книги из ГПНТБ / Смирнов, В. И. Строительные машины учебник
.pdfУ колодочных тормозов с внешним расположением колодок v (рис. 4-2, а, б) колодки 2 установлены на стойках 3. При повороте . стоек в сторону шкива 1 происходит его затормаживание, а при повороте в обратную сторону — растормаживание. Поворот стоек осуществляется при помощи привода. В зависимости от конструк ции привода тормоза могут быть с короткоходовым электромаг нитом (МО), с длинноходовым электромагнитом (КМТ) или с электрогидротолкателем (ТКТГ).
Рис. 4-2. Колодочные тормоза:
а — с короткоходовым элек тромагнитом; б — с электро гидротолкателем; в — с внут ренним расположением коло док
В тормозе с короткоходовым электромагнитом (рис. 4-2, а) при жатие колодок к шкиву производится пружиной 5, установленной на тяге 4. Пружина одним концом упирается в упор этой тяги и через нее воздействует на левую стойку, а другим — в упор на ружной тяги, соединенной с правой стойкой.
Отвод колодок от шкива (растормаживание) осуществляется электромагнитом, имеющим катушку 7 и якорь 6, шарнирно уста новленный на одной из стоек. При включении электромагнита ка тушка притягивает якорь, который при своем повороте нажимает на упор тяги и, преодолевая сопротивление пружины, раздвигает стойки. Дополнительная пружина Р„ служит для возвращения якоря в исходное положение при выключении электромагнита.
Ход якоря короткоходового электромагнита составляет всего 2—4 мм, что обеспечивает быстроту-выключения и включе ния тормоза. Такая конструкция привода сводит до минимума количество рычагов и шарниров. Вместе с этим данный привод из-за жесткой работы вызывает значительные динамические на грузки при торможении и растормаживании, что ограничивает его применение в механизмах, требующих большого тормозного мо мента.
В тормозе с электрогидротолкателем (рис. 4-2, б) торможение производится с помощью пружины 5, которая через тягу 9 воз
70
действует на трехплечий рычаг 8, соединенный со стойками коло док. Для растормаживания используется электрогидротолкатель. Он имеет цилиндр 11, заполненный маслом. Внутри цилиндра уста новлен поршень 10, шток которого соединен с трехплечим рычагом. С внешней стороны на цилиндре закреплен электродвигатель мас ляного насоса.
Для растормаживания тормоза включается электродвигатель масляного насоса, который при этом перекачивает масло с надпоршневого пространства цилиндра в подпоршневое. Поршень, поднимающийся под давлением масла, своим штоком поворачи вает трехплечий рычаг и отводит колодки от шкива.
Тормоза с электрогидротолкателем обладают большой плав ностью включения и выключения, надежностью в работе, значи тельным тормозным моментом (300—12 500 н-м) и допускают большое число включений (до 720 в час). Благодаря этому они получают в последнее время широкое распространение особенно в грузоподъемных кранах с электроприводом.
Тормоза рассмотренных конструкций относятся к закрытым тормозам, так как замкнуты усилием пружины или груза и их размыкание происходит под действием внешней силы.
К о л о д о ч н ы е т о р м о з а с в н у т р е н н и м и к о л о д к а м и (рис. 4-2, в) имеют тормозной барабан 12, внутри которого шар нирно установлены колодки 2 с фрикционными накладками. При жатие колодок к барабану производится под действием сил, при кладываемых к свободным концам колодок. Выключение тормоза осуществляется с помощью растянутой пружины 5, концы которой крепятся к колодкам.
Таким образом, по характеру работы данные тормоза относятся к открытым и применяются в основном для торможения ходовой части строительных машин.
В целом колодочные тормоза при их включении не создают изгибающего момента на валу тормозного шкива или барабана, пригодны для двустороннего торможения, надежны в эксплуата ции и просты по конструкции. Преимущества этих тормозов опре делили их подавляющее применение на строительных машинах несмотря на то, что при одинаковых габаритах с ленточными тор мозами они создают меньший тормозной момент.
Поверочный расчет колодочного тормоза сводится к опреде лению тормозного момента, создаваемого им. Сила трения между колодками и шкивом (барабаном)
F = 2Nf,
где N — сила прижатия колодок к шкиву (барабану); f — коэффициент трения.
С учетом формулы (4-2) тормозной момент определяется из выражения
MT = N fD a„
где Дц — диаметр шкива (барабана).
71
Для тормоза с короткоходовым электромагнитом (рис. 4-2, а)
ЛГ = |
р |
пр |
— р |
в |
_ Мя к |
1 |
л |
а |
|||
|
|
|
|
|
|
с электрогидротолкателем |
(рис. 4-2,6) |
N = P *T , 4 ’“'
с внутренними колодками (рис. 4-2, в)
N = P ± %
*2
где Япр — усилие замыкающей пружины; Рв — усилие вспомогательной пружины (20—80 «);
М я — момент от веса якоря (приводится в каталогах);
а — плечо якоря; |
(колодки |
для |
тормоза |
с внутренними |
||
1Х— длина |
стойки |
|||||
колодками); |
оси |
крепления стойки (колодки) до |
||||
/2 — расстояние от |
||||||
точки |
приложения |
силы; |
(0,90—0,95); |
|||
у] — к. и. д. рычажной |
системы |
|||||
Р — усилие прижатия |
колодок. |
|
|
|||
Д и с к о в ы е |
и к о н и ч е с к и е |
т о р м о з а |
имеют много об |
щего с конструкцией дисковых и конических муфт (см. § 3-3). Раз ница в том, что один из дисков (конусов) выполняется неподвиж ным, а другой устанавливается на вращающемся вале. При при жатии дисков или конусов друг к другу происходит торможение механизма. Малые габариты данных тормозов определили приме нение их главным образом в ручных и электрических талях.
Рис. 4-3. Грузоупорный тормоз
Г р у з о у п о р н ы е т о р м о з а (рис. 4-3) имеют храповик 2, зажимаемый между неподвижным 1 и подвижным 3 дисками, уста новленными на приводном валу 4. Собачка 5 храповика позволяет вращаться ему только в сторону подъема груза. Подвижный диск, выполненный за одно с приводной шестерней, своей ступицей на винчен на резьбу.
72
При вращении вала на подъем приводная шестерня вместе с подвижным диском перемещается за счет резьбы влево и при жимается к храповику, который в этом случае не препятствует подъему. При прекращении подъема храповик останавливается и тормоз удерживает груз на весу. При вращении вала на спуск шестерня с диском перемещается по резьбе вправо и возникающий зазор между дисками и храповиком позволяет опустить груз со скоростью, соответствующей скорости вращения приводного вала.
Грузоупорные тормоза устанавливаются в некоторых конструк циях лебедок и электроталей. На их принципе работает безопас ная рукоятка, применение которой в ручных лебедках обязательно.
Остановы
Остановы предназначены для стопорения и удержания груза от произвольного падения. В зависимости от характера работы они бывают трех типов: храповые, роликовые и фрикционные.
Чаще всего применяются храповые остановы (рис. 4-3), кото рые имеют храповое колесо 2 с зубьями специальной формы и подвижный упор (собачку) 5, ось кото
рого укреплена на неподвижном основа |
|
нии. При вращении вала в сторону спус |
|
ка собачка, прижимаемая пружиной, |
|
упирается в ближайший к ней зуб, оста |
|
навливая этим вращение. Опускание |
|
груза возможно только после принуди |
|
тельного откидывания собачки или рас |
|
цепления храпового колеса с валом |
|
механизма. - |
|
Роликовые остановы устроены подоб |
Рис. 4-4. Фрикционный |
но обгонным муфтам (см. рис. 3-10,в). |
останов |
Одна из обойм (обычно наружная) кре |
|
пится к неподвижному основанию, и при вращении второй обоймы в сторону спуска ролики заклиниваются, закатываясь в узкую часть выреза внутренней обоймы и останавливают дальнейшее вращение.
Фрикционные остановы (рис. 4-4) используют силы трения, воз никающие между клином 1 и вращающимся диском 2. Они нашли применение в качестве ловителей в лифтах и на строительных подъемниках.
Раздел II
ЭНЕРГОСИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ, МЕХАНИЗМЫ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ И ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА
Глава 5
СИЛОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Силовое оборудование вместе с трансмиссией составляет при вод машины.
По виду силового оборудования машины могут иметь механи ческий (от двигателей внутреннего сгорания и паровых двигате лей), электрический, гидравлический или пневматический привод. Некоторые машины имеют комбинированный привод — дизельэлектрический, днзель-гидравлический, электрогидравлический
и т. д.
Приводы бывают одномоторные (групповые) и многомотор ные (индивидуальные). В одномоторном приводе от одного двига теля движение передается группе рабочих механизмов машины. При многомоторном приводе все исполнительные механизмы ма шины имеют отдельный индивидуальный двигатель, что существен но упрощает трансмиссию машины. Большинство сложных строи тельных машин выпускается с многомоторным приводом.
В качестве основного силового оборудования на современных строительных машинах применяются двигатели внутреннего сгора ния и электрические двигатели. Кроме того, на ряде машин ис пользуются гидравлические и пневматические двигатели, приво димые в действие давлением рабочей жидкости и энергией сжа того воздуха. В этом случае на машине устанавливается гидро насос или компрессор, получающий механическую энергию от основного силового оборудования.
На машинах с комбинированным дизель-электрическим при водом в силовое оборудование входит генератор, вырабатывающий электроэнергию для питания электродвигателей.
74
\
§ 5-1. Двигатели внутреннего сгорания
Двигатели внутреннего сгорания преобразуют тепловую энер гию сгорания топлива в механическую работу непосредственно внутри своих цилиндров, что обеспечивает их автономность от внешних источников энергии. В связи с этим данные двигатели устанавливаются преимущественно на самоходных строительных
Рис. 5-1. Схема поперечного разреза (а) и индикаторная диа грамма (б) дизеля
машинах. По числу тактов двигатели подразделяются на четырех тактные и двухтактные. У первых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, т. е. за два оборота коленчатого вала, у вто рых — за два хода поршня. Наибольшее распространение полу чили четырехтактные двигатели.
В зависимости от способа смесеобразования двигатели внутрен него сгорания бывают двух типов:
—дизели, у которых рабочая смесь из топлива и воздуха образуется внутри цилиндра и воспламеняется от высокой темпе ратуры сжатого воздуха;
—карбюраторные двигатели, у которых смесеобразование про исходит в карбюраторе (вне цилиндра) и смесь воспламеняется
электрической искрой.
Рабочий цикл четырехтактного дизеля совершается следую щим образом (рис. 5-1). При такте всасывания открывается впуск ной клапан 8 и за счет разрежения, создающегося над опускаю-
75
щпмся поршнем 3, в цилиндр засасывается чистый воздух. Посту пивший в цилиндр воздух затем сжимается в 15—19 раз поршнем,
поднимающимся вверх. |
За |
счет этого |
температура воздуха |
с 80—130° С повышается |
до |
600—700° С, |
а давление — до 300— |
400 н/см2. В конце такта сжатия в цилиндр через форсунку 10 под давлением 1200—2100 н/см2 впрыскивается в мелкораспыленном состоянии дизельное топливо. Частицы топлива, соприкасаясь с го рячим воздухом, воспламеняются. Сгорающее топливо образует большое количество газов с давлением до 600—800 н/см2, под дей ствием которого поршень перемещается вниз, совершая рабочий ход и через шатун 2 вращая коленчатый вал 1. Рабочий цикл за вершается тактом выпуска, при котором отработавшие газы вы брасываются из цилиндра через открывающийся на этот период выпускной клапан 11.
Важное значение для работы двигателей имеет вопрос смесе образования. В дизеле продолжительность приготовления смеси чрезвычайно мала (0,0060—0,0015 сек) и соответствует времени поворота коленчатого вала всего на 12—20°. Это не позволяет работать дизелю с большим числом оборотов. В настоящее время выпускаются дизели с непосредственным впрыском (В-2, ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, Д-108, Д-130), с предкамерным (КДМ-100) и вихре камерным смесеобразованием (СМД-14, Д-50 и др.).
При непосредственном впрыске хорошее - перемешивание топ лива с воздухом обеспечивается за счет высокого давления впрыска (до 2200 н/см2) через отверстия распылителя форсунки, диаметр которых 0,15—0,25 мм. Дизели с непосредственным впрыс ком обладают большим числом оборотов (до 2000—2200 об/мин), ■меньшим расходом топлива и способны запускаться с помощью стартера. Однако они отличаются жесткостью работы, предъяв ляют более высокие требования к топливной аппаратуре и чистоте топлива.
В дизелях с предкамерным и вихрекамерным смесеобразова нием в головке цилиндра располагается цилиндрическая или шаро образная камера, сообщающаяся с основной камерой сгорания каналом. Перемешиванию топлива с воздухом в этом случае спо собствует вихревое движение воздуха в камере. Кроме того, в ре зультате сгорания в камере части топлива остальное топливо под действием высокого давления по каналу выбрасывается в основную камеру сгорания, где окончательно перемешивается с воздухом. Данные способы смесеобразования требуют меньшего давления впрыска, обеспечивают более мягкую работу дизеля и менее при хотливы в отношении качества и чистоты топлива. Вместе с тем из-за большой поверхности охлаждения дополнительных камер дизели с подкамерным и вихрекамерным смесеобразованием ме нее экономичны, могут запускаться только с помощью специаль ных пусковых двигателей и имеют меньшее число оборотов колен чатого вала (до 1000—1500 об/мин).
76
Особенностями рабочего цикла четырехтактного карбюратор ного двигателя являются:
1.При такте всасывания в цилиндр двигателя поступает пред варительно подготовленная в карбюраторе горючая смесь из бен зина и воздуха. Время на ее приготовление и окончательное пере мешивание значительно больше, чем у дизелей, что позволяет уве личить скорость вращения коленчатого вала до 3000—4500 об/мин.
2.Сжатие смеси производится в 6—9 раз; при большем сжа тии возможно самовоспламенение и детонация смеси (сгорание со взрывной скоростью).
3.Воспламенение смеси в конце сжатия происходит электриче ской искрой высокого напряжения, в связи с чем карбюраторные двигатели оснащаются системой зажигания.
4. Давление газов в начале рабочего хода достигает 300—400 н/см2, что существенно уменьшает крутящий момент на коленчатом валу. Одновременно с этим снижение нагрузки на де тали двигателя от давления газов позволяет уменьшить их раз меры п соответственно вес карбюраторного двигателя.
Последнее время находят применение газовые двигатели, отли чающиеся от карбюраторных тем, что & качестве топлива в них используется сжиженный газ пропан или бутан и вместо карбюра тора имеется смеситель для перемешивания газа с воздухом. Кро ме того, существуют многотопливные двигатели, приспособленные для работы как на бензине, так и на дизельном топливе.
Основными параметрами, характеризующими двигатель внут реннего сгорания, являются: число цилиндров, литраж, степень сжатия, число оборотов, мощность, крутящий момент и удельный расход топлива.
Двигатели строительных машин имеют от 4 до 12 цилиндров. Многоцилиндровые двигатели отличаются более плавной работой и большой мощностью.
Литражом Vn двигателя называется сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя:
VK= z V f,
где 1/р — рабочий объем цилиндра (часть объема цилиндра между крайними верхним и нижним положениями поршня), л;
Z— число цилиндров двигателя.
Чем больше литраж, тем большее количество смеси поступает в двигатель и большую мощность он может развить.
Степень сжатия е показывает, во сколько раз воздух или горю чая смесь сжимается при такте сжатия. Она определяется как от ношение полного объема цилиндра V„ к объему камеры сгора ния 1/с:
V„ |
V , + |
Ve |
e v e |
Vc |
■ |
77
Чем меньше камера сгорания, т. е. пространство над поршнем при его верхнем положении, тем меньше остается отработанных га зов в цилиндре и больше может поступить воздуха или смеси в ци линдр. Поэтому двигатели с большой степенью сжатия отличаются более высокой мощностью и экономичностью.
Число оборотов п двигателя изменяется путем регулирования количества подаваемого топлива от 400—500 до 2000—2100 об/мин. у дизелей и до 3000—4500 об/мин у карбюраторных двигателей.
Мощность, развиваемая на коленчатом валу двигателя и назы ваемая эффективной N e, может быть подсчитана по формуле
РеУу
( 5- 1)
4500К
где ре — среднее эффективное давление газов в цилиндре, для дизелей принимаемое 100—120 н/см2, для карбюратор ных двигателей — 60—80 н/см2-,
К— показатель тактности двигателя; для четырехтактного цикла К равен 2, для двухтактного— 1.
Из последней формулы можно видеть, что двухтактные двига тели при одинаковых размерах с четырехтактными могут развить в два раза большую мощность. Однако для продувки их цилиндров от отработанных газов используется часть свежей горючей смеси, что резко ухудшает их экономичность. В связи с этим двухтактные двигатели широкого применения на строительных машинах не нашли.
Крутящий момент М е, развиваемый на коленчатом валу, зави сит главным образом от давления газов, площади поршня и ра диуса кривошипа. При одинаковых с карбюраторными двигателями габаритах дизели обладают большим крутящим моментом. Кру тящий момент определяется замером на специальных тормозных установках, и по его значению вычисляется эффективная мощ ность
N е |
M e t i |
л. с. |
(5-2) |
7000 |
В формуле (5-2) крутящий момент принимается в н-м. Удельный расход топлива ge характеризует экономичность дви
гателя и измеряется количеством топлива От, |
расходуемого за час |
на 1 л. с. мощности, развиваемой двигателем: |
|
г1э- л- с--ч- |
( 5- 3) |
Зависит gp. от типа двигателя и его технического состояния.
Значения основных параметров двигателей внутреннего сгора ния строительных машин приведены в табл. 5-1.
78
|
|
|
|
Т а б л и ц а 5-1 |
|
|
Основные параметры двигателей внутреннего сгорания |
||||
Наименование параметров |
Тип двигателей |
||||
Дизели |
Карбюраторные |
||||
|
|
|
|||
Число цилиндров |
' |
4—12 |
4—8 |
||
Литраж, |
л |
|
4*. СЛ СО 00 00 |
2,12—7,00 |
|
|
|
|
1 |
|
|
Степень |
сжатия |
|
15—19 |
6,0—8,5 |
|
Максимальная мощность, л. с. |
40—415 |
10—180 |
|||
Максимальное число оборотов, об/мин |
1000—2200 |
3000—4500 |
|||
Максимальный крутящий момент, к • м |
250—1650 |
125—475 |
|||
Минимальный удельный расход топли |
160—230 |
240—280 |
|||
ва, г/э. л. с. ■ч |
|
||||
Масса, кг |
|
550—2100 |
195—445 |
Мощность, крутящий момент и удельный расход топлива не остаются постоянными при изменении числа оборотов коленчатого вала. Графические изображе ния зависимости этих пара метров от числа оборотов вала при максимальной подаче топ лива называются скоростной (внешней) характеристикой дви гателя (рис. 5-2). Из графика видно, что мощность двигателя растет с увеличением числа обо ротов только до определенного предела А/гтах, так как чрезмер
ное увеличение числа оборотов уменьшает наполнение цилиндров свежим зарядом горючей смеси.
Минимальный удельный рас ход топлива f fmln имеет место
при числе оборотов, равном (0,6-;-0,7) Лд,. На данном режиме
работы |
двигателя |
достигается |
Рис. 5-2. Скоростная (внешняя) ха |
|
наибольшая экономия топлива. |
||||
рактеристика двигателя внутреннего |
||||
Важной характеристикой дви |
сгорания |
|||
гателя |
является его |
способность |
|
преодолевать кратковременные перегрузки, определяемые коэффи циентом приспособляемости
Кп
М.
М e N
Максимальное значение крутящего момента М етях при пм = (0,5ч-0,6) nN мало отличается от величины крутящего мо-
79'