Шагающее ходовое оборудование

Шагающее оборудование применяют для машин значительного веса, работающих с опиранием на грунт небольшой плотности. К таким машинам относят одноковшовые экскаваторы – драглайны, применяемые на гидротехническом строительстве с ковшом емкостью 4 м³ и более, и частично стреловые краны, предназначенные к использованию в условиях перемещения по местности со слабой несущей способностью ‑ до 25 кН/м (0,25 кГ/см) (например, по намытым грунтам или по торфу). Шагающее оборудование драглайнов состоит из опорных тележек, механизма, осуществляющего перемещение экскаватора на величину хода шагания, и привода. Опорные башмаки передают на грунт распределенную нагрузку от веса экскаватора во время его шагания. Схемы механизмов шагания различаются по конструкции механизма шагания и могут быть гидравлическими и кривошипными (рис. 4.3).

При любом виде шагающего ходового оборудования полный цикл передвижения экскаватора складывается из следующих элементов: подачи лыж на грунт, подъема экскаватора, передвижения экскаватора, опускания экскаватора, подъема лыж в исходное положение.

а)

б)

в)

г)

Рис. 4.3. Схемы механизмов шагания:

а – кривошипно-шарнирный с треугольной рамой;

б – кривошипно-ползунковый; в – гидравлический; г – двухкривошипный

Пневмоколесное ходовое оборудование

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 4…8 одинаковых взаимозаменяемых колес. Подвеска, в большинстве случаев, выполняется упругой (рис. 4.4).

а)	б)	в)

Рис. 4.4. Упругие подвески:

а – рессорная; б – пружинная; в – торсионная

Основным элементом пневмоколесного ходового оборудования является пневматическая шина (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Пневматические шины:

а – камерная; б – бескамерная; в – типы рисунков протекторов;

г – арочная; д – пневмокаток; е – основные размеры шины;

1 – покрышка; 2 – камера; 3 – ободная лента; 4 – вентиль;

5 – полость покрышки; 6 – обод колеса

Существует два основных типа шин: шины высокого давления, имеющие давление 0,5…0,7 МПа, и шины низкого давления (баллоны) с давлением 0,12…0,35 МПа.

Шины низкого давления имеют больший профиль и меньшую толщину стенок, они лучше поглощают удары, приспосабливаются к мелким неровностям дороги, обеспечивают более плавное движение и лучшую сохранность машины, большее сцепление с грунтом и лучшие тяговые качества. Шины низкого давления получили широкое применение для строительных и дорожных машин.

Классификация шин:

– по исполнению: камерные и бескамерные;

Составными частями камерной шины (рис. 4.5, а) являются покрышка 1, служащая прочной и эластичной оболочкой, камера 2, накачиваемая воздухом через вентиль 4, и ободная лента 3, предохраняющая камеру со стороны обода. Широкое распространение получили бескамерные шины (рис. 4.5, б), в которые воздух накачивается непосредственно в полость покрышки 5, установленной на герметическом ободе 6. Внутренняя полость покрышки имеет дополнительный герметизирующий слой резины. Бескамерные шины лучше охлаждаются, меньше весят, повышают безопасность движения, так как при повреждении не происходит резкого падения давления. Упрощается также ремонт шины.

– по конструкции: диагональные и радиальные (В радиальных шинах нити корда расположены вдоль радиуса колеса, а в диагональных ‑ под углом к радиусу колеса, причем нити соседних слоев перекрещиваются. Радиальные шины более жесткие, у них больший ресурс, лучшая стабильность формы пятна контакта, меньшее сопротивление качению.).

Рисунки протектора (беговой части) разнообразны (рис. 4.5, в) и выбираются в зависимости от условий работы. Шины с рисунком протектора I применяются для земляных работ; II – для работы в каменных карьерах; III – противобуксующие; IV – универсальные.

В зависимости от соотношения Н/В различают шины обычные (Н/В = 0,9…1,1), широкопрофильные (Н/В = 0,4…0,9), арочные (Н/В = 0,3…0,4) (рис. 4.5, г) и пневмокатки (Н/В = 0,2…0,30) (рис. 5.1, д).

Маркировка шин наносится на боковинах двумя числами через тире, например 14,00 – 20; 330 – 20 и т.д. Первое число характеризует ширину профиля В в дюймах (или миллиметрах), а второе ‑ внутренний диаметр шины или посадочный диаметр обода d в дюймах (рис. 4.5, е).

Ширину профиля В приближенно можно считать равной его высоте Н, а наружный диаметр

,

(4.1)

Шины диаметром свыше 1,5 м называют крупногабаритными.

По назначению колеса разделяются на ведущие и ведомые. В результате взаимодействия ведущего колеса с опорной поверхностью крутящий момент, подводимый от двигателя к движителю, преобразуется в силу тяги. Ведомое колесо является только поддерживающим элементом и вращается при движении машины под действием толкающей силы, приложенной к оси колеса. При перекатывании колес возникают сопротивления, которые вызваны как деформацией опорной поверхности, так и деформацией шины.

Приложенный к ведущему колесу крутящий момент определяется

,

(4.2)

где М_дв – крутящий момент на валу двигателя, кН·м;

i, η – передаточное число и КПД трансмиссии.

Для характеристики взаимодействия ходового оборудования с опорной поверхностью используют коэффициенты сопротивления качению f и коэффициент сцепления φ

;

(4.3)

,

(4.4)

где Р_f – сила сопротивления качению, кН;

P_kmax – максимальная сила тяги движителя, кН;

G_k – вертикальная нагрузка на ведущее колесо, кН.

На рис. 4.6 представлены схемы сил, действующих на колесо при работе в различных режимах

а)	б)	в)

Рис. 4.6. Схемы сил, действующих на колесо:

а – «ведущее колесо»; б – «свободное колесо»; в – «ведомое колесо»

Для обеспечения качения к движителю подведен крутящий момент М_кр. Равнодействующая элементарных реактивных сил, возникающих в результате взаимодействия шины и опорной поверхности, обозначена через N; её вертикальная и горизонтальная составляющие обозначены R и T. При этом T = F_k и R = G_k.

Уравнение равновесия колесного движителя

,

(4.5)

где r_c – силовой радиус колесного движителя, м;

a – снос реакции приложения силы N, м.

Разделив обе части уравнения на r_c, получим

,

(4.6)

где – отношение, представляющее собой окружную силу P_k;

– принят как коэффициент сопротивления качению.

Тогда, обозначив и , получим

,

(4.7)

Таким образом, окружная сила колесного движителя в режиме «ведущего колеса» равна сумме силы тяги и силы сопротивления качению.

Тяговые и экономические качества колесных и гусеничных машин для любых режимов работы наиболее полно оцениваются с помощью тяговых характеристик (рис. 4.7), представляющих собой графическое выражение выходных тяговых параметров машин.

Рис. 4.7. Тяговая характеристика

К таким параметрам относят:

1) коэффициент буксования колесного движителя δ

,

(4.8)

где A, B, n – коэффициенты, зависящие от типа шин, рисунка протектора, давления воздуха в шине, состояния и влажности грунта (табличные величины);

R_k – нормальная реакция грунта на ведущих колесах R_k = G_k, кН;

T – текущее значение силы тяги, кН;

2) действительную скорость машины V_д, км/ч

,

(4.9)

где n_дв – частота вращения вала ДВС, об/мин;

i – передаточное число трансмиссии на соответствующей передаче;

δ – текущее значение коэффициента буксования в зависимости от T_i;

3) тяговую мощность колесного движителя N_T кВт

;

(4.10)

4) тяговый коэффициент полезного действия η_Т

,

(4.11)

где N_дв – мощность двигателя внутреннего сгорания, кВт;

5) удельный расход топлива q_T, кВт·ч

.

(4.12)