Строительные и дорожные машины. Основы автоматизации

61

Рис. 1.35. Схемы гидроклапанов:

а − шариковый; б −конический; в − золотниковый; 1 −седло клапана; 2 − запирающий элемент; 3 − пружина

Выбор запорного устройства зависит от назначения клапана, величины проходного потока и давления.

Обратные гидроклапаны обеспечивают движение рабочей жидкости только в одном направлении. В другом направлении запирающий элемент гидрокла­ пана плотно прижат к седлу клапана давлением рабочей жидкости. Имею­ щаяся в клапане пружина не препятствует движению жидкости в противопо­ ложном направлении. Она предназначена для правильной посадки запираю­ щего элемента в седле. Обратные гидроклапаны применяют для защиты насо­ сов от резкого повышения давления, вызываемого нагрузками на рабочем ор­ гане, а также для формирования направлений потоков рабочей жидкости в гидролиниях. Их устанавливают последовательно с фильтрами.

Подпиточный клапан является разновидностью обратного гидроклапана, который устанавливают в подводящей гидролинии гидродвигателя или в гид­ рораспределителе. Он обеспечивает заполнение гидролинии рабочей жидко­ стью во избежание кавитации. Подпитка гидродвигателя происходит за счет сил инерции или внешних сил от сливной гидролинии под давлением 0,05...0,5 МПа. Гидрозамки представляют собой управляемые обратные кла­ паны, которые позволяют запирать систему, а при необходимости пропускать жидкость в обоих направлениях. Поэтому они, кроме обратного клапана, включают в себя шток и поршень для управления клапаном. Гидрозамки ус­ танавливают, например, между гидродвигателем и гидрораспределителем, чтобы надежно фиксировать положение рабочего органа.

Регулирующая гидроаппаратура предназначается для изменения расхода или давления рабочей жидкости путем частичного открытия проходных ка­ налов. К регулирующим гидроаппаратам относят гидроклапаны давления (предохранительные и редукционные), дроссели и регуляторы потока рабочей жидкости.

Предохранительные гидроклапаны служат для ограничения давления, вос­ принимаемого гидродвигателем от большой внешней нагрузки. Для этого они пропускают рабочую жидкость из напорной гидролинии в сливную.

Редукционные клапаны (рис. 1.36) используют для поддержания понижен­ ного давления на отдельных участках системы. С.

62

Рис. 1.36. Схема редукционного клапана:

А, С – полости напора и давления; 1– клапан; 2– канал .

Полость А соединена с напорным трубопроводом. Давление в полости А, преодолевая усилие пружины и силу давления в полости С, открывает клапан 1. При этом жидкость из полости высокого давления перетекает в полость низкого давления до тех пор, пока давление в трубопроводе низкого давления не поднимется до определенного значения. После этого давление жидкости через канал 2 сообщится полости

Под действием давления в полости С золотник переместится и перекроет доступ жидкости из линии высокого давления.

Гидродроссели с постоянным или регулируемым гидравлическим сопро­ тивлением служат для регулирования расхода жидкости в гидролиниях. На рис. 1.37 показан регулируемый гидродроссель с обратным клапаном. Он предназначен для ограничения потока жидкости в одном направлении и сво­ бодного пропуска потока в другом. Кроме указанных элементов, объемные гидротрансмиссии включают в себя кондиционеры рабочей жидкости, гидро­ баки, гидроаккумуляторы и гидролинии.

Гидробаки − емкости для хранения, отстоя и охлаждения рабочей жидкости, циркулирующей в гидроприводе. Гидробак сообщается с атмосферой через сапун, представляющий собой воздушный фильтр.

Рис. 1.37. Гидродроссель регулируемый с обратным клапаном: 1 – уплотнение; 2 – тарелка; 3 – пружина; 4 – запорный элемент; 5 – поворотный корпус; 6 – кольцо

со шкалой; 7 – неповоротный корпус.

Гидроаккумуляторы – гидроемкости, служащие для аккумулирования и возврата энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением. Давление в

63

гидроаккумуляторе создается в результате сжатия и расширения рабочего га­ за или упругой деформации пружины.

Гидроаккумуляторы накапливают энергию в периоды частичной недогруз­ ки гидропривода и отдают ее в периоды интенсивной нагрузки гидродвигате­ лей. Они используются также для уменьшения пульсации давления в гидро­ линиях, для восполнения утечек и т. п.

Кондиционеры служат для поддержания чистоты рабочей жидкости и ее температуры в заданных пределах. К ним относятся очистители (фильтры и сепараторы), теплообменники и радиаторы. По качеству фильтрации, обу­ словленному размером и количеством твердых частиц, пропущенных фильт­ рами, последние подразделяют на фильтры грубой очистки (пропускают час­ тицы до 0,1 мм), нормальной очистки (пропускают частицы до 0,01 мм), тон­ кой очистки (пропускают частицы до 0,005 мм) и особо тонкой очистки (про­ пускают частицы до 0,001 мм). В строительных машинах применяют прово­ лочные, сетчатые и бумажные фильтры. Для улучшения фильтрации рабочих жидкостей вместо фильтров стали использовать специальные центрифуги. Как показывает практика, тщательная очистка рабочих жидкостей значитель­ но увеличивает долговечность элементов гидропривода.

Гидролинии состоят из труб, по которым жидкость поступает от насоса к распределительной аппаратуре и гидродвигателям. Жесткие гидролинии вы­ полняют, как правило, из стальных бесшовных труб. Подвижные части с ус­ тановленными на них элементами гидропривода соединяют гибкими рукава­ ми высокого давления. Для предотвращения вытекания жидкости и предо­ хранения ее от загрязнения при разъединении трубопроводов применяют са­ мозапирающиеся соединения с двумя шариковыми клапанами.

К рабочей жидкости в гидроприводе строительных машин предъявляются высокие требования. Она должна быть хорошо смазывающим материалом, не вызывать коррозии металлов, с которыми она контактирует, обладать свойст­ вами, которые не изменяются во время эксплуатации и от температуры. Кро­ ме того, рабочая жидкость не должна образовывать пены и содержать ве­ ществ, выпадающих в осадок, должна быть безопасной в пожарном отноше­ нии и не токсичной. Наиболее полно отвечают этим требованиям масла, по­ лучаемые из низкозастывающих фракций нефти с соответствующими при­ садками: загущающими, антиокислительными, антипенными, противоизнос­ ными, антикоррозионными.

В строительных машинах, работающих при температуре окружающего воздуха 318...228 К, применяют в основном специальные рабочие жидкости: МГ­30 – в качестве летнего сорта для районов с умеренным климатом и все­ сезонного сорта для южных районов страны; ВМГЗ – для всесезонной экс­ плуатации в районах Крайнего Севера и в качестве зимнего сорта в районах с умеренным климатом.

64

Схемы объемного гидропривода зависят от типа строительной машины, характера выполняемых ею операций и технико­экономических показателей. Гидропривод может быть выполнен так, что одновременно могут произво­ диться два или несколько движений гидродвигателей. Для этой цели осуще­ ствляется параллельное или последовательное включение гидродвигателей. Однако более совершенными являются многонасосные системы, в которых каждый насос питает один или группу гидродвигателей. При этом совмеще­ ние движений гидродвигателей, питаемых различными насосами, не вызыва­ ет затруднений. Для более полного и рационального использования мощно­ стей гидрооборудования, установленного на машине, применяют различные регуляторы и системы, позволяющие объединять потоки жидкости, посту­ пающие от насосов к одному из гидродвигателей.

В качестве примера рассмотрим типичную схему двухпоточного объемно­ го гидропривода универсального одноковшового пневмоколесного экскава­ тора (рис. 1.38). Основные механизмы приводятся в движение от двухсекци­ онного автоматически совместно регулируемого аксиально­поршневого насо­ са 1. Потоки рабочей жидкости от секций А и Б насоса 1 питают соот­ ветственно гидрораспределительные блоки 6 и 18 секционного типа с про­ точной разгрузкой насоса и параллельным питанием гидродвигателей, за ис­ ключением рабочей секции золотникового распределителя (ЗР)7, имеющей раздельное от секций (ЗР)4, (ЗР)5 и (ЗР)6 питание за счет использования про­ межуточной секции К04. Если все золотники блока 6 находятся в нейтраль­ ном положении (как показано на рис. 1.38), то поток от секции А насоса объе­ диняется с потоком от секции 5, и блок 18 питается полным потоком от на­ сосной установки. При включении любого из золотников блока 6 потоки жидкости от секции А и Б разъединяются, причем слив из блока 6 направля­ ется в бак, а блок 18 питается только потоком от секции 5. Таким образом, гидромотор 8 поворота платформы может питаться только потоком от секции А, в то время как в управляемый от блока 18 гидромотор 13 передвижения и гидроцилиндры привода рукоятки 10, стрелы 14 и ковша 16 обратной лопаты подается полный поток от секций Л и Б при работе каждого из этих гидро­ двигателей без совмещения с другими операциями.

При включении золотника секции ЗР1, управляющего гидромотором 8, в гидроцилиндры 10, 14 и 16 подается поток жидкости только от секции Б. Зо­ лотник секции ЗРЗ дает возможность совмещать движение рукояти (гидроци­ линдр 10) с движением стрелы (гидроцилиндр 14) или ковша (гидроцилиндр 16) при независимом управлении каждым из совмещаемых движений. Слив от блоков 6 и 18 поступает в бак через золотник 27, который позволяет на­ правлять рабочую жидкость непосредственно в фильтры 25 (при низкой тем­ пературе окружающего воздуха) или через охладитель 26.

65

Рис. 1.38. Двухпоточная схема объемного гидропривода одноковшового пневмоколесного экскаватора

Количество фильтров 25, параллельно установленных в сливной гидроли­ нии, определяется необходимостью обеспечивать минимальное сопротивле­ ние потоку жидкости. Кроме основного сдвоенного насоса 1 в этой системе гидропривода используется еще шестеренный насос 24 постоянной объемной подачи, устанавливаемый на дизеле и питающий через гидрораспределитель 22 следящей системы гидроцилиндр 20 поворота управляемых ходовых ко­ лес. В напорные секции блоков 6 и 18 встроены отрегулированные на рабочее давление предохранительные клапаны, ограничивающие давление в секциях А и Б насоса 1, а также обратные клапаны.

Давление насоса 24 ограничивается предохранительным клапаном 23, а в рабочих линиях гидромоторов привода поворота 8 и хода 13 цилиндров 10 и 14 − клапанами блоков 7, 11, 12 и 15, присоединенными к соответствующим рабочим секциям блоков 6 и 18. Для контроля настройки предохранительных клапанов в напорных линиях насосов установлен манометр 4, который может поочередно подключаться к напорным линиям секций А и Б насоса 1 и насоса 24. Давление в сливной гидролинии контролируют с помощью манометра 5, а температуру рабочей жидкости − преобразователя 2 и указателя 3 температу­ ры.

Схема гидропривода, кроме показанного на рис.1.38, подключения гидро­ двигателей с оборудованием обратной лопаты обеспечивает также работу экскаватора погрузчиком и грейфером. При работе грейфером рабочие гидро­ линии 9 резервной секции ЗР2 используются для управления гидроцилиндром подъема (опускания) верхней части составной стрелы, секция ЗР6— для управления гидроцилиндром 17 челюстей грейфера, а дополнительный гид­ рораспределитель 21— для управления гидроцилиндром 19 поворота грейфе­

66

ра в плане. При этом гидроцилиндр 19 приводится в движение от вспомога­ тельного насоса 24 и управляется секцией ЗР8.

1.7. Ходовое оборудование строительных и дорожных машин

Ходовое оборудование строительных машин состоит из ходового уст­ ройства – движителей, механизма передвижения и опорных рам или осей. По типу применяемых движителей ходовое оборудование делят на гусеничное (рис. 1.39, а), шинноколесное (рис. 1.39, б), рельсоколесное и шагающее (рис. 1.39, в).

Рис. 1.39. Разновидности ходового оборудования строительных машин: а) − гусе­ ничные; б) − пневмоколесные; в) −шагающие; 1– гусеничные; 2– гусеничные с катками; 3– многогусеничные; 4– полужесткие; 5,6– колесные с одним и двумя ведущими мостами; 7– трехосный с 2­мя ведущими осями; 8– трехосный со всеми ведущими осями; 9,10 – многоосные с четырмя ведущими осями; 11– эксцентрик;

12– опора

Движители передают нагрузку от машины на опорную поверхность и пе­ редвигают машины. Механизмы передвижения обеспечивают привод движи­ телей при рабочем и транспортном режимах. У многих строительных машин (землеройно­транспортных, многоковшовых экскаваторов, передвижных кранов и др.) ходовое оборудование участвует непосредственно в рабочем процессе, обеспечивая при этом дополнительные тяговые усилия. Современ­ ные самоходные строительные машины, имеющие массу до нескольких ты­ сяч тонн, предназначены для передвижения в различных дорожных условиях, транспортные скорости у некоторых шинноколесных и рельсоколесных ма­ шин 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, пре­ вышая у некоторых в рабочих режимах их общую массу. Обеспечение ма­

67

шиной необходимых величин давления на грунт, тягового усилия и клиренса (расстояния от поверхности дороги до наиболее низкой точки ходового обо­ рудования) характеризует ее проходимость, т. е. способность передвигаться в разнообразных условиях эксплуатации.

Проходимость машин в существенной степени сказывается на их основ­ ных технико­экономических показателях. Важным показателем ходового оборудования машин является также их маневренность, под которой понима­ ется способность машин изменять направление движения — маневрировать. Маневренность характеризуется радиусами поворота, вписываемостью ма­ шин в угловые проезды и размерами площадки, необходимой для обратного разворота. Для обеспечения разнообразных требований эксплуатации строи­ тельных машин применяют различное ходовое оборудование.

Гусеничное ходовое оборудование (см. рис. 1.39, а). Его широко применя­ ют как для строительных машин малой мощности массой 1...2 т, так и для машин самой большой мощности с массой в сотни и тысячи тонн. Оно обес­ печивает возможность воспринимать значительные нагрузки при сравнитель­ но низком давлении на грунт, большие тяговые усилия и хорошую маневрен­ ность.

Недостатками гусеничного хода являются значительная масса (до 35 % от всей машины), большая материалоемкость, недолговечность и высокая стои­ мость ремонтов, низкие КПД и скорости движения, невозможность работы и передвижения на площадках и дорогах с усовершенствованными покрытия­ ми. Машины на гусеничном ходу передвигаются своим ходом, как правило, только в пределах строительных площадок, к которым их доставляют авто­ мобильным, железнодорожным или водным транспортом. Гусеничное ходо­ вое оборудование может быть двух­ и многогусеничным (рис. 1.39, поз. 3).

Встроительных машинах с массой до 1000 т применяется наиболее простое

иманевренное двухгусеничное оборудование. Для машин большей массы ис­ пользуют сложные многогусеничные системы, у которых число гусениц дос­ тигает 16. По степени приспосабливаемости к рельефу пути различают гусе­ ницы жесткие, мягкие 2, полужесткие и с опущенным или поднятым колесом 4. У жестких гусениц (рис. 1.40) опорные катки 7 непосредственно соедине­ ны 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 при таких гусеницах обычно не превышает 5 км/ч. Для лучшей приспосабливаемости гусениц к неровностям грунта опорные катки объединяют в балансирные тележки (см. рис. 1.38, поз.

2) и вводят демпфирующие пружины или рессоры. Для лучшей работы машины в зимних условиях или в грунтах с низкой несущей способностью и

68

плохим сцеплением на звеньях гусеничной ленты применяют съемные шипы или шпоры.

Рис. 1.40. Конструкция гусеницы:1 – ведущее колесо; 2 – винт; 3 – звено гусеничной лен­ ты;4,7 – поддерживающие и опорные катки; 5 –ходовая рама; 6 – стопор; 8 – несущая балка гусеницы; 9 – натяжное устройство; 10 – направляющее колесо

Привод гусениц осуществляется ведущими колесами. Для зацепления с ве­ дущим 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 рабо­ ты машин на заболоченных грунтах со слабой несущей способностью приме­ няют гусеничное ходовое оборудование с резинометаллическими гусеница­ ми. Такая гусеница выполнена из специальной резиновой ленты, армирован­ ной высокопрочной несущей проволокой с штампованными звеньями. Эта гусеничная лента имеет меньшую массу, лучшую приспосабливаемость к грунтовым условиям и проходимость машины, не нарушает дерновый покров. Тип привода машины и требования к ее скорости и маневренности предопре­ деляют конструкцию механизма передвижения. При одномоторном механи­ ческом 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, выпол­ ненных на базе тракторов, для включения и выключения гусениц служат спе­ циальные фрикционные бортовые муфты сцепления. При включении гусениц в разных направлениях в этом случае достигается разворот машины на месте. Такое качество достигается и при индивидуальном приводе машин, когда ка­ ждая из гусениц приводится в движение отдельным электро­ или гидродвига­ телем, имеющим возможность для разворотов машин на месте включаться в разных направлениях.

Шинноколесное (пневмоколесное) ходовое оборудование (см. рис. 1.39, б).

Оно выполняется обычно двухосным с одной 5 или двумя 6 ведущими осями. Более тяжелые машины выполняются трехосными с двумя 7 или всеми 8 ве­ дущими осями, четырех­ 9 и многоосными 10. Основные достоинства пнев­ моколесного ходового оборудования определяются возможностью развивать высокие транспортные скорости, приближающиеся к скоростям грузовых ав­ томобилей, что придает им большую мобильность, а также большей долго­

69

вечностью 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 4Х2 (см. рис. 1.39, б, поз. 5), 4Х4 (см. рис. 1.38, б, поз. 6), с большим количеством общих и ведущих осей применяются реже — в основном на тяжелых авто­ грейдерах и кранах. С ростом числа приводных колес в ходовом устройстве улучшаются проходимость и тяговые качества машины, но усложняется ме­ ханизм привода передвижения.

Свойства шинноколесного ходового оборудования в значительной степе­ ни зависят от конструкции шин (рис. 1.41). На машине, как правило, устанав­ ливают шины одного типоразмера, поэтому часто на наиболее нагруженных осях устанавливают сдвоенные колеса. Для улучшения проходимости исполь­ зуют шины большого диаметра, широкопрофильные и арочные. При этом проходимость улучшается за счет большей опорной поверхности и развитым грунтозацепам. 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 увели­ чивается, а срок службы шин резко уменьшается.

Рис. 1.41. Типы шин:

(а) − камерные; (б) − бескамерные; (в) − протекторы: 1− для земляных работ; II− то же, в каменных карьерах; III− противобуксующие; IY− универсальные; (г) − арочные

Маркируются шины обычного профиля двумя цифрами через тире (на­ пример, шина 320...508 мм или 12.00—20"). Первое число – ширина профиля шины, второе – внутренний (посадочный на обод) диаметр шины в милли­ метрах или дюймах. В обозначение шины широкого профиля входят три чис­ ла в миллиметрах: наружный диаметр, ширина профиля и посадочный диа­

70

метр обода, например, шина (1500 Х 660 Х 635 мм). Для улучшения проходи­ мости машин, снижения сопротивления передвижению и износа шин в по­ следние годы в строительных машинах стали применять регулирование дав­ ления воздуха в шинах из кабины машиниста.

Вэтом 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 ма­ шин по твердым дорогам давление в шинах повышается, что ведет к сниже­ нию сопротивления движению и увеличению долговечности шин. Указанное регулирование давления в шинах можно автоматизировать с помощью при­ менения микропроцессоров. Срок службы шин может быть увеличен за счет правильного выбора типа шин специальных устройств для соответствующих условий их эксплуатации.

Взависимости от условий работы и скоростей движения машины, опреде­ ляющих динамичность, выбираются и допускаемые нагрузки на колеса. На­ пример, при прочих равных условиях, если нагрузку на колесо при скорости передвижения машины 50 км/ч принять за 100 %, то при скорости продвиже­ ния 8 км/ч нагрузку можно увеличить примерно в полтора раза, а при скоро­ сти, близкой к нулю, увеличить в два раза. Это, например, очень важно для работы пневмоколесных кранов в операциях перемещения их с грузом на стройплощадке. Шинноколесное ходовое оборудование строительных машин может иметь механический, гидравлический, электрический и комбиниро­ ванный приводы колес. Наиболее распространенными являются механиче­ ский, гидромеханический и гидрообъемный приводы. В механических и гид­ ромеханических приводах наиболее распространен привод ведущих колес, объединенных в мосты попарно через дифференциалы. Это обеспечивает вы­ сокие скорости движения без проскальзывания.

Кнедостаткам такого привода следует отнести то, что колеса одного мос­ та могут развивать только равные тяговые усилия, величины которых опреде­ ляются максимальным тяговым усилием колеса, находящегося в худших по сцеплению дорожных условиях. Для устранения этого недостатка при движе­ ниях с низкими скоростями в сложных дорожных условиях применяют уст­ ройства 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 проскальзы­ вают вследствие разности скоростей. При этом увеличиваются расход энер­ гии и износ шин.

Впоследние годы в строительных машинах начали применять индивиду­ альный привод каждого колеса от своего гидро­ или электродвигателя – при­ вод с мотор­колесами. Последнее представляет собой самостоятельный блок, состоящий из двигателя, муфты, планетарного редуктора, тормоза и колеса. Применение гидропривода с давлением от 16 МПа и выше позволяет при