// //
Дом arrow Научная литература arrow Машины arrow ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ, СТРОИТЕЛЬНЫХ, ДОРОЖНЫХ МАШИНАХ И ОБОРУДОВАНИИ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ, СТРОИТЕЛЬНЫХ, ДОРОЖНЫХ МАШИНАХ И ОБОРУДОВАНИИ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ, СТРОИТЕЛЬНЫХ, ДОРОЖНЫХ МАШИНАХ И ОБОРУДОВАНИИ

1.1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Подъемно-транспортные машины

В зависимости от назначения подъемно-транспортные машины подразделяются на грузоподъемные, транспортирующие и погру-зочно-разгрузочные.

Грузоподъемные машины предназначены для перемещения штуч­ных грузов по вертикали и/или горизонтали. Перемещение в раз­личных направлениях осуществляется за счет одновременной ра­боты нескольких механизмов, каждый из которых сообщает грузу движение только в одном направлении (вверх/вниз, вправо/вле­во, вперед/назад). Грузоподъемные машины - это машины цик­лического действия, у которых режим подъема и/или перемещения груза обязательно чередуется с режимом холостого хода, паузами на загрузку/выгрузку и периодами простоя. К этому типу подъем­но-транспортных машин относятся грузовые краны, пассажирские подъемники, кран-балки, лебедки и тали.

Транспортирующие машины предназначены для перемещения больших объемов штучных или насыпных грузов по неизменной траектории. Перемещение груза осуществляется с помощью бес­конечных транспортирующих элементов, таких как соединенные в кольцо ленты, цепи, троса, архимедовы винты. Транспортиру­ющие машины - машины непрерывного действия, способные ра­ботать без остановки в течение продолжительного времени. Пау­зы в работе таких машин нужны только для обслуживания и ре­монта. К этому типу машин относятся конвейеры, классифициру­емые по типу транспортирующего органа на ленточные, скребко­вые, ковшовые, пластинчатые, винтовые, пневматические.

Погрузочно-разгрузочные машины предназначены для перевал­ки штучных и насыпных материалов из транспортных средств к местам хранения и использования, и наоборот. Перемещение гру­за между местами погрузки и выгрузки осуществляется по произ­вольной траектории, как правило, самоходными механизмами со


специальными грузозахватными органами - ковшами, вилами, тра­версами и т.д. Погрузочно-разгрузочные машины - это машины циклического действия, чередующие режимы загрузки, движения с грузом, выгрузки и холостого хода. К этому типу машин относят­ся самоходные ковшовые и вилочные погрузчики. В силу особен­ностей рабочего органа ковшовые погрузчики часто используют­ся на земляных работах, поэтому иногда их одновременно относят и к землеройным машинам.

Машины для земляных работ

По физическим объемам и стоимости земляные работы занима­ют в транспортном строительстве лидирующее положение. Основ­ным объектом разработки являются песчаные, глинистые, крупно­обломочные и полускальные грунты, покрывающие большую часть земной поверхности (табл. 1.1).

Таблица 1.1 Классификация нескальных грунтов по размеру частиц

 

Грунт

Описание структуры и связности

Преоблада­ющий размер частиц, мм

Крупнообломочный Песчаный

Глинистый

Несвязные обломки скальных пород Сыпучие в сухом состоянии, не обладающие пластичностью Связные, пластичные, во влажном состоянии - липкие

Более 2 Менее 2

Менее 0,005

Они различаются рядом существенных признаков, из которых наиболее важным для подбора и эксплуатации машин является прочность грунта, определяющая трудность его разработки. В оте­чественной практике для оценки трудности разработки грунтов ис­пользуется один из следующих показателей: сопротивление образ­цов грунта сжатию; удельное сопротивление грунта копанию; удель­ная работа внедрения в грунт плоского штампа (табл. 1.2).

При планировании земляных работ чаще всего прибегают к по­нятию «категории грунта». Для земляных сооружений используют грунты 1-4 категорий, отличающиеся друг от друга сопротивле­нием сжатию. Строительные нормы и правила содержат подроб­ные рекомендации, какими машинами следует разрабатывать грун­ты каждой из категорий.

Показатели сопротивления грунта копанию и работы внедре­ния в грунт плоского штампа, как правило, применяют для расче-



Таблица 1.2

Классификация грунтов по трудности разработки

 

Объем-

Сопро-

Сопро-

Работа,

Название грунта

Кате-

ная

тивление

тивление

число

гория

масса,

сжатию,

копанию,

т/м3

МПа

МПа

ударов

Грунт растительного слоя

1

1,20

58,9

0,07

1...4

Песок

1

1,60

58,9

0,07

1...4

Супесь

1

1,65

58,9

0,07

1...4

Суглинок:

легкий

2

1,70

78,5

0,10

5... 8

тяжелый

3

1,75

98,1

0,15

9. ..15

Глина:

мягкая

3

1,80

98,1

0,15

9. ..15

тяжелая ломовая

4

2,05

147,2

0,17

16. ..35

35,6

 

o о

L

1

\

о о -a-

\

§'

L.

1

 

§'

~^-

*•

та рабочих сопротивлений при проектировании машин. Сопротив­ление копанию зависит от прочности грунта и типа рабочего орга­на. Так, его значение для отвала и ковша может отличаться на 10...20%. Поэтому сопротивление копанию должно определяться опытным путем для каждого типа машин и кор­ректироваться при конструктивных изменениях рабочих органов машин.

Более универсален показатель работы, не зависящий от типа землеройного органа и дру­гих особенностей машин для земляных работ. В качестве единицы измерения прочности грун­та принимается энергия удара груза массой 2,5 кг, падающего с высоты 0,4 м, которая рав­на 9,81 Дж. Экспериментально доказано, что ра­бота, затраченная на погружение круглого стер­жня сечением 1 см2 в грунт на глубину 10 см, пропорциональна прочности последнего. Для экспресс-оценки прочности грунта этим мето­дом применяется плотномер ДорНИИ (рис. 1.1), названный по имени института, в котором был разработан.

11,4

Рис. 1.1. Плотномер ДорНИИ для эксп­ресс-оценки проч­ности грунта

ю


Машины для подготовительных земляных работ. Технология выполнения земляных работ предусматривает проведение подготовительных и основных операций. Подготовительные опе­рации имеют целью подготовку грунта и/или территории к разработке или сооружению объекта транспортного строительства и вклю-


чают в себя, как правило, расчистку полосы отвода от деревьев, ку­старника, дернового покрова, гумусного слоя, пней, камней. В их состав также может входить осушение переувлажненных и заболо­ченных территорий и рыхление прочных грунтов перед разработ­кой. Для выполнения этих работ применяют специальные маши­ны: кусторезы - срезают деревья, кустарник и подлесок, а также дерн, укладывая срезанный материал в валки по бокам своего пути; корчеватели и корчеватели-собиратели - выкорчевывают пни, кор­ни и камни и сдвигают их вместе с материалом, собранным кусто­резами, на границы участка; рыхлители - разрушают прочные грун­ты перед разработкой; экскаваторы - отрывают мелиоративные канавы при необходимости осушения (входят в группу машин для основных работ).

Машины для основных земляных работ. Основные земляные рабо­ты составляют подавляющую долю общего объема земляных работ и заключаются в разработке, перемещении, укладке и уплотнении грунта в основания инженерных сооружений, а также их продоль­ном и поперечном профилировании. Бульдозеры разрабатывают и перемещают грунты и сыпучие строительные материалы на рассто­яние до 100 м, разравнивают материал перед уплотнением, осуще­ствляют предварительное профилирование грунтовых сооружений, используются как толкачи при загрузке скреперов. Скреперы разра­батывают грунты самостоятельно или с помощью бульдозеров, пере­возят грунт в ковше на расстояние до 5 км и отсыпают его слоями. Автогрейдеры сооружают невысокие насыпи из грунта боковых ре­зервов, разравнивают рыхлый привозной грунт перед уплотнением, планируют грунтовые поверхности после уплотнения и стабилиза­ции, доводят до проектных отметок продольные и поперечные про­фили грунтовых сооружений. Грейдер-элеваторы отсыпают грунто­вые насыпи из боковых резервов либо загружают разрабатываемый грунт в транспортные средства. Одноковшовые экскаваторы строи­тельных размеров разрабатывают нескальные грунты любой прочно­сти и грузят их в транспортные средства. Многоковшовые экскава­торы продольного и поперечного копания отрывают траншеи для мелиоративных систем, трубопроводов и коммуникационных сетей, разрабатывают грунты в карьерах и профилируют откосы высоких насыпей. Грунтовые катки уплотняют грунт и дорожно-строитель-ные материалы, уложенные в насыпи транспортных сооружений, повышая прочность и водонепроницаемость последних.

Машины для добычи каменных материалов и их переработки

Каменные материалы, применяемые в транспортном строитель­стве, получаются в результате измельчения и сортировки кусков

И



камня, добываемых при разработке гравийно-песчаных залежей или разрушения монолитных скальных образований. Залежи разраба­тываются карьерными одно- и многоковшовыми экскаваторами, иногда в сочетании с мощными бульдозерами и рыхлителями. Для получения щебня из менее прочных каменных пород (например, известняка) в последние годы стали применять мощные самоход­ные фрезы, исключающие необходимость дополнительного дроб­ления. Однако в большинстве случаев разрушение скальных пород, особенно прочных, производится взрывом, для чего в породе не­обходимо предварительно пробурить отверстия под взрывчатку (шпуры). В зависимости от размеров шпуров, их количества и проч­ности разбуриваемой породы используются различные бурильные механизмы.

Ручные и стационарные (колонковые) перфораторы применяют­ся для горизонтального бурения и бурения сверху вниз шпуров и скважин диаметром до 100 мм и глубиной до 25 м в любых поро­дах, кроме очень прочных. Телескопные перфораторы используют при бурении снизу вверх. Станки ударно-канатного, вращательно­го и огневого бурения применяются для получения более глубоких и больших по диаметру скважин, которые при добыче каменных ма­териалов применяются редко.

Фактором, определяющим выбор способа разрушения скальной породы, является ее прочность. Наиболее часто прочность скаль­ных грунтов оценивается величиной временного сопротивления од­ноосному сжатию в водонасыщенном состоянии.

Величина временного сопротивления скальных грунтов, МПа Прочность скальных грунтов:

Полускальный.............................................................................. Менее 5

Мало прочный................................................................................. 5 ... 15

Средней прочности...................................................................... 15... 50

Прочный........................................................................................ 50... 120

Очень прочный.......................................................................... Более 120

Машины для переработки скальных материалов. Щебень, при­годный для транспортного строительства, является результатом дробления каменных материалов и последующей их сортировки на фракции (по размеру кусков) и сорта (по прочности и форме ку­сков). Размер кусков готового продукта зависит от того, сколько раз исходный материал подвергается дроблению. Наиболее круп­ные фракции щебня получают в результате первичного дробления, для которого используют, как правило, щековые дробилки. Конус­ные, молотковые и роторные дробилки применяют при необходи­мости дальнейшего измельчения. Самые мелкие фракции щебня по­лучают при использовании валковых дробилок. Минеральный по-

12


рошок, добавляемый в асфальтобетонные смеси, изготавливается размолом доломитов и известняков с помощью мельниц.

Оборудование для хранения и транспортировки цемента

Цемент - искусственный строительный материал, применяемый при изготовлении цементобетонных смесей, без которых невозмож­но сооружение сколь-нибудь значительных объектов. Он относит­ся к минеральным вяжущим материалам и получается при тонком (до 0,08 мм) помоле обоженных известняковых пород. При смеши­вании в определенных пропорциях с водой цементный порошок через некоторое время затвердевает, превращаясь в очень прочный камень кристаллической структуры, что и определяет его ценность для строительства.

Расход цемента при строительных работах достаточно велик, поэтому оборудование для его перемещения и хранения занимает заметное место в номенклатуре машин транспортного строитель­ства. Цемент боится влажности, легко распыляется ветром и быст­ро слеживается, превращаясь в прочный монолит. Эти его свой­ства в сочетании с повышенной абразивностью и способностью проникать в мельчайшие зазоры предъявляют особые требования к оборудованию для его перевозки и складирования. Для перевоз­ки цемента по железным и автомобильным дорогам используются герметичные цистерны-цементовозы, оборудованные системами аэрации (при пропускании через цемент воздуха он становится те­кучим, как жидкость). Перед использованием цемент хранится в силосах с коническим дном, откуда, благодаря аэрации самотеком или с помощью конвейера (пневматического или винтового), пода­ется к месту отгрузки или приготовления смеси.

Наиболее важной с позиций выбора механизмов является плот­ность различных сортов цемента (табл. 1.3).

Таблица 1.3

Характеристика сортов цемента

 

Объемная масса, т/м3

Плотность,

Сорт цемента

т/м3

Рыхлый

Слежавшийся

Романцемент

2,6... 3,0

0,8... 1,0

1,0... 1,3

Пуццолановый портландцемент

2,7... 2,9

0,8... 1,0

1,2... 1,6

Шлакопортландцемент

2,8... 3,0

-

-

Портландцемент

3,0... 3,2

0,9... 1,3

1,5... 2,0

Глиноземистый цемент

2,1... 3,3

1,0... 1,3

1,6... 2,0

13



Оборудование для приготовления и перевозки цементобетонной

смеси

Цементобетонная смесь - один из основных материалов, исполь­зуемых в транспортном строительстве для сооружения дорожных одежд, мостов, эстакад, тоннелей и других конструкций, рассчи­танных на большие нагрузки и многолетнюю работу. Цементобе­тонной называется смесь цемента, воды, песка и щебня в пропор­циях, диктуемых назначением получаемого цементобетона. Со­временные строительные технологии также предусматривают ис­пользование специальных добавок в цементобетон, улучшающих его свойства (например, морозостойкость) и ускоряющих созре­вание.

Объемы потребления цементобетонной смеси в транспортном строительстве диктуют использование для ее приготовления и транспортировки самого современного оборудования.

Технология приготовления цементо-бетонной смеси остается неизменной на протяжении уже многих лет. Ее реализуют раст­ворные узлы, цемента бетонные заводы, заводы железобетонных изделий, производительность и близость которых к месту потреб­ления смеси диктуются экономическими условиями конкретно­го региона. В состав комплекта специального оборудования вхо­дят склады и бункеры для каменных материалов, цистерны для воды, силосные хранилища для цемента и добавок, объемные дозаторы для точной дозировки компонентов смеси, бетоносме­сители для перемешивания компонентов до состояния однород­ной смеси, бункеры-накопители для хранения и отгрузки готовой смеси.

Машины для сооружения цементобетонного покрытия

Автомобильные дороги и взлетно-посадочные полосы аэродро­мов, рассчитанные на высокую интенсивность движения и боль­шие ударные нагрузки, обязательно имеют в своей конструкции слой цементобетона, а чаще - железобетона. Цементобетон обес­печивает необходимые прочность и надежность сооружения, а иног­да служит и как верхний, износоустойчивый слой покрытия. Его прочность зависит, в основном, от плотности, обусловленной пра­вильным подбором состава, качеством приготовления и соблюде­нием технологии укладки. Прочность цементобетона характери­зуется пределом прочности при сжатии и пределом прочности на растяжение при изгибе, измеренных спустя 28 сут. после его изго­товления.

Укладка, разравнивание, уплотнение цементобетона и выглажи­вание его поверхности в современном транспортном строительстве

14


производятся комплексами машин, включающими бетонораспре-делитель, бетоноукладчик и финишер, и обеспечивающими высо­кую (до 1 км/ч и более) скорость устройства покрытия. Это дости­гается высокой степенью автоматизации и надежностью машин при условии четкой организации основных и вспомогательных работ. 1,ементобетонное полотно, уложенное машинами бетоноукладоч-ного комплекса, покрывается защитной пленкой или эмульсией. Это эбеспечивает оптимальные условия для созревания цементобето-ia, в котором после отвердения нарезаются компенсационные швы, предохраняющие полотно от растрескивания при деформациях. Швы защищаются битумной мастикой, полимерной лентой, дру­гими заполнителями, предотвращающими попадание воды и скол верхних кромок бетонных плит под действием ударных нагрузок от колес автотранспорта. Для выполнения перечисленных опера­ций используются распределители пленкообразующих материалов, нарезчики швов и гудронаторы.

Оборудование для хранения и перекачки битума

Битум относится к органическим вяжущим материалам и полу-1ается в результате физико-химической переработки нефти, угля, /гол и битумных пород. В транспортном строительстве он приме-яется, в основном, благодаря хорошей адгезии, вязкости и водо­непроницаемости. При перемешивании с сыпучими дорожно-стро-тьными материалами (щебнем, гравием, песком, грунтами) би­тум склеивает их частицы в стабильные конгломераты, устойчи­вые к действию разрушающих нагрузок, влаги и температурных деформаций. При нагревании до температуры 150... 180°С вяз­кость битума дорожных марок снижается и он становится текучим, что облегчает его перекачку и дозирование.

Для перевозки битума используется железнодорожный и авто­мобильный транспорт. Как правило, битум перевозится в закры­тых цистернах с хорошей теплоизоляцией и системой подогрева. При перевозках по железной дороге также используются самосваль­ные бункеры, оснащенные паровыми подогревательными рубашка­ми. На короткие расстояния, в частности, между технологически­ми установками, образующими единый производственный цикл, битум перекачивается по теплоизолированным и подогреваемым трубопроводам.

Основными потребителями битума в транспортном строитель­стве являются асфальтобетонные заводы, особенности производ­ства которых требуют наличия запаса битума в объеме 50% его годового расхода. Запас битума хранится в подземных, полупод­земных или наземных битумохранилищах. Последние могут быть временными или стационарными.

15


Оборудование для изготовления и перевозки асфальтобетонной смеси

Асфальтобетонные смеси применяются, главным образом, в транспортном строительстве и получаются при тщательном пере­мешивании нагретых щебня, песка и минерального порошка с го­рячим битумом. В зависимости от марки битума и температуры смеси при укладке они подразделяются на горячие, теплые и хо­лодные, температура укладки не ниже соответственно 120,60,10 ° С. Асфальтобетонные смеси классифицируют по крупности зерен (табл. 1.4).

Таблица 1.4 Классификация асфальтобетонных смесей по крупности зерен

 

Тип смеси

Классификация

Наибольший размер зерен, мм, не более

Горячие и теплые

Крупнозернистые Среднезернистые

40 20

Горячие, теплые и холодные

Мелкозернистые Песчаные

15 5

Асфальтобетонные смеси изготавливаются на стационарных или передвижных асфальтобетонных заводах.

Стационарные асфальтобетонные заводы предпочтительны в местах, где потребление асфальтобетонной смеси стабильно в те­чение длительных промежутков времени (это характерно для круп­ных городов или промышленных районов).

Передвижные асфальтобетонные заводы, не требующие привле­чения специальных подъемно-транспортных средств для монтажа/ демонтажа и перевозки, более удобны при строительстве протя­женных капитальных дорог, когда место укладки больших коли­честв асфальтобетонной смеси быстро перемещается.

Существуют и сборно-разборные асфальтобетонные заводы (в отечественной практике за ними закрепился термин «инвен­тарные»), которые также могут перевозиться с места на место. От передвижных они отличаются отсутствием в комплекте оборудо­вания завода грузоподъемных механизмов для монтажа/демон­тажа технологических установок и самоходных шасси для их пере­возки.

Готовая асфальтобетонная смесь либо сразу отгружается в транс­портные средства, либо предварительно накапливается в бункерах-термосах, из которых затем производится ее отгрузка.

16


Доставка готовой асфальтобетонной смеси от завода до места ее укладки осуществляется автотранспортом. При перевозках на небольшие расстояния, когда смесь не успевает остыть ниже тем­пературы укладки, могут использоваться обычные автосамосва­лы, кузова которых смачиваются битумной эмульсией, предотв­ращающей прилипание смеси к металлу. При более длинных рас­стояниях горячую асфальтобетонную смесь целесообразно пере­возить в автосамосвалах с кузовами-термосами, оборудованны­ми системами подогрева, перемешивания и принудительной раз­грузки смеси.

Машины для сооружения асфальтобетонных покрытий, содержания дорог и ремонта покрытий

Машины для сооружения асфальтобетонных покрытий. Более половины мировой сети автомобильных дорог имеют асфальтобе­тонное покрытие. К его преимуществам относятся хорошие сцеп­ные качества, износо- и морозоустойчивость, малошумность, бес-пыльность, удобство содержания и ремонта.

Прочность асфальтобетонного покрытия, уложенного с соблю­дением технологических норм и правил, вполне обеспечивает его длительную эксплуатацию при нагрузках, создаваемых современ­ными транспортными потоками. Для устройства асфальтобетон­ного покрытия используют: асфальтоукладчики - самоходные машины, равномерно распределяющие и уплотняющие смесь по всей ширине укладки; асфальтовые катки - уплотняющие асфаль­тобетон для придания ему необходимой прочности и долго­вечности.

Машины для содержания дорог. Технология ухода за дорожным покрытием в летнее время предусматривает регулярную очистку проезжей части, лотков и обочин от пыли, наносов, грязи и посто­ронних предметов, увлажнение покрытия для пылеподавления и снижения температуры покрытия в жаркие дни, и мойку покрытия для очистки от пыли и грязи, снижающих его сцепные свойства. Для выполнения этих работ в крупных городах используются по-ливомоечные и подметальные машины.

В зимнее время года на большей части Российской Федерации необходимо регулярное удаление с дорог и тротуаров значитель­ных масс свежего и слежавшегося снега и ледяных образований. Для этого используются снегоуборочные и снегопогрузочные маши­ны с отвалами, роторными, фрезерными и лаповыми питателями, снегопогрузочным и подметальным оборудованием, а также раз­брасыватели и распределители твердых и жидких антигололедных материалов. Последние либо снижают скользкость обледеневшего или заснеженного покрытия (например, песок^ гранитная крош-

Библиотека Екатеринбургского!

автомобияьно-дорожного

колледжа

17


ка), либо растворяют ледяную корку и снежный накат, превращая их в жидкость.

Для экстренной очистки покрытий (как правило, на аэродро­мах) применяются газоструйные агрегаты, очищающие и высуши­вающие покрытие раскаленными выхлопными газами снятых с са­молетов реактивных двигателей.

Машины и оборудование для ремонта дорожных покрытий. Ас­фальтобетонные и цементобетонные покрытия подвергаются в ходе эксплуатации различным видам износа. К их числу относятся ис­тирание покрытия под абразивным действием пневмоколес, рас­трескивание при сезонных колебаниях температуры с последую­щим разрушением краев трещин, выкрашивание слабых или по­врежденных участков и т. д.

Асфальтобетонные покрытия могут деформироваться при вы­сокой окружающей температуре или под действием вертикальных и горизонтальных нагрузок, образуя на проезжей части колеи и вол­ны (продольные и поперечные неровности).

Цементобетонные покрытия, наоборот, более чувствительны к отрицательным температурам, при которых ускоренно разруша­ется их поверхностный слой.

Технология ремонта твердых дорожных покрытий предусмат­ривает в зависимости от вида и степени износа срезку верхнего из­ношенного слоя покрытия, разделку трещин, вырубку выкрошен­ных участков покрытия вместе с подстилающим слоем. Для этого могут использоваться большие и малые дорожные фрезы, нарезчи­ки швов и отбойные молотки. Восстановление покрытия за счет добавления свежей смеси осуществляется обычными бетоно- и ас­фальтоукладчиками .

В последние годы при ямочном ремонте асфальтобетонных по­крытий все чаще применяются жидкие асфальтобетонные смеси, приготовленные на основе специальных битумов. Благодаря по­вышенной пластичности они хорошо заполняют все пустоты, не требуют выравнивания и уплотнения и затвердевают уже через не­сколько часов после укладки.

Для применения таких смесей используют дорожные ремонте­ры, оборудование которых устанавливается на шасси грузового ав­томобиля и состоит из теплоизолированной обогреваемой емко­сти для хранения смеси, встроенной в емкость мешалки, предотв­ращающей расслаивание смеси при перевозке, и распределитель­ного устройства, обеспечивающего подачу и укладку смеси.

Для восстановления асфальтобетонного покрытия на протяжен­ных участках применяют машины типа «ресайклер», суть работы которых состоит в разогреве, удалении и измельчении изношенно­го слоя покрытия, смешивании его со свежим асфальтобетоном и укладке полученного материала на ремонтируемую поверхность с последующим уплотнением.

18


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 биологи­чески 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.

19


1


 

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 ме­роприятий (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.

20


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

21


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 резино­вых 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

22


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

1

Сдвигающие

Сортирующие

Уплотняющие

|

I

1

_1_

1               1

м

6

Лопасть

1

а

Сито Колосник

Ј

Жидкость

5 «

п. «      «

1 Ј

С     S

Разрушающие

Переносящие

 

гп

1   1

1       1

л

t

i

J

ю >,

го

•*

о

я

в,

1

о, >i М

и

lh

0

м

1

N

ш о

«

X

3, о,

И

Захват

3 ч

«

1

U

Ч

и

х

1 и

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.

24


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

25





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 постоянное Величина пульсирующая, направление знако­переменное

Грунт, щебень, асфальтобетон

Грунт, щебень, асфальтобетон, цементобетон То же

Сортирующие рабочие органы

Сито

Колосник Газ Жидкость

Величина пульсирующая, направление знако­переменное Без подвода энергии

Величина постоянная, направление постоянное То же

Сыпучий сухой мелкокусковой материал

Крупнокусковой материал с на­рушенными внутренними связями Сыпучий мелкокусковой материал

То же

Любая автоматизированная система управления состоит из дат­чиков, блока управления и преобразователя сигналов. Датчики реги­стрируют текущее состояние регулируемого объекта. Блок управле­ния сравнивает параметры текущего состояния с заданными, оцени­вает имеющиеся отклонения и формирует сигнал, содержащий инфор­мацию о величине корректирующего воздействия. Преобразователь трансформирует сигнал в импульсы, вызывающие срабатывание ис­полнительного механизма, управляющего регулируемым объектом.

При нормальной работе автоматизированной системы управле­ния значение контролируемого параметра колеблется относитель­но 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°.)

26


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 исполни­тельного механизма.

Экономическую эффективность системы автоматизированного правления современной машины можно оценить, сравнивая сум­арную 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, первона­чально 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-

27



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 ка­натных), фрикционных, кулачковых и рычажно-шарнирных пере­дач. Основное преимущество механических трансмиссий - высо­кий КПД, так как в них нет потерь энергии, связанных с ее преоб­разованиями. 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| = 7YBb,x/7VBX,                               (1.1)

где Г) - КПД; NBMX - мощность на выходном элементе трансмиссии; NBK - 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 Т1о6щ- общий КПД; г), - КПД i-й ступени; т - общее число ступеней.

28


Силовые трансмиссии подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин

Электрические

Гидравлические

 

OJ

я

1

tf

3

о,

(U

3

И

1

го

2

Ременные

Фрикционн

Шарнирно-

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.



I    2

ShestopalovKKПередаточное 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:

(1.4)

= ювх /совых,

где i - передаточное число; Мвых - крутящий момент на конечном элементе механической трансмиссии; Мт - крутящий момент, по­даваемый на вход механической трансмиссии; совх, совых - угловые скорости соответственно входного и выходного элементов.

Для многоступенчатой механической трансмиссии справедли­во соотношение:

(1.5)

и=1

гобщ "

где /общ - общее передаточное число механической трансмиссии, in -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-


 

\

Рис. 1.4. Функциональная схема простейшей гидрообъемной сило­вой трансмиссии:

/ - бак; 2 - сливная магистраль; 3 -фильтр; 4 - всасывающая магистраль; 5 - насос; 6 - клапан; 7 - напорная ма­гистраль; 8 — гидрораспределитель; 9 — корпус; 10 - золотник; 11 - гидроци­линдр; 12 - поршень; 13 - штоковая полость; 14 - поршневая полость

роннего источника энергии, то со­здаваемый 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 меня­ется от 0 - в момент включения (при этом насосное колесо враща­ется со скоростью коленчатого вала двигателя, а турбинное коле­со 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.

S

 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-

31


30


7

Рис. 1.5. Схема гидромуфты: 1 - поток жидкости; 2 - лопасти насос­ного колеса; 3 - коленчатый вал двига­теля; 4 - корпус муфты; 5 - насосное ко­лесо; 6 - турбинное колесо; 7 - лопасти турбинного колеса; 8 - вал турбины; 9 - подшипниковый узел

ShestopalovKKформатора 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, до­бавляющийся 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-

32


 

ShestopalovKK

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.

Рис. 1.6. Схема гидротрансфор­матора:

/ - лопасти турбинного колеса; 2 -турбинное колесо; 3 - коленчатый вал двигателя; 4 — обгонная муфта; 5 - ло­патки реактора; 6 - корпус; 7 - поток жидкости; 8 - насосное колесо; 9 - ло­пасти насосного колеса; 10- обгонная муфта; 11 - вал турбины

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 од­новременно 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-

33

2 Шестопало»




ShestopalovKK


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 ге­нератора 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 элек­трической 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 ра­бочем цикле. Они также позволяют переходить при снижении на­грузки с низшей передачи на высшую, благодаря чему сокращает­ся 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

34


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

ShestopalovKK

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 систе­мами не оснащаются, так как траектория их движения определяет­ся рельсовым путем, по которому они перемещаются. Машины с так называемым «бортовым» поворотом также не нуждаются в ру­левых системах, поскольку траектория их движения задается раз­ностью скоростей гусениц или колес левого и правого бортов, при­водимых 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.

ShestopalovKK

В современных подъемно-транспортных, строительных и дорож­ных машинах может использоваться до пяти режимов изменения траектории их движения (рис. 1.9). Благодаря рулевой трапеции

ShestopalovKK


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 ко­лею»). При маневрировании поворотом управляемых колес всех осей в одну сторону (движение «крабом») все колеса поворачива­ются на одинаковый угол. Совмещение этих четырех способов ма­неврирования на одном шасси возможно только при использова­нии 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 изме­нения траектории движения применяется только при отсутствии других систем маневрирования. Если машина с шарнирно-сочле­ненной 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 физи­ческих усилий, не передают на органы управления толчки и вибра­цию управляемых движителей (колес или гусеничных тележек) и меняют угол поворота машины только при изменении угла пово­рота рулевого колеса или наклона джойстика. Кроме того, гидро­объемные рулевые системы развивают большой момент, отлича­ются 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

36



Глава

 

Контакты

115419, г. Москва, ул. Шаболовка, д. 34, стр. 3.



Просьба заранее предупредить о приезде, т.к. специалисты распределены по объектам




info@masterbetonov.ru




ООО «Стройсервис» работает на рынке строительного производства c 1992 года.
Основной ценностью для нашей компании являются клиенты, поскольку единственный реальный актив компании — это люди, удовлетворенные нашей работой, которые еще раз захотят воспользоваться нашими услугами. Мы стремимся сделать своих клиентов своими партнерами.