Строительные машины и основы автоматизации

ТРАНСПОРТНЫЕ, ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ И ПОГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫЕ МАШИНЫ

2.1. ГРУЗОВЫЕ АВТОМОБИЛИ, ТРАКТОРЫ, ПНЕВМОКОЛЕСНЫЕ ТЯГАЧИ

Одним из основных этапов технологического процесса совре­менного индустриального городского строительства является дос­тавка к месту производства работ строительных материалов, изде­лий, конструкций и оборудования, осуществляемая транспортными машинами — грузовыми автомобилями и колесными тягачами, при­цепными и полуприцепными специализированными или общего на­значения транспортными средствами. Выбор типа транспортных средств определяется характером и количеством перемещаемых гру­зов, дальностью перевозок, состоянием дорог и временем, отведен­ным на их доставку. Кроме грузоперевозок автомобили, тракторы и тягачи используют как тяговые средства прицепных и полуприцеп - ных строительных машин, а также в качестве унифицированной ба­зы навесных строительных машин — экскаваторов, кранов, погруз­чиков, бульдозеров, скреперов, бурильных и сваебойных установок и т. п. Отдельные узлы автомобилей, тракторов и тягачей использу­ют в строительных машинах.

Грузовые автомобили обладают сравнительно большой скоро­стью передвижения (до 80 км/ч), маневренностью, малым радиусом поворота, могут преодолевать довольно крутые подъемы и спуски, приспособлены для работы с прицепами, полуприцепами общего и специального назначения, а также могут быть оснащены погрузоч­но-разгрузочными механизмами. Различают автомобили общего на­значения и специализированные. К автомобилям общего назначе­ния относят машины с кузовом в виде открытой сверху платформы с бортами, бортовые автомобили повышенной проходимости со всеми ведущими колесами и увеличенным количеством осей, а так­же автомобили-тягачи, оборудованные сцепными устройствами для работы с прицепами, полуприцепами и роспусками.

Грузовые автомобили массового производства имеют единую конструктивную схему и состоят из трех основных частей
(рис. 2.1, а, б): двигателя /, шасси 3 и кузова 2 для гру­за. Кузова бортовых авто­мобилей представляют со­бой деревянную или метал­лическую платформу с от­кидными бортами и пред­назначаются для перевозки преимущественно штучных грузов. Вместе с одноосны­ми прицепами бортовые автомобили применяют для перевозки длинномерных грузов — труб, свай, бре­вен, проката металлов и т. п. Грузоподъемность оте­чественных бортовых авто­мобилей 0,8... 14 т.

На базе стандартных шасси с укороченными базой и задним свесом ра­мы промышленностью вы­пускаются автомобильные тягачи седельного типа (рис. 2.1, в), работающие в сцепе с одно - и двухосными полуприцепами. На раме шасси такого тягача кре­пится опорная плита и седельно-сцепное устройство 4, восприни­мающее силу тяжести груженого полуприцепа и служащее для пере­дачи ему тягового усилия, развиваемого автомобилем. Применение автомобильных тягачей седельного типа с полуприцепами позволя­ет лучше использовать мощность двигателя и значительно увели­чить грузоподъемность автомобиля. Седельные автотягачи способ­ны работать с гружеными полуприцепами массой 4...25 т.

На грузовых автомобилях применяют двигатели внутреннего сгорания — карбюраторные и дизели (наиболее распростране­ны). Шасси состоит из гидромеханической или механической

трансмиссии (силовой передачи), ходовой части и механизмов

управления машиной. Мощность двигателя автомобилей 50... 220 кВт.

Трансмиссия (рис. 2.2) передает крутящий момент от вала дви­гателя 1 к ведущим колесам 8, а также приводит в действие раз­личное оборудование, установленное на автомобиле. В него вхо­дят:

Рис. 2.2. Схемы механических трансмиссий грузовых автомобилей

• постоянно замкнутая дисковая фрикционная муфта (сцепле­ние) 2 для плавного соединения и быстрого разъединения работаю­щего двигателя с трансмиссией;

• ступенчатая коробка передач 3 с переменным передаточным числом для изменения величины крутящего момента, подводимого к ведущим колесам в зависимости от условий движения, обеспече­ния движения автомобиля задним ходом и разъединения работаю­щего двигателя с трансмиссией при длительных остановках ма­шины;

• карданный вал 4, передающий крутящий момент под меняю­щимся углом от коробки передач к подрессоренному заднему мосту;

• главная передача 5 (одинарная или двойная), передающая дви­жение под прямым углом к полуосям 7 и увеличивающая тяговую силу на ведущих колесах;

• дифференциал 6 для распределения крутящего момента между ведущими колесами, обеспечивающий их вращение с различными угловыми скоростями при движении автомобиля на поворотах и по неровной поверхности;

• полуоси (валы) 7, передающие крутящий момент к закреплен­ным на них ведущим колесам 8.

Главную передачу, дифференциал и полуоси, заключенные в ко­жух, называют ведущим мостом.

Грузовые автомобили обозначают колесной формулой АхБ, где А — общее количество колес, Б — число ведущих колес, причем сдвоенные скаты задних мостов считают за одно колесо. Отечест­венная промышленность выпускает бортовые автомобили и седель­ные тягачи: двухосные с колесной формулой 4x2 и 4x4, трехосные с колесной формулой 6x4, 6x6. Автомобили с колесной формулой 4x2 и 6x4 относят к машинам ограниченной (дорожной) проходимости и предназначены для эксплуатации по усовершенствованным и грунтовым дорогам. Автомобили с колесной формулой 4x4 и 6x6 относят к машинам повышенной и высокой проходимости и могут эксплуатироваться в условиях пересеченной местности и бездоро­жья. На рис. 2.2, а показана схема механической трансмиссии авто­мобиля с колесной формулой 4x2, на рис. 2.2, б — с колесной фор­мулой 6x4. У автомобиля с колесной формулой 6x6 (рис. 2.2, в) передний ведущий мост 12 с управляемыми колесами и задние веду­щие мосты 10 приводятся в действие от раздаточной коробки 11 че­рез карданные валы 4.

Составными частями дифференциала (рис. 2.2, г) являются по - луосевые шестерни 15, закрепленные на полуосях 7, сателлиты 13 и коробка 14, на которой закреплена ведомая шестерня главной передачи 5. При прямолинейном движении автомобиля по ров­ной дороге полуоси 7 с шестернями 15 вращаются с одинаковой скоростью, равной скорости вращения коробки 14, а сателлиты остаются неподвижными относительно своих осей. Если одно из ведущих колес будет испытывать большее сопротивление дороги, сателлиты начнут перекатываться по замедлившей свое вращение полуосевой шестерне, при этом вторая полуосевая шестерня за счет вращения сателлитов относительно своих осей начнет вра­щаться быстрее.

В трансмиссии автомобилей, работающих с автономным погру­зочно-разгрузочным оборудованием, самосвальными прицепами и полуприцепами, а также используемых в качестве базы строитель­ных машин, дополнительно включена коробка отбора мощности для привода насосов гидросистемы подъемных механизмов и навес­ного рабочего оборудования. Ходовая часть автомобиля состоит из несущей рамы, на которой монтируются все агрегаты, кузов и каби­на водителя, переднего и заднего мостов с пневмоколесами и упру­гой подвески, соединяющей несущую раму с мостами. Колеса авто­мобилей нормальной проходимости имеют пневматические шины высокого (0,5...0,7 МПа) давления, а автомобилей повышенной про­ходимости — шины низкого (0,17...0,49 МПа) давления с увеличен­ной опорной поверхностью. Механизмы управления объединены в две независимые системы: рулевую — для изменения направления движения автомобиля посредством поворота передних управляемых колес 1 и тормозную — для снижения скорости и быстрой останов­ки машины.

Тракторы применяют для транспортирования на прицепах строительных грузов и оборудования по грунтовым и временным дорогам, вне дорог, в стесненных условиях, а также передвижения и работы навесных и прицепных строительных машин. Они делятся на сельскохозяйственные, промышленные и специальные (для гор­ных, подводных, подземных и других специальных работ). По кон­струкции ходового оборудования различают гусеничные и колесные тракторы. Главным параметром тракторов является максимальное тяговое усилие на крюке, по величине которого (в тс) их относят к различным классам тяги. В строительстве используют тракторы сельскохозяйственного типа классов тяги 1,4; 2; 3; 4; 5; 6; 9; 15 и 25 (по сельскохозяйственной классификации) и промышленного типа классов тяги 10; 15; 25; 35; 50 и 75 (по промышленной классифика­ции). Тракторы промышленного типа по своим конструктивно-экс­плуатационным параметрам наиболее полно соответствуют требо­ваниям, предъявляемым к тяговым средствам и базовым машинам в строительстве. Класс тяги по промышленной классификации озна­чает максимальную силу тяги без догрузки навесным оборудовани­ем на передаче со скоростью 2,5...3 км/ч для гусеничных и

3.. .3.5 км/ч для колесных тракторов, обеспечивающей эффективную работу с землеройным оборудованием.

Пневмоколесные тракторы обладают сравнительно боль­шими (до 40 км/ч) скоростями передвижения, высокой мобильно­стью и маневренностью. Их используют как транспортные машины и как базу для установки различного навесного оборудования (по­грузочного, кранового, бульдозерного и землеройного), применяе­мого при производстве землеройных и строительно-монтажных ра­бот небольших объемов на рассредоточенных объектах. Наиболее эффективно пневмоколесные тракторы используют на дорогах с твердым покрытием. Сравнительно высокое удельное давление на грунт (0,2...0,4 МПа) снижает проходимость машин. Мощность их двигателей 47...220 кВт.

Г усеничные тракторы характеризуются значительным тяго­вым усилием на крюке (не менее 30 кН), надежным сцеплением гусе­ничного хода с грунтом, малым удельным давлением на грунт (0,02...0,06 МПа) и высокой проходимостью. Их скорость не превы­шает 12 км/ч. Мощность двигателей гусеничных тракторов

55.. .600 кВт.

Основные узлы пневмоколесных и гусеничных тракторов — дви­гатель, силовая передача (трансмиссия), остов (рама), ходовое уст­ройство, система управления, вспомогательное и рабочее оборудо­вание. Рабочее оборудование предназначено для использования полезной мощности двигателя при работе трактора с навесными и

механическими, трансмиссиями.

(рис. 2.3, а), средним и задним (рис. 2.3, о). Наибольшее распростра­нение получили гусеничные тракторы с передним расположением двигателя и механическими трансмиссиями. Трансмиссия служит для передачи крутящего момента от вала двигателя к ведущим звез­дочкам гусеничных лент (гусениц), плавного трогания и остановки машины, изменения тягового усилия трактора в соответствии с ус­ловиями движения, изменения скорости и направления его движе­ния, а также привода рабочего оборудования.

В состав механической трансмиссии (рис. 2.4) входят: фрикционная дисковая муфта сцепления 2, коробка передач 3, соединительные валы 5, главная передача 6, механизм поворота с тормозами и бортовые ре­дукторы 9, соединенные с ведущими звездочками 10 гусениц 4. Муфта сцепления и коробка передач выполняют те же функции, что и одно­именные узлы автомобиля. Главная передача (аналогичная автомо­бильной) и бортовые редукторы увеличивают крутящий момент, подводимый от двигателя 1 к ведущим звездочкам гусениц.

На поперечном валу трансмиссии между главной передачей и бортовыми редукторами установлен фрикционный иїіи планетар­ный механизм поворота, предназначенный для изменения направле­ния движения трактора. Наиболее распространенный фрикционный механизм поворота (рис. 2.4, а) выполнен в виде двух постоянно замкнутых многодисковых фрикционных муфт (бортовых фрикцио­нов) 7. При обоих включенных фрикционах ведущие звездочки 10 гусениц вращаются синхронно, что обеспечивает прямолинейное движение машины. Частичным или полным включением одного из фрикционов уменьшают скорость движения соответствующей гусе­ницы, в результате чего происходит поворот трактора в сторону от­стающей гусеницы. На наружные (ведомые) барабаны фрикционов действуют ленточные тормоза 8, осуществляющие торможение от­ключенной от трансмиссии гусеницы для более крутого поворота трактора, а также торможение обеих гусениц при движении тракто­ра на уклонах и затормаживание его на месте.

Прямолинейное движение трактора с планетарным механизмом поворота (рис. 2.4*6) обеспечивается при затянутых тормозах 13 до полной остановки солнечных шестерен 12. При этом водила 14 и вал 11 будут вращаться с одинаковой скоростью. Для поворота тракто­ра необходимо отпустить правый или левый тормоза 13, в результа­те чего один из планетарных механизмов полностью или частично прекратит передавать крутящий момент ведущей звездочке 10 гусе­ницы. Включением тормоза 8 достигается уменьшение радиуса по­ворота трактора. При одновременном включении обоих тормозов 8 обеспечивается снижение скорости или полная остановка машины. Планетарный механизм поворота одновременно выполняет функ­ции редуктора.

Механические трансмиссии серийных гусеничных тракторов, ис­пользуемых в качестве базы строительных машин, передвигающих­ся при работе на пониженных (до 1 км/ч) рабочих скоростях, дообо­рудуются гидромеханическими ходоуменьшителями, состоящими из аксиально-поршневого гидромотора и зубчатого редуктора. Гидро­механические ходоуменыиители позволяют плавно (бесступенчато) регулировать скорость движения машины в зависимости от меняю­щейся внешней нагрузки.

В гидромеханической трансмиссии используется механическая ступенчатая коробка передач и гидротрансформатор, заменяющий муфту сцепления. Гидротрансформатор обеспечивает автоматиче­ское бесступенчатое изменение крутящего момента, а также скоро­сти движения трактора в пределах каждой передачи коробки в зави­симости от общего сопротивления движению машины. Это позволя­ет снизить число переключений передач, повысить долговечность двигателя и трансмиссии, уменьшить вероятность остановки двига­теля при резком увеличении нагрузки.

В электромеханической трансмиссии крутящий момент дизеля передается через постоянно замкнутую фрикционную муфту, кар­данный вал и ускоряющий редуктор силовому генератору, питаю­щему постоянным током тяговый электродвигатель. Крутящий момент якоря тягового электродвигателя передается главной ко­нической передачей планетарным механизмам поворота, борто­вым редукторам и ведущим звездочкам гусеничных лент. Электромеханическая трансмиссия по сравнению с механической и гидромеханической имеет простую кинематику (отсутствует ступенчатая коробка передач) и обеспечивает высокие тяговые качества трактора за счет плавного бесступенчатого регулирова­ния скоростей движения машины в зависимости от нагрузки. Основные недостатки такой трансмиссии — сложность конструк­ции, сравнительно большие габаритные размеры и масса, высо­кая стоимость.

Пне вмоколесные тракторы оснащаются дизелями, меха­ническими и гидромеханическими трансмиссиями. По типу системы поворота различают тракторы с передними управляемыми колеса­ми (рис. 2.5, а), со всеми управляемыми колесами и с шарнирно сочлененной рамой (рис, 2.5, б). Наибо­лее распространены пнев - моколссные тракторы с дизелями, механической трансмиссией и передни­ми управляемыми коле­сами.

Размещение, назначение и устройство основных узлов пневмоко - лесного трактора с механической трансмиссией и передними управ­ляемыми колесами примерно такие же (за исключением рабочего оборудования), как у рассмотренного выше автомобиля. Пневмоко - лесные тракторы с шарнирно сочлененной («ломающейся» в плане) рамой обладают высокой маневренностью, малым радиусом пово­рота и применяются для работы в стесненных условиях. Рама такого трактора (см. рис. 2.5, в) состоит из двух полурам — передней 1 и задней 2, соединенных между собой универсальным шарниром 3. Маневрирование машины производится путем поворота передней полурамы относительно задней вокруг вертикальной оси шарнира на угол до 40° в плане от продольной оси машины с помощью двух гидроцилиндров двустороннего действия. Каждая из полурам опи­рается на ведущий мост с управляемыми колесами. Трансмиссия тракторов с шарнирно сочлененной рамой — механическая и гидро­механическая.

Пневмоколесные тягачи предназначены для работы с различны­ми видами сменного навесного и прицепного строительного обору­дования. По сравнению с гусеничными тракторами они более просты по конструкции, имеют меньшую массу, большую долговеч­ность, дешевле в изготовлении и эксплуатации. Большие скорости тягачей (до 50 км/ч) и хорошая маневренность в значительной мере способствуют повышению производительности агрегатированных с ними строительных машин.

Различают одно - и двухосные тягачи, на которых применяют ди­зели, и два вида трансмиссий — механическую и гидромеханиче­скую. Наиболее распространены тягачи с гидромеханической транс­миссией.

Одноосный пневмоколесный тягач состоит из двигателя, трансмиссии и двух ведущих управляемых колес. Самостоятельно передвигаться или стоять на двух колесах без полуприцепного рабо­чего оборудования одноосный тягач не может. В сочетании с по - луприцепным рабочим оборудованием такой тягач составляет са­моходную строительную машину с передней ведущей осью. Управление сцепом тягач-полуприцеп осуществляется путем пово­рота на 90° вправо-влево относительно полуприцепа с помощью гидроцилиндров двустороннего действия.

Двухосный тягач в отличие от одноосного имеет возмож­ность самостоятельно перемещаться без прицепа, работать в агрега­те с двухосными прицепами при незначительных затратах времени на их смену. Двухосные четырехколесные тягачи имеют один или два ведущих моста и шарнирно сочлененную раму. Схема поворота полурам такая же, как и у пневмоколесного трактора (см. рис. 2.5, в). Гидромеханическая трансмиссия одно - или двухосных тягачей имеет раздаточную коробку, от которой основной крутя­щий момент через гидротрансформатор, коробку передач и соеди­нительные валы сообщается ведущему мосту (или двум мостам). Часть мощности, отдаваемой двигателем через раздаточную короб­ку и карданный вал, может передаваться к исполнительным орга­нам управления рабочим оборудованием. Все агрегаты привода, отбора мощности и трансмиссии ходовой части тягачей унифициро­ваны и могут быть использованы для различных модификаций ма­шин той же или смежной мощности. Мощность дизеля тягача со­ставляет до 880 кВт.

В конструкциях двухосных тягачей применяют гидро - и электро­механические трансмиссии с мотор-колесами.

На базе колесных тягачей, используя различное сменное рабочее оборудование, возможно создание многих строительных и дорож­ных машин (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Различные виды сменного оборудования одноосных и двухосных тягачей:

1 — скрепер; 2 — землевозная тележка; 3 — кран; 4 — цистерна для цемента или жидкосгеіі;

5 — трайлер; 6 — кран-трубоукладчнк; 7 — траншеекопатель; 8 — корчеватель; 9 — бульдозер;

10 — рыхлитель; 11 — погрузчик

Тяговые расчеты. При движении автомобиля, трактора или тяга­ча возникает общее сопротивление движению машины (Н):

W = Wo + Wi,

где Wo — основное сопротивление движению на прямом горизон­тальном участке пути, представляющее собой сумму сопротивлений качению колес (гусениц) и трения в трансмиссии, Н; W,, — дополни­
тельное сопротивление движению на подъеме (со знаком плюс) или на уклоне (со знаком минус), Н.

Такие виды сопротивлений, как сопротивление воздуха, сопро­тивление при движении на криволинейных участках пути и сопро­тивление ускорения при тяговых расчетах средств горизонтального транспорта, используемых на строительстве, обычно не учитывают­ся. При выполнении тяговых расчетов, как правило, пользуются ве­личинами удельных сопротивлений движению w. Значения основно­го удельного сопротивления движению Н’о автомобилей, тракторов, тягачей и прицепов приводятся в справочниках. Значение дополни­тельного удельного сопротивления и1/ на подъеме принимают рав­ным величине уклона пути і (в тысячных долях).

Полное сопротивление движению автомобиля, перевозящего груз (Н):

W = (Са + Gr) (VIо ± W7),

где Ga и Gr — соответственно вес автомобиля и груза, Н.

Для тракторов и пневмоколесных тягачей, буксирующих при­цепы:

W = Gr(w’0 ± и',) + nG„(w'0' ± и’,),

где Gr — собственный вес трактора или тягача, Н; Gn — вес прицепа с грузом, Н; п — число прицепов; w'0 — основное удельное сопротивле­ние движению трактора или тягача; w” — то же, прицепа.

Для движения автомобиля, трактора или тягача необходимы следующие условия:

Fr> W и Ft < GcuФ,

где Fr — сила тяги на ведущих колесах (гусеницах), возникающая в ре­зультате работы двигателя и взаимодействия колес (гусениц) с доро­гой, Н; ССц — сцепной вес, т. е. вес машины с грузом, приходящийся на ведущие колеса (гусеницы), Н; Ф — коэффициент сцепления колес (гу­сениц) с поверхностью дороги, равный 0,3...0,6 для пневмоколесных и 0,5...0,9 для гусеничных машин. Если последнее условие не соблюда­ется, то возникает пробуксовывание колес (гусениц).