Файл: Смирнов, В. И. Строительные машины учебник.pdf

Раздел II

ЭНЕРГОСИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ, МЕХАНИЗМЫ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ И ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА

Глава 5

СИЛОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН

Силовое оборудование вместе с трансмиссией составляет при­ вод машины.

По виду силового оборудования машины могут иметь механи­ ческий (от двигателей внутреннего сгорания и паровых двигате­ лей), электрический, гидравлический или пневматический привод. Некоторые машины имеют комбинированный привод — дизельэлектрический, днзель-гидравлический, электрогидравлический

и т. д.

Приводы бывают одномоторные (групповые) и многомотор­ ные (индивидуальные). В одномоторном приводе от одного двига­ теля движение передается группе рабочих механизмов машины. При многомоторном приводе все исполнительные механизмы ма­ шины имеют отдельный индивидуальный двигатель, что существен­ но упрощает трансмиссию машины. Большинство сложных строи­ тельных машин выпускается с многомоторным приводом.

В качестве основного силового оборудования на современных строительных машинах применяются двигатели внутреннего сгора­ ния и электрические двигатели. Кроме того, на ряде машин ис­ пользуются гидравлические и пневматические двигатели, приво­ димые в действие давлением рабочей жидкости и энергией сжа­ того воздуха. В этом случае на машине устанавливается гидро­ насос или компрессор, получающий механическую энергию от основного силового оборудования.

На машинах с комбинированным дизель-электрическим при­ водом в силовое оборудование входит генератор, вырабатывающий электроэнергию для питания электродвигателей.

74

\

§ 5-1. Двигатели внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания преобразуют тепловую энер­ гию сгорания топлива в механическую работу непосредственно внутри своих цилиндров, что обеспечивает их автономность от внешних источников энергии. В связи с этим данные двигатели устанавливаются преимущественно на самоходных строительных

Рис. 5-1. Схема поперечного разреза (а) и индикаторная диа­ грамма (б) дизеля

машинах. По числу тактов двигатели подразделяются на четырех­ тактные и двухтактные. У первых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, т. е. за два оборота коленчатого вала, у вто­ рых — за два хода поршня. Наибольшее распространение полу­ чили четырехтактные двигатели.

В зависимости от способа смесеобразования двигатели внутрен­ него сгорания бывают двух типов:

—дизели, у которых рабочая смесь из топлива и воздуха образуется внутри цилиндра и воспламеняется от высокой темпе­ ратуры сжатого воздуха;

—карбюраторные двигатели, у которых смесеобразование про­ исходит в карбюраторе (вне цилиндра) и смесь воспламеняется

электрической искрой.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля совершается следую­ щим образом (рис. 5-1). При такте всасывания открывается впуск­ ной клапан 8 и за счет разрежения, создающегося над опускаю-

75

щпмся поршнем 3, в цилиндр засасывается чистый воздух. Посту­ пивший в цилиндр воздух затем сжимается в 15—19 раз поршнем,

400 н/см2. В конце такта сжатия в цилиндр через форсунку 10 под давлением 1200—2100 н/см2 впрыскивается в мелкораспыленном состоянии дизельное топливо. Частицы топлива, соприкасаясь с го­ рячим воздухом, воспламеняются. Сгорающее топливо образует большое количество газов с давлением до 600—800 н/см2, под дей­ ствием которого поршень перемещается вниз, совершая рабочий ход и через шатун 2 вращая коленчатый вал 1. Рабочий цикл за­ вершается тактом выпуска, при котором отработавшие газы вы­ брасываются из цилиндра через открывающийся на этот период выпускной клапан 11.

Важное значение для работы двигателей имеет вопрос смесе­ образования. В дизеле продолжительность приготовления смеси чрезвычайно мала (0,0060—0,0015 сек) и соответствует времени поворота коленчатого вала всего на 12—20°. Это не позволяет работать дизелю с большим числом оборотов. В настоящее время выпускаются дизели с непосредственным впрыском (В-2, ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, Д-108, Д-130), с предкамерным (КДМ-100) и вихре­ камерным смесеобразованием (СМД-14, Д-50 и др.).

При непосредственном впрыске хорошее - перемешивание топ­ лива с воздухом обеспечивается за счет высокого давления впрыска (до 2200 н/см2) через отверстия распылителя форсунки, диаметр которых 0,15—0,25 мм. Дизели с непосредственным впрыс­ ком обладают большим числом оборотов (до 2000—2200 об/мин), ■меньшим расходом топлива и способны запускаться с помощью стартера. Однако они отличаются жесткостью работы, предъяв­ ляют более высокие требования к топливной аппаратуре и чистоте топлива.

В дизелях с предкамерным и вихрекамерным смесеобразова­ нием в головке цилиндра располагается цилиндрическая или шаро­ образная камера, сообщающаяся с основной камерой сгорания каналом. Перемешиванию топлива с воздухом в этом случае спо­ собствует вихревое движение воздуха в камере. Кроме того, в ре­ зультате сгорания в камере части топлива остальное топливо под действием высокого давления по каналу выбрасывается в основную камеру сгорания, где окончательно перемешивается с воздухом. Данные способы смесеобразования требуют меньшего давления впрыска, обеспечивают более мягкую работу дизеля и менее при­ хотливы в отношении качества и чистоты топлива. Вместе с тем из-за большой поверхности охлаждения дополнительных камер дизели с подкамерным и вихрекамерным смесеобразованием ме­ нее экономичны, могут запускаться только с помощью специаль­ ных пусковых двигателей и имеют меньшее число оборотов колен­ чатого вала (до 1000—1500 об/мин).

76

Особенностями рабочего цикла четырехтактного карбюратор­ ного двигателя являются:

1.При такте всасывания в цилиндр двигателя поступает пред­ варительно подготовленная в карбюраторе горючая смесь из бен­ зина и воздуха. Время на ее приготовление и окончательное пере­ мешивание значительно больше, чем у дизелей, что позволяет уве­ личить скорость вращения коленчатого вала до 3000—4500 об/мин.

2.Сжатие смеси производится в 6—9 раз; при большем сжа­ тии возможно самовоспламенение и детонация смеси (сгорание со взрывной скоростью).

3.Воспламенение смеси в конце сжатия происходит электриче­ ской искрой высокого напряжения, в связи с чем карбюраторные двигатели оснащаются системой зажигания.

4. Давление газов в начале рабочего хода достигает 300—400 н/см2, что существенно уменьшает крутящий момент на коленчатом валу. Одновременно с этим снижение нагрузки на де­ тали двигателя от давления газов позволяет уменьшить их раз­ меры п соответственно вес карбюраторного двигателя.

Последнее время находят применение газовые двигатели, отли­ чающиеся от карбюраторных тем, что & качестве топлива в них используется сжиженный газ пропан или бутан и вместо карбюра­ тора имеется смеситель для перемешивания газа с воздухом. Кро­ ме того, существуют многотопливные двигатели, приспособленные для работы как на бензине, так и на дизельном топливе.

Основными параметрами, характеризующими двигатель внут­ реннего сгорания, являются: число цилиндров, литраж, степень сжатия, число оборотов, мощность, крутящий момент и удельный расход топлива.

Двигатели строительных машин имеют от 4 до 12 цилиндров. Многоцилиндровые двигатели отличаются более плавной работой и большой мощностью.

Литражом Vn двигателя называется сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя:

VK= z V f,

где 1/р — рабочий объем цилиндра (часть объема цилиндра между крайними верхним и нижним положениями поршня), л;

Z— число цилиндров двигателя.

Чем больше литраж, тем большее количество смеси поступает в двигатель и большую мощность он может развить.

Степень сжатия е показывает, во сколько раз воздух или горю­ чая смесь сжимается при такте сжатия. Она определяется как от­ ношение полного объема цилиндра V„ к объему камеры сгора­ ния 1/с:

77

Чем меньше камера сгорания, т. е. пространство над поршнем при его верхнем положении, тем меньше остается отработанных га­ зов в цилиндре и больше может поступить воздуха или смеси в ци­ линдр. Поэтому двигатели с большой степенью сжатия отличаются более высокой мощностью и экономичностью.

Число оборотов п двигателя изменяется путем регулирования количества подаваемого топлива от 400—500 до 2000—2100 об/мин. у дизелей и до 3000—4500 об/мин у карбюраторных двигателей.

Мощность, развиваемая на коленчатом валу двигателя и назы­ ваемая эффективной N e, может быть подсчитана по формуле

РеУу

( 5- 1)

4500К

где ре — среднее эффективное давление газов в цилиндре, для дизелей принимаемое 100—120 н/см2, для карбюратор­ ных двигателей — 60—80 н/см2-,

К— показатель тактности двигателя; для четырехтактного цикла К равен 2, для двухтактного— 1.

Из последней формулы можно видеть, что двухтактные двига­ тели при одинаковых размерах с четырехтактными могут развить в два раза большую мощность. Однако для продувки их цилиндров от отработанных газов используется часть свежей горючей смеси, что резко ухудшает их экономичность. В связи с этим двухтактные двигатели широкого применения на строительных машинах не нашли.

Крутящий момент М е, развиваемый на коленчатом валу, зави­ сит главным образом от давления газов, площади поршня и ра­ диуса кривошипа. При одинаковых с карбюраторными двигателями габаритах дизели обладают большим крутящим моментом. Кру­ тящий момент определяется замером на специальных тормозных установках, и по его значению вычисляется эффективная мощ­ ность

В формуле (5-2) крутящий момент принимается в н-м. Удельный расход топлива ge характеризует экономичность дви­

Зависит gp. от типа двигателя и его технического состояния.

Значения основных параметров двигателей внутреннего сгора­ ния строительных машин приведены в табл. 5-1.

78