Общие сведения о приводе и видах трансмиссий
автомобильных подъемников и вышек
Привод — это устройство или комплекс устройств для приведения в действие
механизмов подъемников и вышек. Привод состоит из источника энергии,
механизмов для передачи энергии (трансмиссий) потребителям энергии
(рабочим механизмам) и системы управления.
Источником энергии для автомобильных подъемников и вышек служит
поршневой двигатель (бензиновый или дизельный) внутреннего сгорания
базовой машины. В этом двигателе топливо, распыленное и смешанное с
воздухом, сгорает внутри цилиндров, производя работу по перемещению
поршней. Следовательно, в двигателе внутреннего сгорания энергия
топливной смеси преобразуется в механическую.
Другим источником энергии является переменный ток напряжением 380 В
общей промышленной сети. От внешней сети работают в основном прицепные
подъемники в стационарных условиях на промышленных или жилых объектах.
Системы управления осуществляют пуск и остановку источников энергии и
рабочих механизмов, устанавливают необходимые режимы их работы,
контролируют работу всех составных частей привода.
Рабочие механизмы (потребители энергии), которых в подъемниках и вышках
насчитывается от четырех до десяти,
осуществляют передвижение машины, подъем и
опускание рабочего оборудования, вращение поворотной части, выдвижение
дополнительных опор.
Эти механизмы включаются раздельно или одновременно в зависимости от
конструкции и назначения подъемника, причем потребляемая мощность у
разных механизмов не одинакова. Наибольшая мощность требуется для
транспортирования подъемников или вышек. Для работы остальных механизмов
затрачивается, как правило, не более 35% мощности, расходуемой на
передвижение.
При выполнении той или иной рабочей операции расход энергии каждого
потребителя также не постоянный: он изменяется в зависимости от скорости
движения, массы поднимаемого груза, положения рабочего оборудования,
внешних условий. Различны и направления движений, их характер, например
ходовой движитель (колеса), поворотный круг, лебедки имеют вращательное
движение; гидроцилиндры подъема рабочего оборудования и гидроопоры —
возвратно-поступательное, а некоторые механизмы — комбинированное. Эти
разнообразные виды движений рабочих механизмов от источника энергии,
имеющего вращательное движение, осуществляются с помощью трансмиссий.
Трансмиссии состоят из элементов, называемых передачами. В зависимости
от видов передач трансмиссии (и приводы) бывают механические,
гидравлические, электрические и комбинированные.
Когда полученная энергия вращения от источника передается рабочим
органам единой механической трансмиссией, состоящей из механических
передач, коробок, редукторов, а также соединительных муфт,
обеспечивающих постоянное соединение узлов и деталей трансмиссии между
собой, такая трансмиссия называется механической. Мощность источника
энергии (двигателя) передается вращением валов элементов механических
трансмиссий с помощью шестерен, цепей, канатов, ремней, фрикционных
элементов.
При гидравлической трансмиссии схема преобразования и передачи мощности
от источника энергии потребителю более сложная. Механическая энергия,
источником которой является двигатель внутреннего сгорания базового
автомобиля, передается с помощью механических передач гидравлическим
насосом, преобразующим ее в энергию потока рабочей жидкости. Эта энергия
по трубопроводам передается гидравлическим моторам, которые преобразуют
ее в механическую энергию, передаваемую исполнительным механизмам, либо
по трубопроводам непосредственно исполнительным механизмам
(гидроцилиндрам). В первом случае трансмиссия представляет собой
совокупность нескольких передач: механической, передающей
механическую энергию от двигателя базового
автомобиля к гидравлическому насосу, гидравлической, передающей энергию
гидравлического потока гидравлическим двигателям, и снова механической,
передающей механическую энергию от гидродвигателя к исполнительному
органу (механизму вращения, лебедке).
При электрической трансмиссии энергия передается, как в гидравлическом
приводе, только передающим элементом трансмиссии вместо трубопроводов
являются электрические провода. При питании подъемников от внешней сети
электрического тока источник энергии как таковой на машине отсутствует,
и в этом случае энергия по Проводам подается непосредственно к
электродвигателям исполнительных механизмов, передающих ее с помощью
механических передач к исполнительным органам (ходовым колесам,
поворотной платформе). В этом случае трансмиссия значительно проще, но
подъемник имеет существенный недостаток, связанный с ограниченностью его
перемещения, так как он «привязан» к источнику тока.
Передача — механизм, служащий для передачи движения, как правило, с
преобразованием скорости и соответственно момента.
Механические передачи (гидравлические передачи будут рассмотрены в гл.
V) состоят из простейших элементов: деталей, передающих движение
(зубчатые шестерни и колеса, цепи, шкивы, ремни, карданы, валы, канаты),
и деталей, обеспечивающих движение (опоры, подшипники, оси, блоки). Одна
или несколько неподвижно скрепленных деталей называется звеном.
Совокупность двух звеньев, имеющих подвижность, но имеющих ограничение
на их относительное перемещение, называют кинематической парой
(передачей). В трансмиссиях подъемников и вышек широко применяются
зубчатые, червячные, планетарные, цепные, клиноременные и карданные
механические передачи.
Передачи имеют ведущее и ведомое звенья. Ведущим называется звено,
передающее движение, ведомым — звено, получающее движение от ведущего.
Движение от ведущего звена к ведомому может передаваться без
преобразования (изменения) или с преобразованием передаваемых скоростей
и соответствующих им крутящих моментов. Отношение частоты вращения
ведущего звена к частоте вращения ведомого называется передаточным
числом, а величина, обратная передаточному числу,— передаточным
отношением.
Если передача уменьшает частоту вращения ведомого звена по сравнению с
ведущим (передаточное число больше единицы), то передача называется
понижающей, и, наоборот, если частота вращения ведомого звена повышается
(передаточное число меньше единицы), то передача называется повышающей.
Зубчатые передачи состоят из двух зубчатых
шестерен. Их используют для передачи крутящего момента от одного вала к
другому. В зависимости от взаимного расположения валов зубчатые передачи
подразделяют на цилиндрические, конические и червячные.
Если валы параллельны, применяют цилиндрические зубчатые передачи.
Различают несколько видов цилиндрических передач в зависимости от формы
расположения зубьев. Если зубья расположены параллельно образующей
цилиндра (параллельно оси шестерни), то передача (и зацепление)
называется прямо-
зубой (рис. 32, а), если под некоторым углом, то
передача называется косозубой (рис. 32,6). Существует еще шевронная
передача (рис. 32,в), у которой расположение зубьев представляет собой
сочетание двух косозубых шестерен с противоположным наклоном зубьев.
Прямозубые передачи в силу простоты их изготовления используют очень
широко, но в основном в слабо- и средненагруженных и тихоходных
передачах. Косозубые и шевронные передачи имеют большую плавность и
несущую способность, но сложнее в изготовлении. Поэтому их употребляют в
быстроходных и более нагруженных передачах. Однако косозубая передача
создает осевые нагрузки на валы шестерни и колеса, что предъявляет
дополнительные требования к их закреплению.
Если ведущий и ведомый валы расположены в одной плоскости под углом друг
к другу, в том числе и перпендикулярно, применяют конические передачи.
В конических передачах зубья бывают прямые (рис. 32, г), косые, а также
криволинейной (спиральной) формы. Спиральные зубья обеспечивают
наибольшую плавность работы передачи, но сложнее в изготовлении. Как
правило, конические пе-редачи со спиральным зубом применяют в главных
передачах базовых автомобилей подъемников и вышек.
Рис. 32. Зубчатые передачи: цилиндрические: а —
Прямозубая, б — косозубая, в —шевронная, г — коническая с прямыми
зубьями, д — червячная
Отношение числа зубьев ведомого колеса к числу зубьев иедущей шестерни
численно равно передаточному числу зубчатой передачи. В трансмиссиях
подъемников и вышек в основном используются понижающие передачи.
Основными параметрами зубчатых передач являются: модуль зацепления
(отношение шага зацепления к числу я); число зубьев шестерни и колеса;
шаг зацепления (расстояние между двумя одноименными точками соседних
зубьев, взятое по делительной окружности шестерни и колеса); делительная
окружность (окружность, диаметр которой равен произведению модуля
зацепления на число зубьев шестерни или колеса). В зацеплении могут
находиться только шестерни и колеса с одинаковым модулем (шагом).
Червячные передачи применяют для передачи вращения от одного вала
другому, когда они лежат в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
Червячная передача (рис. 32, д) состоит из червяка, который является
ведущим звеном, и червячного колеса (ведомое звено). Зубьев у червяка,
т. е. число заходов, как правило, бывает один, два, реже три. Червячные
передачи в силу этого имеют большие передаточные отношения (до 40), но
обладают низким КПД. Если угол винтовой линии червяка будет небольшим
(не более 4,5%), образуется самотормозящая передача, т. е. движение
может передаваться только от червяка к колесу. Такие передачи
используют, например, в лебедках механизмов подъема рабочего
оборудования для повышения безопасности, так как червячная пара является
своеобразным тормозом лебедки.
Планетарные передачи (рис. 33) являются разновидностью цилиндрических и
конических зубчатых передач и отличаются тем, что в них некоторые
зубчатые колеса, называемые сателлитами 4, кроме вращения вокруг своей
оси 3 вращаются вместе с ней вокруг солнечной шестерни 2. Отсюда и
название «планетарная» передача. При этом одно из колес, как правило,
большое с внутренним зубом, называемое «короной» о, заторможено. Если в
передаче заторможено водило 6, т. е. оси сателлитов неподвижны, передача
становится обычной зубчатой.
Обычно в планетарных передачах применяют три сателлита. В конструкциях
подъемников и вышек планетарные передачи применяют в механизмах вращения
и ведущих мостах базовых автомобилей и называются дифференциалами, так
как обеспечивают ведущим колесам правого и левого борта различную
частоту вращения при движении по криволинейному участку дороги. В
дифференциалах применяются четыре сателлита 4 (конические шестерни),
водилом является крестовина 9 вместе с корпусом 7.
Зубья зубчатых, червячных и планетарных передач выполнены с эвольвентным
поперечным профилем. Несущая способность такого зацепления в силу малой
площади контакта зубьев не может быть существенно повышена. В зацеплении
Новикова профиль зубьев образован круговой линией, чем значительно
увеличена площадь контакта зубьев и, следовательно,
несущая способность зацепления. Однако из-за
сложности и трудоемкости изготовления такие передачи в подъемниках не
применяют.
Как правило, зубчатая передача подъемников помещена в закрытый корпус с
жидким смазочным материалом и называется редуктором. Число пар шестерен,
заключенных в корпусе редуктора, определяет его ступенчатость. Так,
одно-, двух- или трехступенчатый редуктор содержит соответственно одну,
две или три механические силовые передачи. В трансмиссиях подъемников и
вышек применяют, как правило, цилиндрические, конические, планетарные,
червячные и комбинированные редукторы.
Рис. 33. Однорядная планетарная передача с
неподвижной короной (а) и конический шестеренный дифференциал автомобиля
(б):
1 — ведущий вал. г —солнечная шестерня, 3 — оси сателлитов, 4 —
сателлиты, 5 — корона, 6 — водило, 7 — корпус дифференциала, в —шестерни
полуосей, 9 — крестовина
Цепные и клиноременные передачи применяют в тех случаях, когда
необходимо передать движение от одного вала другому, расположенным
параллельно, но на значительном расстоянии друг от друга.
Цепная передача (рис. 34) состоит из ведущей 3 и ведомой 1 звездочек и
цепи 2. При передаче движения ведомый вал получает вращение в том же
направлении, что и ведущий, в отличие от зубчатых передач. В
трансмиссиях подъемников
и вышек цепные передачи применяются редко, например
в механизме передвижения прицепного подъемника П2СВ, но зато широко
применяются в следящих механизмах, обеспечивающих горизонтальное
положение рабочих площадок (люлек) при различных положениях рабочего
оборудования.
Для цепных передач используют, как правило,
втулочно-роликовые цепи одно- и двухрядные. Во втулочно-роликовой цепи
(рис. 35) втулка 1 лысками закреплена в пластинах 2. Пальцы 5 проходят
через втулки и также с помощью лысок закреплены в пластинах 3. При
набегании цепи на звездочку трение
происходит между пальцами и втулкой. Большая
поверхность соприкосновения пальца и втулки снижает удельное давление.
На втулку свободно посажен ролик 4, что также снижает износ и
увеличивает срок службы. Шагом t зацепления такой передачи называется
расстояние между двумя соседними пальцами цепи. Передаточное отношение
зубчатой передачи определяется отношением числа зубьев звездочек.
Клиноременняа передача (рис. 36) также состоит из
ведущего 1 и ведомого 2 шкивов и клиновых ремней 3. Чтобы ремень имел
хорошее сцепление со шкивами, шкивы делают с канавками (желобками) и
трапецеидального сечения. Для передачи большего крутящего момента
клиноременные передачи бывают с двумя, тремя ремнями н более (до
шести). Передаточное отношение передачи
определяется отношением диаметров ведомого шкива к ведущему. Ременные
передачи применяют в быстроходных трансмиссиях, но передающих небольшой
крутящий момент.
Карданные передачи используют в трансмиссии для передачи мощности от
одного механизма к другому, когда механизмы в процессе работы могут
менять свое взаиморасположение на незначительную величину или когда
механизмы монтируют на различных функциональных частях для компенсации
неточ-ности их установки. Примером может служить карданная передача
базового автомобиля между коробкой передач и задним мостом. Карданная
передача состоит из вала и карданных шарниров.
Карданные передачи бывают с жесткими карданными шарнирами и с шарнирами
равных угловых скоростей. Передача с жесткими шарнирами (рис. 37, а)
имеет две вилки 2 и крестовину 1, установленную в вилках в четырех
игольчатых подшипниках 5. Два карданных шарнира и соединяющий их вал
состоят, как правило, из двух частей со шлицевым соединением. Это
позволяет передавать момент при изменении длины карданного вала.
Недостаток этой передачи в том, что шарнир неравномерно вращается
(переменная угловая скорость) за один оборот и имеет сравнительно
небольшой угол (до 12°) установки карданного вала. Там, где необходимо
обеспечить равномерность вращения и передачу крутящего момента под
большим углом (до 35°), используют передачи с шарнирами равных угловых
скоростей (рис. 37,6). Такой шарнир применяют для передачи крутящего
момента на передний ведущий мост базового автомобиля, который является и
управляемым мостом. Неравномерность хода управляемых ведущих колес
автомобиля недопустима потому, что вызывает потерю устойчивости при
быстром движении машины на повороте, повышенный износ шин н другие
нежелательные явления. Кроме того, карданный шарнир равных угловых
скоростей позволяет поворачивать управляемые колеса на больший угол.
Передача с шарнирами равных угловых скоростей состоит из двух вилок 7 с
овальными делительными канавками, четырех ведущих 10 и одного
центрального 9 шариков. Шарики всегда располагаются в плоскости, делящей
пополам угол между осями вилок, чем обеспечивается равномерность
вращения валов. Центральный шарик не позволяет ведущим шарикам
выкатиться из канавок.
Карданные передачи базовых автомобилей передают всю мощность двигателей,
при этом элементы карданных передач испытывают значительные нагрузки.
Поэтому карданные валы вместе с шарнирами подвергают динамической
балансировке, а узлы его выполнены из высокопрочных сталей.
