Введение в инженерное образование

Освоив производство сложных дорожных машин, машинострои­ тели создали прочную материально-техническую базу для превра­ щения строительной индустрии в передовую отрасль народного хо­ зяйства, обеспечив рост производительности труда и высокие тем­ пы производства.

Дорожное машиностроение достигло особенно мощного подъема в годы послевоенных пятилеток.

Огромные масштабы работ по восстановлению и развитию на­ родного хозяйства после Великой Отечественной войны требовали создания мощной базы для выпуска дорожных машин. В годы пер­ вой послевоенной пятилетки (1946-1950) была создана мощная спе- щ1ализированная база для производства дорожных машин, налаже­ но серийное производство сложных машин и механизмов - экскава­ торов, скреперов, бульдозеров, камнедробилок и др.

За эти годы освоено изготовление свыше 400 наименований но­ вейших дорожньк машин и механизмов.

Больших успехов достигли советские спещ1алисты в области уп­ лотнения и вибрирования бетонных смесей в дорожных сооружениях.

Строительство дорог поточным методом вьщвинуло задачу соз­ дания машин и оборудования для устройства усовершенствованных покрытий [9]. В 1952 г. группой научных работников и конструкто­ ров были созданы и внедрены в производство конструкции машин для дорожного строительства: бетонораспределители, бетоноотде­ лочные машины, платформа-тяжеловоз и другое оборудование. Эти машины дают возможность комплексно механизировать процессы распределения бетона, его уплотнения и отделки и осуществить по­ точное строительство цементобетонных дорожных покрытий,

С распадом СССР стало развиваться белорусское дорожное ма­ шиностроение.

40

Глава 4

ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫМИ, СТРОИТЕЛЬНЫМИ, ДОРОЖНЫМИ МАШИНАМИ

И ПРОФИЛИРУЮЩИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ СПЕЦИАЛЬНОСТИ

4.1.Основы классификации машии

Встроительном комплексе Беларуси эксплуатируется более тысячи пшоразмеров машин, различных по назначению, конструкции, прин­ ципудействия, размерам, мощности, производительности и т. д.

Подъемно-транспортные и дорожные машины классифицируют:

• потехнологическому признаку (назначению);

• по режиму работы;

• по виду силового оборудования;

• по степени подвижности;

• по степени универсальности.

По технологтескому признаку машины делят на следующие классы (группы): грузоподъемные; транспортные, транспортирую­ щие и погрузочно-разгрузочные; для земляных работ; для свайных работ; для измельчения, сортировки каменных материалов и произ­ водства бетонных работ; для строительства дорог; для содержания дорог; для ремонта дорог; для отделочных работ; ручные машины (механизированный инструмент).

Порежимуработы (принципу действия) различают машины пе­ риодического (цикличного) действия, выполняюпще работу путем периодического многократного повторения одних и тех же чере­ дующихся рабочих и холостых операций с цикличной вьщачей про­ дукции (строительные краны, одноковшовые экскаваторы и погруз­ чики, бульдозеры, скреперы и др.), и машины непрерывного дейст­ вия, выдающие или транспортирующие продукцию непрерывным потоком (конвейеры, многоковшовые экскаваторы и погрузчики, насосы для транспортирования смесей и др.).

По виду силового оборудования различают машины с приводом от двигателей внутреннего сгорания, электрических, гидравлических и пневматических двигателей. Многие строительные машины имеют комбинированный привод, например дизель-электрический и дизельщгфавлический (наиболее распространены), дизель-пневматический, элекгрогидравлический, электрош1евматический и т. п.

41

По степени подвижности машины делят на стационарные, пе­ реносные и передвижные. Последние передвигаются во время рабо­ ты или транспортировки и могут быть самоходными (большинство), прицепными и полуприцепными к базовым тяговым средствам - грузовым автомобилям, тракторам, тягачам и т. д.

По степени универсальности различают машины универсальные многофункционального назначения, оснащаемые различными ви­ дами сменного рабочего оборудования, комплектами быстросъем­ ных рабочих органов и приспособлений для выполнения разнооб­ разных технологических операций, и специализированные, имею­ щие один вид рабочего оборудования и предназначенные для выполнения только одного технологического процесса.

4.2. Технико-экономические показатели работы машии

Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины ра­ ботают в тяжелых условиях, которые характеризуются большим диапазоном изменений температуры воздуха, постоянной возмож­ ностью подвергнуться воздействию осадков, передвижением в ус­ ловиях бездорожья, работой на влажных, а иногда на сильно пыле­ ватых грунтах и т. п. При этом нужно учесть, что строительные объекты часто имеют значительную протяженность, поэтому места работы машин отдапены от ремонтных баз. Все это должно учиты­ ваться при проектировании машин.

Изучаемые машины должны быть просты по конструкции и обла­ дать высокой надежностью в работе и необходимой долговечностью.

Под надежностью понимается свойство машины выполнять за­ данные функции, сохраняя в заданных пределах свои эксплуатаци­ онные показатели в течение заданного времени или же требуемой наработки. Надежность характеризуется безотказностью, ремонто­ пригодностью и долговечностью.

Долговечность - свойство машины сохранять работоспособ­ ность до предельного состояния при установленной системе техни­ ческого обслуживания и ремонтов. Предельное состояние опреде­ ляется невозможностью дальнейшей эксплуатации машины из-за снижения ее эксплуатационных свойств или соображений безопас­ ности. Долговечность характеризуется временем работы машины до капитального ремонта или списания.

42

простота выполнения ремонтных операций, экономичность ра­ боты и снижение стоимости изготовления самой маишны зависят от того, насколько полно проведена унификация машин. Под унифи­ кацией понимается приведение машин к единой системе. Унифика­ ция достигается проектированием машин с максимальным исполь­ зованием одних и тех же или в крайнем случае подобных агрегатов, узлов и механизмов. Парк унифицированных машин легче снабжать запасными частями и на базе готовых агрегатов проще организо­ вать их ремонт. Кроме того, изготовление однотипных агрегатов обходится значительно дешевле, чем разнотипных. Поэтому уни­ фикация сейчас является главнейшей задачей подъемно-транспорт­ ного, строительного и дорожного машиностроения.

В настоящее время совершается переход от проектирования от­ дельных машин к проектированию и внедрению комплекса машин. Это позволит наиболее широко унифицировать машины и упорядо­ чить их выпуск и применение в строительстве. Комплексное проек­ тирование производится на базе типажа машин. Типаж разраба­ тывается для каждого вида оборудования. Им предусматриваются ряды машин каждого вида, которые могут полностью удовлетво­ рить запросы строительного производства. Типажом оговаривается значение тех главных параметров машин, от которых зависят ос­ новные показатели их работы. Так, главными параметрами экскава­ торов и скреперов являются емкости ковшей, автогрейдеров - дли­ ны ножей, бульдозеров - тяговые усилия и т.д.

При проектировании и внедрении новых машин необходимо оце­ нил. их эксплуатационные качества. Главным показателем является производшетьность машин. Под производительностью понимается продукция, выдаваемая машиной за 1 ч работы. Различают теоретиче­ скую,техническую и эксплуатационную производительность.

Теоретическая (расчетная) производительность представляет собой максимально возможную производительность машины при условии ее непрерывной работы. При этом не учитываются потери времени, а также те потери, которые имеют место ввиду различия действительных и расчетных параметров машины, например ско­ ростей движения. Кроме того, не учитываются и возможные поте­ ри перемещаемого машиной материала, например грунта, при пе­ редаче его с одного рабочего органа на другой. Теоретическая

43

производительность Пр определяется применительно к каждому виду машин с учетом специфики технологического процесса и в ре­ альных условиях работы машины никогда не может быть достигнута.

Техническая производительность представляет собой макси­ мально возможную производительность, которая возможна в дан- 1ВЫХ конкретных условиях работы в течение часа. При расчете тех- !нической производительности учитываются физико-механические свойства обрабатываемых материалов, а также изменения этих свойств. Так, например, при определении технической производи­ тельности землеройных машин следует учитывать разрыхление 1грунта при наполнении ковша, снижение фактических скоростей по сравнению с расчетными и т.п.

Техническая производительность определяется через расчетную по формуле

Пт = Шр,

где к - коэффициент, учитывающий названные вьппе потери произ- ]зодительности.

Эксплуатационная производительность дополнительно учи­ тывает те потери времени, которые имеют место из-за неизбежных перерывов в работе, связанных с заправкой и смазкой машины, с подготовкой ее к работе и производством заключительных опера- 1 1ИЙ. Эти потери могут бьггь оценены коэффициентом использова­ ния машины по времени к^. Тогда эксплуатационная производи­ тельность

П з = ^ в П т .

Важным показателем работы машины является себестоимость (5диницы продукции, которая определяется по формуле

С

т =

Пэ

где С - себестоимость одного часа работы машины, руб.

44

Повышение производительности машин и снижение себестоимо­ сти единицы продукции является важной народнохозяйственной задачей. Такая задача поставлена как перед эксплуатационниками, так и перед констр>тсторами машин. Повысить производительность машин можно путем увеличения размеров их рабочих органов, уменьшения времени, затрачиваемого на совершение рабочих опе­ раций, и снижения непроизводительных потерь.

Непроизводительные потери зависят главным образом от орга­ низации работ. Однако некоторая их доля часто является следстви­ ем неудачной конструкции машины в целом или отдельных ее уз­ лов. Уменьшить время, затрачиваемое на рабочие операции, можно путем повышения скоростей движения рабочих органов или скоро­ стей движения самих машин. Следует заметить, что такое повыше­ ние не может быть беспредельным. Часто оно ограничивается опре­ деленными максимальными значениями скоростей, выше которых ухудшается работа машины, а в некоторых случаях начинает даже снижаться ее производительность. Поэтому в большинстве случаев производительность того или иного типа машин повышают путем увеличения размеров их рабочих органов, что, однако, неизбежно влечет за собой повышение мощности установленного двигателя. В связи с этим в дорожном машиностроении и наблюдается непре­ рывное повышение мощностей выпускаемых машин.

Годовая выработка парка машин может быть увеличена путем их использования в течение круглого года. Круглогодичное строитель­ ство, т. е. ликвидация сезонности в строительстве, является весьма важной проблемой.

Возмояшость использования машины в зимнее время, т. е. при низких температурах воздуха, должна учитываться при её проек'гировании и изготовлении. При этом должны применяться системы, облегчающие запуск двигателей, должна бьггь улучшена система смазки всех трущихся частей машины, необходимо утеплить каби­ ны операторов и т.п.

Внедрение в производство новой машины может быть осуществ­ лено лишь в том случае, если в результате будет иметь место эко­ номический эффект. Последний может принять форму снижения себестоимости единицы получаемой продукции, повышения каче­ ства последней, повышения производительности, улучшения усло­ вийтруда и т.п.

45

Эффективность новой машины устанавливается путем ее срав­ нения с наиболее экономичной применяемой до нее машиной. При этом наиболее характерным показателем экономической эффектив­ ности является срок окупаемости, определяемый как

_ К

Здесь К - те капиталовложения, которые необходимы для пуска новой машины в производство; Е - годовая экономия, ожидаемая от внедрения машины.

Сравнение отдельных типов машин производится еще по другим показателям. Так, определяются удельная энергоемкость машины

ЛГ

П э ’

где N - мощность установленных на машине двигателей; удельная металлоемкость машины

Г - ^

где G - масса машины;

определяется также часовая вьфаботка продукции на одного рабочего

ПИуд ^ ,

где п - число обслуживающих машину рабочих.

Создание новой машины начинается с составления технического задания на ее проектирование. Этим заданием обусловливается об­ ласть применения машины, устанавливается основная ее характери­ стика, в том числе производительность, и выводятся технико­ экономические показатели ее работы. В техническом задании также определяется потребность в таких машинах и обосновывается эко­ номическая целесообразность их выпуска. По утверждении задания

46

разрабатывается технический проект машины, а затем - и рабочие чертежи. По этим чертежам завод изготавливает головной образец, который проходит испытания. По результатам испытаний делается заключение о возможности серийного производства машины.

4.3. Ознакомление с деталями машин

Машина - устройство, выполняющее механические движения ря преобразования энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения физического или умственного труда.

Машины состоят из большого количества отдельных частей. Простейшие части машин, изготовленные без применения сбороч­ ныхопераций, называются деталями. Многие из деталей различных по назначению машин имеют одинаковую конструкцию, выполня­ ют одинаковые функции, находятся в одинаковых или тождествен­ ныхусловиях работы.

Группа деталей, работающих в комплексе и объединенньпс об­ щим назначением, называется механизмом или узлом (например, редуктор, коробка передач). Поэтому изучение различньсс машин целесообразно начинать с рассмотрения устройства, работы и на­ значения отдельных деталей, к которым относятся детали различ­ ныхсоединений и передач.

Различают детали общего и специального назначения. Детали об­ щего назначения - винты, гайки, валы, муфты, подшипники и т.д. - применяются почти во всех машинах. Детали специального назна­ чения, например, крюк подъемного крана, зуб ковша экскаватора и т. д., встречаются только в некоторых машинах. Обеспечение эф­ фективности работы машины при длительном сроке службы в зна­ чительной степени определяется прочностью, надежностью, долго­ вечностью, износостойкостью и жесткостью деталей и узлов.

В зависимости от назначения и условий производства детали ма­ шин изготавливаются из чугунных и стальных отливок, стальных по­ ковок и проката, отливок, проката и штампованных заготовок, выпол­ ненныхиз сплавов цветных металлов, а также из пластмасс.

Наиболее распространенными материалами для изготовления деталей строительных и дорожных машин являются чугун и сталь, которые называют черными металлами. Широкое применение при изготовлении многих деталей машин получил чугун, обладающий

47

хорошими литейными качествами, высокой стоимостью и доста­ точной прочностью. Сложные по конфигурации корпусные и дру­ гие детали отливаются из серого чугуна, представляющего собой железоуглеродистый сплав. При остывании этого сплава значитель­ ная часть углерода вьщеляется из него в виде графита, который рав1Юмерно распределяется по сечению отливки и придает чугуну серый цвет. Детали, изготовленные из серого чугуна, имеют ограниченную прочность при возникновении в них касательных напряжений (изгиб, tq3y4eHne) или при воздействии на них ударных нагрузок.

Из серого чугуна, обладающего свойством хорошо заполнять фор­ мы, изготавливают литые детали сложной конфигурации и несильно нагруженные (корпусы, кожухи, шкивы, рычаги, кронштейны и др.).

Для изготовления сложных по форме деталей, в которых возникают значительные касательные напряжения, применяются отливки из высо вюпрочного и ковкого чугуна, обладаюш^1е большой прочностью.

Сталь (литейная или прокатная) применяется для изготовления бо- 1[ее нагружаемых деталей. Но сравнительно плохая текучесть в жид­ ком состоянии, значительная усадка при остывании и высокая стои­ мость стали ограничивают ее применение. Поэтому из стали отлива­ ются в основном крупные, сильно нагружаемые и сложные по форме детали строительно-дорожных машин. Это ходовые рамы, станины, ковши больших экскаваторов, корпуса камнедробилок, а из специаль­ ных износостойких высокомарганцевистых сталей - зубья ковшей экс- к;аваторов, рабочие органы камнедробильных машин и т.д.

Сильно нагружаемые детали более простых форм изготавлива­ ются в основном из проката, материалом которого служат углеро­ дистые стали обыкновенного качества, углеродистые качественные конструкционные, легированные конструкционные, а для наиболее нагруженных деталей - высоколегированные стали.

Для повьш1ения прочности и твердости детали^изготовленные из стали, обычно подвергают термической обработке (закалке, отпуску или нормализации).

Из цветных металлов наибольшее применение при изготовлении деталей строительных и дорожных машин находят медь, алюминий, олово, свинец, цинк. Применяются они в виде сплавов (алюминие­ вые сплавы, латунь, бронза, баббит и др.).

В строительном машиностроении кроме металлов применяются и другие материалы, например, пластмасса, резина, стекло, асбест и др.

48

Наиболее широко применяются пластмассы на основе синтети­ ческих смол. Пластмассы разделяются на следующие группы; слои­ стые (текстолит, гетинакс, асботекстолит); термопластические ма­ териалы (плексиглас, винипласт, фторопласт).

Пластмассы применяются для изготовления вкладышей под­ шипников, зубчатых колес, сепараторов подшипников качения, ремней, крепежных деталей, рукояток и др.

Применение пластмасс в подъемно-транспортном, строительном и дорожном машиностроении пока невелико и ограничивается в основном фрикционными и антифрикционными деталями, такими, например, как накладки в тормозах и фрикционных муфтах и неко­ торые подшипники и детали утоютнительных устройств. Между смежными деталями всегда возникает сила трения, зависящая от качества поверхности деталей (степени шероховатости) и свойства материала, а также от силы, с которой детали прижимаются одна к другой, то есть нормального давления между поверхностями.

В подвижных соединениях стремятся уменьшить силу трения, поскольку она мешает движению, увеличивая расход энергии. Достагается это уменьшением шероховатости, применением антифрик­ ционных материалов, разобщением поверхностей слоем смазки.

При отсутствии смазки трущихся поверхностей (как это бывает в тормозах и большинстве фрикционных муфт) возникает так назы­ ваемое сухое трение, при котором основными становятся механиче­ ские силы: при полном же разделении трущихся поверхностей сло­ ем смазки трение называется жидкостным. Воздействие влаги и ки­ слорода атмосферы приводит к окислению и разрушению поверхности металлических деталей, называемому коррозией, поэтому металлы покрывают антикоррозийными покрытиями.

Антикоррозийное покрытие - тонкостенное покрытие на изде­ лиях для защиты их от коррозии. Различают антикоррозийные покрьпия металлические (цинкование, никелирование, хромирование, меднение и др.), лакокрасочные, покрытия резиной (гуммирование), пластмассовые и битумные смазки.

Отдельные части машин и их детали могут соединяться между собойкак подвижно, так и неподвижно.

В подвижных соединениях относительное положение деталей может меняться, а в неподвижных оно постоянно.

49