воскресенье, 20 сентября 2009 г.

Лекция 2. Конструкция строительных машин. Часть первая.

Конструктивные составляющие строительных машин
Каждая машина состоит из деталей (элементов) и сборочных единиц, предназначенных для выполнения определенных функций в процессе работы машины.
По функциональному признаку в каждой машине различают следующие сборочные единицы:
  • силовые установки (двигатели), являющиеся источником или преобразователем энергии в механическую работу;
  • рабочее оборудование (рабочий орган), непосредственно осуществляющее технологическую операцию и имеющее непосредственное воздействие на перерабатываемый материал;
  • ходовое оборудование (у самоходных машин), предназначенное для передвижения всей машины и передачи давления от веса машины и рабочих нагрузок на основание;
  • функциональное оборудование, входящее в конструкцию машины и выполняющее определенную функцию (встроенные компрессоры, генераторы, вентиляторы, предпусковые подогреватели) ;
  • передаточные механизмы (трансмиссию) для осуществления связи силового оборудования с рабочим оборудованием, а также с ходовым оборудованием самоходных машин при различных комбинациях скоростей, моментов и сил;
  • систему управления, предназначенную для запуска и останова силового оборудования, а также для соединения и разъединения связи между силовым оборудованием, рабочим или ходовым оборудованием, а также в необходимых случаях для быстрого прекращения движения — торможения;
  • несущую конструкцию (раму) машины, служащую для размещения и закрепления на ней всех элементов машины и сохранения их взаимного расположения между собой. У самоходных машин несущая конструкция передает давление от веса машины и рабочих нагрузок на основание через ходовое оборудование, а у стационарных—непосредственно через детали опорного устройства.
Рабочие органы строительных машин
Рабочий орган — та часть машины, при помощи которой выполняются рабочие операции. Основные параметры рабочего органа зависят от вида выполняемой операции и главного параметра машины. У некоторых рабочих органов за главный параметр машины принимают один из его параметров. Так, геометрическая емкость ковша одноковшового экскаватора является его главным параметром.
Рабочие органы землеройных, землеройно-транспортных, бурильных машин принято разделять на следующие группы:
  • которые только отделяют грунт от массива или разрезают породу (зуб рыхлителя);
  • которые отделяют и перемещают грунт по мере его отделения или перемещают породу после рыхления (отвал бульдозера);
  • у которых после отделения грунта от массива он накапливается в емкостях и переносится в этих емкостях (ковш экскаватора, скрепера).
Силовые установки (приводы) машин
Силовая установка — та часть машины, которая приводит в движение механизмы машины. Она представляет собой агрегат, состоящий из двигателя и вспомогательных систем:
  • питания (топливный бак, фильтры, трубопроводы),
  • охлаждения (водяной насос, радиатор трубопроводов),
  • управления (рычаги управления режимом двигателя, охлаждения),
  • смазки;
  • подмоторных рам.
Силовые установки разделяются на установки с одним двигателем и комбинированные. На установках с одним двигателем применяют следующие двигатели:
  • внутреннего сгорания,
  • дизельные или карбюраторные,
  • электрические постоянного и переменного тока,
  • пневматические.
Установки с комбинированным приводом бывают
  • электрические по системе генератор — электродвигатель,
  • дизель-электрические,
  • дизель-гидравлические,
  • дизель-пневматические.
Также приводы бывают одно- и многомоторные.
В одномоторном приводе одна силовая установка приводит в движение все механизмы. При таком приводе включают и выключают отдельные механизмы машины при помощи различных конструкций муфт, чаще всего фрикционных.
Достоинством одномоторного привода является то, что масса этого привода меньше, чем суммарная масса приводов многомоторного привода, а изготовить его проще и дешевле.
Недостаток одномоторного привода состоит в том, что при нем требуется большое количество трансмиссий, чтобы осуществить передачу движения отдельным механизмам. Кроме того, при одномоторном приводе нельзя получить независимое распределение мощности между приводимыми в движение механизмами.

При многомоторном приводе каждый механизм или группа их приводятся в движение отдельными двигателями. Чаще всего на машинах с многомоторным приводом двигатель внутреннего сгорания приводит в движение электрогенератор, который питает электроэнергией электроприводы отдельных механизмов. Двигатель внутреннего сгорания может приводить в движение гидронасос, который подает жидкость к гидродвигателям отдельных механизмов.
Достоинством многомоторного привода является то, что в нем можно регулировать работу отдельных механизмов независимо друг от друга, значительно сократить количество трансмиссий, легче осуществить автоматизацию.
Режимы работы силовых установок

Нагрузочные диаграммы при различных режимах работы машины:
а — легкий режим работы; б — средний; в — тяжелый; г — очень тяжелый; 1 — частота колебаний машины; 2 — изменение мощности
Режим машины зависит от:
  • величины амплитуды и частоты колебаний нагрузки;
  • количества включений в единицу времени;
  • реверсивности движения;
  • продолжительности непрерывной работы.
Различают четыре режима работы:

1. Легкий режим работы (рис. а)
  • отношение максимальной нагрузки к средней составляет: 1,1 - 1,3
  • скорость рабочих движений постоянна,
  • нет реверсивности рабочих движений;
  • число включений в 1 ч составляет 20—30, редко 50.
С такими режимами работают
  • машины для уплотнения грунтов (кроме вибрационных),
  • бетоносмесители,
  • растворосмесители,
  • цилиндрические грохоты,
  • транспортеры.
Для привода этих машин можно применять любые двигатели.

2. Средний режим работы (рис. б)
  • отношение максимальной нагрузки к средней составляет 1,5 - 2,5;
  • скорость рабочих движений переменна,
  • движения редко реверсивны;
  • число включений в 1 ч достигает 200.
На таких режимах работают скреперы, тягачи, грейдер-элеваторы, дробилки, краны, многоковшовые экскаваторы и погрузчики.

3. Тяжелый режим работы (рис. в)
  • отношение максимальной нагрузки к средней составляет 2 : 3;
  • нагрузка имеет частые и резкие пики;
  • скорости рабочих движений меняются прерывно,
  • движения часто реверсивны; число включений в 1 ч до 1000 и более.
На таких режимах работают одноковшовые экскаваторы, бульдозеры, толкачи и др.;

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

Целесообразность применения того или иного двигателя для работы при различных режимах нагружения определяют с помощью механической внешней характеристики.
Кривую, построенную в координатах М и n, где М — крутящий момент; n — частота вращения; М = f (n) называют механической внешней характеристикой.
Ннаилучшей характеристикой является такая, при которой для всех значений частоты вращения мощность оставалась постоянной:
N = AMn = const


Кривая внешней характеристики, отвечающая этому треоованию, представляет собой гиперболу (кривая 1 на рис.). Если сравнивать различные характеристики, имеющие одну и ту же точку номинального режима (точка О на рис.), то их можно условно разбить на следующие категории:
  • проходящие в зонах А и С — жесткие,
  • в зонах В и D — так называемые мягкие.
Жесткость характеристики определяется по формуле
b = dM/dn
Характеристики, для которых
  • b стремится к бесконечности, называют абсолютно жесткими (вертикальная прямая на рис.);
  • при b = 40 - 10 — жесткими (прямая 3);
  • при b <>
Другой характеристикой двигателя является запас крутящего момента, определяемый коэффициентом kзап:
kзап=(Mmax - Mном)/Мmax;
Также о приспособляемости двигателя можно судить по коэффициенту приспособляемости:
kп= Мmax/Мном.
Чем мягче характеристика, тем шире пределы изменения частоты вращения двигателя при изменении нагрузки, т. е. способность автоматически снижать частоту вращения при перегрузке с плавным увеличением крутящего момента.
Двигатели внутреннего сгорания
Двигатели внутреннего сгорания являются основным приводом всех транспортных землеройных и землеройно-транспортных машин. Эти двигатели разделяют на два типа:
  • дизели, работающие на тяжелом дизельном топливе,
  • карбюраторные, работающие на бензине.
Основное преимущество двигателей внутреннего сгорания состоит в том, что для них не требуется внешних источников питания.
Недостатками ДВС являются
  • большая чувствительность к перегрузкам (для карбюраторных двигателей kп = 1,15 - 1,95, а для дизелей kп = 1,01 - 1,1);
  • высокая стоимость эксплуатации;
  • сравнительно малая долговечность - до 4000 часов работы.
Двигатели внутреннего сгорания применяют как с непосредственной механической передачей, так и с гидромуфтами и гидротрансформаторами, обеспечивающими защиту двигателя и всей конструкции от внешних перегрузок и сглаживающими расхождения между выходной характеристикой двигателя и требованиями, вытекающими из режима работы рабочего органа.

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

Комментариев нет:

Отправить комментарий