Строительные машины и оборудование, справочник





Системы управления машин

Категория:
   Рабочие органы и ходовое оборудование



Системы управления машин

Системы управления предназначены для периодического включения и выключения различных механизмов машины (муфт, фрикционов, тормозов, рулевого управления и др.).

По назначению они могут быть разделены на следующие системы:
а) управления установкой рабочего органа (например, опускание и подъем отвала бульдозера или ковша скрепера, поворот отвала автогрейдера);
б) управления муфтами и тормозами;
в) рулевого управления;
г) управления двигателем.

В зависимости от конструктивного выполнения различают системы управления:
а) механические — редукторные или рычажные;
б) канатно-блочные;
в) гидравлические;
г) пневматические;
д) электрические;
е) комбинированные (гидромеханические, электропневматические и т. п.).

Гидравлические, пневматические и электрические управления могут быть снабжены системами следящего действия.

В навесных и прицепных машинах наибольшее распространение имеют канатно-блочные и гидравлические системы; в самоходных машинах — редукторные и гидравлические. Вттастоящее время в отечественном и зарубежном дорожном машиностроении все более широкое распространение получают гидравлические системы управления.

Передачи в системах управления характеризуются кратковременностью периодов работы и большой частотой включений.

Операции, выполняемые системой управления при включении узлов трансмиссии (муфт, тормозов) и рулевого управления, являются не энергоемкими и практически не влияют на общий баланс мощности. В то же время такие операции как опускание и подъем рабочего органа (отвала бульдозера или ковша скрепера и др.) более энергоемки и к тому же они по времени совпадают с максимальным использованием мощности двигателя при вы: полнении машиной основных технологических процессов. Поэтому возможность совмещения этих операций должна быть проверена по балансу
мощности.

Основными параметрами систем управления рабочими органами являются: величина усилия, развиваемая на рабочем органе, скорость движения рабочего органа, число включений в час, продолжительность работы в течение цикла, к. п. д. системы управления и быстрота срабатывания. Быстрота срабатывания механизма управления характеризуется временем запаздывания включения управляемого механизма.

Правильный выбор основных параметров позволяет определить потребную мощность системы управления, обеспечивающую работоспособность и высокую производительность машины.

В современных машинах мощность, потребляемая системой управления, находится в пределах 5—100 кет; скорость перемещения рабочих органов составляет 0,2—0,6 м/сек; к. п. д. системы находится в пределах 60—80%.

При проектировании систем управления следует учитывать воздействие динамических нагрузок на систему управления

Рис. 27. Схема редукторной системы управления:
1 — двигатель; 2 — механизм реверса; 3 — карданный вал; 4 — редуктор

Рис. 28. Схемы канатно-блочных систем управления; а — с полиспастом; б — с зубчатой передачей

Редукторная система управления с приводом от двигателя применяется на таких землеройно-транспортных машинах, как автогрейдеры и грейдер-элеватор, а в других машинах эта система практически применения не нашла. Кинематическая схема этой системы управления показана на рис. 27. В этих системах применяются червячные, цилиндрические и планетарные редукторы. Наибольшее распространение получили червячные редукторы с самотормозящейся червячной парой. Они обеспечивают фиксацию рабочего органа. При передаче мощности от одного двигателя редукторная система управления выполняется с разветвлением мощности.

Канатно-блочная система управления применяется на скреперах, бульдозерах и на различном навесном тракторном оборудовании (кусторезах, корчевателях и т. п.).

Основными частями этой системы управления являются: лебедка, тормоз, направляющие блоки и канатный полиспаст (рис. 28). Редуцирующим звеном, вместо канатного полиспаста, может служить зубчатый редуктор. Достоинством канатно-блочной системы управления является простота конструкции, а недостатком — громоздкость, низкий к. п. д., а также невозможность принудительного заглубления рабочих органов. В зависимости от числа управляемых частей рабочего органа применяются один, два или три каната. Соответственно и лебедка может иметь один, два или три барабана.

Применяемые в канатно-блочных системах управления лебедки можно классифицировать по следующим признакам:
по расположению лебедки на тракторе — переднее или заднее;
по числу барабанов — одно-, двух-, трехбарабанные;
по расположению оси барабанов по отношению к продольной оси тягача — параллельное (продольное) и перпендикулярное (поперечное) расположение;
по системе включения — ручное, пневматическое.

В настоящее время подавляющее число лебедок землеройно-транспортных машин по отношению к трактору имеет заднее расположение. При поперечном расположении лебедки значительно уменьшается число перегибов канатов и число направляющих блоков.

Составной частью лебедки является муфта включения.

К. п. д. лебедок зависит от конструктивной схемы и качества их изготовления и колеблется в пределах 0,75—0,25.

Гидравлическая система управления применяется в дорожных машинах для воздействия на муфты, фрикционы, тормоза и рулевые устройства. Гидравлические системы управления получают все большее распространение благодаря своим преимуществам по сравнению с канатно-блочной и редукторной системами. К преимуществам относятся: независимость относительного расположения агрегатов; легкость включения и выключения; возможность обеспечения большого передаточного отношения; наличие устройств, предохраняющих систему от перегрузов; возможность сравнительно простого осуществления автоматических следящих устройств.

Недостатком гидросистемы управления является то, что ее работа в некоторой степени зависит от температуры окружающего воздуха; кроме того, отдельные узлы и детали требуют высококачественной технологической обработки и соответствующего обслуживания в эксплуатации. Полный к. п. д. гидросистемы доходит до 0,85—0,92.

Гидравлические системы управления делят на насосные и безнасосные. В насосной системе насос приводится в действие от общего двигателя машины или от отдельного двигателя.

Потребная мощность насосной гидросистемы управления зависит от характера операций, которые она выполняет. Ориентировочно можно принимать мощность гидросистемы для машин непрерывного действия (автогрейдеров, грейдер-элеваторов) равной 5—10% от мощности двигателя, а для машин циклического действия (скреперов, бульдозеров) равной 30—40% от мощности двигателя.

Схема насосной системы гидравлического управления показана на рис. 29. Рабочая жидкость, поступающая из масляного бака, нагнетается насосом через обратный клапан в аккумулятор, одновременно жидкость подводится к золотникам распределителя. После того как давление в аккумуляторе достигает рабочего, автоматически открывается клапан-пилот и жидкость без давления сливается в бак. Этим осуществляется разгрузка насоса и уменьшается его износ.

Рис. 29. Схема насосной системы гидравлического управления

Если клапан-пилот или система его управления выходятизстроя, избыточная жидкость, подаваемая насосом, сливается в бак через предохранительный клапан, включенный параллельно и настроенный на несколько большее давление, чем клапан. При остановке насоса обратный клапан закрывается и система удерживается под давлением, чему способствует наличие аккумулятора. Последний состоит из цилиндра, в котором может перемещаться поршень. При нагнетании рабочей жидкости поршень перемещаясь сжимает пружину, чем не только обеспечивается необходимое давление жидкости при закрытом обратном клапане, но и ее резерв, благодаря чему становится возможной кратковременная работа механизма управления при выключенном насосе. Перемещение поршня в рабочем цилиндре осуществляется рабочей жидкостью при открывании золотника распределителя 6. Жидкость, находящаяся в другой полости цилиндра, вытесняется через распределитель в масляный бак. Фильтр служит для очистки жидкости от посторонних включений. Давление в сети контролируется манометром, установленным за обратным клапаном. В насосных системах управления давление в гидросистеме составляет 30—100 кГ/см2.

Безнасосные системы управления просты по конструкции, отличаются большой надежностью и долговечностью, применяются в основном для маломощных машин и механизмов. Здесь давление в сети создается мускульным усилием оператора, что ограничивает область применения безнасосного гидравлического управления.

Схема безнасосной системы показана на рис. 30. При нажатии на педаль рабочая жидкость, находящаяся в цилиндре-датчике, через трубопровод вытесняется в рабочий цилиндр, поршень которого связан с исполнительным механизмом. Утечки жидкости пополняются из бачка. Обратный клапан предотвращает возврат жидкости из цилиндра обратно в бачок. Безнасосное гидравлическое управление является более быстродействующим, чем рычажное или пневматическое, так как обладает большей жесткостью, чем пневматическое, и кинематика его более проста, чем у рычажного. Время действия составляет 0,15—0,2 сек. В дорожных машнах безнасосное гидравлическое управление часто применяется в сочетании с насосным управлением.

Рабочая жидкость, используемая в безнасосных системах, отличается от рабочей жидкости, применяемой в насосных системах. Эту жидкость иногда называют тормозной жидкостью, она состоит из 50% глицерина и 50% этилового спирта. Рабочая температура тормозной жидкости обычно Не превышает температуры окружающего воздуха, поэтому к ней предъявляются повышенные требования по сравнению с жидкостями насосных систем, рабочая температура которых значительно выше температуры окружающей среды. Основным требованием является незначительное изменение вязкости в зоне температур ±40° С. Изменения вязкости существенно влияют на к. п. д. системы.

Максимальное усилие на рычаге управления не должно превышать 10—12 кГ, а на педали — 25—30 кГ. Пневматическая система управления получает все большее распространение благодаря ряду преимуществ перед гидравлическим. Основными преимуществами пневматического управления является большая плавность включений и возможность аккумулирования энергии. Давление в системе пневматического управления не превышает 7—8 кГ/см2, в то время как в гидроприводе достигает 65—100 кПсм2. Поэтому при пневматическом управлении размеры цилиндров и трубопроводов получаются большими и ввиду этого оно может применяться лишь при небольших усилиях.

Рис. 31. Схема
1 — компрессор; 2 — масло- и влагоочисти-тель; 3 — манометр; 4 — ресивер; 5 — распределитель; 6 — цилиндр; 7 — рабочая камера; 8 — ленточный тормоз
ня

Пневматическая система открывает большие возможности для осуществления автоматизации управления. Особенно легко это достигается при сочетании пневматического управления с дистанционным электрическим.

На практике обычно находят применение комбинации различных систем управления: гидромеханические, гидро-пневмоэлектрические и др. Такие комбинации дают большие возможности для дистанционного управления и для ав/оматизации управления с применением электроники.

Большими достоинствами в отношении широкого диапазона усилий, скоростей и мощности, а также возможности автоматизации отличаются электрические системы управления. Применение электрических систем управления возможно для стационарных машин при наличии электрической сети и для самоходных машин с дизельэлектрической установкой.

Привод рулевого управления. В настоящее время на самоходных пневмоколесных машинах применяются следующие виды привода рулевого механизма: ручной, где используется только мускульная сила водителя; с приводом от двигателя, где обычно используется гидравлическая насосная система; с применением гидравлических и пневматических сервоусилителей.

Схема ручного рулевого управления без усилителей показана на рис. 32. Здесь вращение рулевого колеса (штурвала) передается через червячную пару на вал сошки. Нижний конец сошки перемещает продольную рулевую тягу, которая, воздействуя на рычаг, поворачивает Цапфу левого колеса. Поперечная рулевая тяга обеспечивает одновременный поворот цапфы правого колеса. Рычаги поворотных цапф II, балка передней оси и поперечная рулевая тяга образуют шарнирный четырехзвенный механизм, называемый рулевой трапецией.

Этот тип рулевого управления может применяться только на сравнительно небольших машинах.

При проектировании рулевого управления этого типа кинематическая схема и передаточное число системы выбираются так, чтобы поворот управляемого колеса от нейтрального положения на угол 40—45° соответствовал повороту рулевого колеса на 1,5—2,5 оборота. Это условие обеспечивается при угловом передаточном числе iy = 18н-24. Здесь меньшее значение выбирается для легких машин, а большее — для тяжелых.

Рис. 33. Схема рулевого управления с применением гидравлической насосной системы:
1 — трубопровод, 2 — рычаг, 3 — распределитель, 4 — силовой цилиндр, 5 — насос, 6 — масляный бак, 7 — управляемый валец катка

Рис. 34. Схема рулевого управления с системой следящего действия

Достоинством такой системы является простота конструкции, легкость управления машиной и надежность работы, а недостатком — отсутствие чувствительности при повороте машины. Кроме того, поворот при неработающем двигателе становится практически невозможным.

Рис. 35. Схема рулевого управления с гидроусилителем

В некоторых случаях такой механизм снабжают системой следящего действия. В этих системах углы поворота колес пропорциональны усилию водителя. Примером применения системы следящего действия является рулевой механизм одноосного тягача, используемого для полуприцепных землеройных машин (рис. 34). При повороте рулевого колеса, связанного с червячным редуктором, золотник занимает положение, обеспечивающее подачу масла к той или другой полости цилиндров поворота вертикальной цапфы поворотной оси тягача. Штоки обоих цилиндров при этом одновременно производят вращение поворотной цапфы в одну сторону. При повороте колес тягача на угол, требующий перехода штоков через нейтральные крайние положения 00° и 00”, производится автоматическое переключение золотников рычагами 6, на которые действуют тяги цилиндров. Возврат золотников 5 в исходное положение осуществляется пружинами. Следящее действие системы обеспечивается обратной связью штурвала с поворотной Цапфой.

Получила распространение на мощных тягачах и тяжелых самоходных машинах система рулевого управления с гидро- или пневмоусили-телем.

Усилители должны удовлетворять следующим требованиям:
1) при выходе их из строя управление машиной должно осуществляться обычным способом;
2) необходимо наличие системы следящего действия;
3) запаздывание в срабатывании усилителя должно быть минимальным. Упрощенная схема гидроусилителя показана на рис. 35. При повороте рулевого колеса червяк стремится повернуть сектор червячного колеса и рычаг, который тягой 6 должен осуществить поворот колес. Если сопротивление повороту колес велико и усилие водителя на штурвале оказывается недостаточным, червяк, подобно винту в гайке, будет перемещаться в осевом направлении вместе с золотником распределителя и откроет доступ масла (сжатого воздуха) через трубопровод в цилиндр-усилитель. Поршень переместится в цилиндре и своим штоком через зубчатую рейку и зубчатый сектор, рычаг и тягу повернет колеса, одновременно с этим червячный сектор, воздействуя на червяк, переместит его вместе с золотником распределителя в исходное положение и прекратит движение поршня. При повороте штурвала в противоположную сторону в таком же порядке произойдет обратный поворот колес.

По сравнению с пневматическими гидравлические усилители имеют ряд преимуществ, к числу которых относятся: возможность получения больших давлений, что уменьшает габариты рабочих цилиндров, и большая скорость срабатывания (время запаздывания не превышает 0,02 —0,04 сек).

При определении производительности насоса для гидросистемы усилителя следует учесть, что рабочий цилиндр должен успевать поворачивать колеса быстрее, чем это может сделать водитель. В противном случае при быстрых поворотах система будет работать как ручная, т. е. без помощи усилителя.


Читать далее:

Категория: - Рабочие органы и ходовое оборудование





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