Г л а в а 3
Транспортные средства
Общие сведения и особенности тягового расчета
Одним из основных этапов технологического процесса современного строительства является доставка к месту производства работ строительных материалов, изделий, конструкций и оборудования, осуществляемая транспортными средствами. Выбор вида транспортных средств определяется наличием коммуникаций, а также характером и количеством перемещаемых грузов, временем, отведенным на их доставку и дальностью перевозок. На крупные стройки и на предприятия по производству строительных материалов и конструкций возможна доставка грузов железнодорожным и водным транспортом, но многие строительные объекты удалены от таких коммуникаций и для них доступен только безрельсовый транспорт. В основном, это автомобили, тракторы и тягачи, которые кроме грузоперевозок используют как тяговые средства прицепных и полуприцепных строительных машин, а также в качестве унифицированной базы навесных строительных машин – экскаваторов, бульдозеров, скреперов, бурильных и сваебойных установок, кранов, погрузчиков и т.п. Отдельные узлы автомобилей, тракторов и тягачей используют в строительных машинах.
Выбор вида транспортного средства с соответствующим ходовым оборудованием определяется проходимостью и необходимой скоростью передвижения. Транспортные средства на пневмоходу имеют более высокую скорость, чем гусеничные, но их проходимость в условиях бездорожья ниже. Гусеничные машины, как правило, обладают большой проходимостью на рыхлых и переувлажненных грунтах благодаря низкому давлению на грунт, но по сравнению с колесными машинами они более тихоходны. При движении в гусеничном движителе имеют место большие потери на трение. Кроме того, гусеничные машины разрушают дорожное покрытие, поэтому в городских условиях их приходится перевозить на трейлерах.
Техническая производительность средств безрельсового транспорта (т/ч):
П 3600 Q кгкпр
т = к
р.т
å 7,2 × l
v + t з
+ t р
,
+ t м
где Q, – грузоподъемность, т; кг, кпр – коэффициенты использования по грузоподъемности и пробегу; кр.т – коэффициент, учитывающий затраты времени на разгон и торможение; l – дальность транспортирования в одну сторону, м; v – скорость движения, км/ч; t з, t р, t м – время загрузки, разгрузки и маневрирования, с.
В тяговом расчете автомобиля, трактора или тягача необходимо учитывать вес перевозимого груза, а также то, что прицеп не имеет ведущих колес. Расчет, как правило, проводится упрощенно. Полное сопротивление W (Н) движению автомобиля, перевозящего груз:
W å= (G а
+ G г)(W к+ W в± W у ± Wi),
где G a и G г – вес автомобиля и груза, Н; W к – сумма сопротивлений колес (гусениц) и трения в трансмиссии при движении на прямом горизонтальном участке; W в – сопротивление воздуха (ветра); W у – сопротивление ускорения (торможения); Wi – сопротивление движению на подъеме.
Такие виды сопротивлений, как сопротивление воздуха, сопротивление при движении на криволинейных участках пути и сопротивление ускорения при тяговых расчетах средств горизонтального транспорта, используемых на строительстве, обычно не учитываются. Значения основного удельного сопротивления Wк движению автомобилей, тракторов, тягачей и прицепов приводятся в справочниках. Значение дополнительного удельного сопротивления Wi на подъеме принимают равным величине уклона пути i (в тысячных долях).
Для тракторов и пневмоколесных тягачей, буксирующих прицепы
W å= G м(W к± Wi) + nG п(W к.пр ± Wi),
где G м – собственный вес машины, буксирующей прицеп (автомобиля, трактора, тягача), Н; G п – вес прицепа с грузом, Н; n – число прицепов; W к.пр – сумма сопротивлений колес прицепа при движении на прямом горизонтальном участке.
Для движения автомобиля или любого тягача с прицепом необходимо следующее условие:
G сцφ ³ Р к ³ W å,
где Р к – сила тяги на ведущих колесах (гусеницах), возникающая в результате работы двигателя и взаимодействия колес (гусениц) с дорогой, Н; G сц – сцепной вес, приходящийся на ведущие колеса (гусеницы), Н; φ – коэффициент сцепления колес (гусениц) с поверхностью дороги, равный 0,3...0,6 для пневмоколесных и 0,5...0,9 для гусеничных машин.
Приведенный в 2.4 тяговый расчет справедлив для любых самоходных машин, но в зависимости от вида машины, условий работы, скорости и других факторов необходимо правильно учесть составляющие сопротивления передвижения. Так, например, при передвижении башенных кранов необходимо обязательно учитывать давление ветра из-за большой парусности металлоконструкций.
Грузовые автомобили
Грузовые автомобили могут развивать сравнительно большую скорость (до 80 км/ч), обладают маневренностью, и относительно малым радиусом поворота. Они могут преодолевать довольно крутые подъемы и спуски, приспособлены для работы с прицепами, полуприцепами общего и специального назначения, а также могут быть оснащены погрузо- разгрузочными механизмами. Различают автомобили общего назначения и специализированные. К автомобилям общего назначения относят машины с кузовом в виде открытой сверху платформы с бортами, бортовые автомобили повышенной проходимости, а также автомобили-тягачи со сцепными устройствами для работы с прицепами, полуприцепами.
Ходовая часть автомобиля состоит из несущей рамы, на которой монтируются все агрегаты, кузов и кабина водителя, переднего и заднего
мостов с пневмоколесами и упругой подвески, соединяющей несущую раму с мостами. В раме обе продольные балки выполняются из гнутых швеллеров, которые обеспечивают жесткость при работе на изгиб, но допускает деформацию кручения, что вместе с упругой подвеской в виде рессор (пружин) обеспечивает относительно равномерную передачу нагрузки на все колеса при наличии неровностей на строительной площадке или на дороге. Амортизаторы гасят колебания рессор. Колеса автомобилей нормальной проходимости имеют пневматические шины высокого (0,5...0,7 МПа) давления, а автомобилей повышенной проходимости – шины низкого (0,17...0,49 МПа) давления с увеличенной опорной поверхностью.
Грузовые автомобили массового производства (рис. 3.1, а, б) имеют единую конструктивную схему и состоят из трех основных частей: двигателя 1, шасси 3 и кузова 2. На грузовых автомобилях применяют двигатели внутреннего сгорания как карбюраторные, так и дизельные мощностью 50...220 кВт. Шасси автомобиля включают механическую или гидромеханическую трансмиссию, ходовую часть и механизмы управления. Кузова бортовых автомобилей представляют собой деревянную или металлическую платформу с откидными бортами и предназначаются для перевозки преимущественно штучных грузов. Вместе с одноосными прицепами и прицепами-роспусками бортовые автомобили применяют для перевозки длинномерных грузов – труб, свай, бревен, металлопроката и т.п.
Рис. 3.1. Грузовые автомобили общего назначения
Грузоподъемность отечественных автомобилей – 0,8...14 т. Грузовые автомобили классифицируют на автомобили малой грузоподъемности – 0,8…2 т, средней – 2…5 т, большой – 5…10 т и особо большой грузоподъемности – свыше 10 т. На основе стандартных шасси с укороченными базой и задним
свесом рамы выпускаются автомобильные тягачи седельного типа (рис. 3.1, в), работающие в сцепе с одно- и двухосными полуприцепами. На раме 3 шасси такого тягача крепится опорная плита и седельно-сцепное устройство 4, воспринимающее часть нагрузки от полуприцепа и передающее ему тяговое усилие от автомобиля. Седельные автотягачи с полуприцепами позволяют эффективней использовать мощность двигателя и увеличить грузоподъемность автомобиля (до 4...25 т).
Трансмиссия (рис. 3.2, 3.3) изменяет и передает крутящий момент от вала двигателя 1 к ведущим колесам 8, а также приводит в действие оборудование, установленное на автомобилях.
Постоянно замкнутая в движении дисковая фрикционная муфта (сцепление) 2 предназначена для плавного соединения и быстрого разъединения работающего двигателя с трансмиссией. Коробка передач 3 ступенчато изменяет крутящий момент, подводимый к ведущим колесам в зависимости от условий движения, и обеспечивает движение автомобиля задним ходом; служит для разъединения работающего двигателя с трансмиссией при длительных остановках машины. Карданный вал 4, передает крутящий момент от коробки передач к подрессоренному заднему мосту. Шарнир Гука позволяет передавать крутящий момент под углом, а два таких шарнира компенсируют перемещение ведущих колес относительно рамы, изменяя плоскость передаваемого крутящего момента. Изменение длины карданного вала происходит за счет шлицевой муфты.
Главная передача 5 увеличивает крутящий момент и через дифференциальный механизм 6, передает движение полуосям (валам) 7 и закрепленным на них ведущим колесам 8. Главную передачу, дифференциал и полуоси, заключенные в кожух, называют ведущим мостом. Дифференциал служит для обеспечения различных угловых скоростей ведущих колес при движении автомобиля на поворотах и по неровной поверхности, что обеспечивает устойчивость движения автомобиля в этих условиях. Но срабатывание дифференциала может быть опасным, если на ведущих колесах с одной стороны изменяется сопротивление грунта, тогда автомобиль разворачивает в эту же сторону, например, при наезде правой стороной на рыхлый грунт обочины машину может выбросить в кювет. При снижении сцепления с одной из сторон (лед или мокрая глина) ведущее колесо на этой стороне начинает буксовать; чтобы избежать этого в автомобилях устанавливают управляемое из кабины устройство, блокирующее дифференциал.
Рис. 3.2. Кинематическая схема автомобиля
Составными частями дифференциала (рис. 3.3, г) являются шестерни 15, закрепленные на полуосях 7, сателлиты 13 и рамка (корпус) 14, которая закреплена на ведомой шестерне главной передачи 5. При прямолинейном движении автомобиля по ровной дороге полуоси 7 с шестернями 15 вращаются с одинаковой скоростью, равной скорости вращения рамки 14, а сателлиты остаются неподвижными относительно своих осей. Если одно из ведущих колес будет испытывать большее сопротивление, сателлиты начнут перекатываться по замедлившей свое вращение шестерне 15, при этом вторая шестерня 15 за счет вращения сателлитов относительно своих осей начнет вращаться быстрее.
Рис. 3.3. Схемы механических трансмиссий грузовых автомобилей
Механизмы управления объединены в две независимые системы: рулевую – для изменения направления движения автомобиля поворотом передних управляемых колес и тормозную – для снижения скорости или быстрой остановки, а так же для удержания автомобиля на уклоне.
Автомобили обозначают колесной формулой А×Б, где А – общее количество колес, Б – число ведущих колес, причем сдвоенные скаты задних мостов считают за одно колесо. Отечественная промышленность выпускает бортовые автомобили и седельные тягачи: двухосные с колесной формулой 4×2 и 4×4, трехосные с колесной формулой 6×4, 6×6. Автомобили с колесной формулой 4×2 и 6×4 относят к машинам ограниченной (дорожной) проходимости; они предназначены для эксплуатации на усовершенствованных и грунтовых дорогах. Автомобили с колесной формулой 4×4 и 6×6 относят к машинам повышенной и высокой проходимости, и они могут
эксплуатироваться в условиях пересеченной местности и бездорожья. На рис. 3.3, а показана схема механической трансмиссии автомобиля с колесной формулой 4×2, на рис. 3.3, б – с колесной формулой 6×4. У автомобиля с колесной формулой 6×6 (рис. 3.3, в) передний ведущий мост 12 с управляемыми колесами и задние ведущие мосты 10 приводятся в действие от раздаточной коробки 11 через карданные валы 4.
В условиях строительства перевозки строительных материалов осуществляются в основном по временным дорогам, имеющим пониженную несущую способность. Поэтому в условиях строительства все большее применение находят автомобили повышенной проходимости, снабженные передним ведущим мостом, имеющих увеличенный дорожный просвет, а так же с увеличенным количеством осей, у которых все колеса ведущие. Раздаточная коробка при необходимости может включаться специальным рычагом из кабины водителя и вращение от двигателя начнет передаваться как на задние, так и на передние колеса.
Другим средством повышения проходимости автомобиля является применение односкатных колес на заднем мосту. В этом случае колеса заднего моста точно проходят по уже уплотненному следу передних колес, что повышает проходимость машин при движении по рыхлому песку или снежной целине. Эффективным средством повышения проходимости автомобиля является применение системы централизованной подкачки шин. Эта система позволяет водителю непосредственно из кабины изменять давление воздуха во всех колесах. Снижение давления в колесах при движении по слабой поверхности увеличивает площадь контакта колес с дорогой, т.е. уменьшает удельное давление на грунт, что улучшает проходимость машины. Проходимость автомобилей повышают также применением шин с глубокими грунтозацепами, шипами, а также использованием цепей, надеваемых на колеса.