2.3. Управление машинами

Устройства управления позволяют человеку направлять и регулировать работу машины.

Самодействующие устройства, работающие по заданной программе, называются автоматами. Если управление частично производится автоматами, а частично человеком, его называется автоматизированным. Если самодействующее устройство работает циклически, и для каждого нового цикла необходимо вмешательство человека – оно называется полуавтоматическим. Полуавтоматически обычно действуют различные контрольные и предохранительные устройства.

В строительных машинах управление подразделяется по нескольким назначениям:

- управление двигателем;

- управление установкой рабочего оборудования;

- управление сцепными муфтами и тормозами;

- управление движением всей машины.

Управление двигателем сводится к пуску, остановке и регулированию скорости. Для машин, работающих с постоянным числом оборотов (лебедки, грохоты, дробилки, бетоносмесительные агрегаты), управление двигателем сводится к пуску и остановке. Если предусматривается перемена хода (реверсирование), то это достигается электрическим способом (сменой фаз). В транспортных машинах число оборотов двигателя внутреннего сгорания регулируется водителем в широких пределах. Это достигается изменением подачи горючей смеси в цилиндры. Запуск обычно осуществляется от аккумуляторной батареи с помощью стартера, а в дизельных машинах – от двигателя-пускача. Все это не требует чрезмерных усилий от человека.

Для перемещения тяжелого рабочего оборудования в процессе управления используется энергия двигателя.

Управление муфтами и тормозами может производиться с помощью ручных рычагов и педалей, но в ряде машин физическое воздействие человека усиливается гидравлическими устройствами насосной или безнасосной систем.

В управлении движением всей машины необходимо выделить переключение передач и рулевое управление, обеспечивающие направленное движение машины. Рулевое управление воздействует на направляющие колеса или механизм поворота частей корпуса машины. В небольших и сравнительно легких машинах применяют механическое рулевое управление, использующее мускульную силу водителя; в больших и тяжелых машинах – механизмы с гидроусилением и насосные гидросистемы.

Системы управления строительных машин по конструктивным признакам разделяются на механические, гидравлические, пневматические, электрические и смешанные (комбинированные).

Механическая система обеспечивает связь руки и ноги машиниста с муфтами и тормозами через рычаги и тяги. Такая конструкция надёжна в эксплуатации и имеет высокую чувствительность управления. Основные её недостатки – необходимость приложения значительных мускульных усилий машиниста к рычагам и педалям, быстрая утомляемость машиниста, ведущая к снижению производительности машины, необходимость частых смазок и регулировок быстроизнашивающихся шарнирных соединений тяг и рычагов. Обычно механическая система используется в качестве вспомогательной для управления механизмами, не принимающими участия в выполнении рабочего процесса.

Поворот колёс машины в этом случае осуществляется с помощью рулевого управления посредством приложения усилия машиниста к рулевому колесу 4. При этом через механическую передачу 3 (цилиндрическую или червячную пару) и сектор 2, взаимодействующий с винтовым устройством, перемещаются поперечные тяги 1, соединённые с управляемыми колёсами (рис. 25, а). Для облегчения труда машиниста в передаточный механизм рулевого управления включают усилители в виде гидравлического или пневматического цилиндра с поршнем. Действие усилителя основано на том, что при повороте рулевого колеса 4 и наличии нагрузки на тяге рулевой трапеции 9 червяк 6 перемещается в осевом направлении, и золотник распределителя 5 открывает доступ жидкости или воздуху в цилиндр усилителя 7, шток которого, взаимодействуя с рейкой 8, передаёт усилие на тягу 9, соединённую с рулевой трапецией (рис. 25, б).

Рис. 25. Рулевое управление

В гидравлической системе управления рычаги полностью или частично заменены исполнительными гидроцилиндрами одно- и двустороннего действия, создающими необходимое усилие для включения муфт, тормозов и других механизмов. Различают насосную и безнасосную системы управления. В насосной системе рабочая жидкость подаётся под давлением в исполнительный гидроцилиндр от насоса через распределитель, которым управляет машинист, т.е. так же, как в силовом гидроприводе.

Рис. 26. Схема гидравлического безнасосного управления

В безнасосной системе (рис. 26) давление рабочей жидкости в исполнительном гидроцилиндре одностороннего действия 2 создаётся перемещением поршня гидроцилиндра-преобразователя (датчика) 5, на который через рычаг или педаль 3 воздействует машинист. При снятии усилия с педали поршень датчика возвращается в исходное положение пружиной 4, поршень исполнительного гидроцилиндра – пружиной 1. Безнасосная система проста по конструкции, надёжна в эксплуатации, но так как для её привода требуется мускульная сила, имеет ограниченное применение. Преимущественное распространение получила насосная система управления.

Рис. 27. Схема пневматического управления

Пневматическая система управления отличается от гидравлической насосной тем, что в ней вместо жидкости используется сжатый в компрессоре до 0,7…0,8 МПа воздух. Исполнительными органами такой системы (рис. 27) являются пневмоцилиндры 4 и пневмокамеры 5 одностороннего действия, подвижные элементы которых – поршень или диафрагма со штоком – передают усилие включаемому механизму. Возврат штока в исходное положение обеспечивается пружиной при снятом давлении. Работой пневмоцилиндров и камер управляют с помощью регулируемых и нерегулируемых пневмоаппаратов 3. Нерегулируемый крановый пневмоаппарат соединяет ресивер 2 компрессора 1 с рабочей полостью пневмоцилиндра (камеры) без изменения давления сжатого воздуха. Регулируемый пневмоаппарат позволяет изменить давление воздуха в исполнительном органе, обеспечивая повышенную плавность включения механизма. По сравнению с гидравлической пневматическая система управления обеспечивает более высокую плавность включения. Основные её недостатки – сравнительно большие размеры исполнительных органов из-за низкого давления в системе и возможность замерзания конденсата, содержащегося в сжатом воздухе.

Электрическая система управления применяется в машинах с индивидуальным электрическим приводом механизмов и обеспечивает пуск и останов электродвигателей, регулирование частоты и вращения, реверсирование, безопасную работу. В состав такой системы входят магнитные пускатели, контроллеры, реле различных типов, автоматические выключатели, кнопки управления «Пуск» и «Стоп», блокирующие устройства, тормозные электромагниты и т.п. Электрические системы управления надёжны, просты и удобны в эксплуатации, обеспечивают дистанционное управление механизмами и всей машиной в целом, создают возможность автоматизации работы машин.

С целью частичной или полной автоматизации управления машинами применяют комбинированные системы – гидропневматические, гидроэлектрические, гидропневмоэлектрические и ряд других.