Pи – сопротивление грунта разгону, обусловленное инерционными нагрузками;
где 
– объемная производительность машины; 
– плотность разрыхленного грунта; 
–скорость перемещения рабочего органа.
Pв – сопротивление внедрению в грунт режущего инструмента;
где 
– длина режущей кромки, одновременно внедряющейся в грунт; 
– толщина режущей кромки; 
– удельное сопротивление вдавливанию режущей кромки в грунт.
Из последнего выражения следует, что сопротивление грунта внедрению рабочего органа зависит от длины его кромки, одновременно внедряющейся в грунт. Этим и объясняется эффективность применения зубьев при работе на плотных скалывающихся грунтах.
Нагруженность МЗР и режимы работ
Требования к приводу МЗР зависит от технологии производства работ, условий эксплуатации и режима ее нагружения. От технологии зависит последовательность включения, выключения и реверсирования движения механизмов, совмещение их действий. Условия эксплуатации - работа на открытом воздухе в любое время года и суток на резко пересеченной местности, с различными климатическими и грунтовыми условиями и зачастую вдали от населенных пунктов – определяют требования высокой надежности всех механизмов машины, возможности работы при кратковременных перегрузках, простоты технического обслуживания и ремонта, работоспособности при больших поперечных и продольных уклонах рельефа и в условиях бездорожья, а также независимости от внешних источников энергии. Из-за необходимости в частой и быстрой переброске машин с одного места на другое различными видами транспорта они должны быть компактными, иметь малую массу, быстро переводиться из транспортного положения в рабочее и наоборот, а также должны быстро разбираться и собираться. Затраты энергии на единицу вырабатываемой продукции должны быть минимально возможными.
К одной из специфик машин для земляных работ относится неравномерность нагрузки рабочих органов. От характера изменения нагрузок зависит режим работы машины (режим нагружения) и ее привода. Рабочая нагрузка определяется на основании закономерностей взаимодействия рабочего органа с грунтом. Соответствие двигателей характеру нагрузки определяется по их внешней характеристике, показывающей зависимость частоты вращения выходного вала от крутящего момента (рис. 3.13).
215
Рис. 3.13. Виды внешней характеристики двигателей: 1 – жесткая; 2 – мягкая.
Жесткие внешние характеристики обеспечивают большую частоту вращения валов приводных двигателей при нагрузках, близких к предельным, что повышает производительность машины. Но копание при жестких характеристиках связано с ухудшением условии управления машиной. Силовое оборудование с жесткой внешней характеристикой не следует применять в условиях нагрузок с резкими и внезапными изменениями. В этом случае предпочтение отдают силовому оборудованию с мягкой внешней характеристикой. При мягких характеристиках двигателей в случаях чрезмерного заглубления в грунт рабочего органа скорость снижается плавно. Это облегчает регулирование толщины среза грунта и предупреждение стопорения рабочего органа.
Режимы нагружения характеризуются продолжительностью непрерывной работы привода, частотой включения, закономерностями изменения внешней нагрузки и скоростью движения ведомого звена. В основные периоды времени они определяются процессами взаимодействия рабочих органов машин с обрабатываемым материалом, а в переходные - процессами разгона, торможения и реверсирования масс, их подъемом или опусканием. Предпочтение отдают таким приводам, которые обеспечивают максимальное использование установленной мощности при высоком к.п.д., хорошо воспринимают динамические нагрузки, а также легко и просто управляются и автоматизируются. Зачатую режим нагружения характеризуется отношением максимальной нагрузки к средней, а также коэффициентом включения kвкл представляющим собой отношение продолжительности работы под нагрузкой tн ко всему рабочему времени tр,,%.
k |
|
= |
t |
|
вкл |
t |
|||
|
|
|||
|
|
|
н р
100%
Различают три режима работы: легкий, средний, тяжелый (рис. 3.14) (табл 3.1). К легким режимам относится например работа траншейных экскаваторов на легких грунтах без твердых включений. Средний режим характерен для прицепных и полуприцепных скреперов, грейдер-элеваторов и многоковшовых экскаваторов при разработке грунтов средней и повышенной крепости. В тяжелом режиме работают обычно одноковшовые экскаваторы, бульдозеры, самоходные скреперы, рыхлители в тяжелых грунтах неравномерной крепости.
216
Рис. 3.14. Диаграммы нагрузки машины для земляных работ при режимах: а – легком; б – среднем; в – тяжелом.
Табл. 3.1. характеристика режимов работы МЗР
Режим |
|
макс |
|
Коэффициент |
Число |
Типы машин |
|
работы |
|
ср |
включения К, % |
включений в 1 ч |
|||
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|||
Легкий |
1,1–1,3 |
100 |
20–30 |
Автогрейдеры |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Средний |
1,5–2,0 |
100 |
До 30 |
Скреперы прицепные, грейдер- |
|||
элеваторы |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
Тяжелый |
2,0–3,0 |
80 |
100 |
Одноковшовые экскаваторы, |
|||
бульдозеры, скреперы самоходные |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
Силовое оборудование
У МЗР основным видом силового оборудования являются дизельные ДВС. Их преимущества: независимость их от источника внешнего питания, относительно высокий КПД (у дизелей 25–37%), малая масса на единицу мощности (3–5 кг/кВт), небольшой расход горючего (0,22–0,25кг/кВтч); недостатки: малый предел регулирования скорости на одной передаче, высокую стоимость эксплуатации, жесткие требования к качеству топлива, сравнительно малую долговечность (3000–4000 ч работы), большую чувствительность к перегрузкам, трудность эксплуатации при низких температурах, потребность в фрикционных, гидравлических или других муфтах для передачи движения от двигателя к трансмиссии.
На некоторых МЗР устанавливают электрические или комбинированные дизель-электрические приводы. Силовой установкой такого привода является генератор или дизельный двигатель с генератором. Генераторы питают током электродвигатели постоянного или переменного тока, приводящие исполнительные механизмы рабочего оборудования.
Преимущества электропривода следующие: постоянная готовность к работе, простота конструкции, пуска, управления и реверсирования, высокий коэффициент полезного действия, возможность удачной компоновки, получение мягкой характеристики, дистанционное управление, а также относительно малые размеры и масса. К недостаткам электропривода относятся зависимость от источника энергии и большая стоимость комбинированного привода. Двигатели переменного тока просты в управлении, надежны и удобны в эксплуатации, могут выдерживать кратковременно большие перегрузки; основной недостаток – невозможность саморегулирования. Электродв пост тока наиболее приемлемы для приводов ЗМ с тяжелым режимом работы.
На МЗР в последние годы широко применяют гидравлические приводы.
217
Они являются вторичными, так как получают энергию от насосов, приводимых от ДВС. Гидравлические приводы работают при давлении от 6,3 до 31,5 МПа и более. В качестве рабочих жидкостей в них используют масла: индустриальное, веретенное, авиационное и др. Преимущества гидропривода: он имеет сравнительно небольшую массу и габариты насосов и гидромоторов, возможность получения больших передаточных чисел, которые могут достигать 1000 и более; небольшая инерционность передач, обеспечивающая хорошие динамические свойства привода, что увеличивает долговечность машины и позволяет включать ее и реверсировать рабочие движения за доли секунды, что повышает производительность машины; обеспечение бесступенчатого регулирования скорости движения рабочих органов, что дает возможность повышать коэффициент использования приводного двигателя и автоматизировать не только отдельные операции, но и целые технологические процессы; удобство расположения основных элементов; надежное предохранение от перегрузок благодаря наличию предохранительных и перепускных клапанов; широкое применение стандартизированных и унифицированных узлов, что облегчает эксплуатацию и ремонт. Недостатки: снижение КПД при использовании длинных трубопроводов, потребность в специальных жидкостях для различных климатических условий, необходимость тщательного наблюдения за состоянием соединений и возможность утечек рабочей жидкости, большая по сравнению с механическим стоимость изготовления.
Трансмиссии
Трансмиссии - это система устройств, посредством которой передается движение от силовой установки к механизмам и рабочим органам. Трансмиссия позволяет изменять по величине и направлению развиваемые силовой установкой скорости, крутящие моменты и усилия.
По способу передачи энергии трансмиссии МЗР подразделяют на механические, электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные. Все они, кроме механических трансмиссий, имеют участки, на которых механическая энергия первичной силовой установки преобразуется в энергию других видов (электрического тока, рабочей жидкости, сжатого воздуха), а затем снова в механическую. Любая трансмиссия представляет собой разомкнутую систему, имеющую вход и выход. Вход ее соединен с силовой установкой, а выход – с исполнительным механизмом рабочего органа. К основ-
ным параметрам входа и выхода относятся: момент Мвх(Мвых) или усилие |
||||||||
Рвх(Рвых), угловая скорость |
|
Вх( |
|
Вых) или линейная |
v |
Вх( |
v |
Вых), а также мощность |
|
|
|
|
|||||
Nвх (Nвых).
Показателем, оценивающим эффективность работы трансмиссии как системы, является коэффициент полезного действия
Отношение 
характеризует способность трансмиссии преобразовывать величину угловой (линейной) скорости и называется передаточным отношением 
. Отношение 
дает представление о возможности трансмиссии преобразовывать величины момента (усилия). Это
218