Строительные машины и оборудование, справочник






Силовое оборудование путевых, дорожных и строительных машин


Категория:
   Путевые и дорожные машины


Силовое оборудование путевых, дорожных и строительных машин

В качестве силового оборудования (источников энергии) путевых, дорожных и строительных машин используют электрический привод и привод от двигателя внутреннего сгорания (карбюраторные, дизельные).

Электрический привод применяют в местах, имеющих подводку электроэнергии. Электроэнергия подается по проводам или кабелю от местных или передвижных электростанций и электропоездов, а иногда вырабатывается на самой машине генератором, приводимым во вращение двигателем внутреннего сгорания (дизель-электрический привод). Для большинства строительных машин применяют асинхронные электродвигатели трехфазного тока напряжением 220/380 В. Установочная мощность их достигает 250—300 кВт. На машинах более мощных, работающих со значительными перегрузками, устанавливают электродвигатели постоянного тока мощностыо 800—1000 кВт. Напряжение питающей сети достигает 6000—10 000 В.

Для ручных машин с электроприводом обычно применяют электродвигатели напряжением не более 220 В, а при работе в сырых местах — 36 В.



При многодвигательном приводе каждый двигатель приводит в движение один механизм, т. е. имеем индивидуальный привод каждого механизма. Недостатками электропривода являются невозможность регулирования скорости при увеличении момента, большая удельная масса на 1 кВт мощности (до 40 кг). Для^питания электроэнергией силовых и осветительных линий на местах производства работ, где отсутствует централизованное снабжение электроэнергией, применяются передвижные электростанции, монтируемые на прицепах автомобилей (до 100 кВт) или в специальных железнодорожных вагонах и энергопоездах (мощностью 1000—4000 кВт).

Передвижная электростанция представляет собой агрегат, состоящий из силовой установки (двигателя внутреннего сгорания), генератора переменного тока, возбудителя, контрольно-измерительных и пусковых приборов.

Привод от двигателя внутреннего сгорания является автономным, т. е. не зависит от внешнего источника энергии. Примёняется в основном в передвижных путевых и дорожных машинах. Характеризуется малой удельной массой на единицу мощности (4—8 кг/кВт), постоянной готовностью к работе, надежностью и простотой в эксплуатации, небольшим расходом горючего. Недостатки этих двигателей: невозможность непосредственного реверсирования — не допускают перегрузки, трудность пуска в холодное время, высокая стоимость эксплуатации, малый моторесурс (3000—4000 ч вместо 5000 ч по сравнению с электродвигателями) .

Рис. 37. Схемы работы четырехтактного карбюраторного двигателя
а — впуск горючей смеси; б — сжатие рабочей смеси; в — рабочий ход; г-выпуск отработавших газов

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания (рис. 37) заключается в следующем. При сгорании топлива (см. рис. 37, е) в цилиндре резко повышается температура и давление газов, которые давят на поршень и через шатун на коленчатый вал. Крутящий момент коленчатого вала посредством трансмиссии передается исполнительному органу и используется на преодоление полезных сопротивлений.

В состав двигателя внутреннего сгорания входят следующие механизмы и системы: – кривошипно-шатунный механизм, который предназначен для передачи усилий и преобразования возвратно-поступательного движения поршня 6 во вращательное движение коленчатого вала; – механизм газораспределения служит для своевременного впуска в цилиндр свежей горючей смеси (в дизелях воздуха) и выпуска из цилиндра отработавших газов посредством открывания впускного и выпускного клапанов, которые через толкатели опираются на кулачки распределительного вала. Каждый клапан снабжен пружиной, прижимающей его к клапанному седлу; – механизм регулирования (акселератор) обеспечивает регулирование частоты вращения коленчатого вала в зависимсти от нагрузки двигателя; – система питания в карбюраторном двигателе служит для приготовления горючей смеси необходимого состава вне цилиндра. В карбюраторе горючее перемешивается с воздухом, образуя горючую смесь, которая через впускной трубопровод и впускной клапан поступает в цилиндр. В системе питания дизельного двигателя мелкораспыленное топливо под давлением, создаваемым насосом, форсункой непосредственно впрыскивается в камеру сгорания; – система зажигания имеется только в карбюраторных двигателях. Она предназначена для зажигания рабочей смеси в цилиндрах двигателя. В систему зажигания входят свечи 2, между электродами которых в определенные моменты появляются электрические разряды в виде искр, генератор высокого напряжения (до 20000 В) — магнето или индукционная катушка, прерыватель-распределитель, аккумулятор и генератор. Дизели не имеют системы зажигания, так как топливо в цилиндрах дизеля самовоспламеняется под действием высокой тем-тературы воздуха в конце такта сжатия; – система смазки обеспечивает надежную смазку трущихся поверхностей деталей. Смазка герметизирует посадку поршня в цилиндре, отводит продукты износа и тепло, предохраняет от коррозии; – система охлаждения предназначена для охлаждения нагревающихся деталей двигателя. В качестве охлаждающей жидкости летом применяют воду, а зимой — жидкость (антифриз), замерзающую при низких температурах (от—40 до —45 °С). Современные двигатели внутреннего сгорания работают по четырхтактному и двухтактному циклам.

Тактом называется часть рабочего цикла, протекающего в цилиндре двигателя при движении поршня от одного крайнего положения до другого. Крайние положения поршня, в которых он меняет направление движения на обратное, называются мертвыми точками.

Ходом поршня называется расстояние между положениями поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) и в нижней мертвой точке (НМТ). Ход поршня равняется двум радиусам кривошипа (S — 2r). Пространство, освобождаемое поршнем, при перемещении от ВМТ до НМТ, называется рабочим объемом цилиндра, который в сумме с объемом камеры сжатия образует полный объем цилиндра. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия (сгорания) называется степенью сжатия. Величина степени сжатия двигателей изменяется в следующих пределах: бензиновые карбюраторные 5,5—7,5; дизели 15 — 20.

В четырехтактном двигателе рабочий процесс в одном цилиндре повторяется через каждые четыре хода поршня, т. е. совершается за два оборота коленчатого вала, а в двухтактном — в течение двух ходов поршня, т. е. за один оборот коленчатого вала. Рабочий процесс четырехтактного карбюраторного двигателя включает следующие такты.

Первый такт — впуск горючей смеси происходит при движении поршня от ВМТ к НМТ (см. рис. 37, а). Впускной клапан открыт, а выпускной — закрыт. При движении поршня в цилиндре создается разрежение 0,07—0,09 МПа (0,7—0,9 кгс/см2), под действием которого горючая смесь поступает из карбюратора в цилиндр двигателя со скоростью 50—80 м/с. При соприкосновении с нагретыми стенками двигателя смесь нагревается до 80—130 °С.

Второй такт — сжатие происходит при движении поршня от НМТ к ВМТ (см. рис. 37,6). Впускной и выпускной клапаны закрыты. Во время сжатия объем газа в цилиндре уменьшается, а давление и температура газа увеличиваются. Давление газа в конце сжатия достигает 0,6—1,2 МПа (6—12 кгс/см2), а температура 300° С.

Третий такт — рабочий ход (см. рис. 37, в). В конце сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает. Температура горения газов достигает 2000—2400° С. Так как клапаны закрыты, давление в цилиндре резко повышается до 2,5—4 МПа (25—40 кгс/см2). Под действием силы, развиваемой давлением газов, поршень движется от ВМТ к НМТ и через шатун вращает коленчатый вал, совершая рабочий ход. По мере движения поршня к НМТ объем газов увеличивается, а давление их уменьшается до 0,3— 0,4 МПа (3—4 кгс/см2), причем температура отработавших газов снижается до 1500—1800° С. Нормальная скорость горения топлива равна 20—50 м/с, а при детонации (горение со взрывом) — 2000—3000 м/с. Детонация вредно сказывается на работе двигателя и может вызвать поломку его деталей.

Четвертый такт — выпуск отработавших газов происходит при движении поршня от НМТ к ВМТ (см. рис. 37, г). При этом выпускной клапан открыт, а впускной закрыт. Давление газов в цилиндре составляет 0,105— 0,11 МПа (1,05—1,1 кгс/см2), а температура 700—800° С. При дальнейшем вращении коленчатого вала указанные такты цикла повторяются в той же последовательности.

В четырехтактном двигателе впуск, сжатие и выпуск являются вспомогательными тактами, а такт, при котором механическая энергия передается поршнем коленчатому валу, называется рабочим ходом. Для обеспечения равномерного вращения коленчатого вала число цилиндров двигателя доводят до 4—6 и устанавливают массивный маховик.

Для своевременного открывания и закрывания впускного и выпускного клапанов служит распределительный вал, при вращении которого кулачки приподнимают толкатели вместе с клапанами. Для прижатия клапанов к седлам служат пружины.

Процесс работы четырехтактного дизеля отличается от процесса работы карбюраторного двигателя методом образования и воспламенения горючей смеси. В первом такте в цилиндре двигателя засасывается воздух, во втором он сжимается до давления 3—4 МПа (30— 40 кгс/см2). Температура воздуха при этом повышается до 550—650 °С, что выше температуры самовоспламенения топлива, впрыскиваемого насосом через форсунку. Давление впрыска обычно составляет 12,5—20 МПа — для насосов низкого давления и 160 МПа — для насосов высокого давления. Третий такт — расширение характеризуется быстрым сгоранием топлива и повышением давления до 6—10 МПа (60—100 кгс/см2) и температуры до 1900—2000 °С. В четвертом такте происходит выпуск отработавших газов. Давление газов над поршнем в конце выпуска несколько выше атмосферного 0,11—0,125 МПа (1,1—1,25 кгс/см2).

Рабочий процесс двухтактного карбюраторного двигателя, схема которого показана на рис. 38, происходит на два такта или один оборот коленчатого вала. Основными особенностями конструкции двухтактного двигателя являются отсутствие механизма газораспределения, наличие в нижней части цилиндра трех окон, в определенные моменты перекрываемых поршнем. Впускное окно соединяется с карбюратором, а выпускное с выхлопной трубой. Окно является продувочным и служит для подачи свежей горючей смеси из картера в цилиндр.

Первый такт — поршень движется от НМТ к ВМТ. В начале этого такта впускное окно закрыто поршнем, а продувочное и выпускное открыты. Отработавшие газы через окно уходят в атмосферу, а через окно горючая смесь из картера поступает в цилиндр. Этот процесс называется продувкой. При движении вверх поршень закрывает окна, в цилиндре происходит сжатие рабочей смеси, а в картере — разрежение. При открывании поршнем окна начинается впуск горючей смеси из карбюратора в картер. Впуск продолжается до тех пор, пока поршень во время движения вниз не закроет нижней кромкой впускное окно. В конце сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры свечи.

Второй такт — поршень под действием расширяющихся газов движется от ВМТ к НМТ. По мере движения поршня вниз он закрывает впускное окно. В картере происходит сжатие свежей горючей смеси. Как только верхняя кромка поршня откроет окно, начинается выпуск отработавших газов. Давление в цилиндре в конце выпуска станет меньше, чем давление горючей смеси в картере. При открывании продувочного окна горючая смесь, имея избыточное давление, будет – поступать из картера в цилиндр, вытесняя отработавшие газы и заполняя цилиндр. Во время продувки некоторая часть рабочей смеси уходит с отработавшими газами, что снижает экономичность двигателя.

Рис. 38. Схема работы двухтактного карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой
а — конец сжатия рабочей смеси в цилиндре и впуск горючей смеси; б — выпуск и продувка цилиндра

Для улучшения очистки цилиндра от отработавших газов днище поршня имеет специальный отражатель. Таким образом, рабочий цикл в двухтактном двигателе совершается за два такта, которым соответствует один оборот коленчатого вала. Основным процессом в первом также является сжатие, а во втором — рабочий ход. В конце второго и начале первого тактов происходит выпуск и продувка цилиндра.

Рис. 39. Схемы гидравлических насосов
а — шестеренного; б — пластинчатого; в — роторного (аксиально-поршневого)

Гидравлический привод широко применяют в путевых, дорожно-строительных, грузоподъемных и транспортных машинах. По принципу действия гидропривод делится на две группы: гидростатического действия (объемный гидропривод) и гидродинамического действия (гидромуфты и гидротрансформаторы).

Гидравлический привод состоит из насоса, системы распределения, рабочих цилиндров и трубопроводов. Гидравлические насосы (рис. 39) бывают: шестеренными, пластинчатыми и роторными (аксиально-поршневыми). Насосы приводятся в действие обычно от электродвигателя или от двигателя внутреннего сгорания. Пластинчатые и аксиально-поршневые насосы могут быть использованы как гидромоторы.

Шестеренный насос (см. рис. 39, а) состоит из корпуса и двух шестерен, ширина и диаметр которых одинаковы. Одна из шестерен (приводная) получает вращение от коробки Отбора мощности. При вращении шестерен жидкость, расположенная между зубьями, переносится вдоль стенок корпуса из полости всасывания А в напорную полость Б. В напорной полости жидкость из впадин вытесняется зубьями смежной шестерни и порциями поступает в напорную линию. Для уменьшения потерь головки зубьев шестерен притираются к цилиндрической расточке корпуса с минимальным зазором. Давление, развиваемое насосом, равно 14—15 МПа (140—150 кгс/см2), а мощность — до 50 кВт.

Пластинчатый насос (см. рис. 39, б) состоит из ротора, в радиальные пазы которого установлены пластины. Ось вращения ротора располагается с эксцентриситетом е относительно цилиндрической расточки корпуса. При вращении ротора пластины под действием центробежной силы выходят из пазов и прижимаются к внутренней поверхности корпуса. Усилие прижатия можно увеличить путем установки под нее пружины или подачи давления в полость В. В зоне всасывания объем между пластинами заполняется жидкостью, которая поступает под действием атмосферного давления из бака через окно А, расположенное в боковой стенке насоса. При уменьшении объема между пластинами жидкость из него выталкивается в напорную линию через окно Б.

Перемычку между всасывающим и нагнетающим окнами делают несколько большей расстояния между пластинами для устранения утечек жидкости из полости нагнетания в полость всасывания. Пластинчатые насосы однократного действия развивают давление до 8 МПа (80 кгс/см2), а двойного действия — 17,5—25 МПа (175—250 кгс/см2).

Роторный аксиально-поршневой насос (рис. 39, в) вследствие осевого расположения поршней имеет меньшие габариты и массу. Вал вращается в подшипниках, закрепленных в корпусе насоса (на рис. 39, в корпус насоса не показан). Во фланце вала крепятся шаровые головки шатунов. Другие концы шатунов, также имеющие шаровые головки, крепятся в поршнях. Поршни движутся в цилиндрах блока. Ось поршневого блока наклонена к оси вала насоса под углом 20° и центрируется подшипником. Вал насоса соединяется с валом поршневого блока универсальным шарниром. При повороте блока на 180° поршень в цилиндре переместится из одного крайнего положения в другое на расстояние, равное ходу поршня, выталкивая жидкость из цилиндра. Шлифованная торцевая поверхность блока плотно прилегает к поверхности распределителя, в котором имеются разгрузочная канавка Б и два 0-образных отверстия В. Одно из этих отверстий соединено с всасывающим трубопроводом, а другое — с напорным. В поршневом блоке также имеются отверстия, соединяющие каждый из семи цилиндров с распределителем. Насосы такого типа развивают давление до 35 МПа (350 кгс/см2). У роторных (аксиально-поршне-вых) гидромоторов ось поршневого блока наклонена к оси вала под углом 30°.

Преимущества гидравлического привода: большая надежность в работе, возможность работы при больших усилиях, возможность изменения скоростей без применения передач, широкий диапазон регулирования. К недостаткам гидропривода относятся: высокая стоимость изготовления цилиндров и насосов, требующих высокой точности обработки, необходимость применения специальных жидкостей, особенно при работе зимой, снижение КПД в связи с потерями в длинных трубопроводах.

Пневматический привод в основном применяется в системах управления и тормозах. Этот привод как и гидравлический состоит из рабочих цилиндров с поршнями, системы воздухораспределения и трубопроводов, но вместо жиДкости, нагнетаемой насосом, используется энергия сжатого воздуха, вырабатываемого компрессором.

Компрессоры могут быть одно- и двухступенчатыми. Монтируют их на раме прицепа или автомобиля. Вал компрессора получает вращение от двигателя через карданные валы и коробку отбора мощности. Передвижные компрессорные установки (рис. 40) состоят из двигателя внутреннего сгорания, приводящего в движение коленчатый вал компрессора, цилиндра низкого давления и высокого давления, поршней.

Воздух из атмосферы через фильтр засасывается в цилиндр первой ступени компрессора и сжимается до 0,22 МПа (2,2 кгс/см2). Из цилиндра низкого давления воздух по трубопроводу проходит в холодильник, откуда по трубопроводу поступает в цилиндр высокого давления и сжимается до давления 0,4—0,8 МПа (4—8 кгс/см2). Затем по трубопроводу сжатый воздух поступает в воздухосборник (ресивер) и через раздаточные краны и шланги подводится к потребителям.

Рис. 40. Схема работы двухступенчатого поршневого компрессора

Воздухосборник предназначен для создания запаса сжатого воздуха с целью равномерной подачи его потребителю без пульсаций, вызываемых работой компрессора. Одновременно в воздухосборнике происходит охлаждение и очистка воздуха. На воздухосборнике установлены предохранительный клапан, срабатывающий при повышении давления выше нормального, кран для спуска конденсатов (воды и масла) и воздухоразбор-ная труба с вентилями.

В каждом цилиндре компрессора установлены по одному всасывающему и нагнетательному клапану. В современных компрессорах применяют самодействующие пластинчатые клапаны, работающие за счет разности давлений между рабочей полостью цилиндра и атмосферой. Цилиндры компрессора могут быть одинарного и двойного действия. В последних обе стороны поршня рабочие, так как при каждом ходе поршня с одной стороны его воздух засасывается, а с другой — сжимается.

Передвижные компрессорные установки имеют производительность от 3 до 10 м3/мин. Кроме поршневых применяют и ротационные компрессоры, принцип работы которых аналогичен работе лопастных гидронасосов.

Читать далее:

Категория: - Путевые и дорожные машины


Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины