Κατασκευάζονται ως συνδυασμός ενός βασικού κιβωτίου ταχυτήτων με υποβοηθητικό

υδροστατικό σύστημα και ενός επικυκλικού (πλανητικού) συστήματος. Ο χειριστής επιλέγει την επιθυμητή

ταχύτητα με χειρομοχλό ή πλήκτρο και η εμπλοκή της κατά την εκκίνηση ή η αλλαγή της κατά τη διάρκεια

της πορείας εκτελείται αυτόματα από έναν ηλεκτρο-ϋδραυλικό μηχανισμό. Τα ημιαυτόματα κιβώτια

παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτήματα (άνετη οδήγηση, έγκαιρη και γρήγορη αλλαγή των ταχυτήτων)

έναντι των χειροκίνητων και για το λόγο αυτό διευρύνεται διαρκώς η χρήση τους.

Στην Εικόνα 3.13 παρουσιάζεται ένα ημιαυτόματο κιβώτιο ταχυτήτων power shift για γεωργικούς

ελκυστήρες. Το κιβώτιο αυτό, περιλαμβάνει το επικυκλικό σύστημα multispeed ως κιβώτιο προεπιλογής, το

βασικό κιβώτιο ταχυτήτων με υποβοηθητικό υδροστατικό σύστημα και ένα κιβώτιο μείωσης, αποδίδοντας

συνολικά 27 εμπρόσθιες και 27 οπίσθιες ταχύτητες. Στο βασικό κιβώτιο, η αλλαγή των τριών ταχυτήτων

γίνεται αυτόματα χωρίς την ενεργοποίηση του κύριου υγρού συμπλέκτη. Δηλαδή, η αλλαγή των ταχυτήτων

γίνεται χωρίς διακοπή της ροής ισχύος προς τους κινητήριους τροχούς. Για την αλλαγή των ταχυτήτων

χρησιμοποιούνται ηλεκτροϋδραυλικά ενεργοποιούμενοι πολύδισκοι συμπλέκτες. Η σύμπλεξη του

αναστροφέα κατεύθυνσης κίνησης γίνεται χειροκίνητα μέσω του κύριου υγρού συμπλέκτη. Στην Εικόνα 3.14

παρουσιάζεται το κιβώτιο μείωσης το οποίο περιλαμβάνει δύο ταχύτητες, μία αργή S (slow) και μία γρήγορη

V (fast). Η αλλαγή των ταχυτήτων γίνεται χειροκίνητα, αφού προηγουμένως ο χειριστής πιέσει τον

ποδομοχλό του κύριου υγρού συμπλέκτη. Επιπλέον, το κιβώτιο μείωσης περιλαμβάνει τη μονάδα του υπερ-

μειωτήρα (super-reduction gear unit) και τον συμπλέκτη του εμπρόσθιου διαφορικού. Ο υπερ-μειωτήρας

ελέγχεται από ανεξάρτητο χειρομοχλό.

Εικόνα 3.13 Σχηματική παράσταση ημιαυτόματου κιβωτίου power shift του γεωργικού ελκυστήρα Lamborghini Racing

165, στην οποία δεν εικονίζεται το κιβώτιο μείωσης.

Εικόνα 3.14 Σχηματική παράσταση του κιβωτίου μείωσης του γεωργικού ελκυστήρα Lamborghini Racing 165.

1. Μονάδα υπερ-μειωτήρα, 2. Διπλός οδοντωτός τροχός αργής και γρήγορης ταχύτητας μαζί με τον μηχανισμό

συγχρονισμού, 3. Συμπλέκτης εμπρόσθιου διαφορικού.

Εικόνα 3.15 Ένα ολοκληρωμένο σύστημα μετάδοσης κίνησης τύπου power shift το οποίο χρησιμοποιείται για

εκπαιδευτικούς σκοπούς (Technical training center at the Same Deutz-Fahr Academy in Treviglio).

Στο ημιαυτόματο κιβώτιο power shift, η αλλαγή των ταχυτήτων στο κιβώτιο μείωσης και η σύμπλεξη

του αναστροφέα κατεύθυνσης κίνησης, όπως ήδη αναφέρθηκε ανωτέρω, γίνονται πάντα με την επενέργεια

του κύριου υγρού συμπλέκτη. Η μονάδα του κύριου συμπλέκτη αποτελείται από τον ποδομοχλό ελέγχου, τη

βαλβίδα ελέγχου, την αντεπίστροφη βαλβίδα, τον ακροδέκτη πολλαπλών υποδοχών και τον υγρό πολύδισκο

συμπλέκτη.

Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα διάφορα στάδια λειτουργίας του ηλεκτρο-ϋδραυλικού κυκλώματος

του κύριου συμπλέκτη:

Α). Όταν ο κινητήρας είναι εκτός λειτουργίας, ο κύριος υγρός συμπλέκτης είναι απενεργοποιημένος λόγω της

δράσης του ελατηρίου (1) και η δίοδος (a) του συμπλέκτη συνδέεται απευθείας με τη δίοδο αποστράγγισης

διαμέσου του ολισθαίνοντος εμβόλου (2) (Εικόνα 3.16).

Β). Όταν ο κινητήρας είναι σε λειτουργία, η υδραυλική αντλία (3) στέλνει λάδι υπό πίεση στην βαλβίδα

ελέγχου (4). Εάν ο χειριστής του γεωργικού ελκυστήρα δεν πιέσει τον ποδομοχλό του συμπλέκτη, η ροή του

λαδιού διοχετεύεται μέσω της βαλβίδας ελέγχου (4) στην δίοδο (b). Στη συνέχεια το λάδι καταλαμβάνει τον

θάλαμο (c) και από εκεί μέσω της διόδου (d) κατευθύνεται αντίθετα προς το ολισθαίνον έμβολο. Καθώς δεν

έχει επιλεγεί ο αναστροφέας κατεύθυνσης κίνησης, ο θάλαμος (e) είναι κλειστός και το ολισθαίνον έμβολο

(2) διατηρείται στην θέση του λόγω της δράσης του ελατηρίου (5) (Εικόνα 3.16).

Γ). Όταν έχει επιλεγεί ο αναστροφέας κατεύθυνσης κίνησης (χωρίς να γίνει χρήση του ποδομοχλού του

συμπλέκτη), η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου (ECU) (6) ενεργοποιεί την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα (7) η

οποία ελέγχει την αντεπίστροφη βαλβίδα (8). Το λάδι υπό πίεση διοχετεύεται στον θάλαμο (X) της

ανεπίστροφης βαλβίδας με αποτέλεσμα να μετακινηθεί το έμβολο (9), ενώ το λάδι από το θάλαμο (X1)

επιστρέφει πίσω στη δεξαμενή. Καθώς μετακινείται το έμβολο (9), ελευθερώνεται η δίοδος που φράζει τον

αγωγό (f) με αποτέλεσμα το εγκλωβισμένο λάδι από το θάλαμο (e) να κατευθύνεται προς το κύκλωμα

επιστροφής και να μειώνεται η πίεση. Αντιθέτως, η πίεση στο θάλαμο (g) παραμένει αμετάβλητη και η

αναπτυσσόμενη δύναμη υπερνικά την αντίσταση του ελατηρίου (5) μετακινώντας το ολισθαίνον έμβολο (2)

προς τα πάνω. Με τον τρόπο αυτό, ο θάλαμος (c) διασυνδέεται με τη δίοδο (a) και ενεργοποιείται ο υγρός

πολύδισκος συμπλέκτης (Εικόνα 3.17).

Δ). Όταν ο χειριστής πιέσει μερικώς τον ποδομοχλό με τον ελκυστήρα σε κίνηση, μία ποσότητα λαδιού από

την υδραυλική αντλία (3) αποφορτίζεται μέσω της βαλβίδας ελέγχου (4). Τότε μειώνεται η πίεση στη δίοδο

(b), στον θάλαμο (c) και στη δίοδο (a) (Εικόνα 3.18).

Ε). Όταν ο χειριστής πιέσει πλήρως τον ποδομοχλό με τον ελκυστήρα σε κίνηση, το συμπιεσμένο λάδι από τη

δίοδο (a) επιστρέφει στην δεξαμενή. Καθώς η πίεση στον θάλαμο (g) μηδενίζεται, το ολισθαίνον έμβολο (2)

ωθείται προς τα κάτω από τη δύναμη του ελατηρίου (5) με τον τρόπο αυτό γίνεται σύνδεση μεταξύ των

διόδων (a) και (h) και ελευθερώνεται ο συμπλέκτης (Εικόνα 3.19). Έτσι, ο έλεγχος ταχυτήτων μπορεί να γίνει

πλέον με μηχανικό τρόπο.

Εικόνα 3.16 Σχηματική παράσταση λειτουργίας του ηλεκτροϋδραυλικού κυκλώματος του υγρού συμπλέκτη όταν ο

κινητήρας είναι σε λειτουργία (του γεωργικού ελκυστήρα Lamborghini Victory 230/260).

Εικόνα 3.17 Σχηματική παράσταση λειτουργίας του ηλεκτροϋδραυλικού κυκλώματος του υγρού συμπλέκτη όταν έχει

επιλεγεί ο αναστροφέας κατεύθυνσης κίνησης (του γεωργικού ελκυστήρα Lamborghini Victory 230/260).

Εικόνα 3.18 Σχηματική παράσταση λειτουργίας του ηλεκτροϋδραυλικού κυκλώματος του υγρού συμπλέκτη όταν ο χειριστής

πιέσει μερικώς τον ποδομοχλό με τον ελκυστήρα σε κίνηση (του γεωργικού ελκυστήρα Lamborghini Victory 230/260).

Εικόνα 3.19 Σχηματική παράσταση λειτουργίας του ηλεκτροϋδραυλικού κυκλώματος του υγρού συμπλέκτη όταν ο χειριστής

πιέσει πλήρως τον ποδομοχλό με τον ελκυστήρα σε κίνηση (του γεωργικού ελκυστήρα Lamborghini Victory 230/260).

Το βασικό κιβώτιο ταχυτήτων, για την ενεργοποίηση των υγρών πολύδισκων συμπλεκτών, έχει και

ένα υποβοηθητικό υδροστατικό σύστημα. Το υδροστατικό σύστημα περιλαμβάνει δεξαμενή λαδιού,

υδραυλική αντλία, φίλτρο, ψυγείο λαδιού, σωληνώσεις, βαλβίδες ελέγχου πίεσης, βαλβίδες ελέγχου ροής

λαδιού και υγρούς πολύδισκους συμπλέκτες. Το βασικό κιβώτιο ταχυτήτων, εκτός του υδροστατικού

συστήματος, διαθέτει ένα ηλεκτρονικό σύστημα για τον έλεγχο και την επιλογή της κατάλληλης σχέσης. Η

ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου (ECU) του κιβωτίου power shift διαχειρίζεται με αυτόματο τρόπο όλες τις

ενδιάμεσες αλλαγές ταχυτήτων που απαιτούνται για να γίνει η μετακίνηση από την τρέχουσα επιλεγμένη

ταχύτητα προς την ταχύτητα που επιθυμεί ο χειριστής του γεωργικού ελκυστήρα. Η κάθε ταχύτητα θα

παραμείνει σε εμπλοκή για ορισμένο χρονικό διάστημα πριν γίνει η εμπλοκή της επόμενης. Αυτό επιτρέπει

στην ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα να ομαλοποιηθεί πριν πραγματοποιηθεί η επόμενη αλλαγή. Αυτό

δεν ισχύει όταν ο χειριστής επιλέξει μία ταχύτητα που γειτνιάζει άμεσα με την τρέχουσα. Στην Εικόνα 3.20

παρουσιάζονται οι επιλεγόμενες ταχύτητες, η ροή της ισχύος και οι αντίστοιχοι ενεργοποιούμενοι υγροί

πολύδισκοι συμπλέκτες, ενός κιβωτίου τύπου power shift με τέσσερεις εμπρόσθιες και τέσσερις οπίσθιες

ταχύτητες (McCormick Tractors). Κάθε φορά που η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου πραγματοποιεί αλλαγή

ταχύτητας, μετρά την πίεση του λαδιού που παρέχεται στους υγρούς πολύδισκους συμπλέκτες, ώστε η

εμπλοκή να γίνεται βαθμιαία και ομαλά (Εικόνα 3.21) (Same-Lamborghini-Hürlimann, 1992).

Εικόνα 3.20 Οι επιλεγόμενες ταχύτητες, η ροή της ισχύος και οι αντίστοιχοι ενεργοποιούμενοι υγροί πολύδισκοι

συμπλέκτες, ενός κιβωτίου power shift.

Εικόνα 3.21 Διάγραμμα υδραυλικών πιέσεων των υγρών πολύδισκων συμπλεκτών ημιαυτόματου κιβωτίου power shift, κατά την εναλλαγή των σχέσεων.

Τα ημιαυτόματα κιβώτια power shift παρουσιάζουν τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

Έχουν λιγότερα κινούμενα μέρη (έχουν λιγότερους άξονες, δεν έχουν φουρκέτες, μηχανισμούς

συγχρονισμού, μοχλούς) και επομένως εμφανίζουν μικρότερες φθορές και βλάβες.

Δεν έχουν μηχανικό συμπλέκτη αλλά υγρούς πολύδισκους συμπλέκτες, που μπορούν να μεταφέρουν

υψηλές ροπές στρέψης χωρίς ολίσθηση, υπερθερμάνσεις και φθορές.

Η αλλαγή των ταχυτήτων γίνεται ηλεκτροϋδραυλικά, γρήγορα, χωρίς πάτημα του συμπλέκτη, χωρίς να

διακοπεί η ροή της ισχύος και συνεπώς χωρίς απώλειες.

Η αλλαγή κατεύθυνσης κίνησης γίνεται επίσης με υγρό πολύδισκο συμπλέκτη γρήγορα και χωρίς

δυσκολία.

Ο χειρισμός γίνεται με πλήκτρα ή διακόπτες, είναι άνετος και χωρίς κόπο, για πολλές ώρες δουλειάς.

Τα ημιαυτόματα κιβώτια power shift παρουσιάζουν τα ακόλουθα μειονεκτήματα:

Έχουν αυξημένο κόστος κατασκευής και απαιτούν υψηλής ποιότητας υλικά κατασκευής.

Η διάγνωση και η επισκευή των βλαβών τους απαιτεί εξειδικευμένα διαγνωστικά εργαλεία και

εξειδικευμένους τεχνικούς.

Χρησιμοποιούνται κυρίως σε γεωργικούς ελκυστήρες μεγάλης ιπποδύναμης.

3.4. Αυτόματο κιβώτιο ταχυτήτων power shift

Τα τελευταία χρόνια πλήρως αυτοματοποιημένα κιβώτια ταχυτήτων power shift αντικαθιστούν σταδιακά τα

χειροκίνητα-ημιαυτόματα κιβώτια ταχυτήτων. Αυτά τα εξελιγμένα κιβώτια ταχυτήτων βασίζονται στην

ηλεκτρονική τεχνολογία και παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτήματα, όπως άνετη οδήγηση, μικρό χρόνο

αλλαγής των σχέσεων, οικονομία καυσίμου, μειωμένες φθορές, μειωμένο θόρυβο.

Στην Εικόνα 3.22 παρουσιάζεται ένα πλήρως αυτοματοποιημένο κιβώτιο ταχυτήτων power shift. Η

μετάδοση της κίνησης από τον κινητήρα προς το ηλεκτροϋδραυλικό κιβώτιο των έξι ταχυτήτων γίνεται μέσω

ενός μετατροπέα ροπής στρέψης. Ο μετατροπέας χρησιμεύει ως συμπλέκτης εκκίνησης και ταυτόχρονα

ενισχύει τη ροπή στρέψης. Στο αυτόματο κιβώτιο που θα παρουσιάσουμε στη συνέχεια, υπάρχει ένας κύριος

συμπλέκτης και ένα ηλεκτροϋδραυλικό επικυκλικό σύστημα. Το ηλεκτροϋδραυλικό επικυκλικό σύστημα

τοποθετείται αμέσως μετά τον μετατροπέα, ώστε να πραγματοποιεί αλλαγές στη ροπή στρέψης και στις

στροφές, καθώς και αναστροφή της κατεύθυνσης κίνησης. Επιπλέον, πριν από τον κύριο συμπλέκτη και μετά

το ηλεκτροϋδραυλικό επικυκλικό σύστημα υπάρχει ένας υπερ-μειωτήρας στροφών, έτσι ώστε η μείωση των

στροφών να γίνεται πριν το ηλεκτροϋδραυλικό κιβώτιο των έξι ταχυτήτων.

Εικόνα 3.22 Πλήρως αυτοματοποιημένο κιβώτιο ταχυτήτων power shift του γεωργικού ελκυστήρα Lamborghini Racing

165.

1. Κινητήρας, 2. Μετατροπέας ροπής στρέψης, 3. Ηλεκτροϋδραυλικό επικυκλικό σύστημα, 4. Υπερ-μειωτήρας στροφών, 5.

Κύριος συμπλέκτης, 6. Άξονας οπίσθιου δυναμοδότη και οδοντωτός τροχός μετάδοσης κίνησης στις υδραυλικές αντλίες του

ελκυστήρα, 7. Ηλεκτρο-ϋδραυλικό κιβώτιο έξι ταχυτήτων, 8. Πινιόν, 9. Συμπλέκτης εμπρόσθιου διαφορικού, 10. Άξονας

εμπρόσθιου διαφορικού.

3.4.1 Μετατροπέας ροπής στρέψης

Στην Εικόνα 3.23 παρουσιάζεται ο μετατροπέας ροπής στρέψης. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, η λειτουργία του

μετατροπέα είναι να μεταφέρει την κίνηση από τον κινητήρα (1) στο ηλεκτροϋδραυλικό επικυκλικό σύστημα

οδοντωτών τροχών (2), λειτουργώντας ως ένας αυτόματος συμπλέκτης. Ο μετατροπέας αποτελείται από την

αντλία (5) η οποία είναι συνδεδεμένη με τον σφόνδυλο (4) και παίρνει κίνηση από τον κινητήρα. Καθώς η

αντλία αρχίζει να περιστρέφεται, κατευθύνει τη ροή του ρευστού μέσου πάνω στα πτερύγια του στροβίλου

(6). Με τον τρόπο αυτό μεταδίδεται η κίνηση στον στρόβιλο ο οποίος αρχίζει να περιστρέφεται και μαζί του

περιστρέφεται ο άξονας εξόδου (3) του μετατροπέα. Ο μετατροπέας αυξομειώνει αυτόματα τις στροφές

ανάλογα με τις μεταβολές της αναπτυσσόμενης ροπής. Η αποδοτικότητα του μετατροπέα ροπής κυμαίνεται

περίπου από 1,1 έως 1. Περισσότερες πληροφορίες, για την αρχή λειτουργίας του μετατροπέα ροπής στρέψης,

έχουν δοθεί ήδη στο υποκεφάλαιο 3.1.1.

Εικόνα 3.23 Ο μετατροπέας ροπής στρέψης του πλήρως αυτοματοποιημένου κιβωτίου ταχυτήτων power shift του

γεωργικού ελκυστήρα Lamborghini Victory 230/260.

1. Κινητήρας, 2. Ηλεκτροϋδραυλικό επικυκλικό σύστημα, 3. Άξονας μετατροπέα ροπής, 4. Σφόνδυλος, 5. Αντλία, 6.

Στρόβιλος, 7. Άξονας οπίσθιου δυναμοδότη, 8. Άξονας εμπρόσθιου διαφορικού, 9. Πώμα πληρώσεως λαδιού.

3.4.2 Ηλεκτροϋδραυλικό επικυκλικό σύστημα

Το ηλεκτροϋδραυλικό επικυκλικό σύστημα αποτελείται από: α) το υποβοηθητικό υδροστατικό σύστημα

παραγωγής της πίεσης, β) το επικυκλικό σύστημα με τους υγρούς πολύδισκους συμπλέκτες και γ) το

ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου.

Το υποβοηθητικό υδροστατικό σύστημα παραγωγής της πίεσης περιλαμβάνει μία αντλία, φίλτρα

λαδιού, αγωγούς και σειρά βαλβίδων ασφαλείας.

Όπως φαίνεται στην Εικόνα 3.24, οι υγροί πολύδισκοι συμπλέκτες A, B, C, D, F, G έχουν ως

αποστολή να συνδέουν κατάλληλα τους οδοντωτούς τροχούς του επικυκλικού συστήματος, από τους οποίους

προκύπτουν οι αντίστοιχες σχέσεις μετάδοσης: L (αργή), M (μεσαία), H (γρήγορη) και S (πολύ γρήγορη).

Εικόνα 3.24 Το ηλεκτροϋδραυλικό επικυκλικό σύστημα οδοντωτών τροχών με τους υγρούς πολύδισκους συμπλέκτες A, B,

C, D, F, G του γεωργικού ελκυστήρα Lamborghini Victory 230/260.

Το ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου το οποίο παρουσιάζεται στην Εικόνα 3.25, έχει ως αποστολή την

εμπλοκή της κατάλληλης σχέσης την κατάλληλη στιγμή. Περιλαμβάνει την ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου

(ECU), τους αισθητήρες, τον μοχλό επιλογής ταχυτήτων (πολυχειριστήριο), την ηλεκτροϋδραυλική μονάδα

(βαλβιδοφόρος), τον πίνακα ελέγχου και μία μικρή οθόνη υγρών κρυστάλλων.

Εικόνα 3.25 Το σύστημα ελέγχου του επικυκλικού συστήματος.

Η ECU του κιβωτίου ταχυτήτων με την βοήθεια των αισθητήρων λαμβάνει πληροφορίες σχετικά με

τη θέση του μοχλού επιλογής ταχυτήτων, την πίεση του λαδιού στους υγρούς πολύδισκους συμπλέκτες, τη

θερμοκρασία λαδιού στο κιβώτιο, την κατεύθυνση και ταχύτητα κίνησης του γεωργικού ελκυστήρα. Επίσης,

επικοινωνεί μέσω του διαύλου CAN με την αντίστοιχη ECU του κινητήρα από την οποία λαμβάνει

πληροφορίες σχετικά με το φορτίο του κινητήρα (αριθμός στροφών, θέση ποδομοχλού τροφοδοσίας). Με

βάση τα δεδομένα αυτά επενεργεί στην ηλεκτροϋδραυλική μονάδα.

Επιπλέον, ο προγραμματισμός της ECU του κιβωτίου ταχυτήτων περιλαμβάνει διαφορετικές

περιπτώσεις λειτουργίας με διαφορετικές απαιτήσεις, όπως την εκκίνηση με υψηλό ή χαμηλό φορτίο, την

πέδηση με τον κινητήρα σε κατηφορικό έδαφος, κ.ά. Ειδικότερα, διαθέτει τους ακόλουθους τρόπους

λειτουργίας (operating modes): μηχανικό (manual), αυτόματο οικονομικό (automatic economy) και αυτόματο

ισχύος (automatic power). Με την εκκίνηση του κινητήρα, το κιβώτιο ταχυτήτων βρίσκεται πάντα υπό τον

έλεγχο του χειριστή (μηχανικός τρόπος λειτουργίας), γεγονός που υποδεικνύεται με ένα φωτεινό σήμα στον

πίνακα οργάνων. Ο χειριστής πιέζοντας ταυτόχρονα το πλήκτρο ενεργοποίησης (enable button) με το πλήκτρο

επιλογής ταχυτήτων, τα οποία βρίσκονται επί του πολυ-χειριστηρίου (Εικόνα 3.26), επιλέγει την πρώτη

ταχύτητα και με τον τρόπο αυτό θέτει τον ελκυστήρα σε κίνηση. Πιέζοντας σταθερά το πλήκτρο επιλογής

ταχυτήτων, ο χειριστής μπορεί να προκαλέσει τη βαθμιαία αλλαγή αυτών μέχρι και τη μέγιστη ή μπορεί να

επιλέξει μία ταχύτητα της αρεσκείας του. Επίσης, πιέζοντας ταυτόχρονα το πλήκτρο ενεργοποίησης με το

πλήκτρο αντίστροφης κίνησης (reverse shuttle button), ο ελκυστήρας που κινείται προς τα εμπρός,

αναστρέφει την πορεία του. Τέλος, η ECU του κιβωτίου περιλαμβάνει προγράμματα έκτακτης ανάγκης

(πρόγραμμα SOS) και διάγνωσης βλαβών.

Εικόνα 3.26 Πολυχειριστήριο (joystick) επιλογής ταχυτήτων και αναστροφέα κίνησης του γεωργικού ελκυστήρα

Lamborghini Racing 165.

Στην Εικόνα 3.27 παρουσιάζεται το λειτουργικό διάγραμμα της ηλεκτρο-ϋδραυλικής μονάδας

(βαλβιδοφόρος). Η ηλεκτροϋδραυλική μονάδα αποτελείται από δύο τμήματα. Το άνω τμήμα περιλαμβάνει τις

ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες εντολής και τη βαλβίδα κατευθύνσεως για την εμπρόσθια και την ανάστροφη

κίνηση. Το κάτω τμήμα, στο οποίο είναι σκαλισμένες οι δίοδοι του λαδιού προς τα ελεγχόμενα εξαρτήματα,

περιλαμβάνει τη θήκη με τις ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες καθώς και μία σειρά βαλβίδων ασφάλειας για τον

έλεγχο της πίεσης λαδιού πάνω από τα επιτρεπόμενα όρια.

Εικόνα 3.27 Το λειτουργικό διάγραμμα ηλεκτροϋδραυλικής μονάδας (βαλβιδοφόρος) του γεωργικού ελκυστήρα

Lamborghini Victory 230/260.

(Y6). Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα εντολής για την επιλογή της εμπρόσθιας κατεύθυνσης κίνησης, (Y7). Ηλεκτρομαγνητική

βαλβίδα εντολής για την επιλογή της ανάστροφης κατεύθυνσης κίνησης, (VR). Βαλβίδα κατευθύνσεως

εμπρόσθιας/ανάστροφης κίνησης, (S2). Βαλβίδα ανακουφίσεως, (B1). Αναπνευστήρας, (G1). Βαλβίδα επιλογής υγρών

συμπλεκτών A/B ή F/G, (S1). Βαλβίδα ανακουφίσεως, (H2). Βαλβίδα εμπλοκής υγρών συμπλεκτών C/D, (H1). Βαλβίδα

εμπλοκής υγρών συμπλεκτών A/B ή F/G, (Y3). Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα εντολής για την εμπλοκή της βαλβίδας H2, (Y4).

Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα εντολής για την εμπλοκή της βαλβίδας H1, (Y1). Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα εντολής για την

επιλογή της βαλβίδας G1, (Y5). Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα εντολής για την επιλογή της βαλβίδας δρόμου/αγρού, (Y2).

Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα εντολής για την επιλογή της βαλβίδας G2 των υγρών συμπλεκτών C ή D, (P3). Βαλβίδα

ρύθμισης της πίεσης εντολής (10 bar), (G2). Βαλβίδα επιλογής υγρών συμπλεκτών C ή D, (P4). Βαλβίδα ρύθμισης της

πίεσης λειτουργίας (19.8 bar), (U). Βαλβίδα επιλογής τρόπου λειτουργίας δρόμου/αγρού, (P1). Αναλογική βαλβίδα πίεσης,

(P2). Βαλβίδα δύο δρόμων, (R1). Βαλβίδα επιβραδύνσεως.

Στους Πίνακες 3.3 (α) και 3.3 (β) παρουσιάζονται οι συνδυασμοί λειτουργίας των επιμέρους

ηλεκτρομαγνητικών βαλβίδων της ηλεκτροϋδραυλικής μονάδας που ελέγχουν αντίστοιχα τους υγρούς

πολύδισκους συμπλέκτες (A, B, C, D, F και G) του επικυκλικού συστήματος.

Ηλεκτρομαγνητικές

βαλβίδες

Εμπρόσθιες ταχύτητες Οπίσθιες ταχύτητες

L M H S L M H S

Y6 ■ ■ ■ ■

Y7 ■ ■ ■ ■

Y1 ■ ■ ■ ■

Y2 ■ ■ ■ ■

Y3 □ □ □ □ □ □

Y4 □ □

Πίνακας 3.3 (α) Η κατάσταση λειτουργίας των επιμέρους ηλεκτρομαγνητικών βαλβίδων της ηλεκτροϋδραυλικής μονάδας,

όταν η επιλογή γίνεται κλιμακωτά από την ταχύτητα L προς την S (L-M-H-S).

Ηλεκτρομαγνητικές

βαλβίδες

Εμπρόσθιες ταχύτητες Οπίσθιες ταχύτητες

S H M L S H M L

Y6 ■ ■ ■ ■

Y7 ■ ■ ■ ■

Y1 ■ ■ ■ ■

Y2 ■ ■ ■

Y3 □ □ □ □ □ □

Y4 □ □

Πίνακας 3.3 (β) Η κατάσταση λειτουργίας των επιμέρους ηλεκτρομαγνητικών βαλβίδων της ηλεκτροϋδραυλικής μονάδας,

όταν η επιλογή γίνεται κλιμακωτά από την ταχύτητα S προς την L (S-H-M-L).

■ Πλήρης ενεργοποίηση της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας

□ Μερική ενεργοποίηση της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας

3.4.3 Κύριος συμπλέκτης

Ο κύριος συμπλέκτης του αυτόματου κιβωτίου power shift είναι ένας υγρός πολύδισκος συμπλέκτης με

ηλεκτροϋδραυλικό έλεγχο. Η λειτουργία του κύριου συμπλέκτη είναι πλήρως αυτοματοποιημένη και

ελέγχεται από την ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου (ECU) η οποία λαμβάνει σήμα από τον αισθητήρα

(περιστροφικό ποτενσιόμετρο) του ποδομοχλού του συμπλέκτη (Εικόνα 3.28). Το σύστημα ελέγχου

περιλαμβάνει μία ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα η οποία κατευθύνει με πίεση το ρευστό μέσο (λάδι) στο έμβολο

του πολύδισκου συμπλέκτη σύμφωνα με τη θέση που καταλαμβάνει ο ποδομοχλός.

Εικόνα 3.28 Ηλεκτρονικός-υδραυλικός έλεγχος του κύριου συμπλέκτη του γεωργικού ελκυστήρα Lamborghini Victory

230/260.

1. Ποδομοχλός συμπλέκτη, 2. Αισθητήρας θέσης του ποδομοχλού, 3. Ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου κιβωτίου ταχυτήτων, 4.

Αντλία υδροστατικού κυκλώματος, 5. Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, 6. Κύριος συμπλέκτης.

Περισσότερες πληροφορίες για τη λειτουργία του κύριου συμπλέκτη καθώς και το ηλεκτροϋδραυλικό

κιβώτιο των έξι ταχυτήτων δίνονται στο υποκεφάλαιο 3.3.

3.5. Κιβώτιο συνεχώς μεταβαλλόμενης σχέσης μετάδοσης

Το κιβώτιο συνεχώς μεταβαλλόμενης σχέσης μετάδοσης (continuously variable transmission), γνωστό και ως

CVT, είναι ένας ακόμη τύπος αυτόματου κιβωτίου ταχυτήτων. Με το CVT δεν έχουμε μεταβολή της σχέσης

μετάδοσης με κλιμακωτό τρόπο (δηλαδή, με επιλογή συγκεκριμένων σχέσεων), αλλά με συνεχόμενο τρόπο

(δηλαδή με επιλογή απεριόριστου αριθμού σχέσεων) εντός συγκεκριμένου εύρους (Carbone et al., 2007). Η

αρχή λειτουργίας του CVT είναι σχετικά απλή και διαφέρει από αυτή των άλλων κιβωτίων ταχυτήτων

(Πίνακας 3.4). Η μετάδοση της κίνησης στους τροχούς γίνεται μέσω υδραυλικών διατάξεων (υδροστατικών

και υδροδυναμικών), αν και υπάρχει απλούστερη διάταξη που λειτουργεί με ένα ζεύγος τροχαλιών

μεταβλητής διαμέτρου με ιμάντα, που επιτρέπει στον κινητήρα να λειτουργεί με μεγάλη ευχέρεια στις

στροφές στις οποίες παρουσιάζει το μέγιστο βαθμό απόδοσης, ο οποίος κατά κανόνα είναι στις στροφές

μέγιστης ροπής στρέψης. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται μέγιστη οικονομία καυσίμου (Renius, 1968;

Renius, 1999).

Πίνακας 3.4 Αρχή λειτουργίας κιβωτίων συνεχώς μεταβαλλόμενης σχέσης μετάδοσης (Copyright © 2005 by Renius and

Resch).

Τα CVTs ανάλογα με τον τρόπο μετάδοσης της ισχύος διακρίνονται σε κιβώτια με ή χωρίς διαίρεση

ισχύος (Πίνακας 3.5) (Linares et al., 2010). Στα κιβώτια χωρίς διαίρεση ισχύος, υπάρχει μόνο μία διαδρομή

για τη μετάδοση της ισχύος. Ολόκληρη η ισχύς μεταδίδεται από τον κινητήρα μέσω της μονάδας συνεχώς

μεταβαλλόμενης σχέσης μετάδοσης. Αντίθετα, στα κιβώτια με διαίρεση, η ισχύς μοιράζεται σε δύο

διαδρομές. Ένα μέρος αυτής μεταδίδεται μέσω της μονάδας συνεχώς μεταβαλλόμενης σχέσης μετάδοσης και

στη συνέχεια η ισχύς αθροίζεται εκ νέου στην έξοδο του κιβωτίου. Τα κιβώτια με διαίρεση ισχύος είναι

ιδιαίτερα χρήσιμα στις χαμηλές ταχύτητες (π.χ. στη φάση της επιτάχυνσης του οχήματος). Επιπλέον,

υπάρχουν τα κιβώτια με μικτό σύστημα μετάδοσης. Τα κιβώτια αυτά φέρουν συμπλέκτες ή πέδες που τα

επιτρέπουν να λειτουργούν και με τους δύο ανωτέρω τρόπους, με ή χωρίς διαίρεση.

Πίνακας 3.5 Κατηγοριοποίηση των CVT σύμφωνα με τον τρόπο μετάδοσης της ισχύος.

Η εξέλιξη των CVTs άρχισε πριν από 100 χρόνια. Πρώτη η Renault (1907) παρουσίασε ένα

καινοτόμο υδροστατικό-μηχανικό κιβώτιο ταχυτήτων με διαίρεση ισχύος για επιβατικά αυτοκίνητα. Αυτή η

εξαιρετική ιδέα απέτυχε λόγω των προβλημάτων με τις απαιτούμενες ανοχές, τα υλικά και το κόστος

παραγωγής. Την ίδια περίοδο παρουσιάζεται από τη γερμανική εταιρεία Stock (1907) ένα πρωτότυπο CVT

για αυτοκινούμενα άροτρα. Αυτή η ιδέα επίσης εγκαταλείφτηκε πρόωρα λόγω μεγάλων απωλειών της ισχύος

και τεχνικών προβλημάτων. Ο Hans Thoma είναι πατέρας των αντλιών αξονικών εμβόλων των οποίων η

μαζική παραγωγή άρχισε το 1937, αρχικά για στρατιωτικές εφαρμογές, όπως άρματα μάχης, αεροσκάφη, κ.ά.

και μετά τον δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο χρησιμοποιήθηκαν και σε πολιτικές εφαρμογές. Οι αντλίες με

τεθλασμένο άξονα ανακαλύφτηκαν για πρώτη φορά στις ΗΠΑ το 1942 από τον Denison. Η πρώτη μεγάλη

έρευνα που αφορούσε τη χρήση υδροστατικών CVTs σε γεωργικούς ελκυστήρες πραγματοποιήθηκε από το

Εθνικό Ινστιτούτο Γεωργικής Μηχανικής (NIAE) στο Silsoe του Ηνωμένου Βασιλείου (1954). Επίσης,

εταιρείες κατασκευής γεωργικών ελκυστήρων στις ΗΠΑ αναπτύσσουν διάφορα πρωτότυπα CVTs την

περίοδο αυτή ή λίγο αργότερα. Όμως, η πρώτη εμπορική προώθηση υδροστατικού CVT για γεωργικούς

ελκυστήρες έγινε από τη γερμανική εταιρεία "Eicher" με το νέο ελκυστήρα "Mammut HR" που έφερε την

υδροστατική μονάδα "Taurodyne" της Dowty το 1965. Στα τέλη της δεκαετίας του ΄80 οι εταιρείες Claas και

Fendt ξεκίνησαν την ανάπτυξη υδροστατικών-μηχανικών κιβωτίων ταχυτήτων με διαίρεση ισχύος. To CVT

"Vario" της Fendt παρουσιάστηκε για πρώτη φορά στην έκθεση AGRITECHNICA 1995 και άρχισε να

παράγεται για τον ελκυστήρα μεγάλης ιπποδύναμης Fendt 926 Vario, από το 1996. Μετά την μεγάλη επιτυχία

που είχε το CVT "Vario" της Fendt, ακολούθησαν και άλλες μεγάλες κατασκευάστριες εταιρείες όπως η Steyr

και John Deere, με τα δικά τους υδροστατικά - μηχανικά κιβώτια ταχυτήτων με διαίρεση ισχύος (Renius and

Resch, 2005).

3.5.1 Μηχανικά CVT

Η αρχή λειτουργίας των μηχανικών CVTs είναι θεωρητικά απλή. Δε διαθέτουν συμπλέκτη, αλλά ούτε

μηχανισμό αλλαγής ταχυτήτων. Η επικρατέστερη μορφή μηχανικού CVT αποτελείται από έναν χαλύβδινο

τραπεζοειδή ιμάντα που συνδέει δύο τροχαλίες μεταβλητής διαμέτρου (Εικόνα 3.29). Η μία από τις δύο

τροχαλίες είναι συνδεδεμένη με την έξοδο ισχύος του κινητήρα και η άλλη με τον άξονα μετάδοσης της

κίνησης. Η κάθε τροχαλία αποτελείται από δύο δίσκους που αποκλίνουν ή συγκλίνουν με τη βοήθεια ενός

υδραυλικού μηχανισμού, μεταβάλλοντας το πλάτος έδρασης του ιμάντα. Με τον τρόπο αυτό, μεταβάλλεται η

ακτίνα περιστροφής και επομένως η σχέση μετάδοσης που υπολογίζεται από τον λόγο των δύο διαμέτρων

(Sorge, 1996; Srivastava and Haque 2009).

Εικόνα 3.29 Αρχή λειτουργίας μηχανικού CVT.

1. Τροχαλία μεταβαλλόμενης διαμέτρου, 2. Κινητήριος άξονας, 3. Κινούμενος άξονας.

Στην Εικόνα 3.30 παρουσιάζεται ένα μηχανικό CVT με διαίρεση ισχύος που περιλαμβάνει ένα

σύστημα ιμάντα-τροχαλιών (βαριατόρ) και ένα επικυκλικό σύστημα οδοντωτών τροχών με υγρούς

πολύδισκους συμπλέκτες (Kress, 1962; Kress, 1968; Renius and Resch, 2005). Το σύστημα ιμάντα-τροχαλιών

αποτελεί την καρδιά του κιβωτίου παρέχοντας ομαλή και βαθμιαία μεταβολή της σχέσης μετάδοσης. Όταν η

τροχαλία που είναι συνδεδεμένη με τον κινητήρα βρίσκεται στην ελάχιστη διάμετρο και η δεύτερη τροχαλία

στη μέγιστη διάμετρο, τότε επιτυγχάνεται η πιο κοντή σχέση. Η πιο μακριά σχέση επιτυγχάνεται, όταν η

διάμετρος της τροχαλίας που είναι συνδεδεμένη με τον κινητήρα γίνει μέγιστη και η διάμετρος της δεύτερης

τροχαλίας γίνει ελάχιστη. Στην πραγματικότητα, δεν είναι οι διάμετροι των τροχαλιών που μεταβάλλονται,

αλλά οι δύο κωνικής μορφής δίσκοι που μπορούν να απομακρύνονται ή να πλησιάζουν, ώστε η εγκάρσια

εντομή σχήματος V που ορίζουν, να μετατοπίζεται προς το κέντρο ή την περιφέρεια της τροχαλίας. Το

επικυκλικό σύστημα οδοντωτών τροχών με τους υγρούς πολύδισκους συμπλέκτες λειτουργεί με τους

ακόλουθους τρόπους. Όταν επιλεγεί η βαθμίδα H, συμπλέκεται ο αντίστοιχος υγρός πολύδισκος συμπλέκτης

με αποτέλεσμα να παρασύρεται όλο το επικυκλικό σύστημα στην κατεύθυνση περιστροφής του άξονα του

κινητήρα. Όταν επιλεγεί η βαθμίδα R, ο υγρός πολύδισκος συμπλέκτης σταθεροποιεί τον περιφερειακό

οδοντωτό τροχό, οπότε αναγκάζεται η στεφάνη να περιστραφεί στην αντίθετη κατεύθυνση από αυτή του

κινητήρα. Όταν επιλεγεί η βαθμίδα L, το σύστημα λειτουργεί με διαίρεση ισχύος (που είναι ιδιαίτερα χρήσιμη

στις χαμηλές ταχύτητες) και με τον τρόπο αυτό είναι εφικτή η επίτευξη μηδενικής ταχύτητας. Η Εικόνα 3.31

δείχνει τη μεταβολή των ταχυτήτων σε συνάρτηση του λόγου n2/n1, του μηχανικού CVT με διαίρεση ισχύος

(Renius and Resch, 2005).

Εικόνα 3.30 Μηχανικό CVT με διαίρεση ισχύος. Σύστημα ιμάντα-τροχαλιών (βαριατόρ) σε συνδυασμό με επικυκλικό

σύστημα οδοντωτών τροχών (Copyright © 2005 by Renius and Resch).

Εικόνα 3.31 Διάγραμμα μεταβολής των ταχυτήτων σε συνάρτηση του λόγου n2/n1, μηχανικού CVT με διαίρεση ισχύος

(Copyright © 2005 by Renius and Resch).

Η αγγλική εταιρία Torotrak plc ανέπτυξε, μετά από πολυετή έρευνα, ένα κιβώτιο άπειρων

μεταβαλλόμενων σχέσεων IVT (Infinitely Variable Transmission) το οποίο είναι μία παραλλαγή των

κιβωτίων CVT (Εικόνα 3.32) (Mantriota, 2002). Το κιβώτιο της Torotrak με διαίρεση ισχύος έχει προταθεί

για διάφορα οχήματα (Brockbank and Burtt, 2007). Μεταξύ αυτών περιλαμβάνονται και γεωργικοί

ελκυστήρες. Το κιβώτιο αυτό αποτελείται από δυο παράλληλους άξονες, ο ένας εκ των οποίων είναι

συνδεμένος με ένα επικυκλικό σύστημα οδοντωτών τροχών. Η διάταξη αυτή πραγματοποιεί σύμπλεξη και

αποσύμπλεξη της κίνησης, αντικαθιστώντας τον κλασικό μετατροπέα ροπής που φέρουν τα κλασικά

αυτόματα κιβώτια. Η κίνηση στο επικυκλικό σύστημα μεταδίδεται από δύο μεγάλους οδοντωτούς τροχούς οι

οποίοι συνδέουν τους δυο άξονες με έναν συμπλέκτη. Επιπλέον, η κίνηση στον ήλιο του επικυκλικού

συστήματος μεταδίδεται μέσω ενός ιμάντα. Στον άλλο άξονα της διάταξης είναι τοποθετημένο το σύστημα

Toroidal το οποίο μεταβάλλει συνεχώς την μετάδοση της κίνησης με τη βοήθεια δύο ζευγών κυλίστρων.

Κάθε κύλιστρο είναι τοποθετημένο ανάμεσα σε δύο δίσκους. Ο ένας δίσκος μεταφέρει την ισχύ από τον

στροφαλοφόρο και ο άλλος δίσκος την μεταφέρει προς τον άξονα μετάδοσης. Μεταβάλλοντας

ηλεκτροϋδραυλικά την γωνία επαφής των κυλίστρων, μεταβάλλεται ταυτόχρονα και η σχέση μετάδοσης

(Akehurst et al., 2006). Για παράδειγμα, κατά την επιλογή μικρής σχέσης, το ένα άκρο των κυλίστρων θα

πρέπει να εφάπτεται με την κάτω κοιλότητα του δίσκου που μεταφέρει την ισχύ από τον στροφαλοφόρο, ενώ

το άλλο θα πρέπει να εφάπτεται με την άνω κοιλότητα του δίσκου που μεταφέρει την ισχύ προς τον άξονα

μετάδοσης, με αποτέλεσμα ο δίσκος αυτός να περιστρέφεται πιο αργά. Πρέπει να σημειωθεί ότι, η επαφή

μεταξύ των κυλίστρων και δίσκων δεν είναι άμεση, επειδή παρεμβάλλεται ανάμεσά τους ένα ειδικό λιπαντικό

το οποίο ρυθμίζει την γωνία και παράλληλα μειώνει την τριβή και την φθορά των υλικών (Tanaka, 2003).

Εικόνα 3.32 Το κιβώτιο άπειρων μεταβαλλόμενων σχέσεων της εταιρίας Torotrak.

3.5.2 Υδροστατικά-μηχανικά CVT

Το υδροστατικό κιβώτιο ταχυτήτων (όπως αναφέρθηκε στο υποκεφάλαιο 3.1.4) είναι μία διάταξη που

περιλαμβάνει ως βασικά δομικά στοιχεία μία υδραυλική αντλία και έναν υδραυλικό κινητήρα, με το ένα από

αυτά να είναι ρυθμιζόμενης παροχής.

Το σημαντικότερο μειονέκτημα που παρουσιάζουν τα υδροστατικά κιβώτια ταχυτήτων, είναι ο

χαμηλότερος βαθμός απόδοσης σε σύγκριση με τα αντίστοιχα μηχανικά κιβώτια. Για την αντιμετώπιση του

προβλήματος αυτού, επινοήθηκαν τα υδροστατικά-μηχανικά κιβώτια ταχυτήτων με διαίρεση ισχύος. Τα

κιβώτια αυτά είναι συνδυασμός υδροστατικού και μηχανικού κιβωτίου, όπου η ισχύς του κινητήρα διαιρείται

αμέσως μετά την είσοδό της και ένα μέρος αυτής περνά από το υδροστατικό μέρος του κιβωτίου, ενώ το

υπόλοιπο μέρος από το μηχανικό. Κοντά στον άξονα εξόδου, τα δύο μέρη της ισχύος συγχωνεύονται και

εξέρχονται του κιβωτίου ως άθροισμα, μειωμένο κατά τις απώλειες (Παναγιωτόπουλος, 1997).

Το βασικό πλεονέκτημα των υδροστατικών-μηχανικών κιβωτίων με διαίρεση ισχύος είναι το γεγονός

ότι η ισχύς στον άξονα εξόδου αποτελείται από δύο όρους οι οποίοι είναι μεταβαλλόμενοι. Στις χαμηλές

στροφές, η ισχύς στο υδροστατικό μέρος είναι πάντα μεγαλύτερη σε σχέση με την ισχύ στο μηχανικό μέρος

του κιβωτίου. Όσο αυξάνονται οι στροφές του κινητήρα, μειώνεται η ισχύς στο υδροστατικό μέρος και

αντίστοιχα αυξάνεται η ισχύς στο μηχανικό. Σε έναν συγκεκριμένο αριθμό στροφών, η ισχύς στο

υδροστατικό μέρος μηδενίζεται και ολόκληρη η ισχύς του κινητήρα διέρχεται από το μηχανικό κιβώτιο που

παρουσιάζει υψηλότερο βαθμό απόδοσης (Gravalos, 1986; Παναγιωτόπουλος, 1997).

Υπάρχουν πολλές παραλλαγές υδροστατικών-μηχανικών κιβωτίων με διαίρεση ισχύος (Macor and

Rosseti, 2011). Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα CVT και IVT των εταιρειών Fendt, Steyr και John Deere τα

οποία έτυχαν ευρείας αποδοχής. Στην Εικόνα 3.33 παρουσιάζεται το κιβώτιο άπειρων μεταβαλλόμενων

σχέσεων "Vario" της εταιρείας Fendt. Πρόκειται για ένα υδροστατικό-μηχανικό κιβώτιο ταχυτήτων με

διαίρεση ισχύος. Το υδροστατικό κιβώτιο έχει ως βασικά στοιχεία μία εμβολοφόρο αντλία με αξονική

διάταξη εμβόλων υπό γωνία -30˚ έως +45˚ ρυθμιζόμενης παροχής 233 cm3 και δύο εμβολοφόρους κινητήρες

με αξονική διάταξη εμβόλων υπό γωνία 0˚ έως +45˚ επίσης ρυθμιζόμενης παροχής 233 cm3. Το μηχανικό

μέρος του κιβωτίου περιλαμβάνει ένα επικυκλικό σύστημα οδοντωτών τροχών και ένα συμβατικό κιβώτιο

δύο βαθμίδων. Η αργή βαθμίδα (L) καλύπτει ένα εύρος ταχυτήτων έως 32 km/h, ενώ η γρήγορη βαθμίδα (H)

καλύπτει μέχρι τα 50 km/h. Η ισχύς του κινητήρα διαιρείται στο επικυκλικό σύστημα μεταξύ στεφάνης και

οδοντωτού τροχού του πλανήτη. Τα δύο μέρη της ισχύος συγχωνεύονται εκ νέου στον κοινό άξονα των δύο

εμβολοφόρων κινητήρων, λίγο πριν την έξοδο του κιβωτίου. Η ισχύς στο υδροστατικό μέρος του κιβωτίου

φτάνει το 100% κατά την έναρξη λειτουργίας (χαμηλές στροφές) και σχεδόν μηδενίζεται στις υψηλές

ταχύτητες των δύο βαθμίδων.

Εικόνα 3.33 Το υδροστατικό-μηχανικό κιβώτιο "Vario" με διαίρεση ισχύος, της εταιρείας Fendt (Copyright © 2005 by

Renius and Resch).

Στην Εικόνα 3.34 παρουσιάζεται το υδροστατικό-μηχανικό κιβώτιο "S-Matic" με διαίρεση ισχύος,

της εταιρείας Steyr. Το κιβώτιο αυτό αποτελείται από: α) ένα ολόσωμο υδροστατικό κιβώτιο ταχυτήτων, β)

ένα σύνθετο επικυκλικό σύστημα οδοντωτών τροχών με πέντε άξονες, από τους οποίους οι δύο είναι άξονες

εισόδου και οι υπόλοιποι τρεις άξονες εξόδου και γ) ένα επικυκλικό σύστημα για την αναστροφή της

κατεύθυνσης κίνησης. Το ολόσωμο κιβώτιο ταχυτήτων έχει ως βασικά στοιχεία μία αντλία αξονικών

εμβόλων με ευθύ άξονα ρυθμιζόμενης ειδικής παροχής από -55 έως 55 cm3 και έναν κινητήρα αξονικών

εμβόλων σταθερής παροχής 55 cm3. Στην είσοδο του κιβωτίου, η ισχύς του κινητήρα μοιράζεται ανάμεσα στο

υδροστατικό και το μηχανικό μέρος του κιβωτίου, ενώ τα δύο μέρη της ισχύος συγχωνεύονται εκ νέου στην

αριστερή στεφάνη του σύνθετου επικυκλικού συστήματος. Το σύνθετο επικυκλικό σύστημα προσφέρει μέχρι

4 σχέσεις μετάδοσης. Οι υδραυλικοί συμπλέκτες τύπου δαγκάνας (dog clutches) K1, K2, K3 και K4 είναι ένα

πολύ αποτελεσματικό στοιχείο σύμπλεξης, με το οποίο ελαχιστοποιούνται οι τριβές (Aitzetmüller, 2000).

Εικόνα 3.34 Το υδροστατικό-μηχανικό κιβώτιο "S-Matic" με διαίρεση ισχύος, της εταιρείας Steyr (Copyright © 2005 by

Renius and Resch).

Στην Εικόνα 3.35 παρουσιάζεται το κιβώτιο άπειρων μεταβαλλόμενων σχέσεων IVT (Infinitely

Variable Transmission) της εταιρείας John Deere. Το κιβώτιο αυτό αποτελείται από ένα υδροστατικό κιβώτιο

και ένα επικυκλικό σύστημα οδοντωτών τροχών. Το υδροστατικό κιβώτιο έχει ως βασικά στοιχεία: α) μία

εμβολοφόρο αντλία με αξονική διάταξη εμβόλων υπό γωνία 45˚ ρυθμιζόμενης ειδικής παροχής 160 cm3 και

β) έναν εμβολοφόρο κινητήρα με αξονική διάταξη εμβόλων υπό γωνία 45˚ σταθερής ειδικής παροχής. Το

επικυκλικό σύστημα περιλαμβάνει δύο ήλιους, έναν φορέα με μία ομάδα πλανητών και μία στεφάνη. Στην

είσοδο του κιβωτίου, η ισχύς του κινητήρα μοιράζεται ανάμεσα στην εμβολοφόρο αντλία και στον αριστερό

ήλιο του επικυκλικού συστήματος. Τα δύο μέρη της ισχύος συγχωνεύονται στον πλανήτη του αριστερού

ήλιου και εξέρχονται του κιβωτίου ως άθροισμα, για την αργή ταχύτητα (Low, max. 15 km/h) από τον φορέα

των πλανητών, ενώ για την γρήγορη ταχύτητα (High, max. 50 km/h) από τον δεξιό ήλιο. Τέλος, για την

αναστροφή της κατεύθυνσης κίνησης (Reverse, max. 17 km/h) χρησιμοποιείται ένα επιπλέον επικυκλικό

σύστημα με κοινό τον φορέα πλανητών.

Εικόνα 3.35 Το υδροστατικό-μηχανικό κιβώτιο IVT με διαίρεση ισχύος της εταιρείας John Deere (Copyright © 2005 by

Renius and Resch).

3.5.3 Συστήματα ελέγχου κιβωτίων CVT

Ο έλεγχος λειτουργίας ενός κιβωτίου συνεχώς μεταβαλλόμενης σχέσης μετάδοσης (CVT) πραγματοποιείται

από δύο διακριτές μονάδες: α) τη μονάδα υδραυλικού ελέγχου και β) την ηλεκτρονική μονάδα (ECU), οι

οποίες όμως βρίσκονται σε μόνιμη σύνδεση και συγκροτούν ουσιαστικά ένα ενιαίο σύστημα.

Η αξονική μετατόπιση του μεταθετού μισού των τροχαλιών, για την επιλογή των σχέσεων μετάδοσης,

γίνεται συνήθως μέσω υδραυλικών ενεργοποιητών (κυλίνδρων εμπλοκής). Ο υδραυλικός έλεγχος ασκείται με

δύο τρόπους: α) έλεγχο ροής και β) έλεγχο πίεσης. Στην Εικόνα 3.36 παρουσιάζεται το σύστημα ελέγχου

ροής το οποίο εκτός των υδραυλικών ενεργοποιητών περιλαμβάνει: α) βαλβίδα σταθερής διαφορικής πίεσης,

β) βαλβίδα αντίθετης πίεσης, γ) βαλβίδα ολισθαίνοντος εμβόλου και δ) αισθητήρες ροπής (Mölle, 2004). Σε

αυτό το σύστημα, ο έλεγχος της σχέσης μετάδοσης πραγματοποιείται με έλεγχο σταθερής ροής λαδιού προς

και από τους υδραυλικούς ενεργοποιητές. Ο αισθητήρας ροπής (torque sensor) είναι ένα υδρο-μηχανικό

στοιχείο που δεν απαιτεί επίβλεψη και το οποίο αποτελείται από μία κινητή πλάκα και έναν ένσφαιρο

μηχανισμό. Η κινητή πλάκα μεταδίδει τη ροπή του άξονα της τροχαλίας στον ένσφαιρο μηχανισμό, ο οποίος

παράγει αξονική δύναμη ανάλογη της ροπής και μια αντίστοιχη μετατόπιση της πλάκας. Η θέση της πλάκας

ρυθμίζει το άνοιγμα της διόδου στραγγαλισμού. Επομένως, ανάλογα με την μετατόπιση της πλάκας και με

δεδομένη την παροχή λαδιού, ρυθμίζεται αντίστοιχα η πίεση του υδραυλικού κυκλώματος. Η βαλβίδα

ολισθαίνοντος εμβόλου χρησιμοποιείται για την ενίσχυση της πίεσης και ελέγχεται με σήμα από το σύστημα

ελέγχου του κιβωτίου. Με τον τρόπο αυτό περιορίζονται οι υπολογιστικές απαιτήσεις για το ηλεκτρονικό

σύστημα ελέγχου το οποίο μπορεί να υλοποιηθεί με έναν τυπικό μικροελεγκτή (16 bit, 20 MHz). Τέλος, οι

θέσεις που λαμβάνει η βαλβίδα ολισθαίνοντος εμβόλου σε συνάρτηση με τις επιθυμητές σχέσεις μετάδοσης

του CVT συμπεριλαμβάνονται στο λογισμικό του μικροελεγκτή.

Εικόνα 3.36 Ηλεκτροϋδραυλικό σύστημα ελέγχου ροής λαδιού προς και από τους ενεργοποιητές των τροχαλιών.

Από την άλλη πλευρά, το σύστημα ελέγχου σταθερής πίεσης (Εικόνα 3.37) περιλαμβάνει: α) αντλία

μεταβλητού όγκου, β) τρίοδο βαλβίδα ελέγχου της πίεσης για κάθε άξονα, γ) υδραυλικούς ενεργοποιητές και

δ) αισθητήρες ροπής (Stöckl, 2004). Ο έλεγχος της υδραυλικής μονάδας καθώς και η επιλογή της κατάλληλης

σχέσης μετάδοσης γίνεται από τον ελεγκτή του κιβωτίου CVT. Ο έλεγχος γίνεται με μεταβολή της έντασης

του ρεύματος στις αντίστοιχες ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες. Δεδομένου ότι ο έλεγχος της πίεσης είναι

ευκολότερος από τον έλεγχο ροής για τη διατήρηση της επιθυμητής σχέσης μετάδοσης, αναμένεται ότι ο

έλεγχος της πίεσης θα χρησιμοποιηθεί ευρύτερα στον έλεγχο των σχέσεων μετάδοσης των κιβωτίων CVT.

Επίσης, το σύστημα ελέγχου πίεσης παρουσιάζει ένα ακόμη πλεονέκτημα, προξενεί μεγαλύτερη σύσφιξη του

ιμάντα με αποτέλεσμα να μειώνεται ο κίνδυνος ολίσθησης.

Εικόνα 3.37 Ηλεκτροϋδραυλικό σύστημα ελέγχου της πίεσης λαδιού των κυλίνδρων εμπλοκής των τροχαλιών.

Στα νέας γενιάς κιβώτια CVT, οι πληροφορίες που λαμβάνει η ECU προέρχονται από: α) την

αντίστοιχη ECU του κινητήρα (π.χ. αριθμός στροφών, θέση ποδομοχλού τροφοδοσίας), β) το χειρομοχλό

επιλογής ταχυτήτων και γ) τους αισθητήρες (π.χ. αισθητήρας θερμοκρασίας λαδιού του κιβωτίου). Στην

Εικόνα 3.38 παρουσιάζεται ο ενσωματωμένος μικροελεγκτής MPC56x της εταιρείας Freescale

Semiconductor που προτείνεται για τον αυτόματο έλεγχο των CVT. Πρόκειται για έναν μικροελεγκτή με

ικανοποιητικό αριθμό αναλογικών εισόδων για την παρακολούθηση των πολυάριθμων αισθητήρων (πίεσης,

στροφών, ροπής στρέψης). Επίσης, οι χρονιστές-απαριθμητές του μικροελεγκτή είναι υψηλής ταχύτητας,

γεγονός που βοηθά στον αποτελεσματικό έλεγχο των ενεργοποιητών.

Εικόνα 3.38 Ο μικροελεγκτής MPC56x της εταιρείας Freescale Semiconductor που προτείνεται για τον αυτόματο έλεγχο

των CVT.

Παρόμοιος είναι ο ασκούμενος έλεγχος και στα υδροστατικά-μηχανικά κιβώτια CVT με διαίρεση

ισχύος. Ο υδραυλικός έλεγχος συνδυάζεται με ένα ηλεκτρικό/ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου. Το ηλεκτρονικό

σύστημα ελέγχου του κιβωτίου συνδέεται μέσω των διαύλων CAN-Bus (Control Area Network) με τα άλλα

ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου του γεωργικού ελκυστήρα, όπως για παράδειγμα με τις ECU του κινητήρα

και του υδραυλικού συστήματος (Εικόνα 3.39).

Μέσω της θέσης του πολυχειριστήριου, του διακόπτη προγράμματος και της θέσης του ποδομοχλού

τροφοδοσίας διαβιβάζεται η επιθυμία του χειριστή στο σύστημα ελέγχου του κιβωτίου CVT. Άλλα σήματα

αισθητήρων είναι: οι στροφές εξόδου από το κιβώτιο, οι στροφές εισόδου στο κιβώτιο και η θερμοκρασία

λαδιού του κιβωτίου. Τα σήματα αυτά εισάγονται στο σύστημα ελέγχου του κιβωτίου ταχυτήτων και

συγκρίνονται με τις πληροφορίες που βρίσκονται στη μνήμη προγράμματος και στη συνέχεια υπολογίζονται

τα αντίστοιχα σήματα εξόδου. Η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου του κιβωτίου ελέγχει τις ηλεκτρομαγνητικές

βαλβίδες του ηλεκτροϋδραυλικού κυκλώματος (Εικόνα 3.40) (Massey Ferguson, 2005). Άλλα σήματα εξόδου

είναι η αποστολή σημάτων μέσω του διαύλου CAN-Bus στις άλλες ECU.

Εικόνα 3.39 Το ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου του κιβωτίου CVT συνδέεται μέσω των διαύλων CAN-Bus με τα άλλα

ηλεκτρονικά συστήματα του γεωργικού ελκυστήρα.

Εικόνα 3.40 Λειτουργικό διάγραμμα ηλεκτροϋδραυλικού κυκλώματος υδροστατικού-μηχανικού κιβωτίου CVT με διαίρεση

ισχύος. 1. Υδροστατική αντλία, 2. Υδροστατικός κινητήρας, 3. Βαλβίδα αντεπιστροφής με ελατήριο, 4. Ανακουφιστική βαλβίδα

υψηλής πίεσης, 5. Βαλβίδα σαρώσεως, 6. Έμβολα ρύθμισης εκτοπίσματος υδροστατικής αντλίας, 7. Έμβολα ρύθμισης

εκτοπίσματος υδροστατικού κινητήρα, 8. Βαλβίδα ολισθαίνοντος εμβόλου υδροστατικής αντλίας, 9. Βαλβίδα ολισθαίνοντος

εμβόλου υδροστατικού κινητήρα, 10. Ενεργοποιητής, 11. Άξονας ενεργοποιητή, 12. Ρυθμιστής ταχύτητας, 13, Πιεζοστάτης,

14. Βαλβίδα εμπλοκής, 15. Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα ζεύξης, 16. Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα ρύθμισης της ταχύτητας

κίνησης, 17. Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα 1ης βαθμίδας, 18. Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα 2ης βαθμίδας, 19. Επιλογέας

βαθμίδων.

Το ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου αναλαμβάνει την εκτέλεση όλων των απαραίτητων ρυθμίσεων του

κιβωτίου ταχυτήτων, με αποτέλεσμα ο χειρισμός του ελκυστήρα να είναι πολύ εύκολος. Ο χειριστής αυτό που

πρέπει να κάνει είναι να επιλέξει τον τρόπο λειτουργίας, την κατεύθυνση κίνησης και την ομάδα των

ταχυτήτων εργασίας ή πορείας, χωρίς τη χρήση μοχλού επιλογής και συμπλέκτη. Το ηλεκτρονικό σύστημα

ελέγχου φροντίζει για όλα τα υπόλοιπα.

Στη Εικόνα 3.41 (ZF Gmbh) παρουσιάζεται το συγκριτικό διάγραμμα της ελκτικής δύναμης ανάμεσα

σε έναν ελκυστήρα με ημιαυτόματο κιβώτιο και βαθμιαία αλλαγή ταχυτήτων από τη μικρότερη μέχρι τη

μέγιστη και σε ένα άλλο με κιβώτιο CVT. Στον ελκυστήρα με το κιβώτιο CVT, η μετάδοση της ισχύος

γίνεται χωρίς να διακόπτεται η ελκτική δύναμη. Δηλαδή, το κιβώτιο CVT βελτιστοποιεί τη διαθέσιμη ισχύ

στο άγκιστρο έλξης. Με τον τρόπο αυτό, έχουμε υψηλά επίπεδα προστασίας από υπερφορτώσεις και

λανθασμένες ενέργειες. Επιπλέον, το κιβώτιο CVT καθιστά δυνατή τη λειτουργία του ελκυστήρα με τη

βέλτιστη κατανάλωση καυσίμου. Στη Εικόνα 3.42 (ZF Gmbh) φαίνεται ότι η επιτάχυνση του κινητήρα του

γεωργικού ελκυστήρα με το κιβώτιο CVT, λειτουργεί χωρίς κλιμακωτές μεταβολές. Δηλαδή, η ταχύτητα

περιστροφής του κινητήρα και η ταχύτητα προώσεως μπορεί να ρυθμιστούν ανεξάρτητα η μία από την άλλη.

Το ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου του κιβωτίου βελτιστοποιεί και αυτοματοποιεί τις γεωργικές εργασίες

αυξάνοντας την παραγωγικότητα και ελαχιστοποιώντας τη συμμετοχή του ανθρώπινου παράγοντα.

Εικόνα 3.41 Συγκριτικό διάγραμμα της ελκτικής δύναμης μεταξύ ενός ελκυστήρα με κιβωτίου CVT και ενός άλλου με

ημιαυτόματου κιβωτίου τεσσάρων διαβαθμίσεων.

Εικόνα 3.42 Συγκριτικό διάγραμμα στροφών κινητήρα μεταξύ ενός γεωργικού ελκυστήρα με κιβωτίου CVT και ενός άλλου

με ημιαυτόματου κιβωτίου τεσσάρων διαβαθμίσεων.

Στους μηχανισμούς του συστήματος μετάδοσης της κίνησης ενός γεωργικού ελκυστήρα

περιλαμβάνονται και τα δύο διαφορικά. Το διαφορικό έχει ως σκοπό να μεταδίδει την κίνηση στους τροχούς

με τρόπο που να επιτρέπεται, όταν απαιτείται, να περιστρέφονται με διαφορετικές ταχύτητες. Για το σύστημα

μόνιμης τετρακίνησης με κεντρικό εμπρόσθιο διαφορικό που κλειδώνει αυτόματα, θα αναφερθούμε

εκτενέστερα σε επόμενο κεφάλαιο αυτού του βιβλίου.

Ξενόγλωσση βιβλιογραφία

Aitzetmüller, H. (2000). Steyer S-Matic - The future CVT systems. FISITA World Automotive Congress,

Seoul, Korea.

Akehurst, S., Parker, D. A., Schaff, S. (2006). CVT rolling traction drives - a review of research into their

design, functionality, and modeling. ASME Journal of Mechanical Design, 128 (5), 1165-1176.

Brockbank, C., Burtt, D. (2007). Infinitely and continuously variable full toroidal traction drive transmissions

for transverse applications in sub A, A & B sector vehicles. Transmission Conference 2007, Pôle

Léonard de Vinci, Paris La Defence, France.

Browning, E. P. (1978). Design of agricultural tractor transmission elements. In: ASAE distinguished lecture

No. 4. MI (USA): St. Joseph.

Carbone, G., Mangialardi, L., Bonsen, B., Tursi, C., Veenhuizen, P. A. (2007). CVT dynamics: theory and

experiments, Mechanism and Machine Theory, 42 (4) 409-428.

Fendt: Favorit 816, 818, 822, 824, Xaver Fendt GmbH & Co. D-87616 Marktoberdorf E 3/97-5.

Fendt: Favorit 900 Vario 916, 920, 924, 926, AGCO GmbH & Co. D-87616 Marktoberdorf, E 10/00-2.

Freescale Semiconductor, Inc. (2005). Electronic transmission control/ Continuously variable transmission

control. SG2023/REV2.

Gravalos, I. (1986). Návrh hydrostatického převodového ústrojí pro kolový traktor střední výkonové třídy (80-

100 kW). Diplomová práce. Vysoká Škola Zemědělská v Praze.

John Deere. Materials of IVT "AutoPowr"

Kress, J. H. (1962). Variable-speed transmission combined with planetary drive. United States Patent. No

3,251,243.

Kress, J. H. (1968). Hydrostatic power-splitting transmissions for wheeled vehicles. Classification and theory

of operation. SAE Paper No. 680549.

Lamborghini Trattori (1988). Front rank technology. Edition for Lamborghini sales organisation. Treviglio

(BG), Italia.

Lamborghini Trattori. Workshop Manual. Victory 230/260. Treviglio (BG), Italia.

Linares, P., Méndez, V., Catalán, H. (2010). Design parameters for continuously variable power-split

transmissions using planetaries with 3 active shafts. Journal of Terramechanics, 47, 323-335.

Macor, A., Rosseti, A. (2011). Optimization of hydro-mechanical power split transmissions. Mechanism and

Machine Theory, 46, 1901-1919.

McCormick Tractor XTX 145, XTX 165, XTX 185, XTX 200 & XTX 215 Operators Manual Digital.

Mantriota G. (2002). Performances of a series infinitely variable transmission with type II power flow.

Mechanism and Machine Theory, 37, 555-578.

Massey Ferguson 7400. Workshop service manual no 3378553m3. AGCO S.A., Massey Ferguson, February

2005.

Mölle, R. (2004). Control and operating behavior of continuously variable chain transmissions. SAE

International Continuously Variable and Hybrid Transmission Congress.

Renius, K.Th. (1968). Grundkonzepte der stufengetriebe moderner ackerschlepper. Grundl. Landtechnik, 18

(3), 97-106.

Renius, K.Th. (1999). Tractors: Two Axle Tractors. In: CIGR Handbook of Agricultural Engineering, Vol III,

p. 115-184. St. Joseph, MI, USA: ASAE, American Society of Agricultural Engineers.

Renius, K.Th., Resch, R. (2005). Continuously variable tractor transmissions. ASAE Distinguished Lecture

Series No. 29. St. Joseph, MI, USA: ASAE American Society of Agricultural Engineers.

Same-Lamborghini-Hürlimann (1992). Workshop Manual. Tractors Racing 165 & 195. Treviglio (BG). Italia.

Same-Lamborghini-Hürlimann (1992). Workshop Manual. Tractors Formula 115 & 135. Treviglio (BG).

Italia.

Srivastava, N., Haque, I. (2009). A review on belt and chain continuously variable transmissions (CVT):

Dynamics and control. Mechanism and Machine Theory, 44, 19-41.

Sorge, F. (1996). A qualitative-quantitative approach to V-belt mechanics. ASME Journal of Mechanical

Design, 118, 15-21.

Stöckl, B. (2004). Energy optimized pressure controlled clamping system for continuously variable chain

transmissions. SAE 2004 International Continuously Variable and Hybrid Transmission Congress,

September 23-25, San Francisco, CA. SAE Technical Paper Series, No. 2004-34-2854.

Tanaka, H. (2003). Torque control of a double cavity half-toroidal CVT. International Journal of Vehicle

Design, 32, 208-215.

ZF - Drive systems for agricultural machines. Simply drive. Off-road driveline technology and axle systems.

ZF Passau Gmbh, Germany.

Ελληνόγλωσση βιβλιογραφία

Αλεξάνδρου, Δ., Γιάννος Γ., Καπετανάκης, Γ. (2001). Συστήματα αυτοκινήτου ΙΙ. Παιδαγωγικό Ινστιτούτο,

Υπουργείο Εθνικής Παιδείας και Θρησκευμάτων.

Γράβαλος, Ι., Γιαλαμάς, Θ., Κατέρης, Δ., Τσιρόπουλος, Ζ., Ξυραδάκης, Π. (2009). Υβριδικό σύστημα

μετάδοσης της κίνησης. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Εταιρείας Γεωργικών Μηχανικών Ελλάδος, 8-10

Οκτωβρίου, Θεσσαλονίκη.

Κωστόπουλος, Θ. Ν. (2009). Υδραυλικά και πνευματικά συστήματα. Συμεών.

Μαυρίδης, Δ. Α. (1987). Εγχειρίδιο υδραυλικών συστημάτων. Βιομηχανική Τεχνολογία Α.Ε.

Παναγιωτόπουλος, Ν. Β. (1997). Εκδόσεις Ζήτη.

Παραδεισιάδης, Γ. (2012). Οχήματα ανωμάλου εδάφους. Σημειώσεις. Τμήμα Οχημάτων, Σχολή

Τεχνολογικών Εφαρμογών, Αλεξάνδρειο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Θεσσαλονίκης.

Τζιβανόπουλος, Κ. (1985). Γεωργικοί Ελκυστήρες. Ίδρυμα Ευγενίδου.

Τσατσαρέλης, Κ. (1997). Γεωργικοί ελκυστήρες. Εκδόσεις Γιαχούδη-Γιαπούλη.