Пневмоколесное ходовое оборудование

 

Выполняется обычно двухосным с одной 1 или двумя 2 ведущими осями. Более тяжелые машины выполняются трехосными с двумя 3 или всеми 4 ведущими осями, четырех- 5 и многоосными 6 (рисунок 1).

Основные достоинства пневмоколесного ходового оборудования определяются возможностью развивать высокие транспортные скорости, приближающиеся к скоростям грузовых автомобилей, что придает им большую мобильность, а также большей долговечностью и ремонтопригодностью по сравнению с гусеничным ходовым оборудованием.

Рисунок - 1. Шинноколесное ходовое оборудование строительных машин

 

Важной характеристикой колесных машин является колесная формула, состоящая из двух цифр; первая обозначает число всех колес, вторая — число приводных.

 Наиболее распространены машины с колесными формулами 4Х2, 4Х4, с большим количеством общих и ведущих осей применяются реже — в основном на тяжелых автогрейдерах и кранах. С ростом числа приводных колес в ходовом устройстве улучшаются проходимость и тяговые качества машины, но усложняется механизм привода передвижения [2].

Пневмоколесное ходовое оборудование обеспечивает машинам маневренность, мобильность, высокие скорости (до 60…70 км/ч) и плавность передвижения. Пневмоколесный движитель состоит из ведомых и ведущих (приводных) колес, вращательное движение которых преобразуется в поступательное движение машины.

У большинства строительных машин все колеса — ведущие. Количество колес зависит от допускаемой на каждое колесо нагрузки, условий и режимов работы машины, требуемых скоростей ее движения. Ходовые устройства строительных машин имеют обычно от до одинаковых взаимозаменяемых колес.

Основным элементом каждого пневмоколеса является накачанная воздухом упругая резиновая шина, смонтированная на ободе. Шины могут быть камерными и бескамерными.

В камерных шинах (рисунок 1, а) воздух накачивается в камеру 3, в бескамерных (рисунок 1, б) — между герметично соединенными покрышкой и ободом 4. Взаимодействующий с дорогой протектор шин может иметь мелкий рисунок для дорог с твердым покрытием и крупный — для грунтовых дорог (рисунок 1, в).

Для повышения проходимости машин, работающих и передвигающихся по грунтам с пониженной несущей способностью, применяют шины с большой опорной поверхностью — широкопрофильные и арочные (рисунок 1, г).

Рисунок - 1. Типы шин.

Такие шины имеют высокие грунтозацепы, их удельное давление на грунт не превышает 0,05…0,14 МПа. Многие машины оборудуют устройствами для регулирования давления в шинах из кабины машиниста (каждой в отдельности или всех вместе) в зависимости от условий работы и передвижения машины.

С уменьшением давления в шинах до 0,05…0,08 МПа увеличивается площадь контакта их с грунтом и соответственно уменьшается удельное давление на грунт и повышается проходимость машины; наряду с этим растут сопротивление движению машины и интенсивность износа шин. При движении в хороших дорожных условиях давление в шинах повышают до 0,5…0,7 МПа.

На пневмоколеса опираются приводные (ведущие) и неприводные мосты, соединяемые с рамой машины жесткой, балансирной или упругой подвеской. Общее количество мостов обычно не превышает трех [3].

Наиболее нагруженные мосты имеют сдвоенные пневмоколеса. Направление движения машины меняется путем поворота управляемых колес, поворотом мостов с колесами в плане, обеспечением различной скорости движения правых и левых колес и т.п.

Привод ведущих колес может быть общим от механической трансмиссии машины, от самостоятельного ходового электродвигателя или низкомоментного гидромотора через систему передач и валов, а также индивидуальным от приводных ступичных блоков, встроенных в ступицу каждого колеса (мотор-колеса) и включающих электродвигатель или гидромотор, планетарный редуктор и тормоз.

Скорость машины с мотор-колесами можно плавно регулировать в широком диапазоне в зависимости от дорожных условий и действующих на нее нагрузок. Каждое мотор-колесо может быть поворотным, за счет чего улучшается маневренность машины. Для разгрузки ходовых устройств строительных экскаваторов, стреловых самоходных кранов, бурильных и других машин при работе применяют выносные опоры-аутригеры. Масса пневмоколесных ходовых устройств составляет 10… 12% общей массы машины.

Маркируются шины обычного профиля двумя цифрами через тире (например, шина 320...508 мм или 12.00—20").

Первое число — ширина профиля шины, второе — внутренний (посадочный на обод) диаметр шины в миллиметрах или дюймах. В обозначение шины широкого профиля входят три числа в миллиметрах: наружный диаметр, ширина профиля и посадочный диаметр обода, например, шина (1500Х X 660Х635 мм).

Для улучшения проходимости машин, снижения сопротивления передвижению и износа шин в последние годы в строительных машинах стали применять регулирование давления воздуха в шинах из кабины машиниста.

В этом случае при движении машины по рыхлому или влажному грунту давление воздуха в шинах снижают, уменьшая соответственно давление на грунт и улучшая тяговые качества и проходимость. При передвижении машин по твердым дорогам давление в шинах повышается, что ведет к снижению сопротивления движению и увеличению долговечности шин. Указанное регулирование давления в шинах можно автоматизировать с помощью применения микропроцессоров. Срок службы шин может быть увеличен за счет правильного выбора типа шин специальных устройств для соответствующих условий их эксплуатации.

В зависимости от условий работы и скоростей движения машины, определяющих динамичность, выбираются и допускаемые нагрузки на колеса. Например, при прочих равных условиях, если нагрузку на колесо при скорости передвижения машины 50 км/ч принять за 100 %, то при скорости продвижения 8 км/ч нагрузку можно увеличить примерно в полтора раза, а при скорости, близкой к нулю, увеличить в два раза.

Это, например, очень важно для работы пневмоколесных кранов в операциях перемещения их с грузом на стройплощадке. Шинноколесное ходовое оборудование строительных машин может иметь механический, гидравлический, электрический и комбинированный приводы колес. Наиболее распространенными являются механический, гидромеханический и гидрообъемный приводы. В механических и гидромеханических приводах наиболее распространен привод ведущих колес, объединенных в мосты попарно через дифференциалы. Это обеспечивает высокие скорости движения без проскальзывания [4].

На рисунке 2,а представлена схема устройства ведущего моста с дифференциалом, а на рисунке 2, б и в — схема работы последнего.

Рисунок - 2. Схема устройства ведущего моста с дифференциалом (а) и работа дифференциала.

 

Дифференциал соединяет полуоси ведущих колес с главной конической передачей, давая возможность каждому колесу вращаться с различной скоростью. Это необходимо при повороте машины, когда колеса движутся по дугам окружностей различных радиусов, проходя разные пути, а также, например, при движении одного колеса по ровной, а второго — по неровной дороге.

Дифференциал состоит из главного конического колеса 1 (рисунок 2, а), жестко соединенного с коробкой 3 и приводимого во вращение от силовой установки машины через шестерню 2, двух ведомых конических зубчатых колес 6 и 9, жестко посаженных на ведущие полуоси 4 и 10 ходовых колес 5 и 11, и двух сателлитов 7, свободно посаженных на ось 8 и находящихся в постоянном зацеплении с колесами 6 и 9.

Крутящий момент от зубчатого колеса / передается на коробку 3, вместе с которой вращается ось 8 и сателлиты 7, передающие вращение зубчатому колесу 6 с полуосью 4 и колесу 9 с полуосью 10. При движении по прямой ровной дороге (рисунок 2, б) все составные части дифференциала, а вместе с ними и полуоси с ходовыми колесами вращаются как одно целое.

При повороте вправо (рисунок 2, в) ходовые колеса, их полуоси и зубчатые колеса 6 и 9 будут вращаться с разными скоростями, а сателлиты 7 будут обкатываться относительно зубчатого колеса б, одновременно вращаясь относительно оси 8, и, вследствие зацепления с колесом 9, будут увеличивать его скорость. При повороте влево отличие в работе дифференциала будет заключаться в обкатывании сателлитов относительно зубчатого колеса 9.

Описанный дифференциал обладает двумя свойствами: он распределяет крутящий момент между приводимыми им полуосями поровну, а сумма скоростей двух полуосей всегда пропорциональна скорости ведущего вала. Это означает, что с уменьшением скорости вращения одной полуоси на столько же увеличится скорость второй полуоси. В частности, при полной остановке одной полуоси, например, при буксовании, когда одно ходовое колесо находится на сухой, а второе — на увлажненной поверхности, скорость второй полуоси удвоится.

Для устранения возможности буксования при движении в сложных дорожных условиях дифференциал блокируют специальными устройствами. Привод без дифференциала более прост, обеспечивает более высокие тяговые усилия, но при поворотах машины и при движении по неровной дороге увеличиваются расход энергии и износ шин [2].

В последние годы в строительных машинах получает развитие индивидуальный привод каждого колеса от собственного гидро- или электродвигателя, называемый приводом с мотор-колесами. Мотор-колесо представляет собой самостоятельный блок, обычно состоящий из двигателя, муфты, планетарного редуктора, тормоза и колеса.

Применение гидропривода с высоким давлением позволяет при низкооборотных гидродвигателях создавать компактные, встроенные в обод колеса, конструкции, успешно конкурирующие с другими типами приводов. Применение мотор-колес упрощает компоновку машины, повышает ее маневренность и проходимость за счет того, что каждое колесо может служить одновременно приводным и управляемым (поворотным).

К недостаткам такого привода следует отнести то, что колеса одного моста могут развивать только равные тяговые усилия, величины которых определяются максимальным тяговым усилием колеса, находящегося в худших по сцеплению дорожных условиях.

Для устранения этого недостатка при движениях с низкими скоростями в сложных дорожных условиях применяют устройства для блокировки дифференциалов.

Привод колес без дифференциалов обеспечивает простоту конструкции и более высокие тяговые усилия, но при поворотах машины и движении по неровной поверхности колеса проскальзывают вследствие разности скоростей. При этом увеличиваются расход энергии и износ шин.

Применение гидравлических мотор-колес с регулируемыми насосами и гидромоторами позволяет изменять скорости от нескольких метров в час (рабочие движения) до десятков километров в час (транспортные режимы).