Самосвалы

Автомобили - самосвалы

В.Н.Белокуров, О.В.Гладков, А.А.Захаров, А.С.Мелик-Саркисьянц /избранные главы/

УСТРОЙСТВО САМОСВАЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Автомобиль-самосвал — это специализированный грузовой автомобиль, предназначенный для массовых перевозок насыпных (навалочных) грузов. До того как получили распространение самосвалы, насыпные грузы, как и все другие, перевозили на бортовых автомобилях общетранспортного назначения с деревянной платформой. Загружали и разгружали такие автомобили вручную лопатами или вилами, что требовало больших затрат сил и времени. Деревянные платформы быстро изнашивались.
На автомобиле-самосвале  процесс разгрузки полностью механизирован. Для этого прочная металлическая платформа шарнирно укреплена на раме автомобиля и может наклоняться назад или на боковую сторону на угол 45.. .55°. При наклоне платформы происходит естественное ссыпание груза.
В период становления автомобильной промышленности было налажено производство бортовых грузовых автомобилей. Самосвалы появились позднее. Поэтому экономически целесообразным было создавать самосвалы на шасси серийных грузовых автомобилей без существенного изменения сложившегося массового производства. Однако следует отметить, что более высокий технический уровень может быть достигнут при применении для самосвалов специальных шасси.
В настоящее время отечественные заводы, производящие грузовые автомобили, одновременно выпускают автомобили-самосвалы или шасси (с кабинами) для монтажа на них самосвальных установок на других заводах. Таким образом, автомобиль-самосвал укрупненно делится на две части: шасси (с кабиной) и самосвальная установка. Устройство шасси автомобилей-самосвалов и грузовых автомобилей аналогично и рассматривается в соответствующей технической литературе. Самосвальная установка состоит из двух частей: платформы и подъемного механизма. Ниже рассматривается устройство агрегатов самосвальных установок.

ПЛАТФОРМА

Погрузочную емкость самосвала большей частью проектируют в виде плоской «платформы» с сравнительно низкими бортами. Поэтому в технической литературе кузова самосвалов чаще называют платформой.
Специализация грузового автомобиля в первую очередь определяется конструкцией его платформы.
Особенность эксплуатации самосвалов состоит в том, что их в основном используют для массовых перевозок сыпучих (навалочных) грузов. Однако в реальных условиях эксплуатации на самосвалах часто приходится перевозить штучные или затаренные грузы. Поэтому к конструкции платформы предъявляются требования определенной универсальности. Так, например, платформа сельскохозяйственного самосвала ЗИЛ-ММЗ-554М приспособлена для перевозки как сыпучих, так и штучных грузов — имеет прямоугольную форму и три открывающихся борта, как и на бортовом грузовом автомобиле. Вместе с тем в отличие от платформы бортового автомобиля она имеет повышенную прочность (металлическая, сварная) и может использоваться при экскаваторной погрузке навалочных грузов. Особенностью этой модели, как и других моделей сельскохозяйственных самосвалов, является то, что в конструкции платформы предусмотрены съемные уплотнители бортов для исключения потерь при перевозках зерна; тент для укрытия грузов от выдувания; съемные надставные борта для лучшего использования грузоподъемности
при перевозках сельскохозяйственных грузов низкой плотности (силос, измельченная трава и др.). Более подробно эта конструкция рассмотрена ниже.
С развитием постоянных массовых перевозок какой-то определенной категории грузов к некоторым моделям самосвалов и в частности, к конструкции их платформ могут предъявляться требования более узкой специализации. Примером может служить специализированная корытообразная платформа строительного автомобиля-самосвала ЗИЛ-ММЗ-555 (рис. 2), мало приспособленного для перевозки штучных грузов.


Если самосвал имеет недостаточный для перевозки данной категории грузов объем платформы, то это приводит к систематическому недоиспользованию его грузоподъемности и снижению производительности.
Излишний объем платформы не только увеличивает собственный вес и расходы на ее изготовление, но вызывает систематические перегрузки, что приводит к преждевременному износу всех агрегатов самосвала.
Платформа самосвала является наиболее трудоемкой, металлоемкой и быстроизнашиваемой частью самосвальной установки. По сравнению с платформой бортового грузового автомобиля платформа самосвала во время эксплуатации подвергается большим по значению и разнообразным по видам нагрузкам.
К платформам карьерных самосвалов (типа КрАЗ, КамАЗ) в первую очередь предъявляются требования повышенной прочности, так как они должны выдерживать высокие ударные нагрузки при экскаваторной погрузке скальных пород и интенсивное абразивное изнашивание.
При проектировании платформ самосвалов обязательно учитывают транспортные свойства сыпучих (навалочных, полужидких) грузов, их плотность, сыпучесть, липкость, структуру и др. Эти свойства грузов определяют форму и размеры платформ. Так, полезный объем платформы определяют исходя из плотностей основных грузов, для перевозки которых предназначается самосвал данной модели.
Ниже приведена плотность (в т/м3) основных грузов, перевозимых строительными и сельскохозяйственными самосвалами.
С минимальными затратами материалов и труда в производстве конструктор должен в первую очередь создать оптимальную силовую схему платформы. Вместе с этим необходимо обеспечить высокую технологичность: предусмотреть возможность широкого применения автоматических способов сварки; правильно выбрать виды заготовок и материал деталей.
Платформа самосвала проектируется как пространственная, тонкостенная несущая конструкция. Основную нагрузку платформа испытывает при подъеме от воздействия, с одной стороны, размещенного в платформе груза и, с другой стороны, от усилия гидроцилиндра подъемного механизма. Построение рациональной силовой схемы платформы зависит от направления разгрузки самосвала, числа открывающихся бортов, расположения гидроцилиндра.
На рис. 3 приведены принципиальные схемы наиболее широко применяющихся платформ самосвалов. На рис. 3 а показана схема платформы с односторонней разгрузкой назад. Боковые борта 1 и передний борт 2 жестко соединены между собой и с основанием платформы, образуя общую несущую систему. Задний борт 3 — открывающийся. Гндроцилиндр 4 размещен под платформой, при подъеме воздействует на раму, состоящую из продольных 6 и поперечных 5 балок. Далее нагрузка передается на несущие боковые борта /.
На рис. 3, б дана схема платформы с односторонней разгрузкой назад, но гндроцилиндр в этом случае расположен впереди (между кабиной и платформой). Передний 2 и боковые I борта жестко соединены между собой и с основанием платформы. Задний борт на платформах многих моделей такого типа отсутствует. Усилие от гидроцилнндра 4 перелается на передний борт 2, а через него на боковые борта / и поперечные балки 5 основании платформы.
На рис. 3, в приведена платформа, имеющая двустороннюю разгрузку на боковые стороны. Передний борт 2 и задний 3 жестко соединены с основанием платформы. Открывающиеся боковые борта 1 в работе не участвуют. Гндроцилиндр 4 расположен под платформой. При подъеме платформы гидроцилиндр 4 воздействует на поперечные 5 и продольные 6 балкн основания платформы, далее нагрузка передается на несущие передний 2 и задний 3 борта.
На рис. 3, г показана схема, отличающаяся от предыдущей тем, что два гидроцилиндра 4 расположены перед передним 2 и за задним 3 бортами. Нагрузка от гидроцилнндров 4 передается на борта 2 и 3, а через них на продольные 6 и поперечные 5 балки основания платформы.
Платформа на рис. 3, д имеет жесткое соединение с основанием, только переднего борта 2. Боковые борта 1 и задний борт 3 открывающиеся, в работе не участвуют. Гндроцилиндр 4 расположен под кузовом.

Очевидно, что платформа, выполненная по схеме рис. 3, а, должна обладать наибольшими прочностью и жесткостью, так как в ней единая пространственная несущая конструкция образована основанием платформы и тремя бортами, жестко соединенными между собой. Наименее рациональной является схема, показанная на рис, 3, д, где открывающиеся три борта не воспринимают нагрузку. Всю нагрузку от усилия гидроцилиндра несут поперечные н продольные балки основания платформы, что вынуждает повышать нх прочность за счет увеличения металлоемкости. В подтверждение этому ниже приведены массы платформ двух самосвалов, выполненных на одном и том же шасси ЗИЛ-130Б2.
Платформы самосвалов с разгрузкой на две боковые стороны (выполненные но схемам, показанным на рис. 3. в и г), по металлоемкости занимают промежуточное положение между платформами с разгрузкой на одну и три стороны.
Преимуществом самосвалов с трехсторонней и двусторонней разгрузкой на две и три стороны является то, что они в отличие от самосвалов с разгрузкой назад могут работать с прицепом. Грузоподъемность автопоезда (тягач с прицепом) в 1,5—1.8 раза выше грузоподъемности одиночного самосвала. Это компенсирует дополнительные металло- и трудозатраты при производстве платформ самосвалов с разгрузкой на две и три стороны. Существенным преимуществом платформы с тремя открывающимися бортами является ее большая эксплуатационная универсальность, подобная бортовой платформе грузового автомобиля общетранспортного назначения. Это особенно важно для сельскохозяйственных самосналов. Этими преимуществами объясняется то. что платформы с разгрузкой на две и три стороны имеют равное распространение с платформами более низкой стоимости с односторонней разгрузкой назад.
После рассмотрения принципиальных схем несущих систем целесообразно рассмотреть конструктивные решения основных узлов платформ, влияющие на эксплуатационные качества само-
Значительно влияет на производительность и удобство эксплуатации конструкция бортов самосвала, запоров бортов, устройств для управления запорами.
При каждой разгрузке самосвала необходимо перед подъемом платформы отпереть и открыть один из бортов, а после разгрузки закрыть и запереть. На большинстве современных самосвалов эти операции проводятся вручную. На то. чтобы выйти из кабины, водитель тратит время и значительные усилия, поэтому созданы и применяются устройства, в одних случаях облегчающие управление бортами платформы, в других частично или полностью механизирующие этот процесс.
На строительных самосвалах с разгрузкой назад открывающийся борт обычно подвешивается на верхних шарнирах; такая подвеска борта называется фартучной. Борт открывается и закрывается под воздействием собственного веса и веса ссыпающегося груза. Замки борта размещены снизу.
На рис. 4. изображены схемы устройств дли управления запорами заднего борта. На рис. 4, а показано устройство с ручным управлением запорами борта е двух положениях. Задний борт Я в транспортном положении удерживается от открывания двумя крюками 2, шарнирно укрепленными на продольных балках 6 основании кузова. Под кузовом на шарнирах установлен поперечный вал 4 управления запорами борта, на котором жестко зафиксирована рукоятка 7. Серьга 1 соединяет палец рукоятки 5 и палец крюка 3. В запертом положении центр пальца рукоятки 5 расположен ниже оси поперечного вала 4 на величину С, благодаря чему не может произойти самопроизвольного открывания замков во время движения. На виде рядом замок показан в отпертом положении. Недостатком замка, изображенного на рис. 4, а, является то, что рукоятка управления расположена у заднего борта.
Схема запоров заднего борта, изображенная на рис. 4, б, отличается от предыдущей тем, что рукоятка управления запорами расположена возле переднего борга; усилие от рукоятки к крюкам передается продольными тягами Управление замками осуществляется также вручную, но водитель может отпирать и запирать замки, стоя на подножке кабины
На рис. 4 в дана схема полуавтоматического управления запорами заднего борта. На схеме замок показан в запертом транспортном положении. При разгрузке передняя часть платформы начинает подниматься, рычаг 10, жестко соединенный с поперечным валом 11, задевает за отгиб 9 стойки, прикрепленной к надрамнику, благодаря чему вал 11 поворачивается против часовой стрелки и отпирает крюки 12. Недостатком этой схемы является неполная автоматизация процесса управления за порами заднего борта — запирать замки после опускания платформы приходится вр учную.
Существуют устройства, позволяющие полностью автоматизировать процесс запирания и отпирания замков заднего борта, однако они пока не нашли широкого применения на самосвалах массового производства. На рис. 4, г и д показаны схемы, на которых основана работа некоторых устройств автоматическою управления замками заднего борта. Двуплечие рычаги (рис. 4. г) жестко соединены с поперечным валом 14. С верхними плечами рычагов соединены тяги 16, удерживающие крюки 17 в запертом состоянии; нижние плечи рычагов 13 упираются в пальцы 15, укрепленные на кадрам ник е, При подъеме платформы для разгрузки рычаги 13 отходят от упоров 15 и освобождают крюки 17, которые откидываются под воздействием борта и груза. При опускании платформы после разгрузки рычаги 13 упираются в пальцы 15 и подтягивают крюки 17, запирая борт. Таким образом, запирание борта происходит под действием веса кузова без участия водителя. Такая схема автоматического управления запорами борта имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что если в притвор борта попадут посторонние предметы или на торец платформы налипнут остатки груза, то замки не смогут плотно прикрыть борт, и под действием веса платформы может произойти разрыв тяги 16.
Во избежание обрыва тяги 16 (рис. 4, г) ее делают упругой, используя пружины сжатия 18 (рис. 4, д), но при этом появляется другой недостаток — задний борт под воздействием груза получает возможность приоткрываться, деформируя пружину 18. Это приводит к потере мелкосыпучего груза во время его транспортирования.
На рис. 5, а показано устройство автоматического управления запорами заднего борга, не имеющее недостатков, присущих двум предыдущим схемам (см. рис. 4, г и д). Поперечный вал 1 шарнирно укреплен на продольных балках основания платформы; па валу жестко зафиксированы рычаги 3, шарнирно связанные скобами 2 и тягами * с крюками 5, запирающими борт; на поперечном валу, кроме того, жестко установлен фасонный рычаг 6, в прорезь которого входит втулка 7, насаженная на колено торсионного нала 8. Торсионный вал 8 paсположен на надрамнике, один конец его зафиксирован от проворачивания. При подъеме платформы вал 1 поднимается, нижнее плечо фасонного рычага 6 упирается во втулку 7 и поворачивает вал 1 против часовой стрелки; происходит отпирание замков. После разгрузки платформа опускается в исходное положение. Вместе с ней опускается шарнирно закрепленный вал 1, жестко закрепленный на валу рычаг 6 в определенный момент входит в соприкосновение с упорной втулкой 7 и поворачивает вал / по часовой стрелке—происходит запирание крюков 5. Если плотному закрыванию борта что-то препятствует, торсионный вал скручивается, и поломки конструкции не происходит. При нормально запертых бортах воздействие силы Р не передается на торсион 8, что обеспечивается переходом через мертвую точку линии действия силы Р, т. е. линия, соединяющая точки А и Б, располагается выше оси вала1.
Таким образом, последняя схема отличается от предыдущих тем, что упругий элемент (торсион 8) работает только в момент запирания борта; после его запирания упругий элемент из работы выключается, и борт оказывается прижатым к платформе жесткой связью.
На рис. 5, 6 показан конструктивный вариант описанной выше принципиальной схемы автоматического у и лап.! синя запорами борта. Упругий упор в этом варианте выполнен в виде рычага 10, шарнирно-закрепленного на надрамнике, и пружины растяжения 11.
Для механизированного управления запорами бортов может быть использован пневматический привод (рис. 6). Пневматический цилиндр двойного действия 1 шарнирно связан рычагами 2 и тягами 3 с крюками запоров платформы 4. При выдвижении штока 5 происходит отпирание замков, при возвращении в исходное положение — зан крайне. Управление подачей воздуха к пневмоцилиндру осуществляется из кабины водителя.
При отсутствии давления в пневмосистеме автомобиля управлять запорами можно вручную при помощи рукоятки 6.
Автоматическое или полностью механизированное управление запорами заднего борта облегчает труд водителя и позволяет сократить время разгрузки самосвала. По данным дорожных испытаний время разгрузки самосвала с автоматическими запорами заднего борта составляет 40...45 с вместо 60...70 с при ручном запирании борта.
На самосвалах с разгрузкой на две и три стороны механизировать управление бортами сложнее, чей на самосвалах с разгрузкой назад.
На рис. 7 приведены схемы платформ самосвалов с разгрузкой на боковые стороны: ковшовой, с бортом фартучного типа (откидывается на верхних шарнирах) и с бортом, открывающимся на нижних шарнирах.
Особенность ковшовой платформы (рис. 7, а) — отсутствие открывающихся бортов. Борта в этом случае выполняют в виде наклонной стенки, угол наклона которой обычно равен 20...30° к горизонтали. Ковшовые платформы могут быть с односторонней разгрузкой назад, с разгрузкой на бок и с трехсторонней разгрузкой.
Конструктивно ковшовые платформы более просты, имеют меньшую массу и большую прочность, чем платформы с открывающимися бортами. Ковшовые платформы проще в эксплуатации — водителю не нужно отпирать и запирать, открывать и закрывать борта; это обстоятельство особенно существенно для самосвальных автопоездов. Ковшовые платформы удобны для перевозки бетонных смесей, строительных растворов и мелкосыпучих материалов, так как они более герметичны, чем бортовые.
Существенным недостатком такой конструкции является необходимость увеличивать углы наклона относительно платформ с открывающимися бортами (обычно до 70... 80°), чтобы при разгрузке груз не оставался на наклонной стенке борта. Вследствие этого снижается боковая устойчивость самосвала, особенно в том случае, когда разгружается плохо сползающий груз (влажный песок, глина и пр.).
Недостаточная боковая устойчивость затрудняет применение ковшовых платформ с боковой разгрузкой на прицепах- самосвалах. Кроме того, недостатком платформы ковшового типа является также нерациональное использование объема. При заданных размерах платформы по длине, ширине и высоте объем платформы с наклонными стенками, естественно, значительно меньше, чем объем платформы с вертикальными стенками.
В результате этого платформы ковшового типа большого распространения не получили, более распространены платформы с открывающимися бортами.
На рис. 7, б показана схема платформы с бортами, открывающимися на верхних шарнирах — фартучного типа. Открывание и закрывание борта происходит автоматически под действием собственного веса борта при подъеме и опускании платформы. Водителю остается только отпирать и запирать замки борта. Однако для этого нужно выходить из кабины.
На платформах, выполненных по схеме, показанной нарис.7в, борта подвешены на нижних шарнирах. Эти борта нужно не только отпирать и запирать, но еще и закрывать после разгрузки, для чего требуются значительные усилия (масса бокового борта самосвала ЗИЛ-ММЗ-554М 80 кг).
При составлении технического задания на проектирование самосвала с учетом нормативных документов обычно задают усилие закрывания и запирания борта — оно не должно превышать 20 даН. В связи с этим на платформах самосвалов средней и большой грузоподъемности приходится устанавливать пружинные помощники закрывания бортов.
На рис. 8 изображен торсионный помощник, применяемый на автомобилях семейства «Татра». Торсионный стержень 5 собран из пяти рессорных листов. Один конец торсиона соединен с шарниром борта ) через ось 3 борта и поводковую втулку 4; другой конец торсиона наглухо соединен с основанием платформы 2 через соединительную втулку 6, Отверстие для торсионного стержня в поводковой втулке 4 имеет такую конфигурацию, что стержень начинает скручиваться только после частичного открывания борта. Когда борт полностью открыт, торсион оказывается закрученным Возникающая при этом упругая сила сопротивления торсиона помогает закрыванию борта; чтобы легче закрыть борт, его рекомендуется предварительно раскачать.

На самосвале ЗИЛ-ММЗ-554М помощник выполнен в виде спиральной пружины. Пружинные помощники облегчают, но не механизируют управление бортами. Поэтому конструкторскими службами заводов, выпускающих самосвалы, постоянно ведутся работы по изысканию рациональных решений механизации закрывания боковых бортов платформ самосвалов.
На самосвале, изображенном на рис. 9, для механизированного открывания и закрывания боковых бортов без участия водителя используется довольно сложная рычажная система. Открывание борта 2 при наклоне платформы происходит под действием ссыпающегося груза и веса самого борта. При опускании платформы ролик 3 упирается в фасонную направляющую колодку 4, укрепленную на надрамнике, и рычагами 1, шарнирно соединенными с основанием платформы и бортом, боковой борт закрывается.
Для платформы, показанной на рис. 10, применено тросовое устройство принудительного закрывания боковых бортов. Трос / через систему роликов связывает боковые борта. В середине трос огибает натяжной ролик 2, установленный на стойке 3, жестко укрепленной на раме. При подъеме платформы трос располагается выше ролика 2, длина его увеличивается, в результате чего боковой борт, у которого верхние замки не заперты, получает возможность открываться. При опускании платформы трос 1 в средней части вновь упирается в ролик 2, прогибается и подтягивает борт. Под роликом 2 имеется предохранительная пружина, которая деформируется в том случае, если в притвор борта попадают посторонние предметы, и борт не может быть плотно прикрыт.
Гидравлическая система управления отпиранием, открыванием, закрыванием и запиранием бокового борта показана на рис. 11. На крайних стойках 1 платформы смонтированы четыре гидроцилиндра 4. При включении гидросистемы на подъем платформы одновременно развивается давление в гидроцилиндрах 4. При этом происходит перемещение вниз верхнего штока 3 и отпираются крюки 2, после чего нижний шток 5 выдвигается вниз и открывает борт 6. Закрывание и запирание борта происходит в обратной последовательности.
Недостатком всех самосвалов с разгрузкой на боковые стороны является подсыпание груза под колеса (рис. 12). Это особенно характерно для самосвалов, имеющих платформы с бортами фартучного типа (рис. 12, а). Бывают случаи, когда автопоезд-самосвал после разгрузки не может тронуться с места, так как колеса автомобиля и прицепа оказываются больше чем наполовину засыпанным грузом. Такой серьезный эксплуатационный недостаток вынуждает выпускать большинство моделей самосвалов с боковыми бортами, подвешенными на нижних шарнирах. При этом возможны два варианта: борт открывается на 90° (рис. 12, в)—подвешен на цепях или удерживается в таком положении рычагами; борт открывается на 180° (рис. 12, б).
В первом случае подсыпание груза под колеса несколько меньшее, но при этом часть груза остается на открытом боковом борте, его приходится удалять лопатой. Поэтому предпочтительнее платформы с боковыми бортами, подвешенными на нижних шарнирах и открывающимися на 180°. Так выполнена платформа наиболее массового сельскохозяйственного самосвала ЗИЛ-ММЗ-554М.
В качестве примера рассмотрим ее устройство (рис. 13). Платформа спроектирована по принципиальной схеме, показанной на рис. 3, д. Она состоит из основания, жестко соединенного с основанием переднего борта, и трех открывающихся бортов: двух боковых и заднего. Конструкция подвески заднего борта позволяет открывать его как на верхних, так и на нижних шарнирах.
Основание платформы сварено из стальных балок: продольных 10 и поперечных 17. К концам поперечных балок приварены литые опорно-поворотные кронштейны: передние 13 и задние 9. На переднем конце платформы крепятся два дополнительных опорных кронштейна / со съемными резиновыми подушками 15. которые в транспортном положении опираются на накладки 22, укрепленные на лонжеронах рамы 21 автомобиля.
Боковые борта 4 сварены из стальных листов, гнутого штампованного профилей. При наклоне платформы набок борта открываются самопроизвольно под воздействием груза и собственного веса; закрывают борта вручную. Для облегчения закрывания боковых бортов предусмотрены пружинные помощники 18, смонтированные на переднем борту 19 платформы. Боковые борта запираются вручную крюками 7.


Задний борт 6 сварен из стальных листов гнутых и штампованных профилей и листовых штамповок. При наклоне платформы назад задний борт, подвешенный на верхних шарнирах, открывается вращением на осях под воздействием ссыпающегося груза. После опускания платформы борт закрывается под собственным весом. Задний борт запирается нижними крюками 8. Управляют запором крюков вручную поворотом рукоятки 14, от которой усилие на крюки 8 передается тягами и поперечным валом 12. Натяжение тяг регулируют гайками 20 на задних тягах 11.
При необходимости увеличить полезный объем платформы на верхние кромки боковых бортов можно установить деревянные надставные борта 16. Для перевозки грузов малой плотности, (измельченная трава, силос и др.) на платформу могут быть дополнительно установлены решетчатые деревометаллические высокие надставные борта. Боковые и задний высокие надставные борта подвешивают шарнирно на осях 3 в пазах переднего надставного борта 2 и задних съемных стоек 5. При установке заднего решетчатого высокого надставного борта 26 основной задний борт 19 снимают.
Для исключения потерь зерна и других грузов на платформе предусмотрены съемные резиновые уплотнения по всему периметру примыкания открывающихся боковых 4 и заднего 6 бортов. На сечении В— В показано примыкание нижней кромки 2-3 обвязки бокового борта к кромке 25 основания платформы через уплотнительный резиновый профиль 24. Для сохранения грузов, в первую очередь зерна, от выдувания и атмосферных осадков в комплект платформы входит брезентовый (или из другого равноценного материала) тент для укрытия.