Методическое пособие 827

УДК 621.8 (07) ББК 39.311-06-5я7

Б904

Рецензенты:

кафедра «Тракторы и автомобили» Воронежского государственного аграрного университета;

В.А. Нилов, д-р техн. наук, проф. Воронежского государственного технического университета

Бузин, Ю.М

Б904

Машины для разработки грунтов: лаб. практикум / Ю.М. Бузин,

В.Л. Тюнин; Воронежский ГАСУ. – Воронеж, 2015. – 115 с.

ISBN 978-5-89040-568-5

.

Лабораторный практикум обеспечивает проведение комплекса лабора- торных работ по дисциплине «Машины для разработки грунтов». Лаборатор- ные работы включают теоретический материал по темам, описание конструк- ций и работу изучаемых машин. Приведены аналитические зависимости для определения основных параметров и производительности машин для разработ- ки грунтов и рекомендуемая литература. В приложении даны краткие техниче- ские характеристики изучаемых машин.

Предназначен для студентов направлений подготовки 190109.65 (23.05.01) «Наземные транспортно-технологические средства», 190100.62 (23.03.02) «Наземные транспортно-технологические комплексы»

Ил. 82. Табл.19. Библиогр.: 5 назв.

УДК 621.8 (07) ББК 39.311-06-5я7

ВВЕДЕНИЕ

Предлагаемый практикум содержит 15 лабораторных работ, направлен- ных на изучение конструкции, принципа работы и определение основных па- раметров машин для разработки грунтов (рыхлителей, бульдозеров, автогрей- деров, грейдер-элеваторов, скреперов, машин для разработки мёрзлых грунтов, машин и оборудования для гидромеханической разработки грунтов одноков- шовых экскаваторов и экскаваторов непрерывного действия).

Каждая из лабораторных работ построена по схеме: цель работы, теоре- тические сведения, порядок проведения работы, форма отчёта, контрольные вопросы. Сведения о конструктивных особенностях изучаемых машин и спра- вочные материалы к лабораторной работе приведены непосредственно в описа- нии каждой из работ.

Приводимый материал сопровождается иллюстрациями, схемами, техни- ческими характеристиками и расчётными зависимостями, позволяющими сту- денту понять назначение, теоретические аспекты и методику расчёта основных параметров изучаемой машины и тем самым получить необходимые знания для формирования профессионально-специализированных компетенций о том или ином классе машин для разработки грунтов.

Настоящий практикум предназначен для студентов, обучающихся по на- правлениям подготовки 190109.65 (23.05.01) «Наземные транспортно- технологические средства» и 190100.62 (23.03.02) «Наземные транспортно- технологические комплексы».

3

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ИЗУЧЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИОННЫХ ПРИЗНАКОВ И КОНСТРУКЦИЙ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МАШИН ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ГРУНТОВ

1.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Цель работы заключается в изучении классификационных признаков, ос- новных видов и конструкций рабочих органов машин для разработки грунтов.

1.2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1.2.1.Общие требования к рабочим органам

Рабочие органы машин для разработки грунтов предназначены, в общем случае, для отделения грунта от массива и перемещения его к месту отвала или месту погрузки в транспортирующие средства.

В зависимости от назначения рабочие органы, являясь одной из основных частей этих машин, должны выполнять различные виды земляных работ: под- готовительные, основные, отделочные.

К подготовительным работам можно отнести снятие поверхностного слоя почвы, которое выполняется рабочими органами отвального или ковшового ти- па. Основные виды земляных работ включают разработку карьеров, выемок, котлованов, траншей, резервов и производятся рабочими органами одноковшо- вых экскаваторов и экскаваторов (цепных и роторных) непрерывного действия и различных землеройно-транспортных машин – скреперов, бульдозеров, грей- деров-элеваторов, стругов, траншеекопателей, котлованокопателей. Отделоч- ные работы, к которым относят планировку площадок различных типов земля- ных сооружений, откосов выемок, насыпей, каналов, нарезку кюветов, выпол- няют рабочими органами автогрейдеров, одноковшовых и многоковшовых пла- нировщиков.

Рабочие органы имеют режущую часть в виде сплошной режущей кром- ки, зуба, клыка или резца, которые срезают слой грунта, отделяя его от массива. На них действуют внешние нагрузки, связанные с сопротивлением грунта, возникающим в процессе его разработки. Особенно большие нагрузки дейст- вуют на рабочие органы, предназначенные для разработки мерзлых грунтов.

При взаимодействии с грунтом режущая часть и рабочие поверхности ра- бочих органов машин для разработки грунтов подвергаются интенсивному аб- разивному изнашиванию, связанному с большой твердостью частиц кварца, входящего в минералогический состав многих грунтов. Разработка влажных

4

глинистых грунтов приводит к налипанию грунтовых частиц на поверхность рабочих органов, а работа в зимний период – к их намерзанию, что увеличива- ет сопротивление копанию и снижает производительность машин. На процесс взаимодействия рабочих органов с грунтом влияют также и другие их физико- механические свойства.

В связи с этим к рабочим органам машин для разработки грунтов предъ- являются следующие основные требования: соответствие выполняемым видам земляных работ, грунтовым и температурным условиям; обеспечение конст- руктивной прочности и надежности, необходимой износостойкости.

1.2.2. Общая классификация рабочих органов и условий их взаимодействия с грунтом

Рабочие органы, применяемые на машинах для разработки грунтов раз- личных типов для разных видов земляных работ, грунтовых и климатических условий, могут быть систематизированы по следующим основным классифика- ционным признакам:

1)назначению (для основных, отделочных или подготовительных работ);

2)сложности (элементарные или сложные);

3)типу (ножевой, отвальный, ковшовый, шнековый);

4)форме режущей части поперечного сечения (прямоугольная, криво- линейная);

5)числу открытых поверхностей (одна, две и т.д.);

6)схеме взаимодействия с грунтом (по числу открытых поверхностей у грунтового массива);

7)траектории движения (прямолинейная, криволинейная);

8)непрерывности взаимодействия с грунтом (цикличное, непрерывное);

9)принципу воздействия на грунт (статическое, ударное, вибрационное, смешанное);

10)виду случайного процесса нагружения (случайный стационарный, случайный нестационарный процесс).

Общая схема классификации рабочих органов машин для разработки грунтов по ряду указанных классификационных признаков представлена на рис. 1.1. А более подробная схема классификации рабочих органов ковшового типа показана на рис. 1.2.

5

Рис. 1.1. Классификация рабочих органов машин для разработки грунтов

1.2.3. Основные виды и конструкции рабочих органов машин для разработки грунтов

В машинах для разработки грунтов рабочие органы (рис. 1.3) предназна- чены для выполнения основных технологических функций: отделения от мас- сива кусков или слоев (стружки) грунта, захвата отделившегося грунта и пере- мещения его к месту укладки или погрузки. В конструкциях машин, рабочий процесс которых состоит из последовательно выполняемых операции (отделе- ния грунта от массива, его перемещения и отсыпки), землеройные рабочие ор- ганы обеспечивают и транспортные операции. Такие рабочие органы (рис. 1.З, б-и) разделяют на ковшовые (экскаваторы, скреперы, погрузчики) и отвальные (бульдозеры, автогрейдеры и др.). Если же назначение рабочего органа ограни- чивается отделением от массива кусков грунта (рыхление), то он может состо- ять только из рабочего инструмента в виде одного (рис. 1.3, а) или нескольких зубьев.

6

Рис. 1.2. Классификация рабочих органов ковшового типа

Ковшовый рабочий орган представляет собой емкость с режущей кром- кой, оснащенной зубьями (рис.1.3, б-г, е), выполняемыми обычно в виде клина, или без них (рис. 1.3, д, ж, з). Ковши с режущими кромками без зубьев чаще всего применяют для разработки малосвязанных песчаных и супесчаных грун- тов, а ковши с зубьями – в основном для разработки суглинков, глин и прочных скальных и мерзлых грунтов.

Следует отметить, что ковши экскаваторов без зубьев со специально вы- полненной полукруглой выступающей вперед режущей кромкой, разработан- ные Д. И. Федоровым, находят широкое и эффективное применение и при раз- работке достаточно плотных суглинистых и глинистых грунтов. В режиме раз- работки грунта ковш перемещается так, что его режущая кромка внедряется в грунт, разрыхляя и отделяя его от массива. Разрыхленный грунт поступает в ковш, в котором перемещается далее к месту разгрузки.

7

Отвальные рабочие органы в нижней части оборудованы ножами (рис. 1.3, и), поэтому их также называют ножевыми. Для разработки прочных, грун- тов на ножи дополнительно устанавливают зубья.

Рис. 1.3. Основные виды рабочих органов машин для разработки грунтов

Одновременно с соблюдением технологических функций конструкция рабочего органа должна удовлетворять требованиям обеспечения заданной производительности машины в расчетных грунтах как по достаточности его размеров, так и по рабочим усилиям и скоростям. При этом рабочий орган дол- жен, обеспечивать возможно малую энергоемкость разработки грунта и мате- риалоемкость, необходимую прочность, долговечность и простоту эксплуата- ции. Высокая абразивность и достаточно быстрое изнашивание рабочих орга- нов и особенно его режущих элементов предъявляют к их конструкциям особые требования по повышению их износостойкости. Обычно это обеспечивается: применением для режущих элементов высококачественных сталей, обладаю- щих при закалке высокой твердостью; периодической наплавкой износостой- кими сплавами и армированием режущих элементов износостойкими вставка- ми из карбидов вольфрама типа ВК15 и т.п.; легкосъёмностью и заменяемо- стью режущих инструментов.

8

Рассмотрим более подробно ковш «обратная лопата» экскаватора. Стан- дартный ковш обратной лопаты (рис. 1.4) состоит из так называемого «режуще- го периметра», непосредственно разрушающего грунт; корпуса, предназначен- ного для заполнения его вырезанным грунтом; проушин, с помощью которых ковш крепится на рукояти и посредством которых к ковшу передается энергия от механизма его поворота.

Режущий периметр состоит из горизонтального 1 и двух вертикальных 2 профилей. При копании элементы режущего периметра подвержены действию значительных усилия от грунта и находящихся в нем включений. Кроме того, режущий периметр более других элементов ковша подвержен абразивному из- носу. Поэтому толщина профилей периметра, как правило, больше толщины элементов корпуса ковша. Периметр изготовляется из качественной стали, а его кромки могут усиливаться износостойкой наплавкой.

При разработке прочных грунтов необходимо создать концентрацию на- пряжений на относительно малой площадке, чтобы способствовать сколу эле- ментов грунтовой стружки. С этой целью ковши оснащают зубьями 9. Их уста- навливают на горизонтальном профиле. Иногда используют боковые зубья, ус- танавливаемые на вертикальных профилях (на рис. 1.4 показаны отверстия для установки таких зубьев). Применяют различные конструктивные варианты ус- тановки зубьев:

•на зубьях выполняют прорези, в которые заходит горизонтальный про- филь;

•на горизонтальном профиле предусматривают карманы, в которые вставляют хвостовики зубьев, фиксируя их клиньями, болтами или штифтами;

•на наиболее дешевых ковшах зубья могут крепиться сваркой, что соз-

дает проблемы при их замене.

Зубья изготавливают из высокопрочных и износостойких сталей, напри- мер из стали 110Г13Л. Ковши без зубьев применяются на относительно слабых грунтах при желании получить сглаженную поверхность грунта.

Корпус ковша состоит из днища 8, боковых стенок 3 и верхнего листа 4. Днище имеет изогнутую форму, чтобы облегчить заполнение ковша грунтом. Нижняя часть днища плавно сопрягается с горизонтальным профилем, а верх- няя плавно переходит в верхний лист. Боковые стенки ковша или делаются па- раллельными, или имеется незначительное сужение ковша (угол между боко- выми стенками не превышает 6°).

Ковши гидравлических экскаваторов могут поворачиваться относительно рукояти с помощью шестизвенного механизма поворота с гидроцилиндром. Для поворота к верхнему листу ковша приварены проушины 5 с втулками 6. В передние втулки вставлена ось крепления ковша к рукояти, а в задние – ось, со- единяющая ковш с тягой механизма поворота. Для придания прочности и жест- кости, как проушинам, так и ковшу в целом на верхнем листе, вблизи проушин, имеется коробка жесткости 7.

9

Рис. 1.4. Элементы конструкции ковша «обратная лопата»:

1 – горизонтальный профиль; 2 – вертикальный профиль; 3 – боковая стенка; 4 – верхний лист; 5 – проушины; 6 – втулки; 7 – коробка жесткости;

8– днище; 9 – зубья.

1.3.ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1.3.1.Используя лабораторный практикум, плакаты, кинофильм и модели рабочих органов, изучить классификационные принципы, основные виды и конструкции рабочих органов машин для разработки грунтов.

1.3.2.Выполнить классификационную схему основных видов рабочих ор- ганов машин для разработки грунтов.

1.3.3.Описать конструкции основных видов рабочих органов.

1.4. ФОРМА ОТЧЁТА

1.4.1.Цель работы.

1.4.2.Описание назначения рабочих органов машин для разработки грун-

тов.

1.4.3.Классификационная схема основных видов рабочих органов машин для разработки грунтов.

1.4.4.Описание основных видов и конструкций рабочих органов машин для разработки грунтов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Назначение рабочих органов в системе машин для разработки грунтов.

2.Перечислите основные классификационные признаки рабочих органов машин для разработки грунтов.

10