Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы рубрики ‘ДОРОЖНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ’

Грузовыми автомобилями, тракторами, пневмоколесными тягачами и созданными на их основе прицепными и полуприцепными транспорт­ными средствами общего и специального назначения осуществляются основные перевозки строительных грузов. Кроме того, автомобили, трак­торы и тягачи используются как тяговые средства прицепных и полу — прицепных дорожно-строительных машин, а также в качестве базы для кранов, экскаваторов, бульдозеров, погрузчиков, бурильных установок, ком­мунальных и других машин.

Автомобили, тракторы, тягачи изготовляются серийно, поэтому мно­гие их сборочные единицы широко используются в конструкциях раз­личных дорожно-строительных машин.

Грузовые автомобили. Основными частями грузового автомоби­ля массового производства являются двигатель /, кузов 2 и шасси 3 (рис. 6.1). Шасси включает силовую передачу (трансмиссию), несущую раму, на которой установлены двигатель, кабина, передний и задние мос­ты с пневмоколесами, упругая подвеска, соединяющая мосты с рамой, механизм управления и электрооборудование. По конструкции кузова различают автомобили общего назначения и специализированные. Авто­мобили общего назначения имеют кузов в виде неопрокидывающейся
открытой платформы с откидными бортами для перевозки любых видов грузов, специализированные — для перевозки определенного вида груза. Кроме того, грузовые автомобили классифицируются по типу двигателя, проходимости, грузоподъемности и другим факторам. На грузовых авто­мобилях применяют поршневые двигатели внутреннего сгорания, рабо­тающие на бензине или газе (карбюраторные), на тяжелом топливе (ди­зельные), газотурбинные. Дизельные двигатели получили преимущест­венное распространение, газотурбинные применяют на автомобилях очень большой грузоподъемности. В зависимости от грузоподъемности мощ­ность двигателей автомобилей общего назначения 60-220, а автомобилей — тягачей достигает 500 кВт.

По проходимости автомобили делятся на дорожные, рассчитанные для эксплуатации по всем дорогам общей дорожной сети, повышенной и высокой проходимости — по всем видам дорог различного состояния и внедорожные — (карьерные). Автомобили повышенной и высокой прохо­димости в зависимости от типа движителя разделяются на колесные, колесно-гусеничные, на воздушной подушке и автомобили-амфибии. Вне­дорожные автомобили применяют на стройках и разработках полезных ископаемых открытым способом и используют на дорогах со специальным основанием.

Главным параметром, определяющим конструкцию автомобиля, яв­ляется нагрузка на одиночную ось. Правилами дорожного движения уста­новлены предельные нагрузки на одиночную ось автомобиля — 100 кН для дорог с усовершенствованным покрытием и 60 кН для общей дорож­ной сети. Эти требования не распространяются на внедорожные автомо­били. Для обеспечения высокой проходимости и требований по нагрузке на ось бортовые автомобили и седельные тягачи выпускаются с двумя, тремя ведущими осями и более (рис. 6.1, б, в). Такие автомобили получили большое распространение. Прицепы и полуприцепы разделяются на при­цепы, буксируемые автомобилем с помощью дышла (одно-, двух- и много­осные), прицепы-роспуски для перевозки длинномерных грузов, полуприце­пы, буксируемые седельными тягачами. Седельные тягачи изготовляют на базе шасси бортового автомобиля, но с укороченной базой (рис. 6.1, в). На раме 3 такого тягача укрепляется опорная плита с седельно-сцепным уст­ройством 4, которое воспринимает нагрузку от полуприцепа и передает ему тяговое усилие, развиваемое двигателем автомобиля.

Рис. 6.1. Грузовые автомобили общего назначения: а — с открытой платформой и бортами; б — повышенной проходимости; в — тягач с седельно-сцепным устройством.

ДОРОЖНО СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ

По грузоподъемности грузовые автомобили разделяются на автомо­били малой, средней, большой и особо большой (внедорожные) грузоподъемности. Максимальная грузоподъемность наиболее распро­
страненных грузовых автомобилей с бортовой платформой составляет: типа ЗИЛ — 6500 кг, типа КамАЗ — 8000-11000 кг, типа МАЗ — 12000 кг, типа КрАЗ — 14500 кг.

На рис. 6.2 приведены схемы силовых передач с одной и несколькими ведущими осями. Крутящий момент от двигателя / (рис. 6.2. а) к ведущим колесам 8 передается через силовую передачу. Она состоит из постоянно замкнутой фрикционной муфты (сцепления) 2, выключение которой позво­ляет отключать двигатель при переключении передач, ступенчатой коробки перемены передач 3 с переменным передаточным числом для согласова­ния крутящего момента на колесах 8 с моментом сопротивления движению и обеспечения движения автомобиля задним ходом, карданного вала 4, глав­ной передачи 5, состоящей из двух конических зубчатых колес и увеличива­ющей крутящий момент на ведущих колесах, дифференциала 6, позволяюще­го колесам вращаться с различной частотой на криволинейных участках пути, и двух полуосей 7, передающих вращение закрепленным на них коле­сам. Главная передача, дифференциал и полуоси, закрепленные в кожух, называются ведущим мостом. Дифференциал устроен следующим образом (рис. 6.2, г). На внутренних концах полуосей 7 закреплены полуосевые конические шестерни 15. Концы полуосей с полуосевыми шестернями вхо­дят в коробку дифференциала 14. К коробке дифференциала прикреплена ведомая шестерня 5, с которой сцеплена ведущая шестерня главной переда­чи. В коробке установлены шестерни-сателлиты 13, которые сцеплены од­новременно с обеими полуосевыми шестернями и могут вращаться в цап­фах. При прямолинейном движении автомобиля по ровной дороге полуоси с шестернями будут вращаться с одинаковой скоростью, равной скорости коробки, а шестерни-сателлиты остаются неподвижными относительно сво­ей оси. При движении автомобиля по криволинейному участку дороги са­теллиты перекатываются по замедлившей свое вращение полуосевой шес­терне, а вторая полуосевая шестерня за счет вращения сателлитов начнет вращаться быстрее. В результате колесо, катящееся по внутренней кривой, будет вращаться медленнее, чем колесо, катящееся по внешней кривой и проходящее за одно и то же время больший путь.

Автомобиль оборудуется тормозной системой для снижения скоро­сти и остановки машины и рулевой системой для изменения направле­ния движения посредством поворота передних управляемых колес 9. На тяжелых машинах рулевой механизм оснащается гидроусилителем, сни­жающим усилие на рулевом колесе.

На рис. 6.2, б показана схема силовой передачи трехосного автомо­биля с двумя ведущими мостами 10, (колесная формула 6×4), а на рис.

6.2, в — с тремя ведущими мостами (колесная формула 6×6), передний мост 12 является одновременно управляемым и ведущим. Движение к ведущим мостам передается посредством карданных валов от коробки
перемены передач через раздаточную коробку 11, позволяющую вклю­чать передний ведущий мост при преодолении трудных участков пути во время движения по проселочным дорогам и бездорожью.

Рис. 6.2. Силовые передачи грузовых автомобилей: а — с колесной формулой 4×2; б — с колесной формулой 6×4; в — с колесной форму­лой 6×6; г — схема дифференциала.

Тракторы гусеничные и колесные (рис. 6.3). Их используют для перемещения тяжелых грузов по грунтовым и временным дорогам. Агрегатируются они с бортовыми и саморазгружающимися прицепами, а также с прицепными и навесными строительными машинами (скрепера­ми, бульдозерами, экскаваторами, кранами-трубоукладчиками и др.). Гусе­ничные тракторы обладают малой нагрузкой на грунт и большой силой тяги. Поэтому они имеют более высокую проходимость, чем колесные. Максимальная скорость их перемещения составляет 12 км/ч. Колесные тракторы более маневренны, имеют большую транспортную скорость — 40 км/ч. Давление на грунт колесных машин 0,2-0,35 МПа, гусеничных — 0,1 МПа. Главным параметром тракторов является максимальное усилие на крюке, по которому их разделяют на классы. Максимальное усилие на крюке измеряют при скорости 2,6-3 км/ч для гусеничных и 3,0-3,5 км/ч — для колесных. Усилие на крюке гусеничных тракторов примерно равно их массе, а колесных — 0,5-0,6 от массы.

Рис. 6.3. Тракторы: а — гусеничный с передним расположением двигателя; б — гусеничный с задним расположением двигателя; в — пневмоколесный с передними управляемыми колесами; г — с шарнирно сочлененной рамой.

Промышленностью выпускаются тракторы сельскохозяйственного типа классов тяги 6, 9, 14, 20, 30, 40, 50, 60, 90, 150 и 250 кН и промышлен­ного типа классов тяги 100, 150, 200, 250, 350, 500 кН. Тракторы промыш­ленного типа изготовляются различных модификаций, т. е. с учетом ус­тановки на них погрузочного, бульдозерного, рыхлительного, кранового и другого оборудования. Мощность двигателей тракторов достигает 800 кВт, а иногда и более. Трактор состоит из рамы, силовой передачи, гусенично­го или колесного движителя и управления. Кроме того, все тракторы комплектуются гидравлической системой для привода навесного или прицепного рабочего оборудования.

У пневмоколесных тракторов с шарнирно-сочлененными полура — мами (рис. 6.3, г) каждая из полурам опирается на ведущий и управляє-

мый мосты. Поворот передней полурамы относительно задней осу­ществляется с помощью двух гидроцилиндров на угол до 40° в каждую сторону. Такие тракторы обладают большей маневренностью по сравне­нию с тракторами с передней управляемой осью. Силовая передача трак­тора существенно отличается от силовой передачи автомобиля. В ней отсутствует дифференциал, а поворот машины осуществляется торможе­нием одной из гусениц. Силовые передачи тракторов выполняются ме­ханическими, гидромеханическими и электрическими.

В состав механической силовой передачи гусеничного трактора (рис. 6.4, а) входят: дисковая фрикционная муфта сцепления 2, коробка перемены передач 3, карданный вал 5, главная передача 6, бортовые фрик­ционы 7 с ленточными тормозами 5, бортовые редукторы 9, соединенные с ведущими звездочками гусениц 10. На гусеничной раме 4 установлены ведомые звездочки 11 с натяжным устройством гусеничной цепи. Бор­товые редукторы увеличивают крутящий момент на ведущих звездоч­ках. Бортовые фрикционы представляют собой многодисковые фрикци­онные муфты, которые в замкнутом (включенном) состоянии обеспечи­вают прямолинейное движение трактора. Изменение направления дви­жения достигается частичным или полным выключением одного из бор­товых фрикционов с одновременным торможением его ведомых дисков с помощью ленточного тормоза. Ленточные тормоза используются так­же для торможения обеих гусениц при движении на уклонах и как сто­яночные тормоза. Для плавного бесступенчатого регулирования скорос­ти в широком диапазоне в зависимости от внешней нагрузки силовая передача дополняется гидравлическим ходоуменыиителем, позволяющим работать на пониженных (до 1 км/ч) скоростях.

Рис. 6.4. Силовые передачи тракторов: а — гусеничного; б — колесного.

В состав механической передачи колесного трактора (рис. 6.4, б) с передним расположением двигателя / входят фрикционная муфта сцеп­ления 2, карданный вал 3, коробка перемены передач 4, главная передача 5, бортовые фрикционы 6 с ленточными тормозами 7, бортовые редукторы 8, передающие вращение пневматическим колесам 9.

В силовых передачах гусеничных и колесных тракторов, одно — и двухосных тягачей, специальных шасси одноковшовых погрузчиков, са­моходных кранов автомобильного типа широко применяют гидро­динамические передачи.

При больших сопротивлениях движению (при трогании с места, движении на подъем или в трудных дорожных условиях) используется способность гидротрансформатора увеличивать крутящий момент дви­гателя с высоким коэффициентом трансформации. По мере снижения сопротивления движению постепенно снижается трансформация момен­та, плавно возрастает скорость ведущих колес, а работа трансформатора переходит в режим с более высоким кпд. При этом переключение пе­редач осуществляется автоматически, т. е. высшие передачи включаются только тогда, когда вторичный вал достигает определенной частоты вра­щения. При этом двигатель работает в режиме максимальной мощнос­ти, а переключение передач происходит без разрыва крутящего момента. Отсутствие жесткой кинематической связи двигателя с ведущими звез­дочками снижает динамические нагрузки на двигатель, повышает долго­вечность двигателя и силовой передачи.

В гусеничных тракторах с электрической силовой передачей мо­мент ведущим звездочкам гусениц сообщается тяговым электродвигате­лем постоянного тока через бортовые фрикционы и редукторы. Тяговый электродвигатель получает питание от генератора, вращаемого дизелем трактора. Система привода дизель-генератор-двигатель значительно уп­рощает кинематическую схему силовой передачи (отсутствуют коробка перемены передач, карданные валы), а главное — обеспечивает в широ­ких пределах бесступенчатое регулирование скорости движения и мо­мента в зависимости от внешней нагрузки. Гидромеханическая и элект­рическая силовые передачи наиболее полно отвечают режиму работы тракторов с прицепным и навесным рабочим оборудованием строи­тельных машин.

Пневмоколесные тягачи. Такие одно — и двухосные тягачи пред­назначены как базовые машины для работы с различного рода прицеп­ным (одноосные) и навесным и прицепным (двухосные) рабочим обору­дованием строительных машин (рис. 6.5). Пневмоколесные тягачи обла­
дают высокими тяговой характеристикой, транспортными (до 50 км/ч и более) скоростями, большим диапазоном рабочих скоростей, хорошей маневренностью, что способствует достижению высокой производитель­ности строительных машин, создаваемых на их базе.

Рис. 6.5. Прицепное и навесное оборудование одно — и двухосных тягачей: а — скрепер; б — землевоз; в — кран; г — цистерна для цемента и жидкостей; д — тяжеловоз; е — кран-трубоукладчик; ж — траншейный экскаватор; з — корчеватель; и — бульдозер; к — рыхлитель; л — погрузчик.

Пневмоколесные тягачи собирают из узлов и деталей серийного производства тракторов и тяжелых автомобилей при широкой степени унификации, что делает их конструкцию более долговечной. Мощность дизелей тягачей достигает 900 кВт при нагрузке на ось 750 кН и более, что обеспечивает реализацию одного из главных направлений развития строительной техники — создания машин большой единичной мощности.

Одноосный тягач (рис. 6.6, а) состоит из шасси, на котором уста­новлены двигатель 6, силовая передача, два ведущих колеса, кабина и опор­но-сцепное устройство. Опорно-сцепное устройство выполнено в виде стойки 2, которая может качаться вокруг продольной горизонтальной оси, закрепленной в раме тягача, что позволяет полуприцепу перекашиваться относительно тягача в вертикальной плоскости. Соединяется полуприцеп с тягачом вертикальным шкворнем 3. Поворот тягача относительно оси полуприцепа обеспечивается двумя гидроцилиндрами 4 на угол до 90° в обе стороны. Гидромеханическая силовая передача (рис. 6.6, б) включает в себя раздаточную коробку 7, гидротрансформатор 8, коробку перемены передач 9, карданные валы 10 и 12, мост с главной передачей и дифферен­циалом 11, полуосями 13 и планетарные редукторы 14, встроенные в сту­пицы ведущих колес. Оба ведущих колеса являются одновременно и управляемыми. Коробку перемены передач и гидротрансформатор часто монтируют в одном корпусе, что делает конструкцию более компактной. От раздаточной коробки через вал 12 приводится в действие один или несколько масляных насосов 5, обеспечивающих работу исполнительных органов полуприцепной машины. Управление тягачом и прицепным обо­рудованием осуществляется гидрораспределителем 1.

Двухосные тягачи состоят из двух шарнирно-сочлененных полу — рам. Поворот полурам, так же как и у одноосного тягача, осуществляется с помощью двух гидроцилиндров двустороннего действия. Тягачи имеют один или два ведущих моста, одну или две двигательные установки. Сило­вая передача к ведущим колесам аналогична рассмотренной выше. Короб­ки перемены передач одно — и двухосных тягачей трехступенчатые при одинаковых скоростях движения передним и задним ходом. Последнее особенно важно для машин цикличного действия, требующих особой ма­невренности при частом реверсировании рабочих движений (одноковшо­вые фронтальные погрузчики, бульдозеры и др.).

В последние годы одно — и двухосные тягачи комплектуются мотор — колесами с шинами до 3 м в диаметре и шириной более 1 м с автомати­чески изменяющимся в зависимости от дорожных условий давлением воздуха.

Рис. 6.6. Одноосный тягач; а — общий вид; б — кинематическая схема; 1 — распределитель; 2 — стойка; 3 — шкворень; 4 — гидро­цилиндры; 5 — насос; 6 — двигатель4 7 — раздаточная коробка; 8 — гидротрансформатор; 9 — коробка перемены передач; 10 — карданный вал; И ~ дифференциал; 12 — карданный вал; 13 — поршень; 14 — планетарный редуктор.

Мотор-колесо представляет собой самостоятельный агрегат с гид­равлическим или электрическим двигателем и планетарным редукто­ром, встроенным в колесо. Рабочие двигатели питаются от масляных насосов или генератора, приводимых в действие основным двигателем тягача. Система управления двигателями мотор-колес позволяет каждо­му из них сообщать различные по величине моменты и частоту враще­ния, а при разворотах — и направление вращения, что особенно важно при работе в сложных дорожных условиях.

6.1. Общая характеристика транспортирования строительных грузов

В строительстве для перемещения грузов используются наземный, водный и воздушный виды транспорта. Свыше 90 % перевозок на объекты строительства осуществляется наземным транспортом: автомобильным, железнодорожным и трубопроводным. Выбор типа транспортных средств определяется характером и количеством перемещаемых грузов, дально­стью перевозок и временем, отведенным на их доставку.

Автомобильный транспорт. Это наиболее мобильный и массо­вый вид транспорта. С его помощью строительные грузы доставляются без перегрузок непосредственно на строительные объекты. На долю ав­томобильного транспорта, тракторов и колесных тягачей приходится более 82 % перевозок грунта, строительных материалов, длинномерных грузов, строительных конструкций, технологического оборудования и строитель­ных машин. Расходы только на автомобильный транспорт составляют 12…15 % стоимости строительно-монтажных работ, достигая в отдель­ных случаях и значительно больших величин.

Различают автомобильный транспорт общего назначения и специализированный. К транспортным средствам общего назначения относятся грузовые автомобили, прицепы и полуприцепы с бортовыми не опрокидывающимися открытыми платформами, а также седельные тягачи, используемые для перевозки всех видов грузов, кроме жидких, без тары. Автомобиль или седельный тягач в сцепе с прицепом или полуприцепом называют автопоездом. Специализированными транс­портными средствами являются грузовые автомобили, прицепы и полу­прицепы, предназначенные для перевозки определенного вида груза (труб, ферм, панелей, массовых штучных грузов в контейнерах и т. п.). Ис­пользование специализированных транспортных средств обеспечивает высокую эффективность перевозок, сохранение качества перевозимых грузов, внедрение передовых методов организации и управления транс­портным процессом.

Железнодорожный транспорт. Железнодорожным транспортом осуществляют массовые перевозки строительных грузов и оборудова­ния при сосредоточенном строительстве крупных объектов с расстоя­нием перевозки не менее 200 км. Им выполняют внешние, внутрикарь-
ерные, технологические перевозки. Транспортирование грузов по же­лезным дорогам осуществляется в вагонах общего назначения (полу­вагонах, платформах, крытых) и специального назначения (цистернах, ва­гонах-самосвалах). Выбор типа вагонов ведется с учетом различных требований: сохранности перевозимого груза, механизации погрузки и выгрузки, необходимости взвешивания и т. д. Грузоподъемность подвиж­ного состава определяется допустимой нагрузкой оси вагонов на рель­сы. Нагрузка оси вагонов на рельсы, выход которых допускается на пути МПС, не должна превышать 220 кН. Нагрузка оси вагонов на рельсы, которые обращаются только по путям предприятий, карьеров и заводов, может превышать 220 кН.

Водный транспорт. Строительные грузы перемещаются на реч­ных и морских судах. Речные суда используются на внутренних водных путях между речными и морскими портами при сосредоточенном строи­тельстве крупных объектов в прибрежных районах, имеющих специаль­ные портовые сооружения, где грузы перегружаются на автомобильный и железнодорожный транспорт. Грузовые речные суда в зависимости от наличия силовой установки бывают самоходные и несамоходные. Само­ходные суда разделяют на сухогрузные и нефтеналивные (танкеры). Грузо­подъемность их достигает 1000 т. Несамоходные суда подразделяются на баржи и секции. Секционные составы перемещаются толканием, бар­жи — толканием и буксировкой.

Внутренний водный транспорт, особенно при использовании су­дов повышенной грузоподъемности, может обеспечить высокую про­возную способность при сравнительно меньших, чем железнодорож­ный и автомобильный, капитальных затратах на 1 км водного пути и тем самым существенно разгрузить железные дороги, особенно при их сезонной загрузке.

Воздушный транспорт (грузовые самолеты, вертолеты и ди­рижабли), Его применяют при строительстве в труднодоступных рай­онах (Западная Сибирь, Крайний Север) при отсутствии наземных и вод­ных путей или при невозможности их использования по климатическим условиям.

Наибольшее применение получили вертолеты. Грузы располагают внутри фюзеляжа, а негабаритные грузы или в случае отсутствия поса­дочной площадки — на системе внешних подвесок. Грузоподъемность, дальность и скорость полета зависят от взлетной массы вертолета, по которой они разделяются на классы. Вертолеты различных классов ста­ли все шире использоваться при сооружении высотных объектов (теле­
башен, ретрансляторов, доменных печей, труб и др.), а также при установ­ке на фундаменты колонн, реакторов, опор линий электропередач. Они оборудованы системой внешних подвесок, а для удобства ведения мон­тажных работ — дополнительной кабиной, из которой пилотом-операто — ром ведется управление вертолетом и операциями по монтажу конст­рукций. Максимальная взлетная масса вертолетов составляет примерно 43 т, максимальная масса груза на внешней подвеске — 11 т.

Конвейеры и пневмотранспортные установки также относят­ся к основным видам транспортирующих машин, применяемых в строи­тельстве. Конвейерами перемещают сыпучие кусковые материалы, штуч­ные грузы, а также пластичные смеси бетонов и растворов. В пнев — мотранспортных установках мелкий или порошкообразный материал пе­ремещается по трубам во взвешенном в потоке воздуха состоянии или в специальных контейнерах с заключенным в них материалом. Свой­ство многих порошкообразных и пылевидных материалов приобретать подвижность при насыщении их воздухом широко используется в раз­грузчиках цемента, автоцементовозах и других машинах.

Основными показателями качества работы системы управления являются усилия, ход рычагов и педалей управления и соответственно усилия, развиваемые на исполнительном органе, скорость движения ра­бочего звена исполнительного органа, число и продолжительность вклю­чений в час (ПВ, %), быстрота срабатывания и кпд.

Системы управления непосредственного действия с рычажно-механи­ческим и гидравлическим управлением тормозом показаны на рис. 5.1. В рычажно-механической системе управления (рис. 5.1, а) усилие Р от ноги на педаль А увеличивается рычажной системой /; — 16 в усилие Р на конце ленты Б тормоза.

Передаточное отношение рычажной системы управления

Г /Л k h ’ (5л)

где S — ход педали A; h — ход конца ленты Б.

Усилие на конце ленты

P=iP. (5.2)

> у

В рычажно-гидравлической системе управления (рис. 5.1, б) усилие от ноги на педали управления 6 через гидравлический цилиндр 5 по трубопроводу 4 передается в рабочий цилиндр 3, поршень которого че­рез рычаг 8 воздействует на сбегающий конец тормозной ленты /. Пру­жины 2 и 7 служат для возврата системы управления в исходное поло­жение после снятия ноги с педали управления.

Передаточное отношение в этом случае

і = і і, (5.3)

у р г ‘ ‘ ‘

где і г’г — передаточные отношения рычажной и гидравлической систем:

іг = djd , (5.4)

где dt и d2~ соответственно диаметры цилиндров управления 3 и 5.

Схемы управления, приведенные на рис. 5.1, применяются обычно для машин небольшой мощности при сравнительно малых количествах включений механизма в час. Расход мощности на управление не должен превышать средних физических возможностей машиниста, равных при длительной работе 40-50 Вт. Положительным свойством системы уп­
равления непосредственного действия является возможность плавного регулирования процесса управления рабочим элементом.

Рис. 5.1. Схемы управления ленточным тормозом непосредствен­ного действия; 1 — тормозная лента; 2 — пружина; 3 — рабочий цилиндр; 4 — трубопровод; 5 — гидравлический цилиндр; 6 — педаль управления; 7 — пружина; 8 — рычаг.

В большинстве мобильных строительных машин для земляных ра­бот, кранах и других машинах для облегчения труда машинистов приме­няются, как правило, системы управления с усилителями гидравличес­кого, пневматического и электрического действия. В этих случаях часть мощности силовой установки машины используется в системе управле­ния для включения исполнительных рабочих органов рабочего оборудо­вания и механизмов. В качестве усилителей в гидросистемах управле­ния применяют гидрообъемные передачи. Для предотвращения пульса­ции рабочей жидкости и поддержания ее давления на определенном уровне используют гидроаккумуляторы.

К недостаткам гидравлических систем управления относят быст­рое нарастание давлений рабочей жидкости (0,1-0,2 с) в исполнитель­ных органах и, как следствие, резкое их включение и возникновение су­щественных динамических нагрузок в элементах конструкции. Этот недостаток легко устраняется в пневматических системах управления, широко применяемых в дорожно-строительных машинах. Давление в таких системах составляет 0,7-0,8 МПа. Вследствие сжимаемости воз­

духа и установки дросселей время нарастания давления в исполнитель­ных органах может легко регулироваться в необходимых оптимальных пределах.

Рис. 5.2. Принципиальная схема пневматической системы управления; 1 — двигатель; 2 — компрессор; 3 — фильтр; 4 — воздухозаборник; 5 — предохранительный клапан; 6 — влагомаслоотделитель; 7 — ресивер; 8 — золотник; 9 — пневмокамерная муфта; 10 — шток; 11 ~ пружина; 12 — диафрагма; 13 — клапан быстрого оттормаживания.

В пневматической системе управления (рис. 5.2) компрессор 2 при­водится в движение от двигателя 1. Воздух компрессором всасывается через воздухозаборник 4, фильтр 3 и через влагомаслоотделитель 6 на­гнетается в аккумулирующую емкость — ресивер 7. При включении пневматических золотников 8 или 8′ воздух поступает в пневмокамеру муфты или тормоза 9, или в пневмоцилиндр. В пневмокамерах тормо­зов в отличие от цилиндров функцию поршня выполняет резиновая диафрагма 12, соединенная со штоком 10 и удерживаемая в нормальном положении пружиной 11. Быстрому возвращению диафрагмы пневмока­меры и штока в исходное положение при выключении кроме пружины способствует клапан быстрого оттормаживания 13, выбрасывающий воз­дух в непосредственной близости от диафрагмы. Предохранительный клапан 5 в системе настраивается на давление, превышающее номиналь­ное на 5-7%. К недостаткам системы пневматического управления от­носятся: необходимость тщательной очистки воздуха от механических примесей, масла и влаги; несвоевременное удаление конденсата из сис­темы может приводить к ее замерзанию в холодное время.

Рис. 5.3. Схема рулевого управления следящего действия; I — гидробак; 2 — насос; 3 — рулевое колесо; 4 — рулевая колонка; 5,6 — обратный клапан; 7 — сервоцилиндр; 8 — золотник; 9 — обратный клапан управляемый; 10 — рабочий цилиндр; II — траверса; 12 — рабочий цилиндр; 13 — пружинный аккумуля­тор; 14 — зарядный клапан; 15 — клапаны регулирования системы.

В системах автоматизированного управления рабочими органами, а также при рулевом управлении пневмоколесных машин применяются следящие системы гидропривода. Следящей называют такую гидравли­ческую систему, которая имеет обратную связь и в которой происходит усиление мощности. На рис. 5.3 приведена схема рулевого управления следящего действия. Принцип действия этой системы состоит в следу­ющем. При повороте рулевого колеса 3, например, вправо, поршень гидро­цилиндра рулевой колонки 4 перемещается влево, навинчиваясь по на­резке вала руля. При этом он вытесняет часть жидкосгй из левой поло­сти в сервоцилиндр 7. Под действием давления жидкости поршень сер­воцилиндра переместится влево и сдвинет следящий золотник 8 из нейтрального положения II в положение III. При этом жидкость от насоса 2 поступит к двойному управляемому обратному клапану 9, от­кроет его и переместит поршень рабочего цилиндра 10. Из полости рабо­чего цилиндра 12 жидкость через клапан 9 и золотник 8 поступит в сливную линию. При этом будет осуществлен поворот колес машин на определенный угол.

При остановке золотника поршень будет перемещать траверсу //, а последняя через жесткую обратную связь — корпус следящего золотника влево до восстановления положения //. При этом подача жидкости к ци­линдру 10 и, следовательно, поворот колес прекратятся. Для дальнейшего поворота колес или восстановления первоначального положения колес рулевое колесо управления поворачивается в соответствующую сторону на определенный угол. Таким образом, поворот колео осуществляется по методу слежения за поворотом рулевого колеса. Пружинный аккумуля­тор 13 с зарядными клапанами 14 и обратными клапанами 5 и б служит для пополнения системы управления маслом в случае его утечки через уплотнения, клапаны 15 и 16 — для регулирования системы.

Применение гидравлической и пневматической систем дает воз­можность дистанционного управления и автоматизации работы маши­ны с использованием электроники и микропроцессорной техники. Наибо­лее целесообразны в этих целях комбинации различных систем управ­ления — электрогидравлических и электропневматических.

Широкие возможности автоматизации имеют электрические систе­мы управления, которые применяются на машинах с дизель-электричес — ким и электрическим приводами. Строительные машины с примене­нием бортовых мини-ЭВМ позволяют автоматически оптимизировать рабочие процессы и тем самым существенно поднять их производи­тельность и облегчить работу оператора по управлению машиной.

Для улучшения условий труда машинистов в современных строи­тельных машинах выполняется целый ряд эргономических требований к управлению и рабочему месту.

4.1. Назначение и классификация

Система управления дорожно-строительными машинами состоит обычно из пульта управления с расположенными на нем приборами, рукоятками, педалями, кнопками, системы передач в виде рычагов, тяг, золотников, трубопроводов, а также дополнительных устройств, позволя­ющих контролировать работу двигателей, механизмов привода и рабоче­го оборудования. Для удобства управления машиной и улучшения усло­вий работы операторов пульты управления на всех мобильных строи­тельных машинах размещают, как правило, в специальных кабинах.

Системы управления существенно влияют на производительность машины и на утомляемость оператора, поэтому к ним предъявляются эргономические и другие требования. Системы управления должны обеспечивать: надежное и быстрое приведение в действие рабочих ор­ганов, механизмов передвижения, плавность их включения и выключе­ния, безопасность, легкость и удобство работы оператора (минимальное количество рукоятей, педалей и кнопок управления) положение рыча­гов управления машиной должно давать оператору представление о направлениях движения рабочих органов; простоту, надежность и мини­мальное количество регулировок.

Системы управления делятся: по назначению — на системы управ­ления тормозами, муфтами, двигателями, положением рабочего органа; по способу передачи энергии — на механические, рычажные, электричес­кие, гидравлические, пневматические и комбинированные; по степени автоматизации — на неавтоматизированные и автоматические.

Неавтоматизированные системы могут быть непосредственного дей­ствия или с усилителями (с сервоприводом). В первом случае оператор управляет только за счет своей мускульной энергии, прикладываемой к рычагам и педалям, во втором — для воздействия на объект управления используют дополнительные (электрический, гидравлический или пневма­тический) источники энергии. Роль оператора сводится лишь к включению и выключению элементов привода системы управления. В полу­автоматических системах автоматизированы отдельные элементы систе­мы управления. В полностью автоматической системе оператор лишь по­дает сигналы о начале или окончании работы, а также настройке системы на определенную программу управления рабочим процессом машины.

При тяговом расчете необходимо выяснить сопротивление пере­движению машины и тяговые возможности ее механизма по двигателю привода и по сцеплению движителей с грунтом.

Сопротивления передвижению, которые должны быть преодолены механическим приводом и колесным или гусеничным движителем,

W=W+W +W ±W + W + W, (4.1)

р пер пов у и в * ‘

где — сопротивление от рабочего органа машин; W — сопротивле­ние передвижению (перекатыванию) движителей; W — сопротивле­ние повороту машины; W Wu, We — сопротивления уклона местности, инерции при разгоне и ветра.

Сопротивление от рабочего органа W зависит от назначения и типа машины, характера выполняемых работ, конструкции рабочего орга­на и других факторов. Сопротивления перемещению (перекатыванию) движителей вследствие большого количества факторов, влияющих на его значение, определить аналитически с достаточной точностью затрудни­тельно. Поэтому

W ~ [G, (4.2)

пер 1 я ‘

где f — коэффициент сопротивления передвижению движителей, средние значения которого для некоторых видов опорных поверхностей приведе­ны в табл. 4.1; G — сила тяжести машины.

’ м

Сопротивления повороту для гусеничных машин определяются затратами энергии на срезание и смятие грунта гусеницами и трением

заторможенной гусеницы. При перемещении по рыхлому вязкому грун­ту можно принять

W = (0,4-0,7) W. (4.3)

пов ’ у ‘ пер

Сопротивление повороту колесных машин, передвигающихся по твер­дым основаниям, обычно не учитываются из-за малых значений. При езде по рыхлому грунту можно принять Wnm = (0,25…0,5) W Сопротивление движению машины от уклона местности

W = ± G sin а, (4.4)

ум’

где а — угол подъема пути машины; знак “+” соответствует движению машины на подъем, знак — под уклон.

Сопротивление от инерции при разгоне

где т — масса машины; I — момент инерции приводимых в движение вращающихся масс механизма привода движителей; г — радиус привод­ного колеса; а — ускорение разгона машины.

Вид опорной поверхности	Шинноколесный движитель	Гусеничный движитель
	Шины высокого	Шины низкого
	давления	давления	/	<Р
	/	<Р	/	Ф
Асфальт сухой	0.015 — 0.02	р і о 00	0.02	© і о ОС
Грунтовая дорога:
Сухая укатанная	0.02 — 0.06	0.6-0.7	0.025-0.035	0.4-0.6	0.06-0.07	0.8- 1.0
Влажная, грязная	0.13 -0.25	0.1-0.3	0.15-0.20	0.15-0.25	0.12-0.15	0.5 — 0.6
Грунт:
Рыхлый свежеотсыпанный	0.20-0.30	0.2-0.4	0.1- 0.2	0 1 О С*	0.07-0.10	0.6-0.7
Слежавшийся, уплотненный	0.10-0.20	0.3- 0.6	0.10-0.15	о’ 1 in ©	0.08	0.8- 1.0
Песок:
Влажный	0.10-0.40	0.3 -0.6	0.06-0.15	0.4-0.5	0.05-0.10	0.6-0.7
Сухой	0.40-0.50	0.25-0.30	0.20-0.30	0.2-0.4	0.15-0.20	0.4-0.5
Снег:
Рыхлый	0.40 — 0.50	0.15-0.20	0.10-0.30	© t ©	0.10-0.25	0.25-0.35
Укатанный	0.05-0.10	0.25-0.30	0.03-0.05	0.3-0.5	0.04-0.06	0.5-0.6
Болото	—	_	0.25	0.1	0.3	0.15
Бетон	0.015-0.02	0 Ui 1 © 00	0.02	0.7 -0.8	0.06	0.5 -0.6

Таблица 4.1 Значения коэффициентов сопротивления передвижению / и коэффициентов сцепления ср

Сопротивление от давления ветра

(4.6)

W = Sq

в “ і

где S — суммарная подветренная площадь машины; qe — давление ветра.

В тяговых расчетах большинства машин для земляных работ в ра­бочих режимах их на стройплощадке могут не учитываться отдельно инерционные силы и силы ветра, которые имеют небольшую величину по сравнению с основными составляющими. Могут не учитываться так­же сопротивления подъему и повороту, если при этом копание или дру­гой рабочий процесс не производится.

Сопротивление передвижению в процессе копания для землерой­ных машин

(4.7)

где /, — коэффициент сопротивления передвижению при копании, кото­рый можно принимать в первом приближении / =

В транспортных режимах не учитываются рабочие усилия. Сопро­тивления передвижению определяются дорожными условиями, при этом одновременное действие сопротивлений повороту и подъему в машинах для земляных работ обычно исключается. Действие ветра принимается по рабочему состоянию.

Условие движения любой машины записывается неравенством:

W<P<P, (4.8)

од о. сц/ ‘ ‘

где Род — окружная сила всех движителей машины (приводных колес, гусениц), получаемая от двигателей привода; Рощ~ суммарная окружная сила всех движителей по условию сцепления их с основанием:

(4.9)

Р = — п

год Чд,

V

где Na~ мощность двигателей механизмов передвижения; v — скорость передвижения; г)а — общий кпд механизма передвижения;

(4.10)

где (р — коэффициент сцепления движителя с основанием, по которому передвигается машина (см. табл. 4.1).

Р < Р,<W, о. сц. од *

В случае, если наступает условие

машина не может двигаться, так как происходит буксование движите­лей. Если же возникает условие

Рощ*Род< W, (4.12)

то машина также не будет двигаться вследствие недостаточного тягово­го усилия, развиваемого приводом ходового механизма.

Рельсоколесное ходовое оборудование обеспечивает низкое сопро­тивление передвижению, восприятие больших нагрузок, простоту конст­рукции и невысокую стоимость, достаточную долговечность и надеж­ность. Жесткие рельсовые направляющие и основания обеспечивают воз­можность высокой точности работы машины. Главными недостатками этого хода являются: малая маневренность, сложность перебазировки на новые участки работ, дополнительные затраты на устройство и эксплуа­тацию рельсовых путей. Этот вид ходового оборудования применяют для башенных и железнодорожных кранов, цепных и роторно-стреловых экскаваторов, а также для экскаваторов-профилировщиков.

Шагающее ходовое оборудование имеет несколько конструктивных решений. Оно выпускается как с механическим, так и гидравлическим при­водом. На рис. 4.1, в показан в качестве примера кривошипно-эксцентрико­вый механизм привода хода. В положении 11 ходовые лыжи (одна лыжа заштрихована) вместе с расположенными на них рельсами эксцентриково­го механизма подняты вверх и опирание машины на грунт происходит
через круглую базу машины. При этом положении машина может повора­чиваться с лыжами на опорно-поворотном устройстве в любую сторону на 360°. В позиции 12 лыжи передвинулись на половину шага вперед (вправо) и опустились на основание. В позиции 13 эксцентриковым механизмом поднята вся машина и передвинута на половину шага вперед. В позиции 14 машина передвинута еще на полшага вперед и опущена на грунт. В следую­щей позиции, при повороте кривошипа на четверть оборота, лыжи вместе с механизмом займут свое исходное положение. Шагающий ход обеспечи­вает низкие удельные давления на грунт и высокую маневренность, так как поворот машины заменен поворотом платформы.

Основным недостатком шагающего хода являются его малые скоро­сти передвижения (обычно до 0,5 км/ч). Этот вид ходового оборудования применяют преимущественно на мощных экскаваторах-драглайнах.

Пневмоколесное ходовое оборудование (рис. 4.1, б) выполняется обычно двухосным с одной 5 или двумя 6 ведущими осями. Более тяже­лые машины выполняются трехосными с двумя 7 или всеми 8 ведущими осями, четырех — 9 и многоосными 10. Основные достоинства пневмоко — лесного ходового оборудования определяются возможностью развивать высокие транспортные скорости, приближающиеся к скоростям грузо­вых автомобилей, что придает им большую мобильность, а также боль­шей долговечностью и ремонтопригодностью по сравнению с гусенич­ным ходовым оборудованием.

Важной характеристикой колесных машин является колесная фор­мула, состоящая из двух цифр: первая обозначает число всех колес, вто­рая — число приводных. Наиболее распространены машины с колесны­ми формулами 4×2 (рис. 4.1, б, поз. 5), 4×4 (рис. 4.1, б, поз. 6). Машины с большим количеством общих и ведущих осей применяются реже — в основном на тяжелых автогрейдерах и кранах. С ростом числа привод­ных колес в ходовом устройстве улучшаются проходимость и тяговые качества машины, но усложняется механизм привода передвижения.

Рис. 4.3. Типы шин: а — камерные; б — бескамерные; в — протекто­ры: I — для земляных работ; II — то же, в каменных карьерах; III — противобуксуюшие; IV — универсальные; г — арочные.

Свойства пневмоколесного ходового оборудования в значительной степени зависят от конструкции шин (рис. 4.3). На машине, как правило, устанавливают шины одного типоразмера, поэтому часто на наиболее нагруженных осях устанавливают сдвоенные колеса. Для улучшения проходимости используют шины большого диаметра, широкопрофиль­ные и арочные. При этом проходимость улучшается за счет большей опорной поверхности и развитых грунтозацепов. Такие шины дают возможность работать машине на слабых и рыхлых грунтах и на снегу.

При работе арочных шин на твердых грунтах и дорогах с твердым покрытием сопротивление перемещению машины увеличивается, а срок службы шин резко уменьшается.

Маркируются шины обычного профиля двумя цифрами через тире (например, шина 320-508 мм или 12.00-20”). Первое число — ширина профиля шины, второе — внутренний (посадочный на обод) диаметр шины в миллиметрах или дюймах. В обозначение шины широкого профиля входят три числа в миллиметрах: наружный диаметр, ширина профиля и посадочный диаметр обода, — например, шина 1500x660x635 мм.

Для улучшения проходимости машин, снижения сопротивления пере­движению и износа шин в последние годы на дорожных машинах стали применять регулирование давления воздуха в шинах из кабины машини­ста. В этом случае при движении машины по рыхлому или влажному грунту давление воздуха в шинах снижают, уменьшая соответственно дав­ление на грунт и улучшая тяговые качества и проходимость. При передви­жении машин по твердым дорогам давление в шинах повышается, что ведет к снижению сопротивления движению и увеличению долговечности шин. Указанное регулирование давления в шинах можно автоматизиро­вать с помощью применения микропроцессоров. Срок службы шин может быть увеличен за счет правильного выбора типа шин, специальных уст­ройств для соответствующих условий их эксплуатации.

В зависимости от условий работы и скоростей движения машины, определяющих динамичность, выбираются и допускаемые нагрузки на колеса. Например, при прочих равных условиях, если нагрузку на колесо при скорости передвижения машины 50 км/ч принять за 100%, то при скорости продвижения 8 км/ч нагрузку можно увеличить примерно в полтора раза, а при скорости, близкой к нулю, увеличить в два раза. Это, например, очень важно для работы пневмоколесных кранов в операциях перемещения их с грузом на стройплощадке. Пневмоколесное ходовое оборудование дорожно-строительных машин может иметь механический, гидравлический, электрический и комбинированный приводы колес. Са­мыми распространенными являются механический, гидромеханический и гидрообъемный. В механических и гидромеханических приводах наибо­лее распространен привод ведущих колес, объединенных в мосты попар­но через дифференциалы. Это обеспечивает высокие скорости движения без проскальзывания.

К недостаткам такого привода следует отнести то, что колеса одно­го моста могут развивать только равные тяговые усилия, величины кото­рых определяются максимальным тяговым усилием колеса, находящегося
в худших по сцеплению дорожных условиях. Для устранения этого не­достатка при движениях с низкими скоростями в сложных дорожных условиях применяют устройства для блокировки дифференциалов. При­вод колес без дифференциалов обеспечивает простоту конструкции и более высокие тяговые усилия, но при поворотах машины и движении по неровной поверхности колеса проскальзывают вследствие разности скоростей. При этом увеличиваются расход энергии и износ шин.

В последние годы в строительных машинах начали применять ин­дивидуальный привод каждого колеса от своего гидро — или электродвига­теля — привод с мотор-колесами. Он представляет собой самостоятель­ный блок, состоящий из двигателя, муфты, планетарного редуктора, тормо­за и колеса. Применение гидропривода с давлением от 16 МПа и выше позволяет при низкомоментных гидродвигателях создать очень компакт­ные, встроенные в обод колеса конструкции, конкурирующие с другими типами приводов. Применение мотор-колес упрощает компоновку ма­шин, улучшает ее маневренность и проходимость за счет того, что каждое колесо может служить приводным и управляемым (поворотным). Применение гидравлических мотор-колес с регулируемыми насосами и гидромоторами позволяет регулировать скорости от нескольких метров в час (рабочие движения) до десятков километров в час (транспорт­ные режимы).

Гусеничное ходовое оборудование (рис. 4.1, а) широко применяют как для дорожно-строительных машин малой мощности массой 1…2 т, так и для машин самой большой мощности с массой в сотни тонн. Оно обеспечивает возможность воспринимать значительные нагрузки при сравнительно низком давлении на грунт, большие тяговые усилия и хоро­шую маневренность.

Недостатками гусеничного хода являются значительная масса (до 35 % от всей массы машины), большая материалоемкость, недолговеч­ность и высокая стоимость ремонтов, низкие кпд и скорости движения, невозможность работы и передвижения на площадках и дорогах с усо­вершенствованными покрытиями. Машины на гусеничном ходу пере­двигаются своим ходом, как правило, только в пределах строительных площадок, к которым их доставляют автомобильным, железнодорожным или водным транспортом.

Гусеничное ходовое оборудование может быть двух — и многогусе­ничным (рис. 4.1, поз. 3). В строительных машинах с массой до 1000 т применяется наиболее простое и маневренное двухгусеничное оборудо­вание. Для машин большей массы используют сложные многогусеничные системы, у которых число гусениц достигает 16.

По степени приспосабливаемости к рельефу пути различают гусе­ницы жесткие /, мягкие 2, полужесткие и с опущенным или поднятым колесом 4.

Рис. 4.2. Конструкция гусеницы: 1 — ведущее колесо; 2 — винт; 3 — звено гусеничной ленты; 4,7 — поддерживающие и опорные катки; 5 — ходовая рама; 6 — стопор; 8 — несущая балка гусеницы; 9 — натяжное устройство; 10 — направляющее колесо.

У жестких гусениц (рис. 4.2) опорные катки 7 непосредственно соединены с несущей балкой гусеницы. Этот тип подвески наиболее прост и дешев, он обеспечивает более равномерное распределение дав­ления на грунт. Вследствие того, что жесткая гусеница не приспосабли­вается к неровностям пути и не амортизирует ударные нагрузки при езде по неровному и жесткому основанию, скорость передвижения ма­шин на таких гусеницах обычно не превышает 5 км/ч. Для лучшей приспосабливаемости гусениц к неровностям грунта опорные катки объединяют в балансирные тележки (рис. 4.1, поз. 2) и вводят демпфи­рующие пружины или рессоры. Для лучшей работы машины в зимних условиях или на грунтах с низкой несущей способностью и плохим сцеплением на звеньях гусеничной ленты применяют съемные шипы или шпоры. Привод гусениц осуществляется ведущими колесами 1. Для зацепления с ведущим колесом используются реборды звеньев или отверстия в них. Для компенсации износа и вытяжки звеньев гусеничные ленты натягиваются с помощью устройства 9 на направля­ющем колесе.

В последние годы для работы машин на заболоченных грунтах со слабой несущей способностью применяют гусеничное ходовое оборудо­вание с резинометаллическими гусеницами. Такая гусеница выполнена из специальной резиновой ленты, армированной высокопрочной несу­щей проволокой со штампованными звеньями. Эта гусеничная лента имеет меньшую массу, лучшую приспосабливаемость к грунтовым условиям, повышает проходимость машины, не нарушает дерновый покров.

Тип привода машины и требования к ее скорости и маневренности предопределяют конструкцию механизма передвижения. При одномо­торном механическом или гидромеханическом приводе привод гусениц часто осуществляют с помощью конических зубчатых передач, цепных передач и кулачковых муфт и тормозов, обеспечивающих разворот ма­шины только относительно одной из гусениц. Для большей маневренно­сти гусеничных машин, выполненных на базе тракторов, для включения и выключения гусениц служат специальные фрикционные бортовые муф­ты сцепления. При включении гусениц в разных направлениях достига­ется разворот машины на месте. Такое качество достигается и при инди­видуальном приводе гусениц, когда каждая из них приводится в движе­ние отдельным электро — или гидродвигателем, имеющим возможность для разворотов машин на месте включаться в разных направлениях.

Ходовое оборудование дорожно-строительных машин состоит из движителей, механизма передвижения и опорных рам или осей.

По типу применяемых движителей ходовое оборудование делят на гусеничное (рис. 4.1, а), пневмоколесное (рис. 4.1, б), рельсоколесное и шагающее (рис. 4.1, в). Движители передают нагрузку от машины на опорную поверхность и передвигают машины. Механизмы передвиже­ния обеспечивают привод движителей при рабочем и транспортном ре­жимах. У многих строительных машин (землеройно-транспортных, мно­гоковшовых экскаваторов, передвижных кранов и др.) ходовое обору­дование участвует непосредственно в рабочем процессе, обеспечивая при этом дополнительные тяговые усилия.

Современные самоходные дорожно-строительные машины предназ­начены для передвижения в различных дорожных условиях. Транспор­тные скорости у некоторых пневмоколесных и рельсоколесных машин достигают нескольких десятков километров в час. Рабочие скорости часто должны плавно регулироваться от максимальных значений до нуля. Давление на грунт у различного типа строительных машин меняется от 0,03-0,05 до 0,5-0,7 МПа. Тяговые усилия на движителях у большин­ства строительных машин обеспечиваются в пределах 45-60 % от их массы, превышая у некоторых в рабочих режимах их общую массу. Обес­печение машиной необходимых величин давления на грунт, тягового уси­лия и клиренса (расстояния от поверхности дороги до наиболее низкой точки ходового оборудования) характеризует ее проходимость, т. е. способ­ность передвигаться в разнообразных условиях эксплуатации. Проходи­мость машин в существенной степени сказывается на их основных тех­нико-экономических показателях. Важным показателем ходового обо­рудования машин является также их маневренность, под которой пони­мается способность машин изменять направление движения — маневри­ровать. Маневренность характеризуется радиусами поворота, вписывае — мостью машин в угловые проезды и размерами площадки, необходимой Для обратного разворота.

Для обеспечения разнообразных требований эксплуатации строи­тельных машин применяют различное ходовое оборудование.

а> _ji if-з /_ fcfil ^)пп“ппф

Ямс. 4./. Ходовое оборудование строительных машин.

В системах управления и в маломощных приводах дорожных ма­шин широко применяются гидрообъемные передачи. Их используют так­же в машинах, на циклично работающих приводах, имеющих сложную пространственную кинематику движения.

Распространению объемных гидропередач способствует компакт­ность конструкции даже при реализации больших передаточных отно­шений (1:1000 и более), простота средств бесступенчатого регулирова­ния скорости исполнительного механизма и преобразования вращатель­ного движения в возвратно-поступательное. При их использовании воз­можна автоматизация процесса работы, унификация и стандартизация элементов привода. Однако работа гидрообъемных передач зависит от температуры окружающей среды. Эти передачи имеют невысокий к. п.д. (0,7 — 0,75) и требуют квалифицированного обслуживания.

В гидрообъемных передачах геометрические и силовые связи устанав­ливаются замкнутым объемом рабочей жидкости, расположенной в напор­ной магистрали между насосом и гидродвигателем. В насосе механическая энергия приводного двигателя преобразуется в гидравлическую энергию рабочей жидкости, которая затем переходит в механическую энергию гид­родвигателя и расходуется на преодоление внешнего сопротивления.

В отличие от насосов, которые являются роторными гидромашина­ми вращательного типа, гидродвигатели бывают трех видов — гидромо­торы, поворотники и гидроцилиндры. Гидромоторы обеспечивают враща­тельное движение ведомого вала с неограниченным углом поворота. Поворотники (их часто называют моментными гидроцилиндрами) пово­рачивают ведомый вал только на ограниченный угол. Гидроцилиндры относятся к группе очень распространенных на дорожных машинах гид­родвигателей, совершающих возвратно-поступательное движение. В ка­честве насосов и гидромоторов применяют шестеренчатые, винтовые, пластинчатые (шиберные), аксиально-поршневые и радиально-поршне­вые гидромашины (рис. 3.5).

При вращении вала шестеренчатого насоса (рис. 3.5, а) захватыва­ется некоторый объем рабочей жидкости из всасывающей камеры I и переносится в напорную камеру II. Этот перенос становится возмож­ным благодаря образованию геометрически замкнутых пространств между впадинами зубьев ведущей 1 и ведомой 2 шестерен и корпусом

3. Линия контакта шестерен отделяет напорную камеру от всасываю­щей, препятствуя обратному движению жидкости.

Рис. 3.5. Конструктивные схемы насосов и гидромоторов: а — шестеренчатого; б—винтового; в — лопастного; г — аксиально­поршневого; д — радиально-поршневого

В винтовом насосе (рис. 3.5, б), состоящем из винтов 1 и 2, а также корпуса 3, перенос рабочей жидкости обеспечивается располо­женными между этими элементами запертыми пространствами, кото­рые в виде “жидкостной гайки” перемещаются из всасывающей каме­ры I в напорную II.

Пластинчатые насосы (рис. 3.5, в) строятся на основе кулисного меха­низма. На ведущем валу 1 закреплен ротор 2, в пазах которого соверша­ют возвратно-поступательное движение шиберы 3, опирающиеся на цилин­дрическую поверхность корпуса 4, геометрическая ось которой располо­жена эксцентрично относительно ротора на величину е. При вращении ротора по часовой стрелке пространства между шиберами, работающими справа от вертикальной оси, а также ротором и статором уменьшаются, в связи с чем рабочая жидкость выдавливается в напорную полость II.

В то же время аналогичные пространства, расположенные слева от вертикальной оси, увеличиваются, обеспечивая захват рабочей жидкости из всасывающей полости I.

На валу 1 аксиально-поршневого насоса (рис. 3.5, г) закреплен цилин­дрический блок 2, в цилиндрах которого совершают возвратно-поступа­тельное движение поршни 3, опирающиеся на упорный подшипник диска

4. Цилиндрический блок упирается в распределитель 5, закрепленный в неподвижном корпусе 6. Благодаря распределителю полости цилиндров периодически соединяются с напорной или со всасывающей камерами, в зависимости от направления движения поршней.

Радиально-поршневой гидромотор (рис. 3.5, д) состоит из блока цилиндров 1, в расточках которого помещены поршни 2. Поршни име­ют катки 3, которые обкатываются по направляющей поверхности кор­пуса 4. Рабочая жидкость поступает под поршни через распределитель

5. Расположение окон распределителя согласуется с положением ра­бочих и холостых участков направляющей корпуса. При развиваемом поршнем усилии Р сила давления катка на направляющую N будет тем больше, чем больше угол давления у. Возникающее при взаимодей­ствии катка с направляющей тангенциальное усилие Т формирует кру­тящий момент ротора.

Все перечисленные типы гидромашин относятся к классу роторных, од­ним из основных свойств которых является принципиальная обратимость, т. е. способность работать как в качестве насоса, так и в качестве гидромотора.

Аксиально-поршневые гидромашины работают при давлении 16-35 МПа с объемным расходом 5-20 л/с, их долговечность составляет 5-8 тыс. ча­сов чистой работы, а общий к. п. д. достигает 0,9-0,93.

Широкое применение находят шестеренчатые и пластинчатые насо­сы, максимальные значения параметров которых при долговечности 4-6 тыс. часов примерно одинаковы: ртах= 14-18 МПа и Qmax=8-10 л/с.

Пластинчатые насосы чаще используют в системах управления, подпитки и централизованной смазки дорожных машин. В этих случаях их работа протекает при давлениях 0,3-1,2 МПа.

Наряду с низкомоментными высокооборотными гидромашинами пере­численных типов все большее распространение получают высокомомент — ные радиально-поршневые гидромоторы, рассчитанные на работу при дав­лениях до 35 МПа. Если со < 10 рад/с, или М > 1000 Нм, или М/со> 100, то гидромашину относят к разряду высокомоментных. Высо — комоментные гидромоторы устанавливают непосредственно на рабочий орган или передают ему движение через простейшую редукторную сис­тему. Однако удельные энергетические показатели высокомоментных гидромоторов (кВт/кг) в 2-5 раз хуже низкомоментных гидромоторов. Поэтому высокомоментным гидромоторам часто предпочитают низко-
моментные, скомпонованные в одно целое с планетарными или червяч­ными передачами.

Простота исполнения, хорошая компонуемость, сравнительно небольшая масса на единицу передаваемой мощности, способность встраиваться непосредственно в рабочие органы машин определили большое разнообразие конструктивных схем гидроцилиндров. Тем не менее их можно разбить на две основные группы — гидроцилиндры одинарного действия (рис. 3.6, a-в) и гидроцилиндры двойного дей­ствия (рис. 3.6, г-е). Первые из них могут перемещать под действием рабочей жидкости ведомые элементы только в одном направлении. Возврат же в исходное положение осуществляется пружиной или силой тяжести рабочих органов. В гидродилиндрах двойного действия перемещение в обоих направлениях осуществляется усилием рабо­чей жидкости. Основными элементами гидроцилиндров является кор­пус 1 и поршень 2 со штоком 3 или плунжер 4. Плунжерные гидроци­линдры могут быть одностороннего действия, так как в них рабочая жидкость подводится только в камеру между корпусом и плунже­ром. В поршневых гидроцилиндрах рабочая жидкость может посту­пать как в штоковую, так и в бесштоковую полость. Поэтому они бывают как одностороннего, так и двустороннего действия. Для под­вода (отвода) рабочей жидкости в корпусе гидроцилиндра имеются каналы, соединенные с трубопроводами 5. Наибольшее распростране­ние имеют гидроцилиндры двойного действия с односторонним што­ком (рис. 3.6, г). Однако из-за разности площадей штоковой и бес — штоковой полостей скорость движения штока в разных направлени­ях не одинакова. Когда это нежелательно, применяют гидроцилиндры с двусторонним штоком (рис. 3.6, д). Если усилие, которое развивает­ся на штоке гидроцилиндра, недостаточно для преодоления внешнего сопротивления, а стесненные габариты не позволяют развивать диа­метр поршня, используют гидроцилиндры с двойными поршнями (рис. 3.6, е). В этом случае рабочая жидкость подводится одновремен­но в полости I и III или в II и IV.

Типичные конструктивные схемы поворотников изображены на рис. 3.6, ж, з. Внешне они напоминают либо гидромотор с одной лопас­тью 6, корпус 7 которого ограничен некоторым сектором, либо гидроци­линдр с двойными поршнями. Шток 8 этого гидроцилиндра соединен с кривошипно-шатунным механизмом 9, ось 0 которого поворачивает ве­домый вал.

гг J

3

Рис. 3.6. Гидродвигатели возвратно-поступательного и поворот­ного движения. Гидроцилиндры: а — поршневой одинарного дей­ствия; б — плунжерный; в — телескопический;- г — двойного дей­ствия; д — с двусторонним штоком; е — со сдвоенными поршнями;

ж и з — поворотники

Контроль и управление параметрами гидравлической энергии осу­ществляется с помощью распределительной, регулирующей и контроль­ной аппаратуры.

Распределители направляют рабочую жидкость от насоса к гидродви­гателям, обеспечивают их реверсирование и остановку. По конструкции различают пробковые, клапанные и золотниковые распределители. После­дние имеют наибольшее распространение. Они многопозиционны, уравно­вешены от статических сил давления и имеют сравнительно небольшие сопротивления от сил трения. Схема трехпозиционного золотникового рас­пределителя, управляющего направлением движения штока гидроцилиндра, изображена на рис.3.7. Его рабочими элементами являются цилиндричес­кий плунжер 1, снабженный поясными и кольцевыми проточками, и корпус 2, имеющий окна или отверстия, через которые подводится и отводится рабо­
чая жидкость. Рассматриваемый распределитель является четырехходовым, так как связывает четыре элемента системы — напорную и сливную маги­страли и две магистрали, ведущие к полостям гидроцилиндра. Различают три основных типа золотниковых распределителей: с положительным, нуле­вым и отрицательным перекрытиями. У золотников с положительным перекрытием ширина пояска а на плунжере больше отверстия б в корпусе.

Рис. 3.7. Конструктивная схема золотникового распределителя

Они хорошо фиксируют положение исполнительных механизмов. Когда плунжер такого распределителя устанавливается в нейтральное положение, исполнительный механизм отсекается от напорной и слив­ной магистралей, а рабочая жидкость запирает его. Этот тип золотника применяется в разомкнутых системах управления для лучшей динами­ческой устойчивости гидропривода. Применение его в системах управ­ления с обратной связью нежелательно, так как наличие перекрытия определяет большую зону нечувствительности. Этого недостатка лише­ны золотники с нулевым перекрытием, когда ширина пояска плунжера равна ширине канавки или отверстия корпуса. Достигнуть нулевого пе­рекрытия при изготовлении золотника сложно, поэтому в следящих при­водах, как правило, применяют золотники с отрицательным перекрыти­ем. У таких золотников при нейтральном положении плунжера по обе­им сторонам его пояска имеются начальные зазоры (4…6) 10’5 м, через которые жидкость, подаваемая насосом, поступает в сливную магист-
раль. В полостях силового гидроцилиндра устанавливаются давления р; и рт При этом

РІ=Р2= — 2Р° (3.5)

где р и Pq давление жидкости в напорной и сливной магистрали системы при нейтральном положении распределителя.

Золотники с отрицательным перекрытием имеют меньшую зону нечувствительности, но не могут применяться тогда, когда утечки и жес­ткость являются важными для системы факторами.

Регулирующие органы гидросистемы подразделяют на регулято­ры давления и регуляторы расхода. Регуляторы давления предназна­чены для предохранения гидросистемы от перегрузок, а также для под­держания в ее магистралях давления заданной величины. К первой группе этих устройств относятся предохранительные клапаны, а ко второй-подпорные, редукционные и обратные клапаны и клапаны раз­грузки насосов. Конструктивно регуляторы расхода выполняются шариковыми, конусными, плунжерными и комбинированными. Шарико­вые клапаны являются наиболее простыми и быстродействующими ввиду малой инерционности подвижных элементов. Однако при непрерывной работе они из-за износа седла быстро выходят из строя. Поэтому их применяют в качестве эпизодически работающих предохранительных и обратных клапанов. Чаще применяют плунжерные и комбинирован­ные клапаны. Конструкция и принцип работы таких устройств видны из рассмотрения конструктивной схемы предохранительного клапана с переливным золотником (рис. 3.8). Рабочая жидкость из полости дав­ления А по каналу Б в золотнике 4 поступает в полость В и одновре­менно по каналу Г — в полость Д. Затем через демпферное отверстие Е рабочая жидкость направляется в полость Ж и под настроенный на определенное давление шариковый клапан 2. Пока давление в системе не преодолеет усилия, на которое настроена пружина 1, золотник пру­жиной 3 удерживается в крайнем положении, перекрывая выход жид­кости на слив. При повышении давления в гидросистеме шариковый клапан преодолевает усилие пружины и открывается. Жидкость из полости Ж по каналу II поступает на слив. При прохождении жидко­сти через демпферное отверстие Е в полость Ж давление понижается по сравнению с тем значением, которое соответствует полостям В и Д. Вследствие этого золотник поднимается, перепуская часть жидкости из напорной полости на слив.

Регулирование скорости маломощных и редкоработающих рабочих орудий и механизмов дорожных машин осуществляется дроссельными регуляторами расхода, представляющими собой местное регулируемое или нерегулируемое сопротивление, которое устанавливается на пути течения жидкости. Конструктивно наиболее распространенные из них выполняются в виде набора тонких шайб с калиброванными отверстия­ми либо в виде поворотного крана с переменным проходным сечением.

В соответствии с известным уравнением Бернулли объемный рас­ход жидкости (м3/с), протекающей при дросселировании через такое устройство, определяется как

(3.6)

где — коэффициент расхода, который принимается при истечении минеральных масел через круглые дросселирующие отверстия, 0,59-0,60, а для щелевых 0,70-0,75; F — площадь поперечного сечения дросселя, м2; р — плотность рабочей жидкости, кг/м3 ; Ар — перепад давления на дросселе, Па.

Рис. 3.9. Схемы установки дросселя: а — на входе; б — на выходе; в — параллельно гидродвигателю; 1 — насос; 2 — гидромотор; 3 — дроссель; 4 — предохранительный клапан

Чтобы избежать влияния режимов нагружения на скорость движе­ния исполнительного механизма, применяют дроссели с регуляторами. Регуляторы являются такими устройствами, которые с помощью гидравлической обратной связи независимо от условий нагружения под­держивают на дросселе постоянный перепад давления. Дроссельные ус­

тройства устанавливают на входе или выходе гидродвигателя, а в неко­торых случаях — параллельно ему (рис. 3.9). В первом случае рабочая жидкость от насоса поступает к гидродвигателю через дроссель. При этом некоторый избыток объемного расхода жидкости насоса сливается через предохранительный клапан. Чем меньше проходное сечение дрос­селя, тем меньше скорость вращения гидромотора и тем большая доля расхода поступает на слив через предохранительный клапан. Запускает­ся такая система в работу плавно, без толчков. Однако если нагрузка на валу гидродвигателя меняет свою величину, то из-за отсутствия подпора на сливе трудно получить устойчивую скорость движения этого вала. Этот недостаток отсутствует, когда дроссель, установлен на выходе из гидродвигателя. По к. п. д. оба эти варианта уступают системам, в кото­рых дроссель установлен параллельно гидродвигателю, так как при их использовании насос независимо от нагрузки работает при давлении срабатывания предохранительного клапана. Однако когда дроссель уста­новлен параллельно гидродвигателю, в системе трудно получить устой­чивую скорость движения исполнительного механизма особенно при небольших ее значениях. К вспомогательным устройствам гидросистем относятся средства борьбы с различными помехами. Они подразделяют­ся на средства очистки рабочей жидкости — фильтры, средства стабили­зации теплового режима — теплообменники, накопители гидравлической энергии — гидроаккумуляторы.

Фильтры улавливают попавшие в гидросистему посторонние механические примеси. По тонкости очистки различают фильтры: гру­бой очистки (d > 1,0-104 м), нормальной очистки (d > 1,0-105 м), тонкой очистки (d > 0,5Т0’5 м) и особо тонкой очистки (d > 1,010’6 м). По методу отделения механических частиц различают фильтры механичес­кого действия и силовые очистители. В фильтрах механического дей­ствия поток жидкости пропускается через фильтрующий материал, в котором задерживаются механические частицы. Действия силовых очи­стителей основаны на разделении рабочей жидкости и примесей под влиянием силового поля, которое может быть гравитационным, цен­тробежным, магнитным, электростатическим или вибрационным. Наиболь­шее распространение в гидросистемах дорожных машин получили филь­тры механического действия. В баках, картерах и отстойниках широко применяют магнитные очистители. Устанавливают фильтры чаще всего на нагнетательном трубопроводе после предохранительного клапана. При такой установке фильтры наиболее надежно защищают от загрязнений распределительные устройства. Распространены также схемы с уста­новкой фильтров на сливе. В этом случае они работают под небольшим давлением.

Теплообменники отводят выделившуюся в гидросистеме тепловую энергию, а при низких температурах воздуха нагревают рабочую жид­кость. На дорожных машинах применяют теплообменники с принуди­тельным обдувом воздухом, направляемым вентиляторной установкой.

Гидравлические аккумуляторы служат для компенсации кратко­временных пиковых нагрузок. Они являются также демпферами воз­никающих при пульсации давления колебаний. Схема, представленная на рис. 3,10, иллюстрирует применение гидравлического аккумулятора в системе управления процессом торможения механизма передвижения одноковшового экскаватора. Когда давление в полостях тормозных гидро­цилиндров 1 упадет из-за объемных потерь в системе и станет меньше, чем в напорном трубопроводе насоса 2, то обратный клапан 3 обеспечит доступ рабочей жидкости в гидроаккумулятор 4. Благодаря этому про­изойдет зарядка гидроаккумулятора, т. е. наполнение его рабочей каме­ры жидкостью под давлением системы. При неработающих исполни­тельных механизмах экскаватора напорная магистраль насоса соеди­нена со сливной, и этот насос работает вхолостую. Тем не менее, рабочие полости гидроцилиндров находятся под давлением гидроак­кумулятора, так как обратный клапан не пропускает жидкость на слив. Если из такой системы исключить гидроаккумулятор, то при нерабо­
тающих механизмах экскаватора насос должен работать не вхолос­тую, а под некоторым давлением подпора. Это энергетически нераци­онально и не всегда оправдано. При применении гидроаккумулятора в качестве демпфера колебаний его параметры выбирают таким об­разом, чтобы собственная частота была приблизительно равна часто­те пульсаций. Такой гидроаккумулятор очень чувствителен к измене­нию давления и хорошо его стабилизирует на заданном уровне. В практике машиностроения применяют грузовые, пружинные и пнев­матические аккумуляторы. В наиболее распространенных пневма­тических аккумуляторах средой, накапливающей энергию, является воздух или технический азот. При наполнении рабочей полости та­ких аккумуляторов жидкостью под действием избыточного давления в напорной магистрали воздух в пневматической камере сжимается. Когда в гидросистеме из-за уменьшения или снятия нагрузки давле­ние падает, воздух расширяется и вытесняет жидкость из рабочей полости в систему. Резиновая камера разделяет воздушную и жидко­стную среду, не допуская их смешения.

Рис. 3.10. Гидросистема с гидропневмоаккумулятором

Рабочая жидкость гидросистем сочетает свойства рабочего тела со свойствами смазочных материалов. В гидросистемах широко применяют минеральные масла, полученные смешиванием маловязких нефтепродук­тов с высоковязкими компонентами. Углеводородные полимеры, входя-

щие в состав минеральных масел, образуют во взаимодействии с повер­хностью металла граничные адсорбционные слои, обладающие высокой механической прочностью и малым сопротивлением поперечному сколь­жению. Присадки, содержащиеся в рабочих жидкостях гидросистемы, улучшают их свойства. Основными показателями качества рабочих жид­костей служат их вязкость, температурно-вязкостная характеристика, физическая и химическая стабильность, антикоррозионные свойства, аг­рессивность по отношению к резиновым уплотняющим устройствам, смазочная способность и температура замерзания. Рабочая жидкость должна быть достаточно густой, чтобы снизить объемные потери в гид­росистеме, но не слишком, чтобы избежать явлений кавитации и повы­шенных гидромеханических потерь в гидроагрегатах и трубопроводах.

Физическая стабильность характеризует способность рабочей жидко­сти сопротивляться деформациям сдвига и не терять своей вязкости и смачивающих свойств. При работе высокооборотных гидромашин и рас- пределительно-регулирующей аппаратуры вязкость жидкости постепен­но уменьшается. При этом чем более высокомолекулярные присадки использованы для улучшения вязкостных свойств, тем сильнее влияние деформаций, вызванных трением и смятием рабочей жидкости.

Химическая стабильность рабочих жидкостей, или их стойкость к окислению, зависит от химического состава и строения компонентов. В процессе окисления, когда прекращается действие антиокислительных присадок, из жидкости выпадают осадки в виде смолы, которые засоряют элементы сопряжений гидроагрегатов и могут вывести их из строя. Луч­шими катализаторами, вызывающими ускорение процесса окисления, яв­ляются металлические частицы, грязь и вода. Это следует учитывать при заправке гидросистемы и ее очистке. При повышении температуры рабо­чей жидкости интенсивность окисления минеральных масел увеличивает­ся. Поэтому при конструировании гидросистем не следует экономить на средствах, обеспечивающих ограничение температуры рабочей жидкости.

Антикоррозионные свойства и агрессивность по отношению к резино­вым уплотнениям характеризуют совместимость рабочей жидкости, т. е. ее способность длительное время работать совместно с металлическими и резиновыми изделиями, не разрушая их. Улучшение этого качества обеспечивается применением антикоррозионных присадок, действующих за счет образования на поверхностях деталей прочных пленок.

Минеральные масла склонны к образованию стойкой пены. Чем больше вязкость рабочей жидкости, тем выше вспениваемость. С пено- образованием в гидросистемах необходимо бороться, так как пена сни­

жает смазывающую способность рабочих жидкостей, ухудшает их антикоррозионные свойства, повышает сжимаемость. Для борьбы с пе- нообразованием увеличивают вместимость резервуаров, ставят в них антипенные перегородки, механические отделители воздуха, а также при­меняют антипенные присадки.

Решая вопрос о выборе сорта рабочей жидкости, учитывают диапа­зон рабочих температур, температурный график за цикл, время эксплуа­тации гидропередач с учетом продолжительности хранения, характерис­тики применяемых в гидроагрегатах материалов, особенности эксплуа­тации — условия смены, пополнения, очистки и т. п. Во всех случаях нуж­но стремиться применять рабочие жидкости, рекомендуемые заводами — изготовителями элементов гидропередач.