Pavarų dėžių įvairovė yra gana didelė, jų konstrukcijų skirtumai taip pat nemaži. Tai vienas iš pagrindinių traktoriaus transmisijos elementų. Jos užduotis – ne tik keisti judėjimo kryptį ar ilgam atjungti variklį nuo transmisijos, bet ir keisti traukos jėgą arba judėjimo greitį.

Ryšys tarp variklio ir varančiųjų ratų

Bet kokioje savaeigėje mašinoje transmisija perduoda variklio generuojamą galią bei sukimo momentą varytuvams, keisdama šio momento dydį ir kryptį. Traktoriuose transmisija variklio galią, sukimo momentą perduoda dar ir darbiniams mechanizmams, pavyzdžiui, gale, priekyje ar šone įrengtiems galios tiekimo velenams (GTV).

Keičiant perdavimo skaičių transmisijoje, galima gauti norimą varytuvams (ratams ar vikšrams) perduodamo sukimo momento dydį, t. y. priklausomai nuo apkrovos ir darbo sąlygų jį didinti arba mažinti. Didinant transmisijos perdavimo skaičių (naudojant žemesnę pavarą), varytuvams perduodamas didesnis sukimo momentas ir atvirkščiai. Kuo didesnis transmisijos perdavimo skaičius, tuo variklio ir varančiųjų ratų sūkių dažnių santykis taip pat didesnis. Varantiesiems ratams perduodamą sukimo momento dydį padalinus iš jų spindulio, gaunama traukos jėga. Taigi, traktoriaus išvystoma traukos jėga labai priklauso ne tik nuo varytuvų, bet ir nuo transmisijos parametrų.

Šiuo metu gaminamuose ratiniuose ir vikšriniuose žemės ūkio paskirties traktoriuose, kurių pajėgumas didesnis kaip 50 AG, naudojamos dviejų tipų transmisijos:

• mechaninės;
• hidromechaninės arba kombinuotos.

Mechaninės transmisijos dėl paprastumo ir pigumo naudojamos tik nedidelės galios klasės (3–4 cl., iki 160 AG pajėgumo ir 10 t bendrosios masės) traktoriuose. Pastarojo dešimtmečio tendencija – mechanines transmisijas naudoti tik bazinės įrangos traktoriuose, modelių liniją pradedančiose mašinose (angl. entry level). Šio tipo transmisijos ir ateityje bus naudojamos mažos galios traktoriuose, ypač gaminamuose sparčiai besivystančiuose EMEA ir APAC regionuose. Didieji gamintojai net ekonominėje traktorių klasėje ieško efektyvesnių sprendimų.

Daugumoje šiuolaikinių pažangių traktorių montuojamos hidromechaninės pakopinės arba bepakopės pavarų dėžės. Šių transmisijų įvairovė rinkoje didžiausia. Tai lemia nemažas jų gamintojų skaičius:  „New  Holland“  (CNH),  „Carraro“,  „Caterpillar“, „Dana“, „Fendt“ ir „Valtra“ (abu  AGCO),  „Fuji  Heavy  Industries“,  „John Deere“ (iki 1989 m. – „Funk“), GIMA  (AGCO/„Claas“), „Same“ (SDF), ZF. Ir konstrukcija, ir valdymo principais tarp jų yra daug panašumų, tačiau skirtumų taip pat yra ženklių.

Dviejų tipų transmisijos serijinėje gamyboje naudojamos labai retai arba jas dar tik numatoma įdiegti perspektyvoje:

• hidrostatinės;
• hibridinės (lygiagretaus jungimo arba mini hibridinės bei nuoseklaus jungimo hibridinės arba dyzelinės-elektrinės).

Hidrostatinės transmisijos be alternatyvos naudojamos kai kuriose savaeigėse žemės ūkio mašinose, pavyzdžiui, teleskopiniuose keltuvuose, kombainuose, purkštuvuose. Traktoriuose priešingai: dėl palyginti nedidelio greičių diapazono ir mažo efektyvumo jos beveik nenaudojamos. Tiesa, kartais pasitaiko išimčių, pavyzdžiui, Šiaurės Amerikoje gerai žinomas New Holland TV6070 Bidirectional traktorius su 8 diapazonų hidrostatine bepakope 0–31,4 km/val. transmisija.

Perspektyviausios – hibridinės transmisijos, tačiau didžiausias hibridinės pavaros efektyvumas yra tik kartu su bepakope pavarų dėže.

Pagal tai, koks dėmesys šiuo metu skiriamas elektrinėms galios perdavoms, kurios yra iki 5 proc. efektyvesnės už hidraulines, galima numatyti, kad artimiausiame dešimtmetyje vidutinės ir didelės galios traktoriuose hibridinės transmisijos taps vienu iš pagrindinių tipų.

Pirmieji serijiniai traktoriai su lygiagretaus jungimo hibridine transmisija yra John Deere 7430 ir 7530 E Premium, pristatyti 2007 m. tarptautinėje parodoje „Agritechnica“ Vokietijoje.Pabrėžtina, kad traktoriuose dėl tik šioms mašinoms būdingos darbo specifikos, skirtingai negu automobiliuose montuojamose mini hibridinėse sistemose, tarp variklio ir transmisijos įrengtas generatorius nenaudojamas paleidžiant variklį ir kaip variklio sukimo momento stiprintuvas. Nenaudojamas ir  rekuperacinis (pvz., stabdant) darbo režimas. Didesnės galios generatorius šiuo atveju reikalingas patogesniam papildomų įrenginių išdėstymui ir efektyvesniam jų panaudojimui.

Deja, brangios, tačiau perspektyvios John Deere 7030 E Premium mašinos neįsigijo dar nė vienas Lietuvos ūkininkas. Tikėtina, viskas dar priešakyje, nes kompanija „John Deere“ jau pristatė antrosios kartos 6RE modelius.

Dyzelinėse-elektrinėse  arba  nuoseklaus jungimo hibridinėse transmisijose, kurios struktūriškai panašios į hidrostatines, variklis nėra tiesiogiai sujungtas su varytuvais. Šiuo atveju dėl daugkartinio energijos transformavimo neišvengiami  galios nuostoliai: iš mechaninės į elektrinę ir iš elektrinės atgal į mechaninę. Tiesa, tai nesumažina bendrų transmisijos privalumų, kuriuos užtikrina galimybė varikliui dirbti efektyvesniu režimu. Be to, mažesnis erdvės poreikis jėgos agregatui įrengti, o griežtėjant ekologiniams reikalavimams naujos išmetamųjų dujų apdorojimo priemonės reikalauja labai racionaliai  išnaudoti erdvę. Privalumų yra ir daugiau: mažesnis triukšmas ir vibracijos, mechaninę GTV ir hidraulinę galios perdavą papildant elektrine, padidėja mašinos funkcinės galimybės.

Žemės ūkio paskirties traktoriuose dyzelinė-elektrinė transmisija nenaudojama, išskyrus atliekant įvairias eksperimentines studijas, kurios pristatomos tarptautinėse parodose. Paskutinis pavyzdys – 2011 m. pristatytas šveicariškas modelis Rigitrac EWD 120 yra ypač daug žadantis projektas. Tačiau reikia įvertinti, kad dyzelinė-elektrinė transmisija, kada elektros varikliai sumontuoti ne varančiuosiuose tiltuose, o ratų stebulėse, kaip yra minėtame Rigitrac traktoriaus modelyje, neleidžia kartu naudoti antro komplekto ratų, todėl šis komponavimas perspektyvus tik mažos galios arba specialiosios paskirties traktoriuose. Dėl šios priežasties dyzelinės-elektrinės transmisijos patogesnės naudoti vikšriniuose traktoriuose, juolab kad pramoninės paskirties mašinos (pvz., Caterepillar D7A) jau gaminamos serijiniu būdu nuo 2008 metų.

Kokios būna pavarų dėžės?

Vidaus degimo variklis turi palyginti siaurą darbinių sūkių diapazoną, todėl transmisija traktoriaus traukos jėgą gali keisti, nekeisdama variklio sūkių dažnio ir krypties. Atitinkamai, galima keisti ir važiavimo greitį.

Variklio alkūninio veleno sūkių dažnis visada didesnis už ratų. Šiuolaikiniuose traktoriuose montuojamų pavarų dėžių valdymo programos leidžia pasirinkti valdymo režimą, leidžiantį varikliui dirbti pastoviu sūkių dažniu: priklausomai nuo apkrovos, keičiamas transmisijos perdavimo skaičius ir važiavimo greitis. Galimas ir atvirkštinis variantas, kada nustačius pastovų važiavimo (technologinį) greitį, priklausomai nuo apkrovos, keičiamas perdavimo skaičius transmisijoje ir variklio sūkių dažnis.

Kuo didesnis pavarų skaičius, tuo didesnis perdavimo skaičių eilės tankis. Atitinkamai, kuo pastarasis dydis didesnis, tuo geresnės traktoriaus traukos savybės, ekonomiškumas. Be to, mechaninėse pavarų dėžėse, turinčiose didesnį pavarų skaičių, dėl mažesnių gretimų pavarų greičių skirtumo ilgesnis sichronizatorių eksploatavimo laikas.

Laikoma, kad iš vienodą pavarų skaičių turinčių pavarų dėžių efektyvesnė ta, kurioje daugiau pavarų galima perjungti eigoje, nenutraukiant galios srauto perdavimo transmisijai.

Perdavimo skaičių diapazonas arba pavarų dėžės diapazonas – tai žemiausios ir aukščiausios pavaros perdavimo skaičių santykis. Nors tai nėra taisyklė, tačiau daugiau pavarų turinčios pavarų dėžės perdavimo skaičių diapazonas yra didesnis.

Pakopinės pavarų dėžės

Pačios paprasčiausios pavarų dėžės – mechaninės. Dėl paprastumo ir pigumo dažniausiai mechaninės pakopinės pavarų dėžės naudojamos mažos galios traktoriuose. Jose perjungiant pavaras ar diapazonus, nutraukiamas galios srauto perdavimas varantiesiems  ratams. Mechaninėse pavarų dėžėse visos pavaros, išskyrus labai lėtų greičių diapazoną, turi sinchronizatorius.

Pažangesnės yra mechaninės pavarų dėžės su dinaminiais reduktoriais arba sukimo momento stiprintuvais. Jų konstrukcija analogiška pirmosioms, išskyrus tai, kad 2–3 pavaros atskiruose diapazonuose perjungiamos elektrohidrauliškai, įjungiant atitinkamas daugiadiskes sankabas, t. y. nenutraukiant galios srauto varantiesiems ratams.

Kai kuriais atvejais dinaminiai reduktoriai yra įrengiami priešais mechaninę pavarų dėžę (pvz., Valtra traktorių modifikacijose Classic/HiTech naudojami 3 pakopų Delta PowerShift planetiniai reduktoriai). Mechaniškai pasirinkus diapazoną ir įjungus norimą pavarą papildomai turimos dvi pakopos, kurias galima perjungti, nenutraukiant galios srauto perdavimo transmisijai.

Mechaninės pavarų dėžės su dinaminiais reduktoriais yra tuo efektyvesnės, kuo daugiau pavarų vairuotojas ar automatinė valdymo sistema gali rinktis, nenutraukiant galios srauto perdavimo ratams. Paprasčiausios konstrukcijos pavarų dėžėse yra 2, pažangesnėse – 3 pakopos.

Vidutinės ir didelės galios traktoriuose šiuo metu dažniausiai naudojamos hidromechaninės pakopinės dinaminės arba pusiau dinaminės pavarų dėžės su 4–6 pavaromis ir eigoje perjungiamais diapazonais, nepertraukiant galios srauto perdavimo varantiesiems ratams. Vienas iš jų yra greitųjų, t. y. transportinių pavarų diapazonas, apimantis greičius nuo 5 km/val. iki didžiausio. Vienas arba du diapazonai – vidutiniai, t. y. darbinių greičių, apimančių 1,5–15 km/val. diapazoną. Papildomas diapazonas skirtas labai lėtiems, iki 3 km/val. greičiams.

Pagrindinis skiriamasis pusiau dinaminių (SPS) ir dinaminių (FPS) pavarų dėžių bruožas, kad pastarosiose nenutraukiant galios srauto perjungiamos ne tik pavaros, bet ir diapazonai. Dinaminių pavarų dėžių konstrukcija yra labai artima pirmosioms.

Abiejų tipų pavarų dėžėse pavaras perjungti nenutraukiant galios srauto gali ne tik pats vairuotojas, bet ir automatinė valdymo sistema. Pavarų perjungimui priklausomai nuo apkrovos ir variklio sūkių dažnio paprastai taikomos dvi strategijos: ekonomiškoji (Eco) arba galios (Power). Pirmuoju atveju aukštesnė pavara perjungiama, esant mažesniam, antruoju – didesniam variklio sūkių dažniui.

Ekonomiškasis režimas skirtas darbui su mažą pasipriešinimą traukai turinčiais agregatais. Galios režimas, atvirkščiai  – skirtas darbui su didelį pasipriešinimą traukai turinčiais agregatais: plūgais, įvairaus tipo skutikliais, vertikalių rotorių kultivatoriais (frezomis), kombinuotais sėjos agregatais.

Bepakopis greičio reguliavimas

Nors kol kas daugiausia traktorių gaminama su pakopinėmis pavarų dėžėmis, tačiau bepakopių pavarų dėžių naudojimo įvairiose galios klasėse augimo dinamikos sunku nepastebėti.

Bepakopės pavarų dėžės neturi fiksuotų perdavimo skaičių. Jose perdavimo skaičius visame greičių diapazone (priklausomai nuo konstrukcijos, nuo 20 m/ val. iki 65 km/val.) yra begalinis

Pirmoji ir kol kas vienintelė kompanija, nuo 2009 m. gaminanti traktorius (nuo 60 iki 396 AG) tik su bepakopėmis pavarų dėžėmis yra „Fendt“. Įmonės „Schlüter“ kartu su „Fendt“ buvo pirmosios (atitinkamai 1991 ir 1995 m.) rinkoje pristačiusios serijinės gamybos traktorius EuroTrac 1000 CVT  ir 926 Vario su bepakopėmis pavarų dėžėmis. Pirmasis ir kol kas vienintelis vikšrinis žemės ūkio paskirties traktorius su bepakope transmisija yra gaminamas kompanijoje „John Deere“. Pirmosios 8345RT serijosmašinos pristatytos taip pat 2009 metais.

Paprastai bepakopės transmisijos naudojamos išimtinai TOTL (angl. Top Of The Line), t. y. galingiausiuose gamintojo modeliuose – flagmanuose. Tokie yra Claas Axion 900 ir Xerion, Deutz-Fahr Agrotron TTV 7-osios serijos, JCB Fastrac 7-osios serijos, Massey Ferguson 8600 serijos, Valtra S traktoriuose. Taip pat bepakopės transmisijos yra neatsiejama gerai sukomplektuotų traktorių dalis, kurie dažnai yra galingiausi atskirose modelių grupėse. Pavyzdžiui, John Deere 7260R ir 7280R, 8360R/RT, 7600 serijos Efficient arba Exclusive įrangos Massey Ferguson, New Holland T7.270 Auto Command ir Valtra T203 Direct.

***

Ratinių ir vikšrinių traktorių pavarų dėžės

• Pakopinės.
• Bepakopės.

Pakopinės pavarų dėžės

• Mechaninės, sinchronizuotos (žymėjimas – MT).
• Mechaninės su dinaminiais reduktoriais arba sukimo momento stiprintuvais.
• Pusiau dinaminės (žymėjimas – Semi Power Shift, SPS);
• Dinaminės, nuoseklaus jungimo (žymėjimas – Full Power Shift, FPS).

Pavarų dėžės efektyvumą apibūdinan - tys parametrai

• Pavarų skaičius.
• Perdavimo skaičių diapazonas arba pavarų dėžės diapazonas.
• Perdavimo skaičių eilės tankis