Строительные и дорожные машины. Основы автоматизации

111

Рис. 2.11. Силовые передачи тракторов: а − гусеничного; б − колесного; 1– двигатель; 2–муфта сцепления; 3– карданный вал; 4– коробка передач;

5– главная передача; 6 – фрикционы; 7– ленточный тормоз; 8– бортовой редуктор; 9 – колеса

В состав механической передачи колесного трактора (рис. 2.12, б) с пе­ редним расположением двигателя 1 входят фрикционная муфта сцепления 2, карданный вал 3, коробка передач 4, главная передача 5, бортовые фрикцио­ ны 6 с ленточными тормозами 7, бортовые редукторы 8, передающие враще­ ние пневматическим колесам 9.

В силовых передачах гусеничных и колесных тракторов, одно­ и двухос­ ных тягачей, специальных шасси одноковшовых погрузчиков, самоходных кранов автомобильного типа широко применяют гидродинамические переда­ чи. В таких передачах вместо муфты сцепления устанавливают гидравличе­ ский трансформатор, а жесткую кинематическую связь между двигателем и ведущими колесами (звездочками гусениц) заменяют жидкостной. Такие си­ ловые передачи называются гидромеханическими.

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 движе­ нию постепенно снижается трансформация момента, плавно возрастает ско­ рость ведущих колес, а работа трансформатора переходит в режим с более высоким КПД. При этом переключение передач осуществляется автоматиче­ ски, 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 дви­ гателя с ведущими звездочками снижает динамические нагрузки на двига­ тель, повышает долговечность двигателя и силовой передачи.

В гусеничных тракторах с электрической силовой передачей момент ве­ дущим звездочкам гусениц сообщается тяговым электродвигателем постоян­ ного тока через бортовые фрикционы и редукторы. Тяговый электродвигатель получает питание от генератора, вращаемого дизелем трактора. Система при­

112

вода дизель—генератор—двигатель значительно упрощает кинематическую схему силовой передачи (отсутствуют коробка перемены передач, карданные валы), а главное − обеспечивает в широких пределах бесступенчатое регули­ рование скорости движения и момента в зависимости от внешней нагрузки. Гидромеханическая и электрическая силовые передачи наиболее полно отве­ чают режиму работы тракторов с прицепным и навесным рабочим оборудо­ ванием 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. 2.12).

Рис. 2.12. Прицепное и навесное оборудование одно­ и двухосных тягачей: а – скрепер; б – землевоз; в – кран; г – цистерна для цемента и жидкостей; д – тяжеловоз; е – крантрубоукладчик; ж – траншейный экскаватор;

з – корчеватель; и – бульдозер; к – рыхлитель; л – погрузчик

Пневмоколесные тягачи обладают высокими тяговой характеристикой, транспортными (до 50 км/ч и более) скоростями, большим диапазоном рабо­ чих скоростей, хорошей маневренностью, что способствует достижению вы­ сокой производительности строительных машин, создаваемых на их базе.

Пневмоколесные тягачи собирают из узлов и деталей серийного произ­ водства тракторов и тяжелых автомобилей при широкой степени унифика­ ции, что делает их конструкцию более долговечной. Мощность дизелей тяга­ чей 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. 2.13, а) состоит из шасси, на котором установлены двигатель 6, силовая передача, два ведущих колеса, кабина и опорно­сцепное устройство. Опорно­сцепное устройство выполнено в виде стойки 2, которая может качаться вокруг продольной горизонтальной оси, закрепленной в раме

113

тягача, что позволяет полуприцепу перекашиваться относительно тягача в вертикальной плоскости.

Соединяется полуприцеп с тягачом вертикальным шкворнем 3. Поворот тягача относительно оси полуприцепа обеспечивается двумя гидроцилиндра­ ми 4 на угол до 90 ° в обе стороны. Оба ведущих колеса являются одновре­ менно и управляемыми. Коробку передач и гидротрансформатор часто мон­ тируют в одном корпусе, что делает конструкцию более компактной. От раз­ даточной коробки через вал 12 приводится в действие один или несколько масляных насосов 5, обеспечивающих работу исполнительных органов полу­ прицепной машины. Управление тягачом и прицепным оборудованием осу­ ществляется гидрораспределителем.1

Рис. 2.13. Одноосный тягач: а) – общий вид; б) – кинематическая схема: 1–гидрораспределитель; 2– опорно­сцепное устройство; 3– шкворень; 4– гидроцилиндр; 5– насос; 6­ двигатель; 7– раздаточная коробка; 8– гидротрансформатор; 9– коробка пере­

дач; 10, 12 – карданные валы; 13 – полуоси; 14– планетарный редуктор

Двухосные тягачи состоят из двух полурам, шарнирно сочлененных между собой. Поворот полурам, так же как и одноосного тягача, осуществляется с помощью двух гидроцилиндров двустороннего действия. Тягачи имеют один или два ведущих моста, одну или две двигательные установки. Силовая пере­ дача к ведущим колесам аналогична рассмотренной выше.

Коробки передач одно­ и двухосных тягачей трехступенчатые при одина­ ковых 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 мотор­колесами с шинами до 3 м в диаметре и шириной более

114

1 м с автоматически изменяющимся в зависимости от дорожных условий дав­ лением воздуха.

Мотор­колесо представляет собой самостоятельный агрегат с гидравличе­ ским 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 мотор­колес 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.

2.3. Специализированные транспортные средства

Специализированные транспортные средства применяют в соответствии с их назначением и видом груза: для перевозки грунта, сыпучих грузов, бето­ нов и растворов, битума, топлива (автомобили­самосвалы, керамзитовозы, ав­ тобетоносмесители, авторастворовозы, автобитумовозы, топливовозы), по­ рошкообразных грузов (автоцементовозы, известковозы), строительных кон­ струкций (панелевозы, фермовозы, плитовозы, сантехкабиновозы), длинно­ мерных грузов (трубовозы, плетевозы, металловозы), строительных грузов в контейнерах (контейнеровозы), технологического оборудования и строитель­ ных машин (тяжеловозы).

Специализированные транспортные средства представляют собой прицепы и полуприцепы к базовым автомобилям и седельным тягачам средней и большой грузоподъемности с разрешенной нагрузкой на одиночную ось 60 и 100 кН (автомобили и тягачи с колесной формулой 6Х2 и 6Х4). Конструкция таких транспортных средств учитывает особенности перевозки и физические свойства грузов, сохранение качества грузов, комплексную механизацию по­ грузки и выгрузки. Главным параметром специализированных транспортных средств принята полная масса транспортного средства с грузом. Использова­ ние специализированного транспорта способствует дальнейшему развитию индустриальных методов строительства, снижению себестоимости перевозок, росту производительности транспортных средств. Ниже приводятся конст­ руктивные схемы и технологические возможности отдельных видов специа­ лизированного транспорта.

Автомобили-самосвалы и автопоезда. Различают автомобили­самосвалы общего назначения и специальные карьерные самосвалы. Автомобили­ самосвалы общего назначения (рис. 2.14) изготовляют на базе серийных гру­ зовых автомобилей (иногда с укороченной базой).

115

Рис. 2.14. Автомобили­самосвалы общего назначения: а) КрАЗ −с кузовом ковшовой формы; б) ЗИЛ− с откидной задней стенкой; 1–двигатель; 2– кузов; 3– гидроподъемник; 4– насос; 5–карданный вал; 6– коробка передач

Их используют для перевозки грунта из котлованов, нерудных строитель­ ных материалов от карьеров, причалов и железнодорожных станций на пред­ приятия строительной индустрии и на сооружаемые дороги. Кроме того, ав­ томобили­самосвалы используют для перевозки асфальтовой массы, строи­ тельного мусора и других навалочных грузов. Загрузка автомобилей­ самосвалов производится обычно экскаватором, погрузчиком или из бункера. Кузов 2 самосвалов прямоугольной, трапециевидной или корытообразной формы делается опрокидным с углом наклона до 60°. Различают самосвалы с задней разгрузкой, т. е. опрокидыванием только назад, с боковой разгрузкой на одну или обе стороны и с трехсторонней разгрузкой.

Опрокидывание кузова осуществляется с помощью гидравлического подъ­ емника, состоящего из одного или двух гидроцилиндров 3 одностороннего действия, питаемых насосной установкой 4, приводимой от двигателя 1 через коробку отбора мощности 6 автомобиля карданными валами 5.

Управление опрокидыванием кузова осуществляется из кабины. При этом положения гидрораспределителя обеспечивают принудительный подъем ку­ зова, фиксирование его на любом уровне и плавное опускание кузова под действием собственной массы, при котором происходит слив масла в бак че­ рез клапан с определенным проходным сечением. Грузоподъемность серийно выпускаемых отечественной промышленностью самосвалов составляет 10...12 т при полной массе автомобиля с грузом 19...23 т. Грузоподъемность специальных карьерных самосвалов достигает 300 т, так как они предназна­ чены для работы вне дорог общей дорожной сети и их осевые нагрузки могут превышать действующие весовые ограничения.

При перевозке массовых грузов применяют автопоезда (рис. 2.15).

116

Рис.2.15. Общий вид автопоезда КамАЗ­5410+ОдАЗ 9370: а)− тягач; б)−прицеп

Использование автопоездов вместо одиночных автомобилей­самосвалов позволяет повысить выработку на среднесписочную машину, снизить расход топлива, уменьшить число водителей. Автопоезда создают на базе автомоби­ лей­самосвалов и унифицированных автомобильных прицепов­самосвалов и полуприцепов­самосвалов к седельным тягачам, имеющим общие конструк­ тивные признаки. Гидроцилиндры прицепов действуют от гидравлической системы базового автомобиля. Автомобили­самосвалы, предназначенные для использования в качестве тягачей, оснащаются стандартными буксирными устройствами, а также гидро,­ пневмо­ и электровыводами для подключения соответствующих систем прицепов. Разгрузка кузовов самосвала и промежу­ точных прицепов ведется на две (боковые), а заднего – на три (боковые и зад­ нюю) стороны. Грузоподъемность автопоезда, выполненного, например, на базе автомобиля с колесной формулой 6Х4 типа КамАЗ, составляет 11 т (пол­ ная масса 19 т), прицепа полной массой 16 т и полуприцепа −25 т.

Конвейеры. В строительстве используют передвижные и стационарные ленточные конвейеры, перемещающие грузы на сравнительно небольшие расстояния.

Передвижные ленточные конвейеры изготовляют длиной 5, 10 и 15 м. Они оборудуются колесами для перемещения вручную или в прицепе к тягачу. Стационарные ленточные конвейеры для удобства монтажа составляют из отдельных секций длиной 2...3 м и общей протяженностью 40...80 м. Ленточ­ ные конвейеры широко используются как транспортирующие органы в кон­ струкциях траншейных и роторных экскаваторов, бетоноукладчиков и дру­ гих машин, где их параметры определяются параметрами основной машины.

Основным транспортирующим и тяговым органом ленточного конвейера (рис. 2.16, а) является бесконечная прорезиненная лента 4, огибающая два ба­ рабана — приводной 6 и натяжной 2.

117

Рис. 2.16. Ленточный конвейер: а − схема конструкции; б − роликоопоры; в) − натяжное устройство; 1– натяжное устройство; 3– загружатель; 5,8 – роликоопоры;

9– редуктор; 10– двигатель

Поступательное движение ленты с грузом создается силами трения, дейст­ вующими в зоне контакта ленты с приводным барабаном. Вращение барабан получает от приводного электродвигателя 10 через редуктор 9. Для увеличе­ ния тягового усилия рядом с приводным барабаном устанавливают откло­ няющий. Верхняя рабочая и нижняя холостая ветви поддерживаются верхни­ ми 5 и нижними 8 роликоопорами. В целях получения наибольшей произво­ дительности конвейеров их верхние роликоопоры делают желобчатой формы, при прохождении по которым лента той же ширины способна нести больше материала по сравнению с плоской (рис. 2.16, 6).

Для предотвращения провисания ленты между роликоопорами, а также для увеличения тягового усилия лента предварительно натягивается посред­ ством винтового или грузового натяжного устройства.

В конвейерах ленты выполняют функции тягового и грузонесущего эле­ мента. Согласно уравнению Эйлера зависимость между натяжением Sнб гибкого тягового органа в точке набегания его на приводной барабан и его натяжением Sсб в точке сбегания с барабана имеет вид

между гибким тяговым элементом и поверхностью барабана; угол обхвата барабана (канатоведущего шкива) гибким тяговым элементом, рад.

При установившемся движении гибкого тягового элемента тяговое (окруж­ ное) усилие на приводном элементе определяется по разности натяжений Sнб и

118

Из этого уравнения следует, что тяговое усилие, сообщаемое гибкому тя­ говому органу, может быть повышено путем увеличения начального натяже­ ния тягового элемента, равного Sсб, угла обхвата или коэффициента трения f между гибким тяговым и приводным элементами.

На ленточных отвальных конвейерах часто применяется инерционная раз­ грузка, при которой материал разгружается в основном за счет сообщаемой ему кинетической энергии и отбрасывается в сторону от машины на значительное расстояние. Это расстояние, так же как и характер траектории движения частиц материала или груза при сходе с конвейера, можно заранее определить. Для системы, изображенной на рис.2.17, соста­

мого груза.

Интегрируя эти уравнения при начальных

Для составления уравнения троектории движения груза после схода с конвейера исключим из первого выражения время t x/vн и подставим его во второе; тогда получим

Эта зависимость представляет собой уравнение параболы. Как видно из схе­

Из выражения (2.3) следует, что дальность отбрасывания груза тем боль­ ше, чем выше его начальная скорость в момент схода его с конвейера и чем больше высота Н или наклон конвейера к горизонту.

При перемещении насыпных грузов на ленточных конвейерах распреде­ ленную массу q грузонесущего элемента находят

q A ,

119

где A площадь поперечного сечения материала, расположенного на длине

1 м.

На рис.2.18 показана схема сил, действующих на верхнюю (груженую) и нижнюю (холостую) ветви тягового элемента, опирающиеся при своем дви­ жении на опоры качения. На прямолинейных участках сопротивления (Н) движению гибкого тягового элемента равны:

для верхней ветви

Wгр q qт gL o cos q qт gL sin ;

для нижней (холостой) ветви

где q, qт распределение массы перемещаемого груза и тягового органа; Lk длина конвейера; o, o суммарные коэффициенты сопротивления движе­ нию для верхней и нижней ветвей тягового элемента; угол наклона кон­ вейера к горизонту.

Сопротивление движению при огибании гибким тяговым элементом при­ водных и направляющих барабанов определяется по формуле, в которой пер­ вым членом определяются сопротивления трения в опорах барабанов, а во втором – сопротивления перегиба гибкого тягового элемента, зависящие от жесткости лент и от сопротивления трения в сочленениях

W Ro dц cж Si 1 Si ,

D

где Ro Si 1 Si sin /2 реакция в опорах барабана, огибаемого гибким тяговым элементом; угол обхвата барабана гибким тяговым элементом; Si 1,Si натяжения в набегающей и сбегающей ветвях гибкого тягового эле­ мента; D,dц диаметр барабана и его цапфы; коэффициент трения в цап­ фах; сж коэффициент жесткости гибкого тягового элемента.

Рис.2.18.Схема для определения сопротивлений движения конвейера: а) − схема сил; б) – схема сил в рабочем положении; в) – угол обхвата шкива

120

Принимая для упрощения о о , получаем

W q 2qт gL o qgH .

Натяжение в отдельных точках гибкого тягового элемента определяют пу­ тем последовательного обхода его замкнутого контура, считая, что натяже­ ние Si 1 в каждой последующей по ходу точке контура равно натяжению Si в предыдущей точке плюс сопротивление Wi­ i 1 междуэтими точками

Si 1 Si Wi i 1 .

Перед расчетом замкнутый контур тягового элемента разбивается на после­ довательные участки, границы которых отмечаны цифра­ ми 1, 2 (см. рис.2.19). Отсчет натяжений начинаем от точки 1 сбегания тягового элемента с приводного барабана; в этой точке натяжение задаем, ис­ ходя из экспериментальных данных, или определяем по формуле, зная допускае­ мое провисание f гибкого тягового элемента между роликами а холостой вет­ ви для ленточных конвейеров

S2 S1 W1 2; S3 S2 W2 3; S4 Sнб S3 W3 4.

Необходимое начальное натяжение гибкого тягового элемента обеспечи­ вается натяжным устройством конвейера, с помощью которого регулируется осевое расстояние между приводным и отклоняющим барабанами. Как вид­