Гидроподъемные механизмы (ГПМ)

Современные АС (автомобили-самосвалы) в основном оборудованы ПМ (подъемными механизмами) с гидравлическим приводом. Масляный насос приводится в действие от двигателя автомобиля через КОМ (коробку отбора мощности).

Электрические и электрогидравлические ПМ имеют масляный насос с приводом от электродвигателя. Такой привод проще из-за отсутствия карданных передач или трубопроводов для воздуха или масла. При наличии аккумуляторной батареи большой емкости электропривод может работать и при неработающем двигателе. Эти преимущества особенно важны для привода ГПМ, расположенных на прицепах и полуприцепах.

Некоторые зарубежные фирмы (Англия) для привода насоса ГПМ на самосвальных автопоездах большой грузоподъемности применяют отдельный (автономный) ДВС (двигатель внутреннего сгорания), установленный в передней части полуприцепа.

Применение ГПМ обеспечивает быстрый подъем и опускание кузова (10-25 с), а также высокую надежность и безопасность работы. Вследствие малого износа трущихся деталей (трущиеся пары работают в масле) увеличивается срок службы ГПМ.

Основными узлами ГПМ с приводом от двигателя являются: КОМ, привод к насосу (при раздельном исполнении КОМ и насоса); масляный насос, кран управления, силовой ГЦ (цилиндр или цилиндры), трубопроводы. АС в зависимости от грузоподъемности и размеров ГЦ могут иметь ПМ с одним или двумя ГЦ. ГЦ могут иметь горизонтальное (неподвижное), наклонное или вертикальное расположение.

Механизмы подъема кузова современных АС имеют телескопические ГЦ, непосредственно воздействующие на кузов.

КОМ может быть установлена на КП (коробке передач) или РК (раздаточной коробке).

Привод к насосу зависит от места расположения насоса, который может размещаться:

- в блоке ГЦ подъемного механизма (ПМ) – в этом случае он соединен с ГЦ внутренними каналами;

- на ГЦ ПМ или его шарнирной поперечине – насос соединен с ГЦ стальными трубопроводами;

- на раме вблизи ГЦ – насос с ГЦ соединен гибкими шлангами;

- на раме вблизи КОМ – насос с ГЦ соединен стальными трубопроводами и гибкими шлангами;

- в одном агрегате с КОМ – эта схема находит все большее применение, так как исключается карданная передача.

ГЦ располагают на раме АС под кузовом, в передней части рамы или на переднем борту кузова.

При размещении ГЦ под кузовом последнее выдвижное звено шарнирно соединяется с днищем кузова (см. рис. 3.1), при размещении ГЦ в передней части рамы – на переднем борту кузова.

Рис. 3.1. Схема ГПМ с расположением ГЦ под кузовом

 

На АС с переменным направлением выгрузки (например, КАЗ-4540) – в стороны и назад – закрепление ГЦ ПМ должно быть на шаровых опорах. Иногда нижняя часть ГЦ таких ПМ закрепляется на промежуточной рамке, подвижной относительно рамы в поперечном направлении.

С изменением угла подъема кузова изменяются угол наклона ГЦ (a) и величина плеч (а и b₁) действия сил G и F, создающих момент относительно опоры О ₂. Для каждого угла b подъема кузова усилия F на штоках выдвижных звеньев и давления Р в ГЦ будут различными.

Без учета трения в цилиндрах и шарнирах можно написать уравнение моментов относительно точки О₂ для подъемников, непосредственно действующих на кузов F b₁ = G a;

где G – сосредоточенный вес груза и кузова, Н;

F – суммарное усилие на штоке ГЦ, Н;

а и b₁ – плечи действия сил.

Отсюда суммарное усилие на штоках F = G a / b₁ ;

а давление в ГЦ Р = F / S_å;

где S_å - суммарная площадь ГЦ.

Давление масла в ГЦ рис. 3.1 равно суммарному усилию, деленному на площадь обоих цилиндров.

Преимуществом расположения ГЦ в передней части рамы или на переднем борту кузова является снижение необходимого усилия для подъема той же суммарной нагрузки груза и кузова за счет увеличения плеча b: (b₂ >b₁) силы F.

F₁ b₂ = G a; F₁ = G a / b₂; b₂ > b₁ ; F₁/F₂ = b₁/ b₂.

Для повышения поперечной устойчивости АС целесообразно устанавливать не один ГЦ, а два. Необходимо учитывать, что в этом случае усилие на каждый ГЦ будет в два раза меньше суммарного усилия на кузов.

Телескопические ГЦ состоят из нескольких стальных или чугунных звеньев, вставленных одно в другое. При накачивании масла звенья (кроме основного цилиндра) последовательно выдвигаются.

Отличительная особенность состоит в том, что объем гидравлической системы является переменным. Он увеличивается по мере выдвижения звеньев (подъема кузова) и уменьшается при складывании. Это вызывает необходимость установки дополнительного масляного бака объемом не менее ГЦ в максимально выдвинутом их положении.

Второй особенностью телескопических ГЦ является то, что при выдвижении последнего звена с меньшей площадью поршня давление масла в нем увеличивается.

Для телескопических ГЦ расчет усилий на штоке F и давления Р в ГЦ выполняется по формулам:

F = G a / b; Р = F / S.

Необходимо иметь в виду, что если усилие F по мере наклона кузова плавно снижается, как и в простых ГЦ, то давление в телескопических ГЦ в момент конца выдвижения предыдущего звена и начала выдвижения последующего звена возрастает, а затем плавно падает до полного выдвижения данного звена (см. рис. 3.2, т.2 и 3)

Рис. 3.2. Зависимость нагрузки на телескопический ГЦ и давления масла в цилиндре от угла подъема кузова

 

Это вызвано тем, что для каждого выдвижного звена давление жидкости Р в ГЦ определяется делением усилия F на меньшую площадь S выдвижного звена. В связи с этим для расчета давления Р в ГЦ надо знать углы подъема кузова b при которых наступает выдвижение последующего звена.

Расчет давления Р в телескопическом ГЦ надо проводить для каждого выдвижного звена с учетом площади его поршня:

Р_j = F / S_i;

где S_i – площадь поршня соответствующего выдвижного звена.

Расчетные кривые на рис. 3.2 построены из предположения, что груз из кузова не высыпается до полного его подъема и что он при погрузке был расположен равномерно. В действительности сваливание сыпучего груза начинается при наклоне кузова на угол 25-30⁰ и поэтому нагрузка на ПМ и давление масла в нем при больших углах подъема кузова будут значительно ниже.

На АС большой грузоподъемности применяют двухцилиндровые (два ГЦ) телескопические ГПМ, работающие синхронно от общего масляного насоса. При этом на новых моделях АС применяют ГЦ, в которых одно или два последних звена двойного действия (см. рис.3.3, № 14 и 16).

Если предусмотрена разгрузка на три стороны, то применяют один ГЦ, установленный под центром тяжести груженого кузова.

Телескопические ГЦ позволяют обеспечить значительно большую суммарную величину выдвижения цилиндра, что увеличивает максимальный угол подъема даже в тех случаях, когда ГЦ установлен впереди переднего борта кузова.

Основными преимуществами телескопических ГЦ являются:

- малые габариты в сложенном виде, позволяющие более удобно размещать ГПМ на шасси НТС;

- возможность создания большого суммарного хода ГЦ, обеспечивающая любое размещение ГПМ на раме НТС и большие углы подъема кузова;

- возможность отделения ГЦ ПМ от насоса, крана управления и бака, соединение ГЦ с краном одним шлангом. Последнее преимущество позволяет применять такие ГПМ на прицепах и полуприцепах.

Гидроподъемный механизм