Параметры механических передач

ПРИВОДЫ И ТРАНСМИССИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН

Приводы и двигатели

Приводом называется энергосиловое устройство, приводящее в движение машину. Привод состоит из: источника энергии (силовой установки); передаточного устройства (трансмиссии); системы управления для включения и выключения механизмов машины, изменения режимов их движения.

Силовая установка состоит из двигателя и обслуживающих его устройств (топливный бак, устройства для охлаждения, для отвода выхлопных газов и т.п.).

Трансмиссии (передаточные устройства) бывают: механические; электрические; гидравлические; пневматические; смешанные; гидродинамические.

Наименование привод получает: по типу двигателя силовой установки (карбюраторный, дизельный); по виду используемой энергии внешнего источника (электрический, пневматический); по типу трансмиссии (гидравлический, дизель-электрический). Приводы бывают одномоторные, групповые и многомоторные.

Передаваемое рабочему органу машины движение характеризуется кинематическими факторами: скоростями (линейные или угловые) и силовыми факторами (усилиями, моментами). Активное усилие или момент равен внешних и внутренних, инерционных (динамических) сопротивлений. Для характеристики режимов работы привода отдельных механизмов и машин в целом пользуются: отношениями максимальных значений усилий (Pmax), вращающих моментов (Tmax) и скоростей линейных (υmax), угловых (wmax) на выходном звене привода к их средним значениям; продолжительностью включений (ПВ) в процентах от общего времени работы машины; количеством включений (КВ) в час.

В зависимости от степени изменения этих параметров [они колеблются в пределах Тmax/Тср=1,1…3 (для вращательного движения), ПВ=15-100%, КВ=10-600] режимы нагружения многих машин и их механизмов условно подразделяются на: легкий, средний, тяжелый и весьма тяжелый.

Важной характеристикой привода, определяющей его способность преодолевать сопротивления, значительно превышающие их средние значения, является коэффициент перегрузочной способности. Это отношение максимального момента Tmaxпо механической характеристике привода к его номинальному значению Тн. Для дизелей Кпер.=1,1-1,15.

(2.1)

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) относятся к группе тепловых двигателей. В них химическая энергия топлива, сгорающего в рабочих полостях цилиндров, преобразуется в механическую энергию. В приводах строительных машин применяют многоцилиндровые карбюраторные (бензин) и дизельные (дизтопливо) двигатели с 4мя, 6, 8 и 12 цилиндрами. ДВС состоит из корпуса, кривошипно-шатунного механизма, механизма газораспределения, систем смазки, охлаждения, питания, зажигания, пуска, впуска и выпуска.

Рабочий цикл (рабочий процесс) ДВС – это последовательность периодически повторяющихся процессов (впуск, сжатие, сгорание топлива, расширение газов и их выпуск).

Часть рабочего цикла, совершаемого за ход поршня в одном направлении, называют тактом.

Основные показатели работы ДВС: мощность и крутящий момент на коленчатом валу; часовой и удельный расход топлива (экономичность двигателя); эффективный КПД (совершенство конструкции).

Дизели: КПД – 0,35-0,45; удельный расход – 190-240 г/кВт·ч. Недостатки: трудный запуск зимой, высокая чувствительность к перегрузкам, большая масса.

Карбюраторные двигатели: КПД – 0,26-0,32; расход – 280-320 г/кВт·ч.

Электродвигатели (ЭД). В строительстве применяют ЭД переменного и постоянного тока, напряжение 220-380 В, частота 50 Гц. Просты, дешевы, надежны, удобны в эксплуатации. Недостаток – высокая чувствительность к колебаниям напряжения в питающей сети. Асинхронные ЭД переменного тока, короткозамкнутые, с фазным ротором называются также двигателями с контактными кольцами.

Параметры механических передач

Механические трансмиссии (служат для передачи движения от силовой установки рабочим органам и движителям) состоят из: механизмов для передачи непрерывного вращательного или поступательного движения; механизмов для преобразования одной формы движения в другую.

При единственном потребителе передача превращается в трансмиссию.

Передача характеризуется входными, выходными и внутренними параметрами (Рис.1).

Рис.1 Структурная схема параметров передачи

Это скорости: линейные ϑ1и ϑ2(м/с) и угловые ω1и ω 2(с-1); силовые факторы: усилия F1и F2(Н) – при поступательном движении; крутящие моменты Т1и Т2(Н·м) – при вращательном движении; мощности: Р1и Р2(Вт), определяемые по формулам:

(2.2)

Внутренние параметры:

1- передаточное отношение – i;

2- коэффициент полезного действия (КПД) – η.

; (2.3)

; (2.4)

; (2.5)

; (2.6)

; (2.7)

где , - частоты вращения ведущего и ведомого звена.

Разница - потери энергии внутри передачи.

В трансмиссии из нескольких последовательно соединенных передач:

(2.8)

По конструктивному исполнению отдельных элементов механических передач различают: 1-фрикционные, 2-ременные, 3-зубчатые, 4-червячные, 5-цепные, 6-канатные передачи. В 1 и 2 передачах – они относятся к передачам движения трением. За счет сил трения движение передается от ведущего к ведомому звену. 3, 4, 5 – зацеплением. 6 – особая группа (рассмотрим позже в разделе полиспастов).

В ременных, цепных и канатных передачах наличие гибких связей (ремней, цепей, канатов), поэтому их называют передачами с гибкой связью.

Функциональные связи элементов механических передач представляют кинематическими схемами (Рис. 2.). На них указывают скорости, число зубьев и т. д. либо обозначают передачи прямоугольниками.

Рис. 2. Кинематическая схема барабанной лебедки: 1-редуктор (передача); 2-соединительная муфта; 3-электродвигатель; 4-ведомый вал редуктора; 5-барабан; R – усилие натяжения ветви каната; Д – диаметр барабана по слою навивки каната; М – максимальный момент электродвигателя