Учебное пособие 800664

Колебания виброплит могут быть круговыми или направленными. Направленная составляющая может быть использована для самоперед-

вижения плиты. Сила тяги самопередвигающейся плиты равна горизон-тальной составляющей вынуждающей силы (рис. 7.11).

где Р1 = 2тω2r – амплитуда вынуждающей силы; ω – угловая скорость дебаланса;

α – угол наклона вынуждающей силы к горизонту; m – масса одного дебаланса;

r – радиус вращения центра масс дебаланса.

Рис. 7.11. Схема самопередвигающейся виброплиты

Самопередвижение плиты становится возможным, если сила тяги будет больше силы сопротивления ее передвижению Рс = G∙k, где G – сила тяжести плиты; k ≈ 0,55 – коэффициент сопротивления перемещения плиты.

Характер колебаний рабочего органа вибрационной машины зависит от частоты и амплитуды вынуждающей силы, соотношения между вынуждающей силой и массой рабочего органа, свойств уплотняемого материала. Малым амплитудам колебаний соответствуют малые значения вынуждающей силы и малые значения контактных давлений. Достижение технологически необходимых контактных давлений требует увеличения вынуждающей силы и, следовательно, увеличения амплитуд колебаний рабочего органа. Это приводит к отставанию амплитуд колебаний уплотняего материала и отрыву

200

рабочего органа от материала. Возникают переодические удары рабочего органа по материалу и возрастает эффективность уплотнения. Работающие по этому принципу уплотняющие машины называют виброударными.

Виброударные плиты характеризуются достаточно большой частотой приложения нагрузок, вызывающих тиксотропные изменения в уплотняемом материале. Это сокращает время оптимального уплотнения материала.

Рис. 7.12. Схема виброударной плиты

Виброударные машины с низкой частотой (менее 10 ударов в 1с) приложения ударного воздействия на материал называют трамбующими машинами. Трамбующие машины позволяют уплотнять связные и несвязные грунты в слоях до 1 м.

Наиболее распространенный принцип действия трамбующих машин заключается переодическом поднимании и сбрасывании груза массой т. Подъем груза может осуществляться машиной, оснащенной специальным кривошипным оборудованием с механическим приводом. Подъем грузов может также осуществляться сжатым газом или энергией взрыва горючей смеси.

Максимальное давление в процессе удара зависит от времени удара, которое может составлять 0,01 ÷ 0,1 с. За этот промежуток времени ударная часть массой т машины изменяет скорость от некоторого начального значения

где к = 1÷2 – безразмерный коэффициент, учитывающий неодно-временность достижения максимального давления и нулевой скорости ударной массы;

t – продолжельность удара;

s – площадь контактной поверхности рабочего органа.

Производительность уплотняющих машин характеризуется площадью, обработанной в прцессе уплотнения и определяется общей формулой

201

где b – ширина рабочего органа;

c – ширина перекрытия уплотняемых полос; v – скорость движения уплотняющей машины; z – число проходов по одному участку;

kв ≈ 0,85 – коэффициент использования по времени.

Глава 8. Безопасность при эксплуатации строительных машин

Современный строительный комплекс не может обходиться без использования строительных машин самого различного назначения. Грузоподъемные, транспортные, дорожно-строительные машины, оборудование для переработки строительных материалов, ручной строительный инструмент – все эти средства имеют мощные двигатели,

взаимодействующими с ними или находящимися вблизи. Все эти средства являются средствами повышенной опасности.

Особую группу строительных машин составляют машины, которые относятся к опасным производственным объектам (ОПО). Все машины и другие объекты, отнесенные к ОПО, находятся под непосредственным контролем Ростехнадзора – государственной структуры, подчиняющейся правительству Российской Федерации.

В группу ОПО из строительных машин входят грузоподъемные краны, подъемники, лифты, эскалаторы, сосуды, содержащие газы и жидкости под давлением. Составляющими ОПО могут быть другие машины, имеющие в своем составе выше названные ОПО объекты, а также участки, цеха, хранилища или другие составляющие производственного процесса, которые связаны по технологическому или территориальному принципу и имеющие в составе опасные производственные объекты. Требования безопасности этих машин и объектов прописаны в специальных технических регламентах

Безопасность – это состояние машин, как объектов, и их эксплуатация, при которой отсутствуют риски, связанные с причинением вреда персоналу и окружающей среде. Это защищенность жизненно важных интересов личности и общества от аварий на ОПО и последствий указанных аварий.

Повышение безопасности машин строительных машин идет по двум основным направлениям:

-повышение устойчивости машин от опрокидывания (активная безопасность);

-развитие систем защиты операторов (пассивная безопасность).

202

Безопасность строительных машин как ОПО должна быть обеспечена как на стадии проектирования этих машин, так и при их эксплуатации.

8.1. Устойчивость машин как фактор безопасности

Анализируя потенциальные угрозы строительных машин, остановимся на грузоподъемных кранах как источниках потенциальной опасности, создающие угрозу причинения вреда человеку, имуществу, окружающей среде вследствие аварии. Опасность аварии на грузоподъемном кране или другой транспортной машине обеспечивающей перемещение различных грузов, в том числе опасных грузов (взрывчатых веществ, химически опасных грузов, радиоактивных веществ, расплавленного металла), создает угрозу разрушения технических устройств, разрушения сооружений взрывом, выбросу опасных веществ, нанесению вреда человеку и окружающей среде.

Исследуя факторы, приводящие к авариям и несчастным случаям с участием строительных машин, можно назвать в общем случае следующие причины:

-потеря устойчивости машин (опрокидывание);

-техническая неисправность элементов машин;

-нарушение требований инструкций по эксплуатации строительных машин.

Устойчивость от опрокидывания при работе подъемно-транспортных,

строительных и дорожных машин является одним из основных свойств, характеризующих их эффективность и безопасность работы. Особые требования предъявляются к устойчивости от опрокидывания грузоподъемных и погрузочных машин. Из всех видов грузоподъемных машин особое внимание должно быть уделено устойчивости от опрокидывания при эксплуатации башенных кранов. Опрокидывание башенного крана приводит к значительным материальным потерям и, как правило, к несчастным случаям.

Опрокидывание любой строительной машины происходит в тот момент, когда равнодействующая всех внешних сил, включая собственный вес машины, проходит за пределами опорного контура.

Если грузоподъемные машины, как правило, имею постоянный опорный контур, то дорожно-строительные машины могут иметь переменную структуру опорного контура. Даже машины с жесткой рамой можно отнести к машинам с постоянным опорным контуром условно. На самом деле из-за деформации шин

иупругих элементов подвески постоянного опорного контура практически нет.

Вполной мере переменные структуры опорных контуров характерны для колесных машин с шарнирно-сочлененной рамой. Гусеничные машины с регулируемой колеей также имеют переменный опорный контур. На рис. 8.1, а опорные контуры колесных машин с жесткой рамой образуют продольные и

203

поперечные ребра опрокидывания, проходящие через центры отпечатков передних и задних колес на грунте.

Шарнирно-сочлененные машин (рис. 8.1, б) имеют вертикальный шарнир, позволяющий складываться машине в плане на угол φ. Шарнир с горизонтальной осью позволяет обеспечивать поперечное качание одного моста относительно другого. В таких машинах условно различают балансирную часть БГ, опирающуюся на горизонтальный шарнир. Небалансирной частью считается часть ДЕ, несущая корпус горизонтального шарнира. Балансирная и небалансирная части машины имеют независимые ребра опрокидывания. Расчет боковой устойчивости таких машин ведется раздельно для балансирной и небалансирной частей.

Опорный контур балансирной части представляет собой равнобедренный треугольник БСГ, небалансирная часть имеет опорный контур по неправильному треугольнику ДКЕ.

После блокировки шарнирного сочленения машины, ребра опрокидывания проходят через центры отпечатков передних и задних колес машины с опорной поверхностью БДЕГ.

Расчет устойчивости таких машин ведется в соответствии с руководящими материалами ВНИИстройДормаша – РД50-233-81.

Рис. 8.1. Конфигурация опорных контуров: а – постоянный опорный контур; б – переменная структура опорного контура шарнирно-сочлененной машины

При движении строительных машин по пересеченной местности на грунтах с низкой несущей способностью возникает опасность сползания машины под уклон. Устойчивость к сползанию определяется сцепными качествами движителя с грунтом. Из схемы нагружения машины только собственным весом при движении на подъем (рис. 8.2) следует условие отсутствия сползания на уклоне с углом α

204

Рис. 8.2. Схема действующих на тяговую машину сил при движении на подъем

Одним из условий нарушения продольной устойчивости является отрыв колес переднего или заднего мостов от опорной поверхности. В этом случае при движении на подъем реакция Z1 = 0. При движении под уклон реакция Z2 = 0. Ребром опрокидывания (осью опрокидывания) при движении на подъем является линия контакта задних колес с опорной поверхностью. Уранение моментов сил, действующих на машину, относительно ребра опрокидывания будет иметь вид

где hw – плечо сил Pw лобового сопротивления воздуха;

hпр – плечо силы Pпр от прицепного технологического оборудования; с – плечо составляющей силы от прицепного устройства;

Pj – сила инерции поступательно движущейся массы машины; Mjк – инерционный момент колес машины.

Mf – момент сопротивления качению колес машины.

Полученное уравнение позволяет определить предельные углы подъема, при которых возможно продольное опрокидывание машины.

Поперечная устойчивость машины определяется из соотношения сил при движении ее по косогору. Ребром опрокидывания в этом случае будет линия, соединяющая центры пятна контакта переднего и заднего колеса (рис. 8.3). Поперечное опрокидывание машины происходит при выходе направления действия силы тяжести машины за пределы ребра опрокидывания. Предельный угол косогора при потере боковой устойчивости (опрокидывании) в отсутствии дополнительных сил (боковой ветер) определяется соотношением ширины колеи и высоты центра масс:

205

Рис. 8.3. Расчетная схема для определения боковой устойчивости машины

Устойчивость свободностоящих грузоподъемных машин независимо от конструкции характеризуется их способностью противостоять опрокидыванию под действием внешних нагрузок и оценивается коэффициентом устойчивости

где ∑ Mуд – сумма моментов сил, удерживающих машину;

∑ Mопр - сумма моментов сил, опрокидывающих ее.

Удерживающими силами являются силы, линия действия которых проходит через опорный контур, а вектор силы направлен к опорной поверхности. Все остальные силы являются опрокидывающими. Удерживающей силой является сила тяжести самой машины, приложенная в центре тяжести в пределах опорного контура. Опрокидывающими силами являются силы инерции, давление ветра, составляющая сил тяжести при расположении машины на поверхности с допустимым уклоном. Моменты сил вычисляются относительно ребра опрокидывания. За ребро опрокидывания в расчетах обычно принимают линию опорного контура с наименьшим расстоянием до проекции центра тяжести машины на опорную плоскость. При определении коэффициента устойчивости машины удерживающие силы и плечи их действия принимаются минимальными, а опрокидывающие силы и их плечи принимаются максимальными. Расположение линий опорного контура у передвижных машин принимают в зависимости от вида ходового оборудования: для рельсового ходового оборудования – по вершинам головок рельсов, по диаметральным плоскостям ходовых колес или по осям шарниров балансиров; у гусеничных машин – по линии контакта опорных катков с гусеничной лентой или по диаметральным плоскостям ведущих (натяжных) звездочек; при работе на выносных опорах – по центрам контакта опорных элементов с подкладками.

206

Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов ПБ 10–382-00 требуют обеспечить устойчивость кранов против опрокидывания

вследующих случаях:

-при удержании испытательного груза;

-при работе с номинальным грузом;

-в нерабочем состоянии;

-при монтаже;

-при внезапном снятии нагрузки (срыве груза).

Устойчивость должна гарантироваться проектной документацией, обеспечиваться заводами-изготовителями и эксплуатирующими организациями в соответствии с инструкцией по эксплуатацией крана и паспортными данными.

Устойчивость кранов при подъеме испытательного груза проверяется во время полного технического освидетельствования при статических испытаниях (п. 2.2.5 Правил ПБ 10-382-00 «Статические испытания»). Расчетная схема проверки испытательной устойчивости показана на рис. 8.4. Коэффициент испытательной устойчивости куи определяют по формуле

где Gкр и Gгр – сила тяжести крана и сила тяжести номинального груза, Н; Lкр и Lгр – проекции на опорную поверхность расстояний до ребра

опрокидывания сил тяжести крана и испытательного груза, соответственно. Расчетная схема проверки устойчивости крана при работе в реальных

условиях с номинальным грузом показана на рис. 8.5. В этом случае учитывается действие на кран сил тяжести крана, номинального груза, инерции, ветра рабочего состояния по ГОСТ 1451, учитывается влияние уклона опорной поверхности.

Рис. 8.4. Схема проверки устойчивости крана при статических испытаниях

207

Значение коэффициента рабочей устойчивости кур вычисляют по формуле

где Мкр – момент силы тяжести крана относительно ребра опрокидывания с учетом уклона опорной поверхности α;

∑ Мвк – суммарный момент сил ветрового давления, действующих на элементы крана параллельно опорной плоскости, относительно ребра опрокидывания;

Мвг - момент силы ветрового давления, действующей на груз параллельно опорной плоскости и приложенный к голове стрелы, относительно ребра опрокидывания;

Миг – момент сил инерции при подъеме (опускании) груза в период неустановившегося движения относительно ребра опрокидывания;

Мцг – момент центробежных сил инерции, действующих на груз при вращении крана, относительно ребра опрокидывания;

Мис - момент сил инерции при подъеме (опускании) стрелы в период неустановившегося движения относительно ребра опрокидывания;

Мгр - момент силы тяжести груза относительно ребра опрокидывания с учетом уклона опорной поверхности α.

Рис. 8.5. Схема для проверки грузовой устойчивости башенного крана

Проверка собственной устойчивости крана принимается для нерабочего состояния по расчетной схеме на рис. 8.6

208

Рис. 8.6. Схема проверки собственной устойчивости крана

В этом случае учитывается действие сил тяжести крана с учетом уклона опорной поверхности и действие силы ветра нерабочего состояния для конкретного ветрового района. Уклон опорной поверхности принимается в сторону ребра опрокидывания. Коэффициент собственной устойчивости определяют по формуле

Краны, стационарно закрепленные, должны иметь прочный фундамент с анкерными закладками для крепления опорной секции башни (рис. 8.7, а). На основание опорной секции укладывают балласт соответствующий грузовому моменту и высоте подъема груза крана (рис. 8.7, b).

а b

Рис. 8.7. Установка опорной секции стационарного крана: а – анкерные опоры башни крана; b – установка балласта на опорной секции крана

209