Передаточное устройство строительных машин

Устройства, предназначенные для переноса энергии от источника к потребителю, называются передачами. Различают электрические, гидравлические, пневматические и механические передачи. Последние наиболее широко применяют в машинах, рассматриваемых в данном учебнике.

Передачи этого вида могут быть с непосредственным контактом или с гибкой связью. К первым относятся фрикционные и зубчатые передачи, ко вторым — ременные, цепные и канатные.

Фрикционные передачи применяют в случаях, когда необходимо передавать движение без рывков и снижать уровень шума.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

С конструктивной точки зрения фрикционные передачи бывают цилиндрическими, клиновыми, коническими и дисковыми. В цилиндрических и конических передачах сила трения возникает в месте контакта поверхностей катков, в клиновых — на поверхности клина, в дисковых — между торцовой поверхностью одного диска и образующей другого.

Рис. 29. Зубчатые передачи:
а — цилиндрическая прямозубая с внешним зацеплением, б — цилиндрическая косозубая, в — цилиндрическая шевронная, г — цилиндрическая прямозубая с внутренним зацеплением, д — коническая прямозубая, е — коническая с круговым зубом, ж — системы Новикова, з — винтовая, и — гипоидная, к — червячная, л — глобоидная

В дисковых фрикционных передачах можно путем приближения одного диска к другому или их удаления изменять радиус контакта и таким образом плавно регулировать передаточное число. Передачи, в которые включают такой вид соединения, называют вариаторами.

Применение фрикционных передач ограничено невысокой передаваемой мощностью и сравнительно низким КПД (0,8—0,9).

Зубчатые передачи (рис. 29) наиболее распространены, так как обеспечивают постоянное передаточное число, возможность передачи больших усилий и скоростей и отличаются высоким КПД. К недостаткам зубчатых зацеплений относятся технологическая сложность изготовления и небольшое межосевое расстояние.

В зубчатом зацеплении движение передается за счет того, что Зуб ведущего колеса входит во впадину ведомого и оказывает давление на его зуб, заставляя повернуться. В зацепление последовательно входят все новые и новые зубья, обеспечивая постоянное вращение ведомого колеса.

Цилиндрические зубчатые передачи характеризуются модулем т (мм), шагом зубчатого зацепления и передаточным числом i:
т = D/z,
где D — диаметр делительной окружности, мм; z— число зубьев.

Делительная окружность делит зуб на головку, высота которой обычно принимается равной модулю, и ножку, высота которой равна 1,25 модуля.

Шаг зубчатого зацепления равен расстоянию, измеренному по делительной окружности между одинаковыми точками двух соседних зубьев.

Передаточное число находится в пределах 2—10.

В конических зубчатых передачах угол между валами может быть произвольным, но чаще всего он равен 90°. Передаточное число конической передачи определяют так же, как и для цилиндрической. КПД цилиндрических и конических зубчатых зацеплений 0,96—0,98.

Червячные передачи позволяют передавать вращение от одного вала другому, расположенному в другой плоскости. В отличие от цилиндрических и конических червячные передачи состоят из ведущего элемента — червяка и ведомого — червячного колеса. По конструкции червяки бывают одно- и многозаходными. Передаточное число червячной передачи определяют так же, как и цилиндрической. Здесь z — число зубьев червячного колеса, a z2 — число заходов червяка.
Передаточное число червячных передач составляет 10—80, а их КПД не превышает 0,82.

Ременные передачи (рис. 30) применяют при передаче Движения на большое расстояние. По конструкции они делятся на плоско- и клиноременные. В передачах этого типа двигатель вращает шкив, увлекающий за счет возникающих сил трения за собой ремень, который в свою очередь заставляет вращаться ведомый шкив, соединенный с валом исполнительного механизма.

Рис. 30. Виды ременных передач:
а — открытая с параллельными валами, б — перекрестная с параллельными валами, в — полуперекрестная, г — наклонная с натяжным роликом; 1,3 — ведомый и ведущий шкивы, 2 — ремень, 4 — натяжной ролик

По виду использованного материала плоские ремни бывают кожаными с допускаемым напряжением на разрыв в пределах 2— 2,4 МПа и хлопчатобумажными прорезиненными с допускаемым напряжением на разрыв до 8 МПа.

Хлопчатобумажные тканые ремни применяют в ограниченных масштабах для передач небольшой мощности.

Рис. 31. Цепная передача:
а — расположение цепи и звездочек, б — втулочно-роликовая цепь, в — зубчатая цепь; 1 — цепь, 2, 3 — ведущая и ведомая звездочки

Концы ремней соединяют между собой сшивкой, накладками, иванием. Хлопчатобумажные прорезиненные ремни лучше всего соединять вулканизацией.

Размеры сечения ремней стандартизированы, их рассчитывают, как правило, только для проверки размеров. Ширина обода шкивов должна быть на 20—25 мм больше ширины ремня.

Клиноременная передача позволяет получать передаточные числа до 7—10, а также сокращать межцентровые расстояния. К недостаткам клиноременных передач относятся большая конструктивная сложность и меньший КПД.

Клиновые ремни выпускаются семи различных типов: О, А, Б, В Г, Д и Е.Мощность, которую может передать один ремень каждого типа в зависимости от диаметра шкива и скорости ремня, равна соответственно: 0,08—1,62; 0,22—4,94; 1,03—8,1; 4,71 — 16,72; 735—31,8; 11,75—51,5 кВт. Расчет клиноременной передачи сводится к определению количества ремней, необходимых для передачи заданной мощности.

Цепные передачи (рис. 31) позволяют передавать мощности до нескольких тысяч киловатт на расстояние 5—8 м с КПД 0,97—0,98. Передача состоит из ведущей 2 и ведомой 3 звездочек и охватывающей их бесконечной втулочно-роликовой или зубчатой цепи.

Передаточное число цепной передачи можно определять так же, как и зубчатой.

Передаточное устройство строительных машин

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ

1.1. Основные узлы и элементы строительных машин

Строительными машинами называются машины, применяемые для выполнения технологических процессов при производстве строительно-монтажных работ.

В строительстве используется большое число машин, различных по многим признакам, но состоящих из одинаковых сборочных единиц и элементов. Любая строительная машина имеет следующие части:

– силовое оборудование (один или несколько двигателей для получения механической энергии);

– рабочее оборудование и рабочие органы для непосредственного воздействия на перерабатываемый материал и выполнения рабочих операций;

– ходовое оборудование (у переносных и стационарных машин отсутствует) для передвижения машин и передачи ее веса и рабочих нагрузок на опорную поверхность;

– передаточные механизмы (трансмиссии), связывающие рабочее и ходовое (у самоходных машин) оборудование с силовым;

– систему управления для запуска, остановки и изменения режимов работы силового оборудования, включения, выключения, реверсирования, регулирования скоростей и торможения механизмов машины;

— рамы (несущей конструкции) для размещения и закрепления на ней всех узлов и механизмов машины

Рама обеспечивает постоянство взаимного расположения всех узлов и элементов, благодаря чему машина сохраняет работоспособность в широком диапазоне эксплуатационных условий. Пространственная конфигурация рамы зависит от величины и направления нагрузок, воспринимаемых машиной, что в свою очередь, определяется ее назначением, типом и типоразмером. Часто роль рамы выполняют усиленные корпусные детали машины, как, например, ковш самоходного скрепера. Наряду с основной рамой на некоторых типах машин используются дополнительные рамы для крепления рабочих органов. В качестве примера можно назвать тяговую раму автогрейдера или универсальную раму бульдозера с поворотным отвалом и др.

Наибольшие структурные отличия машин, прежде всего, связаны с конструкцией рабочего оборудования, которое определяет их назначение.

Рабочее оборудование состоит из рабочего органа (одного или нескольких), а также деталей и узлов, обеспечивающих его ориентацию в пространстве, и входит в состав обязательного оснащения технологических машин. Оно создается с учетом своего функционального назначения и конструктивных особенностей базового шасси и включает в себя агрегаты, узлы и механизмы, наилучшим образом обеспечивающие эффективную работу машины. Рабочий орган взаимодействует со средой, для работы в которой создана машина, а соединительные и крепежные элементы (подвеска) обеспечивают его конструктивную связь с шасси. Как правило, рабочее оборудование оснащается силовой трансмиссией, снабжающей рабочий орган энергией и позволяющей управлять его положением в пространстве.

Несмотря на чрезвычайно широкую номенклатуру рабочих органов строительных машин и оборудования, обусловленную разнообразным перечнем выполняемых ими работ, по результату взаимодействия с обрабатываемым материалом (или грузом) их можно разделить на пять групп (табл. 1.1).

Классификация рабочих органов строительных машин

Строительные и дорожные машины. Курс лекций

воскресенье, 27 сентября 2009 г.

Лекция 3. Конструкция строительных машин. Часть вторая. Трансмиссии.

Достоинствами механических трансмиссий являются:

• большая надежность,
• сравнительно высокий КПД (0,8 — 0,92),
• небольшая металлоемкость (3,2—5,5 кг на 1 кВт мощности машины),
• малая чувствительность к внешним температурам.

Недостатки — сложность бесступенчатого регулирования скорости.

Коро́бка переда́ч — агрегат предназначенный для изменения частоты и крутящего момента в более широких пределах, чем это может обеспечить двигатель строительной машины.

Коробки передач классифицируются по нескольким признакам:
По способу передачи потока мощности

• Механические — коробки передач, в которых используются механические передачи, как правило — зубчатые.
  • Простые — выполнены с использованием цилиндрических и конических зубчатых передач.
  • Планетарные (ПКП) — выполнены с использованием планетарных рядов. Особенность этих коробок в том, что все шестерни в них находятся в постоянном зацеплении, а изменение передаточного числа происходит за счёт торможения и блокирования отдельных вращающихся элементов.
• Гидромеханические — коробки передач, в которых механические передачи используются в сочетании с гидродинамической передачей (гидромуфта, гидротрансформатор).

По способу управления:

• С ручным включением передач — передачу включает водитель (оператор).
  • Непосредственного действия — используется только усилие оператора. Приводы непосредственного действия бывают механическими и гидравлическими.
  • Сервоприводы — используется усилие оператора и сервоустройства, при этом основную часть работы выполняет сервоустройство, а усилие оператора необходимо для управления работой сервоустройства. В зависимости от источника (преобразователя) энергии сервоприводы подразделяются на гидравлические, механические, электрические, вакуумные, смешанные и др.
• Автоматические — в зависимости от внешних условий (например, частота вращения и нагрузка на коленчатом валу двигателя) передачи переключает автоматизированная система управления КП без участия водителя.

Для того чтобы трансмиссии были близки к бесступенчатым системам, необходимы коробки скоростей с большим числом передач, что усложняет конструкции коробок передач трансмиссии, увеличивает габариты, металлоемкость и снижает КПД. Бесступенчатая регулировка скорости в механических трансмиссиях возможна с использованием вариатора.
Вариа́тор — механическая передача, способная плавно менять передаточное отношение в некотором диапазоне регулирования. Изменение передаточного отношения производится вручную или автоматически.
Вариаторы по принципу работы различаюся на:

• Фрикционные вариаторы:
  • лобовые;
  • конусные;
  • шаровые;
  • многодисковые;
  • торовые;
  • волновые;
  • клиноременные.
• Вариаторы зацепления: цепной вариатор.

Сцепление — механизм передачи вращения, который может быть плавно включён и выключен (выжат), обеспечивающий безрывковое трогание машины с места и бесшумное переключение передач.

Гидромуфта состоит из колеса 1 центрооежного насоса, соединенного с ведущим валом 2, и колеса 5 центростремительной турбины, соединенного с ведомым валом 3. Корпус гидромуфты заполнен жидкостью. Передача момента развиваемого двигателем, на ведомый вал в гидромуфтах осуществляется потоком жидкости. При вращении насосного колеса лопатки насоса увлекают жидкость и перемещают ее к периферии рабочей полости. Из насосного колеса поток поступает на лопатки турбинного колеса. Силы, возникающие при обтекании лопаток турбинного колеса, образуют момент , направленный в ту же сторону, что и вращение двигателя.
Приводы с гидромуфтами

• обеспечивают запуск двигателя при включенной передаче,
• снижают динамическую нагрузку в системе,
• защищают двигатель от перегрузок, обеспечивают плавность разгона машины при запуске и при уменьшении нагрузки, а также плавное стопорение при возрастании нагрузки.

Недостатки гидромуфты состоят

• в сильном снижении КПД при увеличении скольжения,
• в невозможности изменения величины передаваемого крутящего момента двигателя в зависимости от нагрузки.

Недостатками гидротрансформаторов являются

• сравнительно низкий КПД;
• необходимость применять устройства для охлаждения масла, усложняющие конструкцию;
• сложность или невозможность изменять направление движения, для чего требуются дополнительные механические устройства.

Гидравлические (гидрообъемные) трансмиссии.
Движение от ведущего элемента к ведомому передается под воздействием перемещающейся жидкости в замкнутом пространстве. Они состоят из

• гидронасосов,
• гидродвигателей объемного типа,
• распределительных устройств (золотниковых),
• предохранительных клапанов и трубопроводов.

Гидронасосы приводятся в движение от постороннего источника энергии, а гидродвигатели — за счет перемещения жидкости, подаваемой гидронасосом. Гидронасосы применяют

• шестеренчатые,
• аксиально-поршневые
• лопастные.

Гидродвигателям и могут служить

• шестеренчатые,
• лопастные,
• поршневые насосы-гидромоторы.

Эти гидродвигатели применяют в тех случаях, когда во вращательное движение необходимо приводить какой-либо механизм или исполнительный орган.
Если механизмам или исполнительным органам требуется сообщить возвратно-поступательное движение, применяют гидроцилиндры.
Шестеренчатый насос состоит из двух зубчатых колес, помещенных в плотно обхватывающий их корпус. Колесо 1 насоса приводится во вращение двигателем, колесо 2 сидит свободно на оси. В корпусе имеется канал, через который масло попадает в полость всасывания. При вращении щестерен масло, находящееся во впадинах, переносится из полости всасывания в полость нагнетания и выталкивается (выдавливается) в канал.

Поршневые насосы подразделяют на

• аксиально-поршневые,
• радиально-поршневые
• эксцентрикового типа.

В строительных машинах чаще всего применяются аксиально-поршневые.
Аксиально-поршневой насос состоит из корпуса 3, в котором по окружности размещены цилиндры. Поршни 4 при помощи шатунов 5 шарнирно связаны с шайбой 6, наклоненной к оси корпуса а—а под углом. Одновременное вращение корпуса и наклонной шайбы приводит к возвратно-поступательному движению поршней.
За одну половину оборота блока цилиндров поршень совершает ход слева направо (всасывание), при этом полость цилиндра с помощью распределителя 7 сообщается с линией всасывания. За вторую половину оборота поршень совершает ход справа налево (нагнетание); в этом случае полость цилиндра при помощи распределителя 5 сообщается с линией нагнетания.
Аксиально-поршневые насосы можно в определенном диапазоне настраивать на разные производительности, для этого изменяют угол наклона шайбы. Широкое применение получили аксиально-поршневые насосы с автоматическим регулированием производительности (расхода).
Шиберный (лопастной) насос состоит из корпуса 3 и размещенного в нем ротора 8. В пазах ротора помещены лопасти 9, имеющие возможность перемещаться в радиальном направлении. Лопасти захватывают масло, которое поступает в профильную полость всасывания между ротором и корпусом и подается к отверстию нагнетания.