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

мента M eN при номинальной мощности, в связи с чем для карбю­

раторных двигателей Кп= 1,20-:-1,25, для дизелей АГ„ = 1,05-г-1,10. Столь низкая приспособляемость двигателей внутреннего сгора­ ния вызывает необходимость установки в трансмиссию машин спе­ циальных устройств (например, коробки передач) для изменения крутящего момента на исполнительных механизмах в зависимости от условий работы.

Сравнение основных параметров дизелей и карбюраторных дви­ гателей показывает, что дизели развивают больший крутящий мо­ мент, более экономичны, работают на менее пожароопасном, чем бензин, дизельном топливе и не имеют сложной системы зажига­ ния. Эти достоинства определили преимущественное применение дизелей на строительных машинах. Карбюраторные двигатели, обладающие меньшим весом и высокими скоростями вращения ко­ ленчатого вала, используются главным образом для привода уста­ новок и машин небольшой мощности (передвижные электростан­ ции, легковые и грузовые автомобили грузоподъемностью до 45 кн

идр.).

Вцелом такие достоинства двигателей внутреннего сгорания,

как независимость от внешнего источника энергии, способность развивать значительную мощность, возможность регулирования числа оборотов в достаточно больших пределах и прочие обусло­ вили их широкое применение для передвижных самоходных строи­ тельных и транспортных машин и механизмов. Однако данные дви­ гатели имеют низкие пределы регулирования крутящего момента, плохо запускаются при низких температурах, обладают малым коэффициентом полезного действия (27—40%) и сложны по кон­ струкции.

Общие сведения по устройству двигателей внутреннего сгорания

питания, пуска и зажигания (у карбюраторного двигателя).

С помощью кривошипно-шатунного механизма (см. рис. 5-1) преобразуется возвратно-поступательное движение поршней 3 во вращательное движение коленчатого вала 1. Основными деталями его являются блок цилиндров 7 с головкой 12 и уплотняющей про­ кладкой, поршни с компрессионными и маслосъемными кольцами, поршневые пальцы 14, шатуны 2 и коленчатый вал с маховиком.

Газораспределительный механизм служит для своевременного впуска в цилиндры воздуха (в дизелях) или горючей смеси (в кар­ бюраторных двигателях) и выпуска отработавших газов. Данный механизм с верхними (подвесными) клапанами, применяемый на современных двигателях, имеет кулачковый вал 4, толкатели 5, штанги 6, коромысла 9, впускные 8 и выпускные 11 клапаны с пру­ жинами. Кулачковый вал, получающий вращение от коленчатого

80

вала, набегает своими кулачками на толкатели, которые через штанги поворачивают коромысла и открывают клапаны. Закрытие клапанов осуществляется с помощью клапанных пружин. Плотное прилегание клапанов к седлам обеспечивается за счет зазора между стержнем и коромыслом. Этот зазор, называемый темпера­ турным, устанавливается регу­ лировочными винтами, имею­ щимися на коромыслах.

охлаждающей жидкости 80—90° С.

На двигателях строительных машин в большинстве случаев используется жидкостная принудительная закрытая система охлаждения, которая включает в себя (рис. 5-3) рубашку охлаж­ дения блока 7 и головки блока цилиндров 5, водяной насос 8, радиатор 2, вентилятор /, жалюзи, термостат 4, термометр 6, шлан­ ги 3 и 9, спускные краники 10.

Рубашка охлаждения образуется двойными стенками блока и головки блока цилиндров.

Водяной насос, получающий вращение от коленчатого вала при помощи ременной или шестеренчатой передачи, обеспечивает принудительную циркуляцию воды в системе. Он забирает охлаж­ денную жидкость из радиатора и нагнетает ее в рубашку блока цилиндров.

Радиатор является теплообменником, в котором происходит отдача тепла от жидкости воздуху. Крышка заливной горловины радиатора имеет два клапана: паровой, поддерживающий в систе­ ме давление, равное 12—13 н/см2, и уменьшающий расход жид­ кости от выкипания, и воздушный, сообщающий систему с атмо­ сферой при возникновении разрежения.

Вентилятор при вращении увеличивает скорость воздушного потока, проходящего через радиатор. Привод к нему осуществляет­ ся от шкива коленчатого вала при помощи ременной передачи, нор­ мальная работа которой обеспечивается соответствующим натяже­ нием ремней.

Жалюзи или шторка, установленные перед радиатором, позво­ ляют регулировать интенсивность охлаждения жидкости.

Термостат обеспечивает автоматическое регулирование темпе­ ратурного режима двигателя. При температуре охлаждающей жид­ кости около 80° С имеющийся на термостате клапан полностью открывается и пропускает жидкость в радиатор. При меньшей тем­ пературе клапан закрыт, жидкость

проверка натяжения ремней привода вентилятора и уровня жид­ кости в радиаторе. В холодное время года следует тщательно утеплять двигатель, а в случае остановки его на продолжительное время — спускать воду из системы.

дающая масло к деталям под давлением, разбрызгиванием и само­ теком. Основными ее приборами (рис. 5-4) являются масляный на­ сос 2 с маслонриемником 1, фильтры грубой 7 и тонкой 6 очистки, масляный радиатор 3 и масляный манометр 4.

Масляный насос шестеренчатого типа устанавливается в кар­ тере и имеет в зависимости от конструкции двигателя одну, две или три секции. Он забирает масло из поддона через сетчатый фильтр маслоприемника и нагнетает его в систему. Для ограни­ чения давления нагнетаемого масла насос имеет редукционный клапан.

Фильтр грубой очистки включен последовательно за масляным насосом и производит очистку всего масла от крупных посторон­ них частиц. Он снабжен перепускным клапаном, пропускающим масло мимо фильтра в случае засорения его фильтрующего эле­ мента.

Фильтр тонкой очистки включен параллельно и очищает от смол и мелких частиц около 10% масла, подаваемого насосом. На по­

82

следних моделях двигателей роль фильтра тонкой, а иногда и гру­ бой очистки, выполняет центрифуга. Имеющийся внутри корпуса центрифуги ротор при работе двигателя вращается со скоростью 6—8 тыс. об/мин. При этом под действием центробежных сил меха­ нические примеси и продукты износа деталей отбрасываются на стенки ротора, а очищенное масло направляется в систему.

Масляный радиатор предназначен для поддержания темпера­ туры масла в оптимальных пределах. На большинстве двигателей он охлаждается воздухом и устанавливается перед водяным радиа­ тором. Включение его в работу производится в летний период эксплуатации.

Масляный манометр, датчик которого обычно устанавливается на главной масляной магистрали 5, позволяет контролировать ра­ боту системы смазки по давлению в ней.

Необходимый запас масла находится в поддоне двигателя. Уро­ вень его проверяется маслоизмерительной линейкой. Двигателй семейства В-2 выполнены с сухим картером и имеют специальный масляный бак.

Уход за системой смазки заключается в поддержании необхо­ димого уровня масла в картере, проверке качества масла и свое­ временной замене его, очистке фильтров от загрязнений, проверке плотности соединений и постоянном контроле за работой системы по давлению масла.

Система питания дизелей обеспечивает подачу в цилиндры дви­ гателя строго определенной порции мелкораспыленного топлива под высоким давлением. Основными элементами системы питания (рис. 5-5) являются: топливный бак 1, топливные фильтры 2 и 5, топливоподкачивающий насос 7, насос высокого давления 3, фор­ сунки 4 и регулятор оборотов 6.

Топливо из бака проходит через фильтр грубой очистки к топ­ ливоподкачивающему насосу, который подает топливо через фильтр

тонкой очистки к топливному насосу. От топливного насоса топ­ ливо через топливопровод высокого давления поступает к фор­ сунке.

Топливный насос высокого давления — главный элемент систе­ мы питания. С помощью его производится дозировка и подача топ­ лива к форсункам иод давлением до 2000—2500 н/см2. Этот насос имеет насосные секции, представляющие собой плунжерные насо­ сы; каждая из них обслуживает одну форсунку. Регулирование количества топлива, а следовательно и мощности двигателя, про­ изводится зубчатой рейкой насоса, связанной с педалью (рыча­ гом) акселератора.

Форсунки двигателя устанавливаются на головке блока против каждого цилиндра. Ими осуществляется распыление топлива, по­ даваемого насосом в камеру сгорания. Форсунки регулируются на определенное давление впрыска (1200—2100 н/см2).

Регулятор оборотов, который обычно крепится к насосу высо­ кого давления, автоматически поддерживает заданный скоростной режим работы дизеля. Эта задача выполняется путем изменения количества топлива, подаваемого насосом при изменении внешней нагрузки.

Основными мероприятиями по уходу за системой питания ди­ зелей являются заправка баков только отстоенным в течение 10 дней топливом, очистка и промывка топливных и воздушных фильтров, проверка всех соединений и креплений, удаление воз­ духа из системы. В качестве топлива для дизелей применяется ди­ зельное летнее (ДЛ), зимнее (ДЗ) и арктическое (ДА) топливо.

Система питания карбюраторных двигателей имеет топливный бак, насос, фильтры, топливопроводы, карбюратор, воздухоочисти­ тель.

Топливо из бака насосом подводится к карбюратору, где сме­ шивается в определенной пропорции с воздухом, проходящим через воздухоочиститель. Полученная горючая смесь по впускному коллектору поступает в цилиндры двигателя, где и сгорает. Отра­ ботавшие газы из цилиндров отводятся через выпускной коллектор и глушитель.

Для карбюраторных двигателей в качестве топлива применяет­ ся бензин А-66, А-76 и пр. Цифра в марке бензина показывает его октановое число, характеризующее антидетационные качества бензина: чем больше октановое число бензина, тем меньше он детонирует и тем большая степень сжатия может быть принята для двигателя.

Система зажигания применяется на карбюраторных двигателях для воспламенения рабочей смеси в цилиндре при помощи элек­ трической искры высокого напряжения. На двигателях средней и

мотопилы «Дружба» и др.) — система зажигания с магнето.

84

Батарейная система зажигания (рис. 5-6) состоит из источника постоянного тока (аккумуляторной батареи 1 или генератора), замка зажигания 2, катушки зажигания 3, прерывателя 4, распре­ делителя 6 и запальных свечей 7.

При включении замка зажигания ток низкого напряжения (6—12 в) проходит от источника тока через замкнутые контакты прерывателя в первичную обмот­ ку катушки зажигания и индук­ тирует вокруг нее магнитное по­ ле. Вращающийся кулачок пре­ рывателя в момент, когда в од­ ном из цилиндров имеет место конец такта сжатия, размыкает контакты прерывателя и, следо­ вательно, цепь низкого напряже­ ния. В результате этого магнит­ ное поле катушки зажигания, пересекая витки вторичной об­ мотки данной катушки, индук­ тирует в них ток высокого на­ пряжения 15—18 тыс. в.

От катушки зажигания ток высокого напряжения идет на рас­ пределитель, далее — на одну из запальных свечей и проскакивает в виде искры между ее электродами. Для уменьшения искрения между контактами прерывателя, которое вызывает их обгорание, на прерывателе установлен конденсатор 5.

Надежная работа системы зажигания обеспечивается правиль­ ной установкой зажигания (момента подачи искры в цилиндры), проверкой и регулировкой зазора между контактами прерывателя, очисткой запальных свечей от нагара и другими мероприятиями, выполняемыми при техническом обслуживании двигателя.

Пуск двигателей производится пусковой рукояткой, стартером, пусковым карбюраторным двигателем (дизели с предкамерным или вихрекамерным смесеобразованием) или сжатым воздухом.

Стартер представляет собой электродвигатель постоянного тока с последовательным включением обмотки возбуждения, питаемый от аккумуляторной батареи. Шестерня стартера на период пуска соединяется с зубчатым венцом маховика двигателя. Так как стар­ тер потребляет большой ток (до 600 а), включение его разрешается не более чем на 5—6 сек.

Пусковые двигатели дизелей передают вращение на маховик дизеля через муфту сцепления, редуктор и механизм включения. Редуктор обеспечивает увеличение пускового момента; на некото­ рых дизелях, например КДМ-100, Д-108, редуктор имеет две пере­ дачи (на второй понижающей передаче дизель проворачивается перед пуском в холодное время года).

Механизм включения непосредственно соединяет вал с зубча­ тым венцом маховика дизеля. В этот механизм входит центробеж­

85

ный автомат для отключения пускового двигателя от дизеля после запуска последнего. Дизели с предкамерным и вихрекамер­ ным смесеобразованием имеют декомпрессионный механизм, при помощи которого на время пуска открываются впускные клапаны цилиндров и облегчается проворачивание коленчатого вала.

Дизели семейства В-2, Д-6 и других при неисправности стартера могут запускаться сжатым воздухом, подаваемым в цилиндры от специального баллона с давлением до 800 н/см2.

Для облегчения пуска при отрицательных температурах двига­ тели снабжаются пусковыми подогревателями, которые включают­ ся в систему охлаждения (жидкостные подогреватели) или уста­ навливаются во впускном коллекторе. В последнем случае подо­

воздуха, поступающего в цилиндры, повысить количество впрыски­ ваемого топлива, и при том же объеме двигатель может разви­ вать большую мощность. Для этой цели на некоторых дизелях строительных машин (ЯМЗ-240Н, Д-130 и пр.) устанавливается воздушный нагнетатель, с помощью которого воздух в цилиндр подается под избыточным давлением.

§ 5-2. Электродвигатели

По роду используемого тока электродвигатели делятся на две большие группы: постоянного и переменного тока.

Рис. 5-7. Внешние характеристики электродвигателей:'

а— постоянного тока; б — переменного тока:

/— с параллельным возбуждением; 2 — с последовательным возбуждением

Электродвигатели постоянного тока по способу соединения об­ мотки возбуждения бывают с параллельным (шунтовые), после­ довательным (сериесные) и смешанным (комиаундные) возбужде­ нием. Как видно из рис. 5-7, а, у шунтовых двигателей характе­ ристика / — жесткая, т. е. число оборотов их при изменении на­ грузки меняется незначительно. Кроме того, их пусковой момент

86

невелик. В связи с этим данные двигатели могут применяться для привода установок, в которых требуется, чтобы скорость вращения при изменении нагрузки сохранялась приблизительно постоянной (вентиляторы, металлорежущие станки и др.).

Сериесные электродвигатели обладают мягкой (пологопадаю­ щей) характеристикой II. Они отличаются большим моментом при малых оборотах (в частности, при пуске в работу) и значительной перегрузочной способностью. Однако при малых нагрузках (мень­ ше 1/4 нормальной) они развивают очень большую скорость; вхо­ лостую сериесные двигатели вообще нельзя пускать, так как в этом случае они идут «вразнос». Плавный разгон нагруженного меха­ низма машины с сериесным электродвигателем снижает динами­ ческие нагрузки на деталях привода, что определило преимущест­ венное применение данного типа двигателей для машин периоди­ ческого воздействия с тяжелым режимом работы (крупные экска­ ваторы, краны большой грузоподъемности, мощные бульдозеры и др.). При этом на машине устанавливается генератор постоян­ ного тока, вращающийся дизелем или электродвигателем перемен­ ного тока.

Число оборотов электродвигателей постоянного тока можно легко регулировать в широких пределах изменением сопротивле­ ния цепи ротора или обмотки возбуждения с помощью реостата, управляемого контролером.

Несмотря на отмеченные достоинства двигатели постоянного тока на строительных машинах широкого применения не нашли, так как обладают значительным весом (в 2—2,5 раза большим, чем двигатели переменного тока), сложнее по конструкции п требуют специальных преобразователей переменного тока в постоянный.

Наиболее распространенными электродвигателями для привода строительных машин и технологического оборудования производ­ ственных предприятий являются асинхронные электродвигатели трехфазного тока нормальной (50 гц) и повышенной (200 гц) частоты. В зависимости от конструкции данные двигатели бывают двух типов: с короткозамкнутым или фазным ротором. У асинхрон­ ных электродвигателей с короткозамкнутым ротором концы трех­ фазной обмотки статора выводятся наружу, что дает возможность соединять ее в звезду или в треугольник. Пересоединение обмоток позволяет использовать один и тот же электродвигатель при двух напряжениях: при напряжении 380 в обмотка статора соединяется в звезду, а при 220 в — в треугольник. Данные двигатели имеют менее мягкую характеристику, чем сериесные электродвигатели постоянного тока (рис. 5-7, б) : при изменении нагрузки число обо­ ротов ротора изменяется в небольших пределах. Характерной осо­ бенностью асинхронных электродвигателей является наличие у них при перегрузке двигателя момента опрокидывания, достигнув ко­ торого двигатель останавливается. Перегрузочная способность К, равная 2—5, определяется как отношение максимального (опро­

87

кидывающего) момента М макс к номинальному М аом:

Большим значением К обладают специальные крановые элек­ тродвигатели.

Электродвигатели с короткозамкнутым ротором имеют значи­ тельный пусковой момент и не позволяют регулировать число оборотов. Поэтому они находят применение для привода машин и механизмов малой мощности (до 7—8 кет) с непрерывным режи­ мом работы (бетоно- и растворосмесители, лесорамы, конвейеры

и др.).

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором имеют об­ мотку возбуждения, концы которой присоединяются к контактным кольцам. К последним прижимаются щетки с проводами, выведен­ ными наружу. Такая конструкция позволяет включать в цепь об­ мотки возбуждения различные по величине дополнительные сопро­ тивления и получать тем самым ряд дополнительных характе­ ристик с постепенным увеличением числа оборотов двигателя до номинальных (рис. 5-7,6). Пуск двигателя в работу через допол­ нительные сопротивления снижает пусковые токи и динамические нагрузки на машину, в связи с чем эти двигатели широко исполь­ зуются для привода машин средней (до 100 кет) мощности с по­ вторно-кратковременным режимом работы (башенные и стреловые самоходные краны, строительные экскаваторы с электроприводом и др.).

На строительных машинах в основном применяются асинхрон­ ные электродвигатели, рассчитанные на напряжение 380/220 в, с числом оборотов 600—3000 в минуту. В зависимости от назначе­ ния они бывают общего применения серии А (короткозамкнутые) и АК (с фазным ротором) и специальные крановые серии МТК (короткозамкнутые) и МТ (с фазным ротором).

В настоящее время начинают использовать синхронные двига­ тели для привода машин средней и большой мощности, не тре­ бующих регулирования скорости (компрессоры, насосы, камне­ дробилки и пр.). В отличие от асинхронных эти двигатели имеют неизменную скорость вращения, т. е. обладают абсолютно жест­ кой механической характеристикой, их к. п. д. и надежность выше.

Для привода электрифицированного строительного инструмента используются главным образом асинхронные двигатели однофаз­ ного и трехфазного тока с короткозамкнутым ротором нормальной (50 гц) и повышенной (200 гц) частоты, рассчитанные на напря­ жение 220 в и 36 в. Применение тока повышенной частоты позво­ ляет увеличить скорость вращения ротора двигателя до 12 000 об/мин и величину удельной мощности на единицу массы. Изготовление инструмента на 36 в вызвано соображениями техники безопасности.

На некоторых типах машин с электроприводом устанавливают­ ся многоскоростные асинхронные электродвигатели с коротко­

88