Белорусский национальный технический университет Факультет транспортных коммуникаций
Кафедра «Механизация и автоматизация дорожно-строительного комплекса»
ЭЛЕКТРОННЫЙ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
Строительные, дорожные и мелиоративные машины. Часть 1
для специальности 1-36 11 01 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование (по направлениям)»
Минск БНТУ 2020
Составитель: А.А. Бежик, старший преподаватель кафедры «Механизация и автоматизация дорожно-строительного комплекса».
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА (ВВЕДЕНИЕ)
Учебно-методический комплекс (далее – УМК) «Строительные, дорожные и мелиоративные машины. Часть 1» предназначен для студентов специальности 1- 36 11 01 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование (по направлениям)». В УМК рассматривается назначение, область применения и конструкции строительных, дорожных и мелиоративных машин, определение рациональных параметров при выполнении рабочего процесса, подбор необходимых типов машин и их комплектов.
При написании учебно-методического комплекса использованы материалы, изложенные в учебниках, учебных пособиях, методических указаниях, технических нормативно-правовых актов, научных статьях, материалах научнопрактических конференций. Настоящий учебнометодический комплекс отражает опыт преподавания данной дисциплины, накопленный на кафедре «Механизация и автоматизация дорожно-строительного комплекса» БНТУ.
Цели ЭУМК
Целью ЭУМК является формирование у студентов знаний, умений и навыков для обеспечения рационального ведения механизации работ в дорожном строительстве с характером выполнения рабочих процессов и способом их осуществления с помощью рабочего оборудования и механизмов машин и системы управления. В современных условиях, характеризующихся большим объемом и трудоемкостью работ, выполняемых в дорожном хозяйстве, необходимо выполнение срочных работ, а иногда и аварийных работ определяет широкое применение машин различного функционального назначения.
Особенности структурирования и подачи учебного материала
ЭУМК включает учебные, научные и методические материалы по учебной дисциплине «Строительные, дорожные и мелиоративные машины. Часть 1». Состоит из четырех разделов: теоретического, практического, контроля знаний, вспомогательного (литература). В теоретический раздел входит курс лекций. В практическом разделе приведены список тем лабораторных, практических занятий и контрольных работ. Раздел контроля знаний включает вопросы для подготовки к сдаче экзамена. Во вспомогательный раздел входит перечень основных и вспомогательных литературных источников.
Предложенные материалы являются теоретической основой для изучения учебной дисциплины «Строительные, дорожные и мелиоративные машины. Часть 1» для студентов специальности 1-36 11 01 «Подъемно-транспортные, строительные дорожные машины и оборудование (по направлениям)».
Рекомендации по организации работы с ЭУМК
Электронный документ открывается в среде Windows на IBM PC - совместимом персональном компьютере стандартной конфигурации.
2
СОДЕРЖАНИЕ |
|
I ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ................................................................................... |
5 |
1.1 КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ...................................................................................... |
5 |
Раздел I. Общие сведения о тягово-транспортных машинах ......................... |
5 |
Тема 1.1. Введение ......................................................................................................... |
5 |
Тема 1.2. Классификация и компоновочные схемы тягово- |
|
транспортных машин ......................................................................................... |
10 |
Тема 1.3. Основы теории тягово-транспортных машин ................................. |
17 |
Раздел II. Устройство основных узлов тягово-транспортных машин ......... |
52 |
Тема 2.1. Поршневые двигатели внутреннего сгорания................................. |
52 |
Тема 2.2. Трансмиссии тягово-транспортных машин ................................... |
127 |
Тема 2.3. Ходовые системы тягово-транспортных машин.......................... |
165 |
Раздел III. Общие сведения о земляных работах и машинах для |
|
земляных работ........................................................................................ |
202 |
Тема 3.1. Общие сведения о грунтах, земляных работах и |
|
сооружениях ........................................................................................................ |
202 |
Тема 3.2. Общие сведения о машинах для земляных работ........................ |
207 |
Раздел IV. Землеройно-транспортные машины ........................................... |
225 |
Тема 4.1. Бульдозеры................................................................................................. |
225 |
Тема 4.2. Скреперы..................................................................................................... |
232 |
Тема 4.3. Автогрейдеры и грейдер-элеваторы ................................................. |
238 |
Тема 4.4. Одноковшовые погрузчики.................................................................. |
248 |
Раздел V. Землеройные машины ................................................................... |
256 |
Тема 5.1. Одноковшовые экскаваторы................................................................ |
256 |
Тема 5.2. Многоковшовые экскаваторы ............................................................. |
267 |
Раздел VI. Машины и оборудование для специальных земляных работ .. |
278 |
Тема 6.1. Машины и оборудование для уплотнения грунтов..................... |
278 |
Тема 6.2. Машины для рыхления грунтов ......................................................... |
284 |
Тема 6.3. Буровые машины и оборудование..................................................... |
291 |
Тема 6.4. Машины и оборудование для бестраншейной прокладки |
|
труб ......................................................................................................................... |
309 |
Тема 6.5. Машины и оборудование для гидромеханизации |
|
земляных работ................................................................................................... |
314 |
Тема 6.6. Тяговые расчёты землеройной машины.......................................... |
254 |
1.2 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ |
|
РАБОТ .......................................................................................................... |
322 |
II ПРАКТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ ............................................................................... |
322 |
2.1 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ |
|
РАБОТ .......................................................................................................... |
322 |
2.1.1. Тяговый расчет тракторного поезда.................................................... |
322 |
2.1.2. Тяговый расчет автосамосвала ............................................................ |
325 |
2.1.3. Определение основных параметров трактора.................................... |
329 |
2.1.4. Тяговый расчет бульдозера .................................................................. |
333 |
2.1.5. Тяговый расчет скрепера...................................................................... |
335 |
2.1.6. Тяговый расчет автогрейдера .............................................................. |
338 |
2.2 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ |
|
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ........................................................................ |
341 |
3
III КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ ....................................................................................... |
341 |
3.1 СРЕДСТВА ДИАГНОСТИКИ РЕЗУЛЬТАТОВ УЧЕБНОЙ |
|
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ....................................................................................... |
341 |
3.2 ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ ......................................................... |
342 |
IV ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ.................................................................... |
349 |
4.1 УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА............................................................................ |
349 |
4.1.1 Введение.................................................................................................. |
349 |
4.1.2 Компетенции........................................................................................... |
349 |
4.1.3 Содержание учебного материала ......................................................... |
351 |
4.1.4 Перечень тем практических занятий.................................................... |
353 |
4.1.5 Перечень тем лабораторных работ....................................................... |
353 |
4.1.6 Методические рекомендации по организации и выполнению |
|
самостоятельной работы студентов ...................................................... |
354 |
4.2 ПЕРЕЧЕНЬ УЧЕБНЫХ ИЗДАНИЙ............................................................ |
355 |
4.2.1 Основная литература ............................................................................. |
355 |
4.2.2 Дополнительная литература ................................................................. |
356 |
4
I ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
1.1 КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
Раздел I. Общие сведения о тягово-транспортных машинах
Тема 1.1. Введение
Цели и задачи изучения дисциплины
Целью изучения учебной дисциплины является формирование знаний, умений и навыков для обеспечения рационального ведения механизации работ в дорожном строительстве с характером выполнения рабочих процессов и способом их осуществления с помощью рабочего оборудования и механизмов машин и системы управления. В современных условиях, характеризующихся большим объемом и трудоемкостью работ, выполняемых в дорожном хозяйстве, необходимо выполнение срочных работ, а иногда и аварийных работ определяет широкое применение машин различного функционального назначения.
Основными задачами преподавания учебной дисциплины являются: назначение, область применения и конструкции коммунальных машин, определение рациональных параметров при выполнении рабочего процесса, подбор необходимых типов машин и их комплектов.
В результате изучения учебной дисциплины «Строительные, дорожные и мелиоративные машины. Часть 1» студент должен:
знать:
–назначение, область применения, устройство, принцип действия машин;
–основные показатели, удельные показатели металлоемкости, энергонасыщенности;
–особенности проектирования СДМ.
уметь:
–анализировать конструкции машин и механизмов;
–проектировать машины и автоматизированные комплексы;
–использовать автоматизированные системы проектирования;
–проводить испытания машин и определять их выходные характеристики.
владеть:
–основами проектирования СДМ;
–основами безопасной эксплуатации подъемно-транспортных машин (ПТМ) и СДМ;
–методами технического диагностирования.
Краткая история развития автотракторостроения
Современные тракторы и автомобили прошли длительный путь развития и были созданы в результате неустанной и кропотливой работы изобретателей, инженеров, ученых, в том числе наших соотечественников: И. И. Ползунова, создавшего первый в мире двухцилиндровый двигатель; И. П. Кулибина, сконструировавшего в 1791 г. «трехколесную самокатку»; Д. А. Загряжского, запатентовавшего в 1879 г. «экипаж с подвижными колеями» – прообраз современного трактора; Ф. А. Блинова, создавшего первый в мире паровой гусеничный трактор; О. С. Костовича, создавшего в 1879 г. двигатель
5
внутреннего сгорания для летательных аппаратов; Я. В. Мамина, усовершенствовавшего бескомпрессорный двигатель, работающий по смешанному циклу, и организовавшего производство дизелей и серии колесных тракторов.
Из зарубежных специалистов, занимавшихся созданием двигателей, автомобилей и тракторов, следует отметить английского механика Д. Уатта, французских изобретателей Н. Ж. Кюньо,
Э. Ленуара и ученого А. Бо-де-Роша, обосновавшего необходимость предварительного сжатия смеси в цилиндре; немецкого механика
Н. Отто, осуществившего такое сжатие, что резко повысило эффективность двигателя, инженера Р. Дизеля, создавшего двигатель с внутренним смесеобразованием, и других. В дореволюционной России автомобильный парк насчитывал 13 тыс. машин, в том числе 3000 грузовых; тракторный парк составлял всего 165 машин. Начало создания отечественной автотракторной промышленности относится к периоду 1924–1930 гг. В это время на базе авторемонтных мастерских в Москве создается автомобильный завод, который в 1924 г. выпустил партию первых советских автомобилей АМО-Ф15 грузоподъемностью 1,5 т. В 1925 г. в Ярославле реконструированные автомобильные мастерские начали выпускать в небольших количествах грузовые автомобили Я-3 и Я-4 грузоподъемностью 3 т, а в 1929 г.– пятитонные грузовики ЯГ-5 и ЯГ-6. Мелкие партии тракторов различных типов начали выпускать с 1918 г. паровозостроительные заводы Коломны и Харькова. В 1923 г. начался крупносерийный выпуск колесных тракторов на Ленинградском заводе «Красный путиловец». В соответствии с первым пятилетним планом развития народного хозяйства СССР к 1932–1933 гг. были построены автомобильные заводы в Москве и Горьком производительностью 25 тыс. и 100 тыс. автомобилей в год соответственно.
В 1930 г. входит в строй Сталинградский, в 1931 г.– Харьковский и в 1933 г. Челябинский тракторные заводы. Практически за годы первой пятилетки в Советском Союзе была создана самостоятельная отрасль – автомобильное и тракторное машиностроение. К 1937 г. наша страна вышла на первое место в Европе и на второе место в мире по выпуску грузовых автомобилей. Перед Великой Отечественной войной в стране выпускалось ежегодно свыше 140 тыс. автомобилей, а в сельском хозяйстве работало свыше 500 тыс. тракторов (в 15сильном исчислении). По выпуску гусеничных тракторов СССР занимал первое место в мире, а общий выпуск тракторов составил 40% мирового производства.
Война нанесла огромный ущерб народному хозяйству, в том числе и автотракторной промышленности: многие заводы были разрушены, другие перешли на выпуск оборонной продукции. Ряд заводов был перебазирован в восточные районы страны. На Урале был создан комплекс новых заводов (в Миассе, Челябинске, Шадринске), который с 1944 г. начал выпускать грузовые автомобили «Урал-ЗИС-5В». В 1943 г. был пущен Алтайский тракторный завод, а в 1945 г. – Владимирский. После окончания войны автотракторная промышленность, не прекращая выпуска машин старых моделей, перешла на выпуск более совершенных автомобилей (ГАЗ-51, ЗИЛ-150, ЯАЗ-200), соответствовавших возросшим потребностям народного хозяйства страны. Начался выпуск большого количества специализированных автомобилей. Были
6
введены в строй Минский, Павловский, Ульяновский, Кутаисский, Кременчугский и Львовский автомобильные заводы, Липецкий, Онежский, Кишиневский, Павлодарский и Минский тракторные заводы. Уже к 1950 г. тракторная промышленность СССР достигла довоенного уровня, а с 1960 г. по производству тракторов наша страна заняла первое место в мире.
В 1959–1965 гг. происходило дальнейшее увеличение количества выпускаемых автомобилей и тракторов, повышение их качества, а также специализация и кооперирование заводов автомобильной и тракторной промышленности. Так, например, Ярославский автомобильный завод был превращен в моторный завод по производству дизелей (ЯМЗ), а производство грузовых автомобилей большой грузоподъемности передано новому Кременчугскому заводу. Изготовление карьерных самосвалов грузоподъемностью 25 т, выпускавшихся Минским автомобильным заводом, было поручено Белорусскому автомобильному заводу в г. Жодино. В автомобильной и тракторной промышленности непрерывно реконструируются и технически перевооружаются действующие заводы (ГАЗ, ЗИЛ, МАЗ, БелАЗ и др.) и строятся новые.
Ускоренному развитию автотракторной промышленности в 70-е годы во многом способствовало создание крупных объединений по производству автомобилей и тракторов, в состав которых вошли как головные предприятия так и заводы, производящие отдельные агрегаты. Примером таких объединений может служить Белорусское объединение имени 60-летия Великого Октября по производству большегрузных автомобилей, в состав которого входят Минский, Белорусский, Могилевский автомобильные заводы, Барановичский, Калининградский, Осиповичский заводы автомобильных агрегатов. С конвейеров объединения сходит более 30 модификаций автомобилей грузоподъемностью от 8 до 180 т и автомобильные прицепы и полуприцепы различных типов. Аналогичные объединения созданы в тракторной промышленности (производственное объединение «Минский тракторный завод им. В. И. Ленина»).
Место и роль автотракторной техники в строительных работах
Транспортные работы – это работы по перемещению грунта, разнообразных строительных материалов, изделий и конструкций. Они являются одним из основных строительных процессов, непосредственно влияющих на интенсивность и эффективность строительства. Стоимость транспортных работ составляет 12–20% от общей стоимости строительства. При комплексной механизации строительства транспортные работы – перевозка грунта от экскаватора, монтаж элементов зданий и сооружений «с колес» – являются звеном единого технологического процесса строительства. Основной вид транспорта в строительстве – автомобильный, что объясняется универсальностью автомобилей, их быстроходностью, маневренностью. Тракторы применяются для перемещения грузов в условиях труднопроходимых дорог и бездорожья. Кроме того, автомобили и тракторы используются в качестве транспортной базы для различных видов оборудования (подъемники, краны, компрессоры и др.).
Каждый процесс строительного производства, как правило, включает транспортные операции. Например, при возведении железобетонных сооружений необходимо сначала транспортировать на заводы стройиндустрии
7
цемент, щебень, песок и металл, а затем с заводов на строительную площадку – готовые изделия. В значительной степени транспортными являются и земляные работы, поскольку они всегда связаны с перемещением земляных масс.
Транспорт, применяемый в строительстве, разделяется на четыре вида: рельсовый, безрельсовый, грузоподъемный и непрерывный. В этой книге рассматривается безрельсовый транспорт: автомобильный, тракторный, троллейвозный и дизель-троллей-возный.
Безрельсовый транспорт в строительстве характеризуется следующими четырьмя особенностями:
интенсивность его использования зависит от срока производства и объема строительно-монтажных работ; при проектировании организации этих работ следует стремиться уменьшить неравномерность загрузки строительного транспорта;
обычно грузопотоки имеют одностороннее направление – транспортные средства доставляют на строительство материалы и изделия, а оттуда возвращаются порожними; в некоторых случаях можно совмещать перевозку грузов с вывозкой грунта со строительной площадки;
транспортирование грузов производится на короткие расстояния, обычно составляющие для внешних перевозок 10–15 км, а для внутренних 2–3 км;
необходимость специализации транспортных машин, например, для земляных работ – самосвалов, для бетонных заводов – цементовозов, в крупнопанельном строительстве – панелевозов, фермовозов и т. п.
К современным транспортным машинам предъявляются такие требования: максимальная техническая скорость при перевозке грузов (динамичность); обеспечение относительно небольшого удельного расхода горючего (топливная экономичность); легкость и точность управления машиной (управляемость); сопротивляе мость опрокидыванию, скольжению и заносу (устойчивость); возможность движения в тяжелых дорожных условиях (проходимость); безотказная работа продолжительное время в нормальных условиях эксплуатации (долговечность и надежность); относительно небольшие затраты на поддержание и восстановление работоспособности машины (ремонтоспособность).
Кроме выполнения этих обычных требований транспортные машины, применяемые на строительстве, должны быть просты по конструкции и особо удобны в управлении, учитывая, что им приходится работать в тяжелых производственных условиях, высоко маневренны, чтобы работать в стесненных условиях строительных площадок, прочны, особенно рамы, подвески и кузова при погрузке экскаваторами, наконец, как правило, специализированы, т. е. приспособлены для перевозки определенных видов строительных конструкций и материалов.
Для совершенствования и улучшения работы автомобильного транспорта необходимо решить следующие задачи:
улучшить структуру парка грузовых автомобилей; повысить удельный вес автомобилей большой грузоподъемности и
автомобильных поездов; улучшить техническое обслуживание автотранспортных средств;
сократить порожние пробеги и простои грузовых автомобилей;
8
увеличить продолжительность работы автомобилей в течение суток; повысить оснащенность строительства высокопроизводительными
погрузочными средствами.
Специальные транспортные машины необходимо максимально унифицировать, т. е. уменьшать количество их типоразмеров (моделей) и разнообразие узлов и деталей, обеспечивая так называемую нормализацию
(рис. 1.1).
Эти задачи призваны решать также и инженеры-механики по строительным и дорожным машинам.
Рис. 1.1. Унифицированные строительные и транспортные машины на базе: а – одноосного тягача; б – двухосного тягача; в – автосамосвала повышенной проходимости;
1 – скрепер; 2 – землевоз; 3 – пневмошинный каток; 4 – монтажный кран; 5 – цементовоз; 6 – тяжеловоз; 7 панелевоз; 8 – тяжеловоз повышенной
грузоподъемности; 9 – трелевочный тягач; 10 - лесовоз; 11 – грейдер-элеватор; 12 – одноковшовый погрузчик; 13 – вилочный погрузчик; 14 – лесопогрузчик; 15 – погрузчик-смеситель; 16 – одноковшовый экскаватор; 17 – бульдозер; 18 – плужный снегоочиститель; 19 – корчеватель; 20 – путепрокладчик;
21 – буровая установка; 22 – тягач с прицепами; 23 – самосвал; 24 – седельный тягач; 25 – бортовой автомобиль; 26 – лесовоз; 27 – грузовой автомобиль повышенной проходимости; 28 – седельный тягач; 29 – тягач повышенной проходимости; 30 – буровая установка
9