3.2.1. Пневмоколесные сш. Общие сведения

 

Пневмоколесные СШ – бывают общего (автомобили, трактора и тягачи) и специального применения.

 

Пневмоколесные СШ характеризуют формулами А×Б×В или А×Б отражающих общее число колес (А), число ведущих колес (Б) и число управляемы (В).

 

Ходовая часть включает в себя кроме рамы: движители и устройства иx крепления и соединения с рамой СШ – подвеску а также устройства управления и бортовую автоматику. Исполнение ходовой части СШ определяется в первую очередь типом используемых в нем подвесок и движителей. Пневмоколёсный двигатель представляет собой пневматическую эластичную шину, опёртую через металлический обод на диск, крепящийся к ступице моста СШ.

 

Размеры шин обозначают двумя цифрами В×d: первая соответствует ширине, вторая - посадочному диаметру обода( в дюймах ) Наружный диаметр шины:  D=2Н+d (рис. 3.10). Шины могут быть камерные и бескамерные. В зависимости от направления размещения кордового каркаса шины разделяют на диагональные и радиальные.

 

 

 

Рис. 3.10. Разновидности шин:

а) пневматическое колесо; б) диагональная; в) радиальная; г) бескамерная;

д) камерная; е) общего профиля; ж) широкопрофильная; з) арочного типа;

и) пневмокаток;

1 – эластичная шина: 1.1 – протектор, 1.2- подушечный слой (брекер),

1.3- каркас силовой, армированный нитями корда, 1.4- боковина, 1.5- кольца,

1.6- борта, 1.7- герметизирующий слой, 1.8- бортовая резина; Н- высота профиля,

D- наружный диаметр, d- посадочный диаметр, b- ширина обода;

2 – металлический диск с ободом, 2.1 – обод, 2.2 – диск, 2.3 – вентиль для подкачки

 

По форме профиля шины разделяют в зависимости от отношения высоты шины H к ширине B. Различают шины: обычного профиля (H/B = 0,9÷1,1), широкопрофильные (H/B = 0,75÷0,85), арочного типа (H/B = 0,4÷0,6), пневмокатки (H/B = 0,1÷0,4).

 

Допустимые нагрузки на шину определяются прочностью кордового каркаса покрышки, и тем выше, чем больше диаметр шины D. Они могут доходить до 600кН.

Прочность дорожного полотна накладывает ограничения по величинам нагрузок, передаваемых ему со стороны движителей.

 

Высокая плавность хода обеспечивается упругодемпфирующими свойствами шин и подвесок автомобильного типа. С целью выдерживания значений нагрузок его в требуемых пределах, число колес у пневмоколесных СШ увеличивают, путем выполнения их многоосными.

3.2.2. Ходовая часть пневмоколесных СШ

 

Пневмоколесное СШ имеет ходовую часть, выполненную в виде мостов (осей), с системой подвесок и движителей, предназначенных для передачи опорных и движущих усилий. Их характеризуют по общему числу мостов (осей), числу ведущих мостов, передающих крутящий момент от привода хода, и управляемых, выполняющих помимо опорных функций роль устройств, задающих требуемую траекторию движение СМ (рис. 3.11).

 

 

Рис. 3.11. Специальное пневматическое СШ с колёсной

формулой 4×4 и шарнирно-сочлененной рамой:

1 - радиатор, 2 - двигатель, 3 - сцепление, 4 - ходоуменьшитель,

5 - коробка передач, 6 - раздаточная коробка, 7 - задний мост,

8 - передний мост, 9 - регулятор вала отбора мощности

 

Ведущий мост (рис. 3.12) – конструктивная единица ходового оборудования самоходного шасси, предназначенная для размещения движителей и передачи на них опорного усилия и крутящего момента в цепи привода хода.

 

 

Рис. 3.12. Мосты пневмоколёсных СШ

 

Ведущий мост представляет собой систему механизмов, размещенных в специальном корпусе, перпендикулярно продольной оси самоходного шасси число ведущих мостов в спецшасси составляет от 1 до 8 и более. Состав и виды передач ведущих мостов определяются видом используемых   двигателей и исполнением трансмиссии СШ. Общими узлами, присущими всем конструкциям мостов, являются его главная передача, расположенная на входе и конечная (бортовая) – на входе. Она представляет собой чаще всего зубчатую передачу с передаточным отношением i>l,0.  Особенностью главной передачи является необходимость изменять направление вращения на 90° при передаче его от карданного вала трансмиссии. Поэтому наиболее часто она выполняется в виде пары конических зубчатых колес. (Форма подвода энергопотока к ведущему мосту с использованием таких передач называется центральной). Предусмотрена возможность управления скоростью вращения колес ведущего моста,  закрепляемых на осях или полуосях, с помощью управляемых муфт. Режим торможения осуществляется с помощью тормозов, размещенных на осях (полуосях) мостов. Ведущие мосты пневмоколесных самоходных шасси, за счет использования в них дифференциалов, позволяют автоматически изменять скорости вращения колес правого и левого борта при поворотах, исключая при этом эффекты их проскальзывания и пробуксировки. Однако в ряде случаев это оказывает неблагоприятное влияние на свойство проходимости, способствуя заносу шасси. Поэтому самоходные колесные шасси оснащают системами блокировки дифференциала. Высокая плавность хода СШ и безопасность достигаются использованием в ведущих мостах антиблокировочных систем тормозов (ABS) и систем регулирования проскальзывания ведущих колес (ASR). Кроме этого в пневмоколесных шасси с электрической и гидравлической трансмиссией используют другой принцип подвода энергопотока к движителям, приводящий их во вращение вторичными двигателями, непосредственно установленными в полуосях колес. При таком способе передачи движения колесам отпадает необходимость в целом ряде механических узлов трансмиссии: КПП, карданном вале, главной передачи, механическом дифференциале. Однако для его использования необходимы вторичные высокомоментные двигатели (гидравлические и электрические) и бортовые редукторы. Пневматические колеса, использующие такой подвод энергоносителя, называют мотор-колесами (рис. 3.13).

 

 

Рис. 3.13. Спаренное пневмоколесо со вторичным электродвигателем

 

Управляемый мост – конструктивная единица пневмоколесного шасси, предназначенная для изменения направления его движения путем поворота колес, установленных обычно с помощью ступиц в поворотных цапфах.

 

С целью обеспечения устойчивости при движении и облегчения управления колес при их установке строго выдерживают определенные геометрические характеристики углов развала (поперечного и продольного) схождения колес и наклона цапфы. Исполнительным устройством поворота цапф являются шарнирно-рычажные тяговые системы, приводимые в действие от устройств поворота.

В ряде конструкций самоходных пневмоколесных шасси используют комбинированные мосты, совмещающие функции ведущих и управляемых.

 

Подвеска – устройство соединения ведущих и управляемых мостов СШ с рамой, обеспечивающее устойчивость и плавность хода при различных режимах движения (рис. 3.14).

 

 

Рис. 3.14. Подвеска СШ:

а) зависимая заднего ведущего моста самосвала; б) независимая

пневмоколёсного СШ; в) зависимая одноосного пневмоколёсного тягача;

 

В общем случае подвеска состоит из упругодеформирующих устройств (пружин, амортизаторов) и направляющего устройства в виде механизма ориентации движителей относительно корпуса СШ. По наличию - отсутствию упругодемпфирующих устройств различают жесткие и упругодемпфирующие подвески. Последние называют подвесками автомобильного типа, обеспечивающими возможность передвижения СШ со скоростью 60-80 км/ч. Различают зависимую и независимую подвески. В зависимых подвесках воздействие от неровностей дороги для колес одного борта  влияет на перемещение колес другого борта. В независимых подвесках это влияние практически отсутствует, что обеспечивает лучшую  устойчивость и плавность хода машины.

Независимость колебаний движителей правого и левого борта обусловлена применением двух шарнирно соединенных полуосей моста вместо единого в зависимой подвеске. Конструктивно упругие и демпфирующие элементы могут выполняться как в виде раздельных узлов (пружин, торсионов, амортизаторов), так и в виде совмещенных (рессор, пневмоцилиндров, специальных пневмобаллонов). Основной характеристикой подвесок является зависимость нагрузки от перемещения, называемая характеристикой подвески. Для ряда передвижных пневмоколесных шасси, перемещаемых при малых скоростях, применяют жесткие подвески, не имеющие упругодемпфирующих устройств.

 

Системы управления движением СШ обеспечивают изменение режима и траектории его движения. Изменение скоростного режима движения производится с помощью узлов силовой трансмиссии – коробок перемены передач (КПП) и тормозов, при механическом приводе хода и изменением расхода рабочего тела гидромашин – при гидравлическом.

 

Торможением движителей только одного борта производят разворот машины. Такая система поворота получила название бортовой. Она используется в гусеничных СШ. Использование ее в пневмоколесных СШ целесообразно только при их малых габаритах, из-за значительного износа шин.

В пневмоколесных СШ, в зависимости от конструкции их рам, применяют системы поворота: одной и двумя управляемыми осями (при цельных рамах) и взаимным поворотом частей шарнирно-сочлененной рамы (рис. 3.15). С целью обеспечения процесса управления в системах поворота применяют гидроусилители руля.

 

 

Рис. 3.15. Системы поворота:

а) колёс управляемого моста с помощью рулевой трапеции (4);

б) тоже с помощью реечного рулевого механизма с гидроусилителем;

в) СШ с шарнирно-сочлененной рамой;

1 – рулевая колонка (1.1 – рулевое колесо, 1.2 – рулевой вал, 1.3 корпус), 2 – рулевой редуктор

(2.1 червячная пара, 2.2 – сошка), 3 – тяга, 4 – рулевая трапеция,

5 – колёса, 6 – управляемый мост, 7 – ведущий мост, 8 – гидропередача,

9 – шарнирно-стержневая система (обратная связь), 10 – полурама остова с

колёсами; R – радиус поворота, α, β – углы поворота внешних и внутренних колёс управляемого

 моста (ctgα – ctgβ = B’/L), О – центр поворота, О’ – центральный

угол трапеции, Н – ширина габаритного коридора:

 Н = R_max – (R + 0,5B) < B_дор, B_дор – ширина дороги

 

Управление в обоих случаях производится оператором путем поворота рулевого колеса рулевой колонки, преобразуемого в редукторе в поворот сошки и далее в перемещение тяги.

3.2.3. Привод пневмоколесных СШ

В приводе СШ используются механические, гидравлические, электрические и комбинированные трансмиссии.

 

Механические трансмиссии отличаются наиболее разнообразным числом конструктивных узлов, что объясняется их более низкой управляемостью – способностью к реализации различных скоростных режимов работы

 

Рассмотрим подробнее основные узлы механических трансмиссий привода хода СШ.

 

Сцепление – узел механической трансмиссии, предназначенной для размыкания силовой цепи между ДВС и КПП трансмиссии с целью отключения  двигателя в режимах его запуска, трогания с места стоянки, переключения передач при движении. Он представляет собой многодисковую фрикциональную муфту с гидро или пневмомеханической системой управления от педали, выведенную в кабину самоходного шасси. Современные системы управления сцеплением предусматривают несколько дискретных положений педали управления, каждое из которых соответствует определенной степени и интенсивности действия муфты сцепления.

 

Коробка перемены передач (КПП) – устройства привода хода (трансмиссии) предназначенное для согласования условий и режимов движения самоходного шасси с возможностями двигателя. Она представляет собой управляемую систему передач (обычно зубчатых), характеризуемых несколькими передаточными отношениями), размещенных в специальном корпусе и имеющей один вход и один выход (рис. 3.16)

 

 

Рис. 3.16. Коробка перемены передач:

а) общий вид; б) схема управления 2-х скоростной

КПП с помощью ленточных муфт

 

КПП СМ имеют до 12 передач, в том числе реверс, с помощью чего обеспечивается режим заднего хода. Каждой передачи соответствует свое передаточное отношение и КПД. Включение конкретной передачи производят:

- за счет осевого перемещения подвижного блока шестерен, в результате чего осуществляется ввод в зацепление зубьев требуемой цепи;

- с помощью управляемых фрикционных муфт при постоянном зацеплении зубьев зубчатых колес всех передач (рис.3.16, б).

Последний способ включения более удобен и находит более широкое применение.

В последнее время все шире используются КПП автоматического действия с сервоприводом управляемых фрикционных муфт. С целью перехода от дискретного изменения скорости к плавному, в пределах каждой передачи, а также защиты первичной силовой установки от перегрузки, на входе КПП устанавливают гидродинамические передачи, выполняемые в виде гидротрансформаторов и гидромуфт.

 

Гидромуфта – узел трансмиссии СШ гидродинамического типа, устанавливаемой между ДВС и КПП, служащий для защиты двигателя при возможных перегрузках за счет исключения жесткой связи полумуфт и замене ее потоком жидкости, движущимся в замкнутом объеме.

 

Ведущая и ведомая полумуфты представляют собой лопастные колеса, соответственно насосное и турбинное, помещенные в герметичный корпус с залитой рабочей жидкостью. Организуемый насосным колесом поток жидкости, действуя на лопасти турбинного колеса, приводит его во вращение.

Недостатками гидромуфт являются снижение КПД при увеличении скольжения и невозможность изменить величину передаваемого крутящего момента.

 

Гидротрансформатор – узел трансмиссии СШ гидродинамического типа, обеспечивающий, в сравнении с гидромуфтой, изменение величины передаваемого крутящего момента, реализующий кроме защитных свойств так же возможность плавного изменения скоростного режима в узких диапазонах изменения нагрузки.

 

Раздаточная коробка используется при необходимости передачи вращения от одного движителя на несколько ведущих осей. Она представляет собой систему зубчатых передач, выполненных в специальном корпусе, с одним входом и несколькими выходами: их число соответствует числу приводных осей самоходного шасси. Устройство управления раздаточными коробками аналогично устройству управления КПП

 

Редукторы – узлы трансмиссий, снижающие частоту вращения с целью повышения передаваемого момента вращения. Поэтому их передаточное отношение выше единицы и носит название передаточного числа. Их значения нормированы

 

Редукторы чаще всего выполняются в закрытом виде: с собственным корпусом,  внутри которого вливают жидкую смазку для ЗК и подшипников. Процесс смазки создается разбрызгиванием масла, находящегося в нижней части корпуса, вращающими деталями передач.

 

Ходоуменышители – конструктивная единица привода ходовой части СШ, предназначенная для расширения его скоростного рабочего диапазона в области низких скоростей с целью увеличения тяговой способности. Наиболее часто выполняется в замкнутом гидрообъемном исполнении по схеме «регулируемый насос -гидромотор», что позволяет непрерывно менять тягово-скорост­ные характеристики СШ в рабочем режиме.

 

Использование гидрообъемного ходоуменыпителя упрощает трансмиссию СШ в результате возможности использования КПП с меньшим набором скоростей.

 

Карданный вал – конструктивная единица трансмиссии, обеспечивающая передачу крутящего момента в условиях взаимного осевого, углового и вертикального смещения его концов за счет наличия в них карданных шарнирно шлицевых соединений.

 

Карданные валы имеют значительную длину, что позволяет с их помощью передавать крутящий момент не только на передние, но и на задние колеса шасси.

 

Помимо механических передач в СШ применяют такжегидравлические трансмиссии – обычно открытые, многопоточные, питающиеся от насосных блоков, включающих несколько насосов, в том числе регулируемых. Число блоков гидрораспределителей соответствует числу исполнительных механизмов: ведущих мотор-колес, выносных опор; поворотной платформы; рабочего оборудования (рис. 3.17).

 

 

Рис. 3.17. Гидравлические (а, б) и электрические (в) трансмиссии СШ

 

Применяют гидропередачи как открытые, так и с замкнутым потоком, выполняющие функции тормозов и «гидравлического дифференциала». В замкнутых гидросистемах требуются применения воздушно-масляных теплообменников в связи с ограниченным теплоотводом

 

Аналогичным образом формируются и электрические трансмиссии (рис. 3.17, в), в которых роль насосного блока выполняет электрический генератор, а роль исполнительных устройств - вторичные электродвигатели. Особенность конструктивной компоновки узлов указанных трансмиссий является их модульное исполнение, включающее в едином модуле до нескольких элементов гидро или электропередач, снимая при этом число сборочных единиц.

 

Реализации на практике модульного принципа компановки строительных машин привела к созданию унифицированных комплексных механических, гидромеханических и гидравлических приводных модулей. Они включают в себя ряд подмодулей: гидромоторы, редукторы, тормозные устройства, муфты сцепления, ряд других деталей механической трансмиссии с системами управления. Это позволяет унифицировать сборочные единицы для ряда конструктивно подобных модулей, оптимизировать их параметры.