книги из ГПНТБ / Смирнов, В. И. Строительные машины учебник

Мотор-колесо (рис. 6-5,6) имеет встроенный в ступицу электро­ двигатель /, крутящий момент которого увеличивается и пере­ дается планетарным редуктором 2 на колесо 3 движителя ма­ шины.

Рис. 6-5. Электромеханические трансмиссии:

а— схема трансмиссии дизель-электрического трактора; б — мотор-колесо

Вэлектромеханических трансмиссиях крутящий момент, подво­ димый к исполнительным механизмам, изменяется путем управле­

ния работой электродвигателей (см. гл. 5). Преимуществами ее являются возможность осуществления многомоторного привода, легкость изменения крутящего момента, достаточно широкий диа­ пазон автоматической приспособляемости к внешним нагрузкам и т. д. В связи с этим электромеханические трансмиссии получили подавляющее применение на стационарных установках и ряде самоходных строительных машин.

В некоторых машинах с электрическим приводом устанавли­ ваются электромагнитные муфты скольжения и электромагнитные порошковые муфты.

Электромагнитная муфта скольжения имеет ротор, соединен­ ный с приводным двигателем, и якорь, соединяющийся с исполни­

и наводит в нем ток, взаимодействие которого с магнитным полем ротора создает вращающий момент. Таким образом, за счет маг­ нитной связи ротор увлекает за собой якорь. Изменяя величину тока в обмотке якоря с помощью реостата, можно получить плав­

муфты от муфты скольжения является то, что в кольцевом зазоре между якорем и ротором находится мелкодисперсный железный

100

порошок. При поступлении тока в обмотку возбуждения этот поро­ шок теряет подвижность и обеспечивает сцепление ведущего и ве­ домого элементов муфты.

Рассмотренные конструкции муфт позволяют применить авто­ матическое управление машиной, легко регулировать передавае­ мый момент и предохраняют механизм от перегрузок.

§ 6-2. Ходовое оборудование строительных машин

Ходовое оборудование строительных машин включает в себя движитель и подвеску.

Движитель обеспечивает поступательное движение машины и передает на грунт ее вес и нагрузки, действующие на нее. В зави­ симости от конструкции различают гусеничные, колесные и шагаю­ щие движители.

лес 5, опорных 7 и поддерживающих 3 катков и натяжных уст­ ройств 6.

Гусеничные цепи служат для преобразования вращательного движения ведущих колес в поступательное движение машины. Они обеспечивают хорошее сцепление с грунтом и распределение массы машины на большую опорную поверхность. Цепи соби­ раются из отдельных звеньев (траков), шарнирно соединяемых

101

между собой пальцами. В зависимости от размеров звеньев разли­ чают крупно- и мелкозвенчатые цепи. Первые более равномерно передают давление на грунт, однако имеют большой вес, не до­ пускают больших скоростей и применяются для тяжелых тихоход­ ных машин, скорость которых не превышает 8 км/ч.

Мелкозвенчатые цепи обладают меньшим весом, более просты по устройству и допускают движение машины со скоростью до 20—35 км/ч. Но из-за большего удельного давления на грунт они обладают несколько худшей проходимостью на слабых грун­ тах.

На наружной поверхности траков гусеничных цепей большин­ ства машин имеются грунтозацепы для обеспечения лучшего сцеп­ ления с грунтом. С этой же целью на них могут крепиться шпоры.

Ведущие колеса (звездочки) приводят в движение гусеничные цепи, обеспечивая тем самым перемещение машины. Они выпол­ няются обычно составными: зубчатый венец крепится к ступице с помощью болтов, что облегчает замену зубчатого венца при ре­ монте.

Опорные катки воспринимают вес машины и направляют ее движение по гусеницам. Поддерживающие катки ограничивают провисание гусеничной цепи. При применении опорных катков большого диаметра (машины на базе быстроходного тягача) под­ держивающие катки не устанавливаются.

Натяжение гусениц осуществляется при помощи специального устройства, позволяющего в случае ослабления гусениц из-за их износа переместить направляющее колесо по направляющим салаз­ кам рамы гусеничного движителя или повернуть его кривошипом в сторону натяжения. Степень натяжения определяется грунтовы­ ми условиями: при работе на рыхлых грунтах оно должно быть больше, чем на скальных.

Среднее удельное давление машин с гусеничным движителем составляет 4—10 н/см2 и определяется из выражения

» “ Ш я1см‘’

где G — вес машины, м;

L — длина опорной поверхности гусеницы, см\ b — ширина гусеницы, см.

Применение уширенных гусениц позволяет снизить q до 2,5 н/см2. Сцепной вес GCIU представляющий собой часть веса маши­ ны G, приходящуюся на ведущие элементы движителя *, для гусе­ ничных машин равен вертикальной составляющей их полного веса:

Gcu = Geos а,

где а — угол подъема (уклона) местности.

* У машин, выполняющих технологические функции, сцепной вес будет скла­ дываться из веса машины, приходящегося на ведущие колеса, и сил реакции от взаимодействия рабочего органа с обрабатываемой средой.

102

дится в пределах 0,5—1,1 в зависимости от дорожных условий), то большой сцепной вес дает возможность максимально реализовать мощность двигателя на перемещение машины.

Коэффициент сопротивления движению f гусеничного движи­ теля составляет 0,10—0,25; он позволяет определить потери силы тяги на сопротивление движению R по различным дорогам:

R — f Оcos а.

Малые удельные давления на грунт и хорошее сцепление дви­ жителя с грунтом обеспечивают важнейшее преимущество гусенич­ ных машин — их высокую проходимость и высокие тяговые ка­ чества.

Недостатками гусеничного хода являются большой вес (до 40% общего веса машины), малый срок службы (около 2000 ч работы), значительные потери на трение в шарнирах и ограниченная ско­ рость передвижения. Своим ходом машины с крупнозвенчатыми гусеницами нельзя транспортировать далее 10 км.

Гусеничный движитель в основном используется на самоход­ ных машинах, имеющих большую массу, не требующих частых перебросок и работающих в условиях бездорожья.

меняемый для передвижных башенных, мостовых, козловых и железнодорожных кранов и тельферов, имеет ходовые стальные или чугунные колеса. Последние используются при давлении на колесо не более 50 кн. Ходовые колеса насаживаются на ось или свободно вращаются на оби в бронзовых втулках или подшипниках качения. В большинстве случаев они имеют боковые реборды, предотвра­ щающие сход колес с рельсового пути. К ведущим ходовым коле­ сам крепится приводное зубчатое колесо.

Данный движитель обладает небольшим коэффициентом сопро­ тивления передвижения f (0,005-^0,010), который определяется из уравнения

f r \lD Н-2Л f - к — 7 Г - ,

где К — коэффициент, учитывающий трение реборд колес о рель­

ния p=?0,01;

/ к — коэффициент трения качения, равный 0,05 см\ d — диаметр цапфы, см\

D — диаметр колеса, см.

103

В то же время рельсовый движитель имеет малый коэффициент сцепления (ср — 0,15), из-за чего возможна пробуксовка колес при перегрузке машины. Кроме того, необходимость в рельсовом пути увеличивает затраты на эксплуатацию машины и ограничивает зону ее действия.

Этот движитель целесообразно применять для тяжелых машин,

пице.

По способу герметизации внутренней полости шины подразде­ ляются на камерные и бескамерные. Камерная шина состоит из покрышки 3, камеры 4 и ободной ленты 5. Бескамерная шина не имеет камеры и ободной ленты, на ее внутренней поверхности на­ ходится герметизирующий слой из специальной резины. При сквоз­ ном проколе шины герметизирующий слой мгновенно затягивает отверстие вокруг проникшего в шину предмета. На строительных машинах бескамерные шины ийфокого применения не нашли.

Сцепление колеса с дорогой осуществляется за счет протектора шины. Рисунок его наружной поверхности (рис. 6-6, г) во многом влияет на проходимость машины и сопротивление ее передвиже­ нию. Для дорог с твердым покрытием используются шины с мел­ ким рисунком протектора. Шины, предназначенные для эксплуата­ ции на дорогах со смешанным покрытием, имеют более крупный

большим расстоянием между ними. Тип шин, используемых для работ в каменных карьерах и на земляных работах, показан на рис. II и /.

В зависимости от давления, создаваемого в шинах, различают шины высокого (5—7 утм) и низкого (1,25—3,50 атм) давления. Кроме того, выделяются шины с регулируемым давлением, позво­ ляющие снижать давление в них до 0,3—0,5 атм. За счет этого улучшается проходимость машины в условиях бездорожья.

По форме профиля различают тороидные шины, форма про­ филя которых близка к окружности, широкопрофильные шины, имеющие овальную форму, арочные шины с профилем в виде арки и пневмокатки с профилем П-образной формы.

Наибольшее распространение на строительных машинах полу­ чили тороидные шины. Широкопрофильные шины отличаются большей грузоподъемностью и используются вместо сдвоенных задних колес грузовых автомобилей и ряда строительных машин. Арочные шины (рис. 6-6, г, V) относятся к бескамерным шинам; большая площадь контакта их с дорогой уменьшает удельное дав­ ление и улучшает проходимость машины в условиях бездорожья.

Пневмокатки отличаются еще большей проходимостью, чем арочные шины и могут быть использованы для строительных ма­ шин, эксплуатирующихся в болотистой местности.

104

Принципиально новыми и перспективными конструкциями яв­ ляются шины типа Р со сроком службы до 120—150 тыс. км (обыч­ ные шины имеют срок службы около 40 тыс. км). В э^их шинах нити корда каркаса расположены радиально по отношению к оси колеса (в обычных шинах они расположены под углом 50—55° к оси). В результате такой конструкции нити корда испытывают меньшее натяжение и истирание при работе.

В маркировке шин указывается ширина их профиля и посадоч­ ный (внутренний) диаметр, месяц и год выпуска, завод-изготови­ тель. В соответствии с новыми стандартами на пневматические шины устанавливается метрическая система обозначения разме­ ров (например, 320—508 означает, что ширина профиля шины равна 320 мм, а посадочный диаметр — 508 мм).

Пневмоколесный движитель легче гусеничного, имеет больший ресурс работы, позволяет перемещаться машине на больших ско­ ростях (до 100 км/ч и более).

Удельное давление, передаваемое от обычной шины на дорогу, составляет в- среднем 20—30 н/см2. Это ухудшает проходимость машины на плохих дорогах. Данный недостаток существенно уменьшается при использовании шин с регулируемым давлением, арочных шин и пневмокатков.

Большим недостатком пневмоколесного движителя является малый коэффициент сцепления с грунтом, равный 0,25—0,70. Это вызывает пробуксовку колес при увеличении сопротивления дви­ жению и ухудшает проходимость машины. Для увеличения сцеп­ ления на шины одеваются при необходимости цепи противосколь­ жения.

Пневмоколесный движитель широко используется как для лег­ ких, так и для тяжелых самоходных строительных машин, тре­ бующих частой переброски с одного объекта на другой.

Ш аг а ющи й д в и ж и т е л ь имеет лыжи (плиты), которые перемещаются при помощи кривошипно-шатунных механизмов или мощных домкратов. Большая опорная поверхность лыж позволяет' снизить удельное давление от машины на грунт до 2,5 н/см2. Ско­ рость машин с шагающим движителем не превышает 0,08—0,60 км/ч. Такой движитель нашел применение для машин значительной массы, в частности экскаваторов с ковшом емкостью более 15 мъ.

Подвеска

Подвеска служит для смягчения и поглощения ударов, воспри­ нимаемых машиной от неровностей дороги. Ее основной частью является упругий элемент, обеспечивающий упругую связь между остовом (рамой) машины и ее движителем. Кроме того, в подвеску могут входить амортизаторы для гашения колебаний упругого эле­ мента и стабилизаторы, исключающие большие крены машины.

В зависимости от конструкции подвески бывают полужесткие, упругие (эластичные) и жесткие.

105

Конструкция полужесткой подвески показана на рис. 6-7, а. В машинах с такой подвеской подрессоривается только переднйя часть остова, задняя часть опирается непосредственно на ходовое устройство (например, строительные машины на базе тракто­ ров Т-100М, Т-4, МТЗ-50 и др.). Такая подвеска проста по кон­ струкции и обеспечивает более равномерное распределение на­ грузки на ходовую часть н лучшую устойчивость (работу без кре­ нов) машины. Ее основным недостатком является ограниченная

Рис. 6-7. Подвеска машин:

а — полужесткая; б — упругая индивидуальная; в — балан­ сирная; г — торсионная; д — рессорная

Упругая подвеска (рис. 6-7, 6) характеризуется упругим соеди­ нением всех осей опорных катков (ходовых колес) с остовом ма­ шины. По сравнению с полужесткой подвеской она обеспечивает более плавное движение машины на больших скоростях и лучшую приспосаблпваемость ходовой части к рельефу местности. Вместе с тем во время работы таких машин, как строительные краны, экскаваторы п другие, упругая связь остова с ходовой частью вызывает плохую устойчивость машины и должна быть выключена на этот период.

Упругие подвески бывают двух типов: зависимые и' независи­ мые. У машин с подвеской первого типа левые и правые колеса связываются жесткой балкой, вследствие чего перемещение одного колеса, вызванное неровностями дороги, передается другому ко­ лесу. В независимой подвеске отсутствует такая связь между коле­ сами, благодаря чему одно колесо может перемещаться незави­ симо от другого (подвеска передних колес легковых автомобилей, подвеска опорных катков гусеничных машин)..

Упругие подвески делятся на индивидуальные (рис. 6-7,6, г), у которых ходовое колесо каждой стороны имеет свой отдельный

106

оси опорных колес которых с помощью кареток объединены

в группы по две и более.

Упругий элемент балансирной подвески устанавливается между рычагами каретки (строительные машины на базе тракторов 1-74,

ДТ-75, Т-180 и др.).

В качестве упругого элемента наибольшее распространение по­

скручивание.

Амортизаторы в основном устанавливаются в подвеске автомо­ билей. Гашение колебаний ими основано на работе перемещения жидкости через отверстия малого сечения при колебаниях машины.

Стабилизаторы выполняются различной конструкции. В про­ стейшем виде они имеют поперечный вал, соединенный посред­ ством рычагов и тяг с правой и левой частью оси колес. При такой системе прогиб одной рессоры во время передвижения машины вызывает прогиб другой рессоры, что обеспечивает устойчивость машины. В частности, такая конструкция применяется на ряде автомобильных кранов.

У некоторых строительных машин (одноковшовые экскаваторы на гусеничном ходу, автогрейдеры, пневмоколесные тягачи, краны на рельсовом ходу и пр.) оси ходовых колес соединяются с осто­ вом (рамой) жестко. Такая конструкция определяется особенно­ стями технологического процесса данных машин и обеспечивает большую устойчивость при выполнении ими рабочих операций. Отсутствие упругих элементов подвески ограничивает транспорт­ ные скорости машин на гусеничном ходу до 6—8 км/ч, а на пневмоколесном — до 40 км/ч.

§ 6-3. Система управления строительных машин

Система управления предназначена для периодического вклю­ чения и выключения различных механизмов машины (муфт, тор­ мозов, рулевых устройств, стопоров и т. п.), а также изменения положения рабочих органов у машин, рабочий процесс которых совершается во время движения (бульдозеров, скреперов, грейде­ ров и др.).

Различают системы управления непосредственного действия и системы управления с усилителем. У первых включение механиз­ мов происходит за счет только мускульной энергии машиниста.

В системах управления с усилителем для приведения в дей­ ствие исполнительных механизмов используются сжатый воздух от компрессора, давление жидкости, создаваемое насосом, электро­ энергия или вакуум, образующийся во всасывающей трубе дви­ гателя. В этом случае машинист только включает систему управ­ ления.

По способу передачи энергии и исполнительному механизму системы управления подразделяются на механические, гидравли­

ку

ческие, пневматические, электрические и комбинированные (гидропневматические, электрогидравлические и пр.).

Механические системы управления по конструкции делятся на рычажные, канатно-блочные и редукторные.

Рис. 6-8. Механические системы управления:

а — рычажная; б — канатно-блочная; в — редукторная

Рычажная система управления (рис. 6-8, а) относится к систе­ мам непосредственного действия. Ее рычаг или педаль соединяется непосредственно с включаемым механизмом. Передаточное число i данной системы управления определяется через соотношения плеч рычагов, а усилие Р на рычаге (педали) — из выражения

где R — сила сопротивления перемещения исполнительного меха­ низма;

г] — к. п. д. системы управления.

Рычажная система управления проста по устройству и надежна в работе, однако имеет низкий к. п. д. (0,85) и требует больших усилий включения. Она применяется для управления редко вклю­ чаемыми механизмами при усилии на рычаге не более 200 н, а на педали — 350 н.

Канатно-блочная система управления (рис. 6-8, б) использует энергию двигателя и имеет лебедку 1, канат 2, направляющие бло­ ки 3 и полиспаст 4. Она проста по устройству и позволяет управ­ лять рабочим органом на значительном расстоянии от приводного механизма. Вместе с тем такие недостатки, как громоздкость, низ­ кий к. п. д., невозможность принудительного опускания рабочего

108

органа, ограничивают применение данной системы управления на современных машинах. Она используется на скреперах, бульдо­ зерах, корчевателях и т. п.

/

S)

Рис. 6-9. Гидравлические (а, б) и пневматическая (я) систе­ мы управления:

-а — безнасосная; б — насосная; я — пневматическая

лительный механизм 2, карданные валы 3 и редукторы 4 (обычно червячные). К достоинствам этой системы относятся надежность работы, возможность принудительного заглубления рабочего орга­ на и управления несколькими органами одновременно. Для редук­ торной системы присущи те же недостатки, что и для механической трансмиссии. Она применяется главным образом на автогрейде­ рах и грейдер-элеваторах.

Гидравлическая система управления непосредственного дейст­ вия (безнасосная) (рис. 6-9, а) имеет главный. 2 и рабочие 1 ци­ линдры, соединенные трубопроводами. Поршень главного ци­ линдра приводится в действие рычагом или педалью 5, а поршень рабочего цилиндра воздействует на исполнительный механизм. Утечка масла восполняется из бачка 4 через обратный клапан 3.

Усилие Р, необходимое для включения механизма, зависит от соотношения диаметров поршней указанных цилиндров d.\ и cf2 и передаточного числа i рычагов, имеющихся в этой системе:

\

109