Строительные и дорожные машины. Основы автоматизации

356

рабочего и холостого (обратного) хода за время одного рабочего цикла. Ударный узел состоит из катушек (соленоидов), стального бойка, перемещаемого во втулке за счет электромагнитных сил при попеременном питании током катушек. При рабочем ходе боек наносит удар по хвостовику рабочего органа, а при обратном (холостом) ударяется в подпружиненный буфер, защищающий корпус перфоратора от вибрации. Механизм вращения рабочего инструмента отличается от механизма вращения электромеханического перфоратора наличием самостоятельного электродвигателя с редуктором.

Пневматические перфораторы. В ударных механизмах пневматических перфораторов боек совершает возвратно-поступательное движение, нанося в конце рабочего хода удар по хвостовику рабочего органа. Для вращения бура применяется динамический поворотный механизм с использованием части кинетической энергии движущегося бойка. В пневматических перфораторах имеются пусковое и воздухораспределительное устройства, обеспечивающие пуск, работу и автоматический переход на холостой ход.

Рабочие инструменты. Они предназначены для выполнения большого числа операций при промышленном и бытовом применении универсальных перфораторов и имеют такие исполнения и сопряжения с механизмом, при которых электроперфоратор автоматически настраивается на режим, соответствующий назначению инструмента. Поэтому универсальный электроперфоратор не осложняется различными переключающими устройствами, что существенно упрощает эксплуатацию, позволяет быстро овладевать машиной, обеспечивает высокопроизводительную работу оператора.

Использование соответствующих рабочих инструментов дает возможность выполнения различных операций по рубке и долблению дерева, клепке заклепок и рубке листового металла. При сверлении отверстий в кирпиче, камне и бетоне основным рабочим органом перфоратора является бур, представляющий собой стальной стержень, состоящий из коронки, штанги, буртика и хвостовика.

Буры бывают сплошные и составные. У сплошных буров конец штанги закален или армирован твердым сплавом, у составных — на конце бура закрепляется съемная коронка. Штанги и коронки изготовляются из различных сталей, соответствующих требуемым режимам работы. Штанга бура соединяется с коронкой с помощью резьбы или самотормозящего клина в виде конического отверстия с углом наклона 3°30/ в коронке и гладкого конуса с таким же углом наклона на штанге. В штангах, используемых при бурении с промывкой или продувкой, имеется сквозной канал для подачи воды или воздуха.

8.4. Ручные машины для крепления изделий и сборки конструкций

357

Монтаж металлоконструкций, электромонтажные и сантехнические работы, крепление различного оборудования к фундаментам, сборка столярных изделий осуществляется различными резьбовыми соединениями. Эти работы весьма трудоемки, так как они рассредоточены и выполняются в стесненных и труднодоступных местах. Основными операциями при сборке являются завертывание гаек или болтов, затяжка и ее контроль. Иногда возникает необходимость в изготовлении отверстий и снятии фасок с последующим нарезанием резьбы и сборкой соединения.

Резьбонарезные машины. Они предназначены для нарезания резьбы в сквозных и глухих отверстиях при выполнении строительно-монтажных работ, выпускаются с электрическим и пневматическим ротационным двигателем и отличаются от сверлильных наличием устройства для реверсирования шпинделя. На шпинделе 1 машины (рис. 8.12) закреплен патрон, имеющий хвостовик квадратного сечения и предназначенный для крепления метчика. На валу двигателя 10 находится солнечная шестерня 9 планетарного редуктора. Сателлиты 5 находятся в зацеплении с двумя венцовыми шестернями — неподвижной 8 и вращающейся 7, жестко связанной с кулачковой полумуфтой и венцовой шестерней 4 второго планетарного редуктора. Сателлиты этого редуктора закреплены на неподвижных осях, а солнечная шестерня 2 является кулачковой полумуфтой, сквозь которую проходит шпиндельмашины с кулачковой полумуфтой 6 на его конце. Для нарезания резьбы необходимо метчик вставить в отверстие и приложить к машине осевое усилие При включении двигателя начинаютвращаться обе подвижные венцовые

358

Рис.8.12. Кинематическая схема резьбонарезной машины: 1−шпин дель; 2− солнечная шестерня; 3− упор; 4− венцовая шестерня; 5− сателлиты; 6− полумуфта; 7, 8,11− неподвижная

полумуфта; 9 − солнечная шестерня; и вращающаяся кулачковая 10 −двигатель

Под действием приложеного к машине усилия эта полумуфта сцепляется с полумуф той 6, расположенной на конце шпинделя, и последний получает правое вращение, нарезая метчиком резьбу.

При соприкосновении упора 3 с телом нарезаемой детали, полумуфты расцеп-

тывается из нарезанного мотке возбуждения отверстия. Ускоренное вывертывание метчика из отверстия сокращает машинное время и обеспечивает полное использование мощности машины, так как процесс резания при этом не происходит.

Применение упора дает возможность нарезать резьбы в глухих отверстиях. При работе резьбонарезной машиной применяются машинные метчики, которые отличаются от ручных тем, что они обеспечивают получение готовой резьбы за один проход. При нарезании резьбы ручными метчиками используют последовательно несколько метчиков (направляющий, режущий и калибрующий) для получения резьбы необходимого профиля.

Ручные резьбозавертывающие машины – гайко-, шурупо- и шпильковерты. Их применяют при сборке резьбовых соединений. Они могут быть непрерывносиловыми и импульсно-силовыми с вращательным движением рабочего органа и приводом от электрического, пневматического и гидравлического двигателей. В непрерывно силовых резьбозавертывающих ручных машинах вращение от двигателя непрерывно передается рабочему органу – отвертке или ключу через кулачковую муфту и редуктор. В нерабочем положении кулачки ведомой и ведущей полумуфт между собой не связаны. При осевом нажатии на машину кулачки полумуфт входят в зацепление, и рабочий орган (головка ключа или отвертка) начинает вращаться вместе со шпинделем. Как только величина крутящего момента на шпинделе превысит некоторую величину, между полумуфтами возникает осевое усилие, которое преодолевает сопротивление пружины и автоматически выводит ведомую полумуфту из зацепления. Возникающий при этом реактивный момент на корпусе машины воспринимается руками оператора. Так как ведущая полумуфта продолжает вращаться, то при одновременном нанесении ударов по кулачкам ведомой полумуфты создается дополнительный момент на шпинделе и одновременно защищается двигатель от перегрузки. Эти ручные машины выпускаются с электрическими и пневматическими двигателями для резьб диаметром до 12 мм,

360

а вместе с ним и затягиваемую гайку или болт. Затем цилиндр снова отходит назад, выходя из зацепления с кулачками шпинделя, а возвращаясь наносит удар по кулачкам шпинделя. Процесс повторяется до тех пор, пока гайка или болт не затянется до конца. Для отвертывания болта или гайки фазы переключают с помощью штепсельного соединения.

Частоударные гайковерты. Весь процесс сборки резьбового соединения такими гайковертами осуществляется за 100...200 ударов в течение 4...5 с. Основными параметрами являются максимальный диаметр затягиваемой резьбы и момент затяжки. Для ограничения момента затяжки применяют муфты предельного момента или ограничивают время действия ударного механизма. Однако это не обеспечивает необходимой точности параметров затяжки резьбового соединения, вследствие чего частоударные гайковерты применяются только для сборки неответственных резьбовых соединений.

Редкоударные гайковерты. Характерной особенностью таких машин являются высокая энергия удара и малая их частота. Они осуществляют процесс затяжки за 2...3 удара, требуют меньшей мощности двигателя и имеют меньшую массу. Принцип работы редкоударного гайковерта заключается в том, что после разгона ударно-вращательного механизма до расчетной угловой скорости, с помощью синхронизирующего устройства происходит освобождение ударника и его ввод в

межкулачковое пространство шпинделя. После ударного взаимодействия ударника и шпинделя происходит резкое падение угловой скорости ударника и его возврат в исходное положение под действием пружины.

На рис. 8.14 представлен ручной пневматический редкоударный гайковерт.

361

Рис.8.14. Пневматический редкоударный гайковерт: 1– шпиндель; 2– корпус; 3,19– пружины; 4– ударно-вращательный механизм; 5,6 – ведомая и ведущая части ударного механизма; 7– вал двигателя; 8– стопорный палец; 9– пневматический двигатель; 10– крышка; 11– рукоятка;

12– штуцер; 13– глушитель шума; 14– реверс; 15– центробежные грузы; 16 – валик; 17– синхронизирующая втулка; 18– устройство синхронизации

Пневматический ротационный двигатель 9 размещен в рукоятке 11 между стальным стопорным пальцем 8 и крышкой 10, выполненной из полимерного материала. Здесь же размещены пусковое устройство с реверсом 14, глушитель шума 13 и штуцер 12 для подачи сжатого воздуха от компрессора. Выходной вал ротора двигателя 7 конструктивно соединен с ударно-вращательным механизмом 4, который включает в себя корпус 2, шпиндель 1 и ударный механизм, состоящий из двух частей. Ведущая часть ударного механизма 6 закреплена в корпусе 2 с помощью подшипника, ведомая часть 5 с помощью устройства синхронизации 18 служит для передачи крутящего момента с ударника на шпиндель. Устройство синхронизации состоит из центробежных грузов 15, синхронизирующей втулки 17, закрепленной на валике 16, и пружин 3, 19.

Принцип действия гайковерта заключается в следующем. При нажатии на курок пускового устройства сжатый воздух поступает в камеры пневматического двигателя и, преодолевая момент сил сопротивления, приводит его во вращение в направлении, соответствующем положению реверса. Вместе с валом ротора пневматического двигателя во вращение приводятся ведомая и ведущая части ударновращательного механизма и устройство синхронизации. По достижении расчетной угловой скорости грузы под действие центробежной силы, преодолевая усилие пружины, перемещают ведомую часть ударно-вращательного механизма (ударник) в осевом направлении, обеспечивая контакт с синхронизирующей втулкой. При дальнейшем увеличении угловой скорости ударник совместно с синхронизирующей втулкой, преодолевая усилие пружины, продолжает осевое перемещение в сторону шпинделя.

При достижении определенного взаимного расположения кулачков шпинделя и ударника происходит угловой поворот синхронизирующей втулки относительно оси, перпендикулярной оси вращения ротора. Синхронизирующая втулка освобождает ударник от действия пружины, и кулачки последнего входят в межкулачковое пространство шпинделя. Если значение момента сил сопротивления на шпинделе мало, то крутящий момент пневматического двигателя через замкнутые кулачковые пары передается на шпиндель и производит его вращение. В случае, если же момент сил сопротивления на шпинделе превысит некоторое значение, достаточное для преодоления осевой составляющей центробежных сил, пружина возвращает ударник в исходное положение, размыкая кулачки ударника и шпинделя. Далее рабочий цикл повторяется. Промышленность выпускает редкоударные

362

пневматические гайковерты с энергей удара от 25 до 160 Дж, с частотой ударов 2...5 Гц, для резьб диаметром 22...52 мм и обеспечивающие получение тарированного момента затяжки 400...5000 Н.м за 3...8 с.

Гайковерты с гидравлическим приводом. Такие гайковерты используют при выполнении монтажных работ, связанных со сборкой и установкой на фундаменты машин и крупного оборудования, где диаметры резьбовых соединений находятся в пределах 100...200 мм. Эти гайковерты обеспечивают получение крутящего момента 200...20 000 Н∙м. Их питание осуществляется от гидравлического привода, состоящего из насоса и маслонапорного цилиндра с предохранительным клапаном. Один такой привод может обеспечить одновременную работу нескольких гайковертов.

8.5.Ручные машины для разрушения покрытий

иуплотнения грунта

Молотки и бетоноломы. В строительстве для разрушения асфальтобетонных покрытий, мерзлых грунтов, скальных пород, элементов конструкций из различных строительных материалов (камня, кирпича, бетона), пробивки отверстий в стенах и перекрытиях, выполнения различных работ при монтаже конструкций и других подсобных операций применяют молотки и бетоноломы. Принципиально это один тип машин, в которых на рабочий орган действуют направленные вдоль его оси силовые импульсы, отличающиеся величиной энергии удара, которая у ломов значительно больше, чем у молотка. Так, энергия удара электрических молотков составляет 2,0; 4,0; 10,0; 25,0 Дж, а электрических ломов — 40 Дж, пневматических ломов – 90 Дж. Ломы имеют большую массу, чем молотки. Рабочий орган лома (пика или лопата) направлен всегда вниз, а продольная ось машины занимает положение, близкое к вертикальному. При работе с молотками их продольная ось и соответственно рабочий орган (пика или зубило) могут занимать любое положение в пространстве (вертикальное, горизонтальное, наклонное). Перечисленные машины являются импульсно-силовыми ручными машинами с возвратным движением рабочего органа, работающими в тяжелом и сверхтяжелом режимах. Их основными параметрами являются энергия и частота ударов. Они могут быть с электрическим (электромеханическим и электромагнитным), пневматическим приводом и с приводом от двигателя внутреннего сгорания. У них нет механизмов вращения рабочего органа, что существенно упростило их конструкцию. Пневматические машины значительно легче электрических, обладают большей энергией удара. Себестоимость их изготовления значительно ниже, так как они менее трудоемки и не требуют использования дорогостоящих материалов. Безопасность и простота обслуживания и ремонта обеспечивают низкие

363

эксплуатационные затраты. По сравнению с электрическими машинами их недостатком является низкий КПД и большая стоимость энергии питания. Однако решающую роль в определении себестоимости единицы продукции играют трудовые затраты, определяемые техническими параметрами машины, в том числе ее массой и габаритами, от которых в основном зависят производительность труда и удобство эксплуатации. При сопоставлении технических параметров молотков с электрическим и пневматическим приводом с одинаковой энергией удара 10 Дж установлено, что масса пневматического молотка в два раза меньше при большей частоте ударов, а необходимая сила нажатия меньше на 40%, что при повышенном в два раза ресурсе обеспечивает высокую эффективность использования пневматических молотков. Поэтому в строительстве все большее применение получают пневматические молотки с энергией удара до 63 Дж. Для молотков и ломов сменным рабочим органом, непосредственно контактирующим с породой и разрушающим ее, является пика. Она имеет буртик и хвостовик, служащий для закрепления. Длина пики и форма ее острия зависят от физико-механических свойств разрушаемых материалов. Чем они выше, тем во избежание поломки пики и острия длина и угол заострения пики должны быть больше. Так, для пород с коэффициентом крепости (по шкале проф. М. М. Протодьяконова) f==1 применяют пики длиной 300...400 мм с углом заострения 60°, а для пород с f= 1,5 и более длина пик выбирается от 250 до 30 мм и угол заострения до 80°. В вязких, но не твердых породах, например в плотных глинах (f =1), применяют пику в виде лопатки с клинообразным заострением, так как обычная пика в этом случае вязнет и застревает в породе.

Ручные трамбовки. Для уплотнения грунта и других материалов при выполнении рассредоточенных работ в труднодоступных и стесненных условиях применяют ручные трамбовки, в которых используется ударный механизм пружинного действия. Это импульсно-силовая машина. Основными параметрами ее являются энергия и частота ударов. В качестве привода используется асинхронный трехфазный короткозамкнутый электродвигатель переменного тока нормальной частоты. К сети подключается через защитно-отключающее устройство. При его отсутствии следует работать с применением индивидуальных средств защиты (диэлектрические перчатки, галоши).

Трамбовка работает следующим образом. Вращение от двигателя через одноступенчатый редуктор передается на кривошипно-шатунный механизм 1, преобразующий его в поступательное движение штока 3 (рис. 8.15).

Перемещаясь, шток воздействует на пружину 5, размещаемую в стакане и жестко связанную с траммбующим башмаком 7, в результате возвратнопоступательного перемещения которого обеспе-

364

чивается уплотнение грунта. Сжатие пружины происходит дважды – в верхнем и нижнем положе ниях, так как шток поочередно давит на нее через нижнюю 6 и верхнюю 4 оправки. Для уменьшения вибрации корпуса на кривошипах имеются дебалансы 2, вращающиеся в разные стороны. При работе трамбовка оператором удерживается двумя рукоятками с амортизаторами, и ее горизонтальное перемещение

производится изменением угла наклона корпуса отно Рис.8.15. Трамбовка:1– кривоши-

ударными механизмами, а также с приводом от двигателя внутреннего сгорания с различной энергией и частотой удара.

Эффект работы машины для уплотнения грунтов зависит от толщины уплотненного слоя, выбор которой зависит от требуемой степени уплотнения грунта, типа и параметров уплотняющих машин. При излишне больших толщинах слоев требуемые плотности грунтов не достигаются. При слишком малых толщинах слоев снижается производительность и возрастает стоимость.

Общим требованием при уплотнении грунта является постепенное повышение удельного давления от удара к удару. Такой процесс повышения удельного давления до некоторой степени производится за счет небольшого сокращения времени удара при трамбовании. При этом удельные давления возрастают в 1,5...2,0 раза, а требуется их повышение в 3...4 раза. Поэтому уплотнять грунты необходимо двумя трамбовками – легкой и более тяжелой. Во время предварительного уплотнения надо совершать 30...40% числа проходов. Подбор трамбовок необходимо осуществлять таким образом, чтобы напряжения на поверхности при первом воздействии более тяжелой машины были равны напряжениям, имеющимся от последнего воздействия более легкой машины.

Пневматические пробойники. Для механизации проходки в грунте сквозных, глухих, горизонтальных, наклонных, вертикальных скважин диаметром 90...250 мм применяют пневматические пробойники, которые являются импульсносиловыми машинами. Диаметр скважины определяется диаметром расширителей, обеспечивающих возможность за несколько проходов увеличивать диаметр с 90 до 250 мм. Машину используют также для рыхления слежавшихся насыпных материалов, отбора проб грунта при инженерно-геологических изысканиях, строительстве дренажа, устройстве свай, забивании труб и других подобных работах. Особенно эффективно применять такие машины при проходке скважин и забивке труб под шоссейными дорогами, автострадами и улицами, железнодорожными и

365

трамвайными путями, взлетно-посадочными полосами аэродромов, при реконструкции подземных коммуникаций на территориях заводов, фабрик, шахт и других предприятий, между туннелями и треками, при пробивании глухих скважин различного назначения. Работа машины при низкой температуре (близкой к 0°С) и высокой влажности воздуха из-за обмерзания внутренних полостей ударного узла может быть затруднена. При необходимости выполнения работ в таких условиях применяют специальные смазки. Пневматический пробойник нельзя применять для работы в скальных и мерзлых грунтах, а также в грунтах, имеющих твердые включения в виде остатков строительных конструкций, фундаментов и т. д.

Пневматический пробойник (рис. 8.16, а) состоит из корпуса 1, ударника 4, патрубка 7, расширителя 2 и шланга 9. Внутренняя поверхность корпуса и наружная поверхность ударника образуют камеру 3,внутренняя полость ударника и патрубок – камеру 6, которая через осевой канал патрубка и воздухоподводящий шланг сообщается с компрессором. Сжатый воздух поступает из камеры 6 через окна 5 в камеру 3. Из-за разности рабочих площадей со стороны камер 3 и 6 удар ник начинает двигаться вправо.

При подходе ударника к крайнему правому положению происходит выхлоп воздуха из камеры 3 через окна 5 и отверстия амортизатора 8 в атмосферу. Под давлением воздуха в камере 6 ударник вначале останавливается, а затем перемещается влево и наносит удар по наковальне корпуса. Механизм перемещения патрубка представляет собой винтовую пару из гайки и винта, которым является стебель патрубка 7.

Рис. 8.16. Пневматический пробойник: а)– пробойник; б) – схема укладки шланга; 1–корпус; 2– расширитель; 3,6 – камера; 4– ударник; 5 – окно; 7–патрубок; 8 – амортиза-

тор; 9 – шланг

Вращением шланга 9, который соединен с патрубком, производится его перемещение в крайнее левое или правое положение, соответствующее прямому или обратному движению пробойника. Воздух в камеру 3 при обратном движении машины попадает раньше, чем при прямом, и ударник останавливается давлением сжатого воздуха в камере без удара по наковальне корпуса. Выхлоп отработавшего воздуха производится позже, поэтому при движении назад ударник наносит удары по задней гайке. При ударах пробойник двигается в обратном направлении. Пробойник работает от передвижного компрессора с подачей 3...5 м3/мин и рабо-