Основные направления развития строительной

И дорожной техники

На современном этапе в развитии строительного и дорожного машиностроения есть основные направления.

1. Обеспечение выпуска машин для комплексной механизации работ.

Такие системы машин созданы. В настоящее время достигнут высокий уровень комплексной механизации работ. По земляным работам он составляет 98,2%, по дорожным - 96%.

2. Повышение вместимости рабочих органов, грузоподъемности и мощности машин.

К настоящему времени средняя вместимость ковша одноковшовых экскаваторов увеличилась на 14%, скреперов на 60%; грузоподъемность автомобильных кранов на 20%, кранов на гусеничном ходу на 3%; мощность бульдозеров возросла на 47%, автогрейдеров на 50%.

Производство мощных бульдозеров на гусеничном ходу тягового класса 25 тс увеличилось в 3,8 раза. Это позволило увеличить объем выполняемых работ при одновременном сокращении численности личного состава. Выпускаются пневмоколесные гидравлические краны грузоподъемностью 63 и 100 т.

На вооружение дорожных войск поступают экскаваторы ЭОВ-4421 с вместимостью ковша 0,65 м³ и гидроприводом вместо экскаватора

Э-305БВ с ковшом 0,4 м³ и канатно-блочным приводом; автомобильные краны грузоподъемностью 10 и 16 т с гидроприводом.

3. Увеличение транспортных и рабочих скоростей машин, повышение их проходимости и маневренности.

Предусматривается значительное увеличение производства машин на мощных пневмоколесных тягачах тягового класса от 6 до 25 тс, имеющих транспортные скорости до 45-50 км/ч.

Применение самоходных скреперов со всеми ведущими колесами увеличит их скорость и проходимость.

Автогрейдеры, бульдозеры и другие машины будут выпускаться с шарнирно сочлененной рамой, что повысит маневренность машин.

4. Использование прогрессивных типов приводов.

Гидропривод стал основным типом привода на экскаваторах, кранах, бульдозерах, скреперах, автогрейдерах и других машинах. Например, при переводе на гидропривод одноковшовых экскаваторов вместимость ковшей и производительность увеличиваются на 25-60% при снижении массы машины в среднем на 35-40%. Гидропривод облегчает работу машинистов, позволяет более точно выдерживать проектные отметки, что снижает объем работ, выполняемых вручную. Все большее применение получают гидромеханические трансмиссии, включающие гидромуфты и гидротрансформаторы, позволяющие обеспечить бесступенчатое изменение скорости движения машин или их рабочих органов при изменении нагрузки.

5. Дальнейшее внедрение средств автоматизации в управлении машинами.

За последние годы получило широкое распространение применение автоматики на строительных и дорожных машинах. На автогрейдерах применяются автоматические системы установки отвала типа «Профиль», на бульдозерах и асфальтоукладчиках - системы «Стабилоплан» и «Стабилослой». Большая номенклатура машин (автомобильные краны, асфальтоукладчики, бетоносмесительные и асфальсмесительные установки) выпускаются с системами автоматической защиты и управления.

Планируется осуществить переход на второе поколение приборов, основанных на электронной технике и обладающих существенными преимуществами по сравнению с приборами первого поколения. Такие приборы уже созданы. По своей конструкции отечественные приборы проще зарубежных и обладают высокой надежностью и лучшей ремонтопригодностью.

6. Повышение универсальности машин путем увеличения видов сменного рабочего оборудования.

Предусматривается выпуск более 20 видов различного сменного оборудования к одноковшовым экскаваторам, в том числе гидравлических молотов для разработки мерзлых и скальных грунтов, уплотнения грунтов в обратных засыпках, разрушения дорожных покрытий и других крепких материалов. Применение на бульдозерах и автогрейдерах рыхлителей значительно увеличит возможности этих машин.

7. Увеличение выпуска машин для скоростного строительства магистральных автомобильных дорог.

В настоящее время в дорожном строительстве применяют комплекты машин ДС-110. Производительность одного комплекта составляет 1-1,5 км дороги высшего класса за одну смену, что в 10 раз выше, чем у рельсовых комплектов машин. Применение машин типа ДС-110 существенно ускоряет темпы строительства и улучшает качество работ.

8. Улучшение условий работы машинистов (водителей), облегчение управления машинами.

Повысится комфортабельность кабин за счет их большей герметизации, применения систем кондиционирования воздуха, вентиляции и отопления. Будут применяться кабины с широким обзором, регулируемые сиденья с амортизацией.

9. Расширение номенклатуры и повышение качества ручного механизированного инструмента, увеличение выпуска вибробезопасных ручных машин и электроинструмента с двойной изоляцией.

Глава 2. ПРИВОДЫ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ДОРОЖНО-МОСТОВОЙ ТЕХНИКИ

2.1. Приводы дорожно-мостовой техники

Привод строительной машины - совокупность силового оборудования, трансмиссии и систем управления, обеспечивающих приведение в действие механизмов машины и рабочих органов.

Требования к приводу машины определяют особенности технологии производства работ, условий эксплуатации и режима ее нагружения. От технологии зависит последовательность включения и реверсирования механизмов, совмещение их действия; работа отдельных машин в составе комплексов требует постоянной готовности их к действию.

Условия эксплуатации машины (работа на открытом воздухе в любое время года и суток на резко пересеченной местности, с различными климатическими и грунтовыми условиями и зачастую вдали от населенных пунктов) определяют требования высокой надежности всех механизмов машины, возможности работы при кратковременных перегрузках, простоты технического обслуживания и ремонта, работоспособности при больших поперечных и продольных уклонах рельефа и в условиях бездорожья, а также независимости от внешних источников энергии. Из-за необходимости частой и быстрой переброски машин с одного места на другое различными видами транспорта они должны быть компактными, иметь малую массу, быстро переводиться из транспортного положения в рабочее и наоборот, а также должны быстро разбираться и собираться. Затраты энергии на единицу вырабатываемой продукции должны быть минимально возможными.

На дорожно-мостовой технике используют три основных вида привода: механический, гидравлический, электрический. Приводы могут быть также комбинированными – электрогидравлические или гидромеханические. В качестве силовых установок на машинах применяют двигатели внутреннего сгорания (чаще всего дизельные) и электродвигатели постоянного или переменного тока.

По количеству двигателей различают одномоторные и многомоторные приводы, которые иногда называют групповыми или индивидуальными. В индивидуальном приводе для каждого механизма имеется своя силовая установка, в групповом все механизмы или отдельные группы приводятся в действие от одной силовой установки. Индивидуально-групповой привод является комбинацией этих двух видов.

Мощность силовой установки рационально используется в тех случаях, когда с увеличением или уменьшением внешней нагрузки привод обеспечивает соответствующее изменение моментов с одновременным изменением рабочих скоростей.

Режим нагрузки силовых установок машин является, как правило, неустановившимся, то есть носит переменный характер. Нагрузка колеблется непрерывно в течение рабочего цикла. Особенно изменяются нагрузки силовых установок у одноковшовых экскаваторов, скреперов и бульдозеров.

При работе двигателей на неустановившихся режимах нагрузки снижается их мощность, ухудшается топливная экономичность и уменьшается срок службы. Механическая или внешняя характеристика привода выражает зависимость скорости перемещения рабочего органа от момента или усилия на нем.

На рис. 2.1 показаны внешние характеристики различных видов приводов. Если с увеличением нагрузки на рабочем органе незначительно снижается скорость движения последнего, то характеристику привода называют жесткой (кривая 1-1'). В этом случае мощность, отбираемая от силовой установки, непостоянна – она зависит от нагрузки. Силовая установка при этом сильно перегружается. Регулирующие возможности такого привода ограничены. Применять привод с жесткой характеристикой целесообразно при устойчивом режиме работы механизма без частых перегрузок или применении силовой установки с соответствующим запасом мощности.

а б

Рис. 2.1. Внешние характеристики:

а – приводов; б – силовых установок; 1 – электродвигатели постоянного тока с параллельным возбуждением; 2 – дизельный двигатель с регулятором; 3 - трехфазный асинхронный двигатель; 4 – электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением

При мягкой характеристике (кривая 2-2') с ростом нагрузки резко уменьшается частота вращения вала двигателя, она может стать равной нулю при значительной величине усилия или момента на рабочем органе. Привод будет работать в стопорном режиме.

Идеальной по иcпoльзованию мощнocти силовой установки является такая внешняя характеристика привода, которая при любом изменении внешних нагрузок обеспечивает постоянство потребляемой мощности (кривая 3-3'). В диапазоне больших скоростей она является мягкой, а при малых скоростях – жесткой. Такие характеристики необходимы для бульдозеров, грейдер-элеваторов, машин для подготовительных работ и др. Рациональная для одноковшовых экскаваторов характеристика (кривая 4-4') обеспечивает жесткость до предельного значения момента или усилия, после которого она становится мягкой и дает возможность приводу перейти в стопорный режим. Таким образом, при мягких характеристиках привод имеет свойство саморегулироваться, то есть автоматически снижать частоту вращения при перегрузке, соответственно увеличивая величину передаваемого крутящего момента, или увеличивать скорость при снижении нагрузки, повышая тем самым производительность машины. В дорожно-мостовой технике наиболее целесообразны такие приводы, которые обеспечивают максимальное использование установленной мощности при высоком КПД, имеют мягкую характеристику, хорошо воспринимают динамические нагрузки, а также такие, которыми легко управлять.

Реальные механические характеристики распространенных типов силовых установок показаны на рис. 2.1, б. При изменении крутящего момента на валу дизельного двигателя на 50-60% незначительно изменяется частота вращения; у карбюраторного же двигателя она практически не изменяется, то есть эти силовые установки имеют жесткую характеристику. Иная картина наблюдается у дизеля с гидротрансформатором и электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением, когда с ростом нагрузки от нуля до максимума частота вращения изменяется от минимального значения до нуля.

В дорожно-мостовой технике силовым оборудованием являются дизельные двигатели внутреннего сгорания со следующим рядом мощностей: 12-16, 30-40, 50-55, 65-80, 120-135, 175-220, 275-320, 440-880 кВт.

Для этих машин применяют двигатели внутреннего сгорания как с непосредственной механической передачей на исполнительные механизмы рабочих органов, так и с различными преобразователями, которые обеспечивают защиту двигателей и всех конструкций машин от внешних перегрузок. Преобразователи целесообразно применять тогда, когда внешние характеристики двигателей внутреннего сгорания не соответствуют режиму работы машин.

К преимуществам двигателей внутреннего сгорания относятся независимость их от источника внешнего питания, относительно высокий КПД (у дизелей 25-37%), малая масса на единицу мощности (3-5 кг/кВт), небольшой расход горючего (0,22-0,25 кг/кВт∙ч). К недостаткам двигателей внутреннего сгорания следует отнести невозможность реверсивной работы, малый предел регулирования скорости на одной передаче, высокую стоимость эксплуатации, жесткие требования к качеству топлива.

На некоторых машинах устанавливают электрические или комбинированные дизель-электрические приводы. Силовой установкой такого привода является генератор, питаемый от внешней сети, или агрегат, сочетающий дизельный двигатель с генератором. Генераторы питают током электродвигатели постоянного или переменного тока, приводящие исполнительные механизмы рабочего оборудования.

Двигатели переменного тока просты в управлении, надежны и удобны в эксплуатации, могут выдерживать кратковременно большие перегрузки. Существенный недостаток электропривода с двигателями переменного тока состоит в том, что он фактически не может саморегулироваться. Применение же сопротивлений для смягчения характеристики приводит к большим потерям энергии и увеличению массы привода. Для регулирования скоростей применяют различные варианты, например систему электропривода с тормозным генератором постоянного тока, сочлененным с валом двигателя. По этой схеме момент тормозного генератора регулируют изменением тока возбуждения и величины сопротивления в цепи якоря.

В электрических приводах некоторых машин применяют асинхронные крановые электродвигатели трехфазного тока напряжением 220 и 380 В с короткозамкнутым ротором при мощности от 7 до 8 кВт или с контактными кольцами при большей их мощности. Двигатели с короткозамкнутым ротором удобны в управлении, но для их пуска требуется большой ток (пусковой момент) и у них невозможно регулировать скорость. Поэтому такие двигатели применяют только для привода лебедок с небольшим усилием и вспомогательных механизмов.

Двигатели с контактными кольцами удовлетворительно работают при частых пусках в торможениях, у них можно регулировать частоту вращения. Управляют такими двигателями вручную (контроллером) или автоматически при помощи магнитных (контакторных) станций.

Электродвигатели постоянного тока можно считать наиболее приемлемыми для приводов машин с тяжелым режимом работы. Несмотря на то, что масса и габаритные размеры таких приводов в 1,5-2,5 раза больше любых других, на некоторых машинах устанавливают многомоторные приводы по схеме «генератор-двигатель». Режим работы генератора при этом хорошо согласовывается с характеристикой приводного двигателя; полностью используется мощность силовой установки даже при изменении нагрузок в широком диапазоне. Этот привод обеспечивает бесступенчатое регулирование скорости (см. рис. 2.1).

Преимущества электропривода следующие: постоянная готовность к работе, простота конструкции, пуска, управления и реверсирования, высокий коэффициент полезного действия, возможность удачной компоновки, получение мягкой характеристики, дистанционное управление, а также относительно малые размеры и масса. К недостаткам электропривода относятся зависимость от источника энергии и большая стоимость комбинированного привода.

На дорожно-мостовой технике в последние годы широко применяют гидравлические приводы. Они являются вторичными, так как получают энергию от насосов, приводимых в движение электродвигателями или двигателями внутреннего сгорания. Гидравлические приводы работают при давлении от 6,3 до 31,5 МПа и более. В качестве рабочих жидкостей в них используют масла: индустриальное М12А, веретенное АУ, авиационное АМГ и ВМГЗ.

Гидравлический привод обладает рядом преимуществ по сравнению с другими видами: он имеет сравнительно небольшую массу и габариты насосов и гидромоторов, возможность получения больших передаточных чисел, которые могут достигать 1000 и более. Небольшая инерционность передач, обеспечивающая хорошие динамические свойства привода, увеличивает долговечность машины и позволяет включать ее и реверсировать рабочие движения за доли секунды, что повышает производительность машины. Гидропривод обеспечивает бесступенчатое регулирование скорости движения рабочих органов, что дает возможность повышать коэффициент использования приводного двигателя и автоматизировать не только отдельные операции, но и целые технологическиe процессы.

При наличии гидропривода улучшаются условия работы машиниста, уменьшаются затраты энергии на управление машиной независимо от мощности привода, повышается безопасность работы. Узлы привода можно размещать на машине наиболее целесообразно: насос - у приводного двигателя, гидромоторы – непосредственно у исполнительных органов, элементы управления – на пульте машиниста. Приводной двигатель, система привода, металлоконструкции и рабочие органы надежно предохраняются от перегрузок благодаря применению предохранительных и перепускных клапанов. Кроме того, в системах гидропривода широко применяют стандартизированные и унифицированные узлы (насосы, гидромоторы, гидроцилиндры, гидроаппаратура), что снижает себестоимость гидропривода и облегчает его эксплуатацию и ремонт.

К недостаткам гидропривода относятся: снижение КПД при использовании длинных трубопроводов, потребность в специальных жидкостях для различных климатических условий, необходимость тщательного наблюдения за состоянием соединений и возможность утечек рабочей жидкости, большая по сравнению с механическим стоимость изготовления.

Более подробно основы гидропривода будут рассмотрены в следующем параграфе.

Трансмиссия – совокупность устройств для передачи механической энергии от двигателя к исполнительным органам машины либо к другим рабочим машинам. Так, в дорожно-мостовой технике в состав механического привода входят силовая передача, сцепление, карданная передача, дифференциальный механизм и другие устройства.

Силовая передача - устройство для передачи механической энергии, обычно с преобразованием сил, моментов и скоростей, а в некоторых случаях – характера движения. Силовая передача в приводах машин позволяет согласовать режимы работы двигателя и исполнительных органов машины, приводить в движение несколько механизмов от одного двигателя, осуществлять реверсирование движения, изменять вращающие моменты и частоты вращения при сохранении постоянного момента и частоты вращения двигателя, преобразовывать вращательное движение в поступательное, винтовое и др. Наибольшее распространение в машиностроении получили механические силовые передачи с твёрдыми звеньями. Экономическая целесообразность использования в машинах быстроходных двигателей (в связи с их меньшими габаритом, массой и стоимостью) определяет преимущественное распространение силовых передач, понижающих частоту вращения ведомого вала по сравнению с ведущим. Наибольшую мощность можно передать с помощью зубчатых силовых передач (известны, например, редукторы к судовым турбинам мощностью свыше 50 МВт). Мощность червячных силовых передач ограничена (обычно 200 КВт) недостаточно высоким КПД и нагревом. Цепные силовые передачи могут передавать мощность до 4МВт, фрикционные силовые передачи - до 300, ремённые силовые передачи - до 1,5 МВт. Механические силовые передачи компактны, удобны для компоновки машин, обладают высокой надёжностью, позволяют относительно просто осуществлять необходимые преобразования движения и практически любые передаточные отношения; при надлежащем качестве изготовления большинство силовых передач имеет высокий КПД.

Сцепление, сцепная муфта - механизм транспортных машин для передачи крутящего момента от двигателя внутреннего сгорания к коробке передач. Сцепление обеспечивает кратковременное разъединение вала двигателя и вала трансмиссии, безударное переключение передач и плавное трогание машины с места. В зависимости от числа ведомых дисков различают одно-, двух- и многодисковые сцепления. Устанавливаемые в дорожно-мостовой технике сцепления обычно представляют собой одно- или двухдисковую муфту, диски которой сжаты пружинами. Для обеспечения мягкости включения сцепления и уменьшения крутильных колебаний трансмиссии между фрикционными накладками дисков часто устанавливают плоские пружины, а крепление дисков к их ступицам производят через упругую муфту с витыми пружинами и т. п. Выключение сцепления осуществляется педалью через рычажную или гидравлическую передачу, а в тяжёлых машинах с помощью сервопривода. Выключение может быть автоматическим при переключении передач. В качестве сцепления используют также многодисковые масляные муфты, нормально разомкнутые, гидродинамические или гидродинамические в сочетании с фрикционными, а иногда электромагнитные муфты с ферромагнитной смесью.

Карданная передача (от имени Дж. Кардано) - устройство для передачи вращения от ведущего вала к ведомому, расположенных под углом один к другому. Часто в процессе работы угол и расстояние между валами непрерывно изменяются. Карданные передачи применяются для соединения двигателя и коробки передач (угол до 5°), коробки передач с раздаточной коробкой (угол до 5°), коробки передач (раздаточной коробки) с главной передачей (угол до 15°), а также в других случаях (в рулевом приводе, для привода лебёдок и т. п.). Карданная передача включает карданный вал с двумя (реже одним) карданами. Если карданным валом соединяются механизмы, угол и расстояние между которыми изменяются (например, коробка передач и главная передача автомобиля), предусматривается осевая компенсация в виде скользящего шлицевого соединения, допускающего изменение длины вала в заданных пределах. В зависимости от величины угла между валами в карданной передаче могут быть использованы полукарданы (жёсткие или упругие), полные карданы неравных угловых скоростей или карданы равных угловых скоростей. Наиболее распространены полные карданы, основными деталями которых являются две вилки, игольчатые подшипники, крестовина, опоры для цапф крестовины и уплотняющие устройства. КПД одного кардана 0,985-0,99.

Дифференциальный механизм – устройство, позволяющее получать результирующее движение как сумму или разность составляющих движений. В дифференциальном механизме с одной степенью свободы составляющие движения кинематически связаны и осуществляются одним приводом, а результирующее получается как разность этих движений. Дифференциальный механизм с одной степенью свободы применяют для получения малых точных перемещений или больших сил.

В дифференциальном механизме с двумя и более степенями свободы составляющие движения независимы и выполняются каждое своим звеном. Известны разные типы таких дифференциальных механизмов, но наибольшее распространение получил дифференциальный механизм с коническими зубчатыми колёсами (обычно называемый просто дифференциалом), применяемый в автомобилях и других транспортных машинах, механических приводах и т. п.

В вариаторе, работающем по замкнутой схеме, дифференциальный механизм позволяет расширить диапазон регулирования и осуществить реверсивное вращение выходного вала.

Положительными качествами механических трансмиссий являются относительная простота, сравнительно небольшая масса и стоимость, а также достаточная надежность в работе. К их недостаткам следует отнести значительные потери энергии в муфтах и тормозах, зубчатых и других передачах, ступенчатое изменение скоростей и моментов, сложность компоновки передачи при большом числе скоростей, затруднительность автоматизации управления рабочим процессом машины. Для расширения диапазона регулирования скоростей и крутящих моментов приходится усложнять конструкции трансмиссий что ухудшает, надежность и ремонтопри­годность машины.

Значительный эффект дает совмещение механических трансмиссий с гидромеханическими. Последние обеспечивают быстрый разгон и торможение, хорошо гасят крутильные колебания, выполняют функции автоматических бесступенчатых коробок скоростей, согласовывают работу механизмов, получающих энергию от одного приводного двигателя.

Гидродинамические трансмиссии выполняют с гидромуфтами и гидротрансформаторами. Их особенность состоит в отсутствии жесткой связи между ведущей и ведомой частями. Мощность передается за счет кинетической энергии рабочей жидкости, воздействующей на лопасти рабочих колес.

2.2. Основы гидропривода

Масштабы применения гидравлического привода в нашей стране ежегодно растут. Это в значительной мере способствует тому, что на оснащение дорожных войск поступают высокоэффективные строительные и дорожные машины с гидравлическим приводом рабочего органа. Широкое применение объемный гидропривод получил и на специальной технике дорожных войск (машины для строительства и восстановления мостов и путепроводов).

Применение гидропривода в дорожно-мостовой технике стало возможным после создания отечественного гидрооборудования, работающего с давлением 10 МПа и выше на открытом воздухе и в условиях повышенной запыленности, высоких и низких температур. Широкое использование объемных гидропередач стало возможным благодаря массовому производству экономичных малогабаритных насосов и гидромоторов, а также других элементов гидросистем машин. Были созданы гидравлические аккумуляторы, гибкие трубопроводы высокого давления, появились гидрораспределители для управления несколькими потребителями и другая аппаратура управления.

С помощью гидропривода, установленного на самоходных кранах, стало возможным осуществление операций по подъему и опусканию груза в широком диапазоне изменения скоростей, а также совмещение практически любых крановых операций. На этих же кранах при наличии гидропривода стало возможным применять телескопические стрелы, ход штока цилиндра выдвижения которых достигает 4 м.

С применением гидропривода на скреперах появилась возможность формировать скреперные поезда с относительно простым управлением. Механизм элеваторной загрузки ковша также значительно упростился с применением гидропривода.

Применение гидравлического привода на табельных средствах дорожных войск позволяет:

значительно снизить массу и размеры машин путем устранения таких сборочных единиц, как фрикционные муфты, редукторы, карданные передачи, стальные канаты и т. п.;

упростить кинематические схемы машин и тем в значительной мере улучшить ремонтопригодность;

увеличить производительность землеройных и землеройно-транспортных машин за счет принудительного заглубления рабочего органа в грунт;

расширить область применения одних и тех же машин благодаря использованию сменного оборудования.

Вместе с тем следует отметить, что вышеуказанные достоинства машин с гидроприводом могут быть реализованы только при строгом соблюдении правил эксплуатации.

Основными направлениями дальнейшего совершенствования системы объемного гидропривода являются:

повышение рабочего давления, что позволит снижать массу и стоимость элементов гидропривода;

расширение диапазона температур гидравлической жидкости;

создание мобильных машин с автоматизированным процессом управления путем применения электронного оборудования.

Дальнейшее совершенствование гидравлического привода позволяет создавать высокопроизводительные, прогрессивные конструкции современных машин, расширять их производственные мощности.

Прежде чем говорить о гидравлических передачах, необходимо уяснить назначение и состав гидропривода.

Гидропривод - это совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин с помощью жидкости. Он представляет собой агрегат, образованный приводным двигателем (источником энергии), гидравлической передачей, а также вспомогательными устройствами и элементами управления. В зависимости от типа гидропередачи гидропривод может быть гидродинамическим или объемным.

Гидравлической передачей называется часть гидропривода, предназначенная для передачи механической энергии от приводящего двигателя к звеньям машины посредством жидкости.

Гидравлические передачи, входящие в состав гидропривода, подразделяются на два основных типа (рис. 2.2): гидродинамические передачи; гидростатические (объемные) передачи.

регулирую-

щие очистители

насосы гидро- направля- теплооб- трубопро-

насосы- моторы ющие менники воды

моторы

- гидро- гидроба- сапуны соедини-

цилиндры ки тельная

арматура

поворотные гидроакку-

гидродвига- муляторы

тели

Рис. 2.2. Структура гидравлических передач

В гидродинамической передаче рабочая жидкость приводится во вращение насосным колесом, а кинетическая энергия вращающейся жидкостью реализуется на турбинном колесе. В гидростатической (объемной) передаче энергия передается давлением жидкости, создаваемым объемным насосом.

В гидродинамических передачах применяют гидромуфты, которые передают кинетическую энергию вращающейся жидкости (мощность), не изменяя величину крутящегося момента на ведомом (выходном) валу, и гидротрансформаторы, способные изменять величину крутящего момента выходного вала и предназначенные для безударной его передачи с ведущего на ведомый вал.

На рис. 2.3 представлена функциональная схема гидропривода с гидродинамической передачей, на которой показана последовательность преобразования механической энергии в гидравлическую и обратно.

Гидравлическая энергия

Механическая энергия

Рис. 2.3. Функциональная схема гидропривода с гидродинамической передачей

Гидроаппараты, кондиционеры и вспомогательные устройства обеспечивают оптимальную работу гидропередачи при изменяющейся нагрузке (усилии) на исполнительных механизмах.

Принципиальное конструктивное отличие гидромуфт от гидротрансформаторов заключается в наличии у последних аппарата, направляющего поток рабочей жидкости. В качестве источника энергии применяются двигатели внутреннего сгорания, электродвигатели, а в качестве нагрузки - агрегаты машин (механические коробки передач, редукторы).

Применение гидродинамических передач значительно улучшает работу узлов трансмиссии машин вследствие поглощения динамических ударов, возникающих при работе машин, уменьшает обрывы канатов и цепей экскаваторов и т. д.

Отличительными свойствами гидродинамических передач мобильных машин являются:

1) отсутствие жесткой связи между ведущими и ведомыми валами;

2) способность ограничивать величину передаваемого момента;

3) сглаживание пульсации момента при внезапном изменении сопротивления потребителя, благодаря чему они защищают деталь и механическую часть трансмиссии от перегрузок и ударных нагрузок, увеличивая долговечность машин;

4) устранение перегрузки двигателя во время пуска, при разгоне приводимых объектов, обладающих большой инерцией, благодаря чему отпадает необходимость завышения установленной мощности двигателей;

5) автоматизация процесса перемены передач соответственно изменению сопротивления потребителя, что улучшает использование мощности двигателя, повышает производительность машин, упрощает и облегчает управление ими.

Так, применение гидротрансформаторов на дорожных и строительных машинах повышает долговечность двигателя на 50-100%, трансмиссии в 4 раза, стальных канатов в 3 раза и, как следствие из этого, уменьшает время простоев и стоимость ремонтов, а также уменьшает удельный вес на единицу мощности.

К недостаткам гидродинамических передач относятся:

1) более низкий КПД гидротрансформаторов (83-90%) на расчетном режиме по сравнению с КПД механической передачи (93-97%). Гидромуфты имеют более высокий максимальный КПД (97-98%) ввиду отсутствия реактора (направляющего аппарата). Кроме того, КПД гидродинамической передачи изменяется в зависимости от режима работы;

2) высокая стоимость и сложность изготовления по сравнению с механическими передачами;

3) необходимость наличия систем питания и охлаждения.

Несмотря на перечисленные недостатки, указанные выше достоинства обусловили применение гидродинамических передач на автомобилях КАМАЗ в системе охлаждения двигателя (применяется гидромуфта). На автомобиле МАЗ-543 и гусеничном тягаче МТЛБ применяется гидромеханическая коробка передач (установлен гидротрансформатор).

Наибольшее распространение получил гидропривод с гидростатической передачей или, как обычно его называют, объемный гидропривод, который применяется на дорожной и строительной технике.

На рис. 2.2 представлены основные элементы, составляющие объемную гидропередачу. К основному гидрооборудованию объемного гидропривода относятся гидромашины (насосы и насосы-моторы, гидроцилиндры и гидромоторы), гидроаппараты (гидрораспределители, гидроклапаны, регуляторы, делители и сумматоры потоков и т. д.), кондиционеры рабочей жидкости (очистители, теплообменники, сапуны), гидроемкости (гидробаки, гидроаккумуляторы), гидролинии и их элементы (трубопроводы и соединительная арматура).

К вспомогательному оборудованию относятся устройства, предназначенные для подпитки насоса рабочей жидкостью (эжекторы), выпуска воздуха из гидросистемы или для сообщения ее с атмосферой (вентили, краны), измерения расхода, давления, температуры и уровня рабочей жидкости, частоты вращения и крутящегося момента гидромашин, для соединения трубопроводов (быстроразъемные муфты и полумуфты) и др.

Объемный гидропривод имеет следующие преимущества.

1. Высокая компактность при небольших массе и габаритных размерах гидрооборудования по сравнению с массой и габаритными размерами механических приводных устройств той же мощности. Это объясняется отсутствием или применением в меньшем количестве таких элементов, как валы, шестеренные и цепные редукторы, муфты, тормоза, канаты и др.

2. Возможность реализации больших передаточных чисел. В объемном гидроприводе с высокомоментным гидромотором передаточное число может достигать 2000.

3. Небольшая инерционность, обеспечивающая хорошие динамические свойства привода. Это позволяет уменьшить продолжительность рабочего цикла и повысить производительность машины, так как включение и реверсирование рабочих органов осуществляются за доли секунды.