Пожарникам 7ляется величина крутящего момента. Его величина и изменение в зави- симости от частоты вращения вала двигателя M = f(n) и характеризуют приспособляемость двигателя. Это способность двигателя преодолевать (без воздействия со стороны водителя) возможное увеличение сопротив- ления от внешней нагрузки. Она характеризуется отношениями: K =maxеММ или K = maxmaxNnn. (5.12) Чем круче поднимется кривая Ме при уменьшении n, тем меньше снизится скорость автомобиля при увеличении сопротивления движе- нию. Следовательно, можно будет преодолевать более крутые подъемы, не переходя на пониженную передачу. Следовательно, чем больше К, тем лучше тяговые качества автомобиля, выше средняя скорость движе- ния и легче управление. По показателю К предпочтительнее бензиновые двигатели. У них K = 1,2 – 1,4, а у дизелей K = 1,05 – 1,15. Поэтому у дизелей имеются корректоры, повышающие K. Кроме того, на автомобилях с дизелями всегда больше число ступеней скоростей в коробке передач, чем у авто- мобилей с карбюраторными двигателями. На пожарных автомобилях используются двигатели различных ти- пов и серий. Параметры основных характеристик некоторых двигателей приводятся в табл. 5.4. Таблица 5.4 № п/п Марка Тип Ne max, кВт nN, об/мин 1 2 3 4 5 6 7 8 ЗИЛ-130 ЗИЛ-508.10 ЗМЗ-66 ЯМЗ-236 ЯМЗ-138 ЗИЛ-645 КамАЗ-740 КамАЗ-740.11 К К К Д Д Д Д Д 110 110 84,4 132 176 132 154 176 3200 3200 3200 2100 2100 2800 2600 2200 Примечание. К – карбюраторный двигатель; Д – дизель. Режимы эксплуатации двигателей ПА характеризуются рядом осо- бенностей. В гаражах пожарных частей они содержатся при температурах окру- жающей среды, а зимой при температуре не ниже 12 оС. Естественно, что это и температура охлаждающей жидкости двигателя. При вызове и следо- вании на пожар в течение 5 – 10 мин двигатели работают в режиме прогре- ва. Если пути следования относительно небольшие, то в транспортном ре- жиме ПА двигатели эксплуатируются в режиме прогрева. В среднем в те- чение года пробеги ПА по спидометру достигают значений 3500 – 4000 км. Второй особенностью эксплуатации двигателей является продолжи- тельный отбор мощности от него в стационарном режиме. В стационарном режиме работа на насосе достигает 100 – 120 ч в год. Так как один час ра- боты двигателя в стационарном режиме эквивалентен пробегу, равному 50 км, то приведенный пробег равен 5000 – 6000 км в год. Это соизмеримо с продолжительностью эксплуатации в транспортном режиме. Требованиями НПБ обусловлено, что двигатель должен обеспечить непрерывную работу насоса в течение шести часов при номинальных зна- чениях напора и величины подачи воды. Это очень жесткие условия еще и потому, что в стационарном режиме эксплуатации отсутствует стационар- ный натекающий поток воздуха на радиатор, имеющий место в транспорт- ном режиме эксплуатации. Поэтому не исключено, что в некоторых случа- ях произойдет перегрев двигателя. Во избежание этого неприятного явле- ния экспериментально была установлена необходимость ограничить вели- чину мощности, потребляемой в стационарном режиме nст = 0,7 Nmax. Во избежание большой интенсивности износа двигателей было установлено ограничение частоты вращения вала двигателя n = 0,75 nN. Отобразим эти ограничения на внешней скоростной характеристике двигателя (рис. 5.11) и из точки к построим частичную скоростную харак- теристику ак. Рис. 5.11. Поле отбора мощности от двигателяв стационарном режиме: 1 – внешняя скоростная характеристика; 2 – частичная скоростная характеристика Ее можно построить по приведенной выше формуле (5.11), приняв координаты точ- ки к за исходные. Рекомендует- ся также, чтобы в точке к был запас мощности не менее 15 %, как показано на рисунке. Ограничение режимов эксплуатации двигателя по мощности и частоте вращения вала значительно сокращает поле использования его полез- ной мощности. Это, естествен- но, требует жесткого согласо- вания режимов работы двига- теля и потребителя. В случае, если потребляе- мая мощность будет превосходить мощность, соответствующую точке к, то необходимо устройство дополнительного охлаждения двигателя. Для этого на некоторых автоцистернах установлены теплообменники (рис. 5.12). Вода из системы охлаждения двигателя поступает в корпус 1 теплообменника и охлаждается водой, поступающей из пожарного насоса. В двигателях автоцистерн изменена система выпуска отработавших газов. Перед глушителем 5 (рис. 5.13) установлен газоструйный вакуум- a 15 % 0,7 Nemax n, об/мин nN nmin 0,75 nN К Ne, кВт Ne max 1 2 Рис. 5.12. Принципиальная схема теплообменника: 1 – корпус теплообменника; 2 – змеевик с подачей воды из насоса Рис. 5.13. Система выхлопа отработавших газов (ОГ): 1 – патрубки; 2 – трубка к вакуумному крануи насосу; 3 – отвод газов для обогрева цистерны; 4 – выхлопная труба; 5 – глушитель; 6 – газоструйный вакуумный аппарат 1 2 6 1 5 3 4 2 ный аппарат 6. Отработавшие газы двигателя поступают к патрубкам 1. Газоструйный насос в аппарате 6 отсасывает воздух из пожарного насоса по трубке 2. В пожарном насосе создается необходимый вакуум для запол- нения его водой из постороннего источника. Из аппарата 6 отработавшие газы поступают в резонатор, соединяю- щий звуковые сигналы. Из глушителя отработавшие газы выходят в атмо- сферу по трубопроводу 4. В зимнее время они по трубопроводу 3 направ- ляются в систему обогрева цистерны или насосного отсека с пожарным на- сосом. 5.4. Трансмиссии и приводы управления ПА Трансмиссией называется совокупность кинематически связанных между собой узлов и деталей, предназначенных для передачи и распреде- ления энергии от двигателя к исполнительным механизмам. Трансмиссии обеспечивают: включение и выключение исполнитель- ных механизмов, передачу крутящего момента, изменение частоты враще- ния вала исполнительного механизма и изменение направления (если это необходимо) его вращения. На ПА, как правило, кроме основной трансмиссии, для привода ве- дущих колес устанавливают дополнительную для передачи энергии от ба- зового двигателя шасси к исполнительным механизмам. Исполнительными механизмами являются: пожарные насосы, механизмы подъема, поворота и выдвигания автолестниц и коленчатых подъемников, электрогенераторов на специальных ПМ и т.д. В современных конструкциях пожарных машин применяются транс- миссии механические, гидромеханические, комбинированные. Они долж- ны удовлетворять ряду требований: быть компактными, легкими в управлении и иметь высокий КПД; обеспечивать в широком интервале изменение нагружения исполни- тельных механизмов; иметь предохранительные устройства, защищающие детали и узлы исполнительных механизмов от возможных перегрузок. Все используемые в конструкциях пожарных машин трансмиссии характеризуются следующими основными параметрами: передаточным числом, КПД и передаваемым вращающим моментом. Передаточное число простейшей механической передачи, состоящей из ведущей и ведомой шестерен, определяется следующим соотношением: 121221ddzznnu... , (5.13) где n1, n2, z1, z2, d1, d2 – соответственно частота вращения, число зубьев и диаметры начальных окружностей ведущего и ведомого зубчатых колес. При u < 1 передача называется ускоряющей и при u >1 – понижаю- щей. Если трансмиссия имеет несколько передающих пар, из которых каж- дая имеет свое передаточное число, то общее передаточное число транс- миссии будет равно uобщ= u1 u2…un. (5.14) КПД трансмиссии оценивается потерей мощности при передаче ее от двигателя к исполнительному механизму и определяется по формуле . .ми1eeeNNNNN . ..., (5.15) где Ne – эффективная мощность двигателя; Nм – мощность механических потерь в трансмиссии; Nи – мощность, подводимая к исполнительному ме- ханизму. КПД определяется экспериментальным путем при стендовых испыта- ниях трансмиссии. Величина . в значительной степени зависит от типа и конструкции трансмиссии, частоты вращения ее элементов, передаваемой величины крутящего момента, а также вязкости и уровня масла в агрегатах транс- миссии. Общий КПД трансмиссии, состоящий из нескольких механизмов, оп- ределяется по формуле .общ = ....….n, (5.16) где ..,.., .n – соответственно КПД промежуточных элементов, состав- ляющих трансмиссию. Крутящий момент исполнительного механизма Ми связан с эффектив- ным крутящим моментом двигателя Ме для случая равномерного вращения зависимостью Ми = Ме uобщ .общ. (5.17) Механические трансмиссии включают в себя механические переда- чи, муфты, сцепления и другие элементы, обеспечивающие передачу энер- гии. Механические передачи по принципу работы делятся на пере- дачи трением с непосредственным контактом тел качения (фрикционные) и с гибкой связью (ременные передачи); передачи зацеплением с непо- средственным контактом (зубчатые и червячные) и с гибкой связью (цеп- ные). Во фрикционных передачах движение передается с помощью сил трения скольжения. Схема простейшей фрикционной передачи с постоянным передаточ- ным отношением показана на рис. 5.14. Полезное окружное усилие F оп- ределяется по формуле .F = Qf, (5.18) где . – коэффициент запаса сцепления, учитывающий упругое скольжение; Q – усилие прижатия трущихся поверхностей муфт; f – коэффициент трения. В связи с упругим проскаль- зыванием ведомого ролика его окружная скорость v. равна v. . .v., (5.19) где . – коэффициент, учитываю- щий упругое скольжение; для пе- редач, работающих без смазки, . = 0,995 – 0,99; v. – окружная скорость ведущего ролика. Передаточное отношение этой передачи равно i = n1/n2 = ., (5.20) где n1 и n2 – частоты вращения ведущего и ведомого тел качения. Такие передачи используются в качестве привода вакуумных пла- стинчатых насосов пожарных центробежных насосов нового поколения. Коэффициент запаса сцепления для силовых передач принимают рав- ным 1,25 – 1,5. Коэффициент трения резины по стали можно принимать равным 0,35 – 0,45. Простейшая ременная передача (рис. 5.15) состоит из веду- щего и ведомого шкивов и ремня, надетого на шкивы с натяжением и пе- редающего окружное усилие с помощью сил трения. В пожарных машинах использу- ются преимущественно клиноремен- ные передачи. Для них величина по- лезного окружного усилия F равна F = z c F0/к , (5.21) где z – число ремней в передаче; c – коэффициент, зависящий от угла обхвата и скорости ремня; F0 – допус- каемая полезная нагрузка на ремень; ис. 5.14. Схема фрикционной передачис цилиндрическими катками d2 d1 Q Q F a d2 d2 n1 n2 a Рис. 5.15. Схема ременной передачи Р к – коэффициент, учитывающий режим нагрузки (к = 1 – 1,6). Ременные передачи используются в приводах электрогенераторов, дымососов и т.д. Зубчатые передачи. Эти механизмы с помощью зубчатого заце- пления передают или преобразуют движение с изменением угловых скоро- стей и моментов. В пожарных машинах зубчатые передачи применяют для преобразования и передачи вращательного момента между валами с па- раллельными или перекрещивающимися осями. В первом случае они используются в коробках отбора мощности в до- полнительных трансмиссиях привода пожарных насосов. В них использу- ются зубчатые колеса с прямыми и косыми зубьями. Они применяются в комбинированных пожарных насосах для передачи крутящего момента от валов низконапорной к валам высоконапорной ступени. В механизмах по- ворота пожарных автолестниц и пожарных подъемников используются пе- редачи с внутренним зацеплением. Во втором случае используются червячные передачи в механизмах поворота и подъема колен пожарных автолестниц и пожарных автоподъ- емников. Зубчатые передачи для преобразования вращательного движения в поступательное используются в приводе перепускного клапана пеносмеси- теля насоса ПЦНН-40/400. В них движение осуществляется зубчатым ко- лесом и рейкой. Зубчатые передачи составляют основу коробок отбора мощности (КОМ). Принципиальная схема одной из них представлена на рис. 5.16. Корпус КОМ крепится на картере коробки передач или раздаточной ко- робки трансмиссии автомобиля. От ведущего зубчатого колеса 1 на валу коробки передач мощность переда- ется с помощью промежуточного зубчатого колеса 2 к ведомой шес- терне 3 КОМ. С помощью зубчатой муфты он затем передается на вал 5 привода пожарного насоса. КОМ являются основным ме- ханизмом дополнительных транс- миссий на автоцистернах. В зави- симости от колесной формулы шасси и места размещения пожар- ного насоса (в кормовом насосном отсеке или у кабины АЦ) схемы компоновок этих трансмиссий мо- гут быть различными (ри 3 4 5 2 1 Рис. 5.16. Схема коробки отбора мощности: 1 – зубчатое колесо ведущее; 2 – промежуточное зубчатое колесо; 3 – ведомая шестерня; 4 – соединительная муфта; 5 – ведомый вал г 5 1 Рис. 5.17. Схемы компоновки дополнительных трансмиссий: а, б – вариант I; в – вариант II; г – вариант – III: 1 – двигатель; 2 – сцепление; 3 – коробка отбора мощности; 4 – карданный вал; 5 – опоры; 6 – пожарный насос; 7 – коробка передач; 8 – раздаточная коробка Вариант I (рис. 5.17, а) применяют на АЦ-40(131)137; на автоцис- тернах на шасси Урал АЦ-8-40(55571), на шасси ЗИЛ АЦ-2-40(5301) и др. Разновидностью первого варианта является схема со средним расположени- ем насоса (рис. 5.17, б), например на АЦ-40(43202) на шасси «Урал» и др. Отличительной особенностью такой схемы является укороченная длина карданной передачи, не имеющей промежуточной опоры. В обеих схемах варианта I крутящий момент от двигателя 1 передается через меха- низм сцепления 2, коробку передач 7, коробку отбора мощности 3, кардан- ную передачу 4 и вал пожарного насоса 6. Карданная передача при заднем расположении насоса имеет две промежуточные опоры 5. На всех пожар- ных автомобилях, выполненных на шасси ЗИЛ, устанавливают коробку отбора мощности КОМ-68Б, а на шасси «Урал» – КОМ-Ц1А; Вариант II (рис. 5.17, в) осуществляют на автоцистернах АЦ-30(53А0106Б, АЦ-2,5-40(33092), монтируемых на шасси ГАЗ с колес- ной формулой 4х2. Мощность от двигателя 1 к валу насоса передается че- рез механизм сцепления 2, коробку перемены передач 7, коробку отбора мощности 3 и далее через два карданных вала 4, соединенных на валу на- соса 6. Карданная передача от коробки отбора мощности к валу насоса имеет промежуточную опору 5. Вариант III представлен на рис. 5.17, г. Такую схему применяют, как правило, на всех пожарных автомобилях, монтируемых на шасси по- 2 3 4 5 6 7 а 1 2 3 4 5 6 7 б в 1 2 4 3 4 6 7 8 7 5 4 3 2 1 вышенной проходимости с колесной формулой 4х4. Например, на АЦ- 30(66)-146 пожарный насос 6 приводится в действие от двигателя 1 через механизм сцепления 2, коробку передач 7, карданный вал 4, раздаточную коробку 8, коробку отбора мощности 3. Рассмотренные варианты схем компоновки дополнительных транс- миссий показывают, что наиболее рациональной схемой является вариант среднего размещения пожарного насоса, ввиду существенных преиму- ществ по сравнению с задним расположением. К числу таких преимуществ относятся: более короткие элементы водопенных коммуникаций; отсутст- вие дополнительной системы управления сцеплением; укороченная длина карданных валов, позволяющая осуществлять более низкое размещение емкости цистерны и, следовательно, снизить центр массы пожарного авто- мобиля. Недостатком среднего размещения пожарного насоса является не- удобный доступ к нему при техническом обслуживании и устранении воз- можных неисправностей. Гидромеханические трансмиссии включают механические и гид- равлические передачи. Основные достоинства: плавное изменение переда- ваемых скоростей и моментов вращения, компактность конструкций, лег- кость управления. Недостаток – невозможность реализовать задний ход. |
|