Общее устройство строительных машин

Общие сведения об устройстве строительных машин

Каждую из машин, с которой нам предстоит познакомиться, придется описать более или менее подробно, чтобы представить ее возможности, область применения. А чтобы говорить подробно о конкретной машине, надо иметь представление хотя бы о некоторых общих чертах, присущих любой машине вообще. Общим для любой машины является то, что она состоит из отдельных деталей, которые собраны в узлы, выполняющие какие-то функции. Поскольку детали эти (да и узлы тоже) очень часто одинаковы или очень похожи у разных машин, целесообразно, конечно, было бы изучить сначала эти детали. Сведения на эту тему излагаются в специальной дисциплине – “Детали машин”. Они, конечно же, не могут быть рассмотрены в настоящем курсе, да для экономистов строительного профиля и вряд ли это нужно. Поэтому детали и узлы будут рассматриваться по ходу знакомства с машинами и только в таком объеме, без которого невозможно понять общее устройство машины и принцип ее действия.

Итак, несколько слов об устройстве любой машины.

Любая машина предназначена для какой-то одной или нескольких целей. Она должна что-то делать. Значит, у нее должен быть обязательно какое-то рабочее оборудование. Рабочее оборудование в общем случае состоит из рабочего органа и деталей, к которым он прикрепляется, а также узлов, с помощью которых приводится в движение рабочий орган. Например, рабочим органом бульдозера является отвал с ножом, закрепленный на подвижной раме и приводимый в движение гидроцилиндром или лебедкой.

Для того чтобы можно было привести в движение рабочее оборудование, у машин должен быть источник энергии, т.е. силовое оборудование (двигатели внутреннего сгорания, электромоторы, пневмодвигатели) или силовая установка, представляющая собой агрегат, состоящий из двигателя и вспомогательных систем (питания, охлаждения, смазки).

Силовые установки могут быть с двигателями одного типа и комбинированные, например дизель-электрические.

Силовые установки бывают одно- и многомоторными.

Для того чтобы передать движение от силовой установки к рабочему оборудованию, любая машина должна иметь специальный механизм, называемый трансмиссией. Причем трансмиссия в процессе передачи движения может это движение значительно трансформировать. Например, менять направление движения, превращать вращательное движение в поступательное, изменять скорость, передаваемые моменты и усилия. Трансмиссии могут быть механические, гидравлические и электрические.

И силовой установкой, и трансмиссией и рабочим оборудованием необходимо управлять, для чего машина снабжается специальной системой управления. Силовое оборудование, трансмиссия и управление машиной в совокупности называется приводом машины.

Особенности строительства таковы, что рабочее место строительной машины не может быть постоянным. Ее необходимо перемещать со стройки на стройку. Для этого имеется ходовое оборудование, состоящее из движителя и устройств, соединяющих движитель с рамой машины. Движители бывают колесные, гусеничные, шагающие.

И, наконец, все перечисленные агрегаты должны быть смонтированы на каком-то общем основании – раме или платформе.

Итак, любая машина состоит из рабочего, силового и ходового оборудования, трансмиссии, платформы и системы управления. Из этого общего ряда могут быть некоторые исключения. Например, машины, приводимые в движение от посторонних источников энергии, не имеют силового оборудования. Машины, эксплуатация которых не предусматривает их перебазирования, не имеют ходового оборудования, многоцелевые машины могут иметь, напротив, несколько комплектов различного сменного рабочего оборудования.

Вопросы для самопроверки

1. Каковы состав и структура строительных процессов?

2. Чем отличается рабочая операция от строительного процесса?

3. Что понимается под технологией строительного производства?

4. По каким признакам классифицируются строительные процессы?

5. Расскажите о профессиях и специальностях, квалификации строительных рабочих.

6. Чем отличается норма выработки от производительности труда?

7. Какие обязательные узлы обычно присутствуют на строительной машине?

Строительные и дорожные машины. Курс лекций

воскресенье, 20 сентября 2009 г.

Лекция 2. Конструкция строительных машин. Часть первая.

Достоинством одномоторного привода является то, что масса этого привода меньше, чем суммарная масса приводов многомоторного привода, а изготовить его проще и дешевле.

Недостаток одномоторного привода состоит в том, что при нем требуется большое количество трансмиссий, чтобы осуществить передачу движения отдельным механизмам. Кроме того, при одномоторном приводе нельзя получить независимое распределение мощности между приводимыми в движение механизмами.

Достоинством многомоторного привода является то, что в нем можно регулировать работу отдельных механизмов независимо друг от друга, значительно сократить количество трансмиссий, легче осуществить автоматизацию.

Режимы работы силовых установок

Режим машины зависит от:

величины амплитуды и частоты колебаний нагрузки;
количества включений в единицу времени;
реверсивности движения;
продолжительности непрерывной работы.

Различают четыре режима работы:

1. Легкий режим работы (рис. а)

отношение максимальной нагрузки к средней составляет: 1,1 — 1,3
скорость рабочих движений постоянна,
нет реверсивности рабочих движений;
число включений в 1 ч составляет 20—30, редко 50.

С такими режимами работают

машины для уплотнения грунтов (кроме вибрационных),
бетоносмесители,
растворосмесители,
цилиндрические грохоты,
транспортеры.

Для привода этих машин можно применять любые двигатели.

2. Средний режим работы (рис. б)

отношение максимальной нагрузки к средней составляет 1,5 — 2,5;
скорость рабочих движений переменна,
движения редко реверсивны;
число включений в 1 ч достигает 200.

На таких режимах работают скреперы, тягачи, грейдер-элеваторы, дробилки, краны, многоковшовые экскаваторы и погрузчики.

3. Тяжелый режим работы (рис. в)

отношение максимальной нагрузки к средней составляет 2 : 3;
нагрузка имеет частые и резкие пики;
скорости рабочих движений меняются прерывно,
движения часто реверсивны; число включений в 1 ч до 1000 и более.

На таких режимах работают одноковшовые экскаваторы, бульдозеры, толкачи и др.;

4. Очень тяжелый режим работы — носит ударный или вибрационный характер (рис. г).

Целесообразность применения того или иного двигателя для работы при различных режимах нагружения определяют с помощью механической внешней характеристики.

Кривую, построенную в координатах М и n, где М — крутящий момент; n — частота вращения; М = f (n) называют механической внешней характеристикой.

дизели, работающие на тяжелом дизельном топливе,
карбюраторные, работающие на бензине.

Основное преимущество двигателей внутреннего сгорания состоит в том, что для них не требуется внешних источников питания.

Недостатками ДВС являются

большая чувствительность к перегрузкам (для карбюраторных двигателей kп = 1,15 — 1,95, а для дизелей kп = 1,01 — 1,1);

высокая стоимость эксплуатации;

сравнительно малая долговечность — до 4000 часов работы.

Двигатели внутреннего сгорания применяют как с непосредственной механической передачей, так и с гидромуфтами и гидротрансформаторами, обеспечивающими защиту двигателя и всей конструкции от внешних перегрузок и сглаживающими расхождения между выходной характеристикой двигателя и требованиями, вытекающими из режима работы рабочего органа.

Электродвигатели переменного тока.
Такие двигатели особенно широко применяют в качестве привода стационарных строительных машин (бетоносмесителей, дробилок и др.).
Двигатель переменного тока имеет две разновидности:

асинхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением; такие двигатели часто используются в строительных машинах.
синхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения; из синхронных двигателей наиболее часто применяюся шаговые моторы.

Этот вид силового оборудования отличает простота управления и обслуживания, малая стоимость, надежность в эксплуатации, способность выдерживать большие кратковременные перегрузки и возможность питания от обычной электросети.

Они имеют мягкую внешнюю характеристику и являются наиболее пригодными для привода многих карьерных машин.

Недостаток их заключается в том, что такие двигатели не могут питаться от общей сети переменного тока.

Несмотря ряд недостатков, такие двигатели широко применяют как в одномоторном, так и многомоторном приводе.

Общее устройство строительных машин

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ

1.1. Основные узлы и элементы строительных машин

Строительными машинами называются машины, применяемые для выполнения технологических процессов при производстве строительно-монтажных работ.

В строительстве используется большое число машин, различных по многим признакам, но состоящих из одинаковых сборочных единиц и элементов. Любая строительная машина имеет следующие части:

– силовое оборудование (один или несколько двигателей для получения механической энергии);

– рабочее оборудование и рабочие органы для непосредственного воздействия на перерабатываемый материал и выполнения рабочих операций;

– ходовое оборудование (у переносных и стационарных машин отсутствует) для передвижения машин и передачи ее веса и рабочих нагрузок на опорную поверхность;

– передаточные механизмы (трансмиссии), связывающие рабочее и ходовое (у самоходных машин) оборудование с силовым;

– систему управления для запуска, остановки и изменения режимов работы силового оборудования, включения, выключения, реверсирования, регулирования скоростей и торможения механизмов машины;

— рамы (несущей конструкции) для размещения и закрепления на ней всех узлов и механизмов машины

Рама обеспечивает постоянство взаимного расположения всех узлов и элементов, благодаря чему машина сохраняет работоспособность в широком диапазоне эксплуатационных условий. Пространственная конфигурация рамы зависит от величины и направления нагрузок, воспринимаемых машиной, что в свою очередь, определяется ее назначением, типом и типоразмером. Часто роль рамы выполняют усиленные корпусные детали машины, как, например, ковш самоходного скрепера. Наряду с основной рамой на некоторых типах машин используются дополнительные рамы для крепления рабочих органов. В качестве примера можно назвать тяговую раму автогрейдера или универсальную раму бульдозера с поворотным отвалом и др.

Наибольшие структурные отличия машин, прежде всего, связаны с конструкцией рабочего оборудования, которое определяет их назначение.

Рабочее оборудование состоит из рабочего органа (одного или нескольких), а также деталей и узлов, обеспечивающих его ориентацию в пространстве, и входит в состав обязательного оснащения технологических машин. Оно создается с учетом своего функционального назначения и конструктивных особенностей базового шасси и включает в себя агрегаты, узлы и механизмы, наилучшим образом обеспечивающие эффективную работу машины. Рабочий орган взаимодействует со средой, для работы в которой создана машина, а соединительные и крепежные элементы (подвеска) обеспечивают его конструктивную связь с шасси. Как правило, рабочее оборудование оснащается силовой трансмиссией, снабжающей рабочий орган энергией и позволяющей управлять его положением в пространстве.

Несмотря на чрезвычайно широкую номенклатуру рабочих органов строительных машин и оборудования, обусловленную разнообразным перечнем выполняемых ими работ, по результату взаимодействия с обрабатываемым материалом (или грузом) их можно разделить на пять групп (табл. 1.1).

Классификация рабочих органов строительных машин

Общие сведения об устройстве строительных машин

Итак, несколько слов об устройстве любой машины.

Силовые установки могут быть с двигателями одного типа и комбинированные, например дизель-электрические.

Силовые установки бывают одно- и многомоторными.

Вопросы для самопроверки

1. Каковы состав и структура строительных процессов?

2. Чем отличается рабочая операция от строительного процесса?

3. Что понимается под технологией строительного производства?

4. По каким признакам классифицируются строительные процессы?

5. Расскажите о профессиях и специальностях, квалификации строительных рабочих.

6. Чем отличается норма выработки от производительности труда?

7. Какие обязательные узлы обычно присутствуют на строительной машине?

ТРАНСПОРТНЫЕ И ПОГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫЕ РАБОТЫ

Транспортные и погрузочно-разгрузочные работы стоят особняком в ряду всех строительных работ – они либо предшествуют, либо сопутствуют практически всем видам работ и поэтому правомерно рассмотреть их прежде остальных. Не смотря на то, что на стройке еще сохраняется большое количество людей, занятых ручным трудом на погрузке, разгрузке и переноске тяжестей, основные объемы этих работ выполняются с помощью транспортных и грузоподъемных машин. В связи с этим в настоящем курсе изучение транспортных и погрузочно-разгрузочных работ мы сведем к изучению транспортных и грузоподъемных машин.

Значимость и место транспортных работ определяется и тем обстоятельством, что их доля в сметной стоимости строительства достигает 30%, а трудоемкость – до 40%. Это вызвано одной из особенностей строительства как отрасли материального производства – его большой материалоемкостью. Так, при строительстве и капитальном ремонте на 1 м 3 строительного объема здания расходуется от 30 до 500 кг различных строительных материалов и изделий. Сокращение затрат на транспортные работы обеспечивается правильным выбором и рациональной эксплуатацией транспортных средств и погрузочных механизмов, использованием комплексной механизации всех транспортных работ.

Классификация строительных грузов

В зависимости от характера груза и условий их перевозки все строительные грузы делят (более или менее условно) на три группы:

– сыпучие или навалочные, транспортируемые без упаковки, допускающие погрузку и выгрузку навалом;

– мелкие штучные, требующие погрузки и выгрузки специальными средствами с применением различной упаковки (тары);

– строительные детали, конструкции и полуфабрикаты, в том числе крупногабаритные и длинномерные, требующие для перевозки специальные транспортные средства.

Особое место в этой классификации занимают порошкообразные и жидкие материалы, которые могут перевозиться в таре и должны быть отнесены ко второй группе грузов, либо перевозиться специальным транспортом и принадлежать к третьей.

Классификация транспорта

Транспорт подразделяют на вертикальный и горизонтальный, а также на внешний и внутрипостроечный. Горизонтальным транспортом грузы перевозят, вертикальным – грузят и разгружают, а также перемещают их по вертикали (например, в процессе монтажа). Внешним транспортом доставляют грузы на строительную площадку, внутрипостроечным – с приобъектного склада до места его непосредственного использования. В качестве внешнего используются практически все известные виды транспорта – железнодорожный, водный, автомобильный, тракторный и даже воздушный. Для внутрипостроечного перемещения грузов применяется множество грузоподъемных машин (краны, погрузчики, транспортеры, подъемники), с помощью которых часто перемещают грузы как по горизонтали, так и по вертикали и даже в обоих направлениях одновременно.

Основными характеристиками транспортных средств являются:

· максимальная грузоподъемность при перевозке грузов с большой объемной массой, позволяющей полностью использовать грузоподъемность транспортного средства вне зависимости от объема рабочего органа (кузова, вагона);

· объем рабочего органа при перевозке грузов с малой объемной массой, так как при перевозке таких грузов их масса при заполнении всего объема кузова будет меньше грузоподъемности транспортного средства. Вынужденный недогруз характеризуется коэффициентом грузоемкости, который определяется как отношение массы груза с полностью заполненным кузовом (вагоном) к максимальной грузоподъемности транспортного средства. Приближение значения этого коэффициента к единице является одним из направлений повышения эффективности использования транспорта. Достигается это наращиванием бортов при перевозке легких грузов. При этом не следует забывать, что превышение значения коэффициента грузоемкости сверх единицы является нарушением правил технической эксплуатации транспортных средств, следствием чего, как правило, является увеличение затрат на техническое обслуживание, текущий ремонт, сокращение сроков между капитальными ремонтами;

· тяговое усилие для транспортных средств, используемых в качестве тягачей.

Внешний транспорт

Наиболее распространен для перевозки строительных грузов автомобильный и в определенных условиях тракторный транспорт, а в условиях городского строительства до 90 % грузов перевозится автотранспортом. Поэтому на этих видах транспорта мы и остановимся. Железнодорожный, водный, а тем более воздушный транспорт строители самостоятельно почти никогда не эксплуатируют, и рассматривать их в настоящем курсе мы не будем.

Автомобильный транспорт

Автомобиль – это, пожалуй, та машина, с которой в той или иной степени знакомы практически все. И тем не менее необходимо хотя бы очень коротко напомнить об его устройстве, типах, и назначении.

В зависимости от типа двигателя различают автомобили карбюраторные, дизельные, газогенераторные, газобалонные и электрические. Современные грузовые автомобили, грузоподъемности 5 т и выше, выпускаются почти исключительно с дизельными двигателями.

По назначению и типу установленного рабочего оборудования автомобили делятся на бортовые, автосамосвалы, специализированные и тягачи.

За привычной внешностью автомобиля, как и у любой другой строительной машины скрываются (см. рис. 2.1) двигатель (1), трансмиссия (2), ходовая часть (3), кабина с приборами управления (4), рабочий орган – кузов (5), и рама, на которой перечисленные узлы смонтированы.

Автосамосвалы, оборудованные опрокидывающимся кузовом, используются для перевозки сыпучих и навалочных грузов – грунта, щебня, керамзита, строительного мусора, снега, раствора и бетой смеси. Основными характеристиками самосвалов являются грузоподъемность, объем кузова и способ разгрузки. Грузоподъемность самосвалов колеблется от 2,5 до 40 т и более (карьерные самосвалы). Объем кузова – от 1,65 до 15 и более м 3 . Кузов самосвала опрокидывается обычно с помощью гидроцилиндров и чаще всего назад, реже – на одну или две стороны и еще реже – вперед (фронтальная разгрузка) на автомобилях, у которых кузов располагается перед кабиной водителя. Бывают прицепные самосвальные тележки с донной разгрузкой, у которых раскрываются створки днища (для разгрузки в бункеры с эстакад).

Рис. 2.1. Схема расположения узлов автомобиля