Потапов M.Г. Карьерный транспорт‚. Трасса, план и профиль пути. 7 План пути
 Скачать 6.98 Mb.
|
|
§ 1. Общие сведения обустройстве большегрузных автомашин По конструктивному исполнению подвижной состав карьерного автотранспорта разделяется на две основные группы автосамосвалы и полуприцепы. Автосамосвал — автомобиль с кузовом, расположенным на его раме и разгружающимся опрокидыванием назад или набок. Полуприцеп — автомобиль, кузов которого одним концом опирается, на прицепное устройство тягача, а на другом имеет одну или две ходовые оси. Выполняются полуприцепы в зависимости от назначения с разгрузкой назад, через дно и с опрокидыванием кузова набок. Специфические условия эксплуатации на открытых горных разработках предъявляют к конструкции автотранспортных средств ряд требований. 1. Автомобиль должен обеспечивать наиболее простую и полную погрузку и разгрузку кузова в целях сокращения длительности этих технологических операций. 2. Карьерный автомобиль должен обладать высокой маневренностью, поскольку условия работы в горных выработках (в забоях и на отвалах) стеснены. 3. Автомобиль должен иметь высокую устойчивость и хорошую проходимость, обеспечивающие работу в условиях сложного рельефа местности и движения по дорогам невысокого качества. На затяжных подъемах и спусках, характерных для карьерных условий, автомобиль должен развивать достаточную скорость в связи с необходимостью сокращения рабочего цикла машины. Перечисленные требования определяют выбор колесной формулы, компоновочной схемы и основных параметров карьерных автомашин в зависимости от их назначения. Колесной формулой называется цифровое обозначение числа колес автомобиля, причем первая цифра обозначает общее число колеса вторая — число ведущих. В отечественной и зарубежной практике применяются карьерные автомашины с различными колесными формулами. Для самосвалов используется колесная формула 4×2 (наиболее часто) и 4×4. Полуприцепы создаются с колесной формулой 6×2 или 6×4. Колесная формула имеет большое значение, так как определяет долю полного веса машины, реализуемую в виде тягового усилия. С конструктивной точки зрения в пределах допустимых осевых нагрузок целесообразно создание двухосных автосамосвалов. Это упрощает конструкцию и. повышает надежность, тяго- водинамические качества, маневренность. При перевозке легких грузов (угля, сланцев) требуется относительно большой объем кузова, поэтому предпочтительно создание полуприцепов с донной разгрузкой. Основными частями карьерного автомобиля являются двигатель, шасси и кузов. Двигатель — это источник механической энергии, приводящей автомобиль в движение. В качестве двигателей для автомобилей используются двигатели внутреннего сгорания, преобразующие тепловую энергию сгорающего топлива в механическую работу. На карьерных большегрузных автомобилях применяются двигатели с воспламенением от сжатия, работающие на тяжелом жидком (дизельном) топливе. В двигателях с воспламенением от сжатия горючая смесь образуется внутри цилиндра из топлива и воздуха, подаваемых в цилиндр раздельно. Воспламенение горючей смеси происходит в результате повышения температуры воздуха при сильном его сжатии в цилиндре. Вследствие применения высоких степеней сжатия дизельные двигатели высокоэкономичны и расходуют топлива на единицу мощности на 35—40% меньше карбюраторных. Применяемое для дизельных двигателей тяжелое жидкое топливо дешевле бензина. В этом и заключается основное преимущество поршневых дизельных двигателей (несмотря на некоторую сложность конструкции, благодаря которому они получили основное распространение. Для карьерных автомобилей используются высокооборотные четырехтактные 8- и 12- цилиндровые образные двигатели мощностью от 300 дол. с. (рис. 60). • Основными элементами конструкции двигателя являются картер, блоки цилиндров, криво- шипно-шатунный механизм (коленчатый вал, шатуны, поршни, механизм газораспределения клапаны, распределительные валы. Для обеспечения работы двигатель снабжается рядом систем 106 питания топливом (топливные баки, насосы, фильтры, форсунки, питания воздухом, смазки двигателя (масляные баки, насосы, фильтры, радиатор, охлаждения (водяной насос, радиатор, вентиляторы, пуска (электростартер, оборудование для пуска сжатым воздухом. Рис. 60. Автомобильный двигатель ДА 1 – картер 2 - блок цилиндров 3 - масляный насос 4 - водяной насос 5 - трубопровод для отвода отработавших газов 6 - впускные трубопроводы 7 – генератор 8 - балкапередней опоры двигателя 9 - ведущий шкив привода вентиляторов и компрессоров К шасси относятся все части и механизмы, служащие для передачи вращающего момента от двигателя к ведущим колесам (трансмиссия, его передвижения (ходовая часть, и механизм управления. Режим работы карьерных автомобилей характеризуется резкой сменой нагрузок двигателя. Наиболее полное использование мощности достигается при применении трансмиссии, обеспечивающей широкий диапазон регулирования. Трансмиссия карьерных автомашин должна отвечать ряду требований а) обеспечивать движение груженой машины на затяжных подъемах с высокими скоростями и максимальным использованием мощности дизеля б) обеспечивать плавное трогание с места на трудных участках дорог в) способствовать увеличению долговечности двигателя и силовой передачи благодаря сглаживанию ударов и колебаний г) облегчать управление автомашиной. Для большегрузных автомашин возможно применение трансмиссий трех типов механической, электрической и гидромеханической. Механическая трансмиссия состоит из фрикционного сцепления и шестеренной коробки передач. При использовании механической трансмиссии двигатель не всегда работает в наиболее выгодных режимах, так как передаточные числа приходится выбирать из имеющегося ограниченного числа передач (4—5). При движении в сложных условиях требуется частое переключение передач, что значительно усложняет работу водителя. В отдельных случаях между двигателем и сцеплением включена гидравлическая муфта, повышающая плавность работы самосвала и облегчающая условия переключения передач. Использование механической передачи целесообразно при грузоподъемности автомобилей дот. Гидромеханическая трансмиссия (рис. 61) представляет собой агрегат, состоящий из нескольких узлов согласующего редуктора 1, гидротрансформатора 2, трехступенчатой коробки передач, тормоза-замедлителя 4. Основным узлом трансмиссии является гидротрансформатор, позволяющий автоматически изменять тяговое усилие на ведущих колесах автомобиля благодаря бесступенчатому преобразованию крутящего момента. Энергия от ведущего вала к ведомому передается с помощью жидкости, заполняющей кольцевую полость между насосными турбинным колесами гидротрансформатора. 107 Рис. 61. Гидромеханическая трансмиссия Согласующий редуктор, служащий для совмещения характеристик двигателя и гидро- трансформатора, состоит из прямозубых цилиндрических колес. Передаточное число редуктора определяется наиболее выгодными условиями совместной работы двигателя и трансмиссии. Расширение диапазона изменения крутящего момента гидромеханической трансмиссии обеспечивается введением в них передач (шестеренного редуктора) с переключением их посредством фрикционных муфт с гидравлическим управлением. Ведущий вал коробки передач является валом гидротрансформатора. Ведомый вал через карданный вал связан сведущим мостом. Для самосвала БелАЗ-540 принята коробка передач стремя ступенями I передача — движение на временных дорогах при суммарном удельном сопротивлении движению свыше 120 Н/кН; II передача — движение на подъемах с уклоном 50—100 ‰ по постоянным дорогам III передача движение на горизонтальных участках постоянных дорог. В состав гидромеханической трансмиссии конструкции Белорусского автозавода включен гидродинамический тормоз-замедлитель лопастного типа, создающий тормозной момент наведу- щем валу коробки передач. Тормоз служит для поддержания постоянной скорости при движении самосвала на спусках без использования колесных тормозов. Это повышает безопасность движения в условиях сложного профиля карьерных автодорог. Опыт создания большегрузных автосамосвалов показывает, что гидромеханическая передача получит применение на автомобилях грузоподъемностью 20—50 т. Для передачи усилия отвала коробки передач к валу ведущего моста при переменных углах между валами служит карданная передача. Угол наклона изменяется, так как ведущий мост может перемещаться относительно рамы из-за амортизации шин или подвески. Карданная передача состоит из валов и карданных шарниров (карданов. При поворотах автомобиля, когда внутреннее колесо проходит меньший путь, чем наружное, требуется обеспечить качение правого и левого движущих колес с различным числом оборотов. Для получения такой возможности ведущие колеса устанавливаются на двух полуосях, связанных коническими шестернями (дифференциалом, допускающими относительное вращение полуосей. Электромеханическая трансмиссия. С увеличением грузоподъемности все более эффективным становится электрический привод ведущих колес автомобиля, имеющий высокий кпд, обеспечивающий простоту управления и получение оптимальных характеристик в различных режимах работы. При электрической передаче двигатель работает в стабильном режиме независимо от нагрузки на ведущих колесах благодаря бесступенчатому регулированию скорости в широком диапазоне. С применением электромеханической передачи становится возможным индивидуальный привод колеси, следовательно, использование нескольких осей в качестве ведущих. Электромеханическая трансмиссия состоит из генератора, вращаемого дизелем, тяговых двигателей (одного или нескольких, приводящих в движение колеса, и системы регулирования. При электромеханической трансмиссии могут быть применены системы постоянного и переменного тока. Получившая распространение система постоянного тока (она используется на самосвале БелАЗ-549) отличается наибольшей простотой. Одним из элементов электромеханической трансмиссии является мотор-колесо (рис. 62). В ободе 1 такого колеса монтируется тяговый двигатель постоянного тока 2, вращение колеса 3 осуществляется через встроенный планетарный редуктор 4. Обод колеса (корпус) объединяет все узлы в единый агрегат и воспринимает основные нагрузки. С силовой установкой мотор-колесо связано гибкими кабелями. Рис. 62. Мотор-колесо самосвала С применением электромеханической трансмиссии возможно создание средств автотранспорта в трех исполнениях: 1) троллейвоз — самосвал с электрическими тяговыми двигателями (одним или несколькими, получающими электроэнергию от двухпроводной контактной сети 2) дизель—электрический самосвал оборудуется дизельной установкой, вращающей генератор постоянного или переменного тока. Генератор питает энергией один или несколько тяговых двигателей, приводящих машину в движение 3) дизель — троллейвоз представляет собой комбинацию двух предыдущих машин. На подъемах и на поверхности, где дороги стационарны, осуществляется питание машины от контактной сети. Для работы на передвижных путях в карьерах и на отвалах, где целесообразно отказаться от контактной сети, машина оборудуется вспомогательной дизельной установкой, вращающей генератор, и т. д. Преимущества электромеханической трансмиссии особенно заметны при грузоподъемности автомашин болеет. С применением этого вида трансмиссии в Советском Союзе предусмотрено создание ряда самосвалов особо большой грузоподъемности (75, 110 и 180 т. Большим преимуществом электромеханической трансмиссии является возможность достаточно просто выполнить ведущими большое число осей. Это открывает возможность создания большегрузных специализированных полуприцепов с двумя ведущими осями. К ходовой части автомобиля относятся следующие основные узлы. 1. Рама, служащая основанием, на котором укреплены все части автомобиля и его кузов. Рама состоит из двух сварных продольных балок коробчатого сечения, соединенных несколькими поперечинами. Поперечины служат для крепления цилиндров подвески и подъемного механизма, а также для размещения буксирных устройств. Рамы карьерных автомашин изготовляются повышенной прочности, так как подвергаются значительным ударным нагрузкам при погрузке горной массы экскаваторами. 2. Подвеска автомобиля. Карьерные автомашины характеризуются значительными статическими нагрузками на ось. При загрузке самосвала вес, приходящийся на переднюю подвеску, увеличивается примерно в 1,5 раза, а вес, приходящийся на заднюю ось, — более чем в 3 раза. Кроме того, динамические 109 воздействия от дороги увеличивают статическую нагрузку в 2,5—3,0 раза. Чтобы обеспечить плавный ходи устойчивость при движении в различных режимах, подвеска должна иметь переменную жесткость — меньшую при движении без груза и большую при движении с грузом. Применение листовых рессор не обеспечивает требуемой характеристики подвески, поэтому на отечественных большегрузных машинах применена пневмогидравлическая подвеска. , В этом случае передние колеса и задний мост крепятся к штокам поршней пневмогидравлических цилиндров. Упругим рабочим телом подвески является сжатый газ (азота рабочей жидкостью — веретенное масло. Гидравлическая система используется при этом как амортизирующая, а использование сжатого газа обеспечивает подвеске требуемую переменную жесткость. Испытаниями установлено, что с применением пневмогидравлической подвески вертикальные ускорения на сиденьи водителя, принятые за критерий плавности хода, сокращаются в 1,5—2,5 раза. Кроме того, пневмогидравлическая подвеска, разгрузив основные узлы автомашины, позволила значительно уменьшить их вес без снижения надежности. 3. Колеса и шины. На переднюю ось карьерных автомобилей обычно устанавливаются два колеса, на заднюю ось самосвала и на ось полуприцепа — четыре (по два спаренных колеса на каждую сторону. Колесо состоит из обода и шины. Обод служит для монтажа шины и крепления колеса к ступицам. - Пневматические шины состоят из камеры и покрышки. Основанием покрышки является прочный каркас из нескольких слоев высокопрочного корда. Сверху каркаса покрышка имеет толстый слой резины (протектор. Для лучшего сцепления колеса с дорогой протектор выполняют с рисунками различной формы. Применяются также бескамерные шины. В этом случае борта покрышки плотно прилегают к ободу, обеспечивая герметичность. Размер шин обозначается двумя числами в дюймовой системе. Первое число обозначает ширину профиля, второе — диаметр обода колеса. У автомобилей БелАЗ-540 применяются шины размером 18.00—25, у автомобиля БелАЗ-549 — 27.00—49. Шины карьерных автомобилей должны отвечать ряду требований ив первую очередь обладать высокой износостойкостью, разрывной прочностью и теплостойкостью. 4. Механизм управления. Этот механизм состоит из рулевого управления и тормозной системы. Рулевое управление служит для изменения направления движения, которое осуществляется поворотом передних колес. Для машин большой грузоподъемности, когда для поворота колес приходится прилагать значительные усилия на рулевом колесе, применяют гидравлический усилительный механизм, поршень которого поворачивает передние колеса. В таком случае рулевое управление состоит из рулевого механизма, гидроусилителя и рулевого привода. 5. Тормозная система служит для обеспечения безопасности движения в карьерах и состоит из рабочего тормоза с ножным управлением, стояночного тормоза и вспомогательного тормоза замедлителя. В качестве рабочего тормоза используются колесные колодочные тормоза с пневматическим приводом, обладающие достаточной надежностью. По опыту эксплуатации эффективность рабочего тормоза является удовлетворительной при тормозном пути 20 м, скорости 40 км/ч и среднем замедлении 4,4 м/с 2 С ростом грузоподъемности машин становится необходимым переход к гидравлическому и электрогидравлическому приводам. Стояночный тормоз выполняется в виде фрикционной пары с пневматическим или гидравлическим приводом. Для безопасной работы на затяжных спусках используется тормоз-замедлитель. Его назначение поддержание постоянной скорости автомобиля за счет поглощения кинетической энергии. При использовании электромеханической трансмиссии возможно применение еще одного вида тормоза — электродинамического. В этом случае тяговые двигатели работают в генераторном режиме и вырабатываемая ими энергия поглощается электрическими сопротивлениями. 6. Кузов. Карьерные автосамосвалы имеют кузова в виде металлической платформы, опирающейся на раму автомобиля и разгружающейся подъемом назад. Полуприцепы выполняются с разгрузкой кузова назад, набок или через дно. В последнем случае кузов оборудуется донными люками, закрывающимися секторным затвором. Подъем платформы и открывание створок осуществляются при помощи гидравлического механизма с дистанционным управлением. 110 Наиболее распространена образная форма кузова, которая обеспечивает снижение высоты машины и центра ее тяжести. Кузов представляет собой сварную конструкцию, образованную лонжеронами, поперечинами и бортами. Днищем является плита (толщиной у тонных самосвалов 18—25 мм. Заднего борта кузова обычно не имеют, их выполняют лишь у машин, предназначенных для перевозки легких материалов, например угля. § 2. Автосамосвалы Автосамосвалы являются основным типом подвижного состава при автотранспорте. Их конструкция должна максимально учитывать особенности работы в карьерах стесненные условия, короткие расстояния и затяжные подъемы и спуски. Кузов автосамосвалов опрокидывается обычно назад. Такое решение наиболее простоев конструктивном исполнении, хотя в организационном отношении осложняет работу автомобилей, так как требует дополнительных маневров на отвалах ив пунктах приемки полезного ископаемого. Конструктивное выполнение самосвалов в значительной мере определяется грузоподъемностью. Одним из показателей степени совершенства конструкции автосамосвалов является коэффициент тары, значение которого снижается с увеличением грузоподъемности машин. Величина коэффициента тары самосвалов грузоподъемностью 27—75 т находится в диапазоне 0,8—0,7. Из опыта эксплуатации автотранспорта в карьерах установлено, что наилучшее использование повремени экскаваторов и самосвалов обеспечивается только при определенных соотношениях объема экскаваторного ковша и объема кузова машины. Экскаваторы используются лучше при их совместной работе с большегрузными автосамосвалами, когда число операций по обмену машин наименьшее. Рациональное отношение объема кузова Машины к объему ковша экскаватора изменяется в зависимости от типа экскаватора, грузоподъемности машин и длины откатки в диапазоне 4—10. На отечественных карьерах в настоящее время применяются автосамосвалы Белорусского автозавода грузоподъемностью 27, 40 и 75 т. Дальнейшее развитие самосвалов типа БелАЗ ориентировано на создание самосвалов грузоподъемностью 110 и 180 т (табл. 14). Таблица Характеристика автосамосвалов Белорусского и Кременчугского автомобильных заводов Тип автомобиля Показатели КрАЗ-256 БелАЗ- 540 БелАЗ-548 БелАЗ-549 БелАЗ- 7519 БелАЗ- 7521 Грузоподъемность, т 10 27 40 75 110 180 Колесная формула 6×4 4×2 4×2 4×2 4×2 4×2 Масса груза в снаряженном состоянии, т 11,4 21 28 55 85 120 База, мм 4780 3550 4200 4200 5300 6500 Габариты, мм длина ширина высота 8 190 2 650 2 760 7 250 3 480 3 380 8 120 3 780 3 780 9 700 4 900 4 400 11 000 6 100 5 000 13 200 7 400 5 750 Мощность двигателя, л. с. 240 360 или 375 500 950 1 300 2100–2300 Наибольшая скорость, км/ч 62 55 55 60 50 52,5 Объем кузовам Радиус поворота по колее переднего внешнего колесам Размер шин 120—20 18.00.25 21.00—33 27.00—49 33.00–51 40.00–57 Тип трансмиссии Механическая Гидромеханическая Электромеханическая Автосамосвал КрАЗ-256 грузоподъемностью 10 т Кременчугского завода имеет три оси ведущими являются две задние оси, обладает высокой проходимостью и требует радиуса закруглений м. Имеет кузов объемом 8 мс фальшбортами — 10 м. Применение самосвала КрАЗ-256 111 допустимо при работе с экскаваторами с ковшом объемом 1—2 м. Это высокоскоростная машина максимальная скорость 62 км/ч). Самосвал КрАЗ-251 представляет собой улучшенную модификацию тонного самосвала. За счет снижения собственного веса машины грузоподъемность ее увеличена дот. Особенностью семейства большегрузных автомобилей, создаваемых Белорусским заводом, является то общее, что создаются они на основе максимальной унификации агрегатов, позволяющей организовать поточное производство ряда наиболее сложных узлов (гидромеханических передач, карданных валов, подвесок, радиаторов и др) и облегчить обслуживание и ремонт машин, снабжение их запасными частями. Конструкция автосамосвала БелАЗ-540 (рис. 63) грузоподъемностью 27 т имеет много особенностей, присущих машинам этого ряда. В основе это двухосный короткобазный самосвал с приводом на заднюю ось. Для уменьшения общей длины самосвала с целью повышения его маневренности компоновка выполнена с одноместной кабиной, расположенной рядом с двигателем, что, кроме того, обеспечивает удобный доступ к двигателю и улучшает обзор с места водителя. Рис. 63. Автосамосвал БелАЗ-540 Сокращение длины машины при высоком расположении центра тяжести вызывает нежелательные колебания машины, для борьбы с которыми применен образный кузов (с наклоном передней стенки вперед. Центр тяжести машины при этом значительно понижается. Кузов имеет защитный козырек над кабиной водителя. Геометрический объем кузовам) обеспечивает при перевозке наиболее распространенных грузов максимальное использование грузоподъемности машины. Расчет объема произведен на величину объемного веса перевозимого груза — 1,75 т/м 3 . В этом случае при погрузке с шапкой обеспечивается перевозка с максимальным использованием грузоподъемности вскрышных пород с объемным весом в разрыхленном состоянии около 1,5 т/м 3 При выборе формы кузова в плане стремились приблизиться к квадрату, так как эта форма обеспечивает минимальные затраты времени машиниста экскаватора на наведение ковша над центром кузова самосвала. Для обеспечения плавности хода и повышения скорости движения передняя ось и задний мост самосвала БелАЗ-540 подвешены на четырех пневмогидравлических цилиндрах (два цилиндра на переднюю ось и два на задний мост. Цилиндры передней и задней подвески отличаются только длиной. Подъем кузова осуществляется с помощью гидравлического подъемного механизма и дистанционным управлением. В подъемном механизме используются два трехзвенных телескопических цилиндра. Для перевозки угля на базе самосвала БелАЗ-540 создан углевоз БелАЗ-7510 с увеличенным объемом кузова дом при загрузке с шапкой дом. Достигается это благодаря расширению кузова, увеличению погрузочной высоты на 200—300 мм и введению заднего борта, открываемого из кабины водителя пневматическим приспособлением. Центр тяжести машины по сравнению со стандартным вариантом повышается на 200—250 мм, что, однако, на эксплуатационных качествах не отражается. Собственный вес машины при этом остается прежним, так как увеличение габаритов кузова компенсируется некоторым уменьшением толщины пола и бортов кузова. 112 Автосамосвал БелАЗ-548 (рис. 64) грузоподъемностью 40 т создается на основе максимальной унификации агрегатов. Поэтому в конструктивном отношении он имеет много общего с базовой моделью ряда — самосвалом БелАЗ-540. Рис. 64. Автосамосвал БелАЗ-548 Геометрический объем кузова составляет 21 м. На самосвале установлен дизель ЯМЗ-240Н мощностью 500 л.с, удельная мощность равна 7,5 л. ст. Гидромеханическая передача применена та же, что и на тонном самосвале, конструктивно изменен лишь согласующий редуктор. Подвеска самосвала БелАЗ-548 выполнена на шести пневмогидравлических цилиндрах (два цилиндра на переднюю ось и четыре на задний мост. В механизме подъема кузова использованы два четырехзвен-ных телескопических цилиндра. На базе самосвала БелАЗ-548 создан углевоз БелАЗ-7525 грузоподъемностью 40 т. Объем кузова увеличен дом за счет его расширения до 4100 мм, увеличения погрузочной высоты на 400 мм и введения заднего борта. Автосамосвал БелАЗ-549 (рис. 65) грузоподъемностью 75 т представляет собой следующую модель типажного ряда карьерных автомобилей типа БелАЗ. Мощность дизеля на самосвале 900 л. с, объем кузова 41 м 3 Рис. 65. Автосамосвал БелАЗ-549 Главным отличием этой машины от предшествовавших ей является применение электромеханической трансмиссии тяговый генератор питает электроэнергией постоянного тока два тяговых двигателя, встроенных в ободья задних колес (мотор-колеса МК-40). Для повышения устойчивости иманевренности этих машин они выполнены с независимой подвеской каждого из четырех колес. |