Трансмиссия самосвала. Виды трансмиссий Исполнитель

Трансмиссия самосвала предназначена для передачи крутящего момента от ко­лен­ва­ла силового агрегата на ведущие колеса, а также для изменения направления крутящего момента и его величины.

{spoiler=Продолжать Читать}

Во время передвижения автомобиля коленвал мотора развивает до 4500-6500 об/мин., при этом ведущая колесная пара вращается со скоростью не выше 1300 об/мин. Это говорит о том, что даже на качественном дорожном полотне колеса машины вращаются в четыре раза медленнее коленвала. На неблагоприятном дорожном покрытии, когда соп­ро­тив­ле­ние движению автомобиля возрастает, и водитель вынужден двигаться с небольшой скоростью, данное отношение увеличивается.

В процессе эксплуатации машины, кроме изменения величины, подводимого к ко­ле­сам момента и скорости движения, возникает необходимость двигаться задним ходом, останавливаться, маневрировать. Выполнение этих всех операций становится возможным за счет того, что развиваемый силовым агрегатом крутящий момент через механизмы, сос­тав­ля­ю­щие трансмиссию автомобиля, подводится к ведущим колесам машины.

Все, что связывает мотор с ведущими автомобильными колесами, является сос­тав­ля­ю­щей трансмиссии автомобиля. Трансмиссия автомобиля осуществляет следующие функ­ции:

• изменяет направление и величину крутящего момента;
• передает крутящий момент от силового агрегата к колесам;
• выполняет перераспределение момента между ведущими колесами.

В зависимости от разновидности преобразуемой энергии, трансмиссия автомобиля бывает следующих видов (классификация трансмиссий):

• механическая(передает, а также преобразует механическую энергию);
• электрическая(осуществляет преобразование механической энергии в элект­ри­чес­кую, а после передачи ее к ведущим колесам, преобразование происходит в обратном направлении);
• гидрообъемная(выполняет преобразование механической энергии в энергию нап­рав­лен­но­го потока жидкости и после процесса ее передачи на ведущие колеса пре­об­ра­зу­ет в обратной последовательности);
• комбинированная(гидромеханическая, электромеханическая - т.н. "гибриды").

Классификация трансмиссий

Рассмотрим классификацию трансмиссий.

По методам передачи и преобразованию момента трансмиссии подразделяются на электромеханические, механические и гидромеханические.

Механическая трансмиссия. Трансмиссии механического типа (обычные и планетарные) в КПП содержат только фрикционные и шестеренчатые устройства. Преимущества их заключаются в коэффициенте полезного действия, небольшой массе и компактности, простоте в эксплуатации и на­деж­нос­ти в работе. Недостаток трансмиссии такого типа – ступенчатость изменения передаточных чисел, понижающая использование мощности силового агрегата. Длительное время на пе­рек­лю­че­ние рычагом передач усложняет управление автомобилем. Именно поэтому спор­тив­ные автомобили, оснащенные механической трансмиссией, снабжают электронными переключателями передач (кнопками на рулевом колесе, подрулевыми лепестками) и КПП со сверхбыстрыми синхронизирующими сервомеханизмами.

Использование трансмиссий механического типа свойственно советскому трак­то­ро­стро­е­нию.

Гидромеханическая трансмиссия. Трансмиссии гидромеханического типа оснащены гидромеханической КПП, которая состоит из механического редуктора и гидродинамического преобразователя момента. Преимущества таких трансмиссий заключаются в возможности автоматизации смены пе­ре­да­чи и облегчении управления, автоматическом изменении крутящего момента на основе внешних сопротивлений, фильтрации крутильных колебаний и уменьшении пиковых наг­ру­зок, действующих на агрегаты трансмиссии, и увеличении за счет этого долговечности и надежности трансмиссии поршневого мотора.

Главный недостаток таких трансмиссий – достаточно низкий коэффициент полезного действия из-за недостаточно большого КПД гидротрансформатора. Если КПД гид­ро­пе­ре­да­чи не меньше 0.8, диапазон изменения крутящего момента не выше трех, что заставляет иметь механический редуктор на 3-5 передач, включая передачу заднего хода. Необходимо располагать специальной системой охлаждения, а также подпитки гидроагрегата, что увеличивает габаритные размеры моторно-трансмиссионного отдела. Без фрикционов или специальных автологов пуск двигателя с буксира и торможением двигателем не обес­пе­чи­ва­ет­ся.

Трансмиссии гидромеханического типа активно применяются в западном трак­то­ро­стро­е­нии – «Леопард-2» (ФРГ), М1 «Абрамс» (США). В трансмиссиях перечисленных танков в основном приводе, кроме гидромеханических передач, также применяются в до­пол­ни­тель­ном приводе гидростатические передачи для выполнения поворота. Гид­ро­ме­ха­ни­чес­кой передачей оснащен дизель-поезд под названием Д1 венгерского производства, ра­бо­та­ю­щий на постсоветском пространстве ЖД-техники.

Гидравлическая трансмиссия. Трансмиссией гидравлического типа в транспортной технике является такая транс­мис­сия, в которой переключения осуществляются не механическим методом, а гид­рав­ли­чес­ки­ми аппаратами, т.к. чисто гидравлические трансмиссии встречаются довольно редко. Трансмиссия такого типа оборудована КПП с вторичным и первичным валами, а также, как и в обычной КПП, несколькими парами зубчатых колес, но включение необходимой пары в рабочий процесс выполняет не фрикционная или кулачковая муфта, а гидромуфта или же гидротрансформатор, который заполняется для включения передачи. Главное достоинство трансмиссии такого типа – включение передач совершенно безударное и полное отсутствие механических муфт, стабильно работающих в процессе передачи больших крутящих мо­мен­тов (к примеру, на тепловозах), главный минус – необходимость монтажа отдельной гидромуфты для каждой передачи. Из-за своих особенностей гидропередача применяется в основном на железнодорожной технике. Из отечественных разновидностей техники гид­ро­пе­ре­да­чей оснащены, к примеру, дизель-поезд ДР1, маневровые тепловозы ТГМ6 и ТГМ4.

Гидростатическая трансмиссия. В трансмиссии гидростатического типа для передачи мощности применяется ак­си­аль­но-плунжерные гидромашины. Преимущества данной трансмиссии – небольшая масса и габариты машин, отсутствие механической связи между ведущим и ведомым звеньями трансмиссии, благодаря чему удается разносить их на достаточно значительные расстояния и придавать гораздо большее число степеней свободы. Главный минус гидрообъемной передачи – высокие требования к чистоте жидкости, участвующей в рабочем процессе, а также повышенное давление в гидролинии.

Гидростатическая передача применяется на дорожно-строительных машинах (в основном в катках, так как там необходимо обеспечивать достаточно большое передаточное число, а также очень часто приводить вальцы с торца, затруднено построение механической передачи), как вспомогательная – в авиационной технике, металлорежущих станках, теп­ло­во­зах.

Электромеханическая трансмиссия. Трансмиссии электромеханического типа состоят из тягового электромотора (или нескольких), электрического генератора, электрической системы контроля, а также со­е­ди­ни­тель­ных кабелей. Главным достоинством трансмиссий электромеханического типа яв­ля­ет­ся обеспечение более широкого диапазона автоматического изменения силы тяги и крутящего момента, а также отсутствие кинематической жесткой связи между механизмами электротрансмиссии, что дает возможность создать разные компоновочные схемы.

Главными минусами, которые препятствуют распространению трансмиссий элект­ри­чес­ко­го типа, являются большая масса, габариты и цена (особенно если применяются электромашины постоянного тока), меньший КПД (по сравнению с механической). Но с развитием электротехнической промышленности, широким распространением ин­дук­тор­но­го, вентильного, синхронного, асинхронного и других разновидностей электропривода открывается все больше новых возможностей для электромеханических трансмиссий.

Данные трансмиссии широко используются в тепловозах, тракторах, карьерных самосвалах, морских судах, военной технике, самоходных механизмах, немецких военных машинах «Мышонок» и «Фердинанд», а также автобусах, которые с трансмиссией этой разновидности более правильно называются теплоэлектробусы, к примеру, ЗИС-154.

На современных автомобилях, по большей части, используется трансмиссия ме­ха­ни­чес­ко­го типа. Трансмиссия механического типа, в которой изменение крутящего момента происходит в автоматическом режиме, называется автоматической трансмиссией.

Устройство трансмиссии автомобиля

Следующее, что необходимо рассмотреть, это устройство трансмиссии автомобиля.

Разобрав, как получается и преобразовывается энергия при сгорании топливно-воздушной смеси в двигателе автомобиля, рас­смот­рим каким образом эта энергия применяется для движения автомобиля. Из изучения ДВС мы выяснили, что сгорание в замкнутом пространстве топлива с воздухом заставляет совершать движение поршня, который через шатун приводит во вращательное движение коленчатый вал с маховиком на конце. На следующем этапе в дело вступает транс­мис­сия.

Общее устройство трансмиссии автомобиля представлено на рисунке ниже.

Казалось бы, что сложного передать крутящий момент от маховика к колесам ав­то­мо­би­ля, используя несколько шестеренчатых колес? Давайте вспомним, что двигатель — это «сердце» автомобиля, которое постоянно работает независимо от того, двигается ав­то­мо­биль или стоит. Вот за одновременное совершение этих процессов и отвечает трансмиссия автомобиля, которая распределяет крутящий момент, в зависимости от требуемой ситуации. Чтобы понять принцип работы трансмиссии, стоит запомнить, что в самом простом ее варианте существуют три обязательных механизма: сцепление автомобиля, коробка передач автомобиля и ведущий мост автомобиля. В зависимости от конст­рук­тив­ных решений эту цепочку может дополнить карданная передача автомобиля, которая передает крутящий момент на задние колеса, а также раздаточная коробка, делящая энергию на несколько мостов.

Сцепление позволяет на непродолжительный временной промежуток отсоединить трансмиссию автомобиля от мотора авто и при переключении передач или при трогании транспортного средства с места обеспечивает постепенное, медленное включение транс­мис­сии.

Коробка передач создана для получения разных тяговых усилий на ведущую колесную пару за счет изменения крутящего момента, который от силового агрегата пос­ту­па­ет к карданному валу, для изменения направления вращения ведущей колесной пары при движении задним ходом, а также для отключения трансмиссии от мотора на длительный промежуток времени.

Главная передача существует для передачи крутящего момента от карданного вала к полуосям под углом в 90°, а также для уменьшения количества оборотов ведущей колесной пары по отношению к количеству вращений карданного вала.

Карданная передача выполняет передачу крутящего момента от выходного вала КПП к заднему мосту при колеблющемся (при движении машины) угле между ведущим валом главной передачи и осями вала КПП.

Дифференциал способствует вращению левого и правого ведущих колес с раз­лич­ны­ми скоростями на неровном дорожном полотне и поворотах. Две полуоси, которые через полуосевые шестерни связаны с дифференциалом, передают крутящий момент от диф­фе­рен­ци­а­ла к одному и другому ведущему колесу. Дифференциалы, монтируемые между приводами ведущих колес, называют межколесными, а те, которые ставят между разными осями, называются межосевыми (в трансмиссиях с полным приводом).

Виды трансмиссий

В качестве ведущих колес в устройстве трансмиссии автомобиля могут применяться задние, передние, а также задние и передние колеса. Если задние колеса выступают как ведущие, автомобиль является заднеприводным, если передние – переднеприводным. Приводом на задние и передние колеса оснащены полноприводные автомобили.

У машин с разными типами привода в устройстве трансмиссии автомобиля имеются значительные различия как по составу механизмов, так и по их устройству.

Различают три основных вида трансмиссии: полноприводная, заднеприводная, пе­ред­не­при­вод­ная.

Заднеприводная трансмиссия

В устройство трансмиссии автомобиля с заднеприводной системой входит:

• Коробка передач;
• Сцепление;
• Главная передача;
• Карданная передача;
• Полуоси;
• Дифференциал.

Более подробно заднеприводная трансмиссия была рассмотрена ранее, когда раз­би­рал­ся вопрос об общем устройстве трансмиссии автомобиля.

Переднеприводная трансмиссия

В машинах с приводом на переднюю колесную пару все механизмы трансмиссии находятся в подкапотном пространстве автомобиля и объединены в один узел агрегатов. В конструкцию коробки передач также включена главная передача с дифференциалом. По­э­то­му валы привода передней колесной пары выходят из картера к КПП.

Трансмиссия автомобиля, оснащенного передним приводом, включает в себя:

• Коробку передач;
• Сцепление;
• Дифференциал;
• Главную передачу;
• Валы привода передней колесной пары.

Полноприводная трансмиссия

Автомобили, оснащенные полным приводом, отличаются различными видами транс­мис­сий. Условно, их можно поделить на три категории.

Полноприводная система, подключаемая водителем. В системе данной транс­мис­сии автомобиля обязательно присутствует раздаточная коробка, при этом большинство моделей не оснащены межосевым дифференциалом, а присутствуют только межколесные.

Полноприводная система с автоматическим подключением. Зачастую, в по­доб­ных трансмиссиях автомобиля постоянно ведущими выступает передняя колесная пара, между осями установлена вискомуфта или фрикционная муфта с электроуправлением вмес­то дифференциала. Вязкостная муфта (вискомуфта) осуществляет передачу крутящего момента при разных скоростях вращения частей ее корпуса с помощью трения между дисками кремнийорганической жидкостью. Вискомуфта может устанавливаться в корпусе дифференциала для его автоблокировки или монтироваться между осями. Фрикционные муфты выполняют передачу крутящего момента благодаря трению в процессе сжатия пакета дисков.

Постоянная система полного привода. Автомобили с таким видом трансмиссии обязательно оснащены межосевым дифференциалом. Передача мощности ко всем колесам применяется не только для увеличения проходимости, но также для лучшей реализации разгонных характеристик автомобиля. Эти свойства достигаются благодаря пе­ре­расп­ре­де­ле­нию силы тяги.

Классические виды трансмиссий можно посмотреть на рисунке ниже.

Мосты — это оси автомобиля с колесами, на которых и держится рама автомобиля. Мосты бывают ведущими и ведомыми. Ведущий мост получает крутящий момент и заставляет вращаться колеса, и тем самым, автомобиль начинает двигаться. Ведомый мост выполняет функцию опоры. А по расположению относительно автомобиля по длине мосты бывают передними, средними или задними. Средние мосты встречаются у большегрузных автомобилей и предназначены для увеличения проходимости и снижения нагрузки на переднюю и заднюю ось.

В современных грузовых автомобилях можно увидеть, что средний мост при дви­же­нии машины будто висит под рамой, не касаясь проезжей части.

В совокупности всех этих параметров, автомобили делятся на переднеприводные, заднеприводные и полноприводные. То есть, какой мост приводит в движение автомобиль – такая и характеристика машины. Простой пример — понятие «колесная формула», классический вариант которой – 4х2. Бывает и 4х4, 6х4 и даже 12х12. Первое число – количество колес в автомобиле, второе – сколько из них приводятся в действие энергией от двигателя, заставляя вращаться остальные и двигаться сам автомобиль. Как следствие, в этой формуле никогда второе число не может быть больше первого. Для автомобилей оба числа всегда четные. Но, в свое время на заре автомобилестроения были прототипы с формулой 4х1, где приводным было только одно колесо.

2. Анализ влияния характеристик привода на эксплуатационные показа­тели карьерных самосвалов

Карьерные автосамосвалы с жесткой рамой и колёсной формулой 4x2 условно можно разделить на 9 классов грузоподъёмности: 27-36 т, 40-46 т, 50-65 т, 75-100 т, 109-136 т, 154-177, 180-218, 220-280 и более 280 т. В классах грузо­подъёмности до 75 т на самосвалах исполь­зуется только ГМТ, в остальных - самосвалы оборудуются обеими типами трансмиссий. Высокая манёвренность, автономность и технологическая    гибкость    автотранспорта обусловливают широкое его применение в различных горнотехнических, погодно-климатических и дорожных условиях. Для стран СНГ характерными являются сле­дующие условия.

   Горнотехнические. 1) Глубинные карьеры - движение с грузом на подъём эксплуатирующихся самосвалов); 2) нагорные карьеры (Мукуланский, Качканарский и др.) - движе­ние с грузом вниз в тормозном режимемашин).

Дорожные и климатические условия. Протяженность дорог с асфальтобе­тонным и бетонным покрытием составляет 26,5%, с щебёночным и гравийным покрытием - 55,5%, без покрытия (скальный грунт) - 18%. Руководящие уклоны дорог 8-10%, при этом в глубоких карьерах величина средневзвешенного укло­на в грузовом направлении составляет 5-6%. На 1 км маршрута приходится 2-3 поворота. Более 60% автотранспортных средств эксплуатируется в зонах Севера и холодного климата, где вероятность дней с сильным ветромсоставляет

Режим работы. Карьерные самосвалы эксплуатируются в непрерывном режиме в две (по 12 ч) или три (по 8 ч) смены по скользящему графику, средняя наработка самосвала за год составляет 5,5-6 тыс. ч. Мировой рекорд - 8128 ч, т.е. примерно 22 ч в сутки в течение всего года.

Технологические схемы работы. 1) Монотранспортные - транспортиро­вание горной массы в магистральном режиме от забоев до конечных пунктов (отвалов, складов обогатительной фабрики). Длина транспортированиясо­ставляет 0,5-7,5 км, высота подъёма горной массыдо 600 м, в перспективе высота подъёма может составить до 700 м [2]. 2) Многотранс­портные - транспортирует горную массу до перегрузочного пункта (промежу­точный склад или дробильно-перегрузочный комплекс) - сборочная схема, L =

.

В зависимости от условий эксплуатации затраты на транспортирование горной массы карьерными самосвалами составляют от 25% (в схемах с ЦПТ) до 75% (при разработке сложноструктурных месторождений) всех затрат по добы­че полезного ископаемого. При этом с увеличением глубины горных работ на каждые 100 м понижения себестоимость транспортирования воз­растает в 1,4-1,5 раза.

Учитывая высокую первоначальную стоимость и значительные затраты при эксплуатации карьерных самосвалов очевидна актуальность проблемы по­вышения эффективности их эксплуатации.

Данные о продажах большегрузных самосвалов за последние несколько лет свидетельствуют о стремительном вытеснении ЭМТ на моделях машин гру­зоподъёмностью до 220 т . Учитывая успешный опыт создания и эксплуата­ции самосвалов с ГМТ в классах грузоподъёмности свыше 75 т, практически все фирмы-производители ведут работы по переоборудованию выпускаемых ими моделей этим типом трансмиссии (табл.1).

Таблица 1

Модельный ряд в меньших классах грузоподъёмности значительно шире. Так, в классе фузоподъёмности 50-65 т (табл. 2), различные производители предлагают 8 моделей самосвалов с примерно одинаковыми техническим ха­рактеристикам машин.

Анализ этих данных говорит о перспективности использования на карьер­ных самосвалах привода с ГМТ. Отечественные производители в настоящее время могут предложить лишь 30; 40 и 55 т самосвалы с этим типом трансмис­сии. На БЕЛАЗе уже длительное время в проекте создание машин с ГМТ грузо­подъёмностью 90 и 135 т [1], но их проектирование тормозится отсутствием необходимого опыта.

На карьерах стран СНГ среди самосвалов с ГМТ наиболее распростра­нены отечественные БЕЛАЗы: БЕЛАЗ-7540 (540) - 30 (27) т и БЕЛАЗ-7548 (548)     - 42 (40) т, которые эксплуатируются уже длительное время и достаточно хорошо изучены. Начиная с 1988 г., в более высоких классах грузоподъёмности применяются самосвалы импортного производства: CAT 777D - 91 т и CAT 785B (785) - 118-136 т (см. табл. 4), которые являются конкурентами отечественных самосвалов БЕЛАЗ-7549 (549)     и БЕЛАЗ-7512 (7519), оснащенных ЭМТ.

Опыт использования на карьерах стран СНГ самосвалов с ГМТ совме­стно с моделями, оснащёнными ЭМТ различной и приблизительно равной грузоподъёмности - R-170 (170 т) фирмы EUCKLED; CAT-785B (136 т) и HD-1200-ГО (120 т) фирмы KOMATSU - в одинаковых условиях карьера «Мурунтау» показывает, что соотношение производительности этих машин примерно пропорционально их грузоподъёмности[8]. Самосвалы с ЭМТ HD-1200-1 и БелАЗ-7519 из-за перегрева тягового электрооборудования не могут осуществлять вывоз руды с нижних горизонтов карьера (глубинам). Использование самосвалов: САТ-785 (136 т), HD-1200 Deep (136 т), HD-1200 (120 т) и БелАЗ-75191 (110 т) в условиях карьера «Удачный» свиде­тельствует о том, что в первый год эксплуатации наибольшая производитель­ность наблюдалась у автосамосвалов HD-1200. За 5 лет эксплуатации их про­изводительность снизилась на 40%, у БелАЗ-75191 на 70%, а у САТ-785 на 21% уже в конце второго года эксплуатации. В летний период на глубинах до 300 м наблюдались перегрузки тяговых электродвигателей у автосамосвалов HD-1200 и БелАЗ-75191. Опыт эксплуатации HD-1200 Deep и САТ-785 сви­детельствует, что по таким показателям, как производительность, коэффици­ент технической готовности, себестоимость транспортирования, и тенденции их изменения - при одинаковом сроке службы машин - предпочтительнее са­мосвалы с ЭМТ.

Анализ изложенного материала показывает, что невозможно дать одно­значной оценки о влиянии технических характеристик привода самосвала на показатели его эксплуатации. В зависимости от условий эксплуатации пока­затели эффективности работы самосвалов с ГМТ как в магистральных схемах транспортирования, так и в сборочных находятся на одном уровне, а иногда и уступают по эффективности машинам с ЭМТ, хотя имеют перед ними зна­чительное преимущество - отсутствие явления перегрева тяговых электро­двигателей мотор-колёс.

Повышение эффективности эксплуатации самосвалов возможно либо за счёт снижения эксплуатационных затрат, либо повышения производительно­сти. Анализ структуры приведённых затрат на транспортирование горной массы самосвалами (табл. 5) , показывает, что наибольший эффект могут принести снижение затрат на шины и топливо, которые в совокупности опре­деляют порядка 30-50% затрат при эксплуатации самосвалов. Для изношен­ных машин, которые полностью амортизировали свою первоначальную стои­мость, но до сих пор эксплуатируются на некоторых карьерах, совокупное влияние этих статей на себестоимость транспортирования составляет до 60%.Для новых машин актуальным является снижение статьи на амортизацион­ные отчисления, которые в некоторых случаях достигают 36% .

Снижение затрат на шины возможно при правильном их подборе по критерию тепловой нагруженности, который примерно на 60-85% определяет их ходимость, остальные 15-40% определяются качеством дорожного полот­на. Тепловую нагруженность характеризует нагрузка на шину в тонно-километрах за час (ГКВЧ):

где:- средняя нагрузка на шину, т;- среднетехническая скорость движения самосвала,

Анализ конструкций карьерных самосвалов показывает, что существует достаточно широкий выбор моделей дизелей, имеющих примерно равные технические характеристики с номинальной мощностьюдо 1720 кВт и номинальной частотой вращения валадо  

Уменьшение затрат на топ­ливо возможно только за счёт снижения  его  расхода 

Методы повышения производительности самосвалов за счёт оптималь­ного выбора и использования грузоподъёмности, а также уменьшения време­ни простоев в настоящее время полностью исчерпаны. В работах [2-3] предложены методики по выбору оптимальной грузоподъёмности самосвала для заданных условий эксплуатации. Класс грузоподъёмности определяется производительностью карьера, характеристиками насыпного груза, парамет­рами маршрута - расстоянием транспортированияи высотой подъёма гор­ной массы, а также сопряжёнными параметрами погрузочного оборудова­ния и разгрузочных комплексов. В настоящее время практически все модели самосвалов имеют набор сменных кузовов, комплектация которыми зависит от плотности насыпного груза, благодаря чему имеется возможность исполь­зования полной грузоподъёмности самосвала. Для контроля загрузки совре­менные модели самосвалов оборудуются системами PLM (payload meter) или PMS (payload measurement system). Коэффициент использования грузоподъёмности самосвалов фирмы Caterpillar и Haulpak при надлежащей организации их работы составляет 0,94-0,96 Для сокращения затрат времени на перемещение самосвала к рабочему маршруту и оптимизации транспортных грузопотоков с началагодов на некоторых зарубежных карьерах применяются системы глобального позиционирования объектов (GPS) с использованием космических технологий .

Таким образом, становится очевидно, что повышение эффективности эксплуатации карьерных автосамосвалов в настоящее время возможно только за счёт сокращения продолжительности рабочего цикла, распределение за­трат времени при выпол­нение которого показано на (см. рис.1). Добиться этого можно следующими способами:

• сокращением вре­мени маневрирования и погрузки самосвала, про­должительность этих опе­раций с применением традиционных одноканатных электрических экскавато­ров достигает 20%; на крупных зарубежных карьерах эта проблема решается за счёт применения фронтальных погрузчиков и гидравлических экскавато­ров высокой производительности; при этом время загрузки самосвала сокра­щается с 6-7 до 3-4 мин, а отсутствие электрических кабелей позволяет уве­личить площадь маневрирования самосвалов;

Рис. 1. Распределение затрат времени при выполнении самосвалом транспортного цикла

Наибольшие резервы в сокращении рабочего цикла самосвалов могут быть реализованы при уменьшении ими времени движения в порожнем и грузовом направлениях, что достигается при повышении среднетехнических скоростей движения. Работа карьерного самосвала представляет собой ярко выраженный циклический процесс. При рассмотрении распределения затрат времени на выполнение транспортного цикла (рис.1), при принятии допуще­ния о выполнении самосвалом простейших манёвров (подъезд к пункту по­грузки или разгрузки, остановка и движение задним ходом к конкретному месту), возможно выделить 6 элементарных циклов движения, основными из которых являются движение в грузовом и порожнем направлениях. Продол­жительность цикла движения зависит от множества факторов (см. выражение 6). Средняя скорость движения за цикл определяется интегральной суммой мгновенных скоростей за рассматриваемый промежуток времени:

где— мощность дизеля;- коэффициент полезного действия трансмис­сии;- коэффициент отбора мощности дизеля на вспомогательные нужды и бортовые системы самосвала;- сила сопротивления качению колёс; - сила сопротивления от уклона трассы;— сила сопротивления воздуха;

 - сила сопротивления при движению по криволинейному участку; сопротивление от сил инерции;- ограничение величины мгновенной ско­рости движения.

Примерно на 99% силы сопротивления обусловливаются качением ко­лёс и уклоном трассы.

Другим подходом к повышению средней скорости движения является снятие ограничений по допустимым значениям мгновенных скоростей. В ра­боте [3] отмечается, что фактором, влияющим на температурный режим шин и долговечность опорных конструкций самосвала, является ровность до­рожного покрытия. В целях уменьшения динамических нагрузок на опорные узлы и тепловой нагруженности шин при движении по дорогам, имеющим неровности, предложено снижать и ограничивать скорости движения по ус­ловию ровности дорожного полотна (табл.6).

Эти результаты соотносятся с данными, приводимыми в работе [3], где утверждается, что для движения самосвала без ограничения скорости вы­сота неровностей не должна превышать 5 см, в местах погрузки и разгрузки неровности должны быть не более 10 см, при этом скорость движения огра­ничивается значением в 20 км/ч.

Существуют и другие ограничения от категории дороги,    вида промплощадки и параметров разгрузочных пунктов (согласно правилам безо­пасности. Расчётные ограничения скорости по усло­виям торможения, скольжения, заноса и опрокидывания зависят от геометрии и покрытия участков. Таким образом, мгновенная скорость движения само­свала ограничивается наименьшим значением . Кроме того, существует чисто технические ограничение скорости, обусловленные конструктивными осо­бенностями трансмиссии. Так, максимальная конструктивная скорость дви­жения самосвала, согласно работе [9], равна

где- радиус качения колеса;- передаточное отношение трансмиссии.

Тенденция повышения конструктивной скорости движения самосвала наблюдается на протяжении последних лет. Её значение за последние годы выросло с 30-55 до 50-70 км/ч во всех классах грузоподъёмности (см. табл. 1-3). Анализ тяговых характеристик F(u) карьерных самосвалов с ГМТ показы­вает, что реализация конструктивной скорости порожнего самосвала возмож­на при общем сопротивлении движению 2-3%. Такое сопротивление соответ­ствует ровному горизонтальному участку с асфальтовым или бетонным по­крытием при штилевой погоде. Так, например, самосвал CAT 777D, имею­щий площадь лобовой поверхностипри скорости движения 60,4 км/ч, согласно работе [4], будет испытывать сопротивление воздушной среды примерно в, при массе порожней машины 64 т удельное сопротивление ветрового потока составитаОчевидно, что реализация этой скорости возможна только при стечении целого ряда благоприятных обстоя­тельств. Обоснование максимальной скорости движения карьерных самосва­лов в научно-технической литературе не нашло своего отражения. Таким об­разом, этот вопрос требует изучения во взаимосвязи с обоснованием удель­ной мощности дизеля.

Повышение порога ограничивающих значений [о] по условию тормо­жения возможно за счёт применения систем антиблокировки тормозов ABS (anti-lock braking system), которые предотвращают скольжение шин по скользкой поверхности и при более высокой начальной скорости торможения тормозной путь самосвала не превышает допустимый. Такие системы уже ус­танавливаются на некоторые модели машин [10]. Кроме того, для автосамо­свалов с ГМТ скорость движения на спуск ограничивается из условия тепло­вой нагруженности тормозной системы в зависимости от протяжённости и «эффективного уклона» [4]. Решение проблемы рассеивания или утилизации тепловой энергии, отводимой от тормозов, позволит снять эти ограничения. Однако этот вопрос требует дополнительного исследования.

Конструктивно ГМТ карьерных самосвалов представляет собой меха­ническую трансмиссию с включаемым в работу гидротрансформатором (ГТ) (рис.2), который позволяет реализовывать тяговые свойства машины при тро-гании и работе самосвала в тяжёлых дорожных условиях, а в остальное время он заблокирован .

Рис. 2. Схема привода карьерного самосвала с ГМТ

1-дизель, 2-гидротрансформатор; 3- карданный вал; 4-коробка переключения передач (КПП);5-дифференциал;6-боротовой редуктор;7-колеса задние; 8-тормоза задние;9-колеса передние;10-тормоза передние.

С начала 80-х годов прошлого века конструкция гидромеханической трансмиссии пре­терпела коренные изменения. Рывок в развитии самосвалов с ГМТ в классах грузоподъёмности более 80 т произошёл после того, как была разработана тормозная система с масляным охлаждением и наборным диском, практиче­ски полностью исключающая возможность нерегулируемого торможения. Срок службы тормозов при этом в 5 раз выше, чем у колодочных или диско­вых. Создание электронных систем впрыска топлива позволило увеличить вращающий момент, передаваемый от дизеля к колёсам самосвала, на 20-30%, благодаря чему появилась возможность создания редукторов меньших размеров, в которых вместо прямозубой цилиндрической передачи (вальная схема) перешли на использование планетарной КПП, что уменьшило потери при переключении передач и повысило ресурс трансмиссии. Эти достижения позволили уменьшить массу трансмиссии, которая по своим массо-габаритным показателям для машин данного класса стала сопоставима с ЭМТ [6].

{/spoilers}