Глава 4. Трансмиссии и системы управления

4.1. Общие сведения о трансмиссиях

Трансмиссиями называют устройства для передачи движения от силовой установки нескольким потребителям энергии — рабочим органам и движителям ходовых устройств машин.

Механические трансмиссии состоят из передач — механизмов для передачи непрерывного вращательного или поступательного движе­ния, а также для преобразования одной формы движения в другую (вращательного в поступательное и наоборот). При единственном потребителе передача превращается в трансмиссию. Иногда понятия передачи и трансмиссии отождествляют, распространяя этот тер­мин также на все другие (немеханические) виды трансмиссий.

Движение от силовой установки (двигателя) может передаваться рабочему органу передачей (трансмиссией) непосредственно, как, например, в ручной электросверлильной машине (см. подразд. 26.2), или через исполнительные механизмы, как, например, у одно­ковшового экскаватора (см. подразд. 21.14) — машины циклич­ного действия, исполнительными механизмами которого явля­ются механизмы привода стрелы, рукояти, ковша, поворотной платформы и ходового устройства. Каждый исполнительный ме­ханизм обеспечивает простое движение рабочего органа. Скла­дываясь в определенных сочетаниях на различных стадиях рабо­чего цикла (операциях), простые движения (кроме движения хода) образуют сложное движение рабочего органа — ковша. Другим примером разветвленной трансмиссии может служить привод рабочих органов траншейного роторного экскаватора (см. подразд. 15.5) — машины непрерывного действия. В рабочем ре­жиме его землеройному рабочему органу — ротору сообщается сложное движение, состоящее из двух простых движений: вра­щения относительно собственной оси, передаваемого через при­вод ротора (относительное движение), и поступательного дви­жения за тягачом, передаваемого через привод ходового устрой­ства (переносное движение). Кроме того, отдельной ветвью транс­миссии движение передается по замкнутому контуру ленте от­вального конвейера для перемещения разгруженного из ковшей ротора грунта в сторону от траншеи.

Передача характеризуется входными (на ведущем звене, при­водимым двигателем или предшествующей передачей), выходны­

ми (на ведомом звене) и внутрен­ними параметрами (рис. 4.1). Для двух первых это форма движения (вращательное или поступатель­ное), его скорости (линейные v_x и г>2 или угловые со₍ и <м₂), в об­щем случае являющиеся вектор­ными величинами,и силовые факторы (усилия f, и F₂ - при поступательном или крутящие моменты Т\ и Т₂ — при вращатель­ном движении). Подстрочными индексами обозначены соответ­ственно входные и выходные параметры. Обобщенными характе­ристиками являются мощности, измеряемые в ваттах и определя­емые как:

Р\ = F_xvu Р₂ = F₂v₂ или Р_х = 7>,; Р₂ = Т₂щ. (4.1)

Внутренними параметрами служат: передаточное отношение /, определяемое как отношение (по модулю) скорости входного звена к скорости выходного звена, и коэффициент полезного действия т). Большинство механических передач преобразует вращательное дви­жение на входе во вращательное же движение на выходе. Для них

/' = ш,/со₂ = щ/п₂, (4.2)

где п_хмп₂ — частоты вращения соответственно на входе и на выходе.

Реже применяют передачи с поступательной формой движе­ния обоих звеньев, для которых

/= vjv₂.

Во всех случаях при одинаковых формах движения на входе и выходе безразмерное передаточное отношение показывает, во сколько раз уменьшается скорость (угловая или линейная) ведомого звена передачи по сравнению с теми же параметрами ее ведущего звена. Смешанные формы движения — поступательное на входе и враща­тельное на выходе и наоборот — характерны, например, для рычаж­ных механизмов. Они рассматриваются в специальной литературе. Коэффициент полезного действия есть отношение

Л = Рг/Ри (4-3)

которое всегда меньше единицы. Этот параметр показывает, ка­кая часть затраченной энергии (Р_х) используется полезно (Р₂). Разница ДР- Р_х- Р₂ составляет потери энергии внутри передачи, природа которых будет раскрыта ниже при рассмотрении отдель­ных видов передач (трансмиссий).

Вход	л	Выход
FitTd		F2(T2)
^i(coi); Pi		v2(со2); Pi

Рис. 4.1. Структурная схема пара­метров передачи

Зависимость между входными и выходными силовыми факто­рами при однородной форме движения, например, вращатель­ном можно определить после подстановки двух последних зависи­

мостей из (4.1) в отношение (4.3) с использованием (4.2). В этом случае получим

_ Т₂(х>2 _ ]т_ 7] со, T\i

Рис. 4.2. Кинематическая схема

однобарабанной лебедки: 1 — редуктор; 2 — соединительная муфта; 3 — электродвигатель; 4 — ве­домый вал редуктора; 5 — барабан

Т₂= Г,/л-

(4.4)

Проделав те же операции с параметрами поступательного дви­жения, найдем

F₂ = Fiir].

Из этого следует, что при любых одинаковых формах движе­ния ведущего и ведомого звеньев передачи выходной силовой фактор (крутящий момент или усилие на ведомом звене) равен произведению входного (на ведомом звене) силового фактора, передаточного отношения и КПД передачи.

В трансмиссии из п последовательно соединенных передач с однородной формой движения входное звено любой промежуточ­ной передачи является выходным звеном предшествующей пере­дачи, а ее выходное звено входным для последующей передачи, так что общее передаточное число и КПД трансмиссии определя­ются произведениями соответствующих величин для составляющих трансмиссию передач:

/= /,/₂.../_л; л = тцЛг-Лп-

откуда

Следует усвоить, что усилие или крутящий момент на ведомом звене трансмиссии зависят от внешнего сопротивления, а те же си­ловые характеристики ведущего зве­на, кроме того, от внутренних па­раметров трансмиссии (передато­чного отношения и КПД). Для фун­кционирования, например, транс­миссии для передачи вращательно­го движения необходимо, чтобы мо­мент на ведущем звене, соответству­ющий внешнему сопротивлению, не Превышал бы допустимого активно­го момента привода. Рассмотрим это на примере передачи привода бара­банной лебедки (рис. 4.2), который имеет следующие параметры: уси­лие натяжения ветви каната, нави­ваемого на барабан R = 38,5 кН; ди­аметр барабана по слою навивки каната D = 430 мм; максимальный

момент, который может реализовать электродвигатель (на ведущем валу передачи) Г_тах = 3,2 кН м; передаточное отношение редуктора (механической передачи) / = 8,32; КПД редуктора (ri_p) и барабана (потери энергии на трение в подшипниках барабанного вала, при взаимодействии каната в процессе его навивки на барабан с на­резными канавками — г)_б) л_Р = Лб = 0,97. Передача (редуктор 1) на рис. 4.2 выделена пунктирной линией.

Момент внешних сил на барабане от усилия в канате

Т₆ = RD/2 = 38,5-0,43/2 = 8,278 кН-м.

С учетом потерь на трение в барабане приведенный к ведомому валу 4 редуктора момент сил внешнего сопротивления составит:

Т₂ = Г₆/т1_б = 8,278/0,97 = 8,534 кН-м.

Требуемый для его преодоления момент активных сил на веду­щем валу:

7]= 8.534 _{1 057кН}.

trip 8,32-0,97

что меньше допускаемого электродвигателем максимального мо­мента Г_тах= 3,2 кН-м. Следовательно, передача с представленны­ми выше параметрами способна к функционированию.

Скоростные параметры обычно задаются приводным двигате­лем (на ведущем звене передачи). В ряде случаев скорость является функцией реализуемого двигателем крутящего момента.

Дальнейшее изложение трансмиссий строительных машин обу­словлено особенностями их структуры и содержания, в связи с чем ниже будут рассмотрены только виды механических передач. Все другие виды трансмиссий (электрические, гидравлические, пневматические) целесообразно рассматривать совместно с си­стемами управления в составе соответствующих приводов.

По конструктивному исполнению элементов передач, участву­ющих в преобразовании параметров движения, различают фрик­ционные, ременные, зубчатые, червячные, цепные и канатные передачи. В передачах первых двух видов движение от ведущего к ведомому звену передается за счет сил трения на контактных повер­хностях сцепляющихся друг с другом ведущего и ведомого звеньев. Эти передачи относятся к передачам движения трением. В зубчатых, червячных и цепных передачах движение передается за счет сило­вого воздействия зацепляющихся друг с другом элементов ведуще­го звена на элементы ведомого. Эта передачи составляют группу передач движения зацеплением. Канатные передачи образуют осо­бую группу для передачи движения закрепленным на ведущем зве­не канатом. Они будут рассмотрены отдельно при изучении устрой­ства и принципа работы полиспастов (см. подразд. 11.3). Из-за нали­

чия в ременных, цепных и канатных передачах гибких связей — соответственно ремней, приводных цепей и канатов их называют передачами с гибкой связью.

Функциональные связи элементов механических передач обычно представляют кинематическими схемами. На кинематических схе­мах конкретных моделей машин указывают скорости (линейные или угловые) движения составных элементов трансмиссии, а так­же формирующие их параметры, например, числа зубьев зубчатых колес. Во всех других случаях эти данные опускают.