Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование

Тенденции развития подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования

Независимо от назначения и размера машин, используемых в транспортном строительстве, а также при эксплуатации и ремонте транспортных сооружений,

можно отметить общие тенденции их технического совершенствования, в основе которых лежит стремление повысить эффективность работы за счет сокращения
продолжительности рабочего цикла и снижения утомляемости оператора. К таким тенденциям можно отнести:

повышение комфортности и безопасности кабин, автоматизация систем контроля и управления, более удобное расположение органов управления и снижение

усилий на рукоятках, увеличение обзорности, принудительная вентиляция и кондиционирование кабин, улучшение звуко- и виброизоляции, защита кабины
конструкциями FOPS - при падении тяжелых предметов, и ROPS - при опрокидывании машины;

повышение надежности машин, улучшение качества очистки и увеличение срока службы рабочих жидкостей, расширенный контроль технического состояния

машин, автоматическая диагностика их агрегатов и систем, снижение трудоемкости и увеличение периодичности технических обслуживании;

увеличение числа сменных рабочих органов, использование быстродействующих захватов для их перестановки;
увеличение мощности силовых установок, рабочих и транспортных скоростей, маневренности, заправочных емкостей, тяговых усилий, давлений в

гидросистемах;

снижение токсичности выхлопа двигателей внутреннего сгорания, изоляция интенсивных источников шума, применение щадящих опорную поверхность

движителей (пневмоколес пониженного давления, резиновых гусениц и т.п.), использование биологи чески нейтральных или разлагающихся на открытом воздухе
рабочих жидкостей, исключение утечек рабочих жидкостей благодаря надежным быстроразъемным соединениям.

Для машин, которые предполагается эксплуатировать в районах с очень холодным климатом, необходимы:
утепленные обогреваемые кабины с двойным или тройным остеклением;

рабочие жидкости, смазки и топлива со специальными присадками;

резинотехнические изделия с высоким содержанием натурального каучука, не теряющие эксплуатационных свойств при низких температурах.

Металлические конструкции этих машин, особенно подверженные ударным нагрузкам, должны изготавливаться из никелевых сталей, менее подверженных

явлению хладноломкости.

1.2. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ И ПРИНЦИПЫ КОМПОНОВКИ

Несмотря на многообразие областей применения, типов и типоразмеров подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин, их

конструктивные схемы и компоновочные принципы не столь разнообразны. Любая из них является набором ограниченного числа типовых узлов

и агрегатов, способы конструктивного соединения и функционального взаимодействия которых между собой диктуются назначением машины и,

в свою очередь, определяют ее характеристики. К их числу относятся: рама, силовая установка, ходовое оборудование (для самоходных,

полуприцепных и прицепных машин), ходовая трансмиссия (для самоходных машин), рабочее оборудование, его силовой привод, системы

управления рабочими процессами и движением машин, операторские кабины, корпусные и облицовочные детали.

Рама. Рама обеспечивает постоянство взаимного расположения других агрегатов, благодаря чему машина сохраняет работоспособность в

широком диапазоне эксплуатационных условий. Пространственная конфигурация рамы зависит от величины и направления нагрузок, воспринимаемых

машиной, что, в свою очередь, определяется ее назначением, типом и типоразмером. Часто роль рамы выполняют усиленные корпусные детали

машины, как, например, ковш самоходного скрепера. Наряду с основной рамой на некоторых типах машин используются дополнительные рамы для

крепления рабочих органов. В качестве примера можно назвать тяговую раму автогрейдера, универсальную раму бульдозера с поворотным отвалом и

др.

Силовая установка. Источником механической энергии, необходимой для работы машины, служит силовая установка. Современные

подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины оборудуются либо двигателями внутреннего сгорания (большей частью, дизельными),

либо электродвигателями с автономным питанием от аккумуляторов или стационарных электросетей. Основным преимуществом двигателя

внутреннего сгорания является полная автономность машины в течение длительного времени. К числу принципиальных недостатков такой

силовой установки относят сравнительно невысокий КПД (20... 35 %), шум, вибрацию, токсичность выхлопа, тепловое загрязнение окружающей

среды. Действие некоторых негативных факторов может быть в значительной степени ослаблено за счет направленных конструктивных ме-

роприятий (электронное управление процессом сгорания, звуко- и виброизоляция, каталитическая очистка выхлопа и др.), реализация которых

ведет к усложнению и удорожанию двигателя, увеличению затрат на его эксплуатацию. Удельная (на единицу массы) мощность автотракторных и

транспортных дизельных двигателей внутреннего сгорания составляет от 0,75 до 1,0 кВт/кг.

К преимуществам электродвигателей относятся высокий КПД Ю 98%), постоянная готовность к работе независимо от темпера-

ры

окружающего воздуха, высокая надежность, простота сопряжения с другими агрегатами, а также легкий пуск, управление, реверсирование и

остановка. Удельная (на единицу массы) мощность электродвигателей на порядок ниже, чем у двигателей внутреннего сгорания, и колеблется в

пределах 0,027... 0,095 кВт/кг.

Ходовая трансмиссия. Для передачи энергии от двигателя на ходовые устройства, обеспечения самостоятельных перемещений малины в ходе

рабочих и транспортных операций служит ходовая 'рансмиссия. Типы и принципы ее работы аналогичны таковым для силовых трансмиссий

вообще.

Движитель. Передвигаться относительно опорной поверхности машине позволяет движитель. Большинство самоходных подъем-;о-

транспортных, строительных и дорожных машин оснащены „шевмоколесным, рельсоколесным или гусеничным движителями. Гораздо реже и

только у строго ограниченной номенклатуры ма-[ин встречаются жесткие колеса, облицованные резиной, и метал-:ические вальцы с гладкой или

неровной поверхностью.

В последние годы все чаще появляются движители, в которых конструкторы пытаются соединить преимущества движителей различных типов.

Среди них можно назвать полностью резиновые гусеницы, гусеницы с обрезиненными траками, жесткие колеса с обо-;ом, собранным из съемных

резиновых подушек. Достоинства и [едостатки перечисленных ходовых устройств определяют оптимальную область применения каждого из

них.

К преимуществам пневмоколесного движителя относятся: хоро-_ие амортизирующие качества, высокая эластичность, малые внутренние потери,

износостойкость, совместимость с любыми скоростными режимами, минимальные требования к регулярному обслуживанию, низкая стоимость и

трудоемкость ремонта. Его недостатки: высокие удельные давления на грунт, сравнительно невысокая сопротивляемость механическим

повреждениям, высокая вероятность аварийной ситуации при внезапной разгерметизации колеса. Считается, что пневмоколесный движитель

наиболее подходит для машин, эксплуатация которых сопряжена с движением в широком диапазоне скоростей по произвольной траектории и по

достаточно прочной опорной поверхности (твердое покрытие, плотный грунт и т.п.).

Релъсоколесный движитель отличается высокой механической прочностью, малым сопротивлением перекатыванию, отсутствием бокового

увода и незначительностью внутренних потерь. Вместе с тем он требует укладки рельсового пути с тщательной подготовкой основания,

ежедневного обслуживания и чувствителен к уклонам местности. Рельсоколесный движитель допускает перемещение машины только по

определенной траектории и гарантирует ее

от потери устойчивости вследствие эластичности ходового устройства или случайного проседания опорной поверхности.

Гусеничный движитель характерен низким удельным давлением на опорную поверхность, малой эластичностью по вертикали, прекрасной

маневренностью и хорошими тягово-сцепными свойствами. Вместе с тем он сравнительно тяжел, шумен, не приспособлен к движению с высокими
скоростями (танковые ходовые устройства в этом смысле являются дорогим исключением), легко повреждает дорожные покрытия и почвенный
слой, требует систематического обслуживания и регулировок, более других трудоемок при ремонте. Не все из указанных недостатков являются
принципиальными. Ряд из них может быть скорректирован за счет конструктивных мероприятий и применения других материалов. Например,
использование резиновых гусеничных лент и обрезиненных траков и катков позволяет снизить шум, вибрации и ударные нагрузки на элементы
гусеничного хода, а также сократить число регулировок; применение герметизированных межтраковых шарниров с долговечной смазкой в
несколько раз уменьшает периодичность и трудоемкость обслуживания. Ряд преимуществ имеют гусеничные ленты, огибающие звездочки и
катки по треугольному контуру. При этом участок гусеницы, лежащий на грунте, ограничен двумя ведомыми катками (передним и задним), а
ведущая звездочка поднята высоко над опорной поверхностью. Благодаря этому бортовые передачи защищены от нагрузок, возникающих при
поперечных смещениях рам гусеничных тележек и на неровностях грунта. Также снижается вероятность попадания пыли и влаги в механизм
привода.

Жесткие колеса с обрезиненным ободом позволяют машине перемещаться по произвольной траектории, обладают сравнительно небольшим

сопротивлением перекатыванию, не шумны, практически не эластичны в вертикальном направлении, не подвержены механическим повреждениям,
не требуют регулярного обслуживания. Вместе с тем они весьма требовательны к ровности и прочности опорной поверхности и не отличаются
хорошими тягово-сцепными и амортизирующими свойствами. Эти особенности ограничивают область их применения штабелерами,
электрокарами и колесными асфальтоукладчиками, перемещающимися с невысокой скоростью по ровным и твердым поверхностям с небольшими
уклонами.

Колесо с жестким диском и наборным ободом из полых резино вых подушек тяжелее обычного пневмоколеса, обладает меньшей

эластичностью, но более устойчиво к механическим повреждениям и легче ремонтируется. Ремонт производится без демонтажа колеса и
состоит в замене поврежденной подушки целой.

Любое колесо, перекатываясь по поверхности, одновременно уплотняет ее. Эта особенность колесного движителя использована при создании

самоходных уплотняющих машин, жесткие вальцы которых (как правило, металлические) можно по принципу действия отнести к

колесу. Движителем такого рода оборудуются самоходные асфальтовые и грунтовые катки и уплотнители отходов, работающие на мусорных свалках.
Жесткие вальцы с гладкой или неровной поверхностью сконструированы таким образом, чтобы повысить их уплотняющую способность, сохранив
при этом функции движителя. Они перекатываются по опорной поверхности, одновременно уплотняя ее.

Рабочее оборудование. Это оборудование состоит из рабочего орга-на, а также деталей и узлов, обеспечивающих его ориентацию в про-лранстве, и

входит в состав обязательного оснащения подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин. Оно создается с учетом своего функционального
назначения и конструктивных особенностей базового шасси и включает в себя агрегаты, узлы и механизмы, наилучшим образом обеспечивающие
эффективную работу машины. Рабочий орган взаимодействует со средой, для обработки которой созда-(на машина, а соединительные и крепежные
элементы обеспечивают его конструктивную связь с шасси. Как правило, рабочее оборудование оснащается силовой трансмиссией, снабжающей
рабочий орган энергией и позволяющей управлять его положением в пространстве.

Несмотря на чрезвычайно широкую номенклатуру рабочих органов подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин и оборудования,

обусловленную разнообразным перечнем выполняемых ими работ, по результату взаимодействия с обрабатываемым материалом их можно разделить
на пять групп (рис. 1.2). Каждый из

Рабочие органы

Сдвигающие

Сортирующие

Уплотняющие

_1_

м
6

оп

ас

ть

ит

ол

ос

ни

ид

ко

ст

5 «

п. « «

1 Ј

С S

Разрушающие

Переносящие

г п

1 1

1л

t i

го

• *
о
я

в,

о,

хв

1
U
Ч

Рис. 1.2. Классификация рабочих органов по результату взаимод

рабочих органов, входящих в эти группы, отличается механизмом взаимодействия с обрабатываемым материалом или грузом (табл. 1.5). Системы управления.

Контроль машины человеком невозможен без систем управления, обеспечивающих информационную связь между агрегатами машины и машинистом (или

оператором). В науке об управлении различают прямую и обратную связь источника и объекта управления. В системе «человек-машина» устройства прямой связи

обеспечивают машиниста информацией о состоянии машины и ее агрегатов, параметрах их работы, результатах выполнения рабочих процессов. К числу таких

устройств относятся всевозможные датчики, световые и звуковые индикаторы и приборы. Устройства обратной связи дают машинисту возможность изменять

характеристики машины, агрегатов или рабочих процессов непосредственно в ходе работы в соответствии с характером информации об их величине. К числу

таких устройств относятся системы различного принципа действия, передающие команды машиниста к исполнительным механизмам. Все системы управления,

устанавливаемые на подъемно-транспортных, строительных и дорожных машинах и оборудовании, можно объединить в системы управления движением машины

(тормозные, рулевые, подачей топлива, переменой передач, распределением крутящего момента) и системы управления рабочими органами (ориентацией в

пространстве, величиной рабочего усилия). В простейших системах управления сигналы о состоянии агрегатов машины поступают в виде механических,

электрических, гидравлических или пневматических импульсов на пульт управления, где приборы преобразуют их в вид, понятный машинисту (например,

изменяют положение стрелки на циферблате, включают аварийный индикатор и т.д.). Машинист может принять полученную информацию к сведению или

отреагировать на нее изменением параметров рабочего процесса. Последнее происходит с помощью органов управления, вырабатывающих механические,

электрические, гидравлические или пневматические импульсы, передаваемые системами управления к исполнительным механизмам (например, тормозные

системы, рулевые системы и т. п.).

Специфика управления подъемно-транспортными, строительными и дорожными машинами и оборудованием заключается в большом числе параметров,

контроль за которыми нужен для эффективного управления рабочим процессом. Например, перечень факторов, которыми должен руководствоваться машинист

асфальтоукладчика, включает: количество смеси в бункере и шнековых камерах; направление и скорость движения машины; ширину, толщину, ровность и качество

поверхности укладываемого слоя; температуру выглаживающей плиты; частоты и амплитуды колебаний трамбующего бруса и выглаживающей плиты;

безопасность обслуживающего персонала. Такие и более многочисленные перечни контролируемых параметров являются не исключением, а скорее правилом.

Автоматизированная система управления может выполнять за машиниста функции, которые не сопряжены с принятием решения. (Например, при перегреве

двигатель должен быть остановлен, следовательно, эту функцию можно поручить автоматическому устройству.) В случаях, когда сложившаяся ситуация

допускает несколько вариантов управляющих воздействий, используется автоматизированная система управления, реализующая вариант, выбранный

машинистом.

Таблица 1.5 Нагрузки и материалы, характерные для рабочих органов

Элемент

Нагрузка

Материал

Разрушающие рабочие органы

Зуб

Величина постоянная,

Скальные и мерзлые грунты, сле-

направление постоянное жавшиеся грунтовые и снежно-

ледяные конгломераты, цементо-

и асфальтобетоны

Нож

То же

Нескальные грунты, снежные

наносы, горячий асфальтобетон

Ударник

Величина пульсирующая, Скальные, слежавшиеся, мерзлые
направление постоянное грунты, снежно-ледяные

конгломераты, асфальто-

и цементобетоны

Бур

Величина постоянная,

Скальные и мерзлые грунты,

направление постоянное цементо- и асфальтобетоны

Газ

То же

Снежно-ледяные конгломераты

Жидкость

Нескальные сухие и обводненные
грунты, слежавшиеся грунты

Переносящие рабочие органы

Ковш

Величина постоянная,

Любой материал с нарушенными

направление постоянное внутренними связями

Крюк

То же

Штучные и пакетированные
грузы с проушинами под крюк

Захват

Штучные грузы в жесткой
упаковке произвольной формы

Вилы

Штучные и пакетированные
грузы, размещенные на поддонах

Лента

Насыпные и штучные грузы

Газ

Сыпучий материал с размерами

частиц менее 1 мм

Жидкость

Сыпучий материал с размерами

частиц до 5 мм

Окончание табл. 1.5

Элемент

Нагрузка

Материал

Сдвигающие рабочие органы

Отвал

Лопасть

Шнек

Величина постоянная,
направление постоянное
То же
»

Любой материал с нарушенными

внутренними связями Сухие и

увлажненные измельченные

материалы То же

Уплотняющие рабочие органы

Валец

Плита

Вибратор

Величина постоянная,

направление постоянное
Величина пульсирующая,

направление знако-
переменное

Грунт, щебень, асфальтобетон

Грунт, щебень, асфальтобетон,

цементобетон То же

Сортирующие рабочие органы

Сито

Колосник

Газ

Жидкость

Величина пульсирующая,

направление знако-

переменное Без подвода

энергии

Величина постоянная,

направление постоянное

То же

Сыпучий сухой мелкокусковой

материал

Крупнокусковой материал с на-

рушенными внутренними связями

Сыпучий мелкокусковой материал
То же

Любая автоматизированная система управления состоит из дат чиков, блока управления и преобразователя сигналов. Датчики реги стрируют текущее

состояние регулируемого объекта. Блок управления сравнивает параметры текущего состояния с заданными, оцени вает имеющиеся отклонения и формирует сигнал,

содержащий информацию о величине корректирующего воздействия. Преобразователь трансформирует сигнал в импульсы, вызывающие срабатывание ис-
полнительного механизма, управляющего регулируемым объектом.

При нормальной работе автоматизированной системы управле ния значение контролируемого параметра колеблется относитель но заданного, отклоняясь от

него не более чем на погрешность датчиков, которая не должна превышать технологических допусков на контролируемый параметр. (Например, если
поперечный уклон дорожного покрытия должен составлять (10 ± 1,5)°, то чувствительность датчиков поперечного уклона не должна превышать ± 1,5°.)

Совершенство системы управления определяется степенью ее автоматизации, чувствительностью датчиков, а также скоростью и по- решностью срабатывания
исполнительных механизмов. Степень ав-оматизации может оцениваться относительным (к общему) количеством функций управления, которые система
выполняет без вмешательства оператора. Скорость срабатывания - это время реакции исполнительного механизма на управляющий импульс. Погрешность
срабатывания - это разница между фактическим и заданным значениями контролируемого параметра после срабатывания исполни тельного механизма.

Экономическую эффективность системы автоматизированного  правления современной машины можно оценить, сравнивая сум арную стоимость единицы
продукции, произведенной с ее применением и без нее. Возможны ситуации, при которых применение  систем автоматического управления оправдывается
не экономическими соображениями, а, например, безопасностью людей и со- эружений, экологическими факторами или иными категориями.  Кабина,
облицовочные панели и кожухи. Работоспособность ма-Hbi или механизма не зависит от наличия или отсутствия кожу->в, облицовочных панелей и, тем более,
кабины оператора. Тем не гнее, большинство подъемно-транспортных, строительных и до-^ожных машин оборудованы этими элементами. Кабины, первона-
чально созданные для защиты оператора от непогоды, постепенно превратились в изолированный от внешней среды центр управления всеми функциями
машины, полностью адаптированный к физическим потребностям и особенностям человеческого организма, омфорт машиниста обеспечивается креслом
анатомического профиля, удобным размещением органов управления и совмещением их функций (за счет многофункциональных рычагов - джойстиков и
автоматики), звуко- и виброизоляцией салона, увеличением прочности кабины, использованием климатических установок, улучше-лем обзорности,
сокращением числа операций, требующих выхо-машиниста из кабины.

Назначение облицовочных панелей и кожухов - предохранить , , . ы и агрегаты машин от влаги, пыли, грязи и несанкционированного доступа,

экранировать шум и вибрации, порождаемые их работой, и, что немаловажно, придать машине модный и привлекательный внешний вид.

1.3. ТИПЫ ТРАНСМИССИЙ

Силовой трансмиссией называется механизм, передающий энергию двигателя к удаленному от него устройству-потребителю. В зависимости от способа

передачи энергии, различают механические, гидравлические, пневматические, электрические и комби-

нированные силовые трансмиссии. Классификация силовых трансмиссий, наиболее часто используемых в подъемно-транспортных, строительных и дорожных

машинах и оборудовании, приведена на рис. 1.3.

Механические силовые трансмиссии. Энергию в виде крутящего момента от двигателя к исполнительным механизмам передают механические силовые

трансмиссии. Они могут состоять из обычных и карданных валов, а также зубчатых, цепных, ременных (или ка натных), фрикционных, кулачковых и рычажно-

шарнирных передач. Основное преимущество механических трансмиссий - высокий КПД, так как в них нет потерь энергии, связанных с ее преоб разованиями.

Общий КПД трансмиссии оценивается отношением мощности, развиваемой выходным элементом трансмиссии, к мощности, подаваемой на ее входной элемент

(табл. 1.6).

Таблица 1.6

КПД элементов механической трансмиссии

КПД при подшипниках

Элемент

скольжения

качения

Направляющий блок

0,97

0,99

Барабан при наматывании каната

0,95

0,97

Передаточный вал со шлицами

0,95

0,97

Зубчатая передача:

одноступенчатая

0,95

0,97

двухступенчатая

0,90

0,96

трехсту пенч атая

0,85

0,94

Цепная передача:

в масляной ванне

0,94

0,96

открытая

0,93

0,95

В общем случае для КПД справедливо соотношение:

r| = 7Y

/7V

(1.1)

где Г) - КПД; N

BMX

- мощность на выходном элементе трансмиссии; N

- мощность, подаваемая на входной элемент трансмиссии.

Общий КПД механической трансмиссии зависит от числа ступеней, в каждой из которых крутящий момент передается от одного элемента трансмиссии к

другому:

(1.2)

/-|

где Т1

о6щ

- общий КПД; г), - КПД i-й ступени; т - общее число ступеней.

Силовые трансмиссии подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин

Электрические

Гидравлические

о,

(U
3
И
1
го

ем

ен

ны

ри

кц

ио

нн

ар

ни

рн

о-

Рис. 1.3. Классификация силовых трансмиссий по принципу действия

Значение КПД червячной или винтовой зубчатой передачи зависит от угла профиля зуба и материала зубчатой пары:

(1.3)

tg(a + p)

где a - угол профиля зуба; р - угол трения в зубчатом зацеплении (при хорошей смазке и небольших скоростях скольжения (до 1 м/с) для пары чугун-сталь

угол равен 5... 6°, для пары бронза-

К недостаткам механических трансмиссий относят их большую удельную массу (на единицу передаваемой мощности) и габариты, возрастающие при

передаче крутящего момента на большие расстояния и изменении его направления. По этим причинам чисто механические трансмиссии в современных

самоходных подъемно-транспортных, строительных и дорожных машинах используются не всегда. Вместе с тем оборудование для добычи, изготовления и

переработки строительных материалов, в котором проблемы компоновки и массы имеют второстепенное значение, оснащается, в основном,

механическими трансмиссиями, обеспечивающими минимальные потери мощности на пути от двигателя к исполнительному механизму.

Передаточное число наряду с КПД является одной из основных характеристик механической трансмиссии. Оно

незначительно влияет на передаваемую мощность, но может увеличивать или уменьшать передаваемый крутящий
момент и во столько же раз уменьшать или увеличивать угловые скорости передающих элементов трансмиссии:

= ю

вх

/со

вых

где i - передаточное число; М

вых

- крутящий момент на конечном элементе механической трансмиссии; М

крутящий момент, подаваемый на вход механической трансмиссии; со

вх

, со

вых

- угловые скорости соответственно

входного и выходного элементов.

Для многоступенчатой механической трансмиссии справедливо соотношение:

общ

где /

общ

- общее передаточное число механической трансмиссии, i

-передаточное число п-тл ступени; m - число

ступеней трансмиссии.

Гидравлические силовые трансмиссии. В гидравлических силовых трансмиссиях механическая энергия двигателя

сначала   конвертируется   во   внутреннюю   энергию   жидкости,   а   затем   -   обратно   в   механическую.   Во   всех
гидравлических трансмиссиях (или гидросистемах)  преобразование механической энергии во внутреннюю энергию
жидкости   осуществляется   насосом,   который   либо   повышает   давление   жидкости,   находящейся   в   замкнутом
объеме, либо увеличивает скорость движения ее потока. В зависимости от способа передачи энергии гидросистемы
делятся  на  гидрообъемные  (или гидростатические) и гидродинамические. В  гидрообъемных трансмиссиях  (рис. 1.4)  используется разница между
давлением жидкости, создаваемым шестеренным или поршневым насосом внутри замкнутого объема, и наружным давлением. Пройдя через систему
клапанов  6  в напорную магистраль 7, рабочее тело (в гидросистемах используются минеральные масла со специальными присадками) попадает в
гидрораспределитель 8. В зависимости от положения золотника 10 в корпусе 9 масло может сбрасываться в бак 1 (это положение показано на схеме),
проходить в штоковую полость 13 гидроцилиндра 11 (при крайнем правом положении золотника 10) или в поршневую полость 14 (при крайнем левом
положении золотника). В зависимости от того, в какую полость гидроцилиндра подается масло под давлением, шток с поршнем 12 будет втягиваться
или выдвигаться. Использованное масло сбрасывается в бак по сливной магистрали 2, попутно очищаясь в фильтре 3. Насос засасывает масло из бака по
всасывающей магистрали 4, на которой тоже может устанавливаться фильтр 3.

В гидродинамических трансмиссиях использована простая и наглядная идея. Если с двух концов отрезка трубы установить пропеллеры,

один из которых будет приводиться в действие от посто-

I 2

(1.4)

(1.5)

и=1

роннего источника энергии, то со-

здаваемый им поток жидкости будет, двигаясь по трубе, вращать второй пропеллер. Таким образом,

механическая энергия вала

ведущего пропеллера будет трансформироваться в кинетическую энергию потока жидкости, которая,

пройдя по трубе, трансформируется

ведомым пропеллером обратно в механическое движение его вала. Конструкторская проработка этой идеи

превратила (рис. 1.5) ведущий пропеллер в насосное колесо 5, закрепленное на корпусе 4, связанном с коленчатым валом двигателя 3. Турбинное
колесо 6 прикреплено к фланцу вала 8 турбины. Вал турбины опирается на подшипник 9 в корпусе 4 гидромуфты. Гидромуфта заполняется
специальным маслом на 85% своего объема. Вал двигателя вращает корпус вместе с насосным колесом. Лопасти 2 насосного колеса,
расположенные под углом к плоскости чертежа, вынуждают масло в пространстве между насосом и турбиной двигаться по кольцевой
траектории 1. Масло, попадая на лопасти 7 турбинного колеса 6, наклоненные к вектору его движения, передает им часть своей кинетической
энергии, заставляя турбину 6 и вал 8 вращаться.

КПД гидромуфты не является постоянной величиной и меня ется от 0 - в момент включения (при этом насосное колесо вращается со

скоростью коленчатого вала двигателя, а турбинное коле со заторможено) до 0,97...0,98 - при движении с постоянной скоростью. Гидромуфты не
имеют передаточного числа, а обеспечивают плавное трогание машины с места и защищают механические элементы трансмиссии от ударных
нагрузок.

Бол ее сложны по устройству гидротрансформаторы. Гидротрансформатор встраивается между двигателем и коробкой передач и обеспечивает
бесступенчатое изменение крутящего момента на каждой из передач и смену передач без выключения сцепления, что особенно важно при

сильных колебаниях рабочих нагрузок. Насосное колесо 8 жестко (рис. 1.6) соединено с корпусом гидротранс-

Рис. 1.4. Функциональная

схема простейшей

гидрообъемной силовой

трансмиссии:

/ - бак; 2 - сливная магистраль;

3 -фильтр; 4 - всасывающая

магистраль; 5 - насос; 6 -

клапан; 7 - напорная ма-

гистраль;

—

гидрораспределитель; 9 —

корпус; 10 - золотник; 11 -

форматора  6,  который приводится во вращение коленчатым валом  3  двигателя. При вращении насосного колеса  его лопасти  9
направляют рабочую жидкость на лопасти 1 турбинного колеса 2, где поток жидкости 7 меняет направление, заставляя вращаться
вал  11  турбины. Рабочая жидкость, выходя с  лопаток турбины, ударяется о лопатки 5 реактора, установленного на обгонной
муфте  4,  и   снова   меняет   направление,   создавая   при  большой   разнице   скоростей   между   насосом   и   турбиной   момент,   до-
бавляющийся благодаря обгонной муфте к моменту на турбине. По мере выравнивания скоростей насосного и турбинного колес
реактор,   благодаря   муфте   свободного  хода,   начинает   свободно   вращаться,   снижая   коэффициент   трансформации
гидротрансформатора и увеличивая КПД.

В подъемно-транспортных, строительных и дорожных машинах одновременно используется несколько независимых гидравлических
силовых   трансмиссий:   ходовые   передачи,   системы   привода   рабочих  органов,   рулевые   и   тормозные   системы,   а   также   системы
управления  силовыми   трансмиссиями   («пилотные»   системы).   Благодаря   отсутствию   ограничений   на   длину   и   конфигурацию
гидравлических   магистралей   гидропередачи   позволяют   улучшить   компоновку   машин   и   оборудования,   сделать   условия   работы
оператора   более   комфортабельными,   удобнее   расположить   рабочие   органы   и   расширить   их   функциональные   возможности.
Гидросистемы позволяют повысить степень автоматизации управления машиной, благодаря чему снижается интенсивность работы
оператора,  повышается  эффективность   и  безопасность работы машины и уменьшаются эксплуатационные затраты. К  недостаткам
гидравлических  трансмиссий  относятся:  меньший, чем у  механических силовых трансмиссий, КПД (из-за  потерь  при   двукратном
преобразовании энергии, внутренних потерь в жидкости и ее трении о стенки трубопроводов); экологическая агрессивность рабочих

жидкостей; более сложная диагностика неисправностей, требующая более дорогого инструмента.

Чисто гидравлические трансмиссии применяются для передачи усилия к механизмам рабочего оборудования, в ходовых приво-

Рис. 1.5. Схема гидромуфты: 1

- поток жидкости; 2 - лопасти

насосного колеса;

3 -

коленчатый вал двигателя; 4 -

корпус муфты; 5 - насосное ко-

лесо; 6 - турбинное колесо; 7 -

лопасти турбинного колеса; 8 -

дах,   рулевых   и   тормозных   системах.   Во   всех   перечисленных
случаях   используется   гидрообъемная   силовая  трансмиссия.
Гидродинамические  силовые   трансмиссии   применяются  в
ходовых приводах машин в комбинации с механическими.

Пневматические силовые трансмиссии. В пневматических силовых трансмиссиях в качестве рабочего тела, передающего

энергию   от   двигателя   к   исполнительному   механизму,   используется   газ   (обычно,   атмосферный   воздух).   Пневмосистемы
конструктивно   проще,   дешевле   и  экологически безопаснее гидравлических,  так  как  они  работают при  меньших давлениях, не
нуждаются в  сливных   магистралях   для  возврата  рабочего тела в резервуар, а само рабочее тело (воздух) экологически безопасно.
Вместе   с   тем,   для   передачи  одинаковых   с   гидравлическими  трансмиссиями   усилий   из-за   разницы   рабочих   давлений   они
должны оперировать с большими объемами рабочего тела и, соответственно, их агрегаты более громоздки.

Пневматические силовые трансмиссии используются в тормозных системах самоходных машин, а также для привода отбойных молотков, перфораторов и

другого строительного инструмента.

Электрические силовые трансмиссии. Альтернативой механическим и гидравлическим приводам может служить электрическая трансмиссия. Электрический

генератор, соединенный с валом двигателя внутреннего сгорания, конвертирует механическую энергию в электрическую, которая затем по проводам передается к
электродвигателям, приводящим ходовые, рабочие и вспомогательные механизмы машины. Иногда статор и ротор электродвигателя од новременно являются

конструктивной частью приводимого механизма (как, например, в электрическом мотор-колесе).

Среди достоинств электрических силовых трансмиссий - их высокая надежность, отсутствие ограничений на длину и конфигурацию, возможность

бесступенчатого регулирования скорости, простота соединения с источниками и потребителями механической энергии. В то же время масса электрической
трансмиссии в 2,5...4 раза больше механической (причем до 20% ее приходится на доро-

2 Шестопало»

Рис. 1.6. Схема

гидротрансфор-

матора:

/ - лопасти турбинного

колеса; 2 -турбинное колесо;

3 -

коленчатый вал

двигателя; 4 — обгонная

муфта; 5 - лопатки реактора;

6 - корпус; 7 - поток

гую медь), а КПД составляет не более 80%. Это ограничивает применение электрических силовых трансмиссий, главным образом, ходовыми

приводами тяжелых машин. Могут использоваться различные схемы включения тяговых электродвигателей, каждая из которых имеет свои

преимущества и недостатки. Последовательное соединение мотор-колес обеспечивает работу машины с максимальной силой тяги на минимальной

скорости. Но при уменьшении сопротивления на одном из ведущих колес его угловая скорость увеличивается, тогда как скорости других колес

замедляются. Это может привести к полной остановке машины, когда вся мощность ге нератора будет потребляться электродвигателем

буксующего колеса. Параллельное соединение тяговых электродвигателей позволяет машине развить максимальную транспортную скорость при

небольших крутящих моментах на каждом из колес, что допустимо при малых дорожных сопротивлениях. Наиболее часто в машинах с элек-

трической силовой трансмиссией используется последовательно-параллельное соединение мотор-колес, при котором последовательно

соединяются электродвигатели, расположенные по диагонали.

Комбинированные силовые трансмиссии. В подъемно-транспортных, строительных и дорожных машинах широко используется принцип

объединения в рамках одной силовой передачи узлов и агрегатов, принадлежащих к различным типам трансмиссий. ^Зто "гидромеханические

трансмиссии с гидростатическими и гидродинамическими компонентами (ходовые приводы), а также пневмо-гидравлические (тормозные

системы) и электрогидравлические (системы управления) приводы.

Гидромеханические ходовые трансмиссии с гидротрансформатором и планетарной коробкой передач (рис. 1.7) наиболее эффективны на

машинах, режим работы которых сопряжен с частой сменой передач и значительной долей транспортных операций в ра бочем цикле. Они

также позволяют переходить при снижении нагрузки с низшей передачи на высшую, благодаря чему сокращает ся время рабочего цикла. При

установившемся движении происходит механическая блокировка гидротрансформатора и он работает, как обычная муфта сцепления. Такими

передачами оснащаются скреперы, землевозные тележки, автогрейдеры, фронтальные погрузчики. Гидромеханические передачи с элементами

гидрообъемной трансмиссии (рис. 1.8) применяются на машинах, для рабочего процесса которых характерны большие тяговые усилия и небольшие

скорости. Одновременно с функциями ходового привода такие трансмиссии выполняют и функции тормозных систем, блокирующих движение

машины при остановке двигателя. Более всего такие трансмиссии подходят для гусеничных бульдозеров, асфальтоукладчиков, дорожных фрез,

катков.

Пневмогидравлические тормозные системы и электрогидравлические системы управления широко используются практически на

Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование - часть 2