Строительные машины 2 Принципы устройства (стр. 11 из 45)
Кривая внешней характеристики, отвечающая этому требованию, представляет собой гиперболу (кривая 1 на рис. 3.2).
Реальные внешние характеристики обычно существенно отличаются от формы гиперболы и представляют собой ломаные или плавные кривые, имеющие характерные точки номинального режима, у которых с увеличением частоты вращения п момент М обычно уменьшается
(падающие кривые).
М, кгс*м (Н:м)
Рис. 3.2. Внешние характеристики
Если сравнивать различные характеристики, имеющие одну и ту же точку номинального режима (точка О на рис. 3.2), то их можно условно разбить на следующие категории: проходящие в зонах А и С — жесткие, в зонах В и D — так называемые мягкие.
Мягкие характеристики находятся в пределах, ограниченных горизонталью и прямой, проходящей через точку О под углом 45° к горизонту, жесткие характеристики — между вертикалью и той же прямой. Например, оптимальная характеристика (кривая 1) в верхней части является жесткой, а в нижней — мягкой; характеристика по кривой 2 полностью мягкая, а характеристика в соответствии с кривой 3— жесткая.
При большом изменении частоты вращения момент у мягких характеристик меняется незначительно; у жестких картина обратная: малому изменению частоты вращения соответствует существенное изменение крутящего момента.
Жесткость характеристики определяется по формуле
\b\ = dM / dn = ∆M / ∆n.
(3.1)
Характеристики, для которых b®∞, называют абсолютно жесткими (вертикальная прямая на рис. 3.2); при b = 40 ¸ 10 — жесткими (прямая 3); при b < 10 — мягкими (прямая 2 на рис. 3.2).
Механическая характеристика позволяет определить не только изменение момента от частоты вращения, но и такие качества двигателей, как запас крутящего момента, определяемого коэффицнентом kзап, который находят по коэффициенту запаса крутящего момента:
kзап=Mmax - Mн / Mmax * 100%.
По этой характеристике можно судить о приспособляемости двигателя, которую определяют по коэффициенту приспособляемости
kп = Mmax / Mн .
Рис. 3.3. Зависимости мощности, крутящего момента, расхода горючего и КПД двигателя внутреннего сгорания от частоты вращения:
1, 2, 6 и 3, 4, 6 — участки кривых, показанные сплошными линиями, соответствуют регуляторной характеристике двигателя
Чем мягче характеристика, тем шире пределы изменения частоты вращения двигателя при изменении нагрузки, т. е. способность автоматически снижать частоту вращения при перегрузке с плавным увеличением крутящего момента.
Двигатели внутреннего сгорания являются основным приводом всех транспортных землеройных и землеройно-транспортных машин. Эти двигатели разделяют на два типа: дизели, работающие на тяжелом дизельном топливе, и карбюраторные, работающие на бензине. Основное преимущество этих двигателей состоит в том, что для них не требуется внешних источников питания.
На рис. 3.3 показана механическая характеристика двигателя внутреннего сгорания.
Дизели имеют регуляторы, которые регулируют количество подаваемого топлива, поддерживая постоянную частоту вращения. Настраивают регуляторы таким образом, чтобы двигатель развивал максимальную мощность Nmax (точка 4) при минимальном расходе топлива (точка 5). В этом случае Nmax называют номинальной мощностью Nн , а частоту вращения и крутящий момент, соответствующие этой мощности, считают номинальной частотой вращения пн и номинальным крутящим моментом Мн.
Недостатком этих двигателей является большая чувствительность к перегрузкам. Для карбюраторных двигателей kп = 1,15 ¸ 1,95, а для дизелей kп = 1,01 ¸ 1,1. Частота вращения холостого хода составляет примерно 1,1 ¸ 1,15 от частоты вращения, соответствующей частоте вращения при номинальной мощности. Частота вращения, соответствующая максимальному крутящему моменту, nMmax = 0,6nн
Минимальная частота вращения холостого хода nXmin = (0,3 ¸ 0,5)nн.
К недостаткам двигателей внутреннего сгорания надо также отнести высокую стоимость эксплуатации и сравнительно малую долговечность — до 4000 ч работы.
Двигатели внутреннего сгорания применяют как с непосредственной механической передачей, так и с гидромуфтами и гидротрансформаторами, обеспечивающими защиту двигателя и всей конструкции от внешних перегрузок и сглаживающими расхождения между выходной характеристикой двигателя и требованиями, вытекающими из режима работы рабочего органа.
Электродвигатели переменного тока. Такие двигатели особенно широко применяют в качестве привода стационарных строительных машин (бетоносмесителей, дробилок и др.). Этот вид силового оборудования отличает простота управления и обслуживания, малая стоимость, надежность в эксплуатации, способность выдерживать большие кратковременные перегрузки и возможность питания от обычной электросети. Для машин, имеющих повторно-кратковременный режим работы (например, дробилок), применяют электродвигатели с коэффициентом приспособляемости kп = 3.
Применить эти двигатели для непосредственного привода землеройных, землеройно-транспортных и других машин, требующих регулирования частоты вращения в зависимости от нагрузки, не удается, так как внешняя характеристика их является весьма жесткой.
Электродвигатели постоянного тока. Они имеют мягкую внешнюю характеристику и являются наиболее пригодными для привода многих карьерных машин. Недостаток их заключается в том, что такие двигатели не могут питаться от общей сети переменного тока.
Для получения источника постоянного тока требуются комбинированные установки, в которых генераторы постоянного тока приводятся в движение двигателем внутреннего сгорания или электродвигателем переменного тока. Поэтому габариты и масса такого комбинированного привода в 1,5—2,5 раза больше, чем у любого другого привода. Несмотря на этот крупный недостаток, такие комбинированные установки широко применяют как в одномоторном, так и многомоторном приводе.
Комбинированные дизель-гидравлические приводы. Они состоят из дизеля и гидродинамической передачи в виде гидромуфты или гидротрансформатора.
Г и д р о м у ф т а (рис. 3.4) состоит из колеса / центробежного насоса, соединенного с ведущим валом 2, и колеса 5 центростремительной турбины, соединенного с ведомым валом 3. Колеса 1 и 5 размещены в общем корпусе 4, замкнутом уплотнением. Между валами насоса и турбины имеется зазор. Корпус гидромуфты заполнен жидкостью. Передача момента М1, развиваемого двигателем, на ведомый вал в гидромуфтах осуществляется потоком жидкости. При вращении насосного колеса лопатки насоса увлекают жидкость и перемещают ее к периферии рабочей полости. Из насосного колеса поток поступает на лопатки турбинного колеса. Силы, возникающие при обтекании лопаток турбинного колеса, образуют момент М2, направленный в ту же сторону, что и вращение двигателя.
В гидромуфте между насосным и турбинным колесами отсутствуют какие-либо элементы, способные изменить момент количества движения потока. Поэтому, если не учитывать момент, передаваемый посредством трения, приближенно принимают М1 = М 2 = М.
Рис. 3.4. Схема гидромуфты
Поскольку рассчитывать характеристику гидромуфты можно только приближенно, ее получают опытным путем. Для этого насосное колесо приводят в движение с постоянной частотой вращения п1нагружая одновременно вал турбинного колеса различными величинами крутящего момента. При этом между насосным и турбинным колесами возникает скольжение. С увеличением момента на валу турбинного колеса увеличивается также момент на валу насосного колеса М1 = М2 = М, но при этом частота вращения п2 на валу турбинного колеса уменьшается. Отношение п2 / n1 = i называют передаточным отношением гидромуфты.
КПД гидромуфты равен отношению мощности на ведомом колесе, т. е. на турбинном, к мощности на ведущем колесе (насосном). Так как моменты на этих колесах одинаковы, то
h = N / N = M w / M w = n / n = i
2 1 2 2 1 1 1 2
где n1 п2 — частота вращения ведомого и ведущего колес.
Следует выбирать гидромуфту и работать на таких режимах, чтобы КПД был максимально возможным. Скольжение между колесом насоса ях и турбиной п2 характеризуется относительной разностью этих частот вращения:
S = (n1 - n2)/n1
(3.3)
Величина S характеризует долю потерь в балансе энергии гидромуфты:
S = n1 - n2 / n1 = N1 - N2 / N1 = 1 - h (3.4)
На рис. 3.5 показана характеристика гидромуфты (кривая 1). Она строится в безразмерных величинах. По вертикали отложен момент в долях единиц величины крутящего момента, а по горизонтали — передаточное отношение i. Из этой характеристики видно, что с увеличением момента передаточное отношение уменьшается, т. е. частота вращения п2 падает.
На этом же рисунке приводится кривая 2, которая показывает, что КПД с увеличением момента также падает, так как увеличивается скольжение.