Строительные и дорожные машины. Курс лекций

воскресенье, 20 сентября 2009 г.

Лекция 2. Конструкция строительных машин. Часть первая.

Достоинством одномоторного привода является то, что масса этого привода меньше, чем суммарная масса приводов многомоторного привода, а изготовить его проще и дешевле.

Недостаток одномоторного привода состоит в том, что при нем требуется большое количество трансмиссий, чтобы осуществить передачу движения отдельным механизмам. Кроме того, при одномоторном приводе нельзя получить независимое распределение мощности между приводимыми в движение механизмами.

Достоинством многомоторного привода является то, что в нем можно регулировать работу отдельных механизмов независимо друг от друга, значительно сократить количество трансмиссий, легче осуществить автоматизацию.

Режимы работы силовых установок

Режим машины зависит от:

• величины амплитуды и частоты колебаний нагрузки;
• количества включений в единицу времени;
• реверсивности движения;
• продолжительности непрерывной работы.

Различают четыре режима работы:

1. Легкий режим работы (рис. а)

• отношение максимальной нагрузки к средней составляет: 1,1 — 1,3
• скорость рабочих движений постоянна,
• нет реверсивности рабочих движений;
• число включений в 1 ч составляет 20—30, редко 50.

С такими режимами работают

• машины для уплотнения грунтов (кроме вибрационных),
• бетоносмесители,
• растворосмесители,
• цилиндрические грохоты,
• транспортеры.

Для привода этих машин можно применять любые двигатели.

2. Средний режим работы (рис. б)

• отношение максимальной нагрузки к средней составляет 1,5 — 2,5;
• скорость рабочих движений переменна,
• движения редко реверсивны;
• число включений в 1 ч достигает 200.

На таких режимах работают скреперы, тягачи, грейдер-элеваторы, дробилки, краны, многоковшовые экскаваторы и погрузчики.

3. Тяжелый режим работы (рис. в)

• отношение максимальной нагрузки к средней составляет 2 : 3;
• нагрузка имеет частые и резкие пики;
• скорости рабочих движений меняются прерывно,
• движения часто реверсивны; число включений в 1 ч до 1000 и более.

На таких режимах работают одноковшовые экскаваторы, бульдозеры, толкачи и др.;

4. Очень тяжелый режим работы — носит ударный или вибрационный характер (рис. г).

Целесообразность применения того или иного двигателя для работы при различных режимах нагружения определяют с помощью механической внешней характеристики.

Кривую, построенную в координатах М и n, где М — крутящий момент; n — частота вращения; М = f (n) называют механической внешней характеристикой.

• дизели, работающие на тяжелом дизельном топливе,
• карбюраторные, работающие на бензине.

Основное преимущество двигателей внутреннего сгорания состоит в том, что для них не требуется внешних источников питания.

Недостатками ДВС являются

• большая чувствительность к перегрузкам (для карбюраторных двигателей kп = 1,15 — 1,95, а для дизелей kп = 1,01 — 1,1);
• высокая стоимость эксплуатации;
• сравнительно малая долговечность — до 4000 часов работы.

Двигатели внутреннего сгорания применяют как с непосредственной механической передачей, так и с гидромуфтами и гидротрансформаторами, обеспечивающими защиту двигателя и всей конструкции от внешних перегрузок и сглаживающими расхождения между выходной характеристикой двигателя и требованиями, вытекающими из режима работы рабочего органа.

Электродвигатели переменного тока.
Такие двигатели особенно широко применяют в качестве привода стационарных строительных машин (бетоносмесителей, дробилок и др.).
Двигатель переменного тока имеет две разновидности:

• асинхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением; такие двигатели часто используются в строительных машинах.
• синхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения; из синхронных двигателей наиболее часто применяюся шаговые моторы.

Этот вид силового оборудования отличает простота управления и обслуживания, малая стоимость, надежность в эксплуатации, способность выдерживать большие кратковременные перегрузки и возможность питания от обычной электросети.

Они имеют мягкую внешнюю характеристику и являются наиболее пригодными для привода многих карьерных машин.

Недостаток их заключается в том, что такие двигатели не могут питаться от общей сети переменного тока.

Несмотря ряд недостатков, такие двигатели широко применяют как в одномоторном, так и многомоторном приводе.

Конструктивные составляющие строительных машин

1 Строительные машины

2 Конструктивные составляющие строительных машин Каждая машина состоит из деталей (элементов) и сборочных единиц, предназначенных для выполнения определенных функций в процессе работы машины. По функциональному признаку в каждой машине различают следующие сборочные единицы: силовые установки (двигатели), являющиеся источником или преобразователем энергии в механическую работу; рабочее оборудование (рабочий орган), непосредственно осуществляющее технологическую операцию и имеющее непосредственное воздействие на перерабатываемый материал; ходовое оборудование (у самоходных машин), предназначенное для передвижения всей машины и передачи давления от веса машины и рабочих нагрузок на основание; функциональное оборудование, входящее в конструкцию машины и выполняющее определенную функцию (встроенные компрессоры, генераторы, вентиляторы, предпусковые подогреватели) ; передаточные механизмы (трансмиссию) для осуществления связи силового оборудования с рабочим оборудованием, а также с ходовым оборудованием самоходных машин при различных комбинациях скоростей, моментов и сил; систему управления, предназначенную для запуска и останова силового оборудования, а также для соединения и разъединения связи между силовым оборудованием, рабочим или ходовым оборудованием, а также в необходимых случаях для быстрого прекращения движения торможения; несущую конструкцию (раму) машины, служащую для размещения и закрепления на ней всех элементов машины и сохранения их взаимного расположения между собой. У самоходных машин несущая конструкция передает давление от веса машины и рабочих нагрузок на основание через ходовое оборудование, а у стационарных непосредственно через детали опорного устройства. Рабочие органы строительных машин Рабочий орган та часть машины, при помощи которой выполняются рабочие операции. Основные параметры рабочего органа зависят от вида выполняемой операции и главного параметра машины. У некоторых рабочих органов за главный параметр машины принимают один из его параметров. Так, геометрическая емкость ковша одноковшового экскаватора является его главным параметром. Рабочие органы землеройных, землеройно-транспортных, бурильных машин принято разделять на следующие группы:

3 которые только отделяют грунт от массива или разрезают породу (зуб рыхлителя); которые отделяют и перемещают грунт по мере его отделения или перемещают породу после рыхления (отвал бульдозера); у которых после отделения грунта от массива он накапливается в емкостях и переносится в этих емкостях (ковш экскаватора, скрепера). Силовые установки (приводы) машин Силовая установка та часть машины, которая приводит в движение механизмы машины. Она представляет собой агрегат, состоящий из двигателя и вспомогательных систем: питания (топливный бак, фильтры, трубопроводы), охлаждения (водяной насос, радиатор трубопроводов), управления (рычаги управления режимом двигателя, охлаждения), смазки; подмоторных рам. Силовые установки разделяются на установки с одним двигателем и комбинированные. На установках с одним двигателем применяют следующие двигатели: внутреннего сгорания, дизельные или карбюраторные, электрические постоянного и переменного тока, пневматические. Установки с комбинированным приводом бывают электрические по системе генератор электродвигатель, дизель-электрические, дизель-гидравлические, дизель-пневматические. Также приводы бывают одно- и многомоторные. В одномоторном приводе одна силовая установка приводит в движение все механизмы. При таком приводе включают и выключают отдельные механизмы машины при помощи различных конструкций муфт, чаще всего фрикционных. Достоинством одномоторного привода является то, что масса этого привода меньше, чем суммарная масса приводов многомоторного привода, а изготовить его проще и дешевле.

4 Недостаток одномоторного привода состоит в том, что при нем требуется большое количество трансмиссий, чтобы осуществить передачу движения отдельным механизмам. Кроме того, при одномоторном приводе нельзя получить независимое распределение мощности между приводимыми в движение механизмами. При многомоторном приводе каждый механизм или группа их приводятся в движение отдельными двигателями. Чаще всего на машинах с многомоторным приводом двигатель внутреннего сгорания приводит в движение электрогенератор, который питает электроэнергией электроприводы отдельных механизмов. Двигатель внутреннего сгорания может приводить в движение гидронасос, который подает жидкость к гидродвигателям отдельных механизмов. Достоинством многомоторного привода является то, что в нем можно регулировать работу отдельных механизмов независимо друг от друга, значительно сократить количество трансмиссий, легче осуществить автоматизацию. Режимы работы силовых установок Нагрузочные диаграммы при различных режимах работы машины: а легкий режим работы; б средний; в тяжелый; г очень тяжелый; 1 частота колебаний машины; 2 изменение мощности Режим машины зависит от: величины амплитуды и частоты колебаний нагрузки; количества включений в единицу времени;

5 реверсивности движения; продолжительности непрерывной работы. Различают четыре режима работы: 1. Легкий режим работы (рис. а) отношение максимальной нагрузки к средней составляет: 1,1-1,3 скорость рабочих движений постоянна, нет реверсивности рабочих движений; число включений в 1 ч составляет 20 30, редко 50. С такими режимами работают машины для уплотнения грунтов (кроме вибрационных), бетоносмесители, растворосмесители, цилиндрические грохоты, транспортеры. Для привода этих машин можно применять любые двигатели. 2. Средний режим работы (рис. б) отношение максимальной нагрузки к средней составляет 1,5-2,5; скорость рабочих движений переменна, движения редко реверсивны; число включений в 1 ч достигает 200. На таких режимах работают скреперы, тягачи, грейдер-элеваторы, дробилки, краны, многоковшовые экскаваторы и погрузчики. 3. Тяжелый режим работы (рис. в) отношение максимальной нагрузки к средней составляет 2 : 3; нагрузка имеет частые и резкие пики; скорости рабочих движений меняются прерывно, движения часто реверсивны; число включений в 1 ч до 1000 и более. На таких режимах работают одноковшовые экскаваторы, бульдозеры, толкачи и др.; 4. Очень тяжелый режим работы носит ударный или вибрационный характер (рис.

6 г). Целесообразность применения того или иного двигателя для работы при различных режимах нагружения определяют с помощью механической внешней характеристики. Кривую, построенную в координатах М и n, где М крутящий момент; n частота вращения; М = f (n) называют механической внешней характеристикой. Ннаилучшей характеристикой является такая, при которой для всех значений частоты вращения мощность оставалась постоянной: N = AMn = const Кривая внешней характеристики, отвечающая этому треоованию, представляет собой гиперболу (кривая 1 на рис.). Если сравнивать различные характеристики, имеющие одну и ту же точку номинального режима (точка О на рис.), то их можно условно разбить на следующие категории: проходящие в зонах А и С жесткие, в зонах В и D так называемые мягкие. Жесткость характеристики определяется по формуле Характеристики, для которых b = dm/dn b стремится к бесконечности, называют абсолютно жесткими (вертикальная прямая на рис.); при b = жесткими (прямая 3); при b <>

7 Другой характеристикой двигателя является запас крутящего момента, определяемый коэффициентом kзап: kзап=(mmax — Mном)/Мmax; Также о приспособляемости двигателя можно судить по коэффициенту приспособляемости: kп= Мmax/Мном. Чем мягче характеристика, тем шире пределы изменения частоты вращения двигателя при изменении нагрузки, т. е. способность автоматически снижать частоту вращения при перегрузке с плавным увеличением крутящего момента. Двигатели внутреннего сгорания Двигатели внутреннего сгорания являются основным приводом всех транспортных землеройных и землеройно-транспортных машин. Эти двигатели разделяют на два типа: дизели, работающие на тяжелом дизельном топливе, карбюраторные, работающие на бензине. Основное преимущество двигателей внутреннего сгорания состоит в том, что для них не требуется внешних источников питания. Недостатками ДВС являются большая чувствительность к перегрузкам (для карбюраторных двигателей kп = 1,15-1,95, а для дизелей kп = 1,01-1,1); высокая стоимость эксплуатации; сравнительно малая долговечность — до 4000 часов работы. Двигатели внутреннего сгорания применяют как с непосредственной механической передачей, так и с гидромуфтами и гидротрансформаторами, обеспечивающими защиту двигателя и всей конструкции от внешних перегрузок и сглаживающими расхождения между выходной характеристикой двигателя и требованиями, вытекающими из режима работы рабочего органа. Электродвигатели переменного тока. Такие двигатели особенно широко применяют в качестве привода стационарных строительных машин (бетоносмесителей, дробилок и др.). Двигатель переменного тока имеет две разновидности: асинхронный электродвигатель электродвигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением; такие двигатели часто используются в строительных машинах.

8 синхронный электродвигатель электродвигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения; из синхронных двигателей наиболее часто применяюся шаговые моторы. Этот вид силового оборудования отличает простота управления и обслуживания, малая стоимость, надежность в эксплуатации, способность выдерживать большие кратковременные перегрузки и возможность питания от обычной электросети. Для машин, имеющих повторно-кратковременный режим работы (например, дробилок), применяют электродвигатели с коэффициентом приспособляемости kп = 3, Применить эти двигатели для непосредственного привода землеройных, землеройнотранспортных и других машин, требующих регулирования частоты вращения в зависимости от нагрузки, до последнего времени не удавалось, так как внешняя характеристика их является весьма жесткой. Однако появление в 80-х годах биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) позволило реализовать эффективные способы управления мощными электродвигателями переменного тока. Наиболее применяемым из них является частотно-регулируемый привод. Электродвигатели постоянного тока. Разделяются на: Коллекторные двигатели постоянного тока. o c возбуждением постоянными магнитами; o c параллельным соединением обмоток возбуждения и якоря; o c последовательным соединением обмоток возбуждения и якоря; o cо смешанным соединением обмоток возбуждения и якоря; Бесколлекторные двигатели постоянного тока электродвигатели, выполненные в виде замкнутой системы с использованием датчика положения ротора (ДПР), системы управления (преобразователя координат) и силового полупроводникового преобразователя (инвертора). Они имеют мягкую внешнюю характеристику и являются наиболее пригодными для привода многих карьерных машин. Недостаток их заключается в том, что такие двигатели не могут питаться от общей сети переменного тока. Несмотря ряд недостатков, такие двигатели широко применяют как в одномоторном, так и многомоторном приводе.