Тема 1.2. Классификация и компоновочные схемы тягово-транспортных машин
Автомобили
Автомобиль (рис. 1.2) состоит из двигателя, являющегося источником механической энергии, шасси и кузова. Шасси, в свою очередь, состоит из силовой передачи (трансмиссии), служащей для передачи вращающего момента от вала двигателя к ведущим колесам автомобиля; ходовой части – тележки, на которой установлены двигатель, механизмы и кузов автомобиля; устройств для рулевого управления и тормозов.
Двигатель 2 (рис. 2, б и в) расположен в передней части автомобиля. Вращающий момент, развиваемый двигателем, передается сцеплению 3, представляющему дисковую фрикционную муфту. При помощи педали эту муфту можно вывести из зацепления, и тогда двигатель отключится от силовой передачи. От сцепления вращающий момент передается к коробке передач 4, в которой имеется набор шестерен. Переключая шестерни, например, увеличивая передаточное число, можно на ходу автомобиля понижать обороты ведущих колес 9 при тех же оборотах коленчатого вала 16 двигателя. Благодаря этому достигается увеличение тягового усилия на ведущих колесах автомобиля при том же вращающем моменте, развиваемом двигателем на его коленчатом валу.
Тяговое усилие необходимо увеличивать при движении автомобиля по особенно тяжелой дороге (подъемы, неровности), а также при трогании с места, так как приходится в этот момент преодолевать и силы инерции.
Рис. 1.2. Конструкции пневмоколесных машин:
а – схема размещения механизмов пневмоколесного трактора; б – общий вид грузового двухосного автомобиля без кузова; в – схема силовой передачи автомобиля
10
Коробка передач также дает возможность осуществить задний ход автомобиля соответствующим переключением шестерен с помощью рычага 6. От коробки передач 4 вращающий момент с помощью карданного механизма 8 передается главной передаче, состоящей из конических шестерен 20 и 21 и расположенной в заднем мосту 10 автомобиля. Задний мост на рессорах 12 подвешен к раме автомобиля 11.
Так как коробка передач вместе со сцеплением и двигателем укреплена непосредственно на раме, то при движении автомобиля по неровной дороге главная передача вместе с задним мостом 10 перемещается относительно рамы, и при этом изменяется угол наклона между валами 17. Карданный механизм 8 дает возможность передавать вращение валам под меняющимся углом; этот механизм состоит из вала 23 и карданных шарниров 22. Малая коническая шестерня 21 главной передачи приводится в движение карданным механизмом, а большая шестерня 20 присоединена к дифференциальному механизму (дифференциалу) 19.
При движении автомобиля по криволинейному участку дороги колесо, катящееся по внутренней кривой, должно вращаться медленнее, чем колесо, катящееся по внешней кривой, так как последнее проходит за одно и то же время больший путь. Такое движение колес обеспечивается дифференциалом, соединенным с полуосями 18 ведущих колес 9.
Направление движения автомобиля изменяют рулевым колесом 7, с помощью которого поворачиваются передние колеса 1 и 13 оси 14, находящейся на передней рессорной подвеске 15.
Управляют тормозами автомобиля, используя рычаг 5 или тормозную педаль, которыми разжимаются тормозные колодки передней оси 14 и задних полуосей колес.
Тракторы
Тракторы применяются на пневмоколесном и гусеничном ходу. Двигатель, силовая передача и устройства управления у трактора на пневмоколесном ходу (рис. 1.2, г) аналогичны автомобилю.
Основными частями гусеничного трактора являются двигатель, силовая передача, ходовое устройство и устройства управления – рычаги и тормоза.
Силовая передача трактора (рис. 1.3) состоит из сцепления 1, соединенного через вал 2 с коробкой передач 3, главной передачи 10, бортовых фрикционов 6 с тормозами (механизм поворота) в корпусе 8 и бортовых редукторов (конечных передач) 5, приводящих в движение ведущие колеса 4.
Рама 15 тележки с балансирным устройством 16, ведущие колеса 4, гусеничные ленты 11, натяжные колеса 14 с натяжным приспособлением 17, опорные катки 12 и ролики 13, поддерживающие гусеничную ленту вверху, являются основными частями ходового устройства трактора.
Трансмиссия гусеничного трактора принципиально отличается от силовой передачи автомобиля отсутствием дифференциала, так как поворот трактора осуществляется за счет разницы скоростей движения гусениц. Это достигается применением бортовых фрикционов, представляющих собой многодисковые муфты, а также тормозов, установленных на этих муфтах.
Тракторный транспорт осуществляется поездами, состоящими из тягачатрактора и из прицепов – бортовых и саморазгружающихся, с открывающимися
11
внизу створками днищ и с опрокидывающимся кузовом.
Так как тракторы применяются не только для передвижения прицепов, но и с различным навесным оборудованием (бульдозер, рыхлитель и др.) и скреперами, в силовой передаче имеется вал отбора мощности 9. Этот вал подключается к коробке передач с помощью муфты 7 и служит для присоединения насоса или лебедки.
Увеличение скорости движения трактора и улучшение его тяговых качеств достигается при дизель-электрическом приводе (рис. 3, г). Передача мощности от двигателя к ведущим колесам происходит следующим образом: от дизеля 21 через редуктор 20 – силовому генератору 19; от силового генератора на коллектор тягового двигателя 18; далее через коническую передачу 10, механизм поворота и конечную передачу на ведущие колеса 4.
Рассмотрим особенности устройства гусеничного трактора (рис. 1.3, б).
Назначение двигателя 1 у гусеничного трактора аналогично назначению его у автомобиля и колесного трактора. В трансмиссию трактора входят: сцепление 2, промежуточные соединения, коробка передач 3, главная (центральная) 4 и конечные (бортовые) 8 передачи.
Рис. 1.3. Схемы расположения основных агрегатов и механизмов на тракторах: а – колесном; б – гусеничном; 1 – двигатель; 2 – сцепление; 3 – коробка передач; 4 – главная передача; 5 – задний мост; 6 – дифференциал; 7 – бортовые фрикционы; 8 – конечная передача; 9 – ведущие колеса (гусеницы); 10 – направляющие колеса
Ходовая часть гусеничного трактора состоит из остова, гусеничного движителя (гусениц 9 с ведущими и направляющими колесами), подвески, опорных и направляющих катков. Управление движением гусеничного трактора производится механизмом поворота основной частью которого являются муфты поворота 7 (бортовые фрикционы).
Рабочее и вспомогательное оборудование трактора предназначено для использования мощности тракторного двигателя для привода рабочих органов прицепных и навесных машин и другого оборудования. К нему относятся навесные и прицепные устройства и крюки, валы отбора мощности, приводной шкив, приводные лебедки.
Основные части машин
Основными частями машин являются: двигатель, шасси и кузов. Двигатель 1 (рис. 1.3) предназначен для преобразования тепловой энергии,
получаемой при сгорании топлива, в механическую работу.
Ниже перечислены семь признаков, по которым классифицируют автотракторные двигатели.
12
1.Способ преобразования тепловой энергии в механическую работу: а) поршневые двигатели, в которых работа расширения сгорающих в надпоршневом пространстве газов преобразуется с помощью кривошипношатунного механизма в работу вращения коленчатого вала (процесс преобразования происходит последовательными циклами); б) роторнопоршневые двигатели, в которых ротор (поршень) совершает вращательное движение в корпусе; при вращении ротора между ним и стенками корпуса образуются камеры переменного объема, в которых осуществляется рабочий процесс, аналогичный процессу в поршневом двигателе; в) газотурбинные двигатели, в которых процесс сгорания газов совершается в специальной камере,
апреобразование тепловой энергии в механическую происходит на лопатках колеса газовой турбины (процесс преобразования происходит непрерывно).
2.Способ смесеобразования: а) двигатели с внешним смесеобразованием, у которых горючая смесь образуется вне рабочих цилиндров в специальных приборах – карбюраторе или смесителе (карбюраторные и газовые двигатели); б) двигатели с внутренним смесеобразованием, у которых образование горючей смеси происходит непосредственно в цилиндре в момент подачи в него топлива (дизели).
3.Способ осуществления рабочего цикла: а) четырехтактные, у которых рабочий цикл осуществляется за четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала; б) двухтактные, в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня или один оборот коленчатого вала.
4.Вид применяемого топлива: а) двигатели, работающие на легком жидком топливе (бензине); б) двигатели, работающие на тяжелом жидком топливе (дизельном топливе, соляровом масле); в) двигатели, работающие на газообразном топливе (сжатом и сжиженном газах).
5.Способ воспламенения смеси: а) двигатели с воспламенением от электрической искры (карбюраторные и газовые); б) двигатели с воспламенением от сжатия (дизели).
6.Число и расположение цилиндров: а) двигатели одно- и многоцилиндровые (двух-, четырех-, шести-, восьмицилиндровые);
б) двигатели однорядные (вертикальные и горизонтальные);
в) двигатели двухрядные (V-образные и с противолежащими цилиндрами).
7.Способ охлаждения:
а) двигатели с жидкостным охлаждением; б) двигатели с воздушным охлаждением.
Наибольшее распространение на автомобилях, тракторах и строительных машинах получили поршневые карбюраторные двигатели и дизели. Карбюраторные двигатели устанавливают на грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности, а также на строительных машинах небольшой мощности. На автомобилях большой грузоподъемности, тягачах и тракторах применяются дизели. Преимуществами дизелей по сравнению с карбюраторными двигателями являются высокая экономичность (расход топлива на 20–25% ниже, чем у карбюраторных двигателей), применение более дешевых топлив, которые к тому же менее опасны в пожарном отношении из-за более низкой воспламеняемости, большая надежность в работе ввиду отсутствия системы зажигания, низкая коррозионность топлива. Недостатками дизелей по
13
сравнению с карбюраторными ДВС являются увеличенные масса и размеры на единицу мощности, высокая первоначальная стоимость из-за повышенной металлоемкости и высокой точности изготовления топливной аппаратуры, затрудненный пуск при низких температурах, более шумная и жесткая работа.
Шасси представляет собой комплекс агрегатов и механизмов, предназначенных для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам, передвижения автомобиля и управления им. Шасси состоит из трансмиссии, ходовой части и механизмов управления.
Трансмиссия (силовая передача) предназначена для изменения, распределения и передачи крутящего момента от вала двигателя 1 (рис. 3.1) к ведущим колесам машины. Она состоит из механизма сцепления 2, коробки передач 3, карданной передачи, главной передачи 4, дифференциала 6 и полуосей.
При движении автомобиля или работе трактора с навесным (прицепным) оборудованием возникают сопротивления, величина которых непрерывно изменяется. Это связано с изменением сопротивления дороги или почвы качению колес (гусениц), степенью загрузки рабочих органов машин, с изменением профиля дороги (подъемы и уклоны). Соответственно этому требуется изменение величины передаваемого крутящего момента на ведущие колеса (гусеницы). Однако автотракторные двигатели внутреннего сгорания допускают автоматическое регулирование крутящего момента в весьма ограниченных пределах (15–20% от номинального значения), что недостаточно, поэтому возникает необходимость применения силовой передачи. По характеру регулирования крутящего момента силовые передачи разделяются на ступенчатые и бесступенчатые.
Ступенчатые механические передачи состоят из ряда зубчатых передач различных типов. Крутящий момент изменяют путем изменения передаточного отношения находящихся в зацеплении шестерен коробки передач. При этом крутящий момент меняется ступенчато через интервалы, кратные передаточным числам. Этот вид передач имеет высокий КПД, прост в изготовлении и эксплуатации, однако громоздок и тяжел. Управление машиной при ступенчатых передачах сложно, неполностью также используется при них мощность двигателя.
Бесступенчатые передачи позволяют непрерывно и автоматически изменять крутящий момент на ведущих колесах (звездочках) автомобиля (трактора) в зависимости от внешних сопротивлений движению без изменения степени загрузки двигателя. Бесступенчатые передачи значительно облегчают труд водителя, обеспечивают получение высоких тягово-динамических качеств, повышает долговечность двигателя и деталей передачи. Недостаток бесступенчатых передач – более низкий КПД, сложность конструкции и эксплуатации, высокая стоимость изготовления.
Муфта сцепления позволяет при переключении передач отсоединить двигатель от трансмиссии и вновь соединить их без остановки автомобиля, а также служит для плавного трогания автомобиля с места.
Сцепление – это механизм, расположенный между двигателем и коробкой передач автомобиля и предназначенный для кратковременного отъединения работающего двигателя от трансмиссии при переключении передач и
14
торможении, а также для их плавного соединения при трогании машины с места после включения передачи. Кроме того, сцепление предохраняет трансмиссию от перегрузок, ограничивая передаваемый максимальный крутящий момент. Сцепления должны обеспечивать плавность и полноту включения, чистоту выключения, хороший отвод тепла от трущихся поверхностей, уравновешенность, простоту конструкции, удобство и легкость в управлении, простоту и доступность в обслуживании.
В зависимости от способа передачи крутящего момента сцепления подразделяются на фрикционные, гидравлические и электромагнитные.
По форме и конструкции трущихся поверхностей фрикционные сцепления могут быть конусными (в автотракторном транспорте не применяют), дисковыми (наиболее распространены) и специальными (ленточными, колодочными и др.). Дисковые сцепления могут быть «сухими» (с сухими дисками) и «мокрыми» (с дисками, работающими в масле).
По числу ведомых дисков сцепления бывают однодисковые, двухдисковые (применяются в машинах большой грузоподъемности) и многодисковые (применяются в автоматических коробках передач). На некоторых тракторах (МТЗ-80, Т-40М) применяются двухпоточные дисковые сцепления, у которых ведомые диски передают вращение не одному, а двум различным валам.
По способу создания силы, сжимающей диски, различают пружинные (с одной центральной или несколькими периферийными пружинами), центробежные (с центробежными грузиками) и электромагнитные сцепления. По типу привода сцепления могут быть с механическим, гидравлическим, пневматическим и электромагнитным приводами. Управление приводом осуществляется вручную или автоматически.
Наибольшее распространение на автомобилях и тракторах получили фрикционные сцепления как достаточно надежные и наиболее простые и удобные в эксплуатации.
Коробка передач служит для изменения передаточного числа, крутящего момента и направления движения, передаваемого от двигателя на ведущие колеса, что необходимо для выбора оптимальных режимов движения в зависимости от дорожных условий и степени загрузки автомобиля.
Раздаточную коробку устанавливают на автомобилях повышенной проходимости с двумя ведущими мостами и более, она предназначена для распределения потока мощности между ними.
Особенностью ведущих мостов является наличие главной передачи и дифференциала (рис. 1.4). Главная передача служит для увеличения крутящего момента и передачи движения под прямым углом к заднему мосту, а дифференциал перераспределяет крутящий момент между колесами при движении машины на повороте.
Ходовая часть – это совокупность элементов шасси, образующих ходовую тележку самоходных и прицепных машин. Она предназначена для передвижения машин, передачи нагрузки на опорную поверхность, обеспечения устойчивости машин, реализации тягового усилия через движитель.
Движителем называют устройство, преобразующее энергию силовой установки в линейное машины.
15
В ходовую часть входят рама, на которой крепятся все узлы и агрегаты автомобиля, подвеска (передняя и задняя), передний и задний мосты и колеса автомобиля.
Гусеничная ходовая часть обеспечивает повышенную проходимость тракторов, экскаваторов, погрузчиков и других машин. Основа гусеничной ходовой части – гусеница – замкнутая цепь, состоящая из шарнирно-соединенных разборных или неразборных звеньев. Гусеница представляет собой цепь, на звеньях которой прикреплены башмаки с грунтозацепами различной формы, или траки, шарнирно соединенные между собой.
Гусеничные ходовые части могут быть жесткими малоопорными (рис. 1.4, а), жесткими многоопорными (рис. 1.4, б), упруго балансирными (рис. 1.4, в) и индивидуально-эластичными. У жестких гусеничных ходовых частей оси опорных катков укреплены неподвижно на раме машины или гусеничной тележки, а у упругих – могут перемещаться, копируя все неровности опорной поверхности и улучшая тем самым сцепление.
Рис. 1.4. Гусеничные ходовые части:
а – жесткая малоопорная; б – жесткая многоопорная; в – упруго балансирная; 1 – направляющее колесо; 2 – гусеница; 3 – ведущее колесо; 4 – поддерживающие катки; 5 – рама гусеничной тележки; 6 – опорные катки; 7 –
балансир с упругим элементом.
Жесткие многоопорные и упруго балансирные гусеничные ходовые части могут быть конструктивно выполнены в виде гусеничных тележек, которые соединены с рамой машины жестко (экскаваторы) или с помощью упругих элементов. Например, широко распространенная конструкция полужесткой подвески многих промышленных тракторов представлена на рис. 1.5.
16