Характеристики режимов работы машины

Режим работы	Отношение нагрузок, max/ср	Скоростной режим	Реверсирование	Число включений в час	Пример строит. машин
Легкий	1,1…1,3	Vр.дв.= const	нет реверсирования	20…50	бетоносмесители
Средний	1,5…2,5	Vр.дв.≠ const	редко реверсивны	до 200	скреперы, краны
Тяжелый	2,5…3	Vр.дв меняется непрерывно	часто реверсивны	до 1000 и более	бульдозеры, толкачи
Очень тяжелый	работы, носящие ударный и виброударный характер				машины ударного и виброударного действия

Рис. 1. Механические характеристики силового оборудования: 1 – дизеля; 2 – электродвигателя переменного тока с фазным ротором; 2 – электродвигателя переменного тока с короткозамкнутым ротором; 3 – электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением; 4 – электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением; 5 – системы, состоящей из трехобмоточного генератора и двигателя постоянного тока (ТГ – Д); 6 – системы, состоящей из генератора и двигателя с электромашинным усилителем (Г – Д с ЭМУ); 7 – нерегулируемого гидронасоса; 8 – регулируемого гидронасоса

Внешнюю характеристику двигателя принято оценивать критерием жесткости, который определяется как модуль первой производной крутящего момента (М_к) по частоте вращения (n), то есть

| β | = dМ_к /dn.

При значениях | β | < 10 характеристику принято называть мягкой, при | β | ≥10…40 – жесткой.

Мощность привода, необходимая для выполнения рабочих операций, определяется по формулам:

P = N · V или P = T · ω,

где N, T – усилие и момент сопротивления, преодолеваемые исполнительными механизмами;

V, ω – линейная и угловая скорости этих механизмов.

2.1.1. Силовое оборудование

В качестве силового оборудования на строительных машинах широко используются двигатели внутреннего сгорания (ДВС), как правило, дизельные, и реже – карбюраторные. Мощность дизелей, применяемых на землеройно-транспортных машинах, достигает 1000…1200 кВт.

Дизели обладают относительно высоким КПД (30…37%), сравнительно невысокими удельной массой (3…4кг/кВт) и расходом горючего (0,2…0,25 кг/кВт · ч). Долговечность дизелей составляет примерно 4000 ч работы, а при правильной эксплуатации может достигать 6000…8000 ч. Их неоспоримое достоинство – автономность от внешних источников энергии. К недостаткам дизелей в приводе строительных машин следует отнести затруднения эксплуатации при низких температурах и большую чувствительность к перегрузкам, связанную с его жесткой механической характеристикой. Механическая характеристика дизеля, определяемая изменением крутящего момента на валу и соответствующим усилием на рабочем органе в функции частоты его вращения и соответствующей скорости рабочего органа, характеризуется кривой 1 на рис. 1.

Кривая 1 показывает, что в основной рабочей зоне характеристики крутящий момент нарастает от 0 до величины Тн при очень незначительном изменении частоты вращения. При дальнейшем изменении частоты вращения вала до момента начала опрокидывания (заглохания) двигателя крутящий момент возрастает незначительно – на 8…13%.

В машинах, не требующих автономности от внешнего источника энергии, в качестве силового оборудования используют электродвигатели переменного или постоянного тока.

Электродвигатели переменного тока, питающиеся обычно от электросети напряжением 380…220 В с нормальной частотой 50 Гц, конструктивно просты, дешевы, надежны и удобны в эксплуатации, поэтому наиболее широко применяются в качестве силового оборудования на строительных машинах.

Электродвигатели с короткозамкнутым ротором наиболее просты, надежны и удобны в управлении. Однако в процессе работы они имеют большой пусковой ток. Эти двигатели, механическая характеристика которых на рисунке 1 представлена кривой 2', не имеют также достаточных возможностей регулирования скоростей в зависимости от нагрузки. Поэтому, как правило, их применение ограничивается небольшими мощностями – до 8…10 кВт.

Асинхронные электродвигатели переменного тока с фазным ротором, механическая характеристика которых представлена на рис. 1 кривой 2, позволяют с помощью включения дополнительных сопротивлений в цепь ротора получить, кроме того, характеристики с различными степенями жесткости и способностью регулирования скорости от нагрузки. Эти характеристики обеспечивают удовлетворительные условия пуска и торможения механизмов. Асинхронные электродвигатели обладают высокой перегрузочной способностью, определяемой отношением максимального момента к номинальному, т.е. ψ = Т_max / Т_ном. Для электродвигателей общего назначения ψ = 1,8…2,2, а для электродвигателей специального кранового исполнения ψ = 2,5…3,4.

Недостаток асинхронных электродвигателей – их высокая чувствительность к колебаниям напряжения в питающей сети, что имеет место на стройплощадке.

В грузоподъемных машинах, требующих точной установки и плавной посадки грузов, применяют также двухскоростные асинхронные короткозамкнутые двигатели с соотношением скоростей 2; 8/3; 3; 10/3.

В приводе ручных машин для снижения массы электродвигателей осуществляют их питание напряжением повышенной частоты. Так, переход с помощью специальных преобразователей на питание электродвигателей с частотой 50 на 400 Гц уменьшает массу электродвигателей в 3,5 раза. Применение высокочастотных двигателей, имеющих жесткую характеристику, удобно для ручных машин с высокими скоростями рабочих органов, в которых изменение нагрузки не должно существенно влиять на частоту вращения вала. В таком приводе часто применяют однофазные коллекторные двигатели, обладающие высокой удельной мощностью на единицу массы и мягкой механической характеристикой, обеспечивающей изменение скорости рабочего органа при росте на нем нагрузки. Такие двигатели малочувствительны к колебаниям напряжения в питающей сети, устойчиво работают в режиме частых пусков, могут включаться в сеть постоянного и переменного тока без преобразователей.

К недостаткам данного вида двигателей следует отнести их большую стоимость из-за наличия коллекторов и щеток, а также необходимость высококвалифицированного обслуживания.

Среди различных типов электродвигателей особо можно выделить однофазный электромагнитный вибродвигатель. Отличаясь простотой конструкции и высокой надежностью в работе, электродвигатель производит непосредственное преобразование электромагнитной энергии в механическую с возвратно-поступательным движением. Это определяет основную область их применения в молотках и перфораторах, а также в качестве универсальных вибровозбудителей в вибропитателях, дозаторах, виброгрохотах, вибрационных насосах.

Электродвигатели постоянного тока обеспечивают лучшую плавность пуска и торможения механизмов по сравнению с двигателями переменного тока. Как видно из рис. 1 двигатели с последовательным возбуждением обладают мягкой (кривая 3), с параллельным возбуждением – жесткой (кривая 4) механическими характеристиками. Однако эти двигатели имеют большую удельную массу (кг/кВт) по сравнению с асинхронными двигателями и могут работать в условиях строительства в основном от специального генератора постоянного тока или тиристорных преобразователей. Поэтому их применение на строительных машинах ограничено.

В этом случае двигатели чаще всего работают в системах: трехобмоточный генератор – двигатель (ТГ – Д), генератор – двигатель с электромашинным усилителем (Г – Д с ЭМУ) или магнитным усилителем (Г – Д с МУ). Механические характеристики этих силовых установок (кривые 5 и 6 на рис. 1) относятся к числу мягких, у которых скорость приводимых рабочих органов существенно меняется по мере изменения рабочей нагрузки. В переходных режимах пуска и торможения такие установки обеспечивают необходимую плавность. Поэтому, несмотря на большую удельную массу, которая в 1,5…2,5 раза больше любых других, их наиболее целесообразно применять для привода мощных строительных машин, работающих в условиях быстро меняющихся тяжелых нагрузок, главным образом для экскаваторов средней и большой мощности.

Кроме двигателей внутреннего сгорания и электродвигателей к силовому оборудованию строительных машин относятся также комбинированные силовые установки: ДВС – электрогенератор, обеспечивающий электропривод механизмов от автономного источника энергии; ДВС (или электродвигатель) – гидронасос, обеспечивающий гидропривод механизмов; ДВС (или электродвигатель) – компрессор (компрессорная установка), обеспечивающая пневмопривод механизмов.

Значительное количество самоходных строительных машин (экскаваторы, самоходные краны, скреперы, автогрейдеры, грейдер-элеваторы и т.д.) имеют дизель-электрический привод, состоящий из быстроходного транспортного дизеля, вращающего генератор, питающий электродвигатели машины.

Дизель-электрический привод лучше приспособлен к перегрузкам, чем двигатель дизеля. Для нормальной его работы в условиях резкопеременной нагрузки необходимо, чтобы число оборотов дизеля, а, следовательно, и его мощность не изменялись, то есть, чтобы характеристика была жесткой. Снабженные дизель-электрическим приводом самоходные строительные машины могут иметь тяговые двигатели постоянного тока, встроенные вместе с редукторами в ведущие колеса, называемые в этом случае мотор-колесами. Дизель-электрогидравлическим приводом оборудуют тяжелые самоходные скреперы.