Строительные машины
..pdfФедеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пермский государственный технический университет»
С. И. ВАХРУШЕВ
СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Издательство Пермского государственного технического университета
2008
ÓÄÊ 69.002.5 ÁÁÊ 38.6-5 Â25
Рецензенты: заслуженный строитель России,
почетный работник высшей школы, кандидат технических наук, профессор А. Н. Юзефович (Пермский государственный технический университет);
кандидат технических наук, доцент О. А. Косолапов (Пермский военный институт внутренних войск)
Вахрушев, С. И.
В25 Строительные машины: учеб. пособие / С. И. Вахрушев.— Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008.— 239 с.
ISBN 978-5-398-00093-1
Рассмотрены основные строительные одноковшовые отечественные экскаваторы, применяемые в промышленном и гражданском строительстве. Кроме того, представлены характеристики современных строительных одноковшовых экскаваторов американского, германского и японского производства. Изложены принципы построения и функционирования одноковшовых экскаваторов с механическим и гидравлическим приводом, указаны рациональные области их применения, техни- ко-экономические и эксплуатационные характеристики, а также условия техниче- ской эксплуатации. Даны основные тенденции развития современных строительных одноковшовых экскаваторов.
Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство». Соответствует учебной программе по дисциплине «Строительные машины».
ÓÄÊ 69.002.5 ÁÁÊ 38.6-5
Издано в рамках приоритетного национального проекта «Образование» по программе Пермского государственного технического университета «Создание инновационной системы формирования профессиональных компетенций кадров и центра инновационного развития региона на базе многопрофильного технического университета»
ISBN 978-5-398-00093-1 © ГОУ ВПО «Пермский государственный технический университет», 2008
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ................................................................................................................. |
6 |
1. Общие сведения о строительных одноковшовых экскаваторах ................... |
9 |
1.1. Назначение, основные параметры и устройство одноковшовых |
|
экскаваторов................................................................................................ |
9 |
1.2. Классификация одноковшовых экскаваторов и система |
|
их индексации ............................................................................................. |
12 |
1.3. Гусеничные экскаваторы ........................................................................... |
23 |
1.4. Пневмоколесные экскаваторы................................................................... |
33 |
1.5. Неполноповоротные гидравлические экскаваторы ................................ |
36 |
1.6. Экскаваторы-планировщики ..................................................................... |
40 |
1.7. Экскаваторы-погрузчики ........................................................................... |
45 |
1.8. Мини-экскаваторы...................................................................................... |
57 |
Контрольные вопросы к главе 1....................................................................... |
61 |
2. Одноковшовые экскаваторы с гидравлическим приводом............................ |
62 |
2.1. Устройство и технические характеристики экскаваторов |
|
с гидравлическим приводом...................................................................... |
62 |
2.2. Рабочее оборудование одноковшовых экскаваторов |
|
с гидравлическим приводом...................................................................... |
76 |
2.2.1. Рабочее оборудование...................................................................... |
76 |
2.2.2. Силовое гидравлическое оборудование......................................... |
79 |
2.2.3. Системы и аппаратура управления гидроприводом ..................... |
82 |
Контрольные вопросы к главе 2....................................................................... |
86 |
3. Одноковшовые экскаваторы с механическим приводом............................... |
87 |
3.1. Устройство и технические характеристики экскаваторов с механическим
приводом ..................................................................................................... |
87 |
3
3.2. Рабочее оборудование одноковшовых экскаваторов с механическим |
|
приводом ..................................................................................................... |
89 |
3.2.1. Механизмы экскаваторов с гибкой подвеской .............................. |
90 |
3.2.2. Система управления рабочими механизмами ............................... |
92 |
Контрольные вопросы к главе 3....................................................................... |
94 |
4. Навесное оборудование строительных одноковшовых экскаваторов.......... |
96 |
4.1. Одноковшовые экскаваторы с оборудованием — прямой лопатой ...... |
96 |
4.2. Одноковшовые экскаваторы с оборудованием — обратной лопатой... 99
4.3. Одноковшовые экскаваторы с грейферным оборудованием ................. |
103 |
4.4. Одноковшовые экскаваторы с оборудованием для рыхления |
|
грунтов......................................................................................................... |
106 |
4.4.1. Гидравлические молоты .................................................................. |
109 |
4.4.2. Бетоноломы....................................................................................... |
113 |
4.4.3. Ковши активного действия.............................................................. |
114 |
Контрольные вопросы к главе 4....................................................................... |
116 |
5. Технико-экономические показатели строительных одноковшовых |
|
экскаваторов ....................................................................................................... |
117 |
5.1. Определение производительности одноковшовых экскаваторов ......... |
117 |
5.2. Экономические показатели строительных одноковшовых |
|
экскаваторов................................................................................................ |
129 |
5.3. Основные тенденции развития современных строительных |
|
одноковшовых экскаваторов ..................................................................... |
132 |
Контрольные вопросы к главе 5....................................................................... |
133 |
6. Современный рынок строительных одноковшовых экскаваторов ............... |
134 |
6.1. Отечественное производство |
|
строительных одноковшовых экскаваторов ............................................ |
134 |
6.2. Импорт строительных одноковшовых экскаваторов .............................. |
138 |
6.3. Анализ развития парка |
|
строительных одноковшовых экскаваторов ............................................ |
140 |
Контрольные вопросы к главе 6....................................................................... |
142 |
7. Общие положения по эксплуатации строительных одноковшовых |
|
экскаваторов ....................................................................................................... |
143 |
7.1. Транспортирование и укладка грунта ...................................................... |
143 |
4
7.2. Системы управления строительными одноковшовыми |
|
экскаваторами «Topcon» ............................................................................ |
157 |
7.3. Организационно-технические мероприятия по повышению |
|
производительности одноковшовых экскаваторов ................................. |
163 |
7.4. Определение основных параметров одноковшовых экскаваторов |
|
в зависимости от условий эксплуатации.................................................. |
166 |
7.5. Особенности производства работ |
|
одноковшовыми экскаваторами в зимних условиях............................... |
168 |
Контрольные вопросы к главе 7....................................................................... |
170 |
8. Техническое обслуживание и ремонт строительных одноковшовых |
|
экскаваторов ....................................................................................................... |
171 |
Контрольные вопросы к главе 8....................................................................... |
179 |
9. Техника безопасности и охрана окружающей среды ..................................... |
180 |
9.1. Обязанности обслуживающего персонала по безопасной эксплуатации |
|
одноковшовых экскаваторов ..................................................................... |
180 |
Контрольные вопросы к главе 9....................................................................... |
186 |
Заключение ............................................................................................................. |
187 |
Краткий терминологический словарь основных элементов земляных |
|
сооружений............................................................................................................. |
189 |
Список литературы ................................................................................................ |
191 |
Приложения ............................................................................................................ |
192 |
ВВЕДЕНИЕ
В различных отраслях народного хозяйства ежегодно выполняются громадные объемы земляных и погрузочно-разгрузочных работ, преобладающая часть которых производится экскаваторами.
Экскаваторами называют землеройные машины, предназначенные для разработки и перемещения грунта. Их подразделяют на две группы: непрерывного действия — многоковшовые — и периодического (цикличного) действия — одноковшовые.
Экскаваторы непрерывного действия одновременно выполняют обе операции — копание грунта и его перемещение. Экскаваторы периоди- ческого действия выполняют операции последовательно, прерывая копание во время перемещения грунта. Таким образом, рабочее время машины, в течение которого выбирают грунты, больше у экскаватора непрерывного действия, и поэтому их производительность выше, чем у экскаваторов периодического действия.
Несмотря на это, более широко распространены одноковшовые экскаваторы, важнейшее преимущество которых заключается в их универсальности, т. е. возможности применения как на земляных, так и на по- грузочно-разгрузочных и других видах работ. Многоковшовые экскаваторы используются в основном при рытье траншей и добыче нерудных материалов в карьерах.
Историю землеройной техники, в частности экскаваторов, можно начать писать с начала XV века, когда в венецианском издании «Кодекса Джованни» 1420 года был опубликован рассказ о ковшедолбежной землечерпалке, использовавшейся для углубления дна каналов, расширения морских гаваней. Но официально идея создания землеройных машин принадлежит Леонардо да Винчи, который в начале XVI века предложил схемы экскаваторов-драглайнов. К 1500 году относится набросок чертежа грейфера для землечерпалки. Несколько лет спустя Леонардо руководил прокладкой каналов в засушливой Миланской долине. На земляных работах он применил землечерпалку собственной конструкции.
6
Активное строительство железных дорог в США в 30-х годах XIX века и нехватка при этом строительных рабочих привели к созданию в 1832–1836 годах американцем Отисом первого парового одноковшового экскаватора. Экскаватор был неполноповоротным, имел железнодорожную ходовую часть, был оснащен ковшом 1,14 м3, паровым двигателем мощностью 15 л. с., обеспечивал среднюю производительность 45–50 м3/час и заменял примерно 50 рабочих. Уже через несколько лет экскаваторы Отиса заменяли 180 рабочих. Первоначально экскаваторы использовались преимущественно на строительстве железных дорог.
Один из первых экскаваторов был продан в Англию в 1842 году, а в 1843 году четыре из семи построенных Отисом экскаваторов были проданы в Россию для использования при строительстве Николаевской железной дороги.
Первый русский одноковшовый неполноповоротный железнодорожный экскаватор со сменным ковшом (2,3 м3 для легких грузов
è1,5 ì3 — для тяжелых грузов) был построен на Путиловском заводе в 1902 году. Производительность его была 100–290 м3/час, вес 65–75 т. До 1917 года было построено 35 таких машин. В начале XX века экскаваторы использовались в России довольно интенсивно.
После Первой мировой войны, одновременно с общим развитием техники, активизировалось и развитие экскаваторов. Двигатели внутреннего сгорания и электропривод, применение гусеничного (и шагающего) хода позволили существенно увеличить мощности и мобильность экскаваторов. Экскаваторы стали полноповоротными, увеличилась номенклатура их рабочего оборудования (прямая и обратная лопата, драглайн, струг и пр.) и сфера их применения (вскрышные, тоннельные работы
èпр.). В США и в России совершенствовались одноковшовые экскаваторы. В Германии начали строить все более мощные многоковшовые экскаваторы.
Âзависимости от назначения одноковшовые экскаваторы подразделяют на строительные, карьерные, строительно-карьерные и вскрышные, кроме того, выделяют тоннельные экскаваторы, плавучие и др. Строительные экскаваторы — самый распространенный тип одноковшовых экскаваторов (около 60 % мирового парка) — насчитывают около 200 моделей, выпускаемых более чем 80 отечественными и зарубежными заводами.
7
Наибольшее распространение при производстве земляных, погру- зочно-разгрузочных, мелиоративных и других видов работ имеют одноковшовые экскаваторы 2–4-й размерных групп с рабочей массой 5,5–25 т и ковшами вместимостью 0,25–1,6 м3. Эти машины, составляющие до 90 % от общего объема производства экскаваторов в стране, выпускают на гусеничном, в том числе с увеличенной опорной поверхностью гусениц, и пневмоколесном ходовых устройствах и снабжают большим количеством видов сменного оборудования и рабочих органов.
В соответствии с общей тенденцией развития отечественного экскаваторостроения гидравлические экскаваторы должны постепенно заменить экскаваторы с механическим приводом. В настоящее время создается ряд новых моделей и модификаций новых гидравлических машин, которые придут на смену не только экскаваторам с механическим приводом, но и гидравлическим экскаваторам первых выпусков. Все это позволит снизить стоимость и повысить качество строительства. Эффектное использование одноковшовых экскаваторов требует от обслуживающего персонала постоянного повышения уровня знаний, овладения передовыми методами управления, эксплуатации и обслуживания. Эти требования значительно возросли в связи с организацией крупносерийного производства гидравлических экскаваторов, которые отличаются сложным устройством большинства механизмов и систем.
1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОИТЕЛЬНЫХ ОДНОКОВШОВЫХ ЭКСКАВАТОРАХ
1.1.Назначение, основные параметры и устройство
одноковшовых экскаваторов
Одноковшовыми экскаваторами называют позиционные землеройные машины цикличного действия, оборудованные ковшовым рабочим органом. Рабочий цикл одноковшового экскаватора состоит из последовательно выполняемых операций копания грунта, его перемещения к месту отсыпки, разгрузки ковша с отсыпкой грунта в отвал или транспортное средство и возвращения ковша на позицию начала следующего рабочего цикла. В совокупности перечисленные операции еще называют экскавацией. После отработки элемента забоя (часть грунтового массива в пределах досягаемости рабочего оборудования или, при условии эффективного использования технологических возможностей экскаватора, несколько меньше) экскаватор перемещают на новую позицию. Совокупность рабочих циклов на одной позиции экскаватора вместе с его перемещением на новую позицию образует большой цикл.
Строительные экскаваторы предназначены для земляных работ в грунтах I–IV категорий. С помощью унифицированного сменного рабочего оборудования (до 40 видов) они могут выполнять также погру- зочно-разгрузочные, монтажные, сваебойные, планировочные, зачистные и другие работы.
Основными частями строительных экскаваторов являются гусенич- ное или пневмоколесное ходовое устройство, поворотная платформа (с размещенными на ней силовой установкой, механизмами, системой управления и кабиной машиниста) и сменное рабочее оборудование. Поворотная платформа опирается на ходовое устройство через унифицированный роликовый опорно-поворотный круг и может поворачиваться относительно него в горизонтальной плоскости.
Рабочий цикл одноковшового экскаватора при разработке грунтов состоит из следующих последовательно выполняемых операций:
9
–копание грунта (заполнение ковша грунтом);
–подъем ковша с грунтом из забоя;
–поворот ковша к месту разгрузки;
–разгрузка грунта из ковша в отвал или в транспортные средства;
–поворот порожнего ковша к забою и опускание его в исходное положение для следующей операции копания.
В процессе работы отдельные операции цикла можно совмещать (например, подъем или опускание ковша с поворотом его в забой), что позволяет сокращать продолжительность цикла.
Экскаватор (îò ëàò. åõñàvî — долблю, выдалбливаю) — основной тип выемочно-погрузочных машин, применяемых для производства земляных работ в строительстве и добычи полезных ископаемых при открытой разработке месторождений.
Все экскаваторы разделяются на две группы: одноковшовые периодического или цикличного действия и многоковшовые — непрерывного действия. Обе эти группы широко применяются также в мелиорации.
Ходовое устройство предназначено для передвижения экскаватора и бывает гусеничным, пневмоколесным, шагающим. В мелиорации наибольшее распространение получили экскаваторы на гусеничном ходу, при котором обеспечивается большая проходимость и устойчивость машины.
Экскаваторы на пневмоколесном ходу более подвижны, чем гусеничные, и используются для обслуживания небольших строительных объектов при частой смене места работы.
Для рытья больших каналов, а также на вскрышных работах при добыче полезных ископаемых используются экскаваторы с шагающим ходовым устройством.
Поворотная платформа представляет собой раму большой жесткости и может свободно вращаться вокруг вертикальной оси. На ней крепятся основные механизмы экскаватора, силовая установка (двигатель) и рабочее оборудование. Если вращение поворотной платформы не ограничено в обе стороны на любой произвольный угол, экскаватор называется полноповоротным. Если же угол поворота ограничен (меньше полного поворота), экскаватор называется неполноповоротным. У таких экскаваторов поворачивается только рабочее оборудование, поворотной платформы у них нет.
Рабочим оборудованием называется часть экскаватора, предназна- ченная для выполнения определенной работы: копания грунта, подъема
10