Ходовое оборудование строительных машин

Многие строительные машины самоходны или предназначены для перемещения на буксире и поэтому имеют ходовое оборудование. Для транспортных машин оно составляет принципиальную основу, так как элементы хода включают в себя движитель — рабочий орган, сообщающий машине движение. В качестве движителя на сухопутных машинах используется преимущественно колесо. Гораздо реже встречаются шагающий ход или другие механизмы перемещения.

В любом колесе имеются обод, создающий круговую опорную поверхность; центральная ступица, в которой размещены подшипники или детали разъемного соединения с валом; диск или спицы, связывающие ступицу с ободом. Благодаря качению колеса резко снижается сопротивление перемещению предмета по грунтовым и иным поверхностям.

При малой площади поверхности контакта создается весьма значительное давление на грунт. Если обод жесткий, он опирается на отдельные неровности дороги, давление дополнительно повышается и, кроме того, при движении оно резко меняется, возникают толчки, удары и т. д. Для обеспечения более благоприятного взаимодействия с поверхностью при значительных скоростях движения на обод надевают эластичную оболочку — шину.

В настоящее время самое широкое применение находят пневматические шины, представляющие собой герметические резиновые оболочки, наполненные воздухом. Давление в шинах в пределах 0,2...0,3 МПа условно считают низким, в пределах 0,5...0,7 МПа — высоким. Размеры шины общего назначения принято обозначать шириной В профиля и посадочным диаметром d (рис. 2.56). Эти размеры в миллиметрах (иногда в дюймах) нанесены на боковине покрышки.

Рис. 2.56. Пневматические шины: а — камерная; б — бескамерная; в — схема с основными размерами; 1 — протектор; 2 — покрышка камерной шины; 3 — камера; 4 — ободная лента; 5 — вентиль; 6 — покрышка бескамерной шины; 7 — герметический обод колеса

Существует много разновидностей шин. Наиболее распространены монтируемые на цилиндрическом ободе камерные шины, которые состоят из покрышки, камеры (замкнутой резиновой трубы) и ободной ленты. Применяют также бескамерные шины, в которых под действием внутреннего давления покрышка плотно прижимается к закраинам обода. Каркас покрышки, выполненный из резино-корда, является основной несущей частью шины, воспринимающей все внутренние и внешние силы. В обычных шинах отношение высоты профиля к его ширине Н/В = 0,9. ..1,1.

Верхняя утолщенная часть каркаса образует корону шины, на которой формируется протектор. Рисунок протектора влияет на работу шины, поэтому его делают различным в зависимости от области преимущественного применения шины. Выпускают шины с протекторами для земляных работ, движения по проездам каменных карьеров, скользким дорогам, а также с универсальным протектором.

Наряду с обычными распространены широкопрофильные шины (Н/В = 0,4...0,9), которые улучшают проходимость по плохим дорогам. На некоторых транспортных машинах применяют высокоэластичные шины сверхнизкого давления (65 кПа). Давление в таких шинах водитель регулирует из кабины. При выезде на дороги с твердым покрытием его увеличивают, поскольку при низком давлении шины очень резко формируются и быстро изнашиваются.

Наконец, для проезда по слабым грунтам используют арочные шины (Н/В = 0,3...0,4). Такие шины устанавливают на задние колеса автомобиля, а также применяют в болотоходах, экскаваторах и кранах, предназначенных для работы на болотах и т. д. Подробные сведения о шинах приведены в специальной литературе.

Специфическим элементом ходового оборудования является система амортизирующей подвески колес. В прицепных агрегатах, предназначенных для медленного перемещения, например на буксире у трактора, допустимо жесткое соединение осей колес с рамой при жестком металлическом ободе. Колеса с жестким широким ободом применяют при скорости перемещения до 10 км/ч по рыхлому, например вспаханному грунту. Если колеса оборудованы пневмошинами, то скорость машин можно повысить.

Шины большого диаметра и низкого давления можно использовать при движении машин с жесткой подвеской колес со скоростями до 40 и даже 60 км/ч. Жесткую подвеску имеют большегрузные скреперы, одноосные тягачи и т. д. В таких машинах серьезную проблему представляет гашение колебаний и вибраций ответственных частей, а также амортизация кресла водителя.

Однако в большинстве колесных машин как самоходных, так и прицепных применена упругая подвеска колес с помощью рессор и специальных устройств — демпферов, или амортизаторов, гасящих колебания корпуса машины. Наличие упругой связи между ходовыми частями и корпусом машины позволяет уменьшить инерционные нагрузки на колеса и дорогу при проходе различных неровностей.

Если траекторию движения колеса по неровности известной формы (рис. 2.57) удается выразить функцией z = Ф(х), то при постоянной скорости ν = x/t легко преобразовать ее через пройденный путь в функцию времени z = Ф₁(t) и найти вертикальное ускорение z = Ф₁(t). При жесткой связи с колесом получим, зная ускорение, в соответствии со вторым законом Ньютона переменную инерционную силу для всей массы m.

Рис. 2.57. Движение одноколесного экипажа по неровности: а—при отсутствии рессор; б — при одноступенчатом рессорном подвешивании

Упругая подвеска позволяет разделить колеблющиеся массы на две: неподрессоренную m₁, включающую колесо и все относящиеся к нему части, расположенные ниже рессор, и подрессоренную m₂, находящуюся на рессорах. Ускорение z будет в этом случае относиться в полной мере только к массе m₁, так что инерционная сила, обусловленная неровностями на дороге, резко уменьшается.

Что же касается колебаний подрессоренной массы, то они будут происходить с периодом значительно большим и изменением ускорения менее резким, чем колебания неподрессоренной массы. Это и приводит к уменьшению общего инерционного воздействия как на колеса, так и на части корпуса.

Колебания подрессоренной части, возбужденные проходом неровности, продолжаются еще некоторое время, пока не затухнут. Чтобы ускорить процесс их затухания, применяют гасители энергии колебаний. В рессорах, набранных из плоских стальных листов, гашение колебаний осуществляется трением, которое возникает между листами. Поэтому листовые рессоры (рис. 2.58) применяют довольно часто, хотя они представляют собой громоздкие и тяжелые узлы ходового оборудования.

Рис. 2.58. Подвешивание колеса с помощью двойной листовой рессоры: 1 — главная рессора: 2 - дополнительная рессора

При использовании в качестве рессор витых пружин приходится ставить специальные демпферы, например гидравлического типа, в которых энергия колебаний гасится при перекачке жидкости. В последние годы в машинах очень большой грузоподъемности стали применять гидравлическую подвеску, совмещающую в себе свойства рессор и демпферов.

В строительных машинах также широко применяется гусеничный ход. Гусеница представляет собой замкнутую цепь, состоящую из отдельных звеньев — траков. По внутренней поверхности этой цепи перемещаются неприводные опорные катки машины, передающие на гусеницу вес машины. Ведущее колесо выполнено в виде цепной звездочки. Она передает окружное усилие на гусеницу, а реакция корпуса на это усилие действует как сила тяги. Таким образом, гусеница является как бы участком сформированной из пластин дороги, который благодаря бесконечности цепи движется вместе с машиной.

Гусеницу можно рассматривать и как самостоятельный движитель, реализующий тяговое усилие за счет сцепления с грунтом. В этом смысле она ничем не отличается от колеса, кроме значительно большей площади поверхности опирання, в силу чего давление гусениц на грунт оказывается весьма низким. Это обстоятельство в совокупности с благоприятными условиями движения катков по внутренней поверхности цепи объясняет высокую проходимость гусеничных машин.

Крепление гусеничной цепи осуществляют соединением с корпусом опорных катков; ведущее колесо в передаче веса на грунт обычно не участвует, а выполняет только приводные функции. В тихоходных и тяжелых машинах катки прикрепляют к остову жестко (рис. 2.59, а) или на торсионных (работающих на кручение) валах, которые обеспечивают незначительные упругие перемещения катков. Это связано не только со сложностью устройств упругой подвески, но и с тем, что во многих случаях излишние перемещения корпуса нежелательны, так как влияют на точность выполнения рабочих операций.

Рис. 2.59. Гусеничный ход: а — с жестким креплением; б — на балансирах; 1 - направляющее колесо; 2 — гусеничная цепь; 3 — поддерживающий каток; 4 — ведущая звездочка; 5 - каток опорный

В таких машинах, как экскаваторы и краны, наклоны и колебания корпуса на упругих опорах могут только осложнить работу. Гусеничные машины с жесткой подвеской, имеющие скорость до 10 км/ч, предназначены для самоходного перемещения только в пределах рабочей зоны. При значительных расстояниях их нужно перевозить на других средствах транспорта, например, на прицепах большой грузоподъемности к автомобилям и тягачам.

На прицепе-тяжеловозе ЧМЗАП-5208 можно перевезти машину или иной неделимый груз массой до 40 т, на прицепе-тяжеловозе ЧМЗАП-5212А— 60 т, на прицепе-тяжеловозе ЧМЗАП-5530— 120 т. Он снабжен опускной платформой с гидроприводом и управляется оператором. Выпускаются прицепы-тяжеловозы и более высокой грузоподъемностью (до 300 т). Однако все прицепы этого рода предназначены для перевозок по дорогам с твердым покрытием.

В гусеничных машинах, рассчитанных на значительное самостоятельное перемещение, опорные катки укрепляют на балансирах с упругой промежуточной связью (рис. 2.59, б), а гусеницы делают со сравнительно мелкими пластинами или сквозными фигурными траками. Такие гусеницы называют мягкими. Переднюю часть машины иногда подрессоривают, передавая ее вес на рамы гусениц через листовую поперечную рессору.

Такую подвеску называют полужесткой и применяют в гусеничных машинах с мощностью до 55...75 кВт, которые имеют в основном транспортно-тяговое назначение. Скорость движения при этом может достигать 35...40 км/ч. Полностью упругую подвеску делают в гусеничных машинах чисто транспортного назначения, например в вездеходах. Она отличается высокой стоимостью и требует внимательного ухода.

Специфичной особенностью трансмиссии гусеничного трактора (рис. 2.60) является возможность раздельной передачи с помощью бортовых фрикционов крутящего момента на правую и левую ведущие звездочки, что позволяет поворачивать машину при разной скорости движения гусениц. Помимо фрикционов, для приостановки гусениц используют и тормоза. Благодаря этому гусеничные тракторы имеют малый радиус поворота, равный расстоянию между гусеницами.

Рис. 2.60. Трансмиссия гусеничного трактора: 1 — двигатель; 2 — муфта сцепления; 3 — коробка передач; 4 — коническая передача; 5 — бортовые фрикционы; 6 — боковые редукторы; 7 — гусеничная цепь

Гусеничный ход при всех своих неоспоримых преимуществах перед колесным обладает и рядом недостатков. Он весьма тяжел (до 40% общей массы машины), имеет сложную систему с большим числом малодоступных для контроля шарниров, недостаточно надежен, отличается довольно низким к. п. д. (около 0,65...0,75). Поэтому гусеничные машины даже с полужесткой подвеской нецелесообразно перебрасывать на значительные расстояния своим ходом.

В машинах с рельсовым ходом, распространенных в железнодорожном строительстве, применяют стандартные колесные пары с подшипниками скольжения или роликовыми подшипниками в буксах. В несамоходных машинах обычны типовые вагонные тележки. В самоходных машинах используют различные передачи вращающего момента на колеса. В машинах на обычных колесах, например в подъемных кранах, довольно часто используются цепные передачи, в которых приводная звездочка насажена на ось (вал) колесной пары в промежутке между колесами.

Такая передача характерна для тихоходных машин. В передачах от индивидуальных электродвигателей применяют одноступенчатые зубчатые редукторы, при этом обычно электродвигатель одной стороной опирается через осевой подшипник на ось, а другой — на раму тележки (см. рис. 2.46). В дрезинах и мотовозах используют ходовые передачи автомобильного типа: от продольного карданного вала через редуктор с коническими колесами и дифференциалом на полуоси колес.

Для движения по рельсам во время строительных работ успешно приспосабливают обычные автомобили и тракторы. Для этого колесные машины снабжаются навесным устройством с рельсовыми ребордчатыми роликами. В опущенном положении передние и задние ролики удерживают машину в колее. Перемещается нее она на собственных колесах с застопоренным рулевым управлением. Тяжелые автомобили при движении по рельсам на таком комбинированном ходу способны вести до 10 груженых вагонов.

Гусеничные тракторы для хода по рельсам имеют траки, на которые наваривают вертикальные пластины, выполняющие роль реборд. Тракторы проходят не только в пределах обычной колеи, но и по стрелочным переводам. При таком оборудовании они способны перемещаться также по обычному мягкому грунту.