1.Машиной называют устройство, выпол­няющее механические движения для пре­образования энергии, материалов и ин­формации с целью замены или облегче­ния физического и умственного труда. Машины состоят из большого числа меха­низмов. Иногда механизмы используются как самостоятельные орудия труда. Ме­ханизмами называют систему тел, предназначенную для преобразования движения одного или нескольких твердых тел в требуемые движения других тел.

Основным назначением строительных машин является создание строительной продукции определенного качества, кото­рое регламентируется определенными нормами или техническими условиями. Отношение объема строительной продук­ции ко времени ее создания характери­зует один из важных показателей ма­шин — производительность. Поэтому по­вышение производительности машины, качества выполняемых ею работ и сни­жение стоимости единицы выпускаемой ею продукции являются одними из основ­ных требований, предъявляемых к строи­тельным машинам. Снижению стоимости единицы продук­ции в значительной мере способствует уменьшение затрат на ремонт и техни­ческое обслуживание машин, хранение и транспортирование. Важным требованием является также ее транспортабельность. Для повы­шения качества выполняемых машиной работ требуется внедрение передовой тех­нологии их изготовления, чему способст­вует более широкое производство машин из агрегатов и унифицированных сбо­рочных единиц и деталей. Кроме указан­ных важным требованием к строительным машинам является их социальная при­способленность.

Социальной приспособленностью назы­вают возможности обеспечивать безопас­ные и благоприятные условия труда рабо­тающего. Различают активную, пассив­ную и послеаварийную безопасность.

Под активной безопасностью понимают комплекс эксплуатационных свойств, спо­собствующих предотвращению аварийных ситуаций. К этим свойствам относят ди­намические и тормозные качества, устой­чивость против заноса и опрокидывания, обзорность, обеспеченность сигнализа­цией и приборами, предупреждающими о критических ситуациях, надежность и долговечность элементов, разрушение ко­торых может привести к аварии, обеспеченность звуковой и световой сигнализа­цией при взаимодействии с другими участниками строительных процессов, а также автоматическими устройствами безопасности и блокировки. Обзорность — одно из важнейших свойств активной безопасности. Поэтому машина должна обеспечивать операторам хорошую видимость рабочих органов и окружающих их участков рабочей среды. Для мобильных машин, взаимодействую­щих с другими машинами комплекса в пределах строительной площадки, обзор должен быть круговым. Безопасности работы машины способст­вуют приборы звуковой и световой сиг­нализации о нарушениях в тормозной системе, указатели грузового момента у кранов, креномеры, установка муфт пре­дельного момента, устройств блокировки и др.

Пассивная безопасность при возник­новении аварийной ситуации должна исключать или хотя бы снижать травма­тизм экипажа. Это достигается в основ­ном за счет повышения прочности и жест­кости конструкции кабины, применения безосколочных стекол, установки на окнах защитных решеток, применения ремней безопасности и т. п.

2. Строитель­ные машины можно разделить на следую­щие основные классы: транспортные, тран­спортирующие и погрузо-разгрузочные; грузоподъемные; машины и оборудование для земляных работ; оборудование для свайных работ; для дробления, сортировки и мойки каменных материалов; машины и оборудование для приготовления, транс­портирования бетонов и растворов и уп­лотнения бетонной смеси; для отделочных работ; ручной механизированный инструмент, предназначенный для выполнения различных видов работ в строительстве. Классы машин делятся на отдельные группы, типы, типоразмеры в соответст­вии с технологическим назначением, ха­рактером рабочего процесса, общим кон­структивным решением и техническими параметрами. Многие группы машин делятся на типы, например экскаваторы — одноковшовые канатные и гидравлические. В свою оче­редь большинство типов машин по глав­ным параметрам подразделяются на ти­поразмеры. Главным параметром может служить, например, вместимость ковша (экскаваторы), максимальная грузоподъ­емность (краны) или масса машины, мощность силовой установки и т. п. На­пример, одноковшовые строительные экска­ваторы имеют шесть типоразмеров с ков­шами вместимостью q = 0,25; 0,4; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5 м³.

Кроме деления машин по указанным признакам и параметрам в зависимости от режима рабочего процесса строительные машины подразделяются на два больших класса: циклического действия и непре­рывного действия. Например, в экскава­торе одноковшовом циклического дейст­вия непосредственно процесс копания грунта занимает не более 25...30 % от времени рабочего цикла, в остальное время производятся операции поворота платформы и выгрузки грунта. В то же время экскаватор непрерывного действия непрерывно разрабатывает грунт и одно­временно транспортирует его. Достоинст­вами машин циклического действия являются их универсальность и приспособ­ленность к работе в различных условиях. Достоинства машин непрерывного дейст­вия — их большая производительность и лучшие технико-экономические показа­тели при специальных условиях работ.

Около 90 % машин в строительстве имеют собственное ходовое оборудование. По типу ходового оборудова­ния они подразделяются на гусеничные, пневмоколесные, рельсоколесные и шагающие. Строительные машины делят также на универсальные, способные быстро менять рабочее оборудование и выполнять различного рода работы, и специальные, предназначенные для выполнения одного специального вида ра­бот. Последние в определенных условиях работы обеспечивают более высокие тех­нико-экономические показатели.

По роду используемой энергии силовой установкой строитель­ные машины делятся на электрические и работающие от двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Первые обладают большей готовностью к работе по сравнению со вторыми.

3. Привод — это совокупность силового оборудования, трансмиссии и систем уп­равления, обеспечивающих приведение в действие механизмов машины и рабочих органов.

По системе приводов строительные машины подразделяются на машины с групповым и многомоторным приводом. Впервых привод всех механизмов испол­нительных рабочих органов осуществля­ется с помощью муфт, тормозов и механических передач. Во-вторых — каждый исполнительный механизм приводится в движение от индивидуального электро-, гидро- или пневмодвигателя.

Общими требованиями, предъявляемы­ми к приводу большинства строительных машин, являются: автономность силового оборудования от внешнего источника энергии, обеспечение минимальных габа­ритов, массы, большая надежность и го­товность к работе, высокий КПД, простота реверсирования механизмов и регулирования скоростей и рабочих усилий, обеспечение плавности включения меха­низма, независимость рабочих движений при возможности их совмещения, прос­тота автоматизации системы управления, реализация блочных и агрегатных конструкций элементов привода.

Силовое оборудование. В качестве си­лового оборудования на строительных машинах используются обычно тепловые двигатели внутреннего сгорания (ДВС), как правило, дизельные, и реже — карбю­раторные. Мощность дизелей, приме­няемых на землеройно-транспортных ма­шинах, достигает 1000...1200 кВт. Дизели обладают относительно высоким КПД, сравнительно невысокими удельной массой и расхо­дом горючего. Долговечность дизелей достигает 6000... 8000 ч работы при правильной эксплуа­тации. К недостаткам дизелей в приводе строительных машин следует отнести за­труднения при эксплуатации при низких температурах и большую чувствитель­ность к перегрузкам, связанную с его жесткой механической характеристикой. В машинах, не требующих автоном­ности от внешнего источника энергии, в качестве силового оборудования исполь­зуют электродвигатели переменного или постоянного тока. Электродвига­тели переменного тока, питаю­щиеся обычно от электросети напряже­нием 380...220 В с нормальной частотой 50 Гц, конструктивно просты, дешевы, надежны и удобны в эксплуатации, по­этому наиболее широко применяются в качестве силового оборудования на строи­тельных машинах.

*. Трансмиссии — это устройства, обеспе­чивающие передачу движения от силовой установки к исполнительным механизмам и рабочим органам машины. Они позво­ляют изменять по величине и направле­нию скорости, крутящие моменты и уси­лия. По способу передачи энергии транс­миссии подразделяют на механические, электрические, гидравлические, пневмати­ческие и комбинированные. Наиболее рас­пространены механические, гидравли­ческие и комбинированные трансмиссии. Механические трансмиссии. Они вклю­чают в себя механические передачи, муф­ты, тормоза и другие элементы, обеспечи­вающие передачу движения. Механи­ческие передачи по принципу ра­боты делят на: передачи трением с непо­средственным контактом тел качения (фрикционные) и с гибкой связью (ре­менные); передачи зацеплением с непо­средственным контактом (зубчатые и чер­вячные) и с гибкой связью (цепные). Зубчатые передачи. Эти механизмы с помощью зубчатого зацепления передают или преобразуют движение с изменением угловых скоростей и моментов. Для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот служат зубчатые колеса с рейкой. Зубчатые передачи в строитель­ных машинах применяются наиболее ши­роко. По сравнению с другими механиче­скими передачами они имеют малые габа­риты, высокий КПД, боль­шую долговечность и надежность, посто­янство передаточного отношения ввиду отсутствия проскальзывания, возмож­ность применения в широком диапазоне моментов, скоростей и передаточных отно­шений. К недостаткам относятся шум при работе на значительных скоростях и недо­статочно качественном исполнении. Червячные передачи передают вращение между перекрещива­ющимися осями и относятся к зубчато-винтовым передачам. Они состоят из винта — червяка с трапецеидальной или близкой к ней резьбой и косозубого чер­вячного колеса с зубьями особой фор­мы, получаемой в результате взаимного огибания с витками червяка. Цепные передачи предназначают­ся для передачи движения между двумя параллельными валами при достаточно большом расстоянии между ними. К достоинствам цепных передач отно­сят: возможность передачи движения на значительные расстояния; меньшие, чем у ременных передач, габариты; отсутствие скольжения; достаточно высокий КПД, возможность легкой за­мены цепи. К недостаткам цепных пере­дач относят: сравнительно быстрый износ шарниров, работающих в условиях попа­дания абразива; требуют более сложного ухода — смазки, регулировки в сравнении с клиноременными передачами; значи­тельные вибрации и шум при достаточно высоких скоростях и невысокой точности элементов конструкции.

4.Канаты используют для подъема или перемещения грузов, в каче­стве несущих канатов при перемещении по ним грузовых тележек, для строповки грузов. Стальные канаты изготовляются из высокопрочной стальной проволоки, получаемой методом холодной протяжки. Канаты изготовляются одинарной свив­кой непосредственно из проволочек и двойной свивкой, когда проволочки предварительно свиваются в пряди, а пряди в канат. Канаты выполняются с односто­ронней свивкой, когда про­волоки в пряди и пряди в канате свиваются в одном направлении. Если же они свива­ются в противоположных направлениях, то их называют канатами крестовой свивки. Последние более устойчивы против кручения. Канаты могут свиваться из проволочек одного или разных диамет­ров. Последние имеют большую на степень заполнения металлом сечения каната и соответственно большую прочность.

По типу свивки канаты изготовляются с точечным касанием (ТК) отдельных проволок между слоями в пряди, с линей­ным касанием (ЛК) проволок в пряди, а также с точечно-линейным касанием (ТЛК). Линейный контакт, при котором контактные напряжения ниже, чем при точечном, достигается легче в случае при­менения проволок разного диаметра.

В центре каната помещается обычно сердечник из органического волокна (пеньки и т. п.), пропитанного специаль­ной смазкой. В большинстве грузоподъемных машин поднимаемый груз связан с лебедкой через полиспаст. Полиспасты представляют собой системы из двух обойм — подвижной и неподвижной, каж­дая из которых состоит из нескольких блоков, огибаемых канатом. Груз подве­шивают к подвижной обойме, а последняя ветвь каната навивается на барабан ле­бедки.

Различают полиспасты, у которых: сво­бодная ветвь сбегает с блока неподвиж­ной обоймы и конец каната закреплен на ней же; свободная ветвь сбегает с блока неподвижной обоймы, а конец каната закреплен на подвижной обойме; свободная ветвь сбе­гает с блока подвижной обоймы, а конец каната закреплен на неподвижной обойме. Свободная ветвь сбегает с блока подвижной обоймы и ко­нец каната закреплен на подвижной обойме. К достоинствам полиспастных систем следует отнести уменьшение усилий в от­дельных ветвях канатов, а следовательно, применение меньших диаметров канатов, блоков и барабанов; к недостаткам — увеличение количества перегибов канатов на блоках, увеличение количества блоков и снижение КПД полиспаста.

В качестве отдельных узлов механиче­ских передач в строительных машинах широко применяют редукторы, коробки скоростей, коробки отбора мощности, реверсы. Зубчатые и червячные редук­торы — это механизмы, выполняемые в виде отдельных агрегатов и служащие для понижения угловых скоростей и уве­личения крутящих моментов.

5. Гидрообъемные трансмиссии являются более совершенными по сравне­нию с гидромеханическими трансмиссиями, выполняемыми на базе гидромуфт или гид­ротрансформаторов. В конструкцию гидрообъемных трансмиссий входят гидронасо­сы и гидромоторы, гидроцилиндры, нап­равляющие, регулирующие и вспомога­тельные устройства и соединяющие их ра­бочие гидролинии высокого (напорного) и низкого (сливные, всасывающие, подпиточные) давления.

Гидроцилиндр представляет собой корпус (трубу) с тщательно об­работанной внутренней поверхностью. Внутри гильзы перемещается поршень, имеющий резиновые манжетные уплотне­ния, которые предотвращают перетекание жидкости из полостей цилин­дра, разделенных поршнем, и обеспечи­вают съем грязи. Усилие от давления на поршень передается через шток. С двух сторон корпуса укреплены крышки и с отверстиями. В крышке крепится штуцер. Отверстия в крышке и шту­цере служат для подвода и отвода ра­бочей жидкости. Скорость перемещения штока цилиндра зависит от направления подачи жидкости. Для увеличения хода штока применяют телескопические гидроцилиндры, которые в сдвинутом положении имеют небольшие размеры. Посредством гидроцилиндров можно обеспечить не только поступатель­ное, но и вращательное движение. Для этого их соединяют с зубчато-реечными, канатно-блочными, цепными, винтовыми или кривошипно-шатунными механизма­ми. Направляющие гидроаппараты обес­печивают пуск, остановку и изменение нап­равления потока рабочей жидкости в гид­ролиниях полным открытием или закры­тием рабочего проходного сечения. Ос­новными параметрами этих гидроаппара­тов является условный проход, номиналь­ное давление и номинальный поток. К основным направляющим гидроаппаратам относятся гидрораспределители, гидрокла­паны и гидрозамки.

6. Гидравлические трансмиссии. К гидравлическим относят гидродинамические и гидрообъемные трансмиссии. Гидродина­мические трансмиссии включают в себя гидромуфты или гидротрансформаторы. Характерной особенностью этих передач является отсутствие жесткой связи между ведущими и ведомыми частями передачи. Движение от ведущей к ведомым частям передается за счет кинетической энергии рабочей жидкости, воздействующей на лопасти рабочих колес. Поэтому гидрав­лические передачи служат в качестве предохранительных устройств от динами­ческих перегрузок в приводах машин. Гидромуфты состоят только из двух колес — ведущего (насос­ного) и ведомого (турбинного). На валу гидромуфты предусмотрена установ­ка уплотнения, обеспечивающего герме­тизацию корпуса муфты и вала. Насос­ное колесо приводит во вращение жид­кость, находящуюся в рабочей полости. Под воздействием центробежной силы она отбрасывается к периферии колеса и попадает на лопасти турбинного колеса, оказывая на них давление. Потеряв часть энергии на преодоление сопротивления вращению турбинного колеса, жидкость по его полости течет к центру гидромуф­ты, где оно вновь переходит на насосное колесо, и цикл его движения повторяется. При использовании гидромуфты пуск двигателя можно производить без отклю­чения трансмиссии, так как вначале кру­тящий момент, передаваемый гидромуф­той и зависящий от квадрата угловой ско­рости насосного колеса, мал. Гидротрансформаторы в отличие от гидромуфты имеют не менее трех лопастных колес: насосное, турбинное и реактор. В обычном гидротрансформаторе реактор неподвижен, в универсальном реактор ус­тановлен на обгонной муфте. При малых нагрузках реактор вращается свободно под действием потока жидкости и не вос­принимает крутящий момент. В этом слу­чае гидротрансформатор работает как гидромуфта, когда с уменьшением наг­рузки КПД увеличивается.

8.Тяговый расчет. При тяговом paс чете необходимо выяснить сопротивление передвижению машины и тяговые возмож­ности ее механизма по двигателю привода и по сцеплению движителей с грунтом.

Сопротивления передвижению, которые должны быть преодолены механическим приводом и колесным или гусеничным дви­жителем,

W = Wp +Wпер+ Wпов ± Wу+ Wи + Wв

где Wp — сопротивление от рабочего ор­гана машин; Wпер — сопротивление пере­движению (перекатыванию) движителей; Wпов — сопротивление повороту машины; Wу, Wи, Wв — сопротивления уклона мес­тности, инерции при разгоне и ветра.

Сопротивление от рабочего органа зави­сит от назначения и типа машины, ха­рактера выполняемых работ, конструкции рабочего органа и других факторов.

Сопротивления повороту для гусенич­ных машин определяются затратами энер­гии на срезание и смятие грунта гусени­цами и трением заторможенной гусеницы.

Сопротивление повороту колесных ма­шин, передвигающихся по твердым осно­ваниям, обычно не учитываются из-за малых значений. При езде по рыхлому грун­ту можно принять Wпов= (0,25...0,5) Wпер. Сопротивление движению машины от уклона местности

Wy= ±G_Msina,

где а — угол подъема пути машины; знак « + » соответствует движению машины на подъем, знак « —»—под уклон.

Сопротивление от давления ветра

Wв= Sqв

где S — суммарная подветренная пло­щадь машины; q_B— давление ветра.

В тяговых расчетах большинства машин для земляных работ в рабочих режимах их на стройплощадке могут не учитывать­ся отдельно инерционные силы и силы ветра, которые имеют небольшую величи­ну по сравнению с основными составля­ющими. Могут не учитываться также сопротивления подъему и повороту, так как при этом копание не производится.

Сопротивление передвижению в процес­се копания

W = W_р+ f1G_M, (1.71)

где f1— коэффициент сопротивления пере­движению при копании, который можно принимать в первом приближении f1= (1.1..1.З)f.

В транспортных режимах не учитыва­ются рабочие усилия на машине. Сопро­тивления передвижению определяются до­рожными условиями, при этом одновре­менное действие сопротивлений повороту и подъему в машинах для земляных ра­бот обычно исключается. Действие ветра принимается по рабочему состоя­нию.

*.Система управления строительными ма­шинами состоит обычно из пульта управле­ния с расположенными на нем приборами, рукоятками, педалями, кнопками, системы передач в виде рычагов, тяг, золотников, трубопроводов, а также дополнительных устройств, позволяющих контролировать работу двигателей, механизмов привода и рабочего оборудования. Для удобства управления машиной и улучшения условий работы операторов пульты управления на всех мобильных строительных машинах размещают, как правило, в специальных кабинах. Системы управления делятся: по назна­чению — на системы управления тормоза­ми, муфтами, двигателями, положением рабочего органа; по способу передачи энергии — на механические рычажные, электрические, гидравлические, пневмати­ческие и комбинированные; по степени автоматизации — неавтоматизированные и автоматические. В полностью автоматической системе оператор лишь подает сигналы о начале или окончании работы, а также настройке системы на определенную программу уп­равления рабочим процессом машины. Неавтоматизированные системы могут быть непосредственного действия или с усилителями (с сервоприводом). В первом случае оператор управляет только за счет своей мускульной энергии, прикладывае­мой к рычагам и педалям, во втором — для воздействия на объект управления ис­пользуют дополнительные (электрический, гидравлический или пневматический) ис­точники энергии. Роль оператора сводится лишь к включению и выключению элемен­тов привода системы управления. В полу­автоматических системах автоматизирова­ны отдельные элементы системы управле­ния.

9.Эргономические свойства отражают со­ответствие конструкции машины гигиени­ческим условиям жизнедеятельности и работоспособности человека, а также его антропометрическим, физиологическим и психофизическим качествам. Эти же свой­ства оказывают влияние на напряжен­ность труда человека, а следовательно, и на безопасность работы и производитель­ность. Оптимальное положение тела чело­века повышает точность и скорость его моторных действий, обеспечивает возмож­ность длительной непрерывной работы без утомления. Поэтому оно должно нахо­диться в положении, близком к состоянию функционального покоя, при равномерном распределении массы по площади его опорных поверхностей, а спинка сиденья должна плотно прилегать к телу на груд­ном и пояснично-крестцовом участках по­звоночника. Органы управления распола­гают в пределах рабочей зоны рук маши­ниста. Для удобной посадки людей раз­личного роста кресла должны иметь регу­лировку для перемещения сиденья по вы­соте.

Органы управления располагают в та­ком порядке, который обеспечивает воз­можность быстрого поиска нужного орга­на без зрительного контроля. Располо­жение и освещение рабочего места на машине должны обеспечивать оператору в положении сидя видимость всех объек­тов наблюдения. Для снижения физиче­ского утомления машиниста величины усилий, необходимых для приведения в действие органов управления, не должны вызывать чувства усталости при пользо­вании ими. Применение автоматизации управления и автоматических передач сокращает число операций на педалях и рукоятках управления, что снижает утомляемость машиниста. Рациональное оснащение ра­бочего места машиниста приборами, конт­ролирующими состояние машины, а так­же характеристики микроклимата в зна­чительной мере определяют габариты ка­бины. Помещение кабины должно быть герметичным для исключения проникновения в него оксида углерода и других токси­ческих веществ, а также пыли.