СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ

Машины для строительства промышленных, гражданских сооружений и дорог

Раздел: Строительство

9.1. Общие сведения

Основным нормативно-техническим документом, устанавливающим исполнение, категории, условия эксплуатации, хранении и транспортирования технических изделий в части воздействия климатических факторов внешней среды является ГОСТ 15150—69. По этому стандарту критерием районирования территории страны является температура окружающего воздуха. При этом на территории СССР выделено два макроклиматических района: с умеренным климатом У, где средняя из ежегодных абсолютных минимумов температура воздуха равна или выше —45 С и с холодным климатом ХЛ, где средняя из ежегодных абсолютных минимумов температура воздуха нчже —45 °С.

Соответственно макроклиматическим районам на территории СССР для технических изделий установлены следующие климатические исполнения: для макроклиматических районов с умеренным климатом исполнение У; для макроклиматических районов с умеренным и холодным климатом УХЛ. Если основным назначением изделий является эксплуатация в районе с холодным климатом и экономически нецелесообразно их использование вне пределов этого района, вместо обозначения УХЛ рекомендуется ХЛ.

Для строительных и дорожных машин в исполнении ХЛ (УХЛ) установлен диапазон температур окружающего воздуха +40 ... —60 С, при котором эти машины должны полностью сохранять свои потребительские свойства. По тричинам экономической и технической целесообразности и по согласованию с заказчиком в ряде случаев допускается ограничивать нижний предел температур окружающего воздуха.

Статистические данные о климатических факторах, которыми следует пользоваться при установлении технических требований, выборе режимов испытаний, правил эксплуатации, хранения и транспортирования любых технических изделий приведены в ГОСТ 16350—80, который детализирует ГОСТ 15150—69 в части макроклиматиче- ского районирования СССР. В нем макроклиматический район ХЛ разделен на два климатических района: очень холодный и холодный, а статистические параметры климатических факторов приведены по представительным и экстремальным пунктам для этих районов.

Технические требования к изделиям, поставляемым в макроклиматический район ХЛ регламентирует . ГОСТ 15150—69, который дополняет и в ряде случаев изменяет требования к изделиям, эксплуатируемым в макрокли- матическом районе с умеренным климатом.

В соответствии с условиями эксплуатации строительные и дорожные машины в исполнении ХЛ имеют ряд отличий от машин, предназначенных для эксплуатации в районах с умеренным климатом. Для машин в исполнении ХЛ используют специальные хладостойкие стали с соответствующей термообработкой; к металлоконструкциям предъявляются повышенные требования по снижению местных концентраций напряжений; для сварки нрименяют специальные электроды и проволоку; сварные швы подвергают дополнительной упрочняющей обработке.

Для надежного пуска двигателей внутреннего сгорания предусматривают установку аккумуляторных батарей повышенной емкости и их обогрев, предпусковые подогреватели, подогрев топлива и фильтров, впрыскивание во всасывающий воздушный тракт двигателя легковоспламеняющихся жидкостей и др.

Электропроводку выполняют преимущественно медными проводами с морозостойкой изоляцией и броневой защитой. Для уплотнений, манжет, прокладок применяют морозостойкие резины. Специальные требования предъявляют к лакокрасочным и смазочным материалам, топливам и специальным жидкостям.

Кабина должна быть достаточно вме- стимой для работы машиниста в климатической одежде, теплоизолированной, иметь отопительные устройства и вентиляцию, защиту стекол от обледенения и др.

Наибольшее распространение получили жидкостные подогреватели типа ПЖБ (бензиновые) и ПЖД (дизельные). Бензиновые подогреватели состоят из котла, электромагнитного клапана подачи топлива, электровентилятора, топливного бачка, пульта управления и топливо-, воздухопроводов. Подогреватели снабжены регуляторами подачи топлива, установленными в одном блоке с электромагнитным клапаном.

Котел имеет камеру сгорания со свечой накаливания, жаровую трубу, внутренний (обратный) и наружный газоходы и две соединенные между собой жидкостные рубашки. Воздух подается в камеру сгорания электровентилятором, топливо поступает самотеком из топливного бачка через электромагнитный клапаи. Розжиг топлива осуществляется свечой накаливания. После того, как в камере установится устойчивое горение, свеча выключается, и дальнейшее горение поддерживается от ранее образовавшегося пламени. Продукты сгорания проходят по внутреннему и наружному газоходам, нагревают жидкость в рубашках котла н затем через газоотводящий патрубок направляются под картер двигателя для подогрева масла. Во время работы бензинового подогревателя между рубашками котла и двигателя происходит термосифонная циркуляция нагреваемой жид- к ости.

На строительно-дорожной технике в основном используются дизельные двигатели, для предпускового подогрева которых применяют подогреватели типа ПЖД- Дизельные подогреватели состоят из котла, горелки, насосного агрегата, электромагнитного клапана, пульта управления и системы трубопроводов и шлангов.

Котел подогревателя ПЖД конструктивно подобен котлу подогревателя ПЖБ и включает центробежную жаровую трубу, внутренний (обратный) н наружный газоходы и две, соединенные между собой жидкостные рубашки. Он выполнен из коррозион- но-стойкой стали Х18Н10Т толщиной около 1 мм.

Съемная горелка подогревателя с тангенциальной подачей воздуха состоит из наружного и внутреннего цилиндров, завихрителя первичного воздуха, форсунки для распыления топлива и свечи накаливания.

Насосный агрегат включает вентилятор, жидкостный и топливный насосы, приводимые в действие электродвигателем. При работе подогревателя шестеренный насос подает топливо из бака машины к электромагнитному клапану. При открытом клапане топливо через форсунку под давлением поступает в камеру сгорания, где в распыленном виде смешивается с воздухом, нагнетаемым электровентилятором, и воспламеняется от свечи накаливания. Сгорая, топливо нагревает стенки теплообменника, через которые теплота передается жидкости, поступающей в котел под напором, создаваемым жидкостным насосом.

Котел подогревателя соединен с рубашкой блока цилиндров двигателя шлангами, по которым осуществляется циркуляция нагреваемой жидкости. Газы, выходящие через выпускной

патрубок подогревателя, направляются под картер двигателя для обогрева масла.

К настоящему времени создан обширный по теплопроизводительности гипоразмерный ряд подогревателей ПЖД, его диапазон 29—70 кВт. Конструкции подогревателей непрерывно совершенствуются.

В СССР приступили к изготовлению двух типоразмеров автономных жидкостных подогревателей с электронным управлением 14.8106 ( 9.1) и 15.8106 для напряжения 24 В и подогревателя 151.8106 для напряжения 12 В. Указанные подогреватели состоят из следующих основных узлов: блока управления; котла (горелки и газожидкостного теплообменника); таймера; циркуляционного насоса с электродвигателем и термовключателя. Горелка имеет электродвигатель, вентилятор, топливный насос, форсунку и два запальных электрода для искрового розжига.

Подогреватель работает в двух режимах: предпускового подогрева и поддержания теплового состояния двигателя и кабины. В режиме предпускового подогрева подогреватель готовит двигатель к работе непосредственно перед началом смены; в режиме поддержания он включается сразу после остановки двигателя и благодаря цикличности работы сохраняет необходимый тепловой режим двигателя и кабины до следующей смены. В режиме предпускового подогрева с помощью таймера можно задать любое время включения подогрева в течение 19 ч до пуска двигателя.

Техническая характеристика наиболее распространенных отечественных жидкостных подогревателей приведена в  9.4.

Помимо жидкостных подогревателей в отечественной и зарубежной практике при подготовке машин к работе в условиях низких температур широкое распространение нашло нагревательное электрооборудование. Для электроподогрева двигателей и других элементов машин могут быть применены следующие типы электронагревательных элементов: трубчатые электронагреватели (ТЭН), термопатроны, гибкие ленточные нагреватели, нагревательные панели.

Трубчатые электронагреватели являются наиболее надежными, эффективными и удобными в эксплуатации нагревательными элементами с большим сроком службы. В соответствии с ГОСТ 13628—74 трубчатые электронагреватели изготовляют следующих номинальных диаметров: 8; 8,5; 9,5; 10; 10,7; 12,5; 13 и 16 мм; развернутой длины: 250, 300, 350, 420, 500, 600, 700, 780, 850, 1000, 1200, 1400, 1700, 2000, 2400, 2800, 3350, 4000, 4750, 5600 и 6300 мм; номинальной мощности: 0,05; 0,06; 0,08; 0,1; 0,12; 0,16; 0,2; 0,25; 0,32; 0,4; 0,5; 0,63: 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 3,5; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12; 12,5; 16; 20 и 25 кВт; номинального напряжения: 12, 24, 36, 48, 55, 60, 110, 127, 220 и 380 В. Для подогрева охлаждающей жидкости и масла в автотракторных двигателях специально разработаны и изготовляются по ТУ 16-531-675—75 трубчатые нагреватели типа ТЭНБ ( 9.2, а—в).

Упрощенным вариантом ТЭН являются термопатроны, которые могут быть изготовлены без применения специального оборудования, однако срок нх службы ниже. Эти нагреватели могут также использоваться в блоках двигателей внутреннего сгорания в предпусковой период при низких температурах окружающего воздуха. Мощность термопатронов колеблется от 0,5 до 3,0 кВт (удельная мощность 20 ... 50 кВт/м2).

Гибкие ленточные нагреватели ЭНГЛ 180 имеют рабочую температуру 180 °С и могут быть использованы для подогрева или компенсации тепло- потерь в различных устройствах. Напряжение питания гибких ленточных нагревателен 220 В.

Кабина. Помимо требований максимальной унификации с кабинами машин в исполнении У кабины машин в исполнении ХЛ должны удовлетворять ряду специфических условий, предъявляемых к их конструкциям: удобство работы оператора в климатической одежде, обеспечение надлежащего микроклимата, наличие автономного отопителя и др.

вид унифицированной кабины экскаваторов и кранов в исполнении ХЛ. Кабина оборудована отопителем теплопроиз- водительностью 5,2 кВт, вентилятором производительностью 355 м3/ч, огнетушителем объемом 0,3 л, термосом для питьевой воды вместимостью 3 л, индивидуальной аптечкой и стеклоочистителем.

Теплоизоляция кабины осуществляется наклейкой пенополиуретана, дублированного винилискожей, на все внутренние поверхности ограждений стен и потолка кабины толщиной до 30 мм. Пол теплоизолируется техническим войлоком и резиновым ковриком. Конструкция кабины предусматривает теплоизоляцию всех ограждений, исключающую возможность образования «мостиков холода» из элементов металлоконструкций.

Кабина имеет двойное остекление, выполненное из стеклопакетов специализированного производства с герметичной воздушной прослойкой между стеклами 4 . . 8 мм. Специальный резиновый профиль охватывает стекло- пакет и многослойную стеику кабины, обеспечивая крепление стеклопакета и герметичность оконного проема. Дверной проем имеет двойное уплотнение. Дверь оборудована замком с автоматической защелкой.

Обогрев кабины осуществляется подачей нагретого в отопнтеле воздуха по специальной системе воздуховодов, обеспечивающей обогрев поверхности пола в зоне размещения ног оператора и струйный обдув лобового н бокового остекления. Отопитель радиаторного типа установлен у задией стенки кабины и работает от жидкостной системы охлаждения двигателя и предпускового подогревателя типа ПЖД или 14.8106, имеющего принудительную циркуляцию подогреваемой жидкости. В качестве генераторов тепловой энергии применяют также автономные воздушные отопителн ( 9.6). Автономный отопитель необходим при вынужденной остановке двигателя и на машинах, имеющих предпусковой подогреватель с системой циркуляции теплоносителя термосифонного типа.

9.3. Применяемые материалы

Конструкции машин исполнения ХЛ, их узлов н деталей должны выдерживать эксплуатационные нагрузки с учетом возможности хрупких разрушений под действием низких температур.

Стандартами иа низколегированные стали ГОСТ 19281—89 и ГОСТ 19282—89 предусматривается поставка стального листового и фасонного проката с гарантированной ударной вязкостью не менее 290 кДж/м2 при отрицательных температурах.

Низколегированные стали по хладо- стойкости разделены на 15 категорий. Стали 1-й и 2-й категорий поставляются без контроля ударной вязкости. Низколегированные стали 6—9-й категорий поставляются с контролируемой ударной вязкостью при температуре соответственно —40, 50, 60 и 70 °С. Для низколегированных сталей категорий 12—15 предусмотрены дополнительные испытания при температуре ~f-20°C на ударную вязкость образцов, предварительно подвергнутых механическому старению.

Институт электросварки им. Е. О. Патона рекомендует применять для машин с расчетной температурой эксплуатации до —50 °С низколегированные стали с контролем ударной вязкости при —40 °С, что соответствует 6-й категории по ГОСТ 19282—73; для машин с расчетной температурой ниже —50 °С прокат с гарантированной ударной вязкостью при температуре —70 °С, что соответствует 9-й категории по ГОСТ 19282—73.

В соответствии с рекомендациями ЦНИИчермета, изданными в 1984 г., для сварных конструкций с расчетной температурой до —50 °С допускается применять низколегированные стали 7- или 13-й категории с гарантированной ударной вязкостью при температуре, равной расчетной. Для сварных конструкций с расчетной температурой ниже —50 °С (—50 ... —65 °С) рекомендуются стали 8-й, 9-й или 14-й, 15-й категорий с гарантированной ударной вязкостью при расчетной температуре ( 9.7).

Низколегированные стали 09Г2С, 15ХСНД хорошо зарекомендовали себя при эксплуатации машин, однако во многих случаях уже не удовлетворяют современным требованиям из-за недостаточной прочности. Особенно при создании машин повышенной единичной мощности и грузоподъемной техники, когда масса конструкции имеет большое значение.

Перспективным в этой связи является применение сталей повышенной и высокой прочности, экономно легированных, общего назначении, обладающих комплексом прочности, вязкости и хладостойкости.

Для изготовления режущих элементов землеройных машин рекомендована высокопрочная, износостойкая сталь 36Г2СР. После объемной закалки от 850 °С и последующего отпуска при 200 ... 300°С сталь обладает следующими механическими свойствами: o0i2 = 1580 ... 1650 МПа, ав = = 1800... 1850 МПа; <р = 31 ...38%; твердость НВ450, ударная вязкость а-бо = 40 ... 50 Дж/см2. Износостойкость ножей бульдозеров, изготовленных из этой стали, в 2,5—3 раза выше износостойкости серийных ножей из сталей 35 и 15ХСНД с наплавкой ФБХ-6-2 и находится на уровне износостойкости ножей из импортной стали фирмы «Катерпиллер».

ВНИИСтройдормаш совместно с СПКТБстройдормаш создал штампованные наконечники рыхлителей класса 10 и 25. Наконечники имеют форму двутавра, выполнены из стали 36Г2СР. Ресурс штампованных наконечников при разработке вечно- мерзлых грунтов в условиях холодного климата в 2—2,6 раза выше, чем литых наконечников из стали 110Г13Л.

Разработаны также сварно-кованые наконечники из стали 36Г2СР, имеющие мягкую прослойку по месту сварки, которая обеспечивает сохранение рациональной вогнутой формы режущей кромки и хорошую самозатачиваемость.

Резинотехнические изделия и полимерные материалы, используемые для комплектации машин в исполнении ХЛ, должны сохранять работоспособность при воздействии климатических факторов внешней среды в соответствии с ГОСТ 15150—69 и ГОСТ 16350—80 (воздействие низких температур до —60°С, солнечной радиации до 635 Вт/м2 в сутки, повышенного содержания озона) и других факторов, характеризующих условия эксплуатации изделий (воздействие высоких температур до -)- 150 ... 200 °С, влаги, агрессивных сред, трения о сопряженные детали).

Большое количество ясных и солнечных дней в континентальных районах Якутии и Магаданской области и повышенная проницаемость атмосферы ускоряют процессы старения полимеров и ухудшают их эксплуатационные характеристики. Поэтому для изделий, эксплуатируемых на Севере, необходимо выбирать резины и пластмассы, обладающие повышенной стойкостью к радиационному фону.