Тема 5  Ходовые устройства строительных машин

Ходовое устройство строительных машин служит для передачи силы тяжести машины и внешних нагрузок на грунт и обеспечивает перемещение машины по грунту, дорогам или рельсам. В строительных машинах применяют следующие типы ходовых устройств: рельсоколесные, пневмоколесные, гусеничные, жесткие колеса с резиновой облицовкой и металлические вальцы с гладкой или неровной поверхностью.

Каждое ходовое устройство состоит из движителя и подвески.

Движителем называются элементы ходового устройства, передающие на основание (рельсы, грунт, дорожное покрытие) внешние нагрузки и силу тяжести машины, находящиеся в сцеплении с основанием и сообщающие движение машине.

Подвеской называется комплект деталей, соединяющий движитель с опорной рамой машины. Подвеска в тихоходных машинах жесткая, а в быстроходных – упругая.

Рельсоколесное ходовое устройство применяют для строительных машин, срок работы которых на одном месте продолжителен, и машин, для которых применение другого вида оборудования невозможно или затруднительно. Например: железнодорожные, козловые или башенные краны, экскаваторы непрерывного действия поперечного черпания и т.д. Движитель данного ходового устройства – рельсовые колеса (рисунок 1). Материал колес – сталь 75 и сталь 65Г или стальное литье марок 40Л и 55Л. Ходовые колеса рассчитывают на смятие поверхности контакта с рельсом. Для подкрановых путей применяются в основном стандартные железнодорожные рельсы типа Р-43, Р-50, Р-65, а также специальные подкрановые рельсы. При стальном колесе и рельсе Р-50 допускаемая нагрузка на одно колесо составляет 200…270 кН. Рельсоколесный движитель отличается высокой механической прочностью, малым сопротивлением перекатыванию, отсутствием бокового увода и незначительностью внутренних потерь. Вместе с тем он требует укладки рельсового пути с тщательной подготовкой основания, ежедневного обслуживания и чувствителен к уклонам местности.

Пневмоколесный ход применяют в строительных машинах высокой маневренности, предназначенных для передвижения по шоссейным дорогам с твердым покрытием. Движителем в данном случае является пневмоколесо (рисунок 2). Оно состоит из металлического обода, камерной или бескамерной шины, надеваемой на обод и деталей крепления шины. Пневматическая камерная шина состоит из покрышки, камеры, в которую накачивают воздух, ободной ленты и вентиля. Бескамерные шины удерживают накачиваемый в них воздух благодаря герметическому прилеганию к поверхности обода.

Рекомендуемые материалы

Шины высокого давления 0,5…0,7МПа используют преимущественно на дорогах с твердым покрытием, а низкого давления 0,125…0,35МПа – на грунтовых дорогах. Размеры шин стандартизованы. Они обозначаются двумя цифрами, первая из которых – ширина профиля, а вторая – внутренний диаметр шины. Величина допускаемой нагрузки на шину определяется по каталожным данным. Приводы на колеса бывают следующие: задний (на задние колеса), передний ( на передние колеса) и полный (на все колеса). К преимуществам пневмоколесного движителя относятся: хорошие амортизирующие качества, высокая эластичность, малые внутренние потери, износостойкость, совместимость с любыми скоростными режимами, минимальные требования к регулярному обслуживанию, низкая стоимость и трудоемкость ремонта. Его недостатки: высокие удельные давления на грунт, сравнительно невысокая сопротивляемость механическим повреждениям, высокая вероятность аварийной ситуации при внезапной разгерметизации колеса.

Гусеничный ход применяют в машинах, которые передвигаются по местностям, не имеющим дорого, или по грунтовым дорогам, а также для обеспечения большого тягового усилия. Движитель гусеничного хода состоит из двух бесконечных гусеничных цепей (лент), образуемых из шарнирно-связанных между собой отдельных плоских звеньев (пластин, траков) (рисунок 3). Гусеницы делают из крупных или мелких звеньев. Крупные звенья обеспечивают более равномерное давление на грунт, но не обеспечивают больших скоростей перемещения машины. Гусеницы с мелкими звеньями более быстроходны. Изготовляют звенья гусениц из стали: мелкие - штамповкой, а крупные – отливкой. Благодаря большой опорной поверхности гусеничный ход обеспечивает  небольшие удельные давления на грунт 0,04…0,1МПа. Коэффициент сцепления гусеницы с грунтом достигает 1,0 и выше, поэтому гусеничные машины могут развивать тяговое усилие значительно больше, чем пневмоколесные. Гусеничный движитель характерен низким удельным давлением на опорную поверхность, малой эластичностью по вертикали, прекрасной маневренностью и хорошими тягово-сцепными свойствами. Недостатки гусеничного хода: шум, малая скорость перемещения, недопустимость перемещения тяжелых машин по дорогам с усовершенствованным покрытием (из-за порчи последнего) и необходимость в этом случае перевозки на специальных транспортных прицепах-тяжеловозах (трейлерах). Кроме того, гусеничный ход требует систематического обслуживания и регулировок, более других трудоемок при ремонте.

Жесткие колеса с резиновой облицовкой и металлические вальцы с гладкой или неровной поверхностью применяют в машинах, перемещающихся с невысокой скоростью по ровным и твердым поверхностям с небольшими уклонами (электрокары, колесные асфальтоукладчики, асфальтовые и грунтовые катки и т.д.). Движителем является колесо с жестким диском и наборным ободом из полых резиновых подушек. Такое колесо, перекатываясь по поверхности, одновременно уплотняет ее. Эта особенность использована при создании самоходных уплотняющих машин, движителем которых являются жесткие вальцы. Они перекатываются по опорной поверхности, одновременно уплотняя ее. К достоинствам таких ходовых устройств относятся следующие: возможность перемещения по произвольной траектории, сравнительно небольшое сопротивление перекатыванию, малая шумность, практически не эластичны в вертикальном направлении, не подвержены механическим повреждениям, не требуют регулярного обслуживания. Вместе с тем они весьма требовательны к ровности и прочности опорной поверхности и не отличаются хорошими тягово-сцепными и амортизирующими свойствами.

В последние годы все чаще появляются движители, в которых конструкторы пытаются соединить преимущества движителей различных типов. Среди них можно назвать полностью резиновые гусеницы, гусеницы с обрезиненными траками, жесткие колеса с ободом, собранным из съемных резиновых подушек. Достоинства и недостатки перечисленных ходовых устройств определяют оптимальную область применения каждого из них.

Для привода в движение ходовых устройств машин существует механизм передвижения.

Для машин на рельсовом ходу он состоит  из двигателя, редуктора, вала редуктора, зубчатой или пальцево-втулочной муфты, шестерни, зубчатого и ведущего ходового колеса. Для машин на пневмоколесном ходу механизм передвижения состоит из двигателя, коробки передач, карданных валов, тормозов, дифференциалов и полуосей.

Суммарное сопротивление передвижению машины зависит от силы тяжести машины и полезной нагрузки, ветрового напора Р_в, угла наклона пути, а также от типа ходового устройства и качества поверхностей, по которым они перемещаются и определяется по формуле

                               W_м   = W_тр    + W_ук    + W_в    + W_ин ,                                                                     (20)

где  W_тр   - сопротивление от сил трения;

       W_ук   - сопротивление от уклона (при движении под уклон принимают со знаком «минус»);

       W_в   - сопротивление от воздействия ветра (при попутном ветре принимают со знаком «минус»);

       W_ин   - сопротивление сил инерции в период неустановившегося движения (трогание с места или при изменении скорости).

Машина будет перемещаться без буксования, если сила сцепления движителя с грунтом больше окружного усилия на ободе ведущего колеса:

                                                          Р_сц >Р₀,                                                                                (21)

Люди также интересуются этой лекцией: 11 Галлюцинозы.

где   Р_сц  - сила сцепления движителя с грунтом;

        Р₀   - окружное усилие на ободе ведущего колеса.

Для движения машины необходимо выполнение следующего условия: тяговое усилие Т должно быть равно или больше суммарного сопротивления W_м, возникающего при движении:

                                                           Т > W_м                                                                              (22)