Тракторы применяют для транспортирования на прицепах строительных грузов и оборудования по грунтовым и временным дорогам, вне дорог, в стесненных условиях, а также передвижения и работы навесных и прицепных строительных машин. Они делятся на сельскохозяйственные, промышленные и специальные (для горных, подводных, подземных и других специальных работ). По конструкции ходового оборудования различают гусеничные и колесные тракторы. Главным параметром тракторов является максимальное тяговое усилие на крюке, по величине которого (тс) их относят к различным классам тяги. В строительстве используют тракторы сельскохозяйственного типа классов тяги 1,4; 2; 3; 4; 5; 6; 9; 15 и 25 (по сельскохозяйственной
классификации) и промышленного типа классов тяги 10; 15; 25; 35; 50 и 75 (по промышленной классификации). Тракторы промышленного типа по своим конструктивно-эксплуатационным параметрам наиболее полно соответствуют требованиям, предъявляемым к тяговым средствам и базовым машинам в строительстве. Класс тяги по промышленной классификации означает
максимальную силу тяги без догрузки навесным оборудованием на передаче со скоростью 2,5...3 км/ч для гусеничных и 3...3,5 км/ч для колесных тракторов, обеспечивающей эффективную работу с землеройным оборудованием.
Гусеничные тракторы характеризуются значительным тяговым усилием на крюке (не менее 30 кН), надежным сцеплением гусеничного хода с грунтом, малым удельным давлением на грунт (0,02...0,06 МПа) и высокой проходимостью. Их скорость не превышает 12 км/ч. Мощность двигателей гусеничных тракторов 55...600 кВт.
Основные узлы тракторов – двигатель, силовая передача (трансмиссия), рама, ходовое устройство, система управления, вспомогательное и рабочее оборудование. Рабочее оборудование предназначено для использования полезной мощности двигателя при работе трактора с навесными и прицепными машинами. К рабочему оборудованию относят прицепное устройство, работающее от вала отбора мощности, приводного шкива или гидравлической навесной системы.
Гусеничные тракторы оснащают дизелями, механическими, гидромеханическими и электромеханическими трансмиссиями. Расположение двигателя может быть передним (рис. 3.4, а), средним и задним (рис. 3.4, б). Наибольшее распространение получили гусеничные тракторы с передним расположением двигателя и механическими трансмиссиями. Трансмиссия служит для передачи крутящего момента от вала двигателя к ведущим звездочкам гусеничных лент (гусениц), плавного трогания и остановки машины, изменения тягового усилия трактора в соответствии с условиями движения, изменения скорости и направления его движения, а также привода рабочего оборудования.
Рис. 3.4. Гусеничные тракторы
Пневмоколесные тракторы обладают сравнительно большими (до 40 км/ч) скоростями передвижения, высокой мобильностью и маневренностью. Их используют как транспортные машины и как базу для установки различного навесного оборудования (погрузочного, кранового, бульдозерного и землеройного), применяемого при производстве землеройных и строительно- монтажных работ небольших объемов на рассредоточенных объектах. Сравнительно высокое удельное давление на грунт (0,2...0,4 МПа) снижает проходимость пневмоколесных тракторов, поэтому их использование наиболее эффективно на твердом покрытии.
Пневмоколесные тракторы оснащаются дизелями, механическими и гидромеханическими трансмиссиями. Мощность их двигателей 47...220 кВт. По типу системы поворота различают тракторы с передними управляемыми колесами (рис. 3.5, а), со всеми управляемыми колесами и с шарнирно
сочлененной рамой (рис. 3.5, б). Наиболее распространены пневмоколесные тракторы с механической трансмиссией и передними управляемыми колесами.
Рис. 3.5. Пневмоколесные тракторы
Размещение, назначение и устройство основных узлов пневмоколесного трактора с механической трансмиссией и передними управляемыми колесами примерно такие же (за исключением рабочего оборудования), как у рассмотренного выше автомобиля. Пневмоколесные тракторы с шарнирно сочлененной («ломающейся» в плане) рамой обладают высокой маневренностью, малым радиусом поворота и применяются для работы в стесненных условиях. Рама такого, трактора (рис. 3.5, в) состоит из двух полурам – передней 1 и задней 2, соединенных между собой универсальным шарниром 3. Маневрирование машины производится путем поворота передней полурамы относительно задней вокруг вертикальной оси шарнира на угол до 40° в плане от продольной оси машины с помощью двух гидроцилиндров двустороннего действия. Каждая из полурам опирается на ведущий мост с управляемыми колесами. Трансмиссия тракторов с шарнирно сочлененной рамой – механическая и гидромеханическая.
В состав механической трансмиссии гусеничного трактора (рис.3.6, а) входят: фрикционная дисковая муфта сцепления 2, коробка передач 3, соединительные валы, главная передача 4, механизм поворота в виде двух постоянно замкнутых многодисковых фрикционных муфт с тормозами (бортовые фрикционы) 5 и бортовые редукторы 6, соединенные с ведущими звездочками 7 гусениц. Бортовые редукторы могут иметь планетарные передачи. Муфта сцепления и коробка передач выполняют те же функции, что и одноименные узлы автомобиля. Главная передача и бортовые редукторы увеличивают крутящий момент, подводимый от двигателя 1 к ведущим звездочкам гусениц. При обоих включенных фрикционах ведущие звездочки 7 гусениц вращаются синхронно, что обеспечивает прямолинейное движение машины. Частичным или полным отключением одного из бортовых фрикционов уменьшают скорость движения соответствующей гусеницы, в результате чего происходит поворот трактора в сторону отстающей гусеницы. На наружные (ведомые) барабаны фрикционов действуют ленточные тормоза 8, осуществляющие торможение отключенной гусеницы для более крутого поворота трактора, а также торможение обеих гусениц при движении трактора на уклонах и для его остановки.
Рис. 3.6. Кинематические схемы тракторов:
а – гусеничного; б – колесного
Механическая трансмиссия колесного трактора (рис. 3.6, б) отличается от гусеничного тем, что на выходном зубчатом колесе главной передачи закреплен дифференциальный механизм, через который крутящий момент передается на полуоси и далее на ведущие колеса 8 (как в трансмиссии автомобиля). В тракторах без упругой подвески нет карданного вала. В таких тракторах амортизация колебаний и ударов, возникающих из-за неровностей дороги, происходит за счет пневмошин. В системе рулевого управления, управляющего поворотными колесами 9, как в автомобиле имеется рулевая трапеция для поворота колес, движущихся по разным радиусам, под разными углами.
Механические трансмиссии серийных гусеничных тракторов, используемых в качестве базы строительных машин, передвигающихся при работе на пониженных (до 1 км/ч) рабочих скоростях, дооборудуются гидромеханическими ходоуменьшителями, состоящими из аксиально- поршневого гидромотора и зубчатого редуктора. Гидромеханические ходоуменьшители позволяют плавно (бесступенчато) регулировать скорость движения машины в зависимости от меняющейся внешней нагрузки.
В гидромеханической трансмиссии используется механическая ступенчатая коробка передач и гидротрансформатор, заменяющий муфту сцепления. Гидротрансформатор обеспечивает автоматическое бесступенчатое изменение крутящего момента, а также скорости движения трактора в пределах каждой передачи коробки в зависимости от общего сопротивления движению машины. Это позволяет уменьшить число переключений передач, повысить долговечность двигателя и трансмиссии, уменьшить вероятность остановки двигателя при резком увеличении нагрузки.
В электромеханической трансмиссии крутящий момент дизеля передается через постоянно замкнутую фрикционную муфту, карданный вал и ускоряющий редуктор силовому генератору, питающему постоянным током тяговый электродвигатель. Крутящий момент якоря тягового электродвигателя передается главной конической передачей планетарным механизмам поворота, бортовым редукторам и ведущим звездочкам гусеничных лент. Электромеханическая трансмиссия по сравнению с механической и гидромеханической имеет более простую кинематику (отсутствует ступенчатая коробка передач). Она обеспечивает высокие тяговые качества трактора за счет плавного бесступенчатого регулирования скоростей движения машины в
зависимости от нагрузки. Основные недостатки такой трансмиссии – сложность конструкции, сравнительно большие габаритные размеры и масса, высокая стоимость.
Пневмоколесные тягачи предназначены для работы со сменным навесным и прицепным оборудованием различного вида. По сравнению с гусеничными тракторами они более просты по конструкции, имеют меньшую массу, большую долговечность, дешевле в изготовлении и эксплуатации. Большие скорости тягачей (до 50 км/ч) и хорошая маневренность в значительной мере способствуют повышению производительности навесного или прицепного рабочего оборудования. На базе колесных тягачей, используя различное сменное рабочее оборудование, возможно создание многих строительных и дорожных машин (рис. 3.7, 3.8).
Различают одно- и двухосные тягачи, на которых применяют дизели, и два вида трансмиссий – механическую и гидромеханическую. Наиболее распространены тягачи с гидромеханической трансмиссией.
Одноосный пневмоколесный тягач состоит из двигателя, трансмиссии и двух ведущих управляемых колес. Самостоятельно передвигаться или стоять на двух колесах без полуприцепного рабочего оборудования одноосный тягач не может. В сочетании с полуприцепным рабочим оборудованием такой тягач составляет самоходную строительную машину с передней ведущей осью (рис.3.7). Управление сцепом тягач-полуприцеп осуществляется путем поворота на 90° вправо-влево относительно полуприцепа с помощью гидроцилиндров двустороннего действия.
Рис. 3.7. Сменное оборудование одноосного пневмоколесного тягача:
а – скрепер; б – землевозная тележка; в – кран; г – цистерна для цемента или жидкостей; д – трейлер; е – каток на пневмошинах
Рис. 3.8. Сменное оборудование двухосного пневмоколесного тягача:
а – кран-трубоукладчик; б – траншеекопатель; в – корчеватель; г – бульдозер; д – рыхлитель;
е – погрузчик; ж – шнекороторный снегоочиститель
Двухосный тягач в отличие от одноосного имеет возможность самостоятельно перемещаться без прицепа, поэтому они широко используются со сменным навесным оборудованием (рис. 3.8); они могут работать в агрегате с двухосными прицепами при незначительных затратах времени на их смену. Двухосные четырехколесные тягачи имеют один или два ведущих моста и шарнирно сочлененную раму. Схема поворота полурам такая же, как и у пневмоколесного трактора (рис. 3.5, в). В конструкциях двухосных тягачей применяют гидро- и электромеханические трансмиссии с мотор-колесами.
Гидромеханическая трансмиссия одно- или двухосных тягачей имеет раздаточную коробку, от которой основной крутящий момент через гидротрансформатор, коробку передач и соединительные валы сообщается ведущему мосту (или двум мостам). Часть мощности, отдаваемой двигателем через раздаточную коробку и карданный вал, может передаваться к исполнительным органам управления рабочим оборудованием. Все агрегаты привода, отбора мощности и трансмиссии ходовой части тягачей унифицированы и могут быть использованы для различных модификаций машин той же или смежной мощности. Мощность дизеля тягача составляет до 880 кВт.