Трансмиссии строительных машин

Лекция 3.

Трансмиссия (в переводе с французского - передача) – это устройство, обеспечивающее передачу движения от силовой установки к исполнительным механизмам и рабочим органам машины. Она позволяет изменять по величине и направлению скорости, крутящие моменты или усилия.

По способу передачи энергии в мобильных строительных машинах получили распространение механические и гидравлические трансмиссии.

Основными показателями эффективности трансмиссий являются КПД и передаточное отношение.

КПД есть отношение полезно использованной энергии Э₂ (мощности N₂) на выходном звене Т (соединенном с потребителем) ко всей энергии Э₁ (мощности N₁), поступающей через входное звено трансмиссии (соединенное с двигателем). Схема передачи энергии приведена на рис. 5.

Рис. 5. Схема передачи мощности (энергии):

Т - трансмиссия; РО — рабочий орган

КПД передачи определяется по формуле:

где Э_пс - часть энергии, затрачиваемой на преодоление сопротивлений (трение и, в конечном счете, выделение тепла) внутри механизма трансмиссии.

После преобразований получим

Так как Э_пс никогда не может быть равной нулю и Э₂, то значения КПД будут находиться в интервале О < η < 1.

Для трансмиссии вращательного движения

где k - коэффициент трансформации крутящего момента:

i - передаточное отношение (число):

где ω₁ и M_l - соответственно угловая скорость вращения вала двигателя и его крутящий момент (на входном валу трансмиссии);

ω₂ и M₂ - соответственно угловая скорость вращения вала рабочего органа и его крутящий момент (на выходном валу трансмиссии).

Значения i могут быть также определены исходя из формулы (η), следующим выражением:

МЕХАНИЧЕСКИЕ ТРАНСМИССИИ

Механические трансмиссии в строительных машинах по принципу работы делят на:

- передачи трением с гибкой связью (ременные, канатные),

- передачи зацеплением с непосредственным контактом (зубчатые и червячные),

- гибкой связью (цепные).

Достоинства механических трансмиссий следующие:

- надежность в работе;

- высокое значение КПД;

- постоянная готовность к работе в любых условиях эксплуатации.

Недостатками механических трансмиссий являются:

- трансмиссия копирует механическую характеристику двигателя (не способна смягчать ее жесткие участки);

- при большом количестве исполнительных механизмов на машине трансмиссия приобретает громоздкий вид;

- сложны в управлении и эксплуатации.

В зависимости от назначения передачи выполняются с постоянным или переменным (регулируемым) передаточным числом. В последнем случае при механических трансмиссиях регулирование, как правило, является ступенчатым.

Механические трансмиссии могут быть двух типов. Если у них i >l, то они относятся к классу редукторов, а если i <l — то к классу мультипликаторов.

К факторам, ограничивающим возможность применения тех или иных типов механических передач, относят максимальную передаваемую мощность, предельное значение передаточного числа, расстояние между осями ведущего и ведомого валов, габариты и массу деталей, осуществляющих передачу, и др.

Ременные, канатные и цепные передачи применяют при передаче мощности до 100 кВт и в тех случаях, когда большие расстояния между осями ведущего и ведомого валов не позволяют эффективно применять зубчатые передачи.

Зубчатые передачи (ЗП) с помощью зубчатого зацепления передают или преобразуют движение скоростей и моментов. ЗП между параллельными осями осуществляются цилиндрическими колесами (шестернями) с прямыми, косыми и шевронными зубьями; между пересекающимися осями — коническими шестернями.

Для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот служат зубчатые колеса с рейкой.

У ЗП в сравнении с другими механическими передачами малые габариты, они обладают большей долговечностью, высоким КПД, постоянством передаточного отношения, что связано с отсутствием проскальзывания, возможностью применения в широком диапазоне изменения моментов и скоростей. К недостаткам ЗП относятся: шум при работе на значительных скоростях и необходимость высокой точности изготовления шестерен.

В зубчатых передачах зубья имеют профиль в виде эвольвенты (развертка окружности), и поэтому в точке их контакта не происходит скольжения при обкатке зубьев относительно друг друга, т. е. в точке контакта линейные скорости двух шестерен равны V₁=V₂.

Учитывая, что

Получим

где ω₁ и ω₂ - угловые скорости вращения ведущей и ведомой шестерен;

d_o1 и d_o2 - диаметры основных окружностей соответствующих шестерен.

Диаметр основной окружности определяет точку контакта (полюс зацепления) эвольвентного профиля зубьев.

Его рассчитывают по формуле

где z - количество зубьев шестерни,

m — модуль зубьев (стандартизированная величина).

Подставив значения формулы и произведя преобразования, получим

Передаточное число для цилиндрических шестерен достигает 6, а для конических - 5. Максимальное значение КПД может составлять 0,98.

Шестерни большей частью изготавливаются из легированных сталей с последующей термической и химико-термической обработкой поверхности зубьев, реже применяют чугун, пластмассы и другие материалы.

Кроме обычных зубчатых передач с неподвижными осями колес в последние годы в строительных машинах стали применять передачи с перемещающимися осями колес, называемые планетарными (рис. 6).

Рис. 6. Схема планетарного редуктора:

1 — центральная (солнечная) шестерня; 2 — сателлиты;

3 — венечная (коронная) шестерня с внутренним зацеплением;

4 - водило (на нем закреплены оси сателлитов)

Передаточное число планетарного редуктора рассчитывается по формуле

Значение i достигает 8 при КПД до 0,99. В планетарной передаче шестерня 3 является неподвижной, а сателлиты 2 вращаются относительно солнечной шестерни 1, которая закреплена на ведущем валу. Ведомым звеном является водило 4.

У планетарных передач любое из звеньев может быть ведущим, а одно - неподвижным.

Редукторы - это агрегаты, которые служат для понижения частоты вращения и увеличения крутящих моментов выходного вала без регулирования передаточного отношения. Они состоят из одной или чаще нескольких пар зубчатых колес или червячных передач, помещенных в специальный корпус. Большие зубчатые колеса редуктора в нижней своей части погружены в трансмиссионное масло.

Передаточное число редуктора равно произведению передаточных чисел каждой пары:

Коробка перемены передач (КПП) - это агрегат, который служит для ступенчатого изменения угловой скорости выходного вала без разрыва или с разрывом потока мощности в трансмиссии (т.е. с остановкой или без остановки машины при переключении передач в КПП).

В настоящее время в землеройно-транспортных машинах (ЗТМ) широко используются КПП с многорядными планетарными передачами, которые позволяют реализовать большие значения i при малых габаритах и массе (рис. 7).

Рис. 7. КПП с двухрядной

планетарной передачей

Передаточное число КПП с двухрядной (двухпоточной) передачей определяется по формуле:

ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТРАНСМИССИЯ

Наряду с многорядными планетарными КПП в трансмиссии ЗТМ могут использоваться гидротрансформаторы. Такие комбинированные трансмиссии называют гидромеханическими (рис. 8).

Рис. 8. Схема гидромеханической трансмиссии бульдозера:

ГТ - гидротрансформатор; КПП - многорядная планетарная коробка

перемены передач; Ред — раздаточный и бортовые редукторы;

ХМ - ходовой механизм (гусеничный или пневмоколесный)

Гидродинамическая передача (ГДП) - это гидравлическая трансмиссия, состоящая из лопастных колес с общей рабочей полостью, в которой крутящий момент передается за счет изменения момента количества движения рабочей жидкости (гидравлического масла). Она состоит из соосно расположенных насосного и турбинного колес, сближенных так, что они образуют торообразную полость, заполненную рабочей жидкостью.

Насосное колесо, соединенное с двигателем, приводит в движение жидкость, энергия которой передается турбинному колесу, соединенному с приводным агрегатом.

При такой компоновке ГДП называется гидромуфтой, которая имеет одинаковые крутящие моменты на обоих валах (без учета потерь в самой гидромуфте). Гидромуфта применяется для защиты двигателя от пульсации внешней нагрузки, а также перегрузки (за счет проскальзывания турбинного колеса).

ГДП, у которой три колеса и более (насосное, турбинное и реактора), называется гидротрансформатором (ГТ). В отличие от гидромуфты в гидротрансформаторе циркулирующая жидкость дополнительно проходит через реактор, который изменяет направление потока и позволяет бесступенчато регулировать крутящий момент или частоту вращения ведомого (турбинного) вала.

В таком случае гидротрансформатор подобен бесступенчатому редуктору в механических передачах.

В обычном ГТ реактор неподвижен, а в комплексном ГТ реактор установлен на обгонной муфте. При малых нагрузках реактор вращается свободно под действием потока жидкости и не изменяет крутящий момент. В этом случае ГТ работает как гидромуфта с высоким значением КПД.

При больших внешних нагрузках обгонная муфта заклинивается, реактор становится неподвижным и изменяет величину потока жидкости, направляемой на турбинное колесо. При этом происходит трансформация крутящего момента на выходном валу и возникшие перегрузки преодолеваются.

Недостатками ГТ являются сравнительно низкий КПД (η_mах=0,85) и необходимость применять дополнительные устройства для охлаждения гидромасла (рис. 9).

Рис. 9. Внешние характеристики

гидротрансформатора

ГТ, работая совместно с ДВС, отличается от дизеля своей механической характеристикой, которая является мягкой. При стопорении ведомого вала внешней нагрузкой, приложенной к рабочему органу, на турбинном колесе создается момент, в 2-3 раза превышающий входной момент на насосном колесе ГТ.

Коэффициент трансформации крутящего момента и передаточное число ГТ определяются по следующим формулам:

где М_н, ω_н - крутящий момент и частота вращения вала насосного колеса ГТ, соответственно;

М_т, ω_т - крутящий момент и частота вращения вала турбинного колеса ГТ, соответственно.

М_р - крутящий момент на реакторе.

Дата добавления: 2014-10-15