ОГЛАВЛЕНИЕ

Тема № 1. Роль строительных машин и средств малой механизации в повышении производительности и качества строительных работ …………..1

Тема № 2. Классификация строительных машин и их структура. Основные показатели качества машин. Перспективы развития…………………………..3

Тема № 3. Производительность машин…………………………………………5

Тема № 4. Приводы строительных машин. Силовое оборудование………….6

Тема № 5. Общие сведения о трансмиссиях. Силовые и кинематические параметры передач……………………………………………………………….9

Тема № 6. Фрикционные передачи. Достоинства и недостатки……………..10

Тема № 7. Основные сведения о ременных передачах. Расчет ременных передач……………………………………………………………………………11

Тема № 8. Основные сведения о зубчатых передачах. Основные параметры, характеризующие зубчатую передачу. Расчет зубчатых передач……………12

Тема № 9. Червячные передачи……………………………………………… 14

Тема № 10. Назначение, классификация, достоинства и недостатки шпоночных и шлицевых соединений, их расчет………………………………16

Тема № 11. Классификация подшипников скольжения и качения, их расчет……………………………………………………………………………..17

Тема № 12. Конструктивные особенности валов, осей и опор. Их расчет…..19

Тема № 13. Редукторы. Назначение и классификация редукторов. Основные показатели………………………………………………………………………..20

Тема № 14. Муфты сцепления. Особенности расчета и подбора муфт…… 22

Тема № 15. Системы управления строительными машинами……………… 24

Тема № 16. Гидравлический и пневматический приводы строительных машин…………………………………………………………………………….26

Тема № 17. Основные виды транспортных машин, применяемых в строительстве. Основы тягового расчета………………………………………28

Тема № 18. Транспортирующие машины. Производительность транспортирующих машин…………………………………………………… 31

Тема № 19. Классификация грузоподъемных машин. Специальные детали и узлы грузоподъемных машин………… ………………………………………33

Тема № 20. Такелажное оборудование. Подбор канатов и стропов………… 35

Тема № 21. Классификация, область применения и конструктивные особенности строительных подъемников……………………..……………….36

Тема № 22. Классификация кранов. Конструктивные и кинематические схемы кранов. Грузовые характеристики…………………………………….. 38

Тема № 23. Расчет устойчивости кранов……………………………...……….40

Тема № 24. Технико-эксплуатационные показатели кранов, тенденции развития…………………………………………………………………………..42

Тема № 25. Классификация, область применения и конструктивные особенности погрузчиков……………………………………………………….43

Тема № 26. Способы разработки грунтов. Классификация грунтов по трудности разработки……………………………………………………………45

Тема № 27. Рабочие органы землеройных машин и их взаимодействие с грунтом………………………………………………………………………….. 47

Тема № 28. Машины и оборудование для подготовительных работ……… 49

Тема № 29. Бульдозеры, их классификация. Устройство и виды рабочего оборудования. Влияние конструктивных и технологических факторов на производительность бульдозера………………………………………………..51

Тема № 30. Скреперы, их классификация и конструктивные схемы. Область применения и технико-эксплуатационные показатели скреперов…………..53

Тема № 31. Назначение, классификация и область применения автогрейдеров. Технико-эксплуатационные показатели……………………..55

Тема № 32. Назначение, классификация и область применения одноковшовых экскаваторов. Их производительность……………………….57

Тема № 33. Классификация многоковшовых экскаваторов, рабочие органы экскаваторов. Производительность…………………………………………… 59

Тема № 34. Машины и оборудование для уплотнения грунтов. Расчет эксплуатационных показателей………………………………………………...61

Тема № 35. Машины для разработки плотных и мерзлых грунтов. Их рабочие органы…………………………………………………………………………….63

Тема № 36.Машины и оборудование для механизации свайных работ. Общая классификация, основные узлы и механизмы…………………………………65

Тема № 37. Машины и оборудование для механизации буровых работ. Способы бурения…………………………………………………………….. 67

Тема № 38. Машины и оборудование для бестраншейной разработки

грунтов……………………………………………………………………………69

Тема № 39. Оборудование для гидромеханизации…………………………....71

Тема № 40. Машины для дробления каменных материалов, их классификация, область применения и конструктивные особенности………73

Тема № 41. Машины и оборудование для производства бетонных и железобетонных работ. Способы транспортировки бетонной смеси………..76

Тема № 42. Машины для транспортирования бетонных смесей и

растворов…………………………………………………………………………78

Тема № 43. Машины и оборудование для отделочных и кровельных работ..79

Тема № 44. Ручные машины. Механизированный инструмент пневматического и электрического действия. Отделочные машины………..81

Тема № 45. Система планово-предупредительного ремонта строительных машин…………………………………………………………………………….83

Тема №1

Роль строительных машин и средств малой механизации в повышении производительности и качества строительных работ.

Непрерывный количественный и качественный рост городского и сельского строительства требует дальнейшего сокращения стоимости, трудоемкости, сроков строительно-монтажных работ, повышения эффективности капиталовложений и производительности труда. Успешное решение данных задач может быть обеспечено совершенствованием технологии и организации работ, внедрением поточных методов производства, повышением эффективности использования существующего машинного парка, созданием и внедрением новых, более совершенных и производительных строительных машин и оборудования, широкой комплексной механизацией и автоматизацией тяжелых и трудоемких технологических процессов, улучшением условий труда.

Современное строительство ведется индустриальными методами и представляет собой комплексно-механизированный поточный процесс монтажа зданий и сооружений из сборных элементов, изготовляемых на заводах и домостроительных комбинатах (ДСК) в условиях высокомеханизированного и автоматизированного производства. В настоящее время в строительстве используется огромный парк строительных машин и оборудования, позволяющий комплексно механизировать основные работы на всех стадиях строительного производства. Комплексная механизация строительства на современном этапе развития техники требует внедрения систем машин, базирующихся на применении машин повышенной единичной мощности с комплектацией их средствами механизации всех технологических процессов. Важным фактором повышения производительности труда в строительстве является возрастающая оснащенность строительно-монтажных организаций ручными машинами, средствами малой механизации для кровельных, штукатурных и малярных работ. Для сокращения малоквалифицированного и монотонного труда, а также труда в тяжелых и вредных для здоровья условиях, все шире осуществляются мероприятия по внедрению автоматических манипуляторов (промышленных роботов) при производстве отделочных, землеройно-планировочных и других работ. Номенклатура строительных машин постоянно расширяется и пополняется более совершенными типами и моделями, отвечающими современным требованиям технологии городского и сельского строительства.

При производстве строительных работ в сложившихся городских условиях часто возникают дополнительные трудности из-за необходимости выполнения работ в стесненных условиях и в сжатые сроки, поскольку большинство из них связано с нарушением пешеходного движения, установившегося режима работы транспорта, наземных и подземных коммуникаций и т.п. Кроме того, зачастую приходится выполнять трудоемкие подготовительные операции по разрушению старых строений, фундаментов, дорожных покрытий и т.п. Для эффективного выполнения работ в стесненных условиях используется широкая номенклатура высокопроизводительных специальных и универсальных машин многоцелевого назначения, обладающих компактностью, высокими мобильными и транспортными качествами и обеспечивающих полную безопасность работ в данных условиях. Широко используются в стесненных условиях средства малой механизации, позволяющие практически полностью исключить ручной труд. Повышение технического уровня основных видов строительных машин и оборудования обеспечивается прежде всего за счет повышения их единичной мощности (энергонасыщенности) и производительности, универсальности и технологических возможностей, надежности и долговечности, улучшения удельных показателей важнейших рабочих параметров, развития гидрофикации приводов, широкого использования в конструкциях машин унифицированных узлов, агрегатов и деталей, расширения номенклатуры сменного рабочего оборудования, применения современных систем автоматизации управления рабочими процессами машин, повышения приспособляемости машин к техническому обслуживанию и ремонту, улучшения условий труда машинистов (операторов) и т.п.

От специалиста-строителя как руководителя и организатора современного высокомеханизированного строительства требуются знания принципов действия и устройства строительных машин и оборудования, факторов, влияющих на их производительность и качество выполняемых работ, о технологических возможностях различных моделей строительных машин определенного назначения для оптимального комплектования ими (по номенклатуре и численному составу) технологических процессов в заданных производственных условиях и правильной эксплуатации машин

Его познания не должны ограничиваться только производственной составляющей эксплуатации машины. Как всякий другой объект, сопутствующий деятельности человека, машина требует постоянной заботы и ухода. Понимание этой части взаимоотношений строителя и машины нужно не только для того, чтобы учитывать при планировании работ возможные простои машин при их техническом обслуживании, ремонтах, перебазировании и т.п., но и для правильного формирования технической политики строительной организации в отношении обеспечения работоспособности машин.

Тема №2

Классификация строительных машин и их структура. Основные показатели качества машин. Перспективы развития.

Строительной машиной называют устройство, которое посредством механических движений преобразует размеры, форму, свойства или положение в пространстве строительных материалов, изделий и конструкций. Строительные машины классифицируют по назначению, режиму работы, силовому оборудованию, степени подвижности и универсальности.

По назначению строительные машины подразделяются на следующие группы: транспортные, транспортирующие и погрузочно-разгрузочные; грузоподъемные, машины для земляных работ; машины для свайных работ; машины для дробления, сортировки и мойки каменных материалов; машины и оборудование для приготовления, транспортирования бетонов и растворов и уплотнения бетонных смесей; ручные машины; машины и оборудование для отделочных работ.

Каждая группа делится на подгруппы (бульдозеры, скреперы, экскаваторы в группе машин для земляных работ). Внутри подгрупп машины отдельных типов различаются конструкцией узлов или машин в целом (экскаваторы одноковшовые с прямой или обратной лопатой, траншейные роторные или цепные, шагающие, с поперечным копанием). Каждый тип машин имеет ряд типоразмеров (моделей), близких по конструкции, но отличающихся отдельными параметрами (вместимость ковша, размеры, масса, мощность, производительность)..

По режиму работы (принципу действия) различают машины периодического (цикличного) действия, и машины непрерывного действия.

По степени подвижности машины делят на переносные, стационарные и передвижные (в том числе в кузове автотранспорта, прицепные и полуприцепные к грузовым автомобилям, тракторам, тягачам и самоходные).

По типу ходового оборудования различают машины на гусеничном, пневмоколесном, рельсовом ходу, шагающие и комбинированные.

По виду силового оборудования машины подразделяют на работающие от электрических двигателей и двигателей внутреннего сгорания. Первые обладают большой готовностью к работе, но зависят от наличия электроэнергии, а вторые не зависят от источников энергии и являются автономными. Многие строительные машины имеют комбинированный привод с использованием гидравлических и пневматических двигателей. К таким относят дизель-электрический, дизель-гидравлический (наиболее распространен), дизель-пневматический, электрогидравлический, электропневматический и т.п.

По количеству двигателей, установленных на машине, различают одномоторные (все механизмы приводятся в действие от одной силовой установки) и многомоторные (для каждого механизма предусмотрен индивидуальный двигатель).

По системам управления машины делят на механические, гидравлические, пневматические, электрические и комбинированные.

По степени универсальности машины подразделяют на универсальные многоцелевого назначения, снабженные различными видами быстросъемных рабочих органов, приспособлений и оборудования и специализированные, имеющие один вид рабочего оборудования.

По степени автоматизации различают машины с механизированным управлением, с автоматизированным управлением и контролем на базе микропроцессорной техники, с автоматизированным управлением на расстоянии, с автоматическим управлением на базе микропроцессоров и мини-ЭВМ, строительные манипуляторы и роботы, а также роботизированные машины и комплексы.

Индексация строительных машин. На все выпускаемые в нашей i ране строительные машины распространяется единая система индексации, в соответствии с которой каждой машине разработчиком присваивается индекс (марка), содержащий буквенное и цифровое обозначение. Основные буквы индекса, располагаемые перед цифрами, обозначают вид машины. Например, буквенная часть индекса одноковшовых строительных экскаваторов содержит буквы ЭО, экскаваторов траншейных роторных — ЭТР, цепных — ЭТЦ, землеройно-транспортных машин — ДЗ, машин для подготовительных работ и разработки мерзлых грунтов — ДП, машин для уплотнения грунтов и дорожных покрытий — ДУ, кранов стреловых самоходных — КС, строительных башенных кранов — КБ, оборудования для погружения свай — СП, бурильных и бурильно-крановых машин — БМ, машин для отделочных работ — СО, лебедок — ТЛ, погрузчиков многоковшовых — ТМ и одноковшовых — ТО,

. Структурные схемы машин приведены на рис. 1.

Рис.1. Структурная схема технологической, транспортирующей и грузоподъемной машин

К показателям качества относятся маневренность, проходимость, мобильность, транспортабельность, устойчивость, надежность, безопасность, эргономические, эстетические, экологические требова-ния и др.

Тема № 3

Производительность машин.

Основным технико-эксплуатационным показателем машин является их производительность.

Производительность - это количество продукции, которую машина вырабатывает за единицу времени. Производительность выражается количеством продукции (т, м, м³), произведенной машиной за единицу времени (час, смена, месяц или год).

Различают три категории производительности машин: конструктивную, или теоретическую, техническую и эксплуатационную.

Конструктивная производительность П_к — производительность за 1 ч. непрерывной работы при расчетных скоростях рабочих движений, расчетном значении нагрузок па рабочем органе и расчетных условиях работы.

Для машин периодического (циклического) действия

П_к = qn или П_к = qnp,

где q — количество продукции машины за один рабочий цикл, м^я или т; п - расчетное число циклов работы машины в час, п = 3600 /Т \ Т - расчетная продолжительность цикла, с; р - плотность материала, т/м³. Для машин непрерывного действия

П_к = 3600 Av или П_к = 3600 Avp ,

А- расчетная площадь потока материала, м²; v — расчетная скорость движения потока, м/с.

Конструктивную производительность используют в основном для предварительного сравнения вариантов проектируемых машин.

Техническая производительность П_Т - максимально возможная производительность машины в конкретных производственных условиях за 1 ч непрерывной работы.

П_Т = П_К К_У,

где К_у — коэффициент, учитывающий конкретные условия работы машины.

Эксплуатационная производительность П_Э – это производительность машины с учетом всех перерывов в работе. Она определяется технической производительностью и величиной простоев, вызываемых организационными причинами, отдыхом машиниста и др.

П_Э = П_ТК_ВК_М,

где К_В - коэффициент использования машины по времени в течение смены, учитывающий все простои машины; К_М – коэффициент, учитывающий квалификацию машиниста и качество управления.

Сменная эксплуатационная производительность

П_ЭСМ = Т_СМ П_Э,

где Т_СМ – продолжительность смены, ч.

Годовая эксплуатационная производительность

П_ЭГ = 365 П_ЭСМ К_ВГ К_СМ ,

где К_ВГ - коэффициент использования машины по времени в течение года, равный количеству дней работы машины в году, разделенных на 365; К_СМ - коэффициент сменности.

Эксплуатационная производительность является главным рабочим параметром, по которому подбирают машины для выполнения определенного вида работ.

Основными технико-экономическими показателями, позволяющими сравнивать качество машин одного назначения, являются удельные металлоемкость и энергоемкость, стоимость единицы продукции и выработка продукции на одного рабочего.

Удельная металлоемкость и удельная энергоемкость — это соответственно отношение массы машины и мощности установленного на ней двигателя (двигателей) к часовой технической производительности.

Стоимость единицы продукции определяется как отношение стоимости машино-смены к сменной эксплуатационной производительности машины.

Выработка продукции на одного рабочего равна

В = П_ЭСМ /n_P,

где n_P – количество рабочих, обслуживающих машину.

Степень механизации строительно-монтажных работ оценивает­ся уровнем комплексной механизации, механовооруженностью и энерговооруженностью строительства.

Уровень комплексной механизации характеризуется процентным отношением объема строительно-монтажных работ, осуществлен­ных комплексно-механизированным способом, к общему объему строительно-монтажных работ в натуральном выражении, выпол­ненных на строительной площадке

Механовооруженность строительства — отношение стоимости машинного парка строительной организации к стоимости строи­тельно-монтажных работ, выполняемых в течение года

Механовооруженность труда определяют отношением балансо­вой стоимости средств механизации к среднесписочному числу ра­бочих, занятых на данном строительстве

Энерговооруженность строительства — отношение суммарной мощности двигателей машинного парка строительства к среднеспи­сочному числу рабочих

Тема № 4

Приводы строительных машин. Силовое оборудование.

В строительных машинах применяются электродвигатели постоянного и переменного тока, а также двигатели внутреннего сгорания. В силовом оборудовании наибольшее распространение получил гидравлический привод. Кроме этого, применяется комбинированный (гидромеханический и дизельэлектрический) привод.

Электродвигатели проще в изготовлении и эксплуатации, бесшумные, легко управляемые и реверсируемые, экономичные.

Двигатели внутреннего сгорания менее долговечны и экономичны, сложны и дороже в эксплуатации, имеют повышенный шум и выброс токсических продуктов сгорания, но при этом они обеспечивают мобильность машины.

Гидромеханический привод состоит из дизельного двигателя, гидротрансформатора, механической трансмиссии. Гидротрансформатор позволяет получить при ступенчатой коробке передач почти плавное изменение крутящего момента и скорости вращения ведущих колес, что особенно важно в тяжелых условиях работы.

Рис.2. Схемы приводов:

а — гидромеханического; б — дизель-электрического; 1 — двигатель (дизель); 2 — гидротрансформатор; 3 — коробка передач; 4 — главная передача; 5 — бортовой фрикцион; 6 — ведущая звездочка; 7 — гусеница; 8 — мотор-колеса; 9 — генератор постоянного тока

Еще более эффективен в этом отношении дизель-электрический привод с применением мотор-колес, работающий на постоянном токе. Дизель-электрическая трансмиссия обеспечивает полностью бесступенчатое регулирование привода колес и автоматическое изменение момента на ведущих колесах, что не только упрощает управление, но и значительно увеличивает тяговые возможности, а значит, и проходимость машины.

Дизель-электрическая трансмиссия упрощает конструкцию машины, позволяя компоновать ее из необходимого числа мотор-колес,

создавать машины практически любой грузоподъемности и с высокой проходимостью.

а)

б)

в)

Рис. 3. Характеристики приводов

а) двигатель внутреннего сгорания; б) электропривод переменного тока; в) электропривод постоянного тока

Анализ характеристик показывает, что наилучшими показателями обладает электропривод постоянного тока, в котором крутящий момент М-тах, а число оборотов n=0

Тема №5

Общие сведения о трансмиссиях. Силовые и кинематические параметры передач.

Привод рабочих органов, ходовой части и других узлов машины осуществляется с помощью силовых передач, которые не только передают движение, но изменяют скорость, а иногда характер и направление движения. Передачи бывают механические, гидравлические пневматические и электрические.

Механические передачи разделяются на передачи трением (фрикционные и ременные) и передачи зацеплением (зубчатые, червячные и цепные). В каждой передаче элемент, который передает мощность, называется ведущим, а элемент, которому передается эта мощность, — ведомым. Чаще всего частота вращения ведущего п₁ и ведомого п₂ элементов различна. Отношение этих п₁ к п₂ называется передаточным числом

.

Передачи могут быть понижающие, когда i > 1; п₁ > п₂, и повышающие, если i > 1; п₁ < п₂. Понижающие передачи имеют наибольшее применение, так как частота вращения привода чаще бывает больше частоты вращения исполнительного органа.

Для ряда расчетов приходится определять мощность

Вт, или , Вт,

где Р—действующая сила; соответственно в кгс или Н; υ — скорость, м/с.

При вращательном движении

,

где R — радиус колеса или шкива, м; п — частота вращения, об/мин.

Подставим значения υ в формулу мощности

, Вт, или , Вт.

Так как PR = M, то

, кгсм, или , Нм

При передаче мощности от ведущего вала к ведомому имеются потери на трение, нагрев, аэродинамические и другие потери. Поэтому на ведомом валу мощность всегда меньше. Величина потерь мощности характеризуется КПД передачи и определяется как отношение величин мощности N₂ на ведомом валу к мощности N₁ на ведущем валу:

.

Величина момента М₂ на ведомом валу равна произведению момента на ведущем валу М₁на передаточное число и КПД:

.

Тема № 6

Фрикционные передачи. Достоинства и недостатки.

Передачи, у которых движение от одного элемента к другому передается силами трения (рис.4). Величина силы трения Р (Н) зависит от усилия Q, с которым один диск прижимается к другому, и от коэффициента трения μ:

Рис. 4.Фрикционная передача

В рассматриваемых передачах всегда имеет место проскальзывания дисков, поэтому величина передаточного числа непостоянна. Она подсчитывается по формуле

,

где ξ – величина, характеризующая относительное скольжение и. зависящая от материала фрикционных дисков (ξ =0,002-0,03).

Передаточные числа у фрикционных передач не превышают 10; чаще всего они составляют 5-7. Фрикционные передачи применяют в случаях, когда передаточное число должно быть переменным.

Передачи, в которых изменение величины D₂ регулируется величина i., имеют возможность плавного изменения передаточного числа (вариаторы).

К недостаткам следует отнести проскальзывание дисков, в результате чего не обеспечивается заданное передаточное число, большая нагрузка на опоры, малая передаваемая мощность, износ катков. К достоинствам относится простота конструкции, снижение динамических нагрузок, бесступенчатое изменение числа оборотов.

Тема № 7

Основные сведения о ременных передачах. Расчет ременных передач.

Ременные передачи служат для передачи вращения от одного вала к другому, находящемуся на значительном расстоянии. Они состоят из двух шкивов, на которые надет бесконечный ремень (плоский, трапецеидальный - клиновой, реже круглый) (рис.5.).

В результате сил трения, возникающих между ремнем и ведомым шкивом, ремень увлекает за собой и приводит во вращение ведомый шкив. Величина силы трения между шкивом и ремнем, т. е. величина тягового усилия (Н) определяется как разность между силами S₁и S₂, действующими в сбегающей и набегающей ветвях ремня:

Ременную передачу можно рассматривать как гибкую нить, огибающую цилиндр. Для определения натяжения такой нити Эйлер вывел зависимость

где S₁и S₂ – силы, приложенные к концам нити, (Н); е — основание натурального логарифма; μ – коэффициент трения между нитью и поверхностью цилиндра; α — угол обхвата цилиндра нитью.

Рис.5. Ременные передачи

Для плоских ремней оптимальное расстояние между осями шкивов

, мм,

где D₁и D₂—диаметры ведущего и ведомого шкивов, мм.

Для клиноременных передач величину А выбирают в зависимость от диаметра большого шкива D_б, и передаточного числа:

Минимальное расстояние

, мм,

где Н — высота сечения ремня, мм.

В плоскоременных передачах передаточные числа допускаются до 10, в клиноременных – до 15, передаваемые мощности – 2000 и 10 000 кВт. Коэффициент трения между ремнем и шкивом у клиновых ремней значительно больше, чем у плоских. Достоинствами ременной передачи являются: простота конструкции и возможность передачи движения на сравнительно большие расстояния; эта передача смягчает толчки, ограничивает возникновение значительных перегрузок. К недостаткам относят большие габариты и невозможность получения точного передаточного числа. Передаточное число i ременной передачи определяется как у фрикционной передачи.

Тема № 8

Основные сведения о зубчатых передачах. Основные параметры, характеризующие зубчатую передачу. Расчет зубчатых передач.

Зубчатые передачи состоят из колес, по окружности которых нарезаны зубья. Основными элементами, характеризующими зубчатое зацепление, являются: число зубьев шестерни и колеса; передаточное число; шаг зубьев t, равный расстоянию между одноименными профилями (двумя правыми или двумя левыми) двух смежных зубьев, измеренному по делительной окружности; модуль зацепления принимается в качестве основного параметра зацепления; высота зубьев; высота зуба для нормального зацепления; диаметр делительной окружности; диаметр окружности выступов (наружный диаметр зубчатого колеса); межцентровое расстояние.

Зуб можно рассматривать как консольную балку, которая изгибается под действием силы, передаваемой зубом одного колеса зубу другого колеса (рис 6.).

Сила Q направлена по линии зацепления. Принято считать для большей надежности, что момент передается только одной парой зубьев. Тогда величину Q можно определить из уравнения

, кгс (Н).

При расчете принимают, что сила Q приложена к вершине зуба. Для удобства расчета эту силу переносят вдоль линии ее действия до точки пересечения c осью зуба.

,

где Р — сила, изгибающая зуб.

Рис. 6. Схема сил, действующих на зуб

Вертикальная составляющая, действующая вдоль оси зуба и равная Q sin α, сжимает зуб.

Нормальное растягивающее напряжение, возникающее в основании зуба

, кгс/мм² (Па).

где W — момент сопротивления на изгиб опасного сечения;

W=Bb²;мм³,

где В — рабочая ширина зуба, мм; b — толщина зуба в опасном сечении, мм; l – плечо изгибающей силы, мм; F = Вb — площадь опасного сечения, мм².

Для передач со скоростью более 10 м/с зубья рассчитывают на контактную прочность:

Достоинством зубчатых передач являются малые габариты, высокий КПД (до 0,96-0,98), большая надежность и долговечность, постоянство передаточных отношений и применимость в широком диапазоне мощностей - до 50 тыс. кВт, скоростей - до 150 м/с (обычно до 12-15 м/с) и передаточных отношений - до 20, чаще для цилиндрических прямозубых колес до 10, для конических передач до 5, для червячных до 80, а в отдельных случаях до 1000.Недостатком косозубых передач является возникновение силы вдоль оси колеса, что требует установки подшипников, воспринимающих эту силу. Для устранения такого недостатка в мощных передачах применяют зубчатые колеса с шевронным зубом; при этом силы, возникающие от косого расположения зубьев, взаимно уничтожаются.

Передачи, включающие в себя зубчатые цилиндрические колеса с перемещающимися осями, назы­вают планетарными (рис.7). Та­кая передача состоит из централь­ной (солнечной) шестерни с наружными зубьями, зубчатого венца b с внутренними зубьями и водила Н, на котором укреплены оси сателлитов (зубчатых колес) g. Вращаясь вокруг своих осей и вместе с осью вокруг солнечной шестерни, сателлиты совершают планетарное движение.

Рис.7. Планетарная передача

Планетарные передачи все шире применяют в конструкциях со­временных строительных машин благодаря компактности, малой массе и возможности использования их как редукторов с большими постоянным и переменным (коробки передач) передаточными чис­лами. Они применяются в ходовых и поворотных устройствах стре­ловых самоходных и башенных кранов, одноковшовых экскавато­ров, приводах ленточных конвейеров и ручных машин.

Тема № 9

Червячные передачи

Червячная передача передает вращение между пересекающимися валами (рис.8.). Червяк может быть однозаходным или иметь несколько заходов. Червячными передачами можно передавать мощность до 750 кВт, КПД — 0,7-0,9..

Движение в червячных передачах преобразуется по принципу винтовой пары или по принципу наклонной плоскости. Червячная передача состоит из винта, называемого червяком и зубчатого колеса, называемого червячным колесом. Червячную пару изготовляют из материалов, обладающих анти­фрикционными свойствами и износостойкостью: червяк — из угле­родистых или легированных сталей, венец или червячное колесо — из бронзы или чугуна..

Рис. 8.Схема червячной передачи.

Достоинства червячных передач:

1. Возможность получения большого передаточного числа в одной ступени (i = 8...200).

1. Плавность и бесшумность работы.

2. Компактность (малые габариты).

2. Самоторможение (невозможность передачи вращающего момента от червячного колеса к червяку).

3. Демпфирующие свойства снижают уровень вибрации машин.

Недостатки червячных передач:

1. Значительное трение в зоне зацепления.

2. Нагрев передачи.

3. Низкий КПД.

Червячные передачи используются в устройствах с ограниченной мощностью (обычно до 50 кВт).

Червячные передачи применяют в грузоподъемных и тяговых лебедках, талях, механизмах подъема грузов, стрел и поворота автомобильных и железнодорожных кранов, экскаваторах, лифтах, и других машинах.

Червяки. По форме поверхности различают – цилиндрические и глобоидные червяки.

Передаточное отношение. В червячной передаче в отличие от зубчатой окружные скорости v₁ и v₂ не совпадают. Они направлены под углом 90° и различны по величине. Передаточное отношение

Так как z₁ может быть равным 1, 2 или 4 (чего не может быть у шестерни), то в одной червячной паре можно получить большое передаточное отношение.

Скольжение в зацеплении. При движении витки червяка скользят по зубьям колеса, как в винтовой паре. КПД червячной передачи определяют по формуле

КПД увеличивается с увеличением числа заходов червяка (увеличивается ) и с уменьшением коэффициента трения или угла трения ф.

Основные критерии работоспособности и расчета. Червячные передачи рассчитывают по напряжениям изгиба и контактным напряжениям. Здесь чаще наблюдается износ и заедание. Для предупреждения заедания применяют специальные антифрикционные пары материалов: червяк — сталь, колесо — бронза или чугун.

. Основной расчет ведут по контактным напряжениям. Расчет по напряжениям изгиба выполняется как проверочный.

Расчет по контактным напряжениям. Уравнение

применяют и для расчета червячных передач. Для архимедовых червяков радиус кривизны витков червяка в

Расчет по напряжениям изгиба. На изгибную прочность рассчитывают только зубья колеса, так как витки червяка по материалу прочнее зубьев колеса.

Тепловой расчет, охлаждение и смазка. В червячных передачах происходят значительные потери передаваемой мощности на трение, Поэтому для червячных редукторов производят тепловой расчет. Количество теплоты, выделяющейся в передаче в секунду, или тепловая мощность

где P₁ – мощность на входном валу, Вт; η – КПД передачи

Тема № 10

Назначение, классификация, достоинства и недостатки шпоночных и шлицевых соединений, их расчет.

Эти соединения являются разъемными.

Рис.9. Разъемные соединения

В шпоночном соединении усилие, передаваемое от одной детали к другой, воспринимается боковыми поверхностями шпонки. Эти усилия стремятся смять и срезать шпонку.

;

.

При передаче больших крутящих моментов на валах устанавливают две или три шпонки.

Шлицевое соединение является как бы многошпоночным соединением. В детали, помещаемой на валу, протягивают пазы (канавки) соответствующие выступам (шлицам) на валу. Шлицы выполняются с прямолинейным, эвольвентным и треугольным профилями.

, кгс (Н).

так как

, то .

Следовательно,

где l — длина шлица, мм; z - число шлицев; k ≈ 0,75 —коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между шлицами.

.

Тема № 11

Классификация подшипников скольжения и качения, их расчет.

Подшипники. Подшипники служат опорами валов и осей. Различают подшипники скольжения и качения.

Подшипники скольжения. В зависимости от величины и направления нагрузок, возникающих на валах, применяют подшипники радиальные, которые могут воспринимать нагрузки, направленные радиально, и упорные, которые могут воспринимать усилия как направленные вдоль оси, так и радиальные.

Поверхность цапфы в радиальных подшипниках скользит относительно его внутренней поверхности. Уменьшение сил трения между трущимися поверхностями создается слоем смазки. При работе цапфа занимает в подшипнике эксцентричное положение, и поэтому смазка между поверхностями подшипника и цапфы принимает форму клина. Цапфа, вращаясь, увлекает смазку в узкий зазор, где создается масляная подушка, поддерживающая цапфу. Слой масла, разделяющий цапфу и подшипник, создается также, если в зазор подается масло при помощи масляного насоса.

Подшипники скольжения рассчитывают на допускаемое удельное давление р, величина которого должна быть меньше допускаемых величин, зависящих от материала заливки и ее толщины:

.

Например, для подшипников с заливкой из оловянных баббитов [p] = 20 кгс/см² (2 МПа), а с заливкой из бронзы [р] = 200 кгс/см² (20 МПа).

При работе температура подшипников не должна превышать 60° С.

Подшипники скольжения устанавливаются для валов, испытывающих большие удельные давления, в быстроходных валах, валах большого диаметра и сложной конфигурации, при установ­ке которых они должны разъединяться; при ударных и вибраци­онных нагрузках, в воде, агрессивных средах и при большом загрязнении.

Подшипники качения состоят из наружного и внутреннего колец с дорожками качения. Между кольцами в дорожках качения устанавливаются шарики или ролики, которые катятся по дорожкам.

Подшипники качения можно разделить на три типа: 1) радиальные, воспринимающие радиальные нагрузки и допускающие небольшие осевые нагрузки; 2) радиально-упорные, воспринимающие как радиальные, так и осевые нагрузки, но величина последних не должна превышать 0,7 от разности между допускаемой и действующей радиальными нагрузками; 3) упорные, воспринимающие только осевые нагрузки (рис.10.).

Подшипники качения можно разделить на три типа: 1) радиальные, воспринимающие радиальные нагрузки и допускающие небольшие осевые нагрузки; 2) радиально-упорные, воспринимающие как радиальные, так и осевые нагрузки, но величина последних не должна превышать 0,7 от разности между допускаемой и действующей радиальными нагрузками; 3) упорные, воспринимающие только осевые нагрузки.

Рис. 10. Классификация подшипников качения

Шариковые подшипники применяют в передачах с малыми и средними нагрузками. Роликовые подшипники устанавливают в передачах с большими нагрузками, так как их грузоподъемность почти в два раза больше, чем у шариковых. Однако они хуже работают при больших числах оборотов.

Подшипники выбирают по нагрузкам, действующим на них. Нагрузки могут быть постоянными, переменными, с ударами, толчками и т. д. Условия нагружения могут быть также различными: может вращаться внутреннее или наружное кольцо.

Расчет подшипников ведут на их долговечность. Срок службы определяют в зависимости от так называемой динамической грузоподъемности G и эквивалентной динамической нагрузки Р.

Расчет номинальной долговечности подшипников (млн. об/мин) производится по следующим формулам:

для шариковых подшипников

для роликовых подшипников

L=(G/P)^103

Долговечность подшипников

,

где п — частота вращения подшипника, об/мин.

В подшипниках качения по сравнению с подшипниками скольжения сила трения в 5—10 раз меньше. КПД подшипников скольжения составляет – 0, 96, подшипников качения – 0,99.

Тема № 12

Конструктивные особенности валов, осей и опор. Их расчет.

Вращающиеся детали машин устанавливают на осях или валах. Валы всегда вращаются вместе с деталями и передают крутящий момент; оси же, вращаются ли они вместе с деталями или остаются неподвижными, момента не передают и только поддерживают детали. Поэтому оси нагружены только изгибающими усилиями, а валы еще и крутящими моментами.

Валы бывают гладкие, ступенчатые, коленчатые. Когда диаметр червяка или шестерни близок к диаметру вала, их изготовляют как одно целое, например вал с червяком, вал с зубчатой шестерней. Для соединения валов с деталями применяют шпонки или шлицы.

При расчете валы и оси рассматривают как балки на шарнирных опорах и рассчитывают на прочность. Определяют величины изгибающих и крутящих моментов в опасных сечениях. Если нагрузки действуют в разных плоскостях, то их обычно раскладывают на две взаимно перпендикулярные плоскости. Результирующий изгибающий момент, кгс·м (Н·м),

,

где М_г — момент от сил, действующих в горизонтальной плоскости; М_в— момент от сил, действующих в вертикальной плоскости.

Величина крутящего момента М_к определяется по формуле (1.21). Приведенный момент для расчетных сечений, кгс·м (Н·м),

.

Диаметр валов, работающих на изгиб и кручение,

.

Диаметр осей, работающих только на изгиб (т. е. когда М_к = 0),

где [σ] = σ_τ /k; σ_τ, — предел текучести; k — запас прочности.

Валы и оси проверяют также на жесткость. Эмпирически установлено, что величина максимальных прогибов не должна быть больше 0,0003 от расстояния между опорами.

Угол закручивания не должен превышать определенных величин. Его выбирают в зависимости от длины вала и условий работы. Для валов строительных машин этот угол составляет 15'—30' на 1 м длины вала .При расчете на выносливость валов и осей учитывают характер напряжений, усталостные характеристики материалов, влияние концентрации напряжений, качество изготовления и т.д.

Тема № 13

Редукторы. Назначение и классификация редукторов. Основные показатели.

Редуктором называется механизм, предназначенный для умень­шения частоты вращения выходного вала по сравнению с входным, увеличения крутящего момента и состоящий из одной или несколь­ких механических передач, помещенных в общем закрытом корпусе

По числу передач, входящих в редуктор, различают одно-, двух-и многоступенчатые редукторы. Одноступенчатые цилиндрические редукторы } позволяют получать передаточные числа <10, двухступенчатые—<60, трехступенчатые— и > 60, одноступенчатые конические редукторы—<6,3, одноступенчатые червячные— и > 30. Для получения больших передаточных чисел и передачи дви­жения между пересекающимися быстроходным и тихоходным вала­ми применяют комбинированные редукторы, включающие различ­ные виды передач — коническо-цилиндрические, червячно-зубчатые, планетарные и др. Червячные редукторы обычно выполняют одноступенчатыми. Передаточное число двухступенчатых или трехступенчатых редукторов равно произведению передаточных чисел каждой пары.

В механических трансмиссиях строительных машин широко ис­пользуют зубчатые редукторы с переменным передаточным числом (коробки перемены передач), позволяющие ступенчато изменять скорость и крутящий момент выходного вала и направление его вращения.

Рис.11 Редукторы

Редукторы могут быть специальными и универсальными. Первые проектируют применительно к конкретной модели машины, вторые, выпускаемые серийно, могут быть установлены на любой машине. Серийные редукторы выбирают по каталогам заводов-изготовителей в соответствии с передаваемой мощностью, частотой вращения ведущего вала, передаточным числом, межосевым расстоянием (между осями ведущего и ведомого валов), а также другими характеристиками, учитывающими режимы нагружения.

Валы, расположенные горизонтально, опираются на подшипники, тип которых определяется характером воспринимаемой нагрузки (радиальной и осевой). Зубчатые колеса жестко соединены с валами с помощью шпонок, шлицов или напрессовки. При диаметральных размерах, соизмеримых с валами, шестерни выполняют заодно с валом (вал-шестерня). Также заодно с валом нарезают червяки.

Редукторные передачи работают в масле, которое заливают в корпус через смотровой люк до такого уровня, чтобы в масло погружались зубья ведомых колес. Применяют также подачу смазки в зону зацепления по трубопроводам от специальных насосов. Уровень масла проверяют щупом или маслоуказателем. При вращении колес масло разбрызгивается и попадает в зону их зацепления, а также в подшипниковые узлы. Для предотвращения вытекания масла через зазоры между валами и крышками в последних устанавливают уплотнения в виде резиновых манжет, реже — войлочные. Для стравливания избыточного давления внутри корпуса при нагревании масла в смотровом люке предусмотрен обратный клапан (сапун). В последние годы в строительных машинах все чаще применяют редукторы с планетарными передачами), обладающие малыми габаритными размерами и массой и высоким КПД по сравнению с другими типами зубчатых редукторов.

Тема №14

Муфты сцепления. Особенности расчета и подбора муфт.

Муфты предназначены для соединения валов, являющихся продолжением один другого или расположенных под углом, а также для передачи крутящего момента между валом и сидящими на нем деталями применяют муфты (рис.12.).

По назначению муфты служат для:

• соединения двух валов, расположенных на одной геометриче­ской оси или под углом друг к другу;

• соединения вала с зубчатым колесом, шкивом ременной пере­дачи и другими деталями;

• компенсации несоосности валов, что вызвано неточностью из­готовления или монтажа;

• включения и выключения одного из валов при постоянном вращении другого;

• предохранения узла или машины от перегрузки;

• уменьшения динамических нагрузок;

• обеспечения возможности одному из валов перемещаться вдоль оси. По принципу действия муфты делят на механические (основные муфты в строительных машинах), электрические и гид­равлические.

По виду управления механические муфты подразделяют на неуправляемые (постоянно действующие), управляемые (сцеп­ные), автоматические и специальные. По типу соединения валов муфты делятся на жесткие, компенсирующие самоус­танавливающиеся и упругие.

Жесткие муфты различают двух видов — втулочные и фланцевые.

Жесткие муфты предназначены для жесткого соединения соосных валов и выполняются неразъемными (втулочные) и разъемными (фланцевые с плоскостью разъема, расположенной параллельно или перпендикулярно оси вала). Втулочная муфта состоит из втулки, за­крепляемой на концах валов с помощью штифтов (рис12., а), шпонок (рис.12, б) и шлиц. Они просты в изготовлении, но требу­ют точного совмещения осей валов и осевого перемещения одного или обоих валов при сборке или разборке. Фланцевые муфты (рис12., в) состоят из двух полумуфт, соединенных болтами. В муфтах, где болты ставятся с зазором (вариант I), крутящий мо­мент передается под воздействием момента трения, создаваемого за­тяжкой болтов, работающих на растяжение. Муфты, в которых бол­ты ставятся без зазора и работают на срез (вариант II), способны передавать большие моменты и применяются для соединения валов диаметром до 200 мм.

Если болты устанавливают без зазора, то они работают на срез и на каждый из них действует сила

, кгс (Н),

где z — число болтов; d — диаметр окружности, по которой расположены болты, мм.

В другом типе муфт болты устанавливают с зазором. В этом случае крутящий момент М_к передается под действием момента трения М_т, кгсм (Нм), создаваемого затяжкой болтов:

,

откуда

,

где Р_зат — усилие, с которым затягивается каждый болт; d_ср – средний диаметр фланцев муфты; f — коэффициент трения (f = 0,15÷0,2)

. Компенсирующие самоустанавливающиеся муфты применяют для соединения валов, имеющих некоторые неточности взаимного расположения геометрических осей, вызванные погрешностями изготовления, монтажа, а также упругими деформациями валов. К ним относят зубчатые муфты, состоящие из двух по­лумуфт с наружными зубьями и наружной обоймы с внутренними зубьями. Полумуфты устанавливают на концах валов, а их зубья сцепляют с зубьями обоймы.

Цепная муфта состоит из двух полумуфт-звездочек, на которые надета цепь. Такие муфты допускают перекос валов до 1,5°.

Рис.12. Муфты

Крестовые муфты применяют для соединения валов, когда могут быть большие смещения осей.

Шарнирные муфты применяют для передачи движения между валами, расположенными под углом.

Сцепные муфты (кулачковые и фрикционные) применяют в приводах, когда необходимо при работе часто соединять или разъединять валы.

Фрикционные муфты позволяют осуществлять плавное включение. Они бывают ленточные, дисковые, конусные, а также пневмокамерные.

Тема № 15

Системы управления строительными машинами

Управление машиной заключается в контроле за фактическим состоянием объекта управления (двигательной установки, рабочего оборудования или рабочих органов, тормозов и тд.

Системы управления классифицируют по следующим признакам:

по назначению (управление тормозами, муфтами, двигателями, положением рабочего органа, движителями и т.п.); по способу передачи энергии (механические, электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные); по степени автоматизации (неавтоматизированные, полуавтоматические и автоматические). Неавтоматизированные системы иначе называют эрготическими. Эрготические системы управления делятся на системы прямого действия и с элементами автоматики. Простейшими системами прямого действия являются рычажно-механические системы управления. На рис13. приведена схема рычажно-механической рулевой системы управления ходовыми колесами мобильной машины. При повороте рулевого колеса 7 вправо или влево приводимый червяком 2 зубчатый сектор 3 с рычагом 5, поворачиваясь относительно шарнира 4, через тягу 6, поворотные цапфы 8 и 9 и тягу 7, поворачивает управляемые колеса 10. Эта схема обладает высокой надежностью, не требует дополнительного источника энергии для передачи воздействия управляемому объекту, позволяет машинисту быстро адаптироваться к процессу управления, но может быть использована только в легких машинах.

Рис.13.

В рычажно-гидравлической системе управления, например, ленточным тормозом (рис.14.) перемещается поршень гидроцилиндра 5, который выталкивает находящуюся в гидроцилиндре рабочую жидкость по трубопроводу 4 и рабочий гидроцилиндр 3. Через поршень и шток последнего приводится рычаг одно плечо которого связано со сбегающим концом ленты 7 тормоза, вследствие чего лента затягивается на шкиве. Для возврата системы в исходное положение служат пружины 2 и 8. Утечки рабочей жидкости через неплотности в гидроцилиндрах восполняются из бачка 6. Такая система позволяет получить достаточное усилие на тормозной ленте при незначительном усилии на педали.

.

Рис.14. Рычажно-гидравлическая система управления ленточным тормозом

В качестве примера системы управления с гидравлическим усилителем на рис.15. представлена система управления положением отвала бульдозера. Управление сводится к переводу рукоятки гидрораспределителя 5 в одно из положений.

Рис.15. Система управления отвалом бульдозера с гидравлическим

усилителем

В системах управления машинами средней и большой мощности, когда управляющие усилия становятся значительными, применяют специальные пневматические, гидравлические и электрические усилители, питаемые энергией силовой установки машины. На рис16. представлена принципиальная схема системы с пневмоусилителями для поочередного управления ленточным тормозом и муфтой. В этой системе воздух нагнетается компрессором 7 в ресивер 3, откуда он, в зависимости от положения золотника трехходового крана 4, поступает либо в пневмоцилиндр 5, управляющий через рычаг 7 муфтой, либо в пневмокамеру 8, управляющую через рычаг 9 тормозной лентой.

Рис.16. Система управления с пневматическим усилителем

Тема №1 6

Гидравлический и пневматический приводы строительных машин.

Гидравлический привод используется для возвратно-поступательного и вращательного движения исполнительных органов, а также для управления машин. Данный привод состоит из гидронасоса, гидроцилиндров (гидромоторов) и распределителя. Достоинствами гидравлического привода являются достаточно высокий КПД (0,65%), экономичность, удобство управления и реверсирования, бесступенчатое регулирование скоростей, простота предохранения от перегрузок, компактность и большая передаваемая мощность.

В гидравлических приводах строительных машин применяют шестеренные, пластинчатые, аксиально-поршневые и радиально-поршневые насосы

Основными параметрами насосов и гидромоторов являются рабочий объем, номинальное давление, частота вращения, подача или расход, мощность, вращающий момент (для гидромоторов), а также коэффициент полезного действия.

Подача или расход есть количество подаваемой или потребляемой рабочей жидкости за единицу времени. Рабочий объем определяется количеством рабочей жидкости, проходящей через насос, за один оборот его вала. Соответственно изменяется и подача, которая связана с рабочим объемом зависимостью

. Отечественные гидромашины рассчитаны в основном на номинальные давления 16, 20, 25 и 32 МПа.

Теоретическую мощность на валу насоса определяют по формуле

Усилие (МПа), развиваемое гидроцилиндром при подаче в по­лости:

поршневую

штоковую

Скорость движения (м/с) поршня (цилиндра) зависит от расхода рабочей жидкости Q

Гидродинамические передачи. Представителями гидродинамических передач являются гидротрансформаторы реже гидромуфты. Гидромуфта состоит из насосного 2 (рис.17.) и турбинного 3 колес, посаженных соответственно на ведущий 1 и ведомый 4 валы. Внутренние полости обоих колес разделены лопатками. При вращении насосного колеса рабочая жидкость за счет центробежных сил устремляется на периферию, вследствие чего в периферийной части создается повышенное давление, способствующее перетеканию жидкости в полость турбинного колеса, а в расположенной ближе к центру части создается разрежение, способствующее

Рис.17 . Схема гидромуфты и гидротрансформатора

подсасыванию жидкости из полости турбинного колеса. В процессе перехода рабочей жидкости из насосного колеса в турбинное, она воздействует на лопатки турбины, заставляя последнюю вращаться.

Гидромуфты располагают между двигателем и потребителем энергии. Они позволяют снизить динамические нагрузки на двигателе и рабочих органах машины, обеспечивают автоматическое бесступенчатое изменение скорости движения рабочего органа (машины) в зависимости от внешней нагрузки. Их можно использовать в качестве предохранительных муфт. В приводах с гидромуфтами двигатель можно запускать без отключения трансмиссии.

В отличие от гидромуфты гидротрансформатор (рис.17, а) имеет три рабочих колеса: насосное 3, турбинное 4 и реакторное 2.. При неподвижном реакторном колесе оно отклоняет поток рабочей жидкости своими лопатками и изменяет момент количества движения потока, а следовательно и крутящий момент на турбинном колесе.

Пневматический привод. Структурно пневматический привод сходен с гидроприводом и отличается от него тем, что в пневмоприводе механическая энергия силовой установки преобразуется в энергию движения рабочего газа (сжатого до 0,5...0,8 МПа) и обратно — в движение исполнительных механизмов машины. Пневматические передачи используют в приводах пневматических молотов, ручных пневматических машин, вибраторов и других машин, а также в системах управления машинами для плавного включения механизмов в работу и их торможения. Пневматические передачи надежны и просты в обслуживании, мало чувствительны к динамическим нагрузкам и способны переносить длительные перегрузки вплоть до полного стопорения. Они удобны в управлении, обеспечивают простоту преобразования вращательного движения в поступательное, могут состоять из независимо расположенных сборочных единиц. К недостаткам передач откосятся: низкий КПД, высокая шумность.

Тема № 17.

Основные виды транспортных машин применяемых в строительстве. Основы тягового расчета.

Для транспортирования различных строительных грузов со складов, заводов, станции железных дорог, а также для перемещения их по территории строительного объекта применяются грузовые и специальные автомобили, тракторы, тягачи, прицепы и т.п. Эти машины в строительстве перевозят большую часть грузов, перемещаемых безрельсовым транспортом. Расходы на автомобильный транспорт достигают 10... 12 % стоимости строительно-монтажных работ.

Грузовые автомобили обладают сравнительно высокой скоростью перемещения, маневренностью, возможностью работы с прицепами и полуприцепами.

Грузовые автомобили обозначаются колесной формулой А х Б, где Л ~ общее число колес, Б - число ведущих колес. Автомобили с колесной формулой 4 х 4 и б х 6 относятся к машинам высокой проходимости.

Грузовые автомобили имеют единую конструктивную схему и состоят из двигателя, шасси и кузова для груза На базе грузовых автомобилей выпускаются автомобильные тягачи седельного типа, работающие в сцепе с одно-, двух- и трехосными полуприцепами.

Тракторы применяются для транспортирования строительных грузов в прицепах по грунтовым и временным дорогам. Они подразделяются на сельскохозяйственные, промышленные и специальные. По конструкции ходового оборудования различают гусеничные и колесные тракторы. Гусеничные тракторы имеют малую нагрузку на грунт и большую силу тяги, поэтому они обладают более высокой проходимостью, чем колесные. Превмоколесные тракторы более маневренны, обладают большей транспортной скоростью и маневренностью.

Главным параметром тракторов является максимальное тяговое усилие на крюке.

Пневмоколесные тягачи предназначены для работы с различного рода прицепным и навесным рабочим оборудованием. Тягачи состоят из двигателя, трансмиссии, ведущей оси с двумя колесами. Ведущая ось является управляемой.

Автосамосвалы изготавливают па базе серийных грузовых автомобилей. Они оборудуются металлическими кузовами корытообразной, трапециевидной и прямоугольной формы поперечного сечения. Автосамосвалы принудительно при помощи гидравлического подъемника могут наклонять кузов назад и на боковые стороны.

В последнее время все более широкое применение находят автомобили-самопогрузчики с бортовыми гидравлическими манипуляторами.

Тяжеловозы предназначены для транспортирования тяжеловесных крупногабаритных неделимых грузов, технологического оборудования и строительных машин. В зависимости от назначения тяжеловозы изготавливают грузоподъемностьюдо 125 т.

Для движения машины необходимо, чтобы между движителем и грунтом создавалось усилие, достаточное как для перемещения самой машины, так и для преодоления полезных и вредных сил сопротивления. Максимальное значение силы тяги по двигателю ограничивается предельными значениями силы, возникающей в процессе взаимодействия движителя с грунтом, т. е. силами сцепления. Сила тяги по сцеплению определяется нагрузкой на движитель, его конструкцией, физико-механическими свойствами основания дороги.

Касательная сила тяги P_k состоит из двух слагаемых, первое из которых T идет на преодоление полезных сопротивлений и называется свободной силой тяги, а второе G_kf = P_f — на перекатывание ведущего колеса; называют эту величину силой сопротивления качению.

.

Предельное значение касательной силы тяги, так называемая сила тяги по сцеплению Р, зависит от массы G и коэффициента сцепления φ.

.

Коэффициенты φ и f зависят от физико-механических свойств покрытия и давления в шинах протектора.

Максимальное значение свободной силы тяги по сцеплению

или

Для гусеничного движителя, как и для колесного, величины φ΄ и f' = P_f характеризуют взаимодействие движителя с грунтом, только они численно отличаются от φ и f.

При движении тягача по наклонной поверхности нормальная сила

При перемещении машины возникают следующие силы:

1) сопротивления передвижению ходовой части

;

2) сопротивления инерции Р_ин; они пропорциональны массе машины G/g и ее ускорению при трогании с места или изменении скорости машины. Приближенно Р_ин можно определить по зависимости

,

где t_р - время разгона (для колесных машин t_p=5–10 с, для гусеничных – 3-6 с).

Рис.18.

Трогание с места происходит на первой передаче. При этом v_х можно принимать для гусеничных машин 0,25–0,3 м/с, для колесных – 1– 1,5 м/с;

3) сопротивления подъему на уклонах Р_под, зависящие от угла уклона α:

.

Гусеничные машины могут преодолевать уклоны 20-25°, колесные – 15-20° (наименьшие значения для тракторов и машин на их базе). Возможность преодоления различных уклонов, развиваемая силой тяги, зависит также от устойчивости машины.

Таким образом, для движения машины необходимо, чтобы сила тяги на движителе преодолевала все указанные выше сопротивления, а также полезные сопротивления Рх_сум, т.е. сопротивления, возникающие на рабочих органах, и т. д. Следовательно,

.

Необходимо, чтобы мощность двигателя обеспечивала получение этого окружного усилия.

Силу тяги, которую может развивать машина при данной мощности двигателя, называют силой тяги по двигателю Т_д:

,

где М_д - крутящий момент, развиваемый двигателем, кгс·м (Н·м); i_тр - общее передаточное число трансмиссии от двигателя к ведущему колесу; η_м - общий КПД трансмиссии и ходовой части; r_k - радиус ведущего колеса машины, м.

Величина η_м не являющаяся постоянной, зависит от скорости перемещения машины:

,

где η_тр — КПД трансмиссии; η_х — КПД ходовой части.

Если известны параметры машины - масса G, диапазон скоростей v, мощность N_т, угол подъема α, то можно определить режимы, на которых следует работать, чтобы полностью использовать мощность двигателя, и какие максимальные рабочие сопротивления можно преодолеть для работы на заданных режимах.

Тема № 18.

Транспортирующие машины Производительность транспортирующих машин.

Конвейеры применяют для транспортирования гравия, щебня, цемента, грунта, бетонных смесей, кирпича, дробленого камня в пределах строительной площадки, завода строительных деталей и карьера. Машины этого типа можно разделить на следующие группы: а) конвейеры или транспортеры (ленточные, цепные, винтовые, роликовые, вибрационные, а также элеваторы); б) подвесные канатные дороги; в) пневматические транспортные устройства; г) самотечные гравитационные устройства.

Ленточные конвейеры. Они делятся на передвижные (длиной 5  20 м) и стационарные (до нескольких сотен метров). Они просты по конструкции, имеют сравнительно небольшую металлоемкость, позволяют транспортировать грузы на расстояния до нескольких километров. Производительность их 10  20 тыс. т/ч.

Ленточные конвейеры позволяют перемещать грузы (при прорезиненной ленте) под углом до 20°.

Для работы конвейера необходимо, чтобы сила трения между барабаном и лентой была достаточной для перемещения нагруженной ленты. Величина этой силы трения зависит от коэффициента трения μ, между лентой и барабаном и угла обхвата барабана лентой α. Чтобы лента не проскальзывала, должно быть соблюдено неравенство Эйлера;

где S_наб - натяжение в набегающей ветви ленты, кгс (Н); S_сб - натяжение в сбегающей ветви ленты, кгс (Н); е - основание натурального логарифма.

Величина тягового усилия Р₀, кгс (Н), необходимая для определения мощности привода:

Натяжение в сбегающей ветви S_наб обычно равно предварительному натяжению S_o, следовательно,

.

Величина натяжения должна обеспечивать необходимую силу трения между лентой и приводным барабаном.

Производительность ленточного конвейера

, м²/ч

где F - площадь сечения материала, расположенного на ленте, м²; γ - насыпная масса материала, т/м³; υ - скорость движения ленты, м/с.

Цепные конвейеры. К цепным относят пластинчатые, скребковые и ковшовые конвейеры.

Пластинчатые конвейеры применяют для транспортирования горячих, острокромчатых, кусковых и штучных материалов. Тяговым органом пластинчатых конвейеров являются две бесконечные цепи, которые устанавливаются на ведущей и ведомой звездочках. К цепям крепят настилы из металлических пластин. Скорость перемещения пластин, а следовательно, и грузов на пластинчатом конвейере меньше, чем у ленточных, и составляет 0,05-0,5 м/с. Пластинчатые конвейеры позволяют перемещать грузы под углом до 30°.

Скребковые конвейеры отличаются от пластинчатых тем, что тяговые цепи помещены в открытом желобе и на них вместо пластин закреплены скребки. Скорость скребковых конвейеров 0,1  0,5 м/с, длина не более 50-60 м. Недостатком этих конвейеров является быстрый износ тяговых цепей, так как они чаще всего применяются для транспортирования сыпучих материалов, оказывающих абразивное воздействие на цепи.

Ковшовые конвейеры (нории) применяют для подъема материалов по вертикали или в круто наклонном направлении на высоту до 50 м.

Винтовые конвейеры иначе называют шнеками. Применяют их для транспортирования цемента, гравия, песка, шлака, мокрой глины, бетонной смеси на расстояние 30—40 м под углом до 20°. В отдельных случаях их используют и для вертикального транспортирования. Винтовой конвейер представляет собой винт, заключенный в кожух (желоб). При вращении винта материал перемещается вдоль его оси.

Производительность винтовых конвейеров зависит от средней площади сечения потока материала в желобе и скорости его перемещения вдоль оси.

Скорость перемещения материала вдоль оси

, м/с

где S_b - шаг винта; п - частота вращения винта, об/мин.

Вибрационные конвейеры. Для транспортирования сыпучих материалов, бетонных смесей, растворов применяют вибрационные устройства. При вибрации значительно уменьшается трение между частицами сыпучих материалов и вязких смесей.

Достаточно желобу или трубе придать небольшой уклон и сообщить им колебания, чтобы находящийся в них материал начал перемещаться по уклону.

При помощи пневматических устройств перемещают сыпучие материалы (цемент, песок, шлак, древесные опилки и т. д.), а также растворы. Принцип работы пневматических устройств заключается в том, что в трубопровод, по которому транспортируется материал, подается такое количество воздуха и с такой скоростью, при которых частицы материала удерживаются во взвешенном состоянии и в этом состоянии перемещаются по трубопроводу. Чтобы частицам сообщить взвешенное состояние, необходим определенный расход воздуха.

Недостатком является большой удельный расход энергии (до 3  5 кВт·ч/т∙км).

Тема №19

Классификация грузоподъемных машин. Специальные детали и узлы грузоподъемных машин..

Грузоподъемными машинами поднимают и перемещают различные строительные материалы по вертикали или по пространственной трассе, изменяющейся в горизонтальном и вертикальном направлениях. С помощью этих машин монтируют основные строительные конструкции во всех видах строительства, а в промышленном строительстве — технологическое оборудование. Многие из этих работ сочетаются со строповкой и пакетированием грузов, подтаскиванием грузов к грузоподъемному устройству и другими такелажными работами. Работают грузоподъемные машины чаще всего циклично.

Грузоподъемные машины можно разделить на следующие группы:

1. Вспомогательные (простые) машины и механизмы—домкраты, лебедки и тали.

2. Подъемники - машины, перемещающие грузы в ковшах, клетях, кабинах или на площадках, движущихся в жестких направляющих.

3. Краны — наиболее сложные и универсальные грузоподъемные машины для подъема, перемещения по пространственной трассе и подачи грузов и монтажа конструкций.

К основным параметрам, характеризующим грузоподъемные машины, относятся: грузоподъемность, грузовой момент, вылет груза и скорости движения.

К специальным деталям и узлам грузоподъемных машин относятся: канаты, цепи, стропы, траверсы, крюки, блоки, барабаны, полиспасты, остановы, тормозные устройства.

Стальные проволочные канаты (тросы) широко применяют в строительных машинах. Их используют для подъема или горизонтального перемещения грузов (грузовые канаты), для оттяжек, торможения поднимаемых грузов (поддерживающие канаты). При специальной конструкции их применяют в качестве рельсов для кабельных кранов (несущие канаты), для строповки перемещаемых грузов.

Канат выбирают по разрывному усилию Р, по наибольшему натяжению (нагрузке на канат) S без учета динамических усилий и по коэффициенту запаса прочности k, который регламентирован Госгоратомтехнадзором.

Блоки различают неподвижные (направляющие) и подвижные блоки

Неподвижные блоки служат для направления канатов; оси их закрепляются неподвижно.

Подвижные блоки имеют подвижные оси. Одни блоки используют для выигрыша в силе, другие - в скорости подъема груза. Последние применяются значительно реже, чем первые.

Полиспаст - это система из нескольких подвижных и неподвижных блоков, соединенных между собой гибким рабочим органом. Они разделяются на полиспасты для выигрыша в силе и полиспасты для выигрыша в скорости.

Рис. 19. Блоки и полиспаты

В полиспастах, у которых канат сбегает с неподвижного блока, число ветвей каната z, на которых подвешен груз, равно числу блоков. Усилие на сбегающей ветви каната, т. е. на конце каната, к которому приложено усилие для перемещения груза, зависит от числа блоков и от потерь в каждом блоке:

,

где _∑ - коэффициент сопротивления полиспаста; _∑ - КПД полиспаста.

Домкраты обычно используют для подъема груза на небольшую высоту, причем воздействуют на груз снизу; их делят на реечные (грузоподъемность до 6 т, высота подъема до 0,3 м), винтовые (грузоподъемность до 50 т, высота подъема до 0,35 м) и гидравлические (грузоподъемность 50500 т, высота подъема 0,15—0,2 м).

Лебедки делятся на однобарабанные и многобарабанные, по виду установки – на настенные, подвесные и наземные. Главным параметром лебедок является тяговое усилие S. Кроме того, лебедки характеризуются канатоемкостью барабана L и скоростью каната υ.

Мощность на барабане ; мощность электродвигателя .

. Тема № 20

Такелажное оборудование. Подбор канатов и стропов

Стальные проволочные канаты (тросы) широко применяют в строительных машинах. Их используют для подъема или горизонтального перемещения грузов (грузовые канаты), для оттяжек, торможения поднимаемых грузов (поддерживающие канаты). Их применяют для кабельных кранов (несущие канаты), для строповки перемещаемых грузов.

При проектировании, а также перед установкой на кран канаты долж­ны быть проверены расчетом.

Канат выбирают по разрывному усилию Р, по наибольшему натяжению (нагрузке на канат) S без учета динамических усилий и по коэффициенту запаса прочности k, который регламентирован Госатомтехнадзором.

Допускаемая нагрузка на канат, кгс (Н),

.

Коэффициент k выбирают в зависимости от режимов работы и назначения каната. Например, для стреловых растяжек канаты лебедок, предназначенных для подъема людей, k = 9.

Разрывное усилие каната принимается по сер­тификату (свидетельству) о его испытании, а при проектировании — по данным стандарта на конкретный тип каната;

Наибольшее натяжение ветви каната, определяется при проектировании расчетом, а для кранов, находящихся в эксплуата­ции, указанно в паспорте крана;

Если в сертификате приведено суммарное разрывное усилие всех про­волок каната, значение Р определяется умножением суммарного разрыв­ного усилия на коэффициент 0,83.

Для автомобильных кранов грузоподъемностью до 16 т включительно при выборе каната на механизм подъема груза должна приниматься груп­па классификации не менее М 4.

При работе крана в опасных условиях (транспортирование расплав­ленного металла, шлака, ядовитых и взрывчатых веществ) запрещается при выборе каната применять классификационную группу ниже М 5.

Канатные стропы используют для подвешивания грузов, которые подразделяются на простые, универсальные и другие

При симметричной подвеске груза усилие в каждой ветви стропы

где К - коэффициент, характеризующий угол наклона стропа к вертикали (К = 1/cosα); G - масса груза, т; т - количество ветвей; α - угол между ветвью стропы и вертикалью.

Тема № 21

Классификация, область применения и конструктивные особенности строительных подъемников.

Строительные подъемники предназначены для подъема различных грузов, загружаемых на платформу, люльку в клеть или ковши, перемещающиеся в направляющих.

Строительные подъемники по назначению делятся на грузовые и грузопассажирские, а по конструкции на мачтовые, шахтные, струнные и коленные.

Грузовые подъемники выпускаются мачтовыми и шахтными. Шахтные подъемники применяются для подъема строительных материалов при возведении кирпичных труб высотой до 120 м. Мачтовые грузовые подъемники получили преимущественное применение при строительстве высотных зданий.

Мачтовый грузовой подъемник ТП-16-3 состоит из мачты, опорной рамы, лебедки, грузовой каретки с выкатной платформой, грузового каната, настенных опор и электрооборудования. Мачта крепится к зданию настенными опорами и смонтирована на опорной раме, на которой установлены лебедка и шкаф электрооборудования.

Лебедка с помощью грузового каната осуществляет подъем и опускание грузовой каретки с выкатной платформой, с помощью которой груз поднимается на соответствующий этаж и подается в окопный проем или па кровлю. Грузовая каретка подвешена на грузовом канате и опирается роликами на направляющие элементы мачты. Грузовой канат огибает головной блок мачты, блок грузовой каретки и крепится па мачте. В случае обрыва грузового каната торможение грузовой каретки обеспечивается эксцентриковым ловителем.

Грузоподъемность грузовых мачтовых подъемников — 0,32...0,63 т.

Грузопассажирский подъемник ПГМП-4272 имеет модульно- блочную конструкцию и состоит из секционной сборно-разборной мачты с зубчатой рейкой, оголовком и направляющими стойками, узлов для жесткого крепления мачты к зданию, кабины, грузоподъемного и натяжного устройств, противовеса с канатом, нижнего ограждения и электрооборудования. Грузопассажирские мачтовые подъемники имеют грузоподъемность 0,58... 1,0 т.

Ковшовые подъемники (скиповые) применяют для подачи сыпучих материалов и растворов в бункеры, смесительные машины и грохоты. Объем ковша обычно составляет 1 м высота подъема - до 14 м.

Ковш поднимается при помощи каната по направляющим. Для выгрузки ковша направляющие па определенной высоте имеют изгиб, благодаря чему ковш опрокидывается по достижении этой высоты.

Передвижные строительные подъемники включают в себя следующие узлы: автомобильное шасси с дополнительными опорами; раму поворотную; стрелу в сборе с люлькой; гидропривод; электрооборудование; управление и блокировку.

Рис. 20. Передвижной строительный подъемник

К основным параметрам подъемника относятся грузоподъемность люльки, вылет стрелы, высота подъема, масса, транспортная скорость и др.

В проектах производства строительно-монтажных работ с применением подъемников должны предусматриваться соответствие устанавливаемых подъемников условиям строительно-монтажных работ по грузоподъемности, высоте подъема, места их установки и режима работы. Эксплуатируемые подъемники должны быть технически исправны и оборудованы следующими приборами и устройствами для безопасного производства работ:

устройством против перегрузки подъемника (ограничитель предельного груза);

следящей системой ориентации люльки в вертикальном положении;

ограничителем зоны обслуживания при необходимости ограничения по прочности или устойчивости;

системой блокировки подъема и поворота стрелы при не выставленном на опорах подъемнике;

устройством блокировки подъема опор при рабочем положении стрелы;

системой аварийного опускания люльки при отказе гидросистемы или двигателя базовой машины;

устройством, предохраняющим выносные опоры подъемника от самопроизвольного выдвижения во время движения подъемника;

указателем угла наклона подъемника;

системой аварийной остановки двигателя и кнопкой звукового сигнала с управлением с каждого пульта;

анемометром (для подъемников с высотой подъема более 22м).

Тема № 22

Классификация кранов. Конструктивные и кинематические схемы кранов. Грузовые характеристики.

Краны предназначены для подъема грузов и подачи их к месту разгрузки, а при монтаже – для подачи деталей к месту установки их в проектное положение в вертикальном и горизонтальном направлениях.

Для целей строительства используют следующие виды кранов: 1)легкие переносные краны – подъемники, используемые в основном для подъема груза по вертикали и в отдельных случаях на небольшое расстояние по горизонтали; 2) стационарные краны для подъема и перемещения грузов по вертикали и по горизонтали в пределах радиуса окружности, описываемой стрелой; 3) башенные краны (передвижные стационарные и приставные и самоподъемные) служат для подъема грузов и перемещения их по горизонтали; 4) самоходные стреловые краны применяют для монтажных и погрузочно-разгрузочных работ; обладают высокой мобильностью и практически не ограниченной зоной обслуживания; 5) козловыми кранами осуществляют подъем, перемещение и монтаж конструкций. Пределы зоны ограничены пролетом крана и длиной его перемещения; 6) кабельные краны применяют на таких строительных объектах, где приходится перемещать грузы на значительное расстояние.

Кроме того, используют специальные краны – плавучие, летающие (вертолеты), трубоукладчики.

Все краны обозначают индексами, состоящими из буквенной и цифровой части. Буквенная часть обозначает группу кранов или особенности его конструкции, например: КБ — кран башенный; АК — автомобильный кран; МКГ, МКП или МКА — монтажный кран гусеничный, пневмоколесный или автомобильный; СКГ — специальный кран гусеничный; СМК — специальный монтажный кран. В цифровых обозначениях указывается грузоподъемность, например: МКГ-20— кран монтажный гусеничный, грузоподъемность 20 т. Однако для более полной характеристики стреловых самоходных кранов введена следующая индексация кранов по схеме.

Рис.21. Индексация кранов.

Краны состоят из рабочих органов остова, ходовой рамы, поворотной части, башни, стрелы, механизма подъема и опускания груза, механизма подъема и поворота стрелы, механизма перемещения крана, рабочих органов, аппаратуры управления и контроля грузоподъемности и высоты подъема.

Основными параметрами кранов являются: грузоподъемность G, т; грузовой момент М_r тс∙м (кН∙м), равный произведению массы поднимаемого груза G на плечо L от центра тяжести поднимаемого груза до оси крана; вылет стрелы L_c м; высота подъема груза Н, м; скорость подъема и опускания груза υ_п и υ_о, м/с; скорость передвижения крана υ_к м/мин; для стреловых кранов кроме этих параметров также вылет стрелы, а следовательно, радиус действия R, м, для кабельных и козловых кранов длина пролета L_п м.

Диапазон изменения скоростей υ_п, υ_о и υ_к также является параметром, характеризующим краны. Величины М_r и G задаются минимальными и максимальными в зависимости от величины вылета стрелы.

Рабочие органы кранов представляют собой грузозахватные устройства для единичных штучных грузов или группы грузов (крюки, траверсы, захваты и т. д.), либо емкости, в которых размещают грузы (ковши, бадьи, грейферы).

Крановые механизмы могут приводиться в движение отдельным двигателем или один привод сообщает движение всем механизмам или группе механизмов (одномоторный или групповой привод).

Рабочий процесс строительных кранов осуществляется циклично. Основными операциями рабочего цикла являются: строповка груза; подъем груза; перемещение груза в горизонтальной плоскости, движение крана по рельсам и поворота поворотной платформы; наводка груза и установка его в проектное положение; расстроповка груза; опускание крюка; перемещение крюка в горизонтальной плоскости в исходное положение.

Для сокращения времени цикла и повышения производительности крана широко используется совмещение операций: подъема или опускания крюка с поворотом, поворота с перемещением крюка в горизонтальном направлении и др.

Сменная производительность крана

П_см = TQk_r  k_в n т/см,

где T – продолжительность смены, ч;

Q – грузоподъемность крана, тс, при данном вылете стрелы;

k_r - коэффициент использования крана по грузоподъемности;

k_в - коэффициент использования крана по времени на протяжении смены, равный 0,82  0,83;

n – число рабочих циклов крана в час: n = 3600 / t_ц ,

где t_ц – средняя длительность рабочего цикла, с.

Тема № 23

Расчет устойчивости кранов.

Безопасность работы всех передвижных и поворотных кранов должна обеспечиваться достаточной устойчивостью против опрокидывания крана.

Условия равновесия кранов определяются соотношением значений удерживающего и опрокидывающего моментов, действующих относительно оси (ребра) опрокидывания крана. Проверку кранов на устойчивость производят как для рабочего положения крана с грузом (грузовая устойчивость), так и для крана без груза (собственная устойчивость) в условиях, когда сочетание действующих на кран нагрузок наиболее неблагоприятно с точки зрения возможности опрокидывания крана. Башенные строительные краны, кроме того, должны быть проверены на устойчивость при внезапном снятии нагрузки с крюка и в процессе монтажа и демонтажа.

Устойчивость крана характеризуется следующими величинами:

коэффициентом грузовой устойчивости — отношением момента относительно ребра опрокидывания, создаваемого силой тяжести всех частей крана с учетом всех дополнительных нагрузок (ветровой нагрузки, инерционных сил, возникающих при пуске или торможении механизмов подъема груза, поворота и передвижения крана), а также возникающей составляющей силы тяжести при наибольшем допустимом при работе крана уклоне к моменту, создаваемому силой тяжести груза относительно того же ребра опрокидывания;

коэффициентом собственной устойчивости крана - отношением момента, создаваемого силой тяжести всех частей крана с учетом уклона пути в сторону опрокидывания относительно ребра опрокидывания, к моменту, создаваемому ветровой нагрузкой нерабочего состояния машины относительно того же ребра опрокидывания.

Согласно правилам Гостехатомнадзора значения коэффициентов грузовой и собственной устойчивости должны быть не менее 1,15.

Определение грузовой и собственной устойчивости должно производиться для угла наклона крана не менее 3° - для стреловых кранов (за исключением железнодорожных) и 1°- для портальных кранов.

При проверке грузовой устойчивости рассматривают положение, когда груз находится на максимальном вылете. При этом уклон и ветровую нагрузку принимают такими, чтобы они способствовали опрокидыванию крана Коэффициент, грузовой устойчивости.

где M_гp=G_гpa - момент, создаваемый весом номинального груза относительно ребра опрокидывания; M_G=G_C - момент, создаваемый силой тяжести частей крана и противовеса относительно того же ребра опрокидывания с учетом возможного угла наклона а пути; M_B=W_Bd - момент, создаваемый ветровой нагрузкой рабочего состояния, действующей на наветренную площадь крана и груза перпендикулярно ребру опрокидывания и параллельно плоскости, на которой установлен кран; - суммарный момент сил инерции элементов крана и груза, возникающих в процессе пуска и торможения механизмов крана, и центробежной силы при вращении крана.

Собственная устойчивость. Кран без груза, установленный на наклонной местности, при минимальном вылете стрелы подвергается действию ветра по нормам для крана в нерабочем состоянии. В этом случае коэффициент устойчивости

Рис. 22.

Грузовая устойчивость козловых, полукозловых кранов в рабочем состоянии характеризуется коэффициентом устойчивости, определяемым как отношение момента относительно ребра опрокидывания, создаваемого силой тяжести крана и груза, к моменту от действия инерционных сил и ветровой нагрузки на металлическую конструкцию крана и на груз. Проверку устойчивости следует проводить на опрокидывание крана вдоль и поперек подкранового пути.

Устойчивость козловых кранов в нерабочем состоянии характеризуется коэффициентом собственной устойчивости.

Тема № 24

. Технико-эксплуатационные показатели кранов, тенденции развития.

Производительность крана зависит от ряда постоянных и переменных факторов, которыми являются характер поднимаемого груза, условия работы и организация труда.

Постоянными для данного крана факторами являются грузоподъемность, высота подъема груза, максимальный и минимальный вылет стрелы, скорости рабочих механизмов крана и другие факторы. Грузоподъемность, высота подъема и вылет являются зависящими друг от друга величинами.

Переменными факторами являются: характер выполняемой краном работы (монтаж, погрузочно-разгрузочные и подъемно-транспортные работы), вид грузов, с которыми работает кран, и т. п.

Режим работы крана по времени в течение смены зависит от времени полезной работы и перерывов в работе. Перерывы в работе крана разделяют на организационные и технологические.

Организационные перерывы вызваны необходимостью обслуживания крана ( профилактические осмотры и ремонты, а также прием и сдача крана в начале и в конце смены). Продолжительность этих перерывов зависит от организованности и опыта машиниста.

К технологическим перерывам относятся перерывы, связанные со сменой приспособлений, изменением вылета стрелы и т. п.

Эксплуатационная производительность кранов, тс/ч, работающих циклично, определяется по формуле:

где Q_ср – средняя величина поднимаемого груза, тс;

n_ср – число циклов (подъемов), ч;

t_м – суммарное время машинных операций (работы крана), с;

S – передвижения крана или изменение вылета стрелы, м;

Н – высота подъема (опускания) груза, м;

v₁, v₂ – скорости передвижения и подъема, м/с;

 - угол поворота поворотной платформы (башни) или стрелы, град;

n – частота вращения поворотной платформы (башни) или стрелы, об/мин;

А – коэффициент совмещения операций;

t_з – время зацепки и отцепки груза, с;

t_у – время наводки груза при его установке в заданное место, с;

t_в – время на каждую вспомогательную машинную операцию, с;

m – число машинных операций – подъем, опускание, поворот с грузом и обратный поворот, передвижение и т. д.

Тема № 25

Классификация, область применения и конструктивные особенности погрузчиков

Строительные погрузчики представляют собой самоходные универсальные машины, предназначенные для выполнения погрузочно-разгрузочных работ с различными видами грузов (сыпучими, :кусковыми, штучными, пакетированными, длинномерными и т.п.), перемещения грузов на сравнительно небольшие расстояния, земле-ройно-погрузочных, монтажных и вспомогательных работ. Универ-:сальность погрузчиков обеспечивается наличием широкой номенк-латуры быстросъемных сменных рабочих органов — ковшей различных типов и вместимости, вилочных, челюстных и монтажных стрел, навесных рыхлителей, и др.

Различают погрузчики периодического действия — одноковшовые и вилочные и непрерывного действия — многоковшовые. Одноковшовые и вилочные погрузчики выполняют циклично повторяемые операции по загрузке рабочего органа, транспортированию грузке груза раздельно и последовательно. У многоковшовых погрузчиков наполнение и разгрузка рабочего органа осуществляется непрерывно и одновременно.

Одноковшовые погрузчики применяют в основном для погрузки-разгрузки, перемещения и складирования насыпных, мелкокусковых материалов и штучных грузов Основным рабочим органом таких погрузчиков является ковш. Одноковшовые погрузчики классифицируют: по типу ходового устройства — гусеничные (на базе тракторов),]пневмоколесные (на базе специальных шасси и тягачей) и полугусеничные; по расположению рабочего органа относительно двигателя —с передним (наиболее распространены) и задним расположением; по способу разгрузки рабочего органа — с полуповоротным, комбинированным, перекидным и фронтальным погрузочным оборудованием.

В городском строительстве наиболее распространены фронтальные

универсальные погрузчики на пневмоходу и обеспечивают разгрузку ковша вперед.

. Погрузчики с шарнирно сочлененной рамой обладают высокими показателями мобильностью, маневренностью, |их наиболее эффективно используют в стесненных условиях.

Модели высокоманевренных многофункциональных малогабаритных погрузчиков имеют мало различий и кроме основного погрузочного ковша используют следующие виды быстросъемного сменного рабочего оборудования: экскаваторный ковш — обратная лопата, зачистной ковш, грузовые вилы, грузовая стрела, гидравлический молот, бур, плужный и роторный снегоочистители, траншеекопатель, дорожная щетка, пескоразбрасыватель, подметально-уборочное оборудование, бульдозерный отвал и т. п.

. Наиболее эффективно погрузчики применяются на рассредоточенных объектах для комплексной механизации строительно-монтажных работ небольших объемов. Многоцелевое сменное рабочее оборудование погрузчиков позволяет практически полностью механизировать ручной труд при наибольшей дальности транспортировки до 25...30 м.

. Малогабаритные погрузчики имеют вместимость основного погрузочного ковша 0,24...0,3 м3, экскаваторного ковша 0,04...0,063 м3, грузоподъемность грузовой стрелы 0,5 т.

Эксплуатационная производительность одноковшовых погрузчиков | где <7 (м3/ч): при работе с сыпучими и кусковыми грузами

П, = 3600^иА:в/Гц,

— вместимость ковша, м3; /:н — коэффициент наполнения ковша (&н - 0,5...1,25); А — средний коэффициент использования погрузчика по времени; гц — продолжительность полного цикла, с; при работе со штучными грузами (т/ч)

Производительность современных отечественных одноковшовых погрузчиков 90...235 м3/ч при средней продолжительности цикла 30...60 с, грузоподъемность 1,25...5 т, вместимость ковшей 0,4...3 м3.

Вилочные универсальные погрузчики (автопогрузчики) применяют для погрузочно-разгрузочных работ, транспортирования на небольшие расстояния и штабелирования штучных и пакетированных грузов на открытых площадках и дорогах с твердым покрытием. Их изготовляют с использованием узлов серийных автомобилей. Сменные рабочие органы навешиваются на гидравлический вертикальный грузоподъемник, расположение которого может быть передним (фронтальным) и боковым.

Для погрузочно-разгрузочных работ со штучными, пакетированными, длинномерными грузами и контейнерами применяют автопогрузчики с грузовой платформой и боковым выдвижным грузоподъемником, оборудованным вилочным захватом или грузовой консольной стрелой с грузовым крюком.

Многоковшовые строительные погрузчики применяются для механической погрузки в транспортные средства сыпучих и мелкокусковых материалов (песка, гравия, щебня, шлака), а также для (асыпки траншей и фундаментных пазух свеженасыпным грунтом, цля обвалования площадок и т. д. Они имеют пневмоколесный или гусеничный ход и разрабатывают материал ротором, подгребающими дисками или лапами, многоковшовым конвейером с подгребающими шнеками. Главным параметром многоковшовых погрузчиков является техническая производительность.Основными направлениями развития строительных погрузчика являются:

• улучшение технико-экономических и эргономических показателей;

• повышение энергонасыщенности, тяговосцепных качеств и опорных усилий, маневренности, надежности ходового и погрузочного оборудования;• расширение номенклатуры сменных рабочих органов;

• увеличение параметров рабочего оборудования.

Тема № 26

. Способы разработки грунтов. Классификация грунтов по трудности разработки.

Наиболее энергоемкой из всех операций по устройству выемок является отделение грунта от массива (разрушение грунта), в связи с чем способы разработки грунтов различаются по способам их разрушения, характеризуемым видом энергетического воздействия.

Механическое разрушение грунтов нашло наибольшее применение в строительстве. Оно основано на сосредоточенном контактном силовом воздействии рабочего органа машины на грунт, называемым также резанием. Для реализации этого способа рабочие органы грунторазрабатывающих машин оснащают клинообразными режущими инструментами, перемещаемыми относительно грунтового массива. В зависимости от скорости и характера воздействия режущего инструмента различают статическое и динамическое разрушение грунтов. При статическом разрушении режущий инструмент движется равномерно или с незначительными ускорениями при скорости до 2... 2,5 м/с. Этот способ применяется как основной при разработке грунтов экскаваторами, землеройно-транспортными машинами, рыхлителями и буровыми машинами вращательного действия. В машинах, разрабатывающих прочные скальные породы, реализуется как статический, так и динамический способы их разрушения, в частности, ударный. Известны также вибрационный и виброударный способы. Энергоемкость механического разрушения песчаных и глинистых грунтов в зависимости от их крепости и конструкции режущих инструментов составляет 0,05 ...0,5 (кВт-ч)/м3. Этим способом выполняют до 85 % всего объема земляных работ в строительстве.

При устройстве гидротехнических земляных сооружений (плотин, дамб широко применяют гидравлическое разрушение грунтов струей воды с использованием гидромониторов и землесосных снарядов

Взрывом обычно разрушают крепкие скальные породы и мерзлые грунты под давлением газов, образующихся при воспламенении взрывчатых веществ, которые закладывают в специально пробуренные скважины (шпуры), в прорезные узкие щели или в траншеи.

Для бурения шпуров применяют машины механического бурения, а также термо- и термопневмобуры. В термобуре реализуется термомеханический способ разрушения грунта: его прогрев высоко температурной (до 1800...2000°С) газовой струей с последующим разрушением термоослабленного слоя грунта режущим инструментом. При термопневматическом бурении грунт разрушается и выносится из скважины высокотемпературной газовой струей со скоростью до 1400 м/с. Разработка грунтов взрывом наиболее энергоемкая, а следовательно, наиболее дорогая из всех рассмотренных выше способов.

Для дробления валунов и негабаритных камней, образующихся в результате разрушения грунтов взрывом, применяют установки, реализующие электрогидравлический способ разрушения грунтов, использующий ударную волну, которая образуется в искровом разряде в жидкости. Реже применяют физические способы разрушения грунтов без комбинирования с другими способами. Они основаны на воздействии на грунт температурных изменений (прожигание прочных грунтов, оттаивание мерзлых грунтов), токов высокой частоты, ультразвука, электромагнитной энергии, инфракрасного излучения и т.д. Выбор способа разработки зависит, прежде всего, от прочности грунта, в том числе и от сезонной, связанной с его промерзанием.

Рис.24. Плотномер ДорНИИ

Грунты, разрабатываемые машинами, классифицируют по трудности paзработки по 8 категориям. В основу этой классификации, предложенной проф. А.Н.Зелениным, положена плотность измеряемая в килограммах на кубический метр, по показаниям плотномера конструкции ДорНИИ (рис.24 ). Плотность грунта оценивают числом ударов, соответствующим внедрению в грунт стержня до упора в нижнюю шайбу.

Согласно классификации проф. А. Н. Зеленина грунты распределены по категориям следующим образом: I категория — песок, супесь, мягкий суглинок средней крепости влажный и разрых ленный без включений; II категория — суглинок без включений, мелкий и средний гравий, мягкая влажная или разрыхленная глина; III категория — крепкий суглинок, глина средней крепости влажная или разрыхленная, аргиллиты и алевролиты; IV категория -крепкий суглинок, крепкая и очень крепкая влажная глина, слан цы, конгломераты; V категория — сланцы, конгломераты, отвердевшие глина и лесс, очень крепкие мел, гипс, песчаники, мягкие известняки, скальные и мерзлые породы; VI категория — ракушечники и конгломераты, крепкие сланцы, известняки, песчаники средней крепости, мел, гипс, очень крепкие опоки и мер гель; VII категория — известняки, мерзлый грунт средней крепости; VIII категория — скальные и мерзлые породы, очень хорошо взорванные (куски не более 1/3 ширины ковша).

Тема № 27

Рабочие органы землеройных машин и их взаимодействие с грунтом.

Рабочие органы отделяют грунт от массива резанием и копанием.

Резание - процесс отделения грунта от массива режущей, включающих резание грунта, перемещение срезанного грунта по рабочему органу и впереди его в виде призмы волочения, а у некоторых машин и перемещение грунта внутри рабочего органа. Сопротивление грунта копанию в 1,5...2,8 раза больше, чем сопротивление грунта резанию.

Физико-механические свойства грунтов характеризуются: гранулометрическим составом — процентным содержанием по массе частиц различной крупности; плотностью - массой единицы объема; пористостью - процентным отношением объема пор к общему объему грунта; влажностью - количеством воды, содержащейся в порах грунта (%); связностью -способностью rpyнта сопротивляться разделению па отдельные частицы под действием внешних нагрузок; разрыхляемостыю - свойством разрабатываемого грунта увеличиваться в объеме при постоянстве собственной массы, которая выражается коэффициентом разрыхления К, равным отношению объемов грунта в разрыхленном и естественном состояниях; пластичностью - способностью грунта деформироваться под действием внешних сил и сохранять полученную форму после снятия нагрузки; прочностью — способностью грунта сопротивляться разрушению под действием внешних нагрузок; коэффициентами трения грунта о сталь и грунта по грунту; абразивностью - способностью грунта интенсивно изнашивать рабочие органы машин.

Рис.25 Геометрия режущих элементов рабочих органов землеройных

машин.

Режущая часть рабочего органа землеройной машины, имеющая обычно форму клина, характеризуется следующими геометрическими параметрами (рис., а): длиной режущей кромки в, углом заострения (3, задним углом а, передним углом у, углом резания 6 = f5 + а и толщиной стружки 1г. Эффективность процесса резания обеспечивается при оптимальных углах резания и рациональной геометрией режущего инструмента. Оптимальные значения угла резания 6 составляют 30...32° для легких грунтов и 40...43°для тяжелых; угла заострения р = 25...27° для легких и 32...35° для тяжелых грунтов. Задний угол принимают равным не менее 6...8°.

При отделении стружки грунта от массива на рабочий орган (рис. 76, б) действует сила сопротивления его движению в грунте F₀, раскладываемая на две составляющие — касательную F_OI и нормальную F₀, к траектории движениярабочего органа. Силу F_OI можно представить в виде

^о, = *~р ⁺ f-\ + F_tt...

где F ^ — сопротивление грунта резанию; F._r — сопротивление трения рабочего органа о грунт; F_{u u} ~ сопротивление перемещению призмы волочения и грунта в рабочем органе.

Величина сопротивления грунта резанию зависит от поперечного сечения срезаемой стружки, физико-механических свойств грунта и геометрии режущей части рабочего органа:

F = К bit,

р р

где K_t - удельное сопротивления грунта резанию, b и h -ширина и толщина стружки. Значения величины К^ в зависимости от категории грунта приведены в таблице.

.Нормальная составляющая сопротивления копанию F^.,,

представляющая собой сопротивление внедрению режущей части рабочего органа в грунт в направлении, перпендикулярном касательной составляющей F_()|, определяется из соотношения F₍₎, = 4'F₀₎, где Ч¹ = 0,2...0,6 - коэффициент, зависящий от физико-механических свойств грунта и затупления режущей кромки.

Тема № 28

. Машины и оборудование для подготовительных работ.

Для выполнения подготовительных работ применяют кусторезы, корчеватели-собиратели и рыхлители, оборудование для понижения уровня грунтовых вод и открытого водоотлива.

Кусторезы предназначены для расчистки заросших кустарником и мелколесьем площадей под застройку и представляют собой навесное оборудование с гидравлическим управлением на гусеничные тракторы тягового класса 10. Основным рабочим органом кустореза служит клинообразный отвал, снабженный в нижней части сменными гладкими или пилообразными ножами. Впереди отвала, имеющего в плане вид треугольника, установлен носовой лист для раскалывания пней и раздвигания сваленных деревьев. На раму могут быть навешены также сменные рабочие органы корчевателя и поворотного бульдозера. Подъем и опускание рамы с рабочим органом осуществляется двумя гидроцилиндрами, работающими от гидросистемы трактора.

. Производительность кусторезов с пассивным рабочим органом составляет 11000...14000 м2/ч при средней скорости движения машин 3...4 км/ч.

Корчеватели-собиратели применяют для извлечения (корчевания) из грунта камней массой до 3 т, пней диаметром до 0,45 м, сплошной корчевки кустарника и мелколесья, транспортирования на близкое расстояние толканием пней, камней, кустарника и поваленных деревьев, а также погрузки камней и крупных- пней в транспортные средства.. Корчеватель имеет износостойкие сменные зубья, смонтированные толкающей раме.

Корчеватели-собиратели навешивают на гусеничные тракторы класса 3...35 мощностью 50...390 кВт. Часовая производительность при корчевании пней составляет до 45...55 шт., при уборке камней — до 15...20 м3, при сгребании срезанных деревьев, выкорчеван­ных пней и кустарника — до 2500...4000 м2.

Рыхлители оснащаются одно- и трехзубым навесным рыхлительным оборудованием заднего расположения с гидравлическим управлением. Рыхлительное оборудование навешивают на гусеничные бульдозеры с тягачами класса 10, 25, 35, 50 и 75 мощностью 118...636 кВт. Главным параметром бульдозеров-рыхлителей является тяговый класс базового трактора..

Бульдозеры-рыхлители применяют для предварительного послойного рыхления и перемещения плотных каменистых, мерзлых и скальных грунтов при устройстве строительных площадок, рытье котлованов и широких траншей, а также для взламывания дорожных покрытий. Разрушение грунтов и пород происходит при поступательном движении машины и одновременном принуди­тельном заглублении зубьев рабочего органа до заданной отметки. В процессе рыхления массив грунта разделяется на куски (глыбы) таких размеров, которые удобны для последующей их эффективной разработки, погрузки и транспортирования другими машинами.

Разрыхленный грунт перемещается бульдозерным оборудовани­ем 15 с неповоротным отвалом. Бульдозер-рыхлитель может быть оборудован бульдозерным оборудованием с поворотным отвалом и универсальной рамой для навески корчевателя и кустореза, а также комплектом сменных уширителей. Гидроцилидры рыхлителя и бульдозера 16 работают от гидросистемы базовой машины. Рыхлители имеют наибольшую ширину захвата (при трех зубьях) 1480...2140 мм и рыхлят грунты высокой прочности на глубину 0,4... 1,2 м. Производительность навесных рыхлителей на грунтах IV...V категорий 60... 150 м3/ч, средняя рабочая скорость движения 2,5...5 км/ч.

Оборудование для открытого водоотлива. Для откачки дождевых, талых и грунтовых вод из траншей, котлованов, колодцев, а также мелких водоемов на строительных площадках применяют открытый водоотлив, осуществляемый с помощью насосов и насосных установок. Открытый водоотлив эффективен при малых скоростях притока грунтовых вод, когда этот способ не снижает несущей способности грунта под сооружением и обеспечивает устойчивость откосов траншей и котлованов. При открытом водоотливе наиболее часто применяют диафрагмовые и самовсасывающие центробежные насосы, реже используют погружные насосы, опускаемые непосредствен­но в выемку с водой.

Диафрагмовые насосы имеют сравнительно низкую подачу (до 30...45 м3/ч при высоте всасывания до 5 м) и применяются для [выполнения небольших объемов водоотливных работ.

Значительно большую подачу (до 250...500 м3/ч) при высоте всасывания до 4,5...6 м и полном манометрическом напоре до 0,12...0,2 МПа имеют самовсасывающие центробежные насосы. Характерной особенностью таких насосов является потребность в заливке их корпусов водой перед первым пуском в работу Привод насосов самоходных установок осуществляется от вала отбора мощности базовой машины.

Оборудование для понижения уровня грунтовых вод. Для искусственного понижения уровня грунтовых вод при рытье траншей и котлованов и закрытой прокладке коммуникаций в песчаных и супесчаных водонасыщенных грунтах применяют иглофильтровые установки с погружаемыми в грунт вакуумными или эжекторными иг­лофильтрами. Иглофильтровые установки откачивают воду из кортикальных скважин, закладываемых по контуру осушиваемой выемки или строящегося подземного сооружения и отстоящих друг от друга на расстоянии до 1,5...2 м. Глубина погружения иглофильтров должна быть ниже отметки заложения сооружения на 1...2 м. < ). Водопонижение на большую глубину обеспечивается многоярусным расположением установок ЛИУ или установками с эжекторны­ми иглофильтрами.

Тема № 29

Бульдозеры, их классификация, устройство и виды рабочего оборудования. Влияние конструктивных и технологических факторов на производительность бульдозера.

Назначение и классификация. Основу парка землеройных машин в строительном производстве составляют бульдозеры. На них приходится более 40% всех объемов земляных работ.

Бульдозеры послойно разрабатывают и перемещают немерзлые грунты I, II, III и частично IV групп (по классификации ЕНиР) без предварительного рыхления, IV, V, VI, VII групп и мерзлые грунты — с предварительным рыхлением.

Бульдозеры и бульдозеры с рыхлителями занимают доминирующее положение при строительстве земляных сооружений, устройстве выемок, возведении насыпей, планировке площадок, разработке и засыпке траншей и котлованов, расчистке площадок от растительности и дорог от снега, применяются в качестве толкачей при загрузке скреперов и на рыхлительных работах. Их широкому распространению способствуют высокая производительность, универсальность, маневренность, мобильность, автономность, простота конструкции рабочего оборудования, надежность в эксплуатации.

Агрегатирование бульдозеров с рабочим оборудованием экскаваторов, траншеекопателей, баровых машин, фрезерных, дискофрезерных бурильных машин позволяет расширять их функциональные возможности и область эффективного использования.

Бульдозеры и бульдозеры с рыхлителями принято классифицировать по номинальному тяговому усилию и ходовым системам базовых тракторов, назначению, конструктивным особенностям навесного оборудования.

Основным классификационным параметром, связанным с массой трактора и непосредственно определяющим остальные технико-экономические показатели бульдозеров и бульдозеров с рыхлителями, является номинальное тяговое усилие, по которому различают: бульдозеры очень легкие (малогабаритные) - номинальное тяговое усилие до 25 кН, легкие - 25 ... 135 кН, средние - 135 ... 200 кН, тяжелые - 200 ... 350 кН и сверхтяжелые - свыше 350 кН.

Различают бульдозеры общего, специального и многоцелевого назначения.

По способу установки рабочего органа различают бульдозеры с неповоротным и поворотным отвалами. Бульдозер с неповоротным отвалом имеет неизменяемое положение рабочего органа, перпендикулярное к продольной оси трактора, у бульдозера с поворотным отвалом рабочий орган может быть установлен под углом в обе стороны в оси трактора. Оба типа бульдозеров могут быть оборудованы механизмом перекоса отвала.

По типу отвала подразделяют бульдозеры с прямым, полусферическим, сферическим и специальным (угольным, для сыпучих материалов, с толкающей плитой, с амортизаторами и т. п.) отвалом.

По приводу рабочего оборудования различают бульдозеры с гидравлическим и канатно-блочным управлением. Все современные бульдозеры оснащают гидрофицированным управлением подъема-опускания отвала, а тяжелые бульдозеры — также гидроперекосом отвала.

При лобовом копании грунта отвалом горизонтальная составляющая силы копания равна:

P ₀₁ = W₁+W₂+W₃+W₄ ,

где W₁ – сопротивление грунта резанию;

W₂ – сопротивление перемещению призмы грунта перед отвалом;

W₃ – сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу;

W₄ – сила трения ножа отвала о грунт.

Тогда сила сопротивления резанию будет:

W₁ = K_{p *}B_*C,

где K _p – удельное сопротивление грунта резанию;

B – ширина отвала;

C –глубина резания.

Сопротивление перемещению призмы волочения:

W ₂ = G _пр f ₂ ,

где G _пр – вес призмы волочения;

f ₂ – коэффициент трения грунта о грунт.

Сила сопротивления перемещению грунта вверх по отвалу W ₃ является горизонтальной составляющей F _тр силы трения грунта об отвал, возникающая от нормальной составляющей, действующей на отвал от веса призмы волочения:

W ₃ =  В С f ₁ cos ²  х ,

где f ₁ – коэффициент трения грунта о сталь;

• -- угол резания отвала;

W₄ = G(w₀i),

где w₀ – удельного сопротивления движению.

Производительность бульдозера при разработке и перемещении грунта может быть определена по формуле

, м³/ч

где q_ф - объем призмы волочения, м³/ч: Т_ц - время цикла, с; k_Т -коэффициент, учитывающий конкретные условия работы.

Тема 30.

Скреперы, их классификация и конструктивные схемы. Область применения и технико-эксплуатационные показатели скреперов.

Скрепер - землеройно-транспортная машина, предназначенная для послойной разработки грунтов до IV категории включительно (для III и IV категории после рыхления), перемещения грунта из забоя в отвал и отсыпки в отвал слоями заданной толщины, при этом скреперы частично уплотняют отсыпанный грунт. Дальность рационального перемещения грунта скреперами составляет 0,5 - 1 км для прицепных и 1,5 - 3 км для самоходных скреперов.

Рабочим органом является ковш, снабженный механизмами опускания, подъема и разгрузки, приводимые в действие лебедкой или гидроприводом.

Классифицируются скреперы: по способу загрузки ковша — с пассивной загруз­кой движущим усилием срезаемого слоя грунта, с принудительной загрузкой с помощью скребкового элеватора; по способу разгрузки ковша — с принудительной разгрузкой при выдвижении стенки ковша вперед (основной спо­соб), со свободной (самосвальной) разгрузкой опрокидыванием ков ша вперед по ходу машины; по способу агрегатирования с тяговыми средствами — прицепные к гусеничным тракторам и двухос ным колесным тягачам; самоходные, агрегатируемые с одноосными и двухосными колесными тягачами; по способу управления рабочим — с канатноблочным (механическим), гидравлическим и электрогидравлическим управлением.

Рабочий процесс представляет собой ряд последовательно повторяющихся операций: резание и набор грунта, транспортирование к месту укладки, выгрузка и возвращение к месту набора. Набор грунта в ковш осуществляется во время движения скрепера, при этом сам ковш опущен и заслонка ковша открыта. Наполненный ковш поднимается на ходу в транспортное положение, заслонка закрывается и скрепер перемещается к месту выгрузки. Наибольшее усилие, необходимое для перемещения скрепера во время набора грунта определяется по формуле

,

где - сопротивление грунта резанию, - сопротивление движению призмы волочения; - сопротивление от веса срезаемого слоя; - сопротивление от внутреннего трения грунта о ковш; - сопротивление движению скрепера.

Сопротивление грунта резанию

,

где - удельное сопротивление грунта резанию, = 0,1- 0,12 мПа.

Сопротивление движению призмы волочения

,

где у - отношение высоты призмы волочения к высоте грунта в ковше; при этом большее значение принимают для песчаных грунтов, у= 0,5 - 0,7 ; h - высота слоя грунта в ковше, м (табл.1 ) -удельный вес материала, кг / ; g = 9,81; - коэффициент трения грунта по грунту = 0,3=0,5; i - уклон местности.

Сопротивление от веса срезаемого слоя, движущегося в ковше

,

Сопротивление от внутреннего трения грунта в ковше

,

где x - коэффициент, учитывающий влияние рода грунта.

Сопротивление движению скрепера

,

где G -вес скрепера; - вес грунта в ковше; - удельное сопротивление колес скрепера качению.

При работе скреперов минимальное преодолеваемое сопротивление обычно ограничивается силой сцепления ведущих колес самоходного скрепера, гусеницами ведущих колес тягача с грунтом; поэтому необходимо сделать проверку силы сцепления по уравнениям

;

,

где - сцепной вес скрепера.

Производительность скрепера определяется по следующей зависимости:

, м²/ч

где q - емкость ковша, м³; k_н- коэффициент наполнения ковша, зависящий от физико-механических свойств и состояния грунта, наличия толкачей, а также квалификации оператора, k_н = 0,8-1,2; К_Р - коэффициент разрыхления грунта, = 1,1 - 1,3; - длительность цикла, с.

Длительность цикла равна

,

где L_к, L_т, L_р, соответственно длины заполнения ковша, транспортировки грунта, разгрузки и возврата скрепера (холостой ход);

- соответственно скорости движения скрепера при заполнении, транспортировании груженого скрепера, разгрузки и транспортировки порожнего скрепера; - время стыковки толкача.

Тема № 31

Назначение, классификация и область применения автогрейдеров. Технико-эксплуатационные показатели.

Грейдер - это землеройно-транспортная машина, основным рабочим органом которой служит грейдерный отвал. Грейдеры применяют для планировочных и профилировочных работ при строительстве дорог, для сооружения невысоких насыпей, отрывки дорожного корыта и распределения, в них дорожностроительных материалов, планировки площадей, засыпки траншей и т.д.

Грейдеры делятся па самоходные (автогрейдеры) и прицепные. Наибольшее применение нашли самоходные автогрейдеры.

Современные автогрейдеры конструктивно подобны и выполнены в виде самоходных трехосных машин с полноповоротным грейдерным отвалом. Автогрейдеры используют на грунтах 1...III категорий. Процесс работы автогрейдера состоит из последовательных проходов, при которых осуществляется резание грунта, его перемещение, разравнивание и планировка поверхности земляного сооружения.

Автогрейдеры классифицируют по конструктивной массе, типу трансмиссии, колесной схеме и типу бортовых передач. По конструктивной массе автогрейдеры делятся на легкие (до 12т), средние (до 15т), тяжелые (более 15т). Колесная схема автогрейдеров определяется формулой А х Б х В, где А - число осей с управляемыми колесами; Б - число осей с ведущими колесами; В – общее число осей. Колесная схема автогрейдеров легкого и среднего типов -1x2x3, тяжелого типа -1x3x3.

По типу трансмиссии различают автогрейдеры с механической и гидромеханической трансмиссиями. Гидромеханическая трансмиссия обеспечивает автоматическое и плавное изменение скорости движения автогрейдера, механическая –ступенчато.

.

Рис.26. Автогрейдер среднего типа

Основное рабочее оборудование автогрейдера состоит из тяговой рамы, поворотного круга и отвала со сменными ножами. Полноповоротный в плане отвал обеспечивает работу автогрейдера при прямом и обратном ходах машины. Передняя часть тяговой рамы шарнирно соединена с рамой машины, а задняя часть подвешена на двух гидроцилиндрах, с помощью которых отвал устанавливают в различные положения: транспортное и рабочее. Угол резания отвала в зависимости от категории грунта регулируется гидроцилиндром. Вынос тяговой рамы в обе стороны от продольной оси машины обеспечивается гидроцилиндром. Дополнительное рабочее оборудование автогрейдера включает удлинитель отвала, кирковщик и бульдозерный отвал.

Отдельные автогрейдеры могут оснащаться автоматической системой управления отвалом, предназначенной для автоматической стабилизации отвала в поперечном и продольном направлениях.

Производительность автогрейдера, м³/ч, при профилировании земляного полотна определяется по формуле:

где V – объем призмы грунта, вырезанный за один проход, м³;

V=FL;

К_в – коэффициент использования машины по времени, равный 0,8 – 0,9;

t – время цикла, ч;

F – сечение стружки в призме волочения, м²;

L – длина прохода, м;

Производительность а км отпрофилированной дороги определяется по формуле:

где t – продолжительность профилировки, ч;

n – число проходов, равное 12 – 16;

v_ср – средняя рабочая скорость автогрейдера, равная 3000 – 4000 м/ч.

Тема № 32

Назначение, классификация и область применения одноковшовых экскаваторов. Их производительность.

Одноковшовый экскаватор - землеройная машина циклического действия.

В соответствии с назначением одноковшовые экскаваторы разделяются на следующие группы:

1) экскаваторы-краны для строительных и строительно-карьерных работ малой мощности с емкостью ковша 0,1—1,75 м³; средней мощности с емкостью ковша 2—4 м³; большой мощности с емкостью ковша 4,5—6 м³;

2) экскаваторы карьерные средней и большой мощности с емкостью ковша 2—20 м³, применяемые для разработки крепких пород с погрузкой в транспорт;

3) вскрышные экскаваторы-лопаты большой мощности с емкостью ковша 6—15 м³, предназначенные для разработки крепких пород с погрузкой в отвал;

4) шагающие драглайны средней и большой мощности с емкостью ковша 4-100 м³, которые используют для открытых горных работ и крупных гидротехнических сооружений, с погрузкой в отвал;

5) туннельные и шахтные лопаты и погрузчики c укороченным оборудованием с емкостью ковша 0,5- 1 м³;

6) башенные экскаваторы с емкостью ковша 0,5-10 м³ для разработки выемок и карьеров;

7) плавучие неполноповоротные лопаты с емкостью копти 0,25-20м³ и грейферные экскаваторы на понтонах для дноуглубительных работ и сооружения каналов в тяжелых каменистых грунтах.

К основным параметрам одноковшовых экскаваторов относятся эксплуатационная масса, емкость ковша, мощность силовой установки, продолжительность рабочего цикла, производительность, рабочие размеры при различных видах рабочего оборудования.

Строительные экскаваторы малой мощности наиболее универсальны. В зависимости от вида выполняемых работ они могут иметь следующее оборудование: ковш — прямую лопату (обычно основную) для копания грунта выше уровня стоянки экскаватора; ковш - обратную лопату для копания грунта ниже уровня стоянки экскаватора, ковш драглайна для разработки выемок и сооружения насыпей, грейфер для рытья небольших котлованов и погрузочных работ; крановое оборудование; копер для забивки свай.

Для этих экскаваторов применяют и другие виды оборудования: трамбовки, ломы для разрушения покрытий и мерзлых грунтов, оборудование для бурения и т. д.

Ведущим видом сменного навесного оборудования экскаватора является обратная лопата, по которой проверяют расчет машины и определяют мощность привода.

Размеры элементов рабочего оборудования по длине должны соответствовать заданным предельным рабочим параметрам экскаватора - максимальной глубине копания Н_к и максимальной высоте выгрузки Н_в при опущенной рукояти.

Рабочие органы экскаваторов. Основным рабочим органом одноковшового экскаватора является ковш. В зависимости от назначения и вида оборудования ковши имеют различную конструкцию.

Экскаваторы с оборудованием драглайна применяют в основном для сооружения насыпей и выемок по бестранспортной схеме работы в отвал во всех грунтах, особенно при наличии грунтовых вод, кроме скальных. Машины с ковшом емкостью более 3 м³ применяют в скальных грунтах.

Экскаваторы с оборудованием грейфера используют для разработки глубоких котлованов с отвесными стенками, особенно при наличии грунтовых вод, при работе под водой в любых грунтах, в том числе взорванных, и при перегрузочных работах.

В настоящее время промышленностью в основном выпускаются экскаваторы с гидравлическим приводом, которые могут иметь более 40 видов сменного оборудования. Они обладают следующими достоинствами: высокой маневренностью и мобильностью, низкой металлоемкостью, а также возможностью осуществлять копание поворотом ковша, что позволяет развивать высокие усилия на режущей кромке ковша и проводить работы в стесненных условиях.

Производительность экскаватора зависит от конструктивных качеств машины, уровня организации производства земляных работ, состояния и качества грунта, квалификации оператора и др.

Рабочий процесс экскаватора включает в себя рабочий цикл и передвижение машины на новую стоянку.

Рабочий цикл состоит из пяти основных операций: копания грунта, перемещения грунта к месту разгрузки путем вращения поворотной платформы с рабочим оборудованием, разгрузки грунта, возвращение с порожним ковшом, опускания и установки ковша для следующего цикла копания.

Техническая производительность, м³/ч

,

_где К_н - коэффициент наполнения ковша; К_р - коэффициент разрыхления грунта; t_{ц - продолжительность цикла экскаватора, устанавливаемая при хронометрировании.}

Тема № 33

Классификация многоковшовых экскаваторов, рабочие органы экскаваторов. Производительность.

Роторный экскаватор является экскаватором непрерывного действия, который служит для непрерывной разработки и одновременного транспортирования грунта в отвал или транспортное средство. Применяются в основном для получения траншей и каналов, а также при разработке карьеров строительных материалов (глины, гравия, песка).

Их применяют главным образом на линейных работах большой протяженности со значительными объёмами земляных выемок, когда не требуется частого перебазирования их с одного участка на другой.

Роторный экскаватор является самоходной машиной и состоит из двух основных частей: тягача и рабочего оборудования.

По типу рабочего органа они подразделяются на роторные и цепные. Принципиальная особенность этих машин заключается в непрерывности действия. Эти машины менее универсальны, чем одноковшовые экскаваторы, вследствие чего их широко применяют для выполнения однотипных работ большого объема.

Многоковшовые экскаваторы можно классифицировать также по характеру движения рабочего органа: 1) на экскаваторы продольного копания (цепные и роторные), у которых направление перемещения машины и направление рабочего движения одинаковы; 2) экскаваторы поперечного копания (только цепные), у которых направление перемещения машины перпендикулярно направлению рабочего движения; 3) экскаваторы карьерные роторные, у которых рабочий орган кроме вращения вокруг своей оси поворачивается относительно оси машины.

Цепные траншеекопатели могут разрабатывать траншеи большей глубины, чем роторные, и при равной глубине копания имеют меньшую массу. Поэтому их применяют чаще, несмотря на то, что при одинаковой с роторными траншеекопателями массе имеют меньшую производительность. Малые модели цепных траншеекопателей, как и роторных, часто изготовляют в виде навесного оборудования на тракторах, тягачах и автомобилях.

Рабочее оборудование такого экскаватора состоит из ковшовой рамы, по которой движется бесконечная цепь с укрепленными на ней ковшами. Поднимается и опускается рама при помощи канатного, гидравлического или цепного привода. Ковшовая цепь приводится в движение при одномоторном приводе через редуктор и цепную передачу от двигателя. На современных экскаваторах часто применяется многомоторный привод и гидродинамическая передача с гидротрансформатором.

Роторные траншеекопатели отличаются от цепных более высокими КПД, производительностью и меньшими размерами траншеи, разрабатываемой ими. Поскольку наибольшая глубина траншеи у них не превышает 0,6 диаметра ротора, то уже при глубине траншеи порядка 3,5 м необходим ротор диаметром около 6 м. Ротор таких размеров затрудняет транспортировку, а поэтому роторные траншеекопатели редко применяются для траншей глубже 2,5 м.

Производительность роторного экскаватора равна

,

где - число оборотов ротора в секунду,

- коэффициент наполнения, равный 1;

- коэффициент разрыхления, равный 1,3.

Тема № 34

Машины и оборудование для уплотнения грунтов. Расчет эксплутационных показателей.

Большинство земляных сооружений уплотняется искусственно, так как насыпные грунты не имеют требуемой плотности и равномерности последующей осадки.

Различают следующие способы уплотнения грунтов: укатывание, трамбование, вибрация.

Для уплотнения связных и малосвязных грунтов - суглинков и супесей - может быть рекомендован способ укатки.

Уплотнять несвязные грунты - песчаные, гравелистые и галечные - лучше всего трамбованием и вибрацией.

Машины для уплотнения грунтов классифицируются на следующие группы: катки статического действия (с гладкими вальцами, с кулачковыми вальцами, с пневматическими шинами, с вибровальцами); трамбующие машины - с вальцами, с падающим грузом, с трамбующими плитами, с виброплитами.

По способу передвижения катки разделяют на прицепные, самоходные и полуприцепные. Самоходные катки с гладкими вальцами делят на легкие (массой 2—5 т), средние (6—9 т) и тяжелые (10—15т). Прицепные и полуприцепные катки на пневматических шинах выпускаются массой вместе с балластом от 10 до 100т. Вибрационные самоходные катки имеют массу от 1,4 до 6 т без балласта и до 8тс балластом.

Для уплотнения грунта необходимо на поверхности создать такие удельные давления (напряжения), чтобы после снятия нагрузки грунт остался деформированным. Необходимо, чтобы напряжения, которые развиваются на поверхности контакта рабочих органов машин с уплотняемым грунтом, не превышали предела прочности грунта.

Для эффективного уплотнения величина удельного давления должна быть близка к пределу прочности. Лучше, если оно составляет 0,9-1 предела прочности σ_В.

По мере уплотнения грунта увеличиваются его прочность и плотность. Следовательно, чтобы повысить эффективность уплотнения, необходимо увеличивать удельные давления. Однократное наложение напряжения не обеспечивает необходимого уплотнения, поэтому приходится прилагать нагрузки на грунт несколько раз.

Чтобы повысить эффективность уплотнения, его следует вести группой катков, причем вначале уплотнять легкими катками, а затем тяжелыми. Легкими катками рекомендуется делать 30—40% общего количества проходов. Если грунт имеет плотность 0,9 а_тах, его уплотняют одними тяжелыми катками.

Катками с гладкими вальцами и пневмоколесными катками можно уплотнять грунты слоями около 0,15 м. Количество проходов для связных грунтов колеблется от 8 до 12.

Кулачковыми катками можно уплотнять грунт слоями 0,2-0,25 м.

Остаточные деформации в грунте при одних и тех же удельных давлениях зависят от скорости перемещения катков. Первые и последние проходы следует выполнять на скоростях, меньших, чем промежуточные проходы.

При уплотнении трамбованием в грунте напряжения возникают в результате действия веса рабочего органа, которым может являться свободно падающий груз или плита (трамбовка).

Величина напряжения:

где J = Qv/g — полный импульс, кгс-с (Н-с); Q — вес рабочего органа, кг; v — скорость в момент соударения рабочего органа с грунтом, м/с; F — площадь трамбующего рабочего органа, м.

Производительность катков

где L - длина укатываемого участка; В - ширина укатываемой полосы; А - величина перекрытия смежных проходов, А = 0,2 м; Н_о - глубина уплотнения, м; k_в - коэффициент использования рабочего времени, k_в = 0,85;  - скорость движения катка, м/ч; t = 0,02 ч - время разворота тягача с катком на конце участка; m - необходимое число проходов по одному месту.

Тема № 35

Машины для разработки плотных и мерзлых грунтов. Их рабочие органы.

Мерзлые грунты разрабатывают как специальными, так и обычными землеройными машинами, для чего грунт предварительно разрушают. Для разработки мерзлых грунтов можно использовать и землеройные машины, рабочие органы которых будут соответственно приспособлены. Однако производительность таких машин значительно ниже, чем при разработке талых грунтов.

Лучшие результаты по производительности труда, стоимости и металлоемкости дает рыхление мерзлых грунтов рыхлителями на тракторах мощностью 300—750 кВт, с отвозкой разрыхленного грунта самоходными скреперами емкостью 30 м⁸ и выше. Существуют различные механические способы разрушения мерзлых грунтов.

Разрушение грунта при помощи клиньев или шаров большого веса (500 кгс и более), которые подвешиваются на подъемных канатах экскаваторов или гусеничных кранов и сбрасываются с высоты 5-8 м. Шары рекомендуется применять при разработке песчаных и супесчаных грунтов, клинья - при разработке глинистых грунтов. Эти способы применяют только при отсутствии современного оборудования, так как они малопроизводительны.

В зависимости от веса сбрасываемого шара или клина производительность составляет 25-30 м³/смен. При этом способе разрушения увеличивается износ экскаваторов и особенно износ канатов лебедок из-за больших динамических нагрузок.

Откол крупных глыб с помощью рабочего оборудования, навешенного на трактор или экскаватор. Оборудование представляет собой клин, внедряемый в грунт под действием собственного веса. Одна из таких установок показана на рис., где клин поднимается на 4 м при помощи лебедки, приводимой в движение от коробки отбора мощности трактора. Вес груза составляет 1,5 т. Несмотря на малое количество ударов (8—10 ударов в минуту), производительность этой установки значительно выше, чем при сбрасывании клиньев или шаров без направляющих.

Резание грунта с помощью дисковых пил, цепных баров и приспособленных для разработки мерзлых грунтов роторных экскаваторов.

Навесное оборудование в виде дисковых пил применяют для нарезки щелей шириной 30-35 мм на всю глубину промерзания или на 0,7 этой глубины. Щели нарезаются так, чтобы расстояние между ними составляло 0,8-1,0 м. Это дает возможность разрабатывать грунт между щелями (отрывать глыбы) экскаватором. Расстояние между щелями выбирают в зависимости от типа, которым будет разрабатываться грунт и от ширины зева его ковша. Недостатком применения дисковых пил является то, что они могут углубляться в грунт не больше чем на 0,4 диаметра.

Навесное оборудование в виде режущих цепей (цепных баров) получило наиболее широкое распространение.

В качестве рабочего органа служит цепь, на которой закреплены резцы. Цепи приводятся в движение от вала отбора мощности при помощи редуктора, устанавливаемого на тракторе. Преимущество таких установок по сравнению с дисковыми пилами в том, что цепями можно нарезать щели большой глубины (до 2 м и более). Скорость резания равна 2-2,5 м/с. Рабочая скорость движения машины 30-70 м/ч. Чтобы трактор двигался с этой скоростью, устанавливают ходоуменьшитель.

Недостаток этих установок - значительные потери на трение в цепях, достигающие 60% общей потребляемой мощности, быстрый износ цепей и необходимость извлечения глыб другой машиной.

Для разработки мерзлых грунтов на глубину до 0,5-0,6 м применяют землеройно-фрезерные машины. Она состоит из тягача и навесного оборудования. Фреза приводится во вращение от коробки отбора мощности. Вращение передается через карданный вал и редуктор. Подъем и опускание фрезы, а также создание напорного усилия осуществляются гидроцилиндром.

Из обычных землеройных машин для разработки мерзлого грунта применяют:

1. Многоковшовый траншейный экскаватор продольного копания. Клыки ковшей экскаватора устанавливаются так, что часть грунта разрушается в условиях полублокированного резания; это снижает энергоемкость процесса. Значительно усилена конструкция приводных цепей и рамы, на которой установлены цепи.

2. Роторный траншейный экскаватор. Так как ротор имеет жесткую конструкцию, то роторные экскаваторы позволяют разрабатывать мерзлый грунт. Для эффективной работы мощность траншейного экскаватора должна быть не меньше 300 кВт и поэтому создаются роторные экскаваторы мощностью 500 кВт и более, которые более эффективны, чем цепные.

Производительность обычных экскаваторов при разработке мерзлых грунтов составляет 0,1-0,2 их нормальной производительности, и поэтому их рекомендуется применять только на небольших объектах.

Тема № 36

Машины и оборудование для механизации свайных работ. Общая классификация, основные узлы и механизмы.

Для устройства искусственных оснований и при возведении временных перемычек в грунт погружают сваи или металлический шпунт.

Сваи (шпунт) погружаются следующими способами: забивкой, вибрацией, вдавливанием, ввинчиванием, забивкой с подмывом грунта водой. Наиболее распространенными являются забивка и вибрационное погружение.

При забивке преодолевается сопротивление погружению в грунт, а также сопротивление трению сваи о грунт. Для внедрения сваи необходимо, чтобы работа каждого удара была не меньше определенной величины, иначе при ударах будут происходить только упругие деформации и сваи не внедрятся в грунт. Величина необходимой работы каждого удара, при котором будет происходить забивка сваи, зависит от ее сечения и свойств. Чем больше сечение сваи, тем значительнее величина этой работы. Для забивки свай сечением 0,25 х 0,25 м даже в слабые грунты требуется, чтобы работа единичного удара была не меньше 10 тс-м.

Производительность при забивке сваи, т. е. скорость ее внедрения тем выше, чем больше разность между минимальной величиной работы, которая необходима для внедрения, и той величиной работы, которую может обеспечить молот в соответствии с его весом и высотой падения Н, а также чем больше число ударов, которое сообщается свае в единицу времени.

Минимальная величина работы единичного удара возрастает с увеличением глубины внедрения, так как повышается сила трения. Комплект оборудования для забивки свай называется сваебойной установкой. Она состоит из подъемного и силового оборудования, свайного молота и копра, на котором монтируется это оборудование.

Свайные молоты бывают дизельные и электрические (вибропогружатели и вибромолоты), а также механические и паровоздушные, которые применяют редко.

Для забивки свай наиболее широко применяют штанговые и трубчатые дизель-молоты. Работа штангового дизель-молота основана на работе дизельного двигателя.

Дизель-молот подвешен на канате копровой установки, который во время работы висит свободно. Падающий цилиндр движется по двум направляющим штангам. Для запуска дизель-молота цилиндр поднимается при помощи троса и лебедки и подвешивается на крюке, закрепленном на верхней траверсе.

Дизель-молоты выполняют с различным весом ударной части: 600, 1200 и 1800 кг (18 000 Н). Максимальная высота подбрасывания груза равна 2 м. Обычно она бывает меньше и зависит от сопротивления сваи внедрению. При малых сопротивлениях получается недостаточное сжатие в цилиндре, а следовательно, и недостаточная мощность для подбрасывания цилиндра.

Значительная часть энергии падающего груза в дизель-молотах расходуется на сжатие воздуха в цилиндре и на механические потери. Поэтому полезная работа

А_п = GН_η - А_сж

где G - вес падающего груза, т; H - высота падения, м; η - КПД; A_сж - работа, затрачиваемая на сжатие, т·м.

Работа, идущая на сжатие в цилиндре, обычно составляет около 35-40% от общей энергии падающего груза.

Рис.27. Схемы вибропогружателей:

1 - наголовник; 2 - вибратор; 3 - электродвигатель вибратора; 4 - плита; 5 - пружины; 6 - боек; 7 - наковальня

У трубчатых дизель-молотов принцип работы тот же, но здесь цилиндр неподвижен.

У трубчатых дизель-молотов суммарная энергия ударов в единицу времени по сравнению со штанговыми значительно больше. Это объясняется лучшим тепловым балансом. Поэтому штанговые молоты следует заменять трубчатыми. Они изготовляются с весом ударной части 600, 1200, 1800, 3000 и 5000 кгс и могут забивать сваи весом до 13 т (130 кН

Свайные вибропогружатели. Обычный вибропогружатель состоит из вибровозбудителя направленного действия, который закрепляется непосредственно на наголовнике. Для повышения эффекта погружения применяют вибропогружатели с дополнительными пригрузочными плитами.

Копры служат для установки и поддержания свай в процессе их забивки, для подвески молотов, для установки лебедок.

Различают универсальные копры, применяемые для различных видов работ; краны-копры, в которых использованы грузоподъемные стреловые краны, приспособленные для навешивания молотов и другого оборудования для забивки свай, а также копры, предназначенные для погружения свай на местности, покрытой водой, и для других специальных работ.

Тема № 37

Машины и оборудование для механизации буровых работ. Способы бурения.

Буровые работы в строительстве осуществляются при помощи буровых машин (станков) и ручных машин. Буровыми машинами производят бурение котлованов диаметром до 3 м для установки мачт линий электропередачи и набивных свай, котлованов диаметром до 0,75 м для опускания свай в мерзлый грунт, шпуров в мерзлом грунте и горных породах для взрывных работ, а также при геологоразведочных работах.

Вращательное бурение, когда рабочий орган только вращается. Вращательное бурение можно вести двумя способами: разрушать всю породу в пробуриваемом отверстии или высверливать кольцевую щель, внутри которой остается столбик породы (керн)

Рис.28.Схемы способов бурения

Второй способ менее энергоемок, поскольку не тратится энергия на разрушение остающейся внутри инструмента породы. При вращательном бурении требуется большое усилие подачи для внедрения инструмента. Это усилие в значительной степени определяет глубину внедрения инструмента за один оборот, а следовательно, и производительность.

С увеличением прочности горной породы значительно возрастает усилие, необходимое для внедрения инструмента, что является одной из основных причин, ограничивающих возможность применения способа вращательного бурения горных пород.

Ударное бурение. При этом способе инструмент внедряется в горную породу в результате сбрасывания его с определенной высоты или в результате ударов по его хвостовой части. После каждого сбрасывания или удара инструмент приподнимают, поворачивают на некоторый угол и таким образом обрабатывают всю торцевую поверхность забоя. Рабочий инструмент находится в контакте с породой только часть времени. Во время опускания инструмента до контакта с породой разрушения ее не происходит. Время на подъем инструмента, его поворот и опускание составляет более 40% от общего времени работы, поэтому производительность ударного бурения относительно невысока.

Преимуществом ударного бурения является то, что создаются большие силы удара, а следовательно, и большие удельные нагрузки на лезвие коронки. Хрупкие породы разрушаются легче под действием удара, чем под действием статических нагрузок, поэтому ударное бурение рекомендуется применять для бурения пород выше средней прочности.

Ударно-поворотное бурение. При этом способе одновременно с внедрением лезвия под действием удара оно поворачивается на некоторый угол, обычно на 10—15°, благодаря чему увеличивается разрушаемая поверхность забоя. После удара и поворота инструмента на некоторый угол он приподнимается и цикл повторяется. Хотя при этом способе бурения инструмент находится в контакте с породой только часть времени, однако производительность его на 50—60% выше, чем при ударном бурении.

Ударно-вращательное бурение осуществляется посредством непрерывного вращения инструмента и периодических ударов по нему. При этом способе используются одновременно положительные особенности ударного бурения, т. е. возможность создания большого осевого ударного усилия на режущем лезвии, и вращательного бурения, т. е. непрерывное отделение породы от массива. Производительность при этом способе в 2—3 раза выше, чем при ударном бурении, и в 1,4—1,8 раз выше, чем при вращательном.

Термическое бурение заключается в том, что порода разрушается под действием высокой температуры и давления газовой струи. К породе подводят газы при температуре 2500—3000°С со скоростью до 2000 м/с. Этот способ можно применять для бурения пород, которые растрескиваются, а не плавятся.

Для бурения ям под столбовые фундаменты, опоры линий электропередачи в талом и мерзлом грунтах используют мощные бурильные установки на тракторах или автомобилях. Бур приводится во вращение двигателем автомобиля через коробку отбора мощности и карданные валы. Внедряется бур в грунт при помощи гидроцилиндра и канатной передачи. Благодаря этому при сравнительно малом ходе цилиндра (800—1000 мм) рабочий орган внедряется на глубину до 4 м. Такой установкой можно бурить как вертикальные скважины, так и под углом. Для этого раму устанавливают в нужное положение при помощи гидродомкрата.

При транспортировании установка укладывается на машину с помощью таких же домкратов. Осевое усилие, которое можно развивать на этой установке, ограничивается весом автомобиля и трактора

Тема № 38

Машины и оборудование для бестраншейной разработки грунтов.

ЭТИ машины применяют при прокладке трубопроводов, проходящих под магистралями автомобильных и железных дорог. Способы проходки могут быть следующими:

1. Отверстие образуется без удаления грунта, т. е. происходит уплотнение всего грунта вокруг отверстия (прокол, или прокалывание грунта). На конец трубы надевается наконечник, и трубе вместе с наконечником сообщается движение при помощи гидравлических домкратов, электрических лебедок, тракторов или вибрационных устройств (рис. а). Труба может быть и без наконечника, т. е. открытая. В этом случае часть трубы на длину 1,5—2 м забивается грунтом, впереди трубы образуется ядро уплотнения, которое и служит как бы наконечником при дальнейшем движении трубы.

2. При продавливании часть грунта попадает в трубу, а остальная часть грунта уплотняется. В этом случае конец трубы открыт или на него надевается наконечник с отверстием (рис., в). В процессе продвижения трубы грунт удаляется из нее с помощью специальных желонок и других устройств.

3. Перед проталкиванием трубы грунт разрабатывается методом гидромеханизации или горизонтальным бурением (рис. б). В последнем случае труба может следовать непосредственно за буром, если проходка осуществляется в слабых грунтах. При проходке в прочных грунтах можно пробурить все отверстия, а затем протащить трубу (рис., г). Бурение осуществляется при помощи буровых головок, а протаскиванне труб — теми же механизмами, что и в предыдущих способах.

Тот или иной способ рекомендуется в зависимости от того, в каких грунтах осуществляют проходку отверстий.

При прокалывании преодолевается усилие, необходимое для вдавливания наконечника в грунт, кгс (Н),

Рн=рР,

где р — удельное усилие, необходимое для вдавливания наконечника в грунт, кгс см2 (Па); Р — наибольшая площадь сечений наконечника,

Рис.28. Способы бестраншейной разработки грунта

При продавливании нужно преодолеть сопротивление внедрению сечения трубы

Для уменьшения сил трения по наружной поверхности трубы при прокалывании и продавливании наконечник делают больше диаметра трубы, а при прокалывании открытой трубой на конец трубы наваривают кольцо с толщиной стенок до 10 мм.

Сопротивление прочных грунтов прокалыванию или продавливанию очень велико. Здесь требуются механизмы, развивающие большие осевые усилия; однако при этом прочность труб может оказаться недостаточной и они могут изогнуться, поэтому для таких грунтов следует применять метод бурения.

В слабых грунтах можно осуществлять проходку методом прокола или продавливания.

Вибропроколом прокладывают трубы диаметром до 426 мм на длину до 25...50 м. Скорость проходки зависит от грунтовых усло­вий и диаметра прокладываемой трубы и составляет в среднем 20...60 м/ч.

Пневматические пробойники широко используют для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций под дейст­вующими автомобильными и железными дорогами, трамвайными путями, улицами и площадями, зданиями и сооружениямиВсе большее распространение получают грунтопроходные машины без­ударного действия с самозавинчивающимся рабочим органом для раскатки в грунте горизонтальных, вертикальных и наклонных скважин, которые называют также раскатчиками грунта Средняя ско­рость проходки скважины в различных грунтах 10...20 м/ч Машины для раскатки скважин экологически безопасны, бес­шумны в работе, не передают динамические нагрузки на строитель­ные конструкции и действующие коммуникации, не оказывают вредного воздействия на обслуживающий персонал.

Р и с.29. Схема установки с раскатчиком грунта для проходки горизонтальных скважин

Термическое бурение заключается в том, что порода разрушается под действием высокой температуры и давления газовой струи. К породе подводят газы при температуре 2500—3000°С со скоростью до 2000 м/с. Этот способ можно применять для бурения пород, которые растрескиваются, а не плавятся.

Тема № 39

Оборудование для гидромеханизации

Гидромеханизация - способ проведения земляных работ с использованием кинетической энергии потока воды для разработки, транспортировки и укладки грунта. Применение гидромеханизации целесообразно при больших объемах земляных работ и наличии достаточных ресурсов воды и электроэнергии.

Имеются два способа разработки грунтов: гидромониторный, при котором грунт размывается водной струей, и землесосный, когда грунт всасывается из-под воды землесосным снарядом.

Для повышения эффективности гидромеханизации грунт предварительно рыхлят: при гидромониторном способе плотные грунты разрабатывают механическим или взрывным способом. Затем разрыхленный грунт размывают струей гидромонитора для дальнейшего транспортирования и укладки. Плавучий землесосный снаряд (земснаряд) разрабатывает плотные грунты с помощью фрезерного, гидравлического или роторно-ковшового груптозаборного устройства.

Механическую смесь воды с грунтом, получаемую в результате воздействия струи или потока воды па грунт, принято называть пульпой.

Основные преимущества гидромеханизации перед другими способами земляных работ: сравнительно небольшая масса и простота оборудования, высокая производительность, высокое качество укладки грунта. К недостаткам относятся: необходимость значительного количества воды, наличие электроэнергии, сезонность.

По конструкции и принципу работы оборудование для гидромеханизации делят па землесосные снаряды, гидромониторы и гидроэлеваторы.

Землесосные снаряды. Землесосные снаряды (земснаряды) применяют для подводной разработки грунтов: при углублении и очистке каналов, отстойников, рек, для добычи строительных материалов из-под воды (песок, гравий), для намыва плотин, дамб, площадей.

Земснаряд представляет собой плавучую машину непрерывного действия, все агрегаты и механизмы которой смонтированы па корпусе-понтоне. В передней его части шарнирно укреплена рама несущая на конце фрезу и грунтозаборник. Фреза приводится во вращение от электродвигателя системой механических передач. Грунтозаборник соединен со всасывающим пульпопроводом, по которому пульпа подается к землесосу. От землесоса через напорный пульпопровод пульпа попадает в магистральный пульпопровод.

Техническая производительность земснаряда

U=QK, где Q - подача грунтового насоса по объему пульпы, м3/ч;

К - средний коэффициент консистенции грунта в пульпе (К = 0,1...0,25). Нижний предел соответствует разработке гравийно-галечных, а верхний — песчаных грунтов.

Гидромонитор и верхнее подвижное колено соединены плоским фланцевым . Гидромонитором называют механизм, предназначенный для создания компактной напорной струи воды и направления ее в нужную часть забоя для разрушения и смыва грунтов или горных пород. Его применяют для разработки выемок (каналы, котлованы и др.) с транспортированием грунта самотеком или под напором землесосной установки или гидроэлеватором.

Гидромониторы изготавливают стандартного типа (давление 0,5...1,2 МПа) для разработки грунтов средней трудности и специального назначения - разрушения плотных связных грунтов (давление 1,5...2,5 МПа). Гидромониторы бывают дальнего и ближнего боя.

Наибольшее применение получили гидромониторы стандартного типа, которые выпускаются стационарными и передвижными на гусеничном и колесном ходу, па салазках и понтонах. Нижнее неподвижное колено шарниром , который позволяет вращать ствол с насадкой в горизонтальной плоскости на 360°, а ствол и верхнее колено соединены шарниром , допускающим поворот ствола в вертикальной плоскости на 50,..70°.

Гидромонитор имеет несколько сменных насадок для изменения диаметра струи и расхода воды. В зависимости от системы управления поворот ствола гидромонитора может осуществляться вручную либо с помощью электрогидравлического управления.

Гидромонитор устанавливают в забое для разрушения грунта струей воды "снизу вверх" (встречный забой) или "сверху вниз" (попутный забой). Рабочий направляет струю в необходимое место и постепенно вырабатывает забой. Для более эффективной работы вначале забой размывают в нижней части (подрезают), тогда верхняя часть обрушивается и обрушенный и разрыхленный грунт смывается водой.

Наименьшее расстояние установки гидромонитора от стенки забоя (по условиям техники безопасности) определяют по зависимости

l=Kli,

где h - высота забоя, м; К — коэффициент обрушения (1,2 — для лёсса и лёссовидных пород; 0,6...0,8 — для песков; 0,4...0,6 -для суглинков; 1 -для глин).

Гидроэлеватор. Гидроэлеваторы применяют для подъема и горизонтального перемещения пульпы; если противодавление не превышает 10 м, условия работ стесненные, возможно попадание воздуха в трубопровод. Работают гидроэлеваторы по принципу водоструйных насосов (эжекторов).

Тема № 40

Машины для дробления каменных материалов, их классификация, область применения и конструктивные особенности.

Источником получения нерудных строительных материалов служат каменные, гравийные, песчаные и гравийно-песчаные месторождения. Для применения в строительстве щебня, гравия и песка их требуется предварительно обработать - подвергнуть дроблению, сортировке и промыть.

Для анализа качества исходного материала и продуктов дробления кроме размеров отдельных частиц необходимо знать характеристику смеси. Показателем, характеризующим данную смесь, является средневзвешенный размер. Для получения этого размера смесь рассеивают на фракции, характеризуемые величиной наибольших и наименьших размеров.

Рис.30. Схемы грохочения и расположения сит на грохоте:

а - от мелкого к крупному; 6 - от крупного к мелкому; в - комбинированное

ГОСТы подразделяют щебень и гравий на три основные фракции: мелкий (5-10 и 10-20 мм), средний (20-40 мм) и крупный (40-70 мм). Некоторые стандарты допускают выпуск широких фракций щебня, т. е. смеси двух или более смежных фракций (например, 5-20 или 5-40 мм).

Дробить материалы можно приложением статических и динамических нагрузок.

Различают следующие способы дробления и измельчения: раздавливание, разрушение ударом, истирание, раскалывание. Во многих случаях дробление происходит при одновременном действии раздавливания и истирания.

Рис.31. Схемы способов дробления и измельчения

Дробление разделяют на крупное, среднее, мелкое и тонкое (помол).

В зависимости от требуемой степени измельчения материалов машины подразделяют на дробилки и мельницы. Некоторые машины в зависимости от режимов и условий могут работать как дробилки или как мельницы.

Дробилки. Основными показателями работы дробилок являются максимальная крупность продукта дробления в мм, степень измельчения, удельный расход энергии в кВт-ч/м³ или кВт-ч/т и производительность в м³/ч или т/ч.

Продукт дробления любой машины содержит зерна определенного размера (крупность их зависит в основном от ширины выходной щели и вида горной породы), а также переизмельченный материал крупностью 0-10 мм или 0-5 мм, который как отход на большинстве предприятий не используют.

Рис. 32. Схемы дробилок и мельниц:

а — щековая; б — конусная; в — валковая; г — роторная; д — молотковая; е — шаровал мельница; ж, з — валковые; и — вибромельннца

Его процентное содержание и максимальный размер зависят от конфигурации рабочих органов и ширины разгрузочной щели дробилки. Наиболее крупные куски сверхмерного материала обычно имеют лещадную форму.

Тип дробильного оборудования выбирают с учетом крупности исходного материала, его прочности и абразивности, а также требований к зерновому составу продукта дробления и производительности.

Конструкция различных дробилок позволяет получить определенную, присущую данной конструкции степень дробления: для щековых t = 2  8, для валковых - 1,5  10; для конусных при крупном дроблении с крутым конусом - 3  8 (они обычно работают при i = 3  4), для среднего и мелкого дробления с пологим конусом i = 2,5  6,0, для молотковых дробилок i = 5  30. На мельницах получают степень измельчения i = 10  20.

Если требуется высокая степень дробления, а куски исходного материала имеют большие поперечные размеры, приходится дробить этот материал в 2—3 стадии.

Рис.33. Одностадийная схема дробления в открытом цикле:

Рис.34. Схема стадийного дробления в замкнутом цикле:

Щековые дробилки среди различных типов дробильного оборудования имеют наибольшее применение. В зависимости от типоразмера эти машины используют для крупного, среднего и мелкого дробления материала. Распространению щековых дробилок способствует простота конструкции, обслуживания и ремонта.

Современные щековые дробилки по характеру движения подвижной щеки подразделяют на дробилки с простым и сложным движением щек.

Рис.35. Схема для определения производительности щековой дробилки

Преимущество дробилок с простым движением щеки — возможность переработки высокопрочного и абразивного материала и меньший износ дробящих плит.

Основными параметрами являются: размер приемного отверстия В; размер выходной щели b; длина зева L; ход сжатия в нижней точке S_H, от которых зависит ее производительность.

Конусные дробилки применяют для дробления очень прочных абразивных материалов. Принцип работы дробилок заключается в том, что дробление происходит раздавливанием материала между двумя конусами, из которых один неподвижен, а другой совершает круговые качания (гирации) внутри первого.

Тема № 41

Машины и оборудование для производства бетонных и железобетонных работ. Способы транспортировки бетонной смеси.

Бетонные и железобетонные конструкции разделяют на сборные, монолитные и сборно-монолитные. Независимо от вида конструкций необходимо изготовить бетонную смесь, опалубку и арматуру, осуществить укладку арматуры, подачу, укладку и уплотнение бетонной смеси.

Смесительные машины. Бетонные смеси и растворы в настоящее время изготовляют в основном на заводах большой производительности, откуда транспортными средствами их доставляют на отдельные объекты. Однако в отдельных случаях их приходится изготовлять на небольших установках построечного типа.

Бетонные заводы могут быть временными, передвижными и стационарными.

В строительстве применяют способ предварительного приготовления сухих смесей. Вода добавляется в них в автобетоносмесителе при транспортировании или непосредственно на объекте. Сухие смеси готовят на заводах сухой смеси или на тех же заводах, где готовят обычные бетонные смеси.

Технологический процесс приготовления бетонных смесей состоит: из подачи сухих компонентов смеси из штабелей или транспортных средств в надбункерное отделение и в бункера, затем к дозаторам; дозирования этих компонентов, одновременно воды; подачи их и бетоносмесители; перемешивания и выгрузки готовой смеси. В соответствии с этим основным оборудованием бетонных установок или заходов являются: бетоносмесители, дозирующие устройства, расходные бункера, транспортирующие устройства.

В зависимости от расположения оборудования различают два типа бетонных заводов: 1) с компоновкой по партерной схеме, когда компоненты приходится поднимать два или три раза, в зависимости от этого схема называется двухступенчатой или трехступенчатой; 2) с компоновкой по вертикальной схеме, когда все компоненты для приготовления бетонной смеси поднимаются в бункера, находящиеся наверху, а дальнейшее перемещение компонентов происходит под действием собственной массы, т.е. гравитационно.

Бетоносмесители. Перемешивание бетонных смесей осуществляется в бетоносмесителях. Они разделяются: 1) по характеру работы - на смесители циклического (периодического) действия, в которых загрузка материалов, перемешивание смеси и ее выгрузка производятся порциями, и непрерывного действия, в которых загрузка, перемешивание и выгрузка смеси осуществляются непрерывно. Бетоносмесители непрерывного действия компактнее, их металлоемкость меньше, они больше приспособлены к работе в автоматизированных технологических линиях; 2) по способу перемешивания — на смесители с перемешиванием при свободном падении материалов (гравитационные) и с принудительным перемешиванием.

Рис. 36. Принципиальные схемы способов перемешивания:

а — гравитационные бетоносмесители; б — корытообразные бетоносмесители принудительного действия; в — противоточные бетоносмесители; г — роторные

бетоносмесители

Строительные растворы для кладочных и штукатурных работ приготовляют на передвижных или стационарных растворосмесительных установках. Стационарные установки называются растворными узлами.

Различают установки циклического и непрерывного действия.

Производительность смесительных машин циклического действия зависит от емкости барабана по загрузке, которая определяется суммой объемов сухих материалов, загружаемых в барабан для одного замеса, с учетом коэффициента выхода готовой смеси.

Часовая производительность

, где n = 3600/Т,

где Т - время, затрачиваемое на загрузку, перемешивание и выгрузку, с, n - число замесов; Q_б — емкость смесительного барабана по загрузке, л.

Производительность смесительных машин непрерывного действия с принудительным перемешиванием зависит от площади сечения потока смеси в корпусе бетоносмесителя F и скорости v движения смеси и направлении продольной оси корпуса бетоносмесителя.

Тема № 42

Машины для транспортирования бетонных смесей и растворов.

Для доставки бетонных смесей и растворов к месту укладки применяют бетоновозы, автобетоносмесители, конвейеры, бетононасосы и растворонасосы. Выбор транспортного средства зависит от вида сооружения, расстояния от смесительной установки, объемов и сроков выполнения работ.

Автобетоносмесители служат для приготовления бетона в процессе транспортирования. В смеситель обычно загружают сухие составляющие, которые при движении машины перемешиваются. Перемешивание составляющих и подача воды начинаются за 10-15 мин до выгрузки смеси.

Бетононасосы подают бетон на расстояние до 350 м по горизонтали и на высоту до 40 м. Можно подавать бетон и на большие расстояния, но для этого нужно устанавливать несколько бетононасосов, работающих последовательно.

Бетононасосы рекомендуется применять при выполнении сосредоточенных объемов бетонных работ. Применяются поршневые и пневматические бетононасосы. Главным параметром этих насосов является производительность.

Растворонасосы бывают плунжерные и диафрагменные.

Тема № 43

Машины и оборудование для отделочных и кровельных работ.

Для приготовления раствора служат растворосмесители; кроме того, раствор приготовляют непосредственно в сопле — устройстве для нанесения его на поверхность; 2) подача раствора к месту его нанесения с помощью растворонасосов; 3) нанесение раствора на стены и потолки с помощью различных сопловых устройств; 4) затирка поверхностного слоя, которая производится с помощью затирочных ручных машин.