§ 2. Передачі будівельних і дорожніх машин

У процесі роботи більшості типів будівельних і дорожніх машин практично безупинно змінюються частоти обертання двигунів, що працюють то за зовнішньою швидкісною, то за регуляторною гілкою характеристики.

На будівельних і дорожніх машинах застосовують передачі різних типів, що захищають двигун від коливань зовнішнього навантаження і забезпечують гарне використання його потужності.

Гідрооб’ємні передачі (дизель — насос — гідродвигун чи гідроциліндр) сучасних екскаваторів забезпечують роботу двигуна з приблизно постійною номінальною частотою обертання або за регуляторною гілкою характеристики, або короткочасно за невеликою ділянкою зовнішньої швидкісної. При цьому двигун захищений від перевантажень і можливості зупинки. Аналогічні передачі самохідних стрілових кранів і автокранів у силу особливостей системи регулювання обумовлюють при виконанні ряду операцій (підйом і опускання вантажу) роботу двигуна на часткових навантаженнях, тобто за частковими регуляторними гілками характеристики.

Гідромеханічні передачі (дизель — гідротрансформатор — автоматична коробка передач) автогрейдерів, навантажувачів, скреперів при виконанні машинами основних технологічних операцій забезпечують майже такий же режим роботи двигунів, як гідрооб’ємні передачі екскаваторів. При необхідності зменшити швидкість руху машини, двигун переводять на роботу за частковими регуляторними гілками характеристики. Крім того, при транспортних операціях і русі машини з високими швидкостями відбувається автоматичне блокування гідротрансформатора, і передача стає, власне кажучи, механічною. При русі під ухил можливий режим гальмування двигуном.

На більшості машин, що випускаються зараз з електричними передачами (дизель — генератор — електродвигун), тобто на кранах і екскаваторах, використовується перемінний струм. Такі передачі за своїм впливом на роботу двигуна аналогічні механічним із фрикційними муфтами зчеплення. Від перевантажень і зупинки двигун захищений спеціальними пристроями, передбаченими електричною схемою. Недолік цих машин полягає в тому, що при пуску асинхронного електродвигуна створюються високі пікові навантаження на дизель.

На деяких машинах застосовують електричні передачі постійного струму. На роботу дизеля вони впливають аналогічно гідромеханічним.

§ 3. Післямова

Розвиток двигунів дорожніх машин спрямований на забезпечення росту продуктивності, скорочення енерговитрат; зменшення витрат праці на виготовлення, технічне обслуговування і ремонт двигуна, зниження витрати металу, експлуатаційних матеріалів; полегшення умов праці; поліпшення екологічних характеристик. Досягнення кращих показників можливо на основі застосування прогресивних конструктивних схем, робочих процесів, конструкцій систем вузлів і деталей.

Наддув забезпечує зростання агрегатної та літрової потужності, поліпшення масогабаритних показників, паливної економічності. Перспективи має електронне регулювання та пристрої, що використовують мікропроцесорні схеми.

Найважливішим напрямком зниження енерговитрат при роботі силових установок є зменшення втрат теплоти в охолодне середовище з одночасною утилізацією теплової енергії відпрацьованих газів. Ця енергія частково може бути використана у газовій турбіні, що працює на вал відбору потужності дизеля. Така комбінована силова установка, хоча і є досить складною у конструктивному відношенні, має високий ефективний ККД.

Високі потужності, що використовують на ряді дорожньо-будівельних машин (більш 1000 кВт), можуть привести до необхідності використання газотурбінних двигунів. Останні не мають поступально рухомих деталей, що дозволяє збільшити частоту обертання вала турбіни до 25000–40000 хв^-1. Питома маса і габаритні розміри газотурбінного двигуна менше в порівнянні з дизелем. Застосування газотурбінних двигунів стримується їх трохи гіршою економічністю.

Підвищення ККД газотурбінного двигуна може бути досягнуте шляхом збільшення температури газу на лопатках турбіни до 1500–1600К и введення регенеративного теплообмінника. Підвищення температури на лопатках стане можливим, коли будуть знайдені матеріали (наприклад, кераміка), що здатні підтримувати одночасно високі термічні і механічні напруження. Теплообмінник, призначений для передачі теплоти відпрацьованих газів повітрю, що надходить у двигун, хоча й ускладнює конструкцію, є необхідною частиною газотурбінного двигуна, тому що підвищує ефективність ККД силової установки.

Бензинові двигуни пройшли тривалий шлях розвитку і досягли високої досконалості. Перед конструкторами й експлуатаційниками постає задача забезпечення подальшого росту економічності цих двигунів при одночасному обмеженні викидів токсичних речовин.

Максимальний відносний ККД, що характеризує ступінь досконалості дійсного циклу, досягає в двигунів вантажних автомобілів на режимах, близьких до повних навантажень, значень 0,84–0,87. Це вказує на те, що подальше поліпшення робочих процесів не може бути істотним без збільшення ступеня стиску (1.28) двигуна.

Великі перспективи в напрямку підвищення паливної економічності бензинових двигунів має застосування електроніки в системах живлення і запалювання. Безконтактні системи з мікропроцесором забезпечують оптимальну роботу двигуна практично на всіх режимах. Застосування електроніки дозволяє підвищити потужність іскрового розряду, а при необхідності і змінювати її в залежності від режиму роботи двигуна.

Надалі в міру розвитку електроніки буде здійснення повного переходу до систем з автоматичною адаптацією, які самі будуть змінювати програму дозування суміші (чи кут випередження запалювання) у залежності від усього комплексу впливових факторів.

Зменшення запасів нафти, а також подорожчання її розвідки і видобутку змушують шукати замінники традиційних нафтових палив. Як альтернативні палива звичайно називають газ (природний, штучний, водень, газовий конденсат); спирти (метанол, етанол), ефіри. Розглядаються можливості використання цих палив у чистому виді чи як добавки до основного палива — бензину та дизельного.

За експертними оцінками, сьогодні та у найближчому майбутньому найбільш раціональною енергетичною установкою для дорожньої машини буде дизель.

Основними параметрами, що визначають характер згоряння палива в ДВЗ, є його теплотворна здатність і теплота випару, елементарний склад, займистість, випаровуваність, щільність, в’язкість, поверхневий натяг, змащувальна здатність. Останні з перерахованих властивостей мають особливе значення для дизелів, у яких якість розпилювання відіграє важливу роль у формуванні характеру тепловиділення.

Використання спиртів у дизелях вимагає рішення головної проблеми — подолання їхньої поганої займистості. Вона вирішується різними шляхами: використанням у дизелі свіч розжарювання, впорскуванням через форсунки запальних доз дизельного палива, використанням попереднього перемішування сумішей дизельного палива і спиртів, використанням присадок, що поліпшують запалення, подачею спирту у впускний трубопровід та ін.

Переваги і недоліки окремих із зазначених методів зв’язані з ускладненням конструкції паливної апаратури і двигуна, поганою змішуваністю спиртів з дизельним паливом, з високою вартістю присадок. Не можна також забувати про такі погані властивості деяких спиртів, як змащувальна, підвищений корозійний вплив на метали та агресивність (у тому числі у сумішах) до еластомерів, отруйність.

Деякі додаткові задачі необхідно вирішувати при використанні альтернативних палив і виборі паливної апаратури для них. Потрібно враховувати такі особливості альтернативних палив, як збільшений тиск насичених парів, менша в’язкість, підвищена корозійна активність, гігроскопічність, менша теплотворна здатність.