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

Виды трансмиссий
Трансмиссии — механизмы, передающие движение от силовой установки отдельным сборочным единицам (узлам) машины или от одной сборочной единицы к другой.
Трансмиссии не только передают движение, но и преобразуют (меняют) направление движения, скорости, моменты и усилия. В трансмиссии включаются элементы, предохраняющие двигатель и отдельные узлы от перегрузок. Различают:

• механические,
• гидравлические,
• электрические трансмиссии.

Механические трансмиссии.
Механические трансмиссии состоят из:

• зубчатых передач,
• коробок скоростей,
• валов,
• предохранительных и ограничительных муфт,
• реверсивных механизмов,
• тормозных устройств.

Достоинствами механических трансмиссий являются:

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

Недостатки — сложность бесступенчатого регулирования скорости.

Регулирование скорости в механических трансмисииях происходит в основном ступенчато при помощи коробок передач.

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

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

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

По способу управления:

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

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

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

Принцип работы клиноременного вариатора.

Принцип работы тороидного вариатора.

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

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

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

Недостатки гидромуфты состоят

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

Гидротрансформаторы также применяют для автоматического регулирования крутящего момента и частоты вращения ведомого вала в зависимости от нагрузки. Они отличаются от гидромуфт тем, что кроме насосного колеса 2 и турбинного колеса 1 между ними в рабочей полости устанавливают лопастные колеса реактора — так называемый направляющий аппарат 3.
Жидкость из турбинного колеса попадает на лопатки реактора. Реактор, отклоняя жидкость своими лопатками, изменяет момент количества движения потока. Вследствие этого момент, развиваемый турбинным колесом, превосходит момент, сообщаемый двигателем насосному колесу, т. е. гидротрансформатор работает как редуктор.
Применение гидротрансформаторов позволяет отказаться от многоступенчатых механических коробок передач или упростить их конструкцию.

Недостатками гидротрансформаторов являются

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

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

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

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

• шестеренчатые,
• аксиально-поршневые
• лопастные.

Гидродвигателям и могут служить

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

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

Поршневые насосы подразделяют на

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

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