Промышленное и гражданское строительство

Строительные машины

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

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

По системе приводов строительные машины подразделяются на машины с групповым и многомоторным приводом. В первых привод всех механизмов исполнительных рабочих органов осуществляется с помощью муфт, тормозов и механических передач. Во-вторых — каждый исполнительный механизм приводится в движение от индивидуального электро-, гидро- или пневмодвигателя.

Возможность обеспечения более высокого КПД, простоты и агрегатности конструкции, автоматизации, лучших условий эксплуатации и ремонта предопределяет преимущественное применение на строительных машинах индивидуального привода механизмов.

Общими требованиями, предъявляемыми к приводу большинства строительных машин, являются: автономность силового оборудования от внешнего источника энергии, обеспечение минимальных габаритов, массы, большая надежность и готовность  к  работе,   высокий   КПД,   простота реверсирования механизмов и регулирования скоростей и рабочих усилий, обеспечение плавности включения механизма, независимость рабочих движений при возможности их совмещения, простота автоматизации системы управления, реализация блочных и агрегатных конструкций элементов привода.

Дополнительные требования определяются режимом работы машины, который в основном характеризуется отношением максимальных крутящих моментов (нагрузок) к средним Гтах/Гср, отношением максимальных частот вращения (скоростей) к средним сощах/wcp, продолжитель-ностью времени включения привода (ПВ) в процентах от общего времени работы машины и количеством включений в час (KB). В зависимости от степени изменения этих параметров, которые колеблются для многих машин в пределах 7'тах/:Гср=1,1...3А ПВ=15...1ОО %, КВ = = 10...600, режимы нагружения многих машин и их отдельных механизмов привода условно подразделяют на легкий, средний, тяжелый и весьма тяжелый. Исходя из этих условий для многих машин также требуется, чтобы у приводов была высокая перегрузочная способность, способность  ограничивать   максимальные

нагрузки, мягкая механическая характеристика, определяемая существенным изменением крутящего момента привода при изменении его угловой скорости (кривые 3, 5, 6, 8 на  1.2).

Силовое оборудование. В качестве силового оборудования на строительных машинах используются обычно тепловые двигатели внутреннего сгорания (ДВС), как правило дизельные, и реже — карбюраторные. Мощность дизелей, применяемых на землеройно-транспортных машинах, достигает 1000... 1200 кВт. Дизели обладают относительно высоким КПД (30...37%), сравнительно невысокими удельной массой [(3...4 кг/кВт) и расходом горючего (0,2...0,25 кг/(кВт-ч)]. Долговечность дизелей достигает 6000... 8000 ч работы при правильной эксплуатации. К недостаткам дизелей в приводе строительных машин следует отнести затруднения при эксплуатации при низких температурах и большую чувствительность к перегрузкам, связанную с его жесткой механической характеристикой. Механическая характеристика дизеля, определяемая изменением крутящего момента на валу и соответствующим усилием на рабочем органе в функции частоты его вращения и соответствующей скорости рабочего органа, характеризуется кривой / на  1.2. Кривая / показывает, что в основной рабочей зоне характеристики крутящий момент нарастает от 0 до величины Г„ при очень незначительном изменении частоты вращения. При дальнейшем изменении частоты вращения вала до момента начала опрокидывания (заглохания) двигателя крутящий момент возрастает незначительно — на 8... 13%.

В машинах, не требующих автономности от внешнего источника энергии, в качестве силового оборудования используют  электродвигатели   переменного  или

постоянного тока. Электродвигатели переменного тока, питающиеся обычно от электросети напряжением 380...220 В с нормальной частотой 50 Гц, конструктивно просты, дешевы, надежны и удобны в эксплуатации, поэтому наиболее широко применяются в качестве силового оборудования на строительных машинах. Электродвигатели с короткозамкнутым ротором наиболее просты, надежны и удобны в управлении. Однако в процессе их работы они имеют большой пусковой ток. Эти двигатели, механическая характеристика которых на  1.2 представлена кривой 2', не имеют также достаточных возможностей регулирования скоростей в зависимости от нагрузки. Поэтому наиболее часто их применение ограничивается небольшими мощностями — до 8...10 кВт.

Асинхронные электродвигатели переменного тока с фазным ротором, механическая характеристика которых представлена на  1.2 кривой 2, позволяют с помощью включения дополнительных сопротивлений в цепь ротора получить, кроме того, характеристики с различными степенями жесткости и способностью регулирования скорости от нагрузки. Эти характеристики обеспечивают удовлетворительные условия пуска и торможения механизмов. Асинхронные электродвигатели обладают высокой 'перегрузочной способностью, определяемой отношением максимального момента к номинальному, т.е. ^ = 7"тах/Г„ом. Для электродвигателей общего назначения ф= 1,8...2,2, а для электродвигателей специального кранового исполнения \|) = 2,5...3,4.

Недостаток асинхронных электродвигателей — их высокая чувствительность к колебаниям напряжения в питающей сети, что имеет место на стройплощадке.

В грузоподъемных машинах, требующих точной остановки и плавной посадки грузов, применяют также двухскорост-ные асинхронные короткозамкнутые двигатели с соотношением скоростей 2; 8/3; 3;  10/3.

В приводе ручных машин для снижения массы электродвигателей осуществляют их питание напряжением повышенной частоты. Так, переход с помощью специальных   преобразователей   на   питание

электродвигателей с частотой 50 на 400 Гц уменьшают массу электродвигателей в 3,5 раза. Применение высокочастотных двигателей, имеющих жесткую характеристику, удобно для ручных машин с высокими скоростями рабочих органов, в которых изменение нагрузки одновременно не должно существенно влиять на частоту вращения вала.

В приводе ручных машин часто применяют однофазные коллекторные двигатели, обладающие высокой удельной мощностью на единицу массы и мягкой механической характеристикой, обеспечивающей изменение скорости рабочего органа при росте на нем нагрузки. Двигатель малочувствителен к колебаниям напряжения в питающей сети, устойчиво работает в режиме частых пусков, может включаться в сеть постоянного тока и переменного без преобразователей. К недостаткам таких двигателей следует отнести их большую стоимость из-за наличия коллектора и щеток, а также необходимость высококвалифицированного обслуживания.

Среди различных типов электродвигателей особо можно выделить однофазный электромагнитный вибродвигатель. Отличаясь простотой конструкции и высокой надежностью в работе, электродвигатель производит непосредственное преобразование электромагнитной энергии в механическую с возвратно-поступательным движением. Это определяет основную область их применения в молотках и перфораторах, а также в качестве универсальных вибровозбудителей в вибропитателях, дозаторах, виброгрохотах, вибрационных насосах.

Электродвигатели постоянного тока обеспечивают лучшую плавность пуска и торможения механизмов по сравнению с двигателями переменного тока. Как видно из  1.2, двигатели с последовательным возбуждением обладают мягкой (кривая 3), с параллельным возбуждением — жесткой (кривая 4) механическими характеристиками. Однако эти двигатели имеют большую удельную массу (кг/кВт) по сравнению с асинхронными двигателями и могут работать в условиях строительства в основном   от  специального   генератора   постоянного тока или тиристорных преобразователей. Поэтому их применение на строительных машинах ограничено.

Наиболее широко используют двигатели постоянного тока в экскаваторах средней и большой мощности с ковшами вместимостью от 4 м3 и более. В этом случае двигатели чаще всего работают в системах: трехобмоточный генератор — двигатель (ТГ — Д), генератор — двигатель с электромашинным усилителем (Г — Д с ЭМУ) или с магнитным усилителем (Г — Д с МУ). Механические характеристики этих силовых установок (кривые 5 и 6 на  1.2) относятся к числу мягких характеристик, у которых скорость приводимых рабочих органов существенно изменяется по мере изменения рабочей нагрузки. В переходных режимах пуска и торможения эти установки обеспечивают необходимую плавность. Поэтому, несмотря на большую удельную массу этих силовых установок, которая в 1,5...2,5 раза больше других, их наиболее целесообразно применять на экскаваторах средней и большой мощности.

Кроме двигателей внутреннего сгорания и электродвигателей к силовому оборудованию строительных машин относятся также комбинированные силовые установки: ДВС — электрогенератор, обеспечивает электропривод механизмов от автономного источника энергии; ДВС (или электродвигатель) — гидронасос обеспечивает гидропривод механизма; ДВС (или электродвигатель) — компрессор (компрессорная установка) обеспечивает пневмопривод механизмов. Новыми элементами    в   этих   установках   являются

гидронасосы и компрессоры. Гидронасосы, применяемые в приводе строительных машин, по способу подачи жидкости подразделяются на шестеренчатые аксиально-поршневые и лопастные ( 1.3).

Шестеренчатые насосы ( 1.3, а) состоят из корпуса 3 и зубчатых колес / и 2. Одно из колес приводится в движение от двигателя, второе — вращается свободно на оси. Принцип работы насоса основан на том, что зубья, входя в зацепление, засасывают жидкость из соответствующей камеры и выталкивают жидкость из впадин между зубьями в нагнетательную камеру. Шестеренчатые насосы имеют постоянную подачу жидкости и работают чаще всего в диапазоне 500...2500 мин"1. Их КПД в зависимости от частоты вращения, давления и вязкости жидкости составляет 0,65...0,85. Эти насосы широко применяются в основном при давлениях до 10 МПа и мощностях до 30...40 кВт.

Поршневые насосы подразделяются на аксиально-поршневые ( 1.3,6) и радиально-поршневые. Наиболее распространены первые из них, позволяющие получать более компактные гидропередачи строительных машин. Принцип действия аксиально-поршневого насоса состоит в том, что от вала насоса приводится во вращение относительно оси

наклонная шайба 6 и связанные с ней шарнирно шатуны 5 поршней 4, расположенных на диаметре Dm. Вследствие наклона шайбы к оси насоса ее вращение вызывает одновременно возвратно-поступательное перемещение поршней в цилиндрах. При этом за одну половину оборота шайбы каждый поршень совершает полный ход в одном направлении, а за вторую половину оборота совершает ход в обратном направлении. С помощью распределителя 7 при ходе поршня влево полость цилиндра сообщается с линией нагнетания гидросистемы, а при обратном ходе — с линией всасывания. Подача такого насоса зависит от угла наклона шайбы у. В регулируемых насосах угол у изменяется с помощью специальной системы управления, поддерживая постоянную мощность, отдаваемую насосом.

В нерегулируемых аксиально-поршневых насосах угол у не изменяется. Такие насосы более просты по конструкции и дешевы. Однако при их установке для регулирования скоростей механизмов привода, так же как и при шестеренчатых насосах, требуется включение в гидросистемы специальных дроссельных устройств,    снижающих   КПД   привода.

Аксиально-поршневые насосы работают при давлениях до 40...50 МПа, имеют производительность до 750 л/мин и частоту вращения  вала   1000...3000 мин.

 КПД насосов колеблется примерно от 0,85 до 0,9.

Лопастной насос ( 1.3, в) состоит из корпуса 3, ведущего вала и эксцентрично расположенного на валу ротора 8, в пазах которого перемещаются пластины 9. При вращении ротора между лопастями, которые прижимаются к корпусу пружинами, образуются камеры, переносящие жидкость из полости всасывания В в полость нагнетания Я. При этом чем больше эксцентриситет ротора е, тем больше подаваемый объем жидкости. В результате выноса жидкости из полости всасывания в ней образуется вакуум, засасывающий жидкость из бака.

Лопастные  насосы  работают  при давлениях   16...18   МПа   при   КПД   г| = 0,8. 0,85.

Компрессоры в строительстве применяют в основном для обеспечения питания воздухом пневмодвигателей ручных пневматических машин, а также краскораспылителей для окрасочных работ и для систем управления машинами. Поэтому совместно с приводным двигателем и системой воздухоподготовки они образуют компрессорные установки (компрессорные станции). Компрессорные станции в строительстве по способу передвижения разделяются на три типа: переносные, прицепные и самоходные. Легкие переносные станции малой производительности монтируются обычно на раме с колесами, позволяющими перевозить ее вручную в пределах строительной площадки. Прицепные станции монтируют на двухосной пневмоколеснои тележке и транспортируют автомобилем или трактором. Самоходные станции монтируют обычно на грузовых автомобилях.

Применяемые компрессоры по принципу действия подразделяют на поршневые, ротационные и винтовые.

Поршневой компрессор ( 1.4) имеет цилиндр 2, в котором движется поршень 1. Возвратно-поступательное движение поршня обеспечивается приво-

димым от двигателя коленчатым валом 6 и шатуном 5. На крышке цилиндра имеются автоматически действующие всасывающий и нагнетательный клапаны 3 и 4. При движении поршня вниз от верхней «мертвой» точки в цилиндре создается разрежение, клапан 3 открывается и происходит всасывание наружного воздуха. При движении поршня вверх клапан 3 закрывается и воздух в цилиндре сжимается. Давление в цилиндре достигает определенной величины (обычно 0,8 МПа), клапан 4 открывается и сжатый воздух выталкивается из цилиндра по воздуховоду в воздухосборник. За один оборот коленчатого вала происходит полный цикл компрессора — всасывание воздуха, сжатие его и нагнетание.

Поршневые компрессоры бывают одно-и многоцилиндровые с одно- и многоступенчатым сжатием. Для обеспечения более долговечной работы компрессор снабжается системой водяного или воздушного охлаждения. Компрессоры, применяемые в строительных машинах, как правило, имеют более простую и дешевую воздушную систему охлаждения.

При наиболее распространенном давлении воздуха, используемого в пневматических строительных машинах (до 0,8 МПа) и производительности до 1 мл/мин, компрессоры изготовляют с одноступенчатым    сжатием    как    наиболее

простые и дешевые, при более высокой производительности — с двухступенчатым сжатием, обеспечивающим компрессору более высокий КПД (на 10...15 %) и большую долговечность.

Передвижные станции с поршневыми компрессорами выпускаются производительностью до 10 м3/мин при давлении до 0,8 МПа.

Ротационные компрессоры ( 1.5) представляют собой цилиндр 8, в котором вращается эксцентрично расположенный ротор 9. В пазах ротора расположены лопатки 7, которые при вращении под действием центробежных сил плотно прижимаются к внутренней поверхности цилиндра. Между лопатками и цилиндром образуются полости-ячейки 1...6, в которых происходят процессы всасывания воздуха J...2, его сжатия 3...4 и нагнетания в воздухосборник 5...6. В период сжатия воздуха во внутреннюю полость компрессора автоматически впрыскивается масло, которое охлаждает сжатый воздух, смазывает трущиеся детали и улучшает компрессию, образуя масло-воздушную смесь. Промышленностью выпускаются передвижные ротационные компрессоры производительностью до 10 м3/мин с давлением до 0,8 МПа.

Винтовые компрессоры ( 1.6) представляют собой два ротора 2 и 3 винтообразной формы, помещенные в корпус 1 и соединенные зубчатыми колесами 4 и 5, синхронизирующими вращение роторов. Один из винтов является ведущим, другой — ведомым. Винты имеют постоянное поперечное сечение и помещаются в цилиндрических расточках корпуса, которые пересекаются между собой, образуя в поперечном сечении фигуру восьмерки. Зубья, образующие винты, в поперечном сечении очерчены специальными выпуклыми и вогнутыми кривыми и имеют профиль, создающий теоретически беззазорное зацепление. Действительные зазоры определяются точностью изготовления. В корпусе насоса с противоположных торцов по диагонали расположены всасывающий и нагнетательный патрубки. За один оборот ведущего винта происходит подача в нагнетательный патрубок нескольких порций воздуха, число которых определяется

числом зубьев ведущего винта. При высоких скоростях вращения число порций воздуха, выталкиваемых в единицу времени, достаточно велико и колебание давления в воздухопроводе становится незаметным. Компрессорные передвижные станции с винтовыми компрессорами имеют производительность до 10 м3/мин при давлении до 0,8 МПа.

Привод ручных машин осуществляется непосредственно от пневматических дви- гателей, в которых энергия сжатого воздуха преобразуется в механическую энергию. Их выполняют обычно в едином корпусе с ручной машиной. При этом применяют двигатели: поршневые — мощностью 0,4...4 кВт с частотой вращения до 3000 мин"1; турбинные — мощностью до 0,4 кВт при частоте вращения до 15 000 мин~' и ротационные — мощностью 2...3 кВт с частотой вращения до 20 000 мин '. Малая удельная масса ротационных двигателей (кг/кВт), которая примерно в 10 раз меньше, чем у поршневых, а также простота их конструкций и несложное реверсирование обеспечили им широкое применение. Положительным свойством пневматических двигателей для многих ручных машин является также их мягкая механическая характеристика.

1.4. Трансмиссии строительных машин

Трансмиссии — это устройства, обеспечивающие передачу движения от силовой установки к исполнительным механизмам и рабочим органам машины. Они позволяют изменять по величине и направлению скорости, крутящие моменты и усилия. По способу передачи энергии трансмиссии подразделяют на механические, электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные. Наиболее распространены механические, гидравлические  и  комбинированные  трансмиссии.

К важным показателям трансмиссии относится их степень прозрачности, под которой понимается способность трансмиссии передавать колебания внешней нагрузки силовой установке.

Механические трансмиссии. Они включают в себя механические передачи, муфты, тормоза и другие элементы, обеспечивающие передачу движения. Механические передачи по принципу работы делят на: передачи трением с непосредственным контактом тел качения (фрикционные) и с гибкой связью (ременные) ; передачи зацеплением с непосредственным контактом (зубчатые и червячные)    и   с   гибкой   связью    (цепные).

В фрикционных передачах движение осуществляется с помощью сил трения скольжения.

При выполнении одного из тел качения с переменным радиусом качения можно получить фрикционную передачу с переменным передаточным отношением (вариатор). К достоинствам таких передач следует отнести простоту формы тел качения и равномерность вращения. К недостаткам относятся большие нагрузки на валы и подшипники, необходимость в применении специальных прижимных устройств и опасность повреждения и быстрого износа поверхностей в случаях буксования тел качения.

Простейшая ременная передача ( 1.10) состоит из ведущего и ведомого шкивов и ремня, надетого на шкивы с натяжением, и передающего окружные  усилия  с   помощью   сил  трения.

Ремни выполняют плоскими /, клиновыми 2, поликлиновыми 4 и круглого сечения 3. Необходимым условием работы ременной передачи является натяжение ремня, которое должно сохраняться в условиях эксплуатации. Натяжение осуществляется перемещением одного из шкивов, натяжным роликом ( 1.11, а) или пружиной, автоматическим устройством, обеспечивающим регулирование натяжения в зависимости от нагрузки. Ременные передачи, как правило, применяют для передачи движения параллельными валами, вращающимися в одну сторону (открытые передачи). В легких передачах благодаря закручиванию ремня возможна передача движения между параллельными валами, вращающимися в разные стороны ( 1.11,6) и между перекрещивающимися  ( 1.11, в).

Основными требованиями, предъявляемыми к ремням, являются: необходимая прочность при переменных напряжениях и износостойкость; достаточный коэффициент трения со шкивом; невысокая из-гибная жесткость. Этим требованиям удовлетворяет высококачественная кожа, однако вследствие дифицитности применяется редко. Наиболее распространенными являются прорезиненные тканевые ремни, имеющие достаточно высокую нагрузочную способность, удовлетворительную долговечность при работе со скоростями до 30 м/с. Основным несущим элементом этих ремней является высокопрочная хлопчатобумажная ткань — бельтинг. В последние годы стали чаще применять ремни из синтетических материалов, допускающие  рабочие скорости до  75  м/с

Зубчатые передачи. Эти механизмы с помощью зубчатого зацепления передают или преобразуют движение с изменением угловых скоростей и моментов. Зубчатые передачи между параллельными осями ( 1.12, а...в, ж) осуществляются цилиндрическими колесами с прямыми, косыми и шевронными зубьями. Передачи между пересекающимися осями ( 1.12, г, д) осуществляются коническими колесами, передачи между перекрещивающимися осями — винтовыми колесами ( 1.12, ё). Меньшее зубчатое колесо в паре называется шестерней, большее — колесом.

Для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот служат зубчатые колеса с рейкой ( 1.12, з). Зубчатые передачи в строительных машинах применяются наиболее широко. По сравнению с другими механическими передачами они имеют малые габариты, высокий КПД (т) =0,99...0,97), большую долговечность и надежность, постоянство передаточного отношения ввиду отсутствия проскальзывания, возможность применения в широком диапазоне моментов, скоростей и передаточных отношений. К недостаткам относятся шум при работе на значительных скоростях и недостаточно качественном исполнении. На  1.13 приведены геометрические параметры колес с наиболее распространенным зубчатым эвольвентным зацеплением. Они просты в изготовлении и имеют малые скорости скольжения и достаточные радиусы кривизны в точках контакта, что обеспечивает высокий КПД, прочность и долговечность зубьев колес.

Кроме передач с эвольвентным зацеплением применяются передачи с круго-вин-товым зацеплением (предложены М. Л. Новиковым) . В этих передачах, осуществляемых косозубыми колесами, профили зубьев описываются дугами окружности — у шестерен они выпуклые, а у колес — вогнутые. Контакт зубьев в виде площадки перемещается вдоль зубьев, поэтому зубья должны иметь осевое перекрытие. Зубья этих передач имеют большие радиусы кривизны в контакте и обеспечивают повышенную контактную несущую способность по сравнению с эволь-вентными. К недостаткам следует отнести сложность инструмента для изготовления колес и высокую чувствительность последних к изменению межцентрового расстояния.

Основными причинами разрушения зубчатых колес являются поломка зубьев, как правило, у ножки и выкрашивание поверхностей вдоль зуба у полюса зацепления Р ( 1.13). Поломка зубьев происходит: от чрезмерных перегрузок, усталостных повреждений, возникающих в местах концентрации напряжений, а также от многократно повторяющихся нагрузок. Выкрашивание поверхностей зубьев связано также с недостаточной усталостной прочностью поверхностных слоев зубьев, работающих в масляных ваннах и защищенных от загрязнений. В открытых зубчатых передачах и в закрытых, работающих в среде, засоренной абразив-

ными частицами (песок, пыль и т. п.), одной из основных причин выхода из строя зубчатых колес является их абразивный износ.

Рассчитывают зубчатые колеса в первую очередь исходя из предотвращения разрушения поверхностей зубьев (контактная прочность) и поломки зубьев у ножки  (изгибная прочность).

Расчет зубьев колес на изгибную прочность зуба ведется в предположении, что вся нагрузка воспринимается одной парой зубьев и прикладывается к верхней точке головки зуба. В качестве наиболее опасных рассматриваются напряжения от изгиба, возникающие в сечении у ножки зуба в месте перехода эвольвенты в выкружку.

Для обеспечения высокой несущей способности зубчатых колес на контактную и изгибную прочность зубьев, а также на износ целесообразно применять в качестве материалов стали, закаливаемые до высокой твердости  (НРС 55...62). В массовом и крупносерийном производстве наиболее широко применяют для тяжело-нагруженных передач низкоуглеродистые легированные стали, подверженные цементации и последующей закалке (ст. 15Х, 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ, 25ХГТ и др.). Для получения особо износостойких поверхностей колес применяют среднеуглеродистые легированные стали типа 38Х2МЮА, 38Х2Ю, 40Х2НМЛ, 4ХФА, которые подвергаются азотированию. Для зубчатых колес, изготовляемых в условиях мелкосерийного или индивидуального производства, при отсутствии жестких требований к габаритам и массе применяют улучшаемые стали до твердостей НВ 300...350. Чистовое нарезание в этом случае проводят после термической обработки, что исключает необходимость их шлифования. При этом применяют среднеуглеродистые стали типа сталь 40, 45, 50, 50Г, 35ХГС, 40Х и др. Для колес больших диаметров используют стальное литье из среднеуглеродистых сталей 35Л, 50Л, а также легированных сталей 40ХЛ, ЗОХГСЛ, 50ГС и т. п.

Для тихоходных и преимущественно крупногабаритных и открытых передач применяют также чугуны марок от СЧ 21—40 и выше.

Передаточное число обычных цилиндрических передач с неподвижными осями колес может достигать ы = 6...8.

Кроме обычных зубчатых передач с неподвижными осями колес в последние годы в строительных машинах стали применять передачи с перемещающимися осями колес — называемые планетарными (  1.14). В этих передачах сателлиты движутся относительно центрального колеса /. Оси сателлитов закрепляются в звене Н, называемом водилом. Ведущим или ведомым звеном в данной передаче могут служить любые из центральных колес или водило. Наиболее часто в качестве ведущего звена используется солнечное колесо, а ведомого — водило, или внешнее центральное колесо 3. Если в планетарной передаче все звенья являются подвижными, то такая передача приобретает свойства дифференциала, когда два из звеньев являются ведущими (или ведомыми) и одно звено ведомым (или ведущим).

Основным достоинством планетарных передач является многопоточность передачи энергии несколькими зубчатыми парами одновременно. Поэтому планетарные передачи обладают меньшими габаритами и массой. Кроме того, они имеют повышенный КПД и обеспечивают получение более высоких передаточных отношений. К недостаткам можно отнести более высокие требования к качеству их изготовления и монтажу.

Механизмы, составленные из двух-трех планетарных ступеней, позволяют обеспечить высокие передаточные отношения при больших значениях КПД.

Червячные передачи ( 1.15) передают вращение между перекрещивающимися осями и относятся к зубчато-винтовым передачам. Они состоят из винта — червяка / с трапецеидальной или близкой к ней резьбой и косозубого червячного колеса 2 с зубьями особой формы, получаемой в результате взаимного огибания с витками червяка. В отличие от винтовых передач осуществляется линейный контакт.

Основными параметрами червячной передачи являются шаг р, (мм) и модуль т (мм).

Расчет межцентрового расстояния и размеров зуба ведется исходя из контактной и изгибной прочности применительно к червячному колесу, изготовленному обычно из бронзы или чугуна, обладающих меньшей прочностью по сравнению со стальным червяком.

Кроме прямых червяков с различными профилями зубьев изготовляются вогнутые так называемые глобоидные охватывающие зубья колеса на некоторой дуге ( 1.15, б). Такие червячные передачи обладают высокой несущей способностью вследствие большого количества зубьев, находящихся одновременно в зацеплении. Однако они более сложны в изготовлении, монтаже и регулировке, особенно после некоторого износа зубьев колеса.

Цепные передачи предназначаются для передачи движения между двумя параллельными валами при достаточно большом расстоянии между ними. Передача ( 1.16) состоит из ведущей 2 и ведомой 1 звездочек и цепи 3, охватывающей их. Кроме этих основных элементов имеются натяжное и смазочное устройства, а также ограждения.

В строительных машинах в качестве приводных цепей наиболее широко приме-

няют втулочно-роликовые цепи, состоящие из валиков 4, на которых насажены наружные пластины 5 и свободно поворачивающиеся втулки 6. На втулки напрессованы внутренние пластины 7 и свободно посажены ролики 8. В качестве тяговых цепей в конвейерах, рабочих органах цепных экскаваторов используются обычно длиннозвенные втулочные цепи.

К достоинствам цепных передач относят: возможность передачи движения на значительные расстояния; меньшие, чем у ременных передач, габариты; отсутствие скольжения; достаточно высокий КПД (11=0,98...0,94), возможность легкой замены цепи. К недостаткам цепных передач относят: сравнительно быстрый износ шарниров, работающих в условиях попадания абразива; требуют более сложного ухода — смазки, регулировки в сравнении с клиноременными передачами; значительные вибрации и шум при достаточно высоких скоростях и невысокой точности элементов конструкции.

Основные параметры цепи определяются из шага t, по которому они приводятся в ГОСТах.

В строительных машинах в зависимости от мощностей и скоростей применяют как однорядные, так и многорядные цепные передачи.

 Валы и оси ( 1.17) имеют аналогичные формы и служат для поддержания вращающихся деталей. В отличие от осей валы предназначены для передачи крутящего момента вдоль своей оси. Многие типы валов подвержены действию как крутящих моментов, так и поперечных и осевых сил и изгибающих моментов.

По форме геометрической оси валы разделяют на прямые ( 1.17, в, г), коленчатые ( 1.17, д) и гибкие, с изменяемой формой геометрической оси ( 1.17, е). Оси ( 17, а, б) подвергаются в основном воздействию изгибающих моментов. Они разделяются на неподвижные ( 17, а), как у блоков грузоподъемных полиспастов, и вращающиеся. Опорные части валов называют цапфами. Промежуточные цапфы называют шейками, концевые — шипами. Для соединения вращающихся деталей с валами применяют шпонки (от одной до трех по окружности вала) или делают шлицевые соединения. Валы в большинстве случаев выполняют ступенчатыми ( 1.17, г). Эта форма удобна в изготовлении и сборке; уступы валов могут воспринимать большие осевые силы. Основными материалами для валов и осей служат углеродистые и легированные стали.

Для нетяжело нагруженных валов, не подвергающихся термической обработке, применяют стали Ст5 и Стб. Для валов и осей часто используют термически обрабатываемые среднеуглеродистые и легированные стали 45 и 40Х. Для высокона-груженных валов, где габариты и вес очень важны, применяют легированные стали   40ХН,   40ХН2МА,   ЗОХГСА   и   др.

Валы из этих материалов обычно подвергают закалке с высоким отпуском или поверхностной закалке ТВЧ с низким отпуском. Валы, изготовляемые заодно с зубчатыми колесами (вал-шестерни), для высоконагруженных передач часто изготовляются из цементуемых сталей типа 20Х, 12ХНЗА, 18ХГТ или азотируемых сталей 38Х2МЮ с закалкой до высоких твердостей.

Гибкие валы ( 1.17, е) применяют для передачи крутящего момента между узлами машин или агрегатами, меняющими свое относительное положение при работе. Основными свойствами гибких валов являются их малая жесткость при изгибе и значительная жесткость при кручении. Их применяют в основном в механизированном инструменте, вибраторах, приборах дистанционного управления и контроля, следящих приводах.

Гибкие валы состоят из сердечника и нескольких плотно навитых слоев проволок. Таким образом, гибкие валы представляют собой многослойные многоза-ходные витые пружины кручения. Соседние слои имеют противоположное направление навивки. Толщина проволок наружных слоев больше, чем внутренних, гибкие валы заключают в металлическую, резиновую или тканевую броню, которая защищает гибкий вал от повреждений, загрязнений и сохраняет на нем смазку. Броня не вращается и предохраняет обслуживающий персонал от захвата валом.

Прямые валы и оси при расчете рассматриваются как балки, расположенные на шарнирных опорах. Опорами являются подшипники качения или скольжения. Внешние нагрузки воспринимаются от зубчатых колес, звездочек, шкивов, блоков, барабанов и т. п.

Валы и оси проверяют также на изгиб-ную жесткость. Максимальный прогиб обычно ограничивается величиной 0,0003 от расстояния между опорами, а в местах установки зубчатых колес — не более 0,03 от модуля зацепления.

Подшипники предназначаются для поддерживания вращающихся валов и осей в пространстве и восприятия действующих на них нагрузок. Кроме осей и валов  

детали, вращающиеся вокруг осей и валов, например катки, шкивы, шестерни и др.

По виду трения подшипники разделяют на подшипники скольжения и качения. Подшипники скольжения — это опоры вращающихся деталей, работающих в условиях относительного скольжения ( 1.8) поверхности цапфы по поверхности подшипника, разделенных слоем смазки. Подшипники качения — это опоры вращающихся или качающихся деталей, использующие элементы качения (шарики или ролики) и работающие на основе трения качения.

Подшипники качения являются основными видами опор в машинах. Они стандартизованы в международном масштабе. Конструкции основных видов подшипников качения ( 1.19) состоят из внутреннего кольца 2 диаметром d, наружного кольца / диаметром D, тел качения 3 (шариков или роликов), сепараторов 4, разделяющих и направляющих тела качения. Подшипники качения классифицируют: по направлению воспринимаемой нагрузки (радиальные, радиально-упор-ные, упорно-радиальные, упорные); числу рядов тел качения (одно- и двухрядные) ; способности самоустанавливаться; форме тел качения (шариковые и роликовые)  и габаритным размерам.

Наиболее распространенным из них является шариковый однорядный подшипник ( 1.19, а). Радиально-упорные подшипники ( 1.19, в, д) применяют при комбинированном нагружении радиальной силой F, и осевой силой FA. Способность к восприятию осевых нагрузок у этих подшипников зависит от угла а. Упорно-радиальные подшипники ( 1.19, з) предназначены для комбинированных нагрузок Fa и Fr, причем обычно F,/Fa^\. Упорные подшипники ( 1.19, и) воспринимают только осевые нагрузки. К самоустанавливающимся подшипникам относят сферические подшипники ( 1.19, б, е), допускающие углы перекоса колец до 2...30.

По габаритным размерам при данном внутреннем диаметре подшипники делятся на серии ( 1.20): '/ — сверхлегкая; 2 — особо легкая; 3 — легкая; 4 — средняя; 5 — тяжелая; 6 — средняя широкая; 7 — легкая широкая.

К основным достоинствам подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения относятся: меньшие моменты сил трения и теплообразование (в 5...10 раз); меньшие пусковые моменты; значительно меньшие требования по уходу; меньший расход смазочных материалов; большая несущая способность на единицу ширины подшипника; значительно меньший расход цветных металлов и меньшие требования к материалу и термической обработке валов. К недостаткам относят: повышенные диаметральные габариты; высокая стоимость при мелкосерийном производстве уникальных по размерам подшипников.

Основными материалами для колец и тел качения подшипников являются высокоуглеродистые хромистые шарикоподшипниковые    стали    ШХ15   и    ШХ15СГ

(среднее содержание углерода  1   1,1 %).

Твердость колец и тел качения обычно составляет НРС-60...66. Допустимая шероховатость поверхности тел и дорожек качения определяется 11-м классом шероховатости. Основными причинами выхода из строя подшипников качения являются: усталостное выкрашивание рабочих поверхностей вследствие знакопеременных напряжений; разрушение колец и тел качения; их абразивный износ; образование

 вмятин на рабочих поверхностях при больших статических и динамических нагрузках; разрушение сепараторов.

Обычно подшипники качения в строительных машинах в зависимости от конструкции и условий работы рассчитывают на срок службы от 500 до 10 000 ч.

Подшипники скольжения ( 1.21) состоят из корпуса 4, крышки 3 и вкладышей 2 и /, поддерживающих вал, а также смазывающих устройств. Корпуса подшипников выполняют цельными или разъемными. Цельные корпуса, хотя и проще в изготовлении, чем разъемные, но требуют осевого монтажа, что для тяжелых валов выполнять трудно. Разъемные корпуса употребляют наиболее часто. При их использовании облегчаются монтаж валов и регулировка зазоров в подшипнике.

Для восприятия осевых нагрузок, действующих на валы и оси, применяют подпятники ( 1.22). Кольцевой односторонний подпятник ( 1.22, а) имеет наиболее простую конструкцию. Вал своим торцом или через вставную пяту опирается на подушку подпятника. Двусторонние подпятники ( 1.22, б) обычно выполняют с насадным упорным фланцем. При больших осевых нагрузках для увеличения опорной поверхности возможно применение гребенчатых разъемных по осевой плоскости подпятников ( 1.22, в). Несмотря на значительно мень-

шие области применения подшипников скольжения по сравнению с подшипниками качения, их достаточно широко используют в случаях, когда по условиям сборки необходимо выполнять разъемными, например, для коленчатых валов двигателей, компрессоров и т. п.; особо быстроходных валов или особо точного направления; особо тяжелых валов; больших динамических нагрузок; необходимости работы в воде, агрессивных средах; значительного загрязнения смазки.

Основными рабочими элементами подшипников скольжения являются вкладыши. Их выполняют из антифрикционных материалов (баббиты, бронзы, пластмассы, металлокерамика, чугуны, графит).

Приводные муфты предназначаются для передачи крутящего момента между валами, являющимися продолжением один другого или между валом и установленными на нем деталями — зубчатыми колесами, шкивами, звездочками. Длинные валы по условиям технологии изготовления и сборки или транспортировки делают составными. Участки такого вала соединяют нерасцепляемыми (глухими) муфтами ( 1.23). К ним относятся втулочные ( 1.23, а, б) и фланцевые ( 1. 23, в) муфты. Размеры нерасцепляемых муфт стандартизованы по диаметрам валов. Наиболее употребительными являются фланцевые муфты. При установке в этих муфтах болтов с зазором их рассчитывают на затяжку из условия обеспечения необходимого момента  трения  между  плоскостями  муфт:

(1.38)

(1.39)

Для соединения валов с неточно совмещенными осями применяют компенсирующие   муфты,   которые   компенсируют   небольшие радиальные, осевые, угловые и комбинированные смещения. На  1.24, а показана зубчатая, а на  1.24, б — цепная компенсирующие муфты. Для компенсации линейных и угловых погрешностей расположения соединяемых валов зубчатое зацепление выполняют с боковым зазором, зубу придают сферическую форму, венцы располагают на значительном расстоянии один от другого в осевом направлении.

Зубчатые муфты стандартизованы на диаметры валов 40...560 мм с крутящим моментом до 106 Н-м.

Цепная муфта ( 1.24, б) состоит из двух звездочек, насаженных на соединяемые валы и имеющих одинаковые числа зубьев, охватывающей их цепи и кожуха. Эти муфты допускают перекосы валов до 1° и радиальные смещения до 1,2 мм. Им характерна простота конструкции, монтажа и демонтажа. Муфты стандартизованы на ряд валов диаметром 18... 125 мм и момент до 6300 Н-м.

Для соединяемых валов с повышенными взаимными смещениями осей применяют подвижные муфты. В строительных машинах чаще применяют подвижные муфты с шарнирами Гука ( 1.24, в, г). Такие муфты предназначены для передачи крутящего момента между валами с взаимным наклоном осей до 40...45 °, причем угол наклона осей может меняться. Вращение под такими большими углами может передаваться, потому что муфта имеет два шарнира с двумя взаимно перпендикулярными осями ( 1.24, в). Спаривая две муфты, можно удвоить предельный угол между ведущим и ведомым валами и передавать движение между па-

раллельными, но смещенными валами ( 1.24, г). Применяя телескопический промежуточный вал, можно изменять смещение валов во время работы. Шарнирные муфты применяют для передачи крутящих моментов до 3-Ю'1 Н-м.

Для смягчения толчков и ударов и предотвращения опасных колебаний используют упругие муфты, которые одновременно выполняют роль компенсирующих. В строительных машинах наиболее распространены упругие муфты с резиновыми элементами, работающими на сжатие ( 1.25, а), и с резинокордовыми элементами, работающими на кручение ( 1.25, б).

В муфтах ( 1.25, а) момент передается через пальцы и сидящие на них упругие резиновые элементы в виде колец или гофрированных трубок. Муфты выпускаются для валов 16...150 мм моментом до 15 000 Н-м. Муфты с упругой торообразной оболочкой ( 1.25, б) состоят из упругой оболочки типа шины, двух полумуфт и двух колец, которые с помощью винтов закрепляют оболочку на полумуфтах. Эта муфта имеет хорошие демпфирующие качества, позволяет компенсировать значительные неточности устанавливаемых валов и обеспечивает легкость сборки, разборки и замены упругого элемента. Такие муфты имеют момент от 20 до 25 000 Н • м.

Фрикционные сцепные муфты передают крутящий момент за счет сил трения на рабочих поверхностях различной формы: дисковой ( 1.26, а, б), конусной ( 1.26, в), цилиндрической ( 1.26, г). Муфты могут работать как всухую, так и со смазкой. Давление на трущихся поверхностях создается с помощью усилия Fa включения механизмами различного вида — пружинно-рычажными, гидравлическими, пневматическими, электромагнитными.

В пневмокамерной муфте ( 1.26, г) усилие включения осуществляется пневмо-камерой 2, которая при подаче в нее сжатого воздуха от компрессора расширяется и толкает фрикционные колодки 3 вдоль выступов 6 ведущего звена 5. Колодки 3, прижимаясь к цилиндрической поверхности ведомого звена 1, приводят его в движение за счет сил трения. Пружины служат для возврата колодок 3 в первоначальное состояние в выключенном положении.

Коэффициент   трения   для    различных трущихся пар всухую колеблется: прессо-

ванные пластмассы на основе асбеста по стали или чугуну — / = 0,25...0,4; металлокерамика по закаленной стали — / = = 0,35...0,45; чугун по чугуну или закаленной стали—/ = 0,14...0,18; закаленная сталь по закаленной стали или чугуну при трении со смазкой — / = 0,06...0,08; металлокерамика по закаленной стали со смазкой — / = 0,08.. .0,12.

Тормоза — служат для удержания от вращения вала, барабана лебедки, поворотной платформы, ходового устройства и т. п. в строительных машинах. Тормоза выполняют чаще ленточными ( 1.27, а) или колодочными ( 1.27, б...д), реже   дисковыми   и   конусными.   Тормоз включается обычно при отключенной системе питания привода с помощью пружин и грузов. Выключают тормоза (размыкают колодки и ленты) при включении системы питания привода. Управлять тормозом можно с помощью электромагнитов 5 ( 1.27, а, д, г), гидроцилиндра 14 ( 1.27, б, в), центробежного толкателя и других устройств. На  1.27, а лента 2 огибает шкив 8. Через рычаги 3 и 7 она соединена с коромыслом 4, взаимодействующим с магнитом 5. Звенья 3, 4, 7 образуют двухкоромысловыи механизм. Звенья 3 и 7 соединены пружиной 6. Рычаг 9 и пружина 1 при отключении тормоза отводят ленту от шкива.

В схеме  1.27, б колодки 18 и 17 прижаты к шкиву 8. Эти колодки шарнир-но связаны соответственно с коромыслами 19 и 16, которые соединены между собой пружиной 12 и звеньями 11 и 13. Регулируют пружину гайкой 10. Шарнирная связь звеньев 18 и 19, 17 и 16, а также звеньев 19 и 16 со стойкой дает возможность колодкам 18 и 17 самоустанавливаться в зависимости от положения оси шкива 8. Управляют тормозом от гидроцилиндра 14 через пространственный механизм 15. Воздействуя на рычаг 13, раздвигают колодки 18 и 17.

В схеме  1.27, в по сравнению со схемой 1.27, б иное расположение пружин и гидроцилиндра. Они установлены между рычагом 15 и стойкой. В схеме  1.27, г элементы электромагнита 5 непосредственно воздействуют на рычаги 20 и 23 и, сжимая пружины 21, 22 раздвигают колодки 18 и 17.

В схеме  1.27, д электромагнит 5 установлен между коромыслами 16 и 25. При включении электромагнита коромысло 25 притягивается к коромыслу 16, через толкатель 24 воздействует на пружину 12 и раздвигает колодки.

Трущиеся пары и коэффициент трения при расчетах тормозов принимают такими же, как и для фрикционных муфт.

Канатная передача осуществляет движение груза с помощью канатове-дущих шкивов или барабанов и канатов. Характерным для привода канатоведу-щим шкивом является использование привода для кабины лифта ( 1.29, а) и привода канатного транспортера ( 1.29, б). Наиболее распространенным приводом в канатных передачах строительных машин является барабанный привод ( 1.29, в). Основным рабочим элементом канатных передач являются стальные проволочные канаты, обладающие большой гибкостью ( 1.30, а). Канаты используют для подъема или перемещения грузов, в качестве несущих канатов при перемещении по ним грузовых тележек, для строповки грузов. Стальные канаты изготовляются из высокопрочной стальной проволоки, получаемой методом холодной протяжки. Канаты изготовляются одинарной свивкой непосредственно из проволочек и двойной свивкой, когда проволочки пред-

варительно свиваются в пряди, а пряди в канат. Канаты выполняются с односторонней свивкой ( 1.30, б), когда проволоки в пряди и пряди в канате свиваются в одном направлении. Если же они свиваются в противоположных направлениях, то их называют канатами крестовой свивки ( 1.30, в). Последние более устойчивы против кручения! Канаты могут свиваться из проволочек одного или разных диаметров. Последние имеют большую на 5... 10 % степень заполнения металлом сечения каната и соответственно большую прочность.

По типу свивки канаты изготовляются с точечным касанием (ТК) отдельных проволок между слоями в пряди, с линейным касанием (ЛК) проволок в пряди, а также с точечно-линейным касанием (ТЛК). Линейный контакт, при котором контактные напряжения ниже, чем при точечном, достигается легче в случае применения проволок разного диаметра.

В центре каната помещается обычно сердечник из органического волокна (пеньки и т. п.), пропитанного специальной смазкой.

В механизмах строительных машин преимущественно применяют шестипряд-ные канаты двойной крестовой свивки  с

органическим сердечником с количеством проволок 6X19=144 или 6X37 = 222. Применяются также семипрядные канаты с центральной металлической прядью, прочность которых при одинаковых диаметрах примерно на 15 % выше, чем шес-типрядных.

Долговечность канатов в значительной степени зависит от отношения диаметра, огибаемого канатом барабана или блока, к диаметру каната (Dt/d'k); числа перегибов каната на блоках в течение года; материала блока и других факторов. В зависимости от режима нагрузки D(,/dK = = 16...40.

Для крепления свободных концов канатов к элементам конструкции машин применяют разнообразные коуши и зажимы ( 1.31). На  1.31, а показано креп-

ление в фасонной втулке закладным клином; на  1.31, б — закрепление в конической втулке загибом концов проволоки и последующей заливки их легкоплавким металлом; на  1.31, в — крепление на коуше заплеткой, а на  1.31, г — крепление на коуше с помощью канатных зажимов.

Для обеспечения безопасной работы канаты подвергаются периодическим осмотрам на наличие обрывов проволоки. Количество допускаемых на шаге свивки каната оборванных проволок регламентировано нормами Госгортехнадзора. Например, при работе канатов из 114 проволок с запасом прочности 6 или меньше при односторонней свивке канат бракуется при наличии обрывов 6 проволок на шаге свивки, а при крестовой — 12 проволок.

В большинстве грузоподъемных машин поднимаемый груз связан с лебедкой через полиспаст. Полиспасты ( 1.34) представляют собой системы из двух обойм — подвижной и неподвижной, каждая из которых состоит из нескольких блоков, огибаемых канатом. Груз подвешивают к подвижной обойме, а последняя ветвь каната навивается на барабан лебедки.

Различают полиспасты, у которых: свободная ветвь сбегает с блока неподвижной обоймы и конец каната закреплен на ней же ( 1.34, а); свободная ветвь сбегает с блока  неподвижной обоймы, а конец каната закреплен на подвижной обойме ( 1.34, б); свободная ветвь сбегает с блока подвижной обоймы, а конец каната закреплен на неподвижной обойме ( 1.34, в). Свободная ветвь сбегает с блока подвижной обоймы и конец каната закреплен на подвижной обойме  ( 1.34, г).

К достоинствам полиспастных систем следует отнести уменьшение усилий в отдельных ветвях канатов, а следовательно, применение меньших диаметров- канатов,

 блоков и барабанов; к недостаткам — увеличение количества перегибов канатов на блоках, увеличение количества блоков и снижение КПД полиспаста.

В качестве отдельных узлов механических передач в строительных машинах широко применяют редукторы, коробки скоростей, коробки отбора мощности, реверсы. Зубчатые и червячные редукторы — это механизмы, выполняемые в виде отдельных агрегатов и служащие для понижения угловых скоростей и увеличения крутящих моментов.

На  1.35 приведены схемы наиболее распространенных зубчатых цилиндрических, конических и червячных редукторов. Для малых передаточных чисел — до м = 8...1О во избежание увеличения габаритов применяют одноступенчатые редукторы ( 1.35, а). Основное распространение имеют двухступенчатые редукторы с ы = 8...5О ( 1.35, б, в) и одноступенчатый червячный редуктор ( 1.35, е). При больших передаточных числах используют трехступенчатые передачи ( 1.35, г, д).

В последние годы в строительных машинах все больше применяют планетарные передачи, обеспечивающие меньшие габариты, массу и больший КПД по сравнению с обычными зубчатыми передачами (см.  1.14).

Конструкция однорядной планетарной передачи, выполненной в модульном варианте ( 1.36), может быть приспособлена для различных типов планетарных редукторов. Центральное колесо / вращает три сателлита 4, посаженные на подшипники 7, закрепленные на осях 2 в водиле 3. Сателлиты обкатываются вокруг эпициклического центрального колеса 5. Кольца 6 и 8 служат креплением подшипников сателлитов.

Предложенный МИСИ им. В. В. Куйбышева ряд планетарных модулей на  1.36 из шести типоразмеров от ат = = 40 мм до а»=125 мм с номинальным крутящим моментом на выходе Г=280... 14 000 Н-м при передаточных отношениях « = 6,23. ..8,73 в случае их различного сочетания в одинарном и сдвоенном исполнении позволяет охватить планетарными механизмами основную номенклатуру строительных машин на 80...85 % с большим экономическим эффектом как по металлоемкости, так и в стоимостном выражении.

В качестве примера на  1.37 показано применение модульных сдвоенных планетарных передач в различных бетоносмесителях.

Коробки передач, так же как и редукторы, широко применяют в качестве

отдельных узлов механических передач в строительных машинах. Коробка передач — это механизм, выполненный, как правило, в отдельном корпусе. Она служит для ступенчатого изменения передаточного отношения, которое осуществляется путем переключения зубчатых передач. По числу элементов управления, включаемых на каждой ступени изменения скорости выходного звена, различают коробки передач с одним, двумя элемен-. тами и более, включаемыми на каждой ступени изменения скорости.

На  1.38 приведены схемы простейших коробок передач. Подшипниковые опоры валов условно не показаны. Схемы коробок передач с неподвижными осями и одним элементом управления ( 1.38, а...е) представляют собой параллельное независимое соединение нескольких механизмов, число которых равно количеству получаемых ступеней изменения скорости. Каждый из этих механизмов может быть включен с помощью муфты. Одновременное включение двух механизмов и более недопустимо. Энергия при включении одного из элементов управления передается последовательно через зубчатые пары соответствующего механизма. Включение муфты 1 или 2 в схеме приводит к соединению звеньев 0 и оо через первую и вторую зубчатые пары. На  1. 38, б муфтой 2 соединяются звенья 0 и оо непосредственно, а муфта 1 вводит дополнительно в зацепление две зубчатые пары. Схемы  1.38, в, г позволяют реверсировать вращение звена оо при постоянном направлении вращения звена 0. В схеме, приведенной на  1.38, в, это достигается наличием в одной из параллельных ветвей промежуточного колеса, в другой схеме ( 1.38, г) —использованием симметричной конической зубчатой передачи. По схеме  1.38, д можно получить три скорости звена оо включением муфт 1...3. При этом на каждом из режимов в передаче движения участвуют две пары зубчатых колес. По Схеме  1.38, е получают четыре скорости звена оо путем включения соответственно муфт 1...4. Схема  1.38, ж представляет собой последовательное соединение двух-скоростных передач. В этом случае возможно также получить четыре скорости звена оо путем осевого перемещения двухвенцовых зубчатых колес. Каждый режим обусловлен включением двух элементов.

Коробки  передач  кроме основного назначения — ступенчатого  изменения  ско-

ростей ведомого звена — часто служат и механизмом реверса (см.  1.38, в, г), в которых осуществляется изменение направления ведомого звена на обратное по отношению к ведущему звену.

Кроме коробки передач в механизмах привода часто имеются также специальные раздаточные коробки, которые обычно с помощью зубчатых передач осуществляют разветвление привода движения на отдельные рабочие механизмы.

К положительным свойствам механических трансмиссий в целом можно отнести сравнительную простоту конструкций, небольшую массу и стоимость, возможность обеспечения достаточной надежности в работе для большинства элементов. К их недостаткам относятся значительные потери энергии в фрикционных муфтах и тормозах, их достаточно быстрый износ, ступенчатое изменение скоростей и усилий, сложность компоновки передач при большом числе скоростей и трудности автоматизации управления рабочим процессом.

Устранению многих из указанных недостатков способствовало совершенствование конструкций и широкое внедрение в строительных машинах гидромеханических трансмиссий, являющихся соединением механических и гидравлических трансмиссий.

Гидравлические трансмиссии. К гидравлическим относят гидродинамические и гидрообъемные трансмиссии. Гидродинамические трансмиссии включают в себя гидромуфты или гидротрансформаторы. Характерной особенностью этих передач является отсутствие жесткой связи между ведущими и ведомыми частями передачи. Движение от ведущей к ведомым частям передается за счет кинетической энергии рабочей жидкости, воздействующей на лопасти рабочих колес. Поэтому гидравлические передачи служат в качестве предохранительных устройств от динамических перегрузок в приводах машин.

Гидромуфты ( 1.39) состоят только из двух колес — ведущего (насосного 4) и ведомого (турбинного 3). На валу гидромуфты предусмотрена установка уплотнения 1, обеспечивающего герметизацию корпуса муфты 2 и вала. Насосное колесо приводит во вращение жидкость,   находящуюся  в   рабочей   полости.

Под воздействием центробежной силы она отбрасывается к периферии колеса и попадает на лопасти турбинного колеса, оказывая на них давление. Потеряв часть энергии на преодоление сопротивления вращению турбинного колеса, жидкость по его полости течет к центру гидромуфты, где оно вновь переходит на насосное колесо, и цикл его движения повторяется.

Относительная скорость, складываясь с переносной скоростью и движения с насосным колесом, дает в сумме абсолютную скорость схода жидкости с насосного колеса ( 1.39, а). Скорость с направлена под углом к лопастям турбинного колеса. Этот угол увеличивается с ростом разности угловых скоростей колес и, следовательно, больше будет силовое воздействие жидкости на лопастные колеса и крутящий момент, передаваемый гидромуфтой.

При использовании гидромуфты пуск двигателя можно производить без отключения трансмиссии, так как вначале крутящий момент, передаваемый гидромуфтой и зависящий от квадрата угловой скорости насосного колеса, мал.

На  1.40 приведены основные характеристики гидромуфт, определяющие изменение крутящих моментов и КПД в функции частоты вращения. Кривые Т3 и Т„ обозначают характер изменения крутящего момента соответственно в замкнутых и незамкнутых гидромуфтах при постоянной частоте вращения двигателя по К замкнутым относятся гидромуфты, у которых рабочий объем жидкости не меняется в зависимости от развиваемого в ней давления. В незамкнутых — регулируемых гидромуфтах рабочая камера соединена с атмосферой или органами питания. Величина т) характеризует КПД гидромуфты. Точка К соответствует критическому значению крутящего момента,

при котором характеристика незамкнутой муфты будет изменяться вследствие уменьшения количества жидкости в рабочей камере. Величины Т[ и Т% — соответственно механические характеристики двигателя внутреннего сгорания (дизеля) и ведущего вала гидромуфты.

Гидротрансформаторы в отличие от гидромуфты имеют не менее трех лопастных колес: насосное 3, турбинное 4 и реактор 2. В обычном гидротрансформаторе реактор неподвижен, в универсальном реактор установлен на обгонной муфте /. При малых нагрузках реактор вращается свободно под действием потока жидкости и не воспринимает крутящий момент. В этом случае гидротрансформатор работает как гидромуфта, когда с уменьшением нагрузки КПД увеличивается.

На  1.41 приведены характеристики гидротрансформаторов. При больших нагрузках на выходном валу (К> 1) гидротрансформатор работает в режиме редуктора, уменьшая частоту вращения выходного вала по отношению к частоте вращения входного вала. Изменение частоты вращения и крутящего момента происходит автоматически бесступенчато.

Мягкая выходная механическая характеристика гидротрансформатора Гг = /(га) способствует широкому использованию гидромеханических передач с применением гидротрансформаторов в землеройных, землеройно-транспортных машинах и всевозможных погрузчиках, где с ростом внешней нагрузки на рабочем органе или движителях целесообразно автоматическое уменьшение рабочей скорости, приводящее к большей чувствительности в управлении машиной, а также к уменьшению стопорных динамических нагрузок, появляющихся при встрече с препятствием рабочего органа или движителей.

Гидрообъемные трансмиссии являются более совершенными по сравнению с гидромеханическими трансмиссиями, выполняемыми на базе гидромуфт или гидротрансформаторов. В конструкцию гидрообъемных трансмиссий входят гидронасосы и гидромоторы, гидроцилиндры, направляющие, регулирующие и вспомогательные устройства и соединяющие их рабочие гидролинии высокого (напорного) и низкого (сливные, всасывающие, под-питочные) давления.

Схемы гидроцилиндров одно-(а) и двустороннего действия с одно-(б) и двусторонним (в) штоком приведены на  1.42.

Гидроцилиндр ( 1.43) представляет собой корпус (трубу) с тщательно обработанной внутренней поверхностью. Внутри гильзы перемещается поршень 4, имеющий резиновые манжетные уплотнения 3, 7 и 8, которые предотвращают перетекание жидкости из полостей цилиндра, разделенных поршнем, и обеспечивают съем грязи. Усилие от давления на поршень передается через шток /. С двух сторон корпуса укреплены крышки 2 и 6 с отверстиями. В крышке 6 крепится штуцер 5. Отверстия в крышке и штуцере служат для подвода и отвода рабочей жидкости.

Скорость перемещения штока цилиндра зависит от направления подачи жидкости.

Для увеличения хода штока применяют телескопические гидроцилиндры, которые в сдвинутом положении имеют небольшие размеры. Посредством гидроцилиндров можно обеспечить не только поступательное, но и вращательное движение. Для этого их соединяют с зубчато-реечными, канатно-блочными, цепными, винтовыми или кривошипно-шатунными механизмами. Направляющие гидроаппараты обеспечивают пуск, остановку и изменение направления потока рабочей жидкости в гидролиниях полным открытием или закрытием рабочего проходного сечения. Основными параметрами этих гидроаппаратов является условный проход, номинальное давление и номинальный поток. К основным направляющим гидроаппаратам относятся гидрораспределители, гидроклапаны и гидрозамки.

Гидрораспределители служат для переключения и направления потоков рабочей жидкости, реверсирования движения и фиксирования гидродвигателей в определенном положении. Они автоматически переключают систему на холортой

ход по окончании рабочего хода. Гидрораспределители обеспечивают управление несколькими исполнительными гидродвигателями.

На  1.44 показан моноблочный гидрораспределитель. В чугунном корпусе 2 расположен предохранительный клапан 4 и, как правило, несколько стальных закаленных плунжеров (золотников) 3, которые во избежание перетечек жидкости из полостей высокого давления в полость малого давления имеют очень малые зазоры с отверстием в корпусе. Золотники, соединяющие напорные или возвратные гидролинии, перемещаются с помощью рукояток 1. Если гидрораспределитель состоит из отдельных секций, то его называют секционным. В этом случае в каждой секции расположен один золотник.

В гидрораспределители обычно встраивают различные клапаны — предохранительные, обратные, подпиточные, антика-витационные и др. Гидрораспределители имеют устройства для возврата рукояток управления в исходное положение или фиксации их в заданных положениях. Ими можно управлять вручную или с помощью гидравлических или электрогидравлических сервоустройств, позволяющих упростить управление, снизить усилия на рукоятках управления и повысить точность выполнения операций. Гидрораспределители, предназначенные для автоматического, дистанционного и кнопочного управления, состоят из электромагнита, перемещающего вспомогательный золотник, который включает главный золотник.

По схеме разгрузки насоса при нейтральном положении золотников гидрораспределители делят на два типа — с открытым и закрытым центром. Гидрораспределитель с открытым центром при нейтральном положении золотников позволяет жидкости из полости нагнетания по каналу в корпусе перетекать в сливную полость. Гидрораспределители применяют как для параллельной, так и последовательной схем соединения гидродвигателей. При параллельной схеме можно к одному насосу подключать одновременно несколько гидродвигателей.

При индивидуальной схеме можно включить только один гидродвигатель. С включением первого гидродвигателя по движению потока напорная гидролиния отключается от всех остальных золотников. В реальных системах гидропередач используют комбинации перечисленных схем.

Гидроклапаны ( 1.46) представляют собой различные запорные устройства: шариковые, конические, золотниковые.   Выбор   запорного  устройства   зави-

 сит от назначения клапана, величины проходного потока и давления.

Обратные гидроклапаны обеспечивают движение рабочей жидкости только в одном направлении. В другом направлении запирающий элемент гидроклапана плотно прижат к седлу клапана давлением рабочей жидкости. Имеющаяся в клапане пружина не препятствует движению жидкости в противоположном направлении. Она предназначена для правильной посадки запирающего элемента в седле. Обратные гидроклапаны применяют для защиты насосов от резкого повышения давления, вызываемого нагрузками на рабочем органе, а также для формирования направлений потоков рабочей жидкости в гидролиниях. Их устанавливают последовательно с фильтрами.

Подпиточный клапан является разновидностью обратного гидроклапана, который устанавливают в подводящей гидролинии гидродвигателя или в гидрораспределителе. Он обеспечивает заполнение гидролинии рабочей жидкостью во избежание кавитации. Подпитка гидродвигателя происходит за счет сил инерции или внешних сил от сливной гидролинии под давлением 0,05...0,5 МПа.

Гидрозамки представляют собой управляемые обратные клапаны, которые позволяют запирать систему, а при необходимости пропускать жидкость в обоих направлениях. Поэтому они кроме обратного клапана включают в себя шток и поршень для управления клапаном. Гидрозамки устанавливают, например, между гидродвигателем и гидрораспределителем, чтобы надежно фиксировать положение рабочего органа.

Регулирующая гидроаппаратура предназначается для изменения расхода или давления рабочей жидкости путем частичного открытия проходных каналов. К регулирующим гидроаппаратам относят гидроклапаны давления (предохранительные и редукционные), дроссели и регуляторы потока рабочей жидкости. Предохранительные гидроклапаны служат для ограничения давления, воспринимаемого гидродвигателем от большой внешней нагрузки. Для этого они пропускают рабочую жидкость из напорной гидролинии в сливную.

Редукционные    клапаны    ( 1.47) используют для поддержания пони-

женного давления на отдельных участках системы. Полость А соединена с нгпор-ным трубопроводом. Давление в полости А, преодолевая усилие пружины и силу давления в полости С, открывает клапан /. При этом жидкость из полости высокого давления перетекает в полость низкого давления до тех пор, пока давление в трубопроводе низкого давления не поднимется до определенного значения. После этого давление жидкости через канал 2 сообщится полости С. Под действием давления в полости С золотник переместится и перекроет доступ жидкости из линии высокого давления.

Гидродроссели с постоянным или регулируемым гидравлическим сопротивлением служат для регулирования расхода жидкости в гидролиниях. На  1.48 показан регулируемый гидродроссель с обратным клапаном. Он предназначен для ограничения потока жидкости в одном направлении и свободного пропуска потока в другом. Кроме указанных элементов объемные гидротрансмиссии включают в себя кондиционеры рабочей жидкости, гидробаки, гидроаккумуляторы и гидролинии.

Гидробаки — емкости для хранения, отстоя и охлаждения рабочей жидкости, циркулирующей в гидроприводе. Гидробак сообщается с атмосферой через сапун, представляющий собой воздушный фильтр. Гидроаккумуляторы — гидроемкости, служащие для аккумулирования и возврата энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением. Давление в гидроаккумуляторе создается в результате сжатия и расширения рабочего газа или упругой деформации пружины. Гидроаккумуляторы накапливают энергию в периоды частичной недогрузки гидропривода и отдают ее в периоды интенсивной нагрузки гидродвигателей. Они используются также для уменьшения пульсации давления в гидролиниях для восполнения утечек и т. п.

Кондиционеры служат для поддержания чистоты рабочей жидкости и ее температуры в заданных пределах. К ним относятся очистители (фильтры и сепараторы), теплообменники и радиаторы.По качеству фильтрации, обусловленному размером и количеством твердых частиц,

пропущенных фильтрами, последние подразделяют на фильтры грубой очистки (пропускают частицы до 0,1 мм), нормальной очистки (пропускают частицы до 0,01 мм), тонкой очистки (пропускают частицы до 0,005 мм) и особо тонкой очистки (пропускают частицы до 0,001 мм). В строительных машинах применяют проволочные, сетчатые и бумажные фильтры. Для улучшения фильтрации рабочих жидкостей вместо фильтров стали использовать специальные центрифуги. Как показывает практика, тщательная очистка рабочих жидкостей значительно увеличивает долговечность элементов гидропривода.

Гидролинии состоят из труб, по которым жидкость поступает от насоса к распределительной аппаратуре и гидродвигателям. Жесткие гидролинии выполняют, как правило, из стальных бесшовных труб. Подвижные части с установленными на них элементами гидропривода соединяют гибкими рукавами высокого давления. Для предотвращения вытекания жидкости и предохранения ее от загрязнения при разъединении трубопроводов применяют самозапирающиеся соединения   с  двумя   шариковыми   клапанами.

К рабочей жидкости в гидроприводе строительных машин предъявляются высокие требования. Она должна быть хорошо смазывающим материалом, не вызывать коррозии металлов, с которыми она контактирует, обладать свойствами, которые не изменяются во время эксплуатации и от температуры. Кроме того, рабочая жидкость не должна образовывать пены и содержать веществ, выпадающих в осадок, должна быть безопасной в пожарном отношении и не токсичной. Наиболее полно отвечают этим требованиям масла, получаемые из низкозастывающих фракций нефти с соответствующими присадками: загущающими, антиокислительными, антипенными, противоизносными, антикоррозионными.

В строительных машинах, работающих при температуре окружающего воздуха 318...228 К, применяют в основном специальные рабочие жидкости: МГ-30 (ТУ 38-1-01-50 — 70) — в качестве летнего сорта для районов с умеренным климатом и всесезонного сорта для южных районов страны;    ВМГЗ    (ТУ   .38-101479—74) — для всесезонной эксплуатации в районах Крайнего Севера и в качестве зимнего сорта в районах с умеренным климатом.

Схемы объемного гидропривода зависят от типа строительной машины, характера выполняемых ею операций и технико-экономических показателей. Гидропривод может быть выполнен так, что одновременно могут производиться два или несколько движений гидродвигателей. Для этой цели осуществляется параллельное или последовательное включение гидродвигателей. Однако более совершенными являются многонасосные системы, в которых каждый насос питает один или группу гидродвигателей. При этом совмещение движений гидродвигателей, питаемых различными насосами, не вызывает затруднений. Для более полного и рационального использования мощностей гидрооборудования, установленного на машине, применяют различные регуляторы и системы, позволяющие объединять потоки жидкости, поступающие от насосов к одному из гидродвигателей.

В качестве примера рассмотрим типичную схему двухпоточного объемного гидропривода универсального одноковшового пневмоколесного экскаватора ( 1.49). Основные механизмы приводятся в движение от двухсекционного автоматически совместно регулируемого аксиально-поршневого насоса 1. Потоки рабочей жидкости от секций А и Б насоса 1 питают соответственно гидрораспределительные блоки 6 и 18 секционного типа с проточной разгрузкой насоса и параллельным питанием гидродвигателей, за исключением рабочей  секции  ЗР7,  имеющей  раздельное от  секций  ЗР4,  ЗР5  и   ЗР6   питание  за счет использования промежуточной секции КО4. Если все золотники блока 6 находятся в нейтральном положении   (как показано  на     1.49),  то  поток от  секции А насоса объединяется с потоком от секции Б и блок 18 питается полным потоком от   насосной  установки.   При   включении любого из золотников блока 6 потоки жидкости от секции А    и Б разъединяются, причем слив из блока 6 направляется в бак,  а блок 18 питается только потоком от секции Б. Таким образом, гидромотор 8  поворота   платформы   может   питаться только потоком от секции А, в то время как в управляемый от блока 18 гидромотор 13 передвижения и  гидроцилиндры  привода рукоятки 10, стрелы 14 и ковша 16 обратной лопаты подается полный поток от секций А и Б при работе каждого из этих гидродвигателей без совмещения с другими операциями. При включении золотника 50

секции ЗР1, управляющего гидромотором 8, в гидроцилиндры 10, 14 и 16 подается поток жидкости только от секции Б. Золотник секции ЗРЗ дает возможность совмещать движение рукояти  (гидроцилиндр 10)   с движением  стрелы   (гидроцилиндр 14)   или   ковша   (гидроцилиндр   16)   при независимом управлении каждым из совмещаемых движений. Слив от блоков 6 и 18  поступает  в   бак  через   золотник  27, который   позволяет   направлять   рабочую жидкость непосредственно в фильтры 25 (при   низкой   температуре   окружающего воздуха)   или   через  охладитель  26.   Количество фильтров 25, параллельно установленных  в  сливной  гидролинии,   определяется    необходимостью    обеспечивать минимальное сопротивление потоку жидкости. Кроме основного сдвоенного насоса/в этой системе гидропривода используется еще шестеренный насос 24 постоянной   объемной   подачи,   устанавливаемый на  дизеле  и  питающий  через  гидрораспределитель 22 следящей системы гидроцилиндр 20 поворота управляемых ходовых колес.

В напорные секции блоков 6 и 18 встроены отрегулированные на рабочее давле-

ние предохранительные клапаны, ограничивающие давление в секциях А я Б насоса /, а также обратные клапаны. Давление насоса 24 ограничивается предохранительным клапаном 23, а в рабочих линиях гидромоторов привода поворота 8 и хода 13 цилиндров 10 и 14 — клапанами блоков 7, 11, 12 и 15, присоединенными к соответствующим рабочим секциям блоков 6 и 18.

Для контроля настройки предохранительных клапанов в напорных линиях насосов установлен манометр 4, который может поочередно подключаться к напорным линиям секций А и Б насоса 1 и насоса 24. Давление в сливной гидролинии контролируют с помощью манометра 5, а температуру рабочей жидкости — преобразователя 2 и указателя 3 температуры.

Схема гидропривода кроме показанного на  1.49 подключения гидродвигателей с оборудованием обратной лопаты обеспечивает также работу экскаватора погрузчиком и грейфером. При работе грейфером рабочие гидролинии 9 резервной секции ЗР2 используются для управления гидроцилиндром подъема (опускания) верхней части составной стрелы, секция ЗР6— для управления гидроцилиндром 17 челюстей грейфера, а дополнительный гидрораспределитель 21— для управления гидроцилиндром 19 поворота грейфера в плане. При этом гидроцилиндр 19 приводится в движение от вспомогательного насоса 24 и управляется секцией ЗР8.