Глава 2. энергетическое оборудование

ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ, СТРОИТЕЛЬНЫХ,

ДОРОЖНЫХ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ

СИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ

Разнообразие условий эксплуатации и нагрузочных режимов подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и обору­дования предполагает использование в качестве силового привода широкой номенклатуры двигателей внутреннего сгорания и электри­ческих двигателей. Машины и оборудование, для которых передви­жения на большие расстояния являются частью рабочего цикла, ос­нащаются двигателями внутреннего сгорания: дизельными и карбю­раторными. К их числу относятся машины для земляных работ (за исключением больших карьерных экскаваторов с электрическим при­водом), машины для устройства дорожных покрытий, ремонта и со­держания дорог, инженерных сооружений, дорожной обстановки и прилегающих территорий, бурильные установки на автомобильном шасси, самоходные погрузчики (за исключением части вилочных).

Техника стационарная или перемещающаяся в радиусе несколь­ких десятков метров оборудуется электродвигателями с питанием от аккумуляторных батарей или центральной электросети. Электропри­водом оснащаются подъемно-транспортные машины и механизмы (за исключением самоходных стреловых кранов и самоходных фрон­тальных погрузчиков), машины для добычи и переработки каменных материалов (в том числе, пневматические механизмы, питающиеся от компрессоров с электроприводом), оборудование для работы с цементом и битумом и изготовления цементе- и асфальтобетонов.

Двигатели внутреннего сгорания.Для привода самоходных ма­шин со значительной долей транспортных операций в рабочем цикле используются дизельные или карбюраторные двигатели. К их преимуществам относятся независимость от посторонних источ­ников энергии, высокая удельная (на единицу массы) мощность, относительно высокий КПД и надежность, а к общепризнанным недостаткам - шум, токсичность выхлопа и нарушение теплового баланса окружающей среды.

Области использования дизельных и карбюраторных двигате­лей определяются их техническими особенностями. Традиционно считается, что для карбюраторного двигателя характерны повы-

шенные удельная мощность и частота вращения, меньший кру­тящий момент, более устойчивая работа при переменной нагрузке. В силу этого их применяют на машинах, работающих с большими скоростями и меньшими рабочими нагрузками. Дизельные двига­тели развивают больший крутящий момент, работают при мень­ших угловых скоростях и на более дешевом топливе, но они тяже­лее, дороже из-за точной топливной аппаратуры, хуже переносят резкие колебания нагрузки и сложнее в обслуживании.

Энергетический кризис 70-х гг. XX в. заставил весь мир сделать выбор в пользу более дешевого дизельного топлива. В последую­щие годы усилия конструкторов и технологов позволили значи­тельно повысить удельную мощность, шумо- и вибробезопасность дизельных двигателей, а также упростить их обслуживание и ре­монт, вплотную приблизив их по этим показателям к карбюратор­ным двигателям. Это привело к широкому использованию дизель­ных двигателей практически во всем спектре мощностей и рабочих скоростей, характерных для погрузочных, строительных, землерой­ных, дорожных и коммунальных машин.

Основная доля действующего парка отечественных коммуналь­ных машин базируется на грузовых автомобилях с карбюраторны­ми двигателями, но в последние годы начался массовый их пере­вод на дизельные двигатели. Строительные, землеройные и дорож­ные машины, базирующиеся на оригинальных шасси, традицион­но оборудуются дизельными двигателями. До конца 60-х гг. XX в. для этих целей использовались длиноходовые и низкоскоростные тракторные дизели, а с началом массового производства коротко-ходовых транспортных дизелей их начали устанавливать и на до-рожно-строительные машины. Анализ характеристик современных бульдозеров, скреперов, автогрейдеров, экскаваторов, трубоуклад­чиков, пневмоколесных и гусеничных погрузчиков свидетельству­ет, что наиболее широко используются четырех- и шестицилинд­ровые дизельные двигатели мощностью от 60 до 120 кВт и часто­той вращения от 1 850 до 2 100 мин"¹. Этот факт отражает техни­ческую политику производителей в области энерговооруженности машин и оборудования, характерную для 90-х гг. XX в. Конечно, не следует считать, что такое положение будет оставаться неизмен­ным. Например, за 1970-1996 гг. мощность двигателей одноков­шовых полноповоротных экскаваторов выросла в среднем на 20 %, а их частота вращения выросла до 2000...2200 мин'¹. В последние годы на землеройные машины стали устанавливать менее скорост­ные двигатели, отличающиеся повышенным крутящим моментом и большей долговечностью. Таким образом, в ближайшие годы сер­висные и ремонтные службы, отвечающие за работу строительной, Дорожной и коммунальной техники, будут сталкиваться с обслужи­ванием и ремонтом двигателей предыдущего и нового поколений, характеристики которых лежат в диапазонах указанных значений.

Условия работы двигателей погрузочных, строительных, дорож­ных и коммунальных машин отличаются сильной запыленностью окружающего воздуха, широким диапазоном изменения его тем­пературы, влажности и давления, частыми и быстрыми перехода­ми от пиковых нагрузок к холостым, и наоборот, удаленностью машин от сервисных центров и складов запчастей.

Наибольший уровень запыленности отмечается при совместной работе погрузчика с бульдозером, разрабатывающим грунт. Затем, в порядке убывания количества пыли, образующейся при работе, следуют бульдозеры, погрузчики, скреперы, корчеватели, прицеп­ные грейдеры, автогрейдеры и пневмоколесные катки.

Средняя запыленность воздуха в зависимости от типа машин, г/м³

Гусеничные бульдозеры............................................................................... 0,70

Пневмоколесные погрузчики.......................................................................... 0,60

Самоходные скреперы................................................................................... 0,53

Гусеничные корчеватели................................................................................ 0,31

Прицепные грейдеры...................................................................................... 0,31

Автогрейдеры................................................................................................. 0,24

Самоходные пневмокатки ....,................................................................. 0,23

На запыленность окружающего воздуха влияет не только рабо­чее оборудование и характер рабочего цикла, но и тип ходового устройства - гусеничный или пневмоколесный. Более «пылящим» и, кстати, более опасным для почвенного слоя является стандартный гусеничный ход, так как траки с грунтозацепами сильнее поврежда­ют опорную поверхность при маневрировании и буксовании.

Грунтовая пыль, попадая в цилиндры и топливную аппаратуру, способна быстро вывести их из строя, поэтому для надежной рабо­ты двигателя важно оснащение его системами очистки воздуха, топ­лива и смазочных материалов и регулярное и своевременное об­служивания этих систем.

Мощность и топливная экономичность двигателя заметно меня­ются при колебаниях температуры, влажности и давления окружаю­щей среды. При низкой температуре воздуха, поступающего в цилин­дры, топливо хуже испаряется, часть его конденсируется на стенках цилиндра, смывая смазку и ускоряя износ, больше энергии требуется для подогрева смеси до температуры воспламенения, более интенсив­на отдача тепла в атмосферу. Кроме того, больше времени и топлива затрачивается при запуске двигателя и на поддержание рабочей тем­пературы в процессе работы, особенно, на высоких транспортных скоростях. Низкие температуры требуют применения более качествен­ного топлива: без примесей воды - для бензина, парафинов и воды -для дизельного топлива. Все это приводит к удорожанию эксплуата­ции при одновременном снижении мощности и долговечности двига­теля. Избежать некоторых отрицательных последствий эксплуатации двигателей при очень низких температурах можно:

храня технику в теплых помещениях;

применяя посторонние и встроенные системы предпускового по­догрева, системы электрозапуска от внешних источников энергии;

используя дополнительную теплоизоляцию моторного отсека;

используя специальные присадки к дизельным топливам и бензинам.

Вместе с тем, следует отчетливо представлять, что зимняя эксп­луатация двигателя неизбежно влечет ее удорожание. Чрезмерно высокая температура окружающего воздуха не менее неблагопри­ятна для двигателей внутреннего сгорания: уменьшается наполне­ние цилиндров воздухом, снижается вязкость смазок, ухудшаются условия охлаждения двигателя. Кроме того, горюче-смазочные материалы подвергаются ускоренному старению уже в заправоч­ных емкостях машин.

Повышенная влажность атмосферного воздуха также отрица­тельно сказывается на эффективности работы двигателя. Увеличен­ное содержание водяного пара в воздухе снижает количество кис­лорода, попадающего в камеру сгорания, и количество топлива, испаряющегося в ее объеме, а также требует дополнительного теп­ла на подогрев водяного пара. Кроме того, влага, конденсируясь и смешиваясь с отработанными газами, образует агрессивные жид­кости, ускоряющие коррозию металлических деталей двигателя. Предотвратить падение мощности и ускоренный износ агрегатов двигателя из-за высокой влажности воздуха может его предвари­тельное осушение, но пока применение осушительных устройств на двигателях не носит массового характера.

Существенное влияние на мощность двигателя оказывает атмос­ферное давление, зависящее от высоты над уровнем моря: чем оно ниже, тем более разрежен воздух и тем меньшее его количество по­падает в цилиндры двигателя при всасывании, следовательно, мень­шее количество топлива сгорит за один рабочий ход поршня и дви­гатель в целом разовьет меньшую мощность, а часть несгоревшего топлива будет выброшена в атмосферу.

Мощность, развиваемая дизельным двигателем при работе в горах (в процентах к номинальной)

Высота над уровнем моря, м:

Более 97

1500...2300..........................

2300... 3000...

3000...3800............................................................................................... 81

3800...4600................................................................................................ 73

Пониженное атмосферное давление также ухудшает условия охлаждения двигателя. В значительной степени свободны от этого порока или менее подвержены ему двигатели с турбонаддувом и электронным управлением впрыска топлива.

Колебания нагрузки, выражающиеся в нерегулярном чередовании максимальных и минимальных сопротивлений на валу двигателя, спо­собны заметно снизить мощность и топливную экономичность дви­гателя. Сами по себе такие колебания неизбежны и предопределены многооперационным характером работы машин и случайными свой­ствами среды, с которой они взаимодействуют. Влияние неравно­мерности нагрузки на работу двигателей хорошо известно (табл. 2.1). При предварительных расчетах падение мощности двигателя из-за неустановившейся нагрузки оценивается примерно в 10%.

Таблица 2.1