Плютов Ю.А. Транспортные машины

Подождите немного. Документ загружается.

ТЕМА 3. АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ И САМОХОДНЫЕ МАШИНЫ

Лекция 18. Автомобильные дороги



Транспортные машины. Конспект лекций -91-

Рис. 18.1. Поперечное сечение автодороги в рыхлых (а), скальных

породах (б) и на съездах (в): 1 – земляное полотно; 2 – дорожная

одежда; 3 – обочина; 4 – водоотводные сооружения; 5 – ограждение

Ширина земляного полотна складывается из ширины проезжей части и

ее двух обочин. Ширина проезжей части карьерных автомобильных дорог

определяется в зависимости от скорости движения, габаритов автомобилей и

схемы движения.

В карьерах могут быть следующие схемы движения: встречное по од-

ной полосе автодороги, встречное по двум полосам и кольцевое.

При двухполосном движении ширина проезжей части Ш, м, постоян-

ных автодорог определяется по формуле

Ш = 2ВK

+ ΔШ, (18.1)

где В – ширина автомобиля, м; K

– коэффициент, учитывающий суммарную

скорость встречных автомобилей (при v = 20–30 км/ч K

= l,6–l,9); ΔШ – вели-

чина, учитывающая габариты автомобиля (для автосамосвалов грузоподъ-

емностью 30–180 т равна, соответственно, 1,0 и 5,4 м).

При однополосном движении ширина полотна для машин серии Бел-

АЗ-7540 составляет 5,5–6,0 м, а БелАЗ-7521 – уже 10,4–12,8 м.

Для достижения высоких технико-экономических показателей работы

карьерных самосвалов рекомендуются значения ширины дороги Ш, м, для

встречного двухполосного движения, приведенные в табл. 18.2.

Таблица 18.2

Рекомендуемая ширина проезжей части дорог

для встречного двухполосного движения

Грузоподъемность автосамосвала, т 27–30 40–42 75–80 110–120 170–180

Ширина проезжей части, м 12–14 13–15 16–19 19–21 23–27

Причем минимальная ширина определяется условиями безопасности

движения, максимальная – требованиями наиболее полного использования

тяговых качеств автосамосвалов.

На криволинейных участках трассы проезжая часть выполняется с

уширением ш, м, размер которого вычисляется по выражению

ТЕМА 3. АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ И САМОХОДНЫЕ МАШИНЫ

Лекция 18. Автомобильные дороги



Транспортные машины. Конспект лекций -92-

ш = i

-1

+ 0,1υR

-0,5

, (18.2)

где υ – скорость движения, км/ч; R – радиус кривой по оси дороги, м; l – ко-

лесная база автомобиля, м.

Уширение производится постепенным (по длине не менее 20 м)

уменьшением ширины обочины (при этом ширина обочины должна оста-

ваться не менее 1 м).

Для обеспечения благоприятного режима движения самосвалов длину

участка с большими подъемами следует ограничивать или устраивать гори-

зонтальные вставки в соответствии с приведенными данными:

Величина уклона, ‰……………………. 60 80 100

Максимальная длина подъема, м……….300 160 100

При криволинейных траншеях и радиусах менее 200 м необходимо

производить уменьшение продольного уклона на величину Δi, ‰, равную

удельному сопротивлению от кривой.

Величина поперечного уклона автодороги зависит от типа дорожного

покрытия, ширины, водопроницаемости, скорости движения и составляет 20–

40 ‰.

Дороги на уступах выполняются с поперечным уклоном в 20 ‰ в сто-

рону вышележащего уступа. Величина продольного уклона временных дорог

принимается равной 60–80 ‰.

Радиус горизонтальных криволинейных автодорог в значительной сте-

пени влияет на скорость движения и устойчивость автомобиля при движе-

нии. Минимальные радиусы кривых для автосамосвалов различной грузо-

подъемности приведены в табл. 18.3.

Таблица 18.3

Минимальные радиусы кривых автодорог, м

Дорожные условия

Грузоподъемность автосамосвала, т

10–20 25–30 40–45 70–80 110–120 170–180

Постоянные дороги в карьере 30 50–60 50–60 50–60 50–60 50–60

Серпантинные и круговые кривые 15–20 20–30 30–35 35–10 35–10 40–45

Временные автодороги в карьере 10–12 12–15 12–15 15–20 17–20 20–25

Петлевые заезды под погрузку 7–10 10–11 12–13 12–14 14–15 18–20

Проезжая часть дороги покрывается дорожной одеждой. Дорожная

одежда выполняется в один или несколько конструктивных слоев из различ-

ных материалов. Многослойная дорожная одежда устраивается, как правило,

на постоянных дорогах и имеет следующие основные конструктивные слои.

Покрытие – верхний слой дорожной одежды, который в свою очередь

состоит из слоя износа, периодически возобновляемого по мере его истира-

ния, и основного слоя, определяющего эксплуатационные свойства покры-

тия.

ТЕМА 3. АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ И САМОХОДНЫЕ МАШИНЫ

Лекция 18. Автомобильные дороги



Транспортные машины. Конспект лекций -93-

Основание – несущая часть дорожной одежды, обеспечивающая со-

вместно с покрытием передачу нагрузок на подстилающий слой или непо-

средственно на грунт земляного полотна.

Дополнительный слой основания – нижний конструктивный слой

дорожной одежды, выполняющий наряду с передачей нагрузок на земляное

полотно также функции морозозащитные, дренирующие, выравнивающие и

другие.

Слои одежды располагают по принципу снижения их прочности в со-

ответствии с уменьшением напряжений по глубине.

Основные типы дорожных покрытий для дорог разных категорий при-

ведены в табл. 18.4.

Таблица 18.4

Основные типы дорожных покрытий

Категория

дороги

Типы покрытий Материалы покрытий

Усовершенство-

ванные:

А. Капитальные

Б. Облегченные

Цементобетонные и железобетонные (монолитные и

сборные), асфальтобетонные, укладываемые в горячем

и теплом состоянии, из прочных щебеночных материа-

лов, обработанных вяжущими битумами Из щебеноч-

ных и гравийных материалов, обработанных жидкими

органическими, вяжущими веществами, из холодного

асфальтобетона, из грунта, обработанного вяжущими

битумами

II Переходные

Щебеночные из каменных материалов и шлака, грун-

тов и местных слабых минералов, обработанных жид-

кими, вяжущими органическими веществами, мосто-

вые из булыжного и колотого камня

III Низшие

Грунтовые, укрепленные различными местными мате-

риалами

Материалами для основания служат щебень, грунтощебень, гравий,

грунт, обработанный вяжущими материалами, а для дополнительного слоя

используется крупнозернистый песок, гравелистые грунты, раздробленная

горная порода и другие местные материалы.

На временных забойных и отвальных дорогах устраивается обычно од-

нослойная дорожная одежда из выровненной горной массы с подсыпкой ще-

беночного или гравийного материала. Для скользящих съездов соединитель-

ных и хозяйственных дорог устраивается однослойное покрытие из гравия

или взорванной скальной вскрыши слоем в несколько десятков сантиметров,

которая разравнивается бульдозерами и автогрейдерами и укатывается дви-

жущимися автомобилями.

Из капитальных покрытий широкое распространение получили желе-

зобетонные и цементообразные покрытия, которые обладают высокой изно-

состойкостью и удовлетворительными характеристиками по сцеплению.

ТЕМА 3. АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ И САМОХОДНЫЕ МАШИНЫ

Лекция 18. Автомобильные дороги



Транспортные машины. Конспект лекций -94-

Толщина таких покрытий принимается в зависимости от осевой нагрузки:

при нагрузке 100–120 кН (машины типа КрАЗ) она равна 22 см; до

340 кН (БелАЗ-7540) – 29–39 см; до 480 кН (БелАЗ-7548) – 40–45 см;

до 760 кН (БелАЗ-7549) – 48–58 см.

Нижний слой таких дорог делают из песка, ракушечника, щебня, ме-

таллургического шлака, песчаногравийной массы, а также из породы, обрабо-

танной битумом или цементом. Толщина подстилающего слоя должна быть не

менее 15 см.

Для уменьшения температурных напряжений цементобетонные покры-

тия устраивают из отдельных плит (длиной 6–9 м), разделенных между собой

швами сжатия (с упругими прокладками) и расширения, заливаемыми би-

тумными мастиками. Получили распространение на карьерах и монолитные

цементобетонные покрытия.

Для автосамосвалов грузоподъемностью 110–180 т с высокими нагруз-

ками на ось целесообразно устройство покрытий нового типа – цементо-

бетонных из струнобетона. При этом толщина их для машин грузоподъемно-

стью 110–180 т снижается до 60–70 см.

На временных дорогах (а также при устройстве дорог в холодное время

года и на неустойчивых грунтах) целесообразно устройство железобетонных

покрытий (сплошных и колейных).

Пропускная способность полосы автодороги П, автомобиль/час в од-

ном направлении) определяется по формуле

П = 60 (K

)

-1

= 1000 υ (K

-1

, (18.3)

где K

– коэффициент неравномерности движения машин, K

= 1,25–1,75; t

–

интервал времени между автосамосвалами, мин; S – расстояние между авто-

самосвалами, м; υ – скорость движения машин, км/ч.

Расстояние между автосамосвалами должно быть не менее их тормоз-

ного пути:

S ≥ 0,278υt

+ 3,9δυ

/(1000ф

+ w

± i) + l

(18.4)

где t

– время реакции водителя и время приведения тормозов в действие,

= 1-2 с; l

– длина машины, м (иногда принимают равной 10 м); δ – коэф-

фициент, учитывающий инерцию вращающихся масс автомобиля (для авто-

мобилей с гидромеханической трансмиссией при движении с грузом δ =

1,03–1,01, при движении порожняком δ = 1,0854–1,07, для автомобилей с

электромеханической трансмиссией δ = 1,1–1,15); ф

– коэффициент сцепле-

ния колеса с дорогой при торможении; w

– удельное основное сопротивление

движению автомобиля, Н/кН (табл. 18.5); i – уклон автодороги, ‰.

Удельное основное сопротивление движению автосамосвалов на карь-

ерных дорогах w

, Н/кН, с покрытиями различного типа приведено в

табл. 18.5.

ТЕМА 3. АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ И САМОХОДНЫЕ МАШИНЫ

Лекция 18. Автомобильные дороги



Транспортные машины. Конспект лекций -95-

Таблица 18.5

Значения удельного основного сопротивления движению машин

на дорогах с различными покрытиями

Дороги Тип покрытия w

, H/kH

Главные откаточные

Бетонное, асфальтобетонное, гидронизированное

шоссе, брусчатка

Гравийное покрытие

Щебеночное покрытие

15–20

25–30

30–45

Забойные и отвальные

дорожные проезды

Грунтовые укатанные проезды в забоях

Грунтовые укатанные проезды на отвалах

Грунтовые не укатанные проезды

50–80

До 150

250–300

Провозная способность дороги M

, т/сут, вычисляется по формуле

= П

q/f

, (18.5)

где П

– пропускная способность ограничивающего участка дороги

(автомобилей/сутки; f

– коэффициент резерва пропускной способности, f

1,75–2); q – грузоподъемность автомобиля, т.

Содержание и ремонт автомобильных дорог производятся с помощью

специальной дорожной техники (грейдеров, бульдозеров, снегоочистителей и

др.).

Контрольные вопросы

1. Какие требования предъявляются к автодорогам?

2. Какие типы автодорог вы знаете?

3. Какова классификация автодорог?

4. Какие максимальные продольные и поперечные уклоны допускаются

для автодорог?

5. Какие виды ремонта автодорог вы знаете?

6. В чем заключается содержание автодорог?

План лекции

1. Типы двигателей.

Трансмиссии.

Тормозные и другие системы.

Основные узлы автосамосвалов

Источником механической энергии, приводящим автомобиль в движе-

ние является двигатель. На карьерных автосамосвалах, как правило, при-

ТЕМА 3. АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ И САМОХОДНЫЕ МАШИНЫ

Лекция 19. Общее устройство автосамосвала



Транспортные машины. Конспект лекций -96-

меняются дизельные двигатели внутреннего сгорания, работающие на тя-

желом жидком (дизельном) топливе.

В дизельных двигателях внутреннего сгорания воспламенение смеси

воздуха и топлива происходит вследствие повышения температуры при сжа-

тии смеси. Степень сжатия рабочей смеси в дизельных двигателях принима-

ют равной от 16 до 20.

На отечественных автосамосвалах применяют четырехтактные 6-, 8- и

12-цилиндровые двигатели с V-образным расположением рабочих цилиндров

и с частотой вращения коленчатого вала 1500–2000 мин

-1

. Рабочий ход одно-

временно совершается в одном, двух или трех цилиндрах, в то время как в

остальных выполняются другие такты цикла.

Работа, совершаемая двигателем внутреннего сгорания, зависит от раз-

меров цилиндров, их числа и от количества одновременно впрыскиваемого

топлива и засасываемого воздуха, необходимого для полного сгорания топ-

лива. Для повышения мощности дизеля при тех же размерах и числе цилинд-

ров используют наддув, т.е. подачу воздуха в цилиндры под давлением, соз-

даваемым центробежным компрессором. При этом мощность дизеля возрас-

тает на 40–50 %, а удельный расход топлива снижается на 10–20 %.

Мощность дизеля зависит от температуры воздуха и атмосферного

давления, так как они влияют на температуру охлаждающей жидкости, вяз-

кость топлива и смазочных масел. Поэтому мощность при данных атмосфер-

ных условиях

N = N

/ (p

T), (19.1)

где N

– номинальная мощность дизеля при стандартных условиях, кВт

(стандартными условия считают температуру воздуха T

= 288,5 К и баро-

метрическое давление p

= 101,5 кПа); p и Т – соответственно, баромет-

рическое давление, кПа, и температура воздуха, К, для данных условий.

Таким образом, мощность, развиваемая дизелем, уменьшается с повы-

шением температуры (из-за повышения температуры охлаждающей жид-

кости) и с понижением давления (из-за недостаточной зарядки цилиндров

воздухом и ухудшения охлаждения).

Так, при повышении температуры от –15 до +45

С мощность снижа-

ется на 7–9 %, а при эксплуатации самосвала в горной местности снижение

мощности на 6 % происходит при разности отметок 1000 м.

Дизельные двигатели достаточно экономичны и работают на дешевом

топливе, поэтому, несмотря на относительную сложность, они являются

предпочтительными для карьерных автосамосвалов.

Для машин большой грузоподъемности требуются мощные дизели при

незначительном увеличении их массы. С этой целью необходимо повышение

частоты вращения коленчатого вала и давления турбонадува.

Газотурбинные двигатели (ГТД) для самосвалов особо большой грузо-

подъемности обладают высокой надежностью, в четыре раза большим ре-

сурсом, меньшими размерами и массой, чем соответствующие дизельные

ТЕМА 3. АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ И САМОХОДНЫЕ МАШИНЫ

Лекция 19. Общее устройство автосамосвала



Транспортные машины. Конспект лекций -97-

двигатели, они способны работать на любом виде топлива, имеют хорошие

пусковые качества при низких температурах (до –50

С). Вместе с тем они

более дорогие и имеют значительно меньший коэффициент полезного дейст-

вия.

Система механизмов автосамосвала, служащая для передачи вращаю-

щего момента от коленчатого вала дизеля к ведущим колесам, называется

трансмиссией. Различают механические (МП), гидромеханические (ГМП) и

электромеханические (ЭМП) трансмиссии (передачи).

Механическая трансмиссия, предусмотренная на автосамосвалах

МАЗ-5549, КрАЗ-6505 и других, изображена на рис. 19.1.

От сцепления 1 крутящий момент подводится к коробке передач 2. От

коробки передач момент передается к карданной передаче 3, состоящей из

карданного вала и двух карданов. Далее момент подводится к главной пере-

даче 4, расположенной в картере задней оси. С помощью этой передачи и

дифференциала 5 момент передается к двум полуосям 6, на концах которых

закреплены ведущие колеса автомобиля.

Гидромеханическая трансмиссия обычно предусмотрена для автоса-

мосвалов грузоподъемностью 20–60 т.

Гидромеханическая трансмиссия состоит из гидромеханической пере-

дачи, в которую входят согласующий редуктор, гидротрансформатор – гид-

равлический редуктор, механическая коробка передач и тормоз-замедлитель

карданной передачи и передачи заднего моста. Гидромеханическая транс-

миссия позволяет рационально использовать мощность двигателя, обладает

высокими преобразующими качествами, способствует повышению долговеч-

ности агрегатов и существенно облегчает управление автосамосвалом

(рис. 19.2).

Рис. 19.1. Конструктивная схема механической трансмиссии автосамосвала: 1 –

сцепление; 2 – коробка передач; 3 – карданная передача; 4 – главная передача;

5 – дифференциал; 6 – полуоси

ТЕМА 3. АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ И САМОХОДНЫЕ МАШИНЫ

Лекция 19. Общее устройство автосамосвала



Транспортные машины. Конспект лекций -98-

Рис. 19.2. Схема гидромеханической

трансмиссии автосамосвала: Д – двигатель;

Р – согласующий редуктор; ГТ – гидро-

трансформатор; КП – коробка передач;

KB – карданный вал; ЗМ – задний мост

Созданная еще в 60-е годы на первых автосамосвалах Белорусского ав-

тозавода трехступенчатая гидромеханическая передача ГМП (3 + 1) отли-

чается простотой конструкции, ремонтопригодностью и низкой себестоимо-

стью изготовления. Применяемая в настоящее время пятиступенчатая ГМП

(5 + 2) благодаря расширению силового диапазона передаточных чисел имеет

более высокие тягово-динамические показатели, меньший на 10–15 % расход

топлива и большую на 20–25 % производительность, значительно меньший

нагрев масла, что особенно важно при работе в глубоких карьерах. Электро-

гидравлическая система управления ГМП предусматривает как ручное, так и

автоматическое управление.

Согласующий редуктор гидромеханической передачи предусматрива-

ется для приведения в соответствие характеристик двигателя и гидро-

трансформатора. Гидротрансформатор служит для автоматического и бес-

ступенчатого изменения крутящего момента, передаваемого от двигателя, в

соответствии с изменениями нагрузки на ведомом валу.

Гидротрансформатор может работать в двух режимах: 1) в режиме

гидротрансформатора (оба или один реактор заблокированы, момент на тур-

бинном колесе М

больше, чем на насосном М

) и 2) в режиме гидромуфты

(реакторы разблокированы и увеличения крутящего момента не происходит).

В зависимости от частоты вращения турбинного вала в ГМП (5 + 2) блоки-

ровка и разблокировка гидротрансформатора происходит автоматически на

всех ступенях. При движении по дороге с большим сопротивлением или при

трогании частота вращения турбинного колеса п

значительно меньше часто-

ты вращения насосного колеса п

С увеличением частоты вращения турбинного колеса уменьшается кру-

тящий момент, создаваемый турбиной. В этом случае поток жидкости будет

оказывать давление на обратную (выпуклую) сторону лопаток реактора, что

расклинит сначала первый реактор, а затем второй и гидротрансформатор

перейдет в режим гидромуфты.

Все гидромеханические передачи оборудуются гидродинамическим

тормозом-замедлителем лопастного типа, который устанавливается на ве-

дущем валу коробки передач и является вспомогательной тормозной систе-

мой, предназначенной для поддержания постоянной скорости при движении

по уклону вниз. Тормозной эффект гидрозамедлителя возникает при запол-

нении рабочей полости маслом, поступающим из гидравлической системы

гидромеханической передачи.

ТЕМА 3. АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ И САМОХОДНЫЕ МАШИНЫ

Лекция 19. Общее устройство автосамосвала



Транспортные машины. Конспект лекций -99-

При включении тормоза кинетическая энергия его переходит в энергию

тепла, отдаваемого маслу гидравлической системы гидромеханической пере-

дачи, которое циркулирует через масляный радиатор и охлаждается. Работа

замедлителя при спуске автомобиля лимитируется нагревом масла в гидро-

механической трансмиссии.

Тормоз-замедлитель дает тормозной эффект только при включенной

передаче, который уменьшается с переходом на высшие передачи, поэтому

безопасность движения под уклон обеспечивается только при соответствую-

щих ступенях передач.

Карданная передача вводится для передачи крутящего момента от

одного агрегата к другому при их несоосном расположении. В механической

трансмиссии это происходит при передаче момента от коробки передач 2 к

главной передаче 4 (рис. 19.3). В гидромеханической трансмиссии крутящий

момент передается с помощью двух карданных валов: промежуточного, со-

единяющего двигатель с гидромеханической передачей, и карданного вала

заднего моста, соединяющего гидромеханическую передачу с задним мос-

том.

Задний мост автосамосвалов с механической и гидромеханической

трансмиссией представляет собой агрегат, состоящий из центрального редук-

тора (главная передача — шестерни 4 и 9 и межколесный дифференциал – 5,

6, 10), полуоси 2 и двух колесных передач планетарного типа 7 и 5

(рис. 19.4).

Рис. 19.3. Схема заднего моста ав-

тосамосвалов с механической и гидроме-

ханической трансмиссиями: 1, 8 – колес-

ные передачи планетарного типа; 2, 7 –

полуоси; 3 – карданный вал; 4, 9 – главная

передача; 5, 6, 10 – межколесный диффе-

ренциал; К – корпус дифференциала; Р –

центральный редуктор

Рис. 19.4. Конструктивная схема

электромеханической трансмиссии авто-

самосвала: Д – двигатель; Г – генератор;

ТД – тяговый двигатель; Р – редуктор; ТК

– токоподводящие коммуникации; АУ – ап-

параты регулирования и управления

Центральный редуктор представляет собой одноступенчатую пе-

редачу, связанную с дифференциальным редуктором, который изменяет на

направление крутящего момента, увеличивает и равномерно распределяет

момент между ведущими колесами при различной частоте вращения (напри-

ТЕМА 3. АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ И САМОХОДНЫЕ МАШИНЫ

Лекция 19. Общее устройство автосамосвала



Транспортные машины. Конспект лекций -100-

мер, на повороте). Колесные передачи планетарного типа располагаются в

ступице задних колес и служат для увеличения крутящего момента на веду-

щем колесе (обычно на автосамосвалах грузоподъемностью более 25 т).

Электромеханическая трансмиссия применяется обычно при грузо-

подъемности более 80 т. Электромеханическая трансмиссия состоит из дизель-

генераторной установки, тяговых электродвигателей, механической передачи и

аппаратуры управления тяговыми электродвигателями (рис. 19.4).

На самосвалах распространена компоновка тягового электродвигателя

и механической передачи (редуктора) в ступице заднего (ведущего) колеса,

получившая название мотор-колеса (рис. 19.5). Иногда те или иные элементы

электромеханической системы частично выносятся из ступицы колеса для

улучшения условий охлаждения. Электромотор-колесо крепится к картеру

заднего моста (рычагу задней подвески на автомобилях с независимой задней

подвеской).

Электрическая трансмиссия позволяет существенно упростить кинема-

тическую схему автосамосвала по сравнению с механической и гидромеха-

нической трансмиссиями.

Рис. 19.5. Схема мотор–колеса: 1 –

ступицы; 2 – тяговый двигатель; 3 – ре-

дуктор

На автосамосвалах БелАЗ-7549 используется наиболее конструктивно

простая электрическая трансмиссия постоянного тока, состоящая из генера-

тора постоянного тока (Г), тяговых электродвигателей (ЭД) постоянного тока

и системы управления. Регулирование электропривода осуществляется по-

средством изменения тока возбуждения генератора и тяговых электродвига-

телей.

Автосамосвал БелАЗ-7521 оборудован трансмиссией переменно-

постоянного тока. В этом случае тяговые двигатели постоянного тока пита-

ются от синхронного генератора переменного тока через общую для них по-