Трансмиссии ремонтно-строительных машин

Трансмиссии ремонтно-строительных машин 

       По  способу передачи энергии трансмиссии  ремонтно-строительных машин делятся  на механические, электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные. Механическая энергия первичной  силовой установки (двигателя) часто преобразуется в энергию других видов (электрического тока, рабочей жидкости, сжатого воздуха), а затем снова в механическую. В комбинированных трансмиссиях такое преобразование может происходить неоднократно.

       Механические  трансмиссии делятся на редукторные и канатно- блочные. Первые представляют собой системы редукторов в сочетании с различными видами передач (зубчатые, карданные, цепные, ременные и др.). Составными частями вторых служат лебедки и канатные полиспасты с направляющими блоками. Важными элементами механических трансмиссий являются сцепные муфты и тормоза, являющиеся также элементами управления. Редукторы предназначаются для отбора и распределения мощности силовой установки между механизмами машины, а также для изменения величины и направления силовых потоков. Редукторные трансмиссии обеспечивают передачу движения на короткие расстояния. При относительно больших размерах передач (на бульдозерах, скреперах, экскаваторах) используют канатно-блочные трансмиссии.

       Основными положительными качествами механических трансмиссий являются относительная простота конструкции, сравнительно небольшая масса и стоимость, надежность в работе. К недостаткам относятся значительные потери энергии в муфтах и тормозах, зубчатых и других передачах, ступенчатое изменение скоростей и моментов, затруднительность автоматизации управления рабочим процессом машины. Расширение диапазона регулирования скоростей и крутящих моментов ведет к значительному усложнению конструкции трансмиссий, что снижает ресурс и ремонтопригодность машины.

       Электрические или комбинированные дизель-электрические  трансмиссии применяют на некоторых  ремонтно-строительных машинах. 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 в действие механизмы рабочего оборудования.

       Двигатели переменного тока просты в управлении, надежны и удобны в эксплуатации, допускают кратковременные перегрузки. Существенным недостатком электропривода с двигателями переменного тока является то, что они фактически не обладают способностью саморегулироваться. Применение сопротивлений для смягчения характеристики приводит к большим потерям энергии и увеличению массы. Для регулирования скоростей применяют систему электропривода с тормозным генератором постоянного тока. По этой схеме момент тормозного генератора регулируют изменением тока возбуждения или сопротивления в цепи якоря.

       В электрических приводах механизмов некоторых машин применяют асинхронные крановые электродвигатели трехфазного тока напряжением 220 и 380 В с короткозамкнутым ротором при мощности до 10 кВт или с контактными кольцами при большей мощности. Они обладают значительной перегрузочной способностью, при этом удобны в управлении, хотя имеют большой пусковой момент при включении и невозможность регулирования скорости. Поэтому их применяют только для привода лебедок с небольшим усилием и для привода вспомогательных механизмов.

       Двигатели с контактными кольцами удовлетворительно работают при частых пусках и торможениях, допускают регулировку угловой скорости. Управление двигателями осуществляют специальными реостатами — контроллерами.

       Преимуществами  электропривода являются: постоянная готовность к работе, простота пуска и реверсирования, высокий КПД, возможность получения «мягкой» характеристики и дистанционного автоматического управления. К недостаткам относятся зависимость от внешнего источника энергии и большая стоимость электрооборудования.

       Гидравлические  трансмиссии широко применяют на ремонтно-строительных машинах. Гидравлические приводы работают при давлении рабочей  жидкости 6,3.. .35 МПа и более при  ее расходе 10.. .200 л/мин. Гидравлический привод обладает рядом достоинств по сравнению с другими видами: сравнительно небольшая масса и габариты гидроагрегатов, возможность получения больших передаточных чисел, которые могут достигать более тысячи. Небольшая инерционность передач обеспечивает хорошие динамические свойства привода, что увеличивает долговечность машины и позволяет производить включение и реверсирование рабочих движений за доли секунды, сокращая время рабочего цикла и повышая производительность машины. Гидропривод обеспечивает бесступенчатое регулирование скорости рабочих движений; позволяет автоматизировать не только отдельные операции, но и целые технологические процессы; снижает затраты энергии на управление машиной независимо от мощности привода, повышает безопасность работы машиниста.

       Узлы  гидропривода располагают следующим  образом: насос — У приводного двигателя, гидродвигатели — непосредственно у исполнительных органов, элементы управления — у пульта машиниста. Приводной двигатель, система привода и рабочие органы надежно предохраняются от перегрузок благодаря применению предохранительных и перепускных клапанов. В системах гидропривода широко применяются стандартизированные и унифицированные узлы (объемные насосы, аксиально-поршневые гидромоторы, гидроцилиндры, управляющая гидроаппаратура), что снижает себестоимость гидропривода и облегчает его эксплуатацию и ремонт.

       Рис. 3.2. Гидродинамические трансмиссии

       К недостаткам гидропривода относятся: снижение объемного и механического КПД у насосов и гидромоторов с 0,92 до 0,86 при длинных трубопроводах; применение специальных рабочих жидкостей в различных климатических условиях; появляется необходимость наблюдения за состоянием соединений и ликвидация утечек рабочей жидкости; относительно большая по сравнению с механическим стоимость изготовления.

       Гидравлические  приводы бывают гидродинамические  и гидростатические (объемные).

       Гидродинамические трансмиссии выполняют с гидромуфтами и гидротрансформаторами (рис. 3.2). Их отличительной особенностью является отсутствие жесткой связи между ведущим и ведомым валами. Передача мощности осуществляется за счет кинетической энергии рабочей жидкости, воздействующей на лопасти рабочих колес. Гидромуфта (рис. 3.2, а) имеет два рабочих колеса — насосное и турбинное, расположенные в корпусе. Первое соединяется с двигателем, второе — с ведомым элементом трансмиссии. Оба колеса образуют замкнутое кольцевое пространство — рабочую полость, которая заполняется рабочей жидкостью. Лопатками насосного колеса, приводимого во вращение двигателем от вала, рабочая жидкость отбрасывается к периферии рабочей полости, попадает на лопатки турбинного колеса и приводит его и вал во вращение. Затем она по корпусу возвращается к насосному колесу.

       Гидротрансформатор (рис. 3.2, б) состоит из трех рабочих элементов— насосного колеса, закрепленного на ведущем валу, турбинного колеса, жестко посаженного на ведомый вал, и неподвижного направляющего аппарата (реактора). В рабочих полостях, так же как и в гидромуфте, циркулирует рабочая жидкость. Ввиду наличия реактора 6 при изменении внешней нагрузки в гидротрансформаторе происходит преобразование не только скорости вращения, но и крутящего момента. В трансмиссиях мощных строительных машин гидротрансформаторы выполняют роль бесступенчатого редуктора, плавно и автоматически изменяющего величину передаваемого крутящего момента. Это значительно облегчает управление машиной и повышает ее производительность. Гидротрансформатор «непрозрачной» схемы надежно предохраняет трансмиссию и двигатель от перегрузок, что способствует значительному увеличению срока службы двигателя и агрегатов трансмиссии. Однако из-за сравнительно низкого КПД возникает необходимость увеличения мощности силовой установки на 10… 15% что ведет к снижению топливной экономичности машины. Гидродинамические трансмиссии широко применяют на экскаваторах, самоходных скреперах, колесных бульдозерах и погрузчиках.

       Гидромеханические трансмиссии обеспечивают быстрый  разгон и торможение машины, выполняют  функции автоматических бесступенчатых коробок перемены передач, хорошо согласовывают работу механизмов и др. Значительный эффект получают совмещением механических трансмиссий с гидравлическими, особенно для малогабаритных машин и механизмов.

       Гидрообъемный привод состоит из насоса, гидродвигателя, гидроцилиндров, соединяющих рабочие  линии высокого (напорные) и низкого (сливные, всасывающие, подпиточные) давления, а также регулирующих и вспомогательных  устройств.

       На  машинах для ремонтно-строительных работ используются аксиально-поршневые регулируемые (типа 207 и 223) и нерегулируемые (типа 210) насосы и гидромоторы, радиально-поршневые высокомоментные гидромоторы (типа РМ), шестеренчатые насосы (НШ) и гидромоторы, пластинчатые гидромоторы и насосы (типа Г-12). Насосы преобразуют механическую энергию привода в энергию потока рабочей жидкости и характеризуются развиваемым давлением и подачей. Гидромоторы преобразуют энергию потока рабочей жидкости в механическую и характеризуются развиваемым крутящим моментом и частотой вращения вала.

       Наиболее  распространены насосы НШ (рис. 3.3). Ведущие  и ведомые шестерни жестко сидят  на валах, установленных на скользящих подшипниках в корпусе. При вращении шестерен валом рабочая жидкость из бака через всасывающую полость заполняет пространство между зубьями, откуда выдавливается в напорную магистраль. Насос развивает давление до 14 МПа при подаче до 100 л/мин.

       Рис. 3.3. Шестеренчатый насос: а — общий  вид; б — схема работы

       Основными деталями лопастного насоса Г-12 (рис. 3.4, а) являются корпус, ротор, лопасти, перемещающиеся в пазах ротора. При вращении ротора лопасти под действием центробежных сил скользят по пазам, выдвигаются, захватывают рабочую жидкость, поступающую в корпус из бака, и нагнетают ее в магистраль под давлением 10…12,5 МПа.

       Основными деталями радиально-поршневых насосов  типа РМ (рис. 3.4, б) являются неподвижный  статор и несоосный с ним вращающийся ротор с плунжерами и пружинами. Ввиду несоосности ротора и статора происходит забор рабочей жидкости из бака через всасывающий канал, при дальнейшем движении плунжеры перемещаются и сжимают рабочую жидкость, создавая давление до 25 МПа в магистрали.

       Аксиально-поршневой  насос типа НПА-64 (рис. 3.4, в) состоит  из цилиндрового блока, плунжеров со штоками, приводного вала и неподвижного распределительного диска. По окружности блока расположено восемь цилиндров  с плунжерами. При вращении блока, наклонного к оси приводного вала под углом а=15… 30°, плунжеры вращаются вместе с блоком и одновременно движутся возвратно-поступательно в его цилиндрах, попеременно засасывая рабочую жидкость из бака и выталкивая ее в напорную магистраль. Жидкость засасывается и нагнетается поршнями через каналы 8 в распределительном диске. Эти насосы развивают давление до 35 МПа, обеспечивая подачу 60… 63 л/мин.

       Рис. 3.4. Принципиальная обратимых насос-моторов: а — лопастного; б — радиально-поршневого; в — аксиально-поршневого

       Для приведения в действие элементов  рабочих органов с поступательным движением (подъема и опускания  стрелы, рукояти и ковша экскаватора, ковша скрепера, отвалов бульдозеров и автогрейдеров и др.) используют гидроцилиндры диаметром 32 … 220 мм и ходом поршня 60 … 2000 мм (рис. 3.5). Регулирующие устройства (распределители, дроссели, регуляторы, клапаны) изменяют в процессе работы величину и направление потока жидкости от насоса к гидродвигателям, а также ограничивают давление в гидросистеме, предохраняя трансмиссию от перегрузок.

       Различают распределители золотниковые и крановые. Последние не обеспечивают достаточной  герметичности, поэтому применяются в системах с низким давлением (до 1 МПа). Число распределителей определяется количеством приводимых в действие исполнительных органов, а число их позиций — требованиями к управлению и конструкцией рабочих органов. В большинстве случаев применяются трехпозиционные золотники. В некоторых машинах (бульдозеров и погрузчиков) — четырехпозиционные. Управление распределителями — ручное с пружинным возвратом из включенных позиций или с фиксацией во всех положениях. Применяют также золотники с электрогидравлическим включением.

       Рис. 3.5. Гидравлические цилиндры: а, 6, в —  однопоршневые двустороннего действия; г — двухпоршневой; д — телескопический; 1 — корпус; 2— поршень; 3— пружина; 4— уплотнительные кольца; 5 — шток; 6 — манжеты уплотнения; 7.8 — штуцера подвода рабочей жидкости

       К вспомогательным устройствам относятся  баки для рабочей жидкости, фильтры  и центрифуги для очистки рабочих  жидкостей, теплообменники для их охлаждения. В гидростатических трансмиссиях используемая рабочая жидкость должна быть чистой. Загрязнение допускается частицами размерами не выше 20.. .40 мк.