1.4. Структура, производительность и общие требования, предъявляемые к машинам

Обязательные составные части любой машины это: привод, состоящий из силовой установки; передаточные устройства (трансмиссии); система управления; один или несколько рабочих органов; рама (несущие конструкции). У передвижных машин добавляется ходовое устройство (шасси).

Производительность – важная характеристика строительных машин. Это количество продукции, произведенной машиной в единицу времени. Различают расчетную (теоретическая или конструктивная), техническую и эксплуатационную производительность.

Под расчетной производительностью П_р (м/ч, м²/ч, м³/ч, т/ч, шт/ч) понимают производительность за один час непрерывной работы при расчетных скоростях рабочих движений, расчетных нагрузках на рабочем органе и расчетных условиях работы.

Для машин цикличного действия:

, (1.5)

где - расчетное количество продукции, м, м²,м³,т, шт.;

- расчетная производительность рабочего цикла, сек.

Для машин непрерывного действия:

, (1.6)

где - расчетное количество продукции на 1 м длины ее потока, м³/м, т/м;

- расчетная скорость потока, м/с.

Под технической производительностью понимают максимально возможную в данных производственных условиях производительность при непрерывной работе машин.

Эксплуатационная производительность машины - это фактическая производительность машины в данных производственных условиях с учетом ее простоев, перерывов и неполного использования ее технологических возможностей.

, (1.7)

где - фактический объем произведенной продукции;

- чистая продолжительность нахождения машины на стройплощадке.

Используются также следующие коэффициенты:

, (1.8)

, (1.9)

, (1.10)

, (1.11)

где - продолжительность чистой работы машины (за вычетом простоев);

- коэффициент, учитывающий конкретные условия работы (0,85...0,95);

- коэффициент, использования машины по времени;

- коэффициент использования технической производительности;

- коэффициент, учитывающий качество системы управления и уровень классификации машиниста (0,85...0,95).

Глава 2. Приводы и трансмиссии строительных машин

2.1. Приводы и двигатели

Приводом называется энергосиловое устройство, приводящее в движение машину. Привод состоит из: источника энергии (силовой установки); передаточного устройства (трансмиссии); системы управления для включения и выключения механизмов машины, изменения режимов их движения.

Силовая установка состоит из двигателя и обслуживающих его устройств (топливный бак, устройства для охлаждения, для отвода выхлопных газов и т.п.).

Трансмиссии (передаточные устройства) бывают: механические; электрические; гидравлические; пневматические; смешанные; гидродинамические.

Наименование привод получает: по типу двигателя силовой установки (карбюраторный, дизельный); по виду используемой энергии внешнего источника (электрический, пневматический); по типу трансмиссии (гидравлический, дизель-электрический). Приводы бывают одномоторные, групповые и многомоторные.

Передаваемое рабочему органу машины движение характеризуется кинематическими факторами: скоростями (линейные или угловые) и силовыми факторами (усилиями, моментами). Активное усилие или момент равен внешних и внутренних, инерционных (динамических) сопротивлений. Для характеристики режимов работы привода отдельных механизмов и машин в целом пользуются: отношениями максимальных значений усилий (P_max), вращающих моментов (T_max) и скоростей линейных (υ_max), угловых (w_max) на выходном звене привода к их средним значениям; продолжительностью включений (ПВ) в процентах от общего времени работы машины; количеством включений (КВ) в час.

В зависимости от степени изменения этих параметров [они колеблются в пределах Т_max/Т_ср=1,1…3 (для вращательного движения), ПВ=15-100%, КВ=10-600] режимы нагружения многих машин и их механизмов условно подразделяются на: легкий, средний, тяжелый и весьма тяжелый.

Важной характеристикой привода, определяющей его способность преодолевать сопротивления, значительно превышающие их средние значения, является коэффициент перегрузочной способности. Это отношение максимального момента T_max по механической характеристике привода к его номинальному значению Т_н. Для дизелей К_пер.=1,1-1,15.

(2.1)

Из двух текущих параметров работы дизеля-момента на коленчатом валу Т и частоты его вращения n – первый, как и в случае привода в целом определяется в основном, внешней нагрузкой, характер изменения которой во времени t зависит от многих факторов, прежде всего от сопротивлений на рабочем органе. При спокойной внешней нагрузке ее максимальное значение Tмах незначительно отличается от среднего значения Тср, что позволяет работать дизелю вблизи рабочей точки с номинальным моментом Тн, при частоте вращения, близкой к nн, в этом случае полезно используемая мощность будет наибольшей. В случае значительного превышения внешних сопротивлений над средним сопротивлением во избежания заглохания двигателя рабочую точку на мех. Характеристике дизеля, соотвествующую Тср, приходится выбирать ниже номинальной, жертвуя эффективным КПД и недоиспользуя мощность двигателя.

Влияние внешней нагрузки во времени на характер работы двигателя будет тем большим, чем жестче характеристика трансмиссии, являющаяся промедъжуточным звеном между двигателем и рабочим органом. Трансмиссия с податливыми звеньями является фильтром колебаний внешней нагрузки при ее реактивном воздействии на двигатель – приведенная к коленчатому валу двигателя внешняя нагрузка оказывается сглаженной по сравнению с таковой на рабочем органе или исполнительном механизме. Степень такой фильтрации определяют понятием прозрачности трансмиссии. Весьма жесткую трансмиссию называют прозрачной, т.е. которая пропускает через себя реактивную внешнюю нагрузку без изменений. При включении в трансмиссию гидротрансформатора момент на его ведущем звене, и следовательно, на двигателе, остается практически постоянным вне зависимости от момента на ведомом звене. Трансмиссии с подобными устройствами называют непрозрачными, т.е. они не пропускают через себя колебания реактивной внешней нагрузки. Все другие податливые звенья и утсройства, частично выравнивающие реактивную внешнюю нагрузку, называют полупрозрачными.

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) относятся к группе тепловых двигателей. В них химическая энергия топлива, сгорающего в рабочих полостях цилиндров, преобразуется в механическую энергию. В приводах строительных машин применяют многоцилиндровые карбюраторные (бензин) и дизельные (дизтопливо) двигатели с 4мя, 6, 8 и 12 цилиндрами. ДВС состоит из корпуса, кривошипно-шатунного механизма, механизма газораспределения, систем смазки, охлаждения, питания, зажигания, пуска, впуска и выпуска.

Рабочий цикл (рабочий процесс) ДВС – это последовательность периодически повторяющихся процессов (впуск, сжатие, сгорание топлива, расширение газов и их выпуск).

Часть рабочего цикла, совершаемого за ход поршня в одном направлении, называют тактом. В строительстве применяют 4-тактные ДВС (рабочий цикл совершается за 4 такта или за 2 оборота коленчатого вала). Чем больше цилиндров, тем более равномерно вращение коленчатого вала. На нем устанавливают маховик (накапливает энергию).

Основные показатели работы ДВС: мощность и крутящий момент на коленчатом валу; часовой и удельный расход топлива (экономичность двигателя); эффективный КПД (совершенство конструкции).

Дизели: КПД – 0,35-0,45; удельный расход – 190-240 г/кВт·ч. Недостатки: трудный запуск зимой, высокая чувствительность к перегрузкам, большая масса.

Карбюраторные двигатели: КПД – 0,26-0,32; расход – 280-320 г/кВт·ч.

Электродвигатели (ЭД). В строительстве применяют ЭД переменного и постоянного тока, напряжение 220-380 В, частота 50 Гц. Просты, дешевы, надежны, удобны в эксплуатации. Недостаток – высокая чувствительность к колебаниям напряжения в питающей сети. Асинхронные ЭД переменного тока, короткозамкнутые, с фазным ротором называются также двигателями с контактными кольцами.