- •Строительные машины и оборудование
- •660041, Г. Красноярск, пр. Свободный, 79
- •Лабораторная работа 1 изучение основных видов механических передач и определение их характеристик
- •Лабораторная работа 2 изучение гидравлического и пневматического привода строительных машин
- •Лабораторная работа 3 определение параметров механизма подъема груза башенного крана
- •Лабораторная работа 4
- •Значение коэффициента а для определения диаметра приводного барабана
- •Лабораторная работа 5 определение рациональных технологических параметров и производительности бульдозера
- •Лабораторная работа 6 изучение устройства и определение рациональных параметров щековой дробилки
- •Лабораторная работа 7 изучение устройства и определение параметров бетоносмесителя
- •Общие сведения
- •Технические характеристики одноковшовых экскаваторов
- •Технико-экономические показатели строительных машин.
- •Разработка годового графика технического обслуживания и ремонта строительных машин
- •Порядок выполнения работы
- •Годовой план технического обслуживания и ремонта строительных машин
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Оглавление
Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет
Строительные машины и оборудование
Учебное пособие по лабораторному практикуму
Электронное издание
Красноярск
СФУ
2013
УДК 69.002.5
ББК 38.6-5
Составители: Р.Т. Емельянов, А.П. Прокопьев, Е.С. Турышева
Р863 Строительные машины и оборудование: учебное пособие по лабораторному практикуму [Электронный ресурс] / сост. Р.Т. Емельянов, Е.С. Турышева, А.П. Прокопьев. – Электрон. дан. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2013. – Систем. требования: PC не ниже класса Pentium I; 128 Mb RAM; Windows 98/XP/7; Adobe Reader V8.0 и выше. – Загл. с экрана.
В пособии излагаются методы, используемые в лабораторном практикуме по строительным машинам, рассматривается принцип действия машин и лабораторных установок, их технические характеристики, формулируются требования и даются рекомендации по выполнению отдельных этапов работ и обработке опытных данных измерений.
Учебное пособие предназначено для студентов направления подготовки 270800 – «Строительство» бакалаврской подготовки.
УДК 69.002.5
ББК 38.6-5
© Сибирский
федеральный
университет, 2013
Учебное издание
Подготовлено к публикации ИЦ БИК СФУ
Подписано в свет __.__.2013 г. Заказ ____.
Тиражируется на машиночитаемых носителях.
Издательский отдел
Библиотечно-издательского комплекса
Сибирского федерального университета
660041, Г. Красноярск, пр. Свободный, 79
Тел/факс (391) 2062149. E-mail rio@sfu-kras.ru
http://rio.sfu.kras.ru
Лабораторная работа 1 изучение основных видов механических передач и определение их характеристик
Цели работы: изучить конструкции и принцип действия механических передач; определить кинематические и силовые параметры передач.
Теоретические сведения
Механические передачи по принципу работы делят на передачи трением с непосредственным контактом тел качения (фрикционные) и с гибкой связью (ременные); передачи зацеплением с непосредственным контактом (зубчатые и червячные) и с гибкой связью (цепные).
Ременная передача состоит из ведущего и ведомого шкивов и ремня, надетого на шкивы с натяжением и передающего окружные усилия с помощью сил трения. Ремни выполняют плоскими, клиновыми, поликлиновыми и круглого сечения. Необходимым условием работы ременной передачи является натяжение ремня, которое должно сохраняться в условиях эксплуатации. Натяжение осуществляется перемещением одного из шкивов натяжным роликом или пружиной, автоматическим устройством, обеспечивающим регулирование натяжения в зависимости от нагрузки. Ременные передачи, как правило, применяют для передачи движения параллельными валами, вращающимися в одну сторону (открытые передачи). В легких передачах благодаря закручиванию ремня возможна передача движения между параллельными валами, вращающимися в разные стороны, и между перекрещивающимися.
Основными требованиями, предъявляемыми к ремням, являются необходимая прочность при переменных напряжениях и износостойкость, достаточный коэффициент трения со шкивом, невысокая изгибная жесткость.
Этим требованиям удовлетворяет высококачественная кожа, однако вследствие дефицитности применяется редко. Наиболее распространенными являются прорезиненные тканевые ремни, имеющие достаточно высокую нагрузочную способность, удовлетворительную долговечность при работе со скоростями до 30 м/с. Основным несущим элементом является высокопрочная хлопчатобумажная ткань - бельтинг.
В современных конструкциях машин применяют ремни из синтетических материалов, допускающие рабочие скорости до 75 м/с и имеющие значительно большую прочность и долговечность. Передачи с клиновыми ремнями обладают большей тяговой способностью за счет клинового эффекта.
Передаточное отношение ременной передачи с учетом наличия упругого скольжения ремня по шкивам:
i = n1/n2 = D1/D2 , (1.1)
где – коэффициент, учитывающий упругое относительное скольжение ремня; = 0,99 – 0,98.
Достоинствами ременных передач являются простота конструкции, возможность передачи движения на большие расстояния, способность предохранять механизмы привода от перегрузок за счет проскальзывания. К недостаткам относятся большие габариты передачи и недостаточная долговечность ремней. При эксплуатации ременных передач во избежание резкого снижения тягового усилия необходимо следить, чтобы смазка не попадала на шкивы и ремень передачи.
Зубчатые передачи. Эти механизмы с помощью зубчатого зацепления передают или преобразуют движение с изменением угловых скоростей и моментов. Зубчатые передачи (рис. 1.1) между параллельными осями осуществляются цилиндрическими колесами с прямыми, косыми и шевронными зубьями. Передачи между пересекающимися осями осущест-вляются коническими колесами, передачи между перекрещивающимися осями винтовыми колесами. Mеньшее зубчатое колесо в паре называетсяшестерней, большее –колесом.
Зубчатые передачи в строительных машинах применяются наиболее широко. По сравнению с другими механическими передачами они имеют малые габариты, высокий КПД ( = 0,99 – 0,97), большую долговечность и надежность, постоянство передаточного отношения ввиду отсутствия проскальзывания, возможность применения в широком диапазоне моментов, скоростей и передаточных отношений. К недостаткам относятся шум при работе на значительных скоростях и недостаточно качественном исполнении. Они просты в изготовлении и имеют малые скорости скольжения и достаточные радиусы кривизны в точках контакта, что обеспечивает высокий КПД, прочность и долговечность зубьев колес. Эвольвентное зацепление малочувствительно к отклонениям межцентрового расстояния а.
Рис. 1.1 – Виды зубчатых колес:а – цилиндрические прямозубые; б – цилиндрические косозубые; в – цилиндрические шевронные; г – конические прямозубые; д – конические с круговым зубом; е – винтовые; ж – с внутренним зацеплением; з – с реечным зацеплением
Элементы зубчатых зацеплений стандартизованы. Расстояние между одноименными профилями соседних зубьев, измеренное по дуге начальной окружности зубчатого колеса, называется окружным шагом pt. Модуль зубьев является основным параметром.
Основными параметрами, определяющими зубчатую передачу, кроме модуля и шага являются: число зубьев шестерни и колеса, передаточное число; межосевое расстояние – выбирается из стандартизованных рядов; высота зуба, высота головки зуба.
Червячные передачи передают вращение между перекрещивающимися осями и относятся к зубчато-винтовым передачам. Они состоят из винта – червяка с трапецеидальной или близкой к ней резьбой и косозубого червячного колеса с зубьями особой формы, получаемой в результате взаимного сгибания с витками червяка. В отличие от винтовых передач осуществляется линейный контакт.
В строительных машинах червячные передачи применяются с передаточным числом i = 8 – 60 при количестве заходов червяка соответственно 4 – 1. При этом = 0,9 – 0,65. Для повышения КПД червячной пары за счет снижения сил трения зубья колеса делают из антифрикционного материала – качественной бронзы, а зуб червяка закаливают и шлифуют. Вследствие низких КПД червячные передачи используют в основном в передачах с небольшими мощностями 40 – 50 кВт и реже до 200 кВт при скоростях до 13 м/с. Основными параметрами червячной передачи являются шаг pt (мм) и модуль m (мм). Расчет межцентрового расстояния и размеров зуба ведется исходя из контактной и изгибной прочности применительно к червячному колесу, изготовленному обычно из бронзы или чугуна, обладающих меньшей прочностью по сравнению со стальным червяком.
Кроме прямых червяков с различными профилями зубьев изготовляются вогнутые так называемые глобоидные охватывающие зубья колеса на некоторой дуге. Такие червячные передачи обладают высокой несущей способностью вследствие большого количества зубьев, находящихся одновременно в зацеплении. Однако они более сложны в изготовлении, монтаже и регулировке, особенно после некоторого износа зубьев колеса.
Цепные передачи предназначаются для передачи движения между двумя параллельными валами при достаточно большом расстоянии между ними. Передача состоит из ведущей и ведомой звездочек и цепи, охватывающей их. Кроме этих основных элементов имеются натяжное и смазочное устройства, а также ограждения.
В строительных машинах в качестве приводных цепей наиболее широко применяют втулочно-роликовые цепи, состоящие из валиков, на которых насажены наружные пластины и свободно поворачивающиеся втулки. На втулки напрессованы внутренние пластины и свободно посажены ролики. В качестве тяговых цепей в конвейерах, рабочих органах цепных экскаваторов используются обычно длиннозвенные втулочные цепи.
К достоинствам цепных передач относят: возможность передачи движения на значительные расстояния; меньшие, чем у ременных передач, габариты, отсутствие скольжения; достаточно высокий КПД ( = 0,98 – 0,94), возможность легкой замены цепи. К недостаткам цепных передач относят: сравнительно быстрый износ шарниров, работающих в условиях попадания абразива; требуют более сложного ухода - смазки, регулировки в сравнении с клиноременными передачами; значительные вибрации и шум при достаточно высоких скоростях и невысокой точности элементов конструкции.
Основные параметры цепи определяются из шага t, по которому они приводятся в ГОСТах. В строительных машинах в зависимости от мощностей и скоростей применяют как однорядные, так и многорядные цепные передачи.
Валы и оси имеют аналогичные формы и служат для поддержания вращающихся деталей. В отличие от осей валы предназначены для передачи крутящего момента вдоль своей оси. Многие типы валов подвержены действию как крутящих моментов, поперечных и осевых сил, изгибающих моментов.
Для соединения вращающихся деталей с валами применяют шпонки (от одной до трех по окружности вала) или делают шлицевые соединения. Валы в большинстве случаев выполняют ступенчатыми. Эта форма удобна в изготовлении и сборке, уступы валов могут воспринимать большие осевые силы. Основными материалами для валов и осей служат углеродистые и легированные стали.
Гибкие валы применяют для передачи крутящего момента между узлами машин или агрегатами, меняющими свое относительное положение при работе. Основными свойствами гибких валов являются их малая жесткость при изгибе и значительная жесткость при кручении. Их применяют в основном в механизированном инструменте, вибраторах, приборах дистанционного управления и контроля, следящих приводах.
Гибкие валы состоят из сердечника и нескольких плотно навитых слоев проволок. Соседние слои имеют противоположное направление навивки. Толщина проволок наружных слоев больше, чем внутренних, гибкие валы заключают в металлическую, резиновую или тканевую броню, которая защищает гибкий вал от повреждений, загрязнений и сохраняет на нем смазку.
Подшипники предназначаются для поддерживания вращающихся валов и осей в пространстве и восприятия действующих на них нагрузок. Кроме осей и валов подшипники могут поддерживать детали, вращающиеся вокруг осей и валов, например катки, шкивы, шестерни и др.
По виду трения подшипники разделяют на подшипники скольжения и качения. Подшипники скольжения - это опоры вращающихся деталей, работающих в условиях относительного скольжения поверхности цапфы по поверхности подшипника, разделенных слоем смазки. Подшипники качения - это опоры вращающихся или качающихся деталей, использующие элементы качения (шарики или ролики) и работающие на основе трения качения.
В качестве отдельных узлов механических передач в строительных машинах широко применяют редукторы, коробки скоростей, коробки отбора мощности, реверсы.
Зубчатые и червячные редукторы – это механизмы, выполняемые в виде отдельных агрегатов и служащие для понижения угловых скоростей и увеличения крутящих моментов.
На рис. 1.2 приведены схемы зубчатых цилиндрических, конических и червячных редукторов. Для малых передаточных чисел – до i = 8 – 10 во избежание увеличения габаритов применяют одноступенчатые редукторы (рис. 1.2, а).
Основное распространение имеют двухступенчатые редукторы с i = 8 – 50 (рис. 1.2, б, в) и одноступенчатый червячный редуктор (рис. 1.2, е). При больших передаточных числах используют трехступенчатые передачи (рис. 1.2, г, д).
Определение кинематических и силовых параметров механических передач.
Передаточное отношение ременной передачи с учетом наличия упругого скольжения ремня по шкивам:
i р. п = n1/n2 = D2/( D1 ), (1.2)
где – коэффициент, учитывающий упругое относительное скольжение ремня; = 0,99…0,98.
Общее передаточное отношение привода ленточного конвейера (электродвигатель – червячный редуктор – ременная передача):
i = iч.р iр.п ; (1.3)
момент крутящий (Н м) на ведущем и ведомом валу:
Мкр1 = 9550 N1/n1, (1.4)
Мкр2 = M1 i . (1.5)
Общий коэффициент полезного действия системы передач равен произведению КПД элементов передач:
= 1 2 3 … (1.6)
Значения КПД: подшипники трения качения – 0,98…0,995; подшип-ники трения скольжения – 0,95…0,97; барабаны – 0,98…0,99; зубчатые передачи: открытые – 0,96…0,98; работающие в масляной ванне – 0,99…0,995; цепные передачи – 0,95…0,97; ременные передачи – 0,99…0,995; фрикционные передачи – 0,92…0,94; червячные передачи – 0,9…0,65;
Мощность на выходном валу (барабане) привода ленточного конвейера:
N2 = N1 . (1.7)
По величине шага зубьев t (мм) определяется величина нормального модуля зубчатого зацепления:
m=t/. (1.8)
Полученные значения модуля m округляются до стандартного ближайшего согласно СТ СЭВ 310-76: 1,0; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25.
Передаточным числом кинематической пары называется отношение диаметра (радиуса) ведомого колеса к диаметру (радиусу) ведущего; для зубчатой и цепной передачи - отношение числа зубьев z2 на ведомой шестерне или звездочке к числу зубьев z1 на ведущей; для червячной передачи - числа зубьев z2 червячного колеса к числу заходов z1 червяка:
i = D2/D1 = R2/R1 = z2/z1. (1.9)
Рис. 1.2 – Кинематические схемы редукторов
Порядок выполнения:
Оборудование и приборы: зубчатые редукторы, механическая коробка передач, ременная передача, плакаты, миллиметpовая линейка, штанген-циркуль.
По плакатам и лабоpатоpным стендам изучить конструкцию, принцип действия механических передач.
Ответить на теоретические вопросы и задачи для проверки готовности к выполнению лабораторной работы. Ответы подробно описать в отчете.
Нарисовать кинематические схемы лабораторных стендов.
Подготовить индивидуальные исходные данные для расчетов (табл. 1. 1):
мощность электродвигателя привода;
частота вращения n1 вала электродвигателя;
передаточное отношение червячного редуктора привода ленточного конвейера.
4. Пpоизвести измеpение натуpных параметров и pазмеpов:
числа зубьев зубчатых колес zi стендов «Одноступенчатый редуктор», «Червячный редуктор», «Коробка передач»;
число заходов червяка стенда «Червячный редуктор»;
диаметр ведущего и ведомого шкивов Di (м) привода ленточного конвейера, «Коробка передач».
5. Определить кинематические и силовые параметры механических передач стендов: «Одноступенчатый редуктор», «Механическая коробка передач», «Привод ленточного конвейера».
Последовательность расчета параметров.
Определить:
момент крутящий на ведущем валу;
коэффициент полезного действия;
передаточное отношение;
мощность, момент крутящий и частоту вращения на выходном валу;
момент крутящий на выходном валу;
частоту вращения на выходном валу.
6. Выполнить расчет кинематических и силовых параметров механи-ческого привода стрелового автомобильного крана. По кинематической схеме механизмов автомобильного крана (рисунок 1.3) определить общее передаточное отношение iобщ, общее КПД, мощность на ведомом валу, момент крутящий на ведущем валу (двигателя) и ведомом валу механизма поворота (Z16), частоту вращения n на ведомом валу платформы, привода передней оси (Z24), стреловой лебедки (Z26), грузовой лебедки (Z28).
Табл. 1.1 – Исходные данные
Номер вари- анта |
Мощность электро-двигателя, N1, кВт |
Частота вращения вала двигателя, n1 |
Переда точное отноше-ние червяч-ного редукто-ра, iр |
Номер вари анта |
Мощ-ность электро-двигателя, N1, кВт |
Частота враще-ния вала двига-теля, n1 |
Переда-точное отноше-ние червяч-ного редукто-ра, iр |
1 |
15 |
720 |
16 |
15 |
30 |
700 |
26 |
2 |
22 |
715 |
12 |
16 |
37 |
700 |
18 |
3 |
22 |
960 |
18 |
17 |
75 |
725 |
22 |
4 |
30 |
960 |
14 |
18 |
55 |
725 |
36 |
5 |
22 |
960 |
26 |
19 |
75 |
965 |
44 |
6 |
30 |
960 |
25 |
20 |
110 |
970 |
40 |
7 |
15 |
705 |
32 |
21 |
45 |
570 |
26 |
8 |
22 |
700 |
40 |
22 |
60 |
575 |
32 |
9 |
37 |
955 |
42 |
23 |
75 |
575 |
34 |
10 |
55 |
955 |
44 |
24 |
5 |
925 |
42 |
11 |
30 |
715 |
76 |
25 |
1,8 |
300 |
18 |
12 |
37 |
725 |
18 |
26 |
7,5 |
930 |
28 |
13 |
37 |
930 |
16 |
27 |
2,4 |
300 |
62 |
14 |
55 |
925 |
34 |
28 |
11 |
940 |
56 |
Содержание отчета:
– название лабоpатоpной pаботы;
– цели;
– ответы на теоретические вопросы;
– исходные данные для расчета кинематических и силовых параметров механических передач;
– кинематические схемы механических передач, механизмов;
– pезультаты pасчета кинематических и силовых параметров;
– выводы.
Рис. 1.3 – Кинематическая схема механизмов автомобильного крана
Контрольные вопросы
Какие механические передачи применяются в строительных машинах?
Достоинства и недостатки механических передач. Что такое редуктор?
Из каких материалов состоят ремённые передачи?
Конструкция, достоинства и недостатки зубчатых передач.
Конструкция, достоинства и недостатки червячных передач.
Конструкция, достоинства и недостатки ременных передач.
Конструкция, достоинства и недостатки цепных передач.
Как определить передаточное отношение, момент крутящий на выходном валу?
Как определить общее передаточное отношение, общий КПД и момент крутящий на выходном валу системы передач (зубчато-червячно-ременной)?