СтройМаш. Лекции
.pdf
|
Дисциплина «Строительные машины» |
|
|
Оглавление |
|
1. Основные понятия.............................................................................................................. |
3 |
|
2. Основные определения....................................................................................................... |
3 |
|
4. Основные понятия.............................................................................................................. |
4 |
|
5. Показатели степени механизации СМР........................................................................... |
4 |
|
6. Стоимость машино-часа машины.................................................................................... |
5 |
|
7. Производительность машин.............................................................................................. |
5 |
|
8. Общая структура машины ................................................................................................ |
6 |
|
9. Привод машины.................................................................................................................. |
6 |
|
10. |
Силовое оборудование...................................................................................................... |
7 |
11. |
Двигатели внутреннего сгорания (ДВС)........................................................................ |
7 |
12. |
Комбинированные силовые установки.......................................................................... |
9 |
13. |
Трансмиссия ...................................................................................................................... |
9 |
13.1. Механическая трансмиссия...................................................................................... |
9 |
|
|
13.1.1 Передачи трением............................................................................................... |
10 |
|
13.1.2 Передачи зацеплением....................................................................................... |
11 |
14. |
Редукторы ........................................................................................................................ |
14 |
15. |
Валы и оси........................................................................................................................ |
15 |
16. |
Подшипники.................................................................................................................... |
15 |
17. |
Машины горизонтального безрельсового транспорта .............................................. |
17 |
18. |
Индексация машин......................................................................................................... |
18 |
18.1 Индексация грузовых машин:................................................................................. |
18 |
|
18.2. Индексация грузовых прицепов (полуприцепов) ................................................ |
18 |
|
19. |
Автомобили общего назначения:.................................................................................. |
19 |
Бортовые автомобили ...................................................................................................... |
20 |
|
Седельные тягачи............................................................................................................. |
20 |
|
20. |
Автомобили специального назначения........................................................................ |
21 |
21. |
Машины непрерывного транспорта............................................................................ |
22 |
21.1. Ленточные конвейеры............................................................................................. |
22 |
|
21.2. Пластинчатые конвейеры....................................................................................... |
24 |
|
21.3. Ковшовые конвейеры.............................................................................................. |
25 |
|
21.4. Винтовые конвейеры............................................................................................... |
26 |
|
21.5. Установки пневмотранспорта................................................................................ |
27 |
|
|
21.5.1. Установки всасывающего действия ............................................................... |
28 |
|
21.5.2. Установки нагнетательного действия............................................................ |
28 |
22. |
Погрузочно-разгрузочные машины.............................................................................. |
28 |
23. |
Грузоподъёмные машины.............................................................................................. |
31 |
24. |
Вспомогательные (простые) машины.......................................................................... |
32 |
25. |
Подъёмники..................................................................................................................... |
32 |
25.1. Мачтовые подъёмники............................................................................................ |
32 |
|
25.2. Шахтные подъёмники ............................................................................................. |
35 |
|
25.3. Скиповые и струнные подъёмники....................................................................... |
36 |
|
25.4. Монтажные вышки и гидроподъёмники.............................................................. |
36 |
|
26. |
Грузоподъёмные краны.................................................................................................. |
37 |
26.1. Краны башенные...................................................................................................... |
39 |
|
|
26.1.1. Краны с поворотной башней............................................................................ |
40 |
|
26.1.2. Краны с неповоротной башней........................................................................ |
41 |
|
26.1.3. Краны башенные самоподъёмные .................................................................. |
42 |
|
26.1.4. Индексация башенных кранов........................................................................ |
42 |
26.2. Краны самоходно-стреловые.................................................................................. |
43 |
|
|
26.2.1. Краны на автомобильном шасси..................................................................... |
44 |
|
26.2.2. Краны на гусеничном шасси............................................................................ |
44 |
|
26.2.3. Краны на пневмоколёсном шасси................................................................... |
45 |
26.2.4. Краны на спецшасси автомобил. типа............................................................... |
45 |
|
|
26.2.5. Индексация самоходно-стреловых кранов..................................................... |
46 |
26.3. Краны-трубоукладчики........................................................................................... |
46 |
|
27. |
Машины для производства земляных работ: ............................................................. |
47 |
27.1. Землеройно-транспортные машины...................................................................... |
47 |
|
|
27.1.1. Скреперы............................................................................................................ |
47 |
|
27.1.2. Бульдозеры......................................................................................................... |
48 |
|
27.1.3. Автогрейдеры..................................................................................................... |
50 |
27.2 Землеройные машины.............................................................................................. |
50 |
|
|
27.2.1. Одноковшовые экскаваторы........................................................................... |
51 |
|
27.2.2. Индексация одноковшовых экскаваторов..................................................... |
55 |
|
27.2.3. Экскаваторы непрерывного действия............................................................ |
56 |
|
27.2.4. Траншейные экскаваторы................................................................................ |
56 |
|
27.2.5. Индексация многоковшовых экскаваторов .................................................. |
57 |
29. |
Машины для разработки мёрзлых грунтов ................................................................ |
58 |
30. |
Машины для уплотнения грунтов................................................................................ |
61 |
31. |
Машины для свайных работ......................................................................................... |
63 |
30.1. Общие данные........................................................................................................... |
63 |
|
30.2.Машины для свайных работ.................................................................................... |
64 |
|
30.3. Свайные погружатели............................................................................................. |
66 |
|
31. |
Машины для буровых работ.......................................................................................... |
68 |
32. |
Машины для бетонных работ........................................................................................ |
72 |
32.1. Машины для транспортирования бетонной смеси.............................................. |
72 |
|
32.2. Машины для уплотнения бетонной смеси............................................................ |
77 |
1. Основные понятия
Строительные процессы, в которых заняты машины, называют МЕХАНИЗИРОВАННЫМИ, а их обеспеченность машинами — МЕХАНИЗАЦИЕЙ СТРОИТЕЛЬСТВА
Строительные машины будут здесь выступать СРЕДСТВАМИ МЕХАНИЗАЦИИ.
2. Основные определения
СТРОИТЕЛЬНАЯ МАШИНА – это совокупность механизмов и деталей, обеспечивающая преобразование одного вида энергии в другой (энергетическая машина - электродвигатель) и выполнение какой-либо работы (машина – орудие: кран башенный, экскаватор и т.д.).
МЕХАНИЗМ – это кинематическая цепь узлов и деталей, предназначенная для выполнения и преобразования (скорости, силы, вращающего момента, вида) заданных движений. Состоит из подвижных и неподвижных звеньев.
УЗЕЛ – группа деталей, работающих совместно и объединенных общим назначением (редуктор, муфта, подшипник и т.д.).
ДЕТАЛЬ – часть машины, узла, механизма, изготовленная из однородного материала без сборочных операций (болт, гайка, вал, зубчатое колесо и т.д.).
АГРЕГАТ – унифицированный узел машины (насос, электродвигатель, редуктор и т.д.), а также несколько машин, работающих в комплекте. Соединение агрегатов в машину (сборка) или машин в агрегат называют агрегатированием.
НАЗНАЧЕНИЕ МАШИНЫ – основная функция машины для выполнения конкретного технологического процесса при определенных условиях («обратная лопата» – разработка грунта ниже уровня стоянки).
ПАРАМЕТР МАШИНЫ – качественная, чаще количественная характеристика какого-либо свойства машины (маневренность, вместимость ковша экскаватора, грузоподъемность крана и т.д.)
ПРИНЦИП РАБОТЫ – способ передачи энергии двигателя к исполнительным механизмам для совершения определенных рабочих движений при выполнении конкретного технологического процесса.
МОБИЛЬНОСТЬ – способность машины к быстрому перемещению с объекта на объект с малой трудоёмкостью перевода её из рабочего в транспортное положение и наоборот.
МАНЕВРЕННОСТЬ – способность машины передвигаться и разворачиваться с небольшим радиусом поворота.
УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ – способность машины выполнять различные виды работ с помощью комплекта сменных рабочих органов.
КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН - это система, основанная на распределении строительных машин по совокупности признаков их сходства и различия.
Система делится на уровни:
1.Класс;
2.Группа;
3.Подгруппа;
4.Подвид;
5.Вид.
3. Классификация строительных машин
ПО РЕЖИМУ РАБОТЫ:
-машины цикличного действия;
-машины непрерывного действия. ПО ВИДУ ОСНОВНОГО ПРИВОДА:
-машины с механическим приводом;
-машины с гидравлическим приводом ;
-машины с электрическим приводом;
-машины с пневматическим приводом;
-машины с комбинированным приводом (дизель-электрический, дизель-гидравлический). ПО ВИДУ РАБОЧЕГО ОРГАНА:
-со специализированными рабочими органами;
-со сменными рабочими органами.
ПО СТЕПЕНИ МОБИЛЬНОСТИ (ПОДВИЖНОСТИ):
-стационарные машины;
-подвижные машины (самоходные, прицепные и полуприцепные). ПО ВИДУ ХОДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ:
-подвижные машины на гусеничном ходу;
-подвижные машины на шагающем ходу;
-подвижные машины на колесном ходу (рельсовый и пневмоколесный)
4. Основные понятия
ИНДЕКСАЦИЯ МАШИН - условное буквенно-цифровое обозначение, отражающее конкретную модель машины какой-либо группы и ее главный параметр.
Структура индекса строительной машины, предусмотренная ГОСТ, может быть разделена на три части: буквенная (отображает группу или подгруппу строительных машин, в которую входит конкретный индекс); цифровая; буквенная.
ГОСТ устанавливает следующие буквенные обозначения, входящие в первую часть индекса машины: ДЗ – бульдозеры, скреперы, автогрейдеры; ЭО - экскаваторы одноковшовые; ЭТР - экскаваторы траншейные роторные; КБ - краны башенные; КС - краны стреловые; ИВ – вибраторы и др.
Цифровая часть индекса, содержит условную характеристику конкретной машины: величину главного параметра, тип ходового оборудования; конкретное исполнение рабочего оборудования, номер базовой модели и т. п.
Буквенные обозначения третьей части индекса отражают очередную модернизацию базовой модели (А, Б, В, .. ., Я) и климатическое исполнение (УХЛ - для холодного климата, Т - для тропического и т.д.)
5. Показатели степени механизации СМР
Степень механизации работ:
1.Частичная механизация;
2.Комплексная механизация;
3.Полная механизация.
-уровень комплексной механизации (Укм):
= Qмс
Укм ∑Q 100%
где Qмс – объём работ, выполненных механизированным способом, в натуральных показателях;
∑Q – сумма всех работ данного вида, в натуральных показателях.
- механовооружённость строительства (Мс):
Мс = ∑СQ 100%
где С – балансовая стоимость машин, руб.;
∑Q – сумма работ, руб.
- механовооружённость труда (Мт), руб./чел.:
Мт= СР 100%
где С – балансовая стоимость машин, руб.;
P – среднесписочное количество рабочих в год, чел.
- энерговооружённость труда (Э), кВт/чел.:
Э = DР
где D – суммарная мощность всех двигателей, кВт
P – среднесписочное количество рабочих в год, чел.
6. Стоимость машино-часа машины
СМ−ЧАС = ТПГ + ТЕПЛ +Э
где П – постоянные расходы, включающие отчисления на амортизацию машины, на капитальный ремонт и т.д., руб. за год;
Тг – количество отработанных машиной часов за год, час; Е – единовременные расходы, включающие затраты на доставку машины с объекта
на объект, монтаж, демонтаж, испытания устройство путей для перемещения машины на объекте, руб.;
Тпл – количество часов работы машины на конкретной строительной площадке,
час;
Э – эксплуатационные затраты (топливо-смазочные материалы, электроэнергия, текущий ремонт, зарплата машиниста), руб./час.
7. Производительность машин
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ машины – количество доброкачественной продукции в натуральных ед. изм. (м3, т, шт. и т.д.), произведённое машиной в единицу времени (час, смену, год). Синонимом производительности является выработка.
Производительность машины:
1.Теоретическая;
2.Эксплуатационная;
3.Техническая.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ производительность (конструктивно-расчетная) рассчитывается за 1 час непрерывной работы при расчетных скоростях рабочих движений и нагрузках. Используется только на стадии проектирования.
ЭКСПЛУТАЦИОННАЯ производительность рассчиты-вается с учетом конкретных условий производства и перерывов в работе (простои не учитываются) чаще всего за час, смену и год работы.
Птеор > Птехн > Пэксп
Режим работы |
|
|
Категории производительности |
|||
машины, характер |
|
|
|
|
|
|
Теоретическая |
Техническая |
Экспл., час |
||||
продукции |
||||||
|
|
|
|
|
||
Цикличного |
ПТЕОР = n Q |
|
ПТЕХН = ПТЕОРkТ |
ПЭ.Ч. = ПТЕХНkВ |
||
действия, циклами, |
м3/ч.; кг/ч. |
м3/ч.; кг/ч. |
м3/ч.; кг/ч. |
|||
кг, шт., м3 |
||||||
Непрерывного |
ПТЕОР = k F ν |
–»– |
–»– |
|||
действия, |
||||||
сплошным потоком, |
м3/ч. |
|
|
|
|
|
кг, м3 |
ПТЕОР = k F γ ν |
|
|
|||
|
кг/ч. |
|
|
|
|
|
Непрерывного |
|
q |
|
–»– |
–»– |
|
действия, |
ПТЕОР = k |
ν |
||||
отдельными |
s |
|
|
|||
|
|
|
|
|||
порциями кг, м3, |
м3/ч.; кг/ч. |
|
|
|||
шт. |
|
|
|
|
|
кТ – коэффициент, учитывающий конкретные условия производства; кВ – коэффициент использования машины по времени (учитывает перерывы в работе)
8. Общая структура машины
9. Привод машины
Совокупность силового оборудования (источника энергии), трансмиссии (передаточного устройства) и системы управления (для приведения в действие механизмов машины, в том числе и рабочего органа, а также для их отключения) называют ПРИВОДОМ машины.
Приводы:
1.механический;
2.гидравлический;
3.электрический;
4.пневматический;
5.комбинированный.
10. Силовое оборудование
СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ называют комплект, состоящий из двигателя и обслуживающих его устройств.
В качестве силового оборудования используют ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (тепловые) – карбюраторные и дизельные, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ – постоянного и переменного тока и КОМБИНИРОВАННЫЕ силовые установки, состоящие из двух двигателей (например, дизельного и электрического).
По числу двигателей различают привод ОДНОМОТОРНЫЙ (с механической трансмиссией (групповой привод)) и МНОГОМОТОРНЫЙ (каждый механизм своим двигателем (индивидуальный привод)).
11. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС)
ДВС – это силовая установка, в которой тепловая энергия сжигаемого в смеси с воздухом топлива преобразуется в механическую энергию вращающегося коленчатого вала.
ДВС используются, главным образом, на мобильных машинах.
По виду потребляемого топлива и способу его воспламенения различают двигатели КАРБЮРАТОРНЫЕ (работающие на бензине или газе) и ДИЗЕЛЬНЫЕ (на дизельном топливе).
Всовременных машинах применяются одно- и многоцилиндровые ДВС (два, четыре, пять, шесть, восемь и т.д.). Расположение цилиндров в корпусе (блоке цилиндров) может быть рядным, V-образным, оппозитным.
ДВС является сложным механическим устройством, состоящим из корпуса, кривошипно-шатунного механизма, механизма газораспределения, систем смазки, охлаждения, питания, зажигания (для карбюраторных двигателей), пуска, впуска и выпуска.
История:
в1680 году был разработан теоретический двигатель, топливом для которого служил черный порох;
в1860г. французский механик Э. Ленуар сконструировал первый практически пригодный газовый ДВС;
в1876г. немецкий изобретатель Н. Отто более совершенный четырехтактный газовый двигатель;
первый карбюраторный двигатель был построен в России О.С. Костовичем в 80-х гг. XIX в. для дирижабля;
в1897г. первый дизельный двигатель построен немецким инженером Р. Дизелем;
в1901г. в США разработан первый трактор с ДВС;
в1903г. первый самолет с ДВС, начавший свои полеты, разработанный братья О. и У. Райт;
большую роль сыграли в совершенствовании ДВС Готлиб Даймлер, Карл Бенц и др .
Вприводах строительных машин (кроме малых машин) применяют обычно четырехтактные двигатели, у которых рабочий цикл совершается за два оборота коленчатого вала. Сгорание топливо-воздушной смеси происходит в цилиндрах, при этом энергия через поршни и шатуны передается коленчатому валу.
|
|
Такты работы карбюраторного ДВС |
|
Такт 1 |
Такт 2 |
Такт 3 |
Такт 4 |
Впуск |
сжатие |
рабочий ход |
выпуск |
|
|
Такты работы дизельного ДВС |
|
Такт 1 |
Такт 2 |
Такт 3 |
Такт 4 |
Впуск |
сжатие |
рабочий ход |
выпуск |
Достоинства ДВС:
-автономность от внешних источников энергии;
-небольшой вес, приходящийся на единицу мощности;
-постоянная готовность к работе.
Недостатки ДВС:
-низкий КПД (для карбюраторных двигателей – КПД=0,26…0,32; для дизельных КПД=0,35…0,45);
-отсутствие реверсирования; необходимость применения коробки передач для изменения крутящего момента и реверсирования;
-зависимость от температурных условий;
-сравнительно малый срок службы.
В приводах строительных машин применяют электродвигатели переменного и постоянного тока.
АСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, короткозамкнутые (мощность до 10 кВт) и с фазным ротором (с контактными кольцами) (мощность до 150 кВт). Они обычно питаются от электросети напряжением 220 и 380 В с нормальной частотой 50 Гц.
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА обеспечивают большую плавность пуска и торможения механизмов по сравнению с двигателями переменного тока.
Достоинства электродвигателей:
-конструктивная простота, дешевизна;
-постоянная готовность к работе;
-независимость от температурных условий;
-надежность и удобность в эксплуатации.
Недостаток электродвигателей:
-необходимость наличия питающей сети
12. Комбинированные силовые установки
Кроме ДВС и электродвигателей в строительных и коммунальных машинах используют комбинированные силовые установки: дизель-электрические, дизельгидравлические, электрогидравлические, дизель-пневматические, электропневматические, дизель-электрогидравлические и т.п.
ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ силовые установки применяют тогда, когда необходимо осуществить привод по системе генератор-двигатель и в то же время сделать машину независимой от внешнего источника питания. В таком приводе дизель приводит в действие электрический генератор, который питает соответствующие электродвигатели машины.
Составными частями ДИЗЕЛЬ-ГИДРАВЛИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИХ, ДИЗЕЛЬ-ПНЕВМАТИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРО-ПНЕВМАТИЧЕСКИХ, ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИХ силовых установок являются гидронасосы и компрессоры.
ГИДРОНАСОСЫ по конструкции подразделяют на шестерёнчатые, лопастные (пластинчатые), аксиально-поршневые и радиально-поршневые.
КОМПРЕССОРЫ по устройству подразделяются на объёмные (ротационные и поршневые), центробежные и винтовые.
13. Трансмиссия
ТРАНСМИССИЕЙ называют устройства для передачи движения от силовой установки нескольким потребителям энергии - рабочим органам и движителям ходовых устройств машин.
Трансмиссии (по способу передачи энергии)
1.механические;
2.гидравлические;
3.электрические;
4.пневматические.
13.1. Механическая трансмиссия
МЕХАНИЧЕСКИЕ трансмиссии состоят из ПЕРЕДАЧ — механизмов для передачи непрерывного вращательного или поступательного движения, а также для преобразования одной формы движения в другую (вращательного в поступательное и наоборот).
При единственном потребителе передача превращается в трансмиссию. Иногда понятия передачи и трансмиссии отождествляют, распространяя этот термин также на все другие (немеханические) виды трансмиссий.
Механические передачи:
1.передачи трением;
2.передачи зацеплением.
Вмеханических передачах элемент, передающий мощность, называют ВЕДУЩИМ (индекс «1» у параметров), а воспринимающий мощность – ВЕДОМЫМ (индекс «2» у параметров).
Основными параметрами передач являются вращающий момент МВР, передаточное число u, частота вращения n и коэффициент полезного действия (КПД). МВР и КПД относятся к силовым характеристикам передачи, а u и n к кинематическим.
Передаточное число u определяется отношением частот вращения (об/сек) ведущего
иведомого элементов
u =n1 / n2
Передачи могут быть ПОНИЖАЮЩИМИ (редукторными), получившими в строительных машинах преимущественное применение, и ПОВЫШАЮЩИМИ (мультипликаторными).
Понижающие передачи характеризуются: u > 1, n1 > n2, МВР1 < МВР2, т.е. они обеспечивают уменьшение частоты вращения и увеличение вращающего момента, а
повышающие – u < 1, n1 < n2, МВР1 > МВР2.
Вращающий момент рассчитывается по формулам (Н·м)
MВР1,2 |
= |
1 |
|
N1,2 |
; MВР2 |
= МВР1 u КПД |
|
6,28 |
n1,2 |
||||||
|
|
|
|
|
где N – мощность , Вт; КПД = N2 / N1 < 1 , в долях
13.1.1 Передачи трением
Передачи трением включают:
1.фрикционные передачи;
2.ремённые передачи.
Фрикционные передачи
Во ФРИКЦИОННЫХ передачах ведущее и ведомое звенья – цилиндрические или конические катки, прижатые друг к другу. При вращении ведущего катка, приводимого двигателем или предшествующей передачей, ведомому катку сообщается вращение за счет возникающих на контактной поверхности сил трения.
Достоинства: просты, работают плавно и бесшумно Недостаток: не обеспечение точного передаточного числа вследствие проскальзывания КПД – 0,90…0,95
Ремённые передачи
РЕМЕННАЯ передача состоит из двух закрепленных на валах шкивов и охватывающего их ремня, надетого на шкивы с натяжением. Движение передается за счет сил трения в парах ведущий «шкив-ремень» и «ремень-ведомый шкив».
Обязательным условием функционирования ременной передачи является ее натяжение путем перемещения одного из шкивов натяжным роликом или пружиной,