книги из ГПНТБ / Васильев М.В. Автомобильный транспорт карьеров

емости усложняют задачу обеспечения необходимых тягово-динами­ ческих качеств карьерного автосамосвала.

Конструкция дизельного двигателя должна учитывать специ­ фику работы карьерных автосамосвалов. Большое число карьеров горнодобывающей промышленности располагается в горной мест­ ности с отметками 1000—2000 м над уровнем моря. Разреженность воздуха в этих условиях приводит к недостаточной зарядке ци­ линдров двигателя воздухом, неполному сгоранию топлива и к зна­ чительному снижению мощности (табл. 21).

На отечественных и зарубежных большегрузных автомобилях применяются в настоящее время Ѵ-образные 8- и 12-цилиндровые дизельные двигатели мощностью, от 300 до 1200 л. с. Двигатели

61

большой мощности создаются на базе соответствующих тепловоз­ ных, судовых и даже стационарных дизелей. Так, выпущенный в США автосамосвал М-200 грузоподъемностью 180 т был оснащен серийно выпускаемым в течение многих лет двигателем локомотив­ ного типа мощностью 1650 л. с. Трудности, возникающие в связи с дефицитом автомобильных двигателей для карьерных автосамо­ свалов большой грузоподъемности, относительная громоздкость, большая масса и сравнительно невысокий моторесурс этих дизелей при работе в условиях большой запыленности карьеров являются факторами, сдерживающими развитие большегрузного карьерного автомобилестроения.

Для автомобилей особо большой грузоподъемности весьма целе­ сообразен так называемый «модульный» метод крепления двигателя (дизеля или ГТД), при котором двигатель и генератор или гидро­ трансмиссия монтируются на отдельном подрамнике, который вместе со смонтированными на нем агрегатами полностью заменяется при ремонте. Это сокращает ремонтные простои.

«Модульный» метод установки каждого двигателя с его дополни­ тельными агрегатами позволяет заменять при необходимости один из двигателей, не затрагивая другой.

Применение спаренных силовых установок с «модульным» креп­ лением дает возможность наиболее рационально использовать дви­ гатели при цикличной работе карьерного автомобиля, поскольку во время порожнего пробега может включаться только один двига­ тель, который будет работать на номинальном режиме.

Весьма перспективными для будущих большегрузных карьерных автомобилей, в первую очередь для автомобилей особо большой грузоподъемности, являются газотурбинные силовые установки.

§ 3. Типы трансмиссий

Наиболее эффективным способом повышения производительности автомобилей является совершенствование конструкции их транс­ миссии в направлении лучшего использования мощности двигателя при работе на подъемах, благодаря чему могут быть достигнуты оптимальные скорости при меняющихся нагрузках на автомобиль в процессе движения.

Рассмотрим три типа трансмиссий: механическую, гидравличе­ скую (вернее, гидромеханическую) и электрическую (электромеха­ ническую).

Механическая трансмиссия большегрузного автомобиля, состоя­ щая из фрикционного сцепления и шестеренчатый коробки передач, мало отличается от трансмиссий транспортных автомобилей общего назначения. Работа трансмиссии такого типа на автосамосвале МАЗ-525 показала, что она не соответствует основным требованиям, предъявляемым к трансмиссиям карьерных машин. При ее исполь­ зовании двигатель не всегда работает на наиболее выгодных режимах,

62

так как передаточные числа приходится выбирать из имеющегося ограниченного числа передач.

При движении в сложных условиях требуется частое переклю­ чение передач, что является весьма сложным, трудоемким и небез­ опасным процессом.

При расстоянии транспортирования 2,6 км в условиях карьера Башкирского медно-серного комбината на автосамосвале МАЗ-525, имеющем пятиступенчатую коробку передач, требуется осуществить 12 переключений передач. Чтобы обеспечить необходимую плавность трогания с места и разгрузку элементов передачи, на карьерных автомобилях необходимо устанавливать многоступенчатые коробки скоростей, имеющие 10—16 передач, оборудованных гидравлическими муфтами.

Наиболее полно условиям работы в конструкции карьерных авто­ мобилей удовлетворяют гидромеханические и электрические транс­ миссии. Оба эти типа трансмиссий позволяют рационально исполь­ зовать мощность двигателя, обладают высокими преобразующими качествами, способствуют повышению долговечности двигателя и аг­ регатов силовой передачи, облегчают управление автомобилем. Однако эти трансмиссии неравнозначны по сложности, коэффициенту полезного действия на разных режимах работы и по стоимости.

Вопрос о типе трансмиссии большегрузных карьерных самосва­ лов в последние годы тщательно прорабатывался и за рубежом. Некоторые фирмы анализировали эффективность того пли пного типа привода путем изготовления и испытания опытных образцов автомобилей большой грузоподъемности с разными трансмиссиями. Сравнительные данные о работе американских автомобилей грузо­ подъемностью 100 т с гидромеханической и электрической транс­

Объективное решение вопроса об области целесообразного при­ менения того или иного типа трансмиссии может быть получено лишь па основе анализа экономико-міатематической модели процесса

63

эксплуатации в карьере большегрузных автомобилей с различными трансмиссиями.

В результате проведенных исследований было установлено, что при работе в карьерах средней производственной мощности мини­ мальные затраты на разработку и транспортирование 1 т горной массы дают автомобили грузоподъемностью 20—50 т с гидромехани­ ческой трансмиссией. При грузоподъемности менее 20 т механиче­ ская трансмиссия может применяться наравне с гидромеханической, при грузоподъемности свыше 50 т электрическая трансмиссия может успешно конкурировать с гидромеханической, причем с усложне­ нием карьерных условий возрастают преимущества электрической трансмиссии.

В карьерах большой производственной мощности при грузо­ подъемности свыше 65 т наибольшие преимущества имеет электри­ ческая трансмиссия, обеспечивающая минимум затрат на разра­ ботку и транспортирование 1 т горной массы.

В процессе проектирования большегрузных автомобилей со­ здан целый ряд принципиально новых схем гидромеханических транс­ миссий большой мощности.

Одна из разработанных конструкций была пущена в серийное производство и применена на всех моделях автосамосвалов БелАЗ грузоподъемностью 27 и 40 т. Эта трансмиссия выполнена по так называемой «тракторной» схеме (без прямой передачи) и состоит всего из двух валов: верхнего, являющегося валом турбины гидро­ трансформатора, и нижнего, связанного через карданный вал с ве­ дущим мостом, и четырех совершенно одинаковых по конструкции многодисковых фрикционов, связывающих при включении транс­ миссии шестерни, находящиеся в постоянном зацеплении с соот­ ветствующими валами.

Применение такой трансмиссии позволило увеличить среднюю скорость карьерного автомобиля на подъеме при одной и той же удельной мощности на 16—17% по сравнению со скоростью его при механической трансмиссии. Время, необходимое для разгона авто­ мобиля, сократилось в 2 раза по сравнению со временем разгона до той же скорости при механической трансмиссии, величина мак­ симальных скачков крутящего момента при переключении передач уменьшилась в 5 раз.

Электрическую трансмиссию целесообразно применять на карьер­ ных автомобилях большой грузоподъемности, так как эта трансмис­ сия имеет высокий суммарный к. и. д., обеспечивает простоту упра­ вления сложными машинами, возможность получения оптимальных характеристик автомобилей на тяговых и тормозных режимах.

Основное регулирование систем электрической трансмиссии осу­ ществляется путем изменения параметров работы электрических машин при стабильном режиме первичного двигателя. Это позво­ ляет обеспечить работу последнего в режиме максимальной мощ­ ности независимо от нагрузки на ведущих колесах автомобиля, добиться наиболее полного использования мощности силового аг­

64

регата. Применение электрической трансмиссии в совокупности с индивидуальным приводом колес расширяет компоновочные воз­ можности большегрузного автомобиля благодаря независимости его кинематической схемы от типа трансмиссии. Важнейшим до­ стоинством электрической трансмиссии в этом случае является воз­ можность осуществления активного привода нескольких осей авто­ мобиля или автопоезда.

Для автомобилей особо большой грузоподъемности могут при­ меняться электрические трансмиссии как постоянного, так и пере­ менного тока.

Больший опыт накоплен в области применения электрических трансмнсспй постоянного тока, включающих генератор и двигатели постоянного тока с соответствующей системой регулирования. Практическая возможность создания электрических трансмиссий переменного тока с нужными качествами возникла лишь в последние годы с созданием силовой полупроводниковой техники и на ее базе статических преобразователей частоты для плавного регулирования скорости асинхронных короткозамкнутых двигателей.

Впервые в нашей стране электрическая трансмиссия постоянного тока была применена на 65-тонных автопоездах-троллейвозах БелАЗ- 524-792 и 75-тонных автосамосвалах БелАЗ-549.

Источником электроэнергии в электрической трансмиссии пере­ менного тока служит бесконтактный синхронный генератор; асин­ хронные тяговые двигатели получают питание каждый от своего тиристорного преобразователя частоты. Тиристорный преобразо­ ватель, изменяя частоту напряжения, подаваемого на двигатель, должен плавно управлять скоростью вращения его вала. Заданные тяговые характеристики, режимы работы и взаимодействие всех узлов должны обеспечиваться системой автоматического упра­ вления.

Асинхронные двигатели допускают большие (трех—пятикрат­ ные) кратковременные перегрузки по моменту как в тяговом, так и в тормозном режиме, что позволяет повысить эффективность и диа­ пазон работы этих агрегатов, дает возможность упростить редук­ торы мотор-колес. Электрическая трансмиссия переменного тока с частотным регулированием впервые была применена на опытном образце 120-тонного автопоезда БелАЗ-549В-5275.

В табл. 23 приведено сравнение (по американским источникам) электрических трансмиссий переменногои постоянного тока: асинхрон­ ного двигателя, работающего с малым скольжением, и обычного электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения при применении их в мотор-колесах большегрузных специализиро­ ванных карьерных транспортных средств.

Как видно из сравнения, электродвигатели переменного тока имеют значительные преимущества, которые заключаются в их меньшей массе, размерах, в большей эффективности примене­ ния при меньшем объеме технического обслуживания. Однако на современном этапе развития техники трудности регулирования

Т а б .л п н а 23

Сравнение электродвигателей переменного н постоянного тока

представляет серь­ езную трудность

66

электрической системы переменного тока в необходимых для работы на большегрузных автомобилях пределах резко снижают эти’преи­ мущества.

Испытания автополупрнцепа БелАЗ-549В-5275 показали, что созданная система частотного регулирования себя не оправдала и нуждается в серьезной доработке и значительных дополнительных исследовательских работах.

На рис. 23 приведены блок-схемы электрической трансмиссии

образователь частоты; Р М К — редуктор мотор-колеса; К — колесо

Обязательной частью электрических трансмиссий является моторколесо, представляющее собой автономную конструкцию, состо­ ящую из собственно колеса с пневматической шиной, встроенного редуктора и тягового электродвигателя. К узлам мотор-колеса можно отнести также встроенный в него колесный механический тормоз с исполнительными силовыми механизмами, вентиляторы для охла­ ждения тягового электродвигателя с приводом, встроенные датчики спидометров и тахогенераторы. Связующим элементом, конструктивно объединяющим основные и вспомогательные узлы в единый агрегат, является корпус мотор-колеса, воспринимающий через устройства подвески вертикальную составляющую нагрузки от веса автосамо­ свала.

Мотор-колесо связано с силовой установкой (дизель-генератор­ ной установкой) гибкими токоведущими кабелями.

Основные показатели мотор-колеса как агрегата электрической трансмиссии определяются параметрами основных конструктивных

моменту, электромеханическими характеристиками тягового элек­ тродвигателя.

Устанавливаемые на большегрузных карьерных автомобилях мотор-колеса изготовляют как с односкоростным, так и с двухско­ ростным редуктором.

Односкоростные редукторы мотор-колес широко применяются на автосамосвалах, выпускаемых фирмами США. Для обеспечения требуемого диапазона изменения рабочих скоростей используются тяговые электродвигатели значительной мощности. Однако следует отметить, что установка в мотор-колесах двухскоростных редукто­ ров позволяет существенно увеличить диапазон изменения скоростей и тягового усилия при относительно небольшой мощности тягового электродвигателя.

На Белорусском автозаводе для автомобилей особо большой грузоподъемности разработан целый ряд конструкций мотор-колес, неотъемлемым элементом которых является односкоростной двух­ ступенчатый планетарный редуктор в кинематической цепи от тяго­ вого электродвигателя к ступице колеса. В качестве характерного примера можно назвать мотор-колесо 65-тонного троллейвоза БелАЗ-

типоразмера односкоростных мотор-колес, схема и параметры ко­ торых приведены в табл. 24.

Для отдельных модификаций автомобилей особо большой грузо­ подъемности созданы варианты двухскоростных мотор-колес. Один из этих вариантов применен на опытном образце 75-тонного автосамо­ свала БелАЗ-549.

§ 4. Основные параметры подвески карьерных автомобилей

Для повышения эксплуатационной скорости движения автомобиля кроме увеличения удельной мощности и выбора соответствующей трансмиссии необходимо также совершенствование подвески.

68

Применение на большегрузных карьерных автомобилях рессор­ ных листовых подвесок ограничивает эффективность работы на машинах этого типа в связи со значительным изменением статиче­ ской нагрузки на упругие элементы подвески при груженом и по­ рожнем состоянии автомобиля.

Применение на ряде зарубежных карьерных автомобилей рес­ сорных листовых подвесок является следствием недостаточной из­ ученности этого вопроса, а также производственных трудностей, неизбежных при освоении оригинальных схем подвесок, наиболее соответствующих условиям работы на автомобилях большой грузо­ подъемности.

В табл. 25 приведены расчетные значения соотношения стати­ ческих нагрузок на шины передних и задних колес автомобиля в за­

Нагрузка на упругие элементы подвески отличается от нагрузки на колеса на величину соответствующих неподрессоренных масс. При изменении нагрузки автомобиля изменяется подрессоренная масса М г , а неподрессоренная масса т остается неизменной. При этом отношение нагрузок на упругий элемент подвески в гру­ женом и негруженом состоянии

висимости от отношения ^ -. Как видно из графиков, соотношение

статических нагрузок на шины передних колес а п незначительно отличается от соотношения нагрузок на упругие элементы передней подвески ßn (ап = 1,8; ßn = 2,1), а для задних шин и упругих эле­ ментов эта разница значительна (а3 = 3,23; ß3 = 5,9) из-за отно­ сительно большой неподрессоренной массы. Такое положение усу­ губляется применением электрической трансмиссии с мотор-коле­ сами, имеющими большой вес и увеличивающими неподрессоренные

69