Транспортные машины: классификация, технические характеристики, область применения в строительстве, тяговые расчеты
Изучение конструкций и тяговый расчет
Транспортных машин
1. Цель работы. Ознакомиться с общими сведениями и классификацией транспортных машин (грузовые автомобили, тракторы, пневмоколесные тягачи), их основными техническими характеристиками, областью применения в строительстве. Выполнить тяговые расчеты и определить производительность транспортных средств при перевозке строительных грузов.
Транспортные машины: классификация, технические характеристики, область применения в строительстве, тяговые расчеты
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 полуприцепных 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 по назначению делят на автомобили общего назначения; автомобили-самосвалы; автомобили специализированные.
По грузоподъемности автомобили классифицируют: малой грузоподъемности - 0,75...2 т; средней - 2,5...5; большой - 5...10; особо большой - свыше 10 т.
В зависимости от типа двигателя различают автомобили карбюраторные, дизельные и газотурбинные. Преимущественное распространение получили дизельные двигатели. Газотурбинные двигатели устанавливают на автомобилях особо большой грузоподъемности.
Главным параметром автомобиля, определяющим конструкцию его основных узлов, является нагрузка на ведущий мост. Для дорог с обычным и усовершенствованным покрытием допускаемая нагрузка на ось соответственно 60 и 100 кН.
Для обозначения грузовых автомобилей используют колесную формулу, состоящую из двух цифр: первая - количество колес, вторая - количество ведущих колес (двойные скаты считаются за одно колесо). Обычный грузовой автомобиль имеет формулу 4×2, трехосный с двумя ведущими осями - 6×4, трехосный с тремя ведущими - 6×6.
Грузовые автомобилиобладают 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.
К грузовым автомобилям общего назначения относятся грузовые автомобили с кузовом в виде открытой платформы и бортами (рис. 1, а), автомобили повышенной проходимости со всеми ведущими колесами (рис. 1, б), автомобили-тягачи (рис. 1,в),оборудованные прицепами, полуприцепами и роспусками.
Автомобиль или автомобиль-тягач в сцепе с прицепом или полуприцепом называют автопоездом.
Грузовые бортовые автомобили общего назначения используют для транспортных перевозок штучных и насыпных грузов по дорогам с твердым покрытием и по усовершенствованным грунтовым дорогам. Вместе с одноосными прицепами бортовые автомобили можно применять для перевозки длинномерных грузов - труб, свай, бревен, проката металла и т. д.
Современный грузовой автомобиль общего назначения включает в себя двигатель 1,шасси 4,кабину 2 и кузов 3 (рис. 1, а).
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 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. 1, в), работающие сцепе с одно- и двухосными полуприцепами. На 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 внутренней сгорания - карбюраторные и дизели (наиболее распространены). Мощность двигателя автомобилей 50…220 кВт.
Шасси состоит из гидромеханической или механической трансмиссии (силовой передачи), ходовой части, механизмов управления машиной.
Трансмиссия (рис. 2) передает крутящий момент от вала двигателя 1 к ведущим колесам 8, а также приводит в действие различное оборудование, установленное на автомобиле.
Втрансмиссию входят:
• 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 А×Б.В, где А - общее количество колес, Б - число ведущих колес, причем сдвоенные скаты задних мостов считают за одно колесо, В - третья цифра "2" указывает, что ведущая задняя ось (оси, тележка) имеет двухскатную ошиновку, а цифра "1" указывает, что все колеса односкатные.
Отечественная промышленность выпускает бортовые автомобили и седельные тягачи: двухосные с колесной формулой 4×2.2 и 4×4.1, трехосные колесной формулой 6×4.2, 6×6.1.
Автомобили с колесной формулой 4×2 и 6×4 относят к машинам ограниченной (дорожной) проходимости и предназначены для эксплуатации по усовершенствованным грунтовым дорогам.
Автомобили с колесной формулой 4×4 и 6×6 относят к машинам повышенной и высокой проходимости и могут эксплуатироваться в условиях пересеченной местности и бездорожья.
На рис. 2, а показана схема механической трансмиссии автомобиля с колесной формулой 4×2, на рис. 2, б - сколесной формулой 6×4.
У автомобиля с колесной формулой 6×6 (рис. 2, в) передний ведущий мост 12 суправляемыми колесами и задние ведущие мосты 10 приводятся в действие от раздаточной коробки 11 через карданные валы 4.
Составными частями дифференциала (рис. 2, г) являются полуосевые шестерни 15, закрепленные на полуосях 7, сателлиты 11 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 полуприцепами, а также используемых в качестве базы строительных машин, дополнительно включена коробка отбора мощное 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.
Тракторыприменяют 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.
Тракторы 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 З...3,5 км/ч для колесных тракторов, обеспечивающей эффективную работу с землеройным оборудованием.
Гусеничные 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 прицепными машинами. К рабочему оборудованию относят прицепное устройство, валы отбора мощности, приводные шкивы и гидравлическую навесную систему.
Гусеничные тракторы оснащают дизелями с механическими, гидромеханическими и электромеханическим трансмиссиями.
Расположение двигателя может быть передним, средним и задним. 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. 3) входят: фрикционная дисковая муфта сцепления 2,коробка передач 5, 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 или планетарный механизм поворота, предназначенный для изменения направления движения трактора. Наиболее распространенный фрикционный механизм поворота (рис. 3, 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. 3, б)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, врезультате 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 ходоуменьшители 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.
Пневмоколесные тракторы оснащаются дизелями, механическими и гидромеханическими трансмиссиями. По типу системы поворота различают тракторы с передними управляемыми колесами (рис. 4, а), со всеми управляемыми колесами с шарнирно сочлененной рамой (рис, 4, 6). Наиболее распространены пневмоколесные тракторы с дизелями, механической трансмиссией и передними управляемыми колесами.
Размещение, назначение и устройство основных узлов пневмоколесного трактора с механической трансмиссией и передними управляемыми колесами примерно такие же (за исключением рабочего оборудования), как у рассмотренного выше автомобиля. Пневмоколесные 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. 4, 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 отпирается на ведущий мост с управляемыми колесами. Трансмиссия тракторов с шарнирно сочлененной рамой - механическая и гидромеханическая.
_
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.
В состав механической трансмиссии колесного трактора (рис. 5, б)входят фрикционная муфта сцепления 2, карданный вал 3, коробка перемены передач 4, главная передача 5, дифференциал 6, механизм блокировки дифференциала 10, тормоза 7 и конечные передачи 8, передающие вращение пневматическим колесам 9. Сцепление, коробка передач, главная передача, дифференциал и механизмы его блокировки имеют то же назначение, что и у автомобиля. Конечная передача 8 предназначена для повышения крутящего момента, передаваемого от главной передачи 5 к ведущим колесам 9, и представляет собой цилиндрические зубчатые колеса.
По типу системы поворота различают тракторы с одной управляемой осью,с бортовым поворотом и с шарнирно-сочлененной рамой. Реже встречаются машины с двумя синхронно или автономно управляемыми осями.
Машина с бортовым поворотом осуществляет поворот так же, как гусеничные тракторы: торможением колес одной стороны борта или противоположным движением колес разных бортов. Эти машины имеют короткую базу, весьма компактны и манёвренны - разворачиваются на месте. Однако они отличаются повышенным износом шин в результате юза колес при повороте, а короткая база ограничивает транспортную скорость до 20 км/ч; Поэтому бортовой поворот применяют исключительно на малогабаритных машинах небольшой мощности, где нужна хорошая манёвренность.
Хорошую манёвренность имеют и тракторы с шарнирно-сочлененной рамой, однако шарнирное сочленение рамы снижает устойчивость машины на поворотах.
Пневмоколесные тягачи и самоходные шасси специально приспособлены для работы с различными видами специального навесного, прицепного строительного и коммунального оборудования. Они обладают высокой тяговой характеристикой (до 300 кН), большим диапазоном рабочих и транспортных (до 50 км/ч) скоростей, хорошей маневренностью. Мощность устанавливаемых на них двигателей достигает 900 кВт.