Двигатель машины вместе с ее трансмиссией образует привод. По количеству силовых установок на машине различают одномоторный (групповой) и многомоторный (индивидуальный) приводы. У машин с одномоторным приводом переключение механизмов и изменение направления их вращения осуществляются соответственно муфтами и реверсом. При многомоторном приводе муфты отсутствуют, а каждый основной механизм снабжается индивидуальным двигателем, приводящим в движение соответствующий механизм. Реверсирование осуществляется изменением направления вращения вала двигателя.
На строительных машинах применяют следующие типы силового оборудования:
а) электрический — двигатели переменного и постоянного токов;
б) двигатели внутреннего сгорания;
в) пневматический;
г) комбинированный — дизель-электрический, дизель-пневматический, дизель- или электро-гидравлический;
д) паровой.
Основным видом силового оборудования стационарных машин являются электродвигатели, для питания которых электроэнергия подводится извне по кабелю. Для машин передвижных, как правило, применяют двигатели внутреннего сгорания, преимущественно дизели. Электродвигатели применяют и в ряде передвижных машин (кранах, экскаваторах); на этих машинах электроэнергия для питания электродвигателей вырабатывается установленным на машине генератором, приводимым во вращение дизелем (комбинированный привод).
Электрический привод находит широкое применение благодаря своим положительным качествам — высокой экономичности, возможности применения индивидуальных приводов для отдельных механизмов, постоянной готовности к работе, удобству управления и чистоте рабочего места.
В строительных машинах применяют преимущественно электроприводы на переменном трехфазном токе нормальной частоты (50 гц). Приводы постоянного тока и по системе генератор — двигатель применяют при необходимости регулирования скоростей машины с обеспечением плавности ее работы (например, для мощных экскаваторов). Для привода машин, имеющих длительно-непрерывный режим работы (конвейеры, дробилки, бетоносмесители и т. п.), применяют электродвигатели общепромышленных типов. Для привода машин, имеющих кратковременно-повторный режим работы (краны, экскаваторы), применяют специальные крановые электродвигатели, работающие при частых пусках и торможениях, с широко регулируемой скоростью’ вращения, обладающие значительной перегрузочной способностью (отношением максимального момента, развиваемого двигателем, к его номинальному моменту). Крановые электродвигатели имеют переменную номинальную мощность, зависящую от режима их использования, определяемого относительной продолжительностью включения (ПВ %).
Двигатели внутреннего сгорания являются основным видом силового оборудования для передвижных строительных машин. Наиболее широкое применение нашли дизели, работающие на тяжелом жидком топливе. Они имеют по сравнению с карбюраторными двигателями более высокий к. п. д. (0,4—0,6), меньший расход топлива (на 40—50%) и потому более экономичны. Независимость двигателя внутреннего сгорания от внешних источников энергии обеспечивает работу машин в любых условиях. В современной практике мощность дизеля, установленного на строительной машине (бульдозере, скрепере), достигает 1215 кет (1650 л. с).
Двигатели внутреннего сгорания характеризуются малой удельной массой, постоянной готовностью к работе и широкими пределами регулирования скорости. Недостатки этих двигателей: невозможность непосредственного реверсирования, необходимость коробки перемены передач для регулирования величины крутящего момента, развиваемого двигателем, так как этот момент практически не зависит от числа оборотов вала.
Гидравлический объемный привод с использованием поршневых двигателей широко применяют для машин малой мощности :(погрузчиков, экскаваторов с емкостью ковша до 1,0 м3). Гидравлические двигатели являются двигателями вторичными; они получают энергию от насосов, подающих к ним рабочую жидкость и приводимых электродвигателями или двигателями внутреннего сгорания. Гидравлические приводы наиболее часто работают при давлении до 10—12 Мн/м2 (100—120 кГ/см2), однако имеются гидроприводы с давлением до 55 Мн/м2 (550 кГ/см2). Достоинства гидравлического привода: возможность работы при больших усилиях, широкие возможности регулирования скорости, надежность в работе.
Пневматический привод применяют лишь в различных вспомогательных устройствах в виде поршневых толкателей. Питание сжатым воздухом осуществляется компрессором с рабочим давлением 0,5—1 Мн/м2 (5—10 кГ/см2).
Паровой привод применяется редко и лишь для некоторых типов машин — паровоздушных молотов и паровых лебедок при забивке свай.
В настоящее время двигатель внутреннего сгорания является основным видом автомобильного двигателя. Двигателем внутреннего сгорания (сокращенное наименование – ДВС) называется тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу.
Различают следующие основные типы ДВС:
поршневой двигатель внутреннего сгорания;
роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания;
газотурбинный двигатель внутреннего сгорания.
Из представленных типов двигателей самым распространенным является поршневой ДВС, поэтому устройство и принцип работы рассмотрены на его примере.
Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются:
автономность;
универсальность (сочетание с различными потребителями);
невысокая стоимость;
компактность;
малая масса;
возможность быстрого запуска;
многотопливность.
Вместе с тем, двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков, к которым относятся:
высокий уровень шума;
большая частота вращения коленчатого вала;
токсичность отработавших газов;
невысокий ресурс;
низкий коэффициент полезного действия.
В зависимости от вида применяемого топлива различают следующие поршенвые ДВС:
Альтернативными видами топлива, используемыми в двигателях внутреннего сгорания, являются природный газ, спиртовые топлива – метанол и этанол, водород.
Водородный двигатель с точки зрения экологии является перспективным, т.к. не создает вредных выбросов. Наряду с ДВС водород используется для создания электрической энергии в топливных элементах автомобилей.
Поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет следующее общее устройство:
корпус;
кривошипно-шатунный механизм;
газораспределительный механизм;
впускная система;
топливная система;
система зажигания (бензиновые двигатели);
система смазки;
система охлаждения;
выпускная система;
система управления.
Корпус двигателя объединяет блок цилиндров и головку блока цилиндров. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизмобеспечивает своевременную подачу в цилиндры воздуха или топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.
Впускная система предназначена для подачи в двигатель воздуха.Топливная система питает двигатель топливом. Совместная работа данных систем обеспечивает образование топливно-воздушной смеси. Основу топливной системы составляет система впрыска.
Система зажигания осуществляет принудительное воспламенение топливно-воздушной смеси в бензиновых двигателях. В дизельных двигателях происходит самовоспламенение смеси.
Система смазки выполняет функцию снижения трения между сопряженными деталями двигателя. Охлаждение деталей двигателя, нагреваемых в результате работы, обеспечивает система охлаждения. Важные функции отвода отработавших газов от цилиндров двигателя, снижения их шума и токсичности предписанывыпускной системе.
Система управления двигателем обеспечивает электронное управление работой систем двигателя внутреннего сгорания.
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания основан на эффекте теплового расширения газов, возникающего при сгорании топливно-воздушной смеси и обеспечивающего перемещение поршня в цилиндре.
Работа поршневого ДВС осуществляется циклически. Каждый рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала и включает четыре такта (четырехтактный двигатель):
впуск;
сжатие;
рабочий ход;
выпуск.
Во время тактов впуск и рабочий ход происходит движение поршня вниз, а тактов сжатие и выпуск – вверх. Рабочие циклы в каждом из цилиндров двигателя не совпадают по фазе, чем достигается равномерность работы ДВС. В некоторых конструкциях двигателей внутреннего сгорания рабочий цикл реализуется за два такта – сжатие и рабочий ход (двухтактный двигатель).
