Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование - часть 3

Рис. 1.7. Гидротрансформатор и планетарная коробка перемены передач в сборе: / - обгонная муфта реактора; 2 - корпус передачи; 3 - поршень

механической блокировки трансформатора; 4 - турбинное колесо; 5 - насосное колесо; 6 - колесо реактора; 7 -

планетарные ряды

Рис. 1.8. Гидромеханическая ходовая трансмиссия с гидрообъемным приводом:

1 - главная передача и блокируемый дифференциал переднего моста; 2 - регулируемый гидромотор; 3 - двигатель внутреннего сгорания; 4 -

шестеренный насос; 5 - бортовые Редукторы задних колес; 6 - главная передача и блокируемый дифференциал заднего моста; 7 - раздаточная коробка; 8

- карданная передача; 9 - бортовые редукторы

всех типах машин независимо от назначения. В пневмогидравли-ческих системах управляющие воздействия оператора передаются давлением жидкости к

механизмам пневматической системы, где усиливаются сжатым воздухом. В электрогидравлических системах управляющие воздействия оператора в виде

электрических сигналов поступают к электроуправляемым гидрораспределителям и клапанам, включающим или блокирующим гидравлические потоки и

агрегаты в соответствии со схемой управления.

1.4. РУЛЕВЫЕ СИСТЕМЫ

Рулевые системы служат для изменения траектории движения машины. Самоходные машины на рельсовом ходу рулевыми систе мами не оснащаются, так

как траектория их движения определяет ся рельсовым путем, по которому они перемещаются. Машины с   так называемым «бортовым» поворотом также не
нуждаются в рулевых системах, поскольку траектория их движения задается раз ностью скоростей гусениц или колес левого и правого бортов, при водимых
ходовой трансмиссией независимо друг от друга. У всех остальных машин с колесным или многотележечным гусеничным  движителем изменение траектории
движения осуществляется с помощью рулевых систем, обеспечивающих поворот оси вращения  движителя относительно направления движения машины.

В современных подъемно-транспортных, строительных и дорожных машинах может использоваться до пяти режимов изменения траектории их движения

(рис. 1.9). Благодаря рулевой трапеции

управляемые колеса передних или задних осей поворачиваются на угол, пропорциональный радиусу кривизны траектории каждого из  них. То же происходит и
при   повороте   управляемых   колес   передних  и   задних   осей   в   противоположные   стороны   (поворот   «колея   в   ко лею»).   При   маневрировании   поворотом
управляемых колес всех  осей в одну сторону (движение «крабом») все колеса поворачива ются на одинаковый угол. Совмещение этих четырех способов ма -
неврирования   на   одном   шасси   возможно   только   при   использова нии   систем   с   автоматическим   согласованием   углов   поворота   колес   в   зависимости   от
выбранного режима движения и электрогидравлическим управлением.

Поворот «изломом» шарнирно-сочлененной рамы, т. е. поворот в плане двух ее половин относительно друг друга, как способ изме нения траектории

движения   применяется   только   при   отсутствии   других   систем   маневрирования.   Если   машина   с   шарнирно-сочле ненной   рамой   оснащена   управляемыми
колесами, то механизм управления «изломом» рамы работает независимо от рулевой системы. Во всех случаях используются гидрообъемные рулевые системы
следящего типа. Они не требуют от машиниста больших физи ческих усилий, не передают на органы управления толчки и вибра цию управляемых движителей
(колес   или   гусеничных   тележек)   и  меняют   угол   поворота   машины   только   при   изменении   угла   пово рота   рулевого   колеса   или   наклона   джойстика.   Кроме
того, гидрообъемные  рулевые  системы  развивают большой момент, отлича ются   малой   инерционностью   и   высокой   надежностью,   так   как   обеспечивают
работу рулевого привода при выходе гидросистемы из строя.

Рис. 1.9. Способы маневрирования самоходных машин поворотом колес:

а - пропорциональный поворот передних управляемых колес; 6 -

пропорциональный поворот задних управляемых колес; в - симметричный поворот

всех колес (поворот «колея в колею»); г - поворот всех колес в одну сторону

(движение «крабом»); д - поворот «изломом» шарнирно-сочлененной рамы

Глава 2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ, СТРОИТЕЛЬНЫХ,

Д О РО Ж Н ЫХ М АШИ Н И О БО РУ ДО ВАН И Я

2.1. СИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ

Разнообразие условий эксплуатации и нагрузочных режимов подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования

предполагает использование в качестве силового привода широкой номенклатуры двигателей внутреннего сгорания и электрических двигателей.

Машины и оборудование, для которых передвижения на большие расстояния являются частью рабочего цикла, оснащаются двигателями внутреннего

сгорания: дизельными и карбюраторными. К их числу относятся машины для земляных работ (за исключением больших карьерных экскаваторов с

электрическим приводом), машины для устройства дорожных покрытий, ремонта и содержания дорог, инженерных сооружений, дорожной

обстановки и прилегающих территорий, бурильные установки на автомобильном шасси, самоходные погрузчики (за исключением части вилочных).

Техника стационарная или перемещающаяся в радиусе нескольких десятков метров оборудуется электродвигателями с питанием от

аккумуляторных батарей или центральной электросети. Электроприводом оснащаются подъемно-транспортные машины и механизмы (за

исключением самоходных стреловых кранов и самоходных фронтальных погрузчиков), машины для добычи и переработки каменных материалов (в

том числе, пневматические механизмы, питающиеся от компрессоров с электроприводом), оборудование для работы с цементом и битумом и

изготовления цементе- и асфальтобетонов.

Двигатели внутреннего сгорания. Для привода самоходных машин со значительной долей транспортных операций в рабочем цикле

используются дизельные или карбюраторные двигатели. К их преимуществам относятся независимость от посторонних источников энергии,

высокая удельная (на единицу массы) мощность, относительно высокий КПД и надежность, а к общепризнанным недостаткам - шум,

токсичность выхлопа и нарушение теплового баланса окружающей среды.

Области использования дизельных и карбюраторных двигателей определяются их техническими особенностями. Традиционно считается, что

для карбюраторного двигателя характерны повы-

шенные удельная мощность и частота вращения, меньший крутящий момент, более устойчивая работа при переменной нагрузке. В силу этого

их применяют на машинах, работающих с большими скоростями и меньшими рабочими нагрузками. Дизельные двигатели развивают больший

крутящий момент, работают при меньших угловых скоростях и на более дешевом топливе, но они тяжелее, дороже из-за точной топливной

аппаратуры, хуже переносят резкие колебания нагрузки и сложнее в обслуживании.

Энергетический кризис 70-х гг. XX в. заставил весь мир сделать выбор в пользу более дешевого дизельного топлива. В последующие годы

усилия конструкторов и технологов позволили значительно повысить удельную мощность, шумо- и вибробезопасность дизельных двигателей, а

также упростить их обслуживание и ремонт, вплотную приблизив их по этим показателям к карбюраторным двигателям. Это привело к

широкому использованию дизельных двигателей практически во всем спектре мощностей и рабочих скоростей, характерных для погрузочных,

строительных, землеройных, дорожных и коммунальных машин.

Основная доля действующего парка отечественных коммунальных машин базируется на грузовых автомобилях с карбюраторными

двигателями, но в последние годы начался массовый их перевод на дизельные двигатели. Строительные, землеройные и дорожные машины,

базирующиеся на оригинальных шасси, традиционно оборудуются дизельными двигателями. До конца 60-х гг. XX в. для этих целей

использовались длиноходовые и низкоскоростные тракторные дизели, а с началом массового производства коротко-ходовых транспортных

дизелей их начали устанавливать и на до-рожно-строительные машины. Анализ характеристик современных бульдозеров, скреперов,

автогрейдеров, экскаваторов, трубоукладчиков, пневмоколесных и гусеничных погрузчиков свидетельствует, что наиболее широко используются

четырех- и шестицилиндровые дизельные двигатели мощностью от 60 до 120 кВт и частотой вращения от 1 850 до 2 100 мин"

. Этот факт отражает

техническую политику производителей в области энерговооруженности машин и оборудования, характерную для 90-х гг. XX в. Конечно, не

следует считать, что такое положение будет оставаться неизменным. Например, за 1970-1996 гг. мощность двигателей одноковшовых

полноповоротных экскаваторов выросла в среднем на 20 %, а их частота вращения выросла до 2000...2200 мин'

. В последние годы на землеройные

машины стали устанавливать менее скоростные двигатели, отличающиеся повышенным крутящим моментом и большей долговечностью. Таким

образом, в ближайшие годы сервисные и ремонтные службы, отвечающие за работу строительной, Дорожной и коммунальной техники, будут

сталкиваться с обслуживанием и ремонтом двигателей предыдущего и нового поколений, характеристики которых лежат в диапазонах указанных

значений.

Условия работы двигателей погрузочных, строительных, дорожных и коммунальных машин отличаются сильной запыленностью окружающего воздуха,

широким диапазоном изменения его температуры, влажности и давления, частыми и быстрыми переходами от пиковых нагрузок к холостым, и наоборот,
удаленностью машин от сервисных центров и складов запчастей.

Наибольший уровень запыленности отмечается при совместной работе погрузчика с бульдозером, разрабатывающим грунт. Затем, в порядке убывания

количества пыли, образующейся при работе, следуют бульдозеры, погрузчики, скреперы, корчеватели, прицепные грейдеры, автогрейдеры и пневмоколесные
катки.

Средняя запыленность воздуха в зависимости от типа машин, г/м

Гусеничные бульдозеры.................................................................... 0,70

Пневмоколесные погрузчики.............................................................0,60

Самоходные скреперы........................................................................0,53

Гусеничные корчеватели....................................................................0,31

Прицепные грейдеры..........................................................................0,31

Автогрейдеры.....................................................................................0,24

Самоходные пневмокатки ....,......................................................0,23

На запыленность окружающего воздуха влияет не только рабочее оборудование и характер рабочего цикла, но и тип ходового устройства - гусеничный или

пневмоколесный. Более «пылящим» и, кстати, более опасным для почвенного слоя является стандартный гусеничный ход, так как траки с грунтозацепами сильнее
повреждают опорную поверхность при маневрировании и буксовании.

Грунтовая пыль, попадая в цилиндры и топливную аппаратуру, способна быстро вывести их из строя, поэтому для надежной рабо ты двигателя важно оснащение

его системами очистки воздуха, топлива и смазочных материалов и регулярное и своевременное обслуживания этих систем.

Мощность и топливная экономичность двигателя заметно меняются при колебаниях температуры, влажности и давления окружающей среды. При низкой

температуре воздуха, поступающего в цилиндры, топливо хуже испаряется, часть его конденсируется на стенках цилиндра, смывая смазку и ускоряя износ, больше
энергии требуется для подогрева смеси до температуры воспламенения, более интенсивна отдача тепла в атмосферу. Кроме того, больше времени и топлива
затрачивается при запуске двигателя и на поддержание рабочей температуры в процессе работы, особенно, на высоких транспортных скоростях. Низкие температуры
требуют применения более качественного топлива: без примесей воды - для бензина, парафинов и воды -для дизельного топлива. Все это приводит к удорожанию
эксплуатации при одновременном снижении мощности и долговечности двигателя. Избежать некоторых отрицательных последствий эксплуатации двигателей при очень
низких температурах можно:

храня технику в теплых помещениях;
применяя посторонние и встроенные системы предпускового подогрева, системы электрозапуска от внешних источников энергии;
используя дополнительную теплоизоляцию моторного отсека;
используя специальные присадки к дизельным топливам и бензинам.
Вместе с тем, следует отчетливо представлять, что зимняя эксплуатация двигателя неизбежно влечет ее удорожание. Чрезмерно высокая температура

окружающего воздуха не менее неблагоприятна для двигателей внутреннего сгорания: уменьшается наполнение цилиндров воздухом, снижается вязкость смазок,
ухудшаются условия охлаждения двигателя. Кроме того, горюче-смазочные материалы подвергаются ускоренному старению уже в заправочных емкостях
машин.

Повышенная влажность атмосферного воздуха также отрицательно сказывается на эффективности работы двигателя. Увеличенное содержание водяного пара в

воздухе снижает количество кислорода, попадающего в камеру сгорания, и количество топлива,   испаряющегося в ее объеме, а также требует дополнительного
тепла   на   подогрев   водяного   пара.   Кроме   того,   влага,   конденсируясь   и  смешиваясь   с   отработанными   газами,   образует   агрессивные   жидкости,   ускоряющие
коррозию металлических деталей двигателя. Предотвратить падение мощности и ускоренный износ агрегатов  двигателя из-за высокой влажности воздуха может
его предварительное осушение, но пока применение осушительных устройств на двигателях не носит массового характера.

Существенное влияние на мощность двигателя оказывает атмосферное давление, зависящее от высоты над уровнем моря: чем оно ниже, тем более разрежен

воздух и тем меньшее его количество попадает в цилиндры двигателя при всасывании, следовательно, меньшее количество топлива сгорит за один рабочий ход
поршня и двигатель в целом разовьет меньшую мощность, а часть несгоревшего топлива будет выброшена в атмосферу.

Мощность, развиваемая дизельным двигателем при работе в горах (в процентах к номинальной)

Высота над уровнем моря, м:

1500...2300

2300... 3000...

3000...3800.................................................................................... 81
3800...4600.....................................................................................73

Пониженное атмосферное давление также ухудшает условия охлаждения двигателя. В значительной степени свободны от этого порока или менее подвержены

ему двигатели с турбонаддувом и электронным управлением впрыска топлива.

Более 97

Колебания нагрузки, выражающиеся в нерегулярном чередовании максимальных и минимальных сопротивлений на валу двигателя, способны заметно снизить

мощность и топливную экономичность двигателя. Сами по себе такие колебания неизбежны и предопределены многооперационным характером работы машин и

случайными свойствами среды, с которой они взаимодействуют. Влияние неравно мерности нагрузки на работу двигателей хорошо известно (табл. 2.1). При

предварительных расчетах падение мощности двигателя из-за неустановившейся нагрузки оценивается примерно в 10%.

Таблица 2.1

Степень неравномерности нагрузки двигателей строительных и землеройных машин

Тип машины

Время работы

двигателя под

нагрузкой, %

В том числе, в тяжелых

режимах, %

Бульдозеры

Скреперы

Погрузчики

Краны

63. ..75

65... 75

75. ..77

64. ..66

37. ..52

36. ..53

35. ..39

32. ..33

Практика свидетельствует, что несоблюдение правил и сроков технического обслуживания двигателей строительных, дорожных и коммунальных машин

приводит к двукратному увеличению ско рости износа их основных деталей. К числу основных факторов, вызывающих ускоренный износ, относятся:

обводнение и загрязнение горюче-смазочных материалов при хранении и заправке, ведущее к износу плунжерных пар и отсеч ных клапанов насосов

высокого давления, а также прецизионных пар форсунок;

плохая регулировка топливной аппаратуры, ведущая к прогрес сирующей неравномерности подачи топлива;
холодный пуск и эксплуатация холодного или перегретого дви гателя, ведущие к ускоренному износу гильз цилиндров, поршне вых колец и клапанов;

нарушение герметичности впускного коллектора, ускоряющее износ гильз цилиндров и поршневых колец;
несвоевременная очистка и замена воздушных, масляных и топ ливных фильтров, ведущие к ускоренному износу гильз цилиндров, поршневых колец,

клапанов газораспределительного механизма, прецизионных деталей топливной аппаратуры, насосов и клапа нов системы смазки;

неквалифицированное управление машиной, способное вызвать как ускоренный износ, так и поломку деталей двигателя.

Наиболее распространенными признаками развивающейся не исправности двигателя (и дизельного и карбюраторного) являют ся: падение мощности,

повышенный расход топлива, перегрев при обычных нагрузках и кратковременных перегрузках, усиленная дьшность выхлопа, более шумная, чем обычно,
работа, усиленная вибрация, металлический стук. При появлении любого из этих при знаков эксплуатацию двигателя следует приостановить до выясне ния и
устранения причин.

Число моделей карбюраторных и дизельных двигателей, выпус каемых сегодня в мире, чрезвычайно велико. На строительной, дорожной и коммунальной

технике, эксплуатирующейся в нашей стране, чаще всего встречаются двигатели отечественных заводов, а также заводов ближнего зарубежья. Импортная
техника чаще всего оборудуется двигателями Caterpillar, Cummins, Daimler, Deutz, Fiat, Ford, Iveko, Komatsu, Liebherr, MAN, Perkins, Yamaha, Zetor.

Для крутящего момента и мощности современных дизельных двигателей без турбонаддува справедливы выражения:

,=51,07К

ра6

+39,38;

=9,33F

pa6

+17,92,

где М

кр

- максимальный крутящий момент двигателя, Н • м; Г

раб

-рабочий объем двигателя, л; N

- номинальная мощность двигателя, кВт.

Для внешней скоростной характеристики двигателя справедливо выражение:

П, , \ П , \

( П:

а — + Ь\ — | +с\ —

\п

где N

- текущая мощность двигателя, кВт, при частоте вращения коленчатого вала и,-, мин"

; а,Ь,с- коэффициенты обобщенной скоростной характеристики (табл.

2.2); N

- номинальная мощность двигателя при частоте вращения коленчатого вала п

, мин"

Таблица 2.2 Значения коэффициентов обобщенной скоростной характеристики

Тип двигателя

Карбюраторный

1,00

Дизельный четырехтактный с корректором

1,00

То же без корректора

0,53

1,56

1,09

Дизельный двухтактный

0,87

1,13

1,00

(2.1)

(2.2)

N,- = N.

(2.3)

Если известно значение максимального крутящего момента двигателя М

тах

, можно по значению коэффициента приспособляемости k

судить о наличии или отсутствии у двигателя корректора топливоподачи:

пр

(2.4)

Одним из основных требований, предъявляемых к крановым двигателям, является способность переносить перегрузки, достигающие

трехкратной величины номинального крутящего момента. Перегрузочная способность двигателя по крутящему моменту оценивается
отношением максимального кратковременно развиваемого им (опрокидывающего) момента к номинальному, т. е. длительно действующему,
моменту:

Дизельный двигатель, у которого k

= 1,05 ... 1,10, как правило, оборудован корректором подачи топлива.

Электрические двигатели. Электрические двигатели применяются, главным образом, для привода подъемно-транспортных машин и

механизмов, работающих в закрытых помещениях и на откры том воздухе, на небольшом удалении от источников электроэнергии. К числу
таких машин относятся стационарные вращающиеся и рельсовые краны, а также конвейеры и электрокары.

Для условий работы кранового электропривода характерны:
изменение величины и направления действия нагрузки в широких пределах;
широкий диапазон регулирования рабочих скоростей;
работа в повторно-кратковременном режиме при большом чис ле включений в 1 ч;
высокая вероятность перегрузок.

На механизмы, эксплуатирующиеся на открытом воздухе, так же влияют перепады температуры, атмосферные осадки и влаж ность воздуха.

В   большинстве   современных   кранов   применяется   многомоторная   система   привода   крановых   механизмов,   при   которой   каждый   механизм
(подъема,  движения, поворота  и т.д.) оснащается  собственным электродвигателем и трансмиссией.  В каче стве  электропривода  используются
асинхронные двигатели, масса, стоимость и эксплуатационные затраты которых ниже, чем у  других типов электродвигателей (табл. 2.3).

Таблица 2.3

Соотношение удельных стоимостей единицы мощности различных типов электродвигателей

Электродвигатель

Удельная стоимость, %, в интервале
мощности, кВт

2... 5 5. ..12 12. ..3

30. ..7

70. ..15

Более

150

Постоянного тока

100

Асинхронный с

фазным ротором

Короткозамкнутый

14
23

двух- и трехскоростнои

= M

max

HOM

=2,5...3,0,

где M

max

, M

HOM

- соответственно опрокидывающий и номинальный крутящие моменты.

Мощность, которую могут развивать крановые двигатели в те чение длительного времени, зависит от режима их использования, оцениваемого

продолжительностью включения (ПВ), т. е. долей времени (%), в течение которого двигатель работает. Крановые электродвигатели выпускают для ПВ =
15; 25; 40%. В каждом из указанных режимов конкретный двигатель имеет свою допустимую мощ ность. Номинальной считается мощность,
развиваемая электродвигателем при ПВ = 25%. Мощность, допустимую для двигателя при других ПВ, можно определить из соотношения

=Nj25/nB

(2.6)

где N

- мощность, допустимая для электродвигателя при ПВ = х%, N - мощность электродвигателя при ПВ = 25 %; ПВ

- продолжительность включения х

Если режим работы двигателя предполагает колебания разви ваемой им мощности, то проверить пригодность двигателя можно по

установочной мощности:

Л Х

(2-7)

где N

ycT

- установочная мощность двигателя; TV,- - мощность, потребляемая приводимым механизмом в /-и период времени; ?, - продолжительность /-го

периода времени; при этом опрокидывающий момент двигателя должен соответствовать необходимой перегрузочной способности ф.

Кроме обладания достаточной перегрузочной способностью и необходимой мощностью крановый электродвигатель должен устойчиво

работать в широком диапазоне скоростей. Способность двигателя к этому оценивается пределом регулирования:

™ ~ ^н

где и

ном

- номинальная частота вращения вала двигателя; п^

- устойчивая минимальная частота вращения вала двигателя.

В обычных условиях работы предел регулирования не превышает 3, однако возможны режимы, при которых его значение возрастает до 10.

(2.5)

(2.8)

При мощности до 8 кВт наиболее часто применяют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, при большей мощности -

асинхронные двигатели с фазовым ротором и контактными кольцами. Двигатели с короткозамкнутым ротором удобны в управлении, но

отличаются большим пусковым током (пусковой ток в 7 раз больше номинального) и неприспособленностью к регулированию скорости, поэтому

их используют для привода вспомогательных механизмов крана и лебедок с небольшим тяговым усилием. Асинхронные двигатели с фазовым

ротором и контактными кольцами хорошо переносят частые пуски и торможения и допускают регулирование скорости.

Электродвигатели постоянного тока в строительных грузоподъемных машинах используют в случаях, когда необходимо плавное

регулирование скорости двигателя в широком диапазоне с пределом регулирования выше 10. Чаще всего это грузоподъемные механизмы

высотных кранов и ходовые приводы кранов с пневмоко-лесным ходовым оборудованием.

Крановые и металлургические асинхронные двигатели переменного тока рассчитаны на работу при температуре окружающего воздуха до +40 °С

с ПВ = 40%. По способу монтажа двигатели различают:

на лапах для крепления к полу;

фланцевые или на лапах с вертикальным валом;

фланцевые или на лапах с горизонтальным валом;

фланцевые с вертикальным расположением вала.

По заказу могут изготавливаться двигатели с двумя одинаковыми концами вала. Также применяют встраиваемые двигатели, не имею щие

собственных станины, подшипниковых щитов и вала, а использующие корпус, подшипниковые узлы и вал приводимого агрегата.

честву раздаточных патрубков. Чем выше давление и/или подача воздуха, тем более мощный инструмент может использоваться. Число

раздаточных патрубков соответствует числу рабочих постов, одновременно снабжаемых сжатым воздухом. По принципу действия различают

поршневые, ротационные и винтовые компрессоры. В поршневом компрессоре используется пара «цилиндр - пор шень», работающая в

двухтактном цикле «наполнение - сжатие». В ротационных компрессорах вращающееся лопастное колесо отбрасывает воздух к периферии

камеры, в которой оно вращается, повышая там его давление. В винтовых компрессорах используются два быстро вращающихся архимедовых

винта (рис. 2.1) с хорошо пригнанными друг к другу винтовыми поверхностями, в зазорах между которыми воздух сжимается и выдавливается в

напорную магистраль. В компрессорах высокого давления воздух может сжиматься дважды (двухступенчатое сжатие) и трижды (трехсту-

пенчатое сжатие), но в большинстве строительных компрессоров используется одноступенчатая схема сжатия воздуха.

Современные пневмокомпрессоры должны оснащаться влаго-поглощающими и пылезащитными устройствами, снижающими влажность

и запыленность сжимаемого воздуха. При сжатии неподготовленного воздуха частицы пыли смешиваются с водяным паром, парами горюче-

смазочных материалов, продуктами сгорания топлива, конденсированной влагой, окалиной и ржавчиной. При этом в компрессоре,

воздуховодах и ресивере образуется абразивная и химически агрессивная эмульсия, выводящая из строя приборы и инструмент и делающая

воздух непригодным для пневматических краскопультов. При низких температурах влажный воздух вызывает обмерзание инструмента.

содержание .. 1 2 3 4 ..