Машины для земляных работ: Учебное пособие

Федеральное агентство по образованию Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

С. В. Репин А. В. Зазыкин

МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ Учебное пособие по изучению дисциплины «Машины для земляных работ» для студентов заочной формы обучения специальности 190205 – подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование

Санкт-Петербург 2007 1

УДК 69.002.51 Рецензенты: д-р экон. наук, профессор Е. И. Зайцев (Санкт-Петербургский государственный инженерно-экономический университет); В. Н. Ошуркевич (УМ –РОССТРО)

Репин С. В., Зазыкин А. В. Машины для земляных работ: учебное пособие по изучению дисциплины «Машины для земляных работ» для студентов заочной формы обучения специальности 190205 – подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование / СПб. гос. архит.строит. ун-т. – СПб., 2007. – 81 с. Изложены указания для самостоятельной работы по дисциплине, выполнению контрольных работ и курсовых проектов, приводятся методики расчетов машин и механизмов, справочные данные. Табл. 9. Ил. 7. Библиогр.: 43 назв. Рекомендовано Редакционно-издательским советом СПбГАСУ в качестве учебного пособия

ВВЕДЕНИЕ Земляные работы характеризуются высокой стоимостью и трудоемкостью. Так, в промышленном строительстве их стоимость составляет около 15 %, а трудоемкость – 18…20 % от общего объема работ. На земляных работах занято около 10 % общей численности рабочих строительства. Минимальная стоимость и трудоемкость земляных работ могут быть обеспечены: 1 – при минимальном проектном объеме разрабатываемого грунта; 2 – при такой последовательности выполняемых работ, когда каждый объем грунта, разрабатываемого в проектной выемке, сразу укладывается в предусмотренное для него место в проектной насыпи, что исключает многократную переработку одного и того же объекта грунта; 3 – при использовании наиболее эффективных по стоимости и трудоемкости методов производства работ и их механизации. Это подразумевает наличие высококвалифицированных инженеров со знаниями принципов эффективной эксплуатации средств механизации земляных работ, создания, внедрения и совершенствования перспективных образцов такой техники и методов ее эксплуатации. Данное пособие предназначено для студентов заочного обучения специальности 190205 – подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование и содержит материалы для изучения дисциплины «Машины для земляных работ». По указанной дисциплине студенты сдают экзамен и выполняют курсовой проект. Для получения допуска к сдаче экзамена необходимо выполнить лабораторные и контрольные работы и защитить их. Курсовой проект также должен быть защищен до сдачи экзамена. 1. САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ И ВЫПОЛНЕНИЕ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

ã С. В. Репин, А. В. Зазыкин, 2007 ã Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2007

2

1.1. Рекомендации по самостоятельному изучению дисциплины Для освоения курса в полном объеме следует самостоятельно изучить материал по учебникам и учебным пособиям, выполнить контрольные работы и курсовой проект, читать периодическую литературу, освещающую последние достижения науки и техники в области строи3

тельных машин, перспективы их развития, и в завершение прослушать лекции, обобщающие знания, и посещать практические занятия. В каждом разделе работы акцентируются наиболее важные вопросы, предлагается разобраться во взаимосвязях различных машин и обосновать выбор машин и их параметров. Контрольные вопросы для самопроверки по наиболее важным положениям изучаемого раздела являются как бы рабочей программой данного курса. Ответы на контрольные вопросы обязательно должны сопровождаться рисунками со ссылками на них в тексте. При проработке тем по каждой группе машин следует сосредоточить внимание на следующих вопросах: · основное назначение машины; · область применения; · конструкция и взаимодействие элементов; · технико-эксплуатационные параметры; · основы теории рабочих процессов и факторы, влияющие на рабочий процесс; · определение производительности машин и мощности на привод основных рабочих органов и машины в целом; · определение нагрузок на рабочие органы и их элементы; · основы технической эксплуатации, техники безопасности и охраны окружающей среды. При самостоятельном изучении курса рекомендуется вести конспект, излагая в нем основные сведения по перечисленным вопросам. При изучении конструкции машины полезно составлять упрощенную (принципиальную) схему ее устройства, анализировать и записывать выводы зависимостей параметров рабочих процессов и рабочих органов машин. При изучении основ расчета следует вычерчивать необходимые расчетные схемы, а затем приводить основные формулы. Для контроля усвоения материала по каждой теме даются вопросы для самопроверки: разд. 1.3 – вопросы для самостоятельного изучения дисциплины и выполнения контрольных работ, разд. 3 – контрольные вопросы для подготовки к экзамену.

Контрольная работа помогает усвоить важнейшие теоретические положения курса «Машины для земляных работ»; изучить конструкции основных машин для земляных работ, особенности их рабочего процесса; приобрести навыки решения инженерных задач по определению нагрузок на элементы рабочего оборудования, выполнению тяговых расчетов, определению производительности и мощности привода и других основных показателей, выбору оптимальных режимов работы основных машин для земляных работ. Задание на контрольную работу студент получает на установочной лекции. Количество вопросов в задании не должно превышать трех, например: 1. Произвести тяговый расчет землеройно-транспортной машины. 2. Начертить принципиальную конструктивную, кинематическую или гидравлическую схему машины. 3. Ответить письменно на один теоретический вопрос. В контрольной работе необходимо написать номер вопроса, полный его текст, а затем ответ на него. Выполненные контрольные задания высылаются в университет на рецензирование. После получения из университета прорецензированных работ нужно исправить все ошибки, отмеченные рецензентом, а если работа не зачтена – исправить ее и отослать в университет на повторное рецензирование. Требования к оформлению контрольной работы те же, что к оформлению пояснительной записки курсового проекта (см. разд. 2.3). Контрольные задания, оформленные небрежно и не отвечающие предъявляемым требованиям, не рассматриваются и не засчитываются. Допуск к экзамену по курсу «Машины для земляных работ» дается при получении зачета по результатам проверки контрольной работы. Перечень вопросов изложен в разд. 1.3.

4

5

1.2. Рекомендации по выполнению контрольных работ 1.2.1. Общие положения

1.2.2. Методические указания по выполнению ответов на контрольные вопросы Ответ на первый вопрос При выполнении тягового расчета землеройно-транспортной машины следует пользоваться методиками, приведенными в учебниках [1, 2]. Тяговый расчет производят для трех толщин стружек (5, 10 и 15 см) на трех видах грунта (песке, суглинке и глине). Данные для выполнения тягового расчета бульдозера или скрепера берут из прил. 1 в соответствии с последней цифрой условного шифра. Например, студент, у которого условный шифр зачетной книжки имеет последнюю цифру 4, берет данные из 4-го столбца прил. 1. Данные о грунтах и машинах, необходимые для выполнения тягового расчета, приведены в приложениях. Результаты тягового расчета сводят в табл. 1. Таблица 1 Данные тягового расчета Сопротивления

Вид грунта и толщина стружки h, см Песок Суглинок Глина 5 10 15 5 10 15 5 10 15

Сопротивление перемещению машины W1, кН То же резанию грунта W2, кН « перемещению грунта по грунту W3, кН « перемещению грунта вверх по отвалу W4, кН « перемещению грунта вдоль отвала W5, кН* Суммарное сопротивление åW, кН *Только для бульдозеров с поворотным отвалом.

По данным табл. 1 строят графики зависимости суммарного сопротивления от толщины снимаемой стружки для трех видов грунта. На основании графика по тяговому усилию базовой машины выбирают оптимальный режим работы. В конце отчета по работе формулируют выводы по результатам расчета. 6

Ответ на второй вопрос Ответ дается на основании самостоятельного изучения конструкции машины, ее кинематической или гидравлической схемы по рекомендованным учебникам или руководствам. Номер вопроса берут из прил. 2. Например, если зачетная книжка имеет две последние цифры условного шифра 26, то номер вопроса по прил. 2 будет 2.2–5. Первая цифра 2 – обозначает номер раздела «Одноковшовые экскаваторы», вторая цифра 2 – номер темы «Устройство и действие передаточных механизмов», третья цифра 5 – номер вопроса для самопроверки. Начертите принципиальную схему зависимого напорного механизма. Принципиальные конструктивные, кинематические, гидравлические схемы вычерчивают в полном соответствии с ЕСКД: 1. Основные положения – ГОСТ 2.101–68 … 2.109–73. 2. Обозначения условные графические в схемах – ГОСТ 2.770–68, 2.780–96, 2.782–96, 2.784–96. 3. Правила выполнения схем – ГОСТ 2.701–84, 2.702–75, 2.703–68, 2.705–70. Под рисунком дают расшифровку цифровых обозначений, приведенных на рисунке или схеме, и краткое описание принципа работы машины, механизма привода или системы управления. Ответ на третий вопрос Для ответа на этот вопрос следует самостоятельно изучить курс «Машины для земляных работ» по учебникам, рекомендованным в настоящем учебном пособии. Номер вопроса принимают по прил. 3. Например, зачетная книжка имеет две последние цифры 00. Тогда вопрос 2.4–3, согласно предыдущей рекомендации, будет следующим: «Выведите формулу для определения мощности привода механизма подъема прямой лопаты». При необходимости в ответе приводят расчетную схему или схему рабочего органа с указанием основных параметров. Дают вывод основных зависимостей с расшифровкой буквенных обозначений или приводят основные эмпирические зависимости. Контрольные работы оформляют в виде сброшюрованной пояснительной записки, выполненной в соответствии с требованиями ЕСКД ГОСТ 2.104–68, с необходимыми схемами, расчетами и обоснованием принятых решений. 7

1.3. Вопросы для самостоятельного изучения дисциплины и выполнения контрольных работ Введение В этом разделе необходимо рассмотреть следующие основные вопросы: 1. Общие сведения о дисциплине «Машины для земляных работ», ее задачах и целях в подготовке инженеров специальности 190205. 2. Значение механизации земляных работ. 3. Краткий очерк развития землеройных машин. Краткая классификация машин. 4. Основные направления развития землеройных машин. 5. Требования, предъявляемые к землеройным машинам. При изучении требований к машинам следует обратить внимание на их транспортабельность, мобильность, проходимость, надежность, универсальность, простоту управления, техническое обслуживание и ремонт в эксплуатационных условиях. Вопросы для самопроверки: 1. Пути совершенствования и перспективы развития машин для земляных работ. 2. Требования, предъявляемые к машинам для земляных работ. Контрольные вопросы 1. Общие сведения о машинах При изучении материала раздела необходимо уяснить значение механизации земляных работ; сведения о земляных работах и сооружениях; состав и особенности процесса выполнения земляных работ; классификацию машин по принципу действия, назначению, приводу и ходовому оборудованию; распределение общего объема земляных работ между машинами разных типов. 1.1. Грунты как объект воздействия в процессе разработки В этой теме изучают классификацию грунтов по происхождению, состоянию, механической прочности и сопротивлению резанию, а так8

же их физико-механические свойства (гранулометрический состав, пористость, влажность, плотность, связность, сопротивление сдвигу и внешнему трению, абразивность, липкость, разрыхляемость, несущую способность). Изучаются особенности свойств мерзлых грунтов, влияние физико-механических свойств грунтов на работу машин, грунты как объект и материал в мероприятиях по охране природы. Вопросы для самопроверки: 1. Классификация грунтов. 2. Основные физико-механические свойства грунтов. 3. Особенности свойств мерзлых грунтов. 4. Влияние физико-механических свойств грунтов на работу машин. 1.2. Рабочие органы машин и их взаимодействие с грунтом В этой теме рассматривают способы разработки грунтов, типы рабочих органов землеройных машин и их взаимодействие с грунтом. Особое внимание необходимо обратить на требования к рабочим органам (технологическое соответствие, минимальная энергоемкость рабочего процесса, прочность и надежность); уяснить зависимость конструкции рабочего органа от внешних условий, влияющих на рабочий процесс, а также понятия «сопротивление резанию» и «сопротивление копанию»; изучить основные закономерности и особенности этих процессов, способы активизации разработки грунтов, рациональную конструкцию режущей части рабочих органов землеройных машин, расчет сил копания и резания. В заключение следует оценить экономическую эффективность – важнейший критерий рациональности рабочего органа землеройной машины. Вопросы для самопроверки: 1. Способы разработки грунтов. 2. Типы рабочих органов. 3. Сущность понятия «резание грунта». 4. Сущность понятия «копание грунта». 5. Требования к рабочим органам. 9

6. Расчет сил копания и резания грунта. 7. Рациональная конструкция режущей части рабочих органов. 8. Оценка экономической эффективности рационального рабочего органа землеройной машины. 1.3. Особенности приводов машин для земляных работ Тема предусматривает изучение видов привода и систем управления машин для земляных работ. Необходимо усвоить требования к приводам и системам управления машин для земляных работ; изучить режимы работы машин, особенности использования основных видов привода (теплового, электрического и гидравлического) и систем управления (механической, гидравлической и пневматической), механические характеристики приводов; основные виды трансмиссий, применяемых в этих машинах. Вопросы для самопроверки: 1. Виды приводов, применяемых в машинах для земляных работ. 2. Режимы машин для земляных работ. 3. Характеристика теплового привода и особенности его использования. 4. Характеристика гидравлического привода и особенности его использования. 5. Характеристика электрического привода и особенности его использования. 6. Виды трансмиссий, применяемых в машинах для земляных работ. 7. Начертите схему пневматической системы управления и назовите область ее применения. 8. Начертите схему гидравлической системы управления и назовите область ее применения. 9. Начертите схему механической системы управления и назовите область ее применения. 10. Опишите приборы и устройства, обеспечивающие безопасную работу машин для земляных работ. 1.4. Ходовое оборудование

отличительные особенности и сравнительную характеристику основных типов. При изучении различных типов ходового оборудования следует обратить внимание на область их преимущественного использования, принципиальное устройство и различия, понять суть особенностей взаимодействия ходового оборудования с грунтом; изучить колесные схемы пневмоколесного хода и их влияние на тяговые качества машин, системы опирания гусеничных машин, статически определимые и неопределимые; уяснить суть тягового расчета и выбора силовой установки для привода хода. Вопросы для самопроверки: 1. Классификация ходового оборудования. 2. Область применения гусеничного ходового оборудования. 3. Область использования пневмоколесного ходового оборудования. 4. Начертите принципиальные схемы гусеничного ходового оборудования. 5. Типы машин, их основные параметры и принцип выбора. 6. Системы опирания гусеничного ходового оборудования, статически определимые и неопределимые. 7. Сделайте вывод тягового расчета для гусеничного или пневмоколесного ходов. 2. Одноковшовые экскаваторы При рассмотрении этого раздела необходимо изучить классификацию машин, обратить внимание на особенности рабочего процесса экскаваторов, их использование в строительстве, уяснить конструкцию этих машин и методику расчета основных механизмов и рабочего оборудования. Особое внимание следует обратить на гидравлические экскаваторы, а также на различные виды сменного рабочего оборудования. 2.1. Конструктивные схемы, процессы работ и условия применения экскаваторов

В этой теме изучают назначение и классификацию ходового оборудования для земляных работ, основные требования к нему,

Целью темы является изучение видов, конструкций и области применения рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов (прямая и обратная лопата, драглайн, грейфер и кран), принципиальной конструк-

10

11

ции экскаваторов с одномоторным приводом и гидравлических экскаваторов. При рассмотрении рабочего цикла следует уяснить характерные траектории резания для различных видов рабочего оборудования, зависимость скорости и углов резания от траектории ковша. Вопросы для самопроверки: 1. Основные и дополнительные виды рабочего оборудования. 2. Начертите принципиальные конструктивные схемы одноковшового экскаватора с канатным приводом и гидроприводом, опишите его устройство. 3. Начертите принципиальное устройство основных видов рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов с одномоторным приводом. 4. Начертите принципиальное устройство основных видов рабочего оборудования гидравлических экскаваторов. 5. Начертите схемы запасовки канатов рабочего оборудования (прямая и обратная лопата, драглайн, грейфер и кран). 2.2. Устройство и действие передаточных механизмов Рассматривая эту тему, необходимо уяснить требования к передаточным механизмам, кинематическим и гидравлическим схемам одноковшовых экскаваторов; изучить устройство и принцип работы механизмов подъема ковша и напора, стрелоподъемных механизмов, механизмов поворота, реверса и хода, основных агрегатов и элементов гидропривода, используемых на одноковшовых экскаваторах.

2.3. Основные элементы конструкции рабочего оборудования экскаваторов Целью темы является изучение конструкции элементов рабочего оборудования (стрелы, рукояти, ковша одноковшовых экскаваторов с канатно-блочным и гидравлическим приводом), их основного назначения, разновидностей, особенностей конструкции, а также конструкций поворотных платформ, опорно-поворотных устройств, двуногих и передних стоек. Вопросы для самопроверки: 1. Начертите конструктивную схему стрелы прямой лопаты экскаватора и укажите разновидности стрел. 2. Начертите конструктивную схему стрелы обратной лопаты экскаватора и перечислите разновидности стрел. 3. Начертите конструктивную схему рукоятей прямой и обратной лопат и назовите их разновидности. 4. Начертите конструктивную схему стрелы драглайна. 5. Начертите конструктивную схему ковша экскаватора и опишите разновидности ковшей. 6. Начертите принципиальные схемы опорно-поворотных устройств. 2.4. Общий расчет

Вопросы для самопроверки: 1. Принцип устройства и действия кинематической схемы одноковшового экскаватора с одномоторным приводом. 2. Принцип устройства и действия кинематической схемы одноковшового экскаватора с многомоторным приводом. 3. Принцип устройства и действия гидравлической схемы одноковшового экскаватора. 4. Начертите принципиальную схему независимого напорного механизма. 5. Начертите принципиальную схему зависимого напорного механизма.

Рассматривая эту тему, необходимо уяснить методики определения основных параметров одноковшовых экскаваторов и расчета рабочей нагрузки (касательной и нормальной составляющих сопротивления копанию); методики определения подъемного и напорного усилий для рабочего оборудования прямая лопата, тягового и подъемного усилий рабочего оборудования обратная лопата и драглайн; расчета гидравлических экскаваторов, поворотного механизма для различных видов рабочего оборудования, ходового механизма и определения мощности привода главных механизмов экскаватора. В этом разделе должны быть изучены основные положения статического расчета экскаваторов: уравновешивание поворотной платформы, проверка устойчивости экскаваторов при различных видах рабочего оборудования, расчет и выбор типа опорно-поворотного устройства. В заключение

12

13

следует разобрать методики определения нагрузок на элементы рабочего оборудования и характерные металлоконструкции экскаваторов. Вопросы для самопроверки: 1. Приведите основные зависимости для определения главных параметров одноковшовых экскаваторов. 2. Выведите формулы для определения касательной и нормальной составляющих сопротивления грунта копанию для ковшей различной конструкции. 3. Выведите формулу для определения мощности привода механизма подъема прямой лопаты. 4. Выведите формулу для определения мощности привода напорного усилия прямой лопаты. 5. Выведите формулу для определения мощности привода механизма подъема обратной лопаты. 6. Выведите формулу для определения мощности привода тягового механизма драглайна. 7. Выведите зависимость для определения касательной составляющей сопротивления грунта копанию для гидравлического экскаватора. 8. Выведите формулу для определения мощности поворота одноковшового экскаватора. 9. Выведите зависимость для определения усилия на штоке цилиндра поворота рукояти с ковшом гидравлического экскаватора. 10. Выполните проверку устойчивости экскаватора для различных видов рабочего оборудования. 11. Выберите массу противовеса экскаватора. 12. Рассчитайте и выберите опорно-поворотное устройство экскаватора. 13. Определите нагрузки: а) на ковш; б) на рукоять; в) на стрелу прямой лопаты.

3.1. Многоковшовые цепные траншеекопатели В этой теме рассматривают назначение, классификацию и требования к цепным траншейным экскаваторам, их конструкцию и кинематические схемы механизмов. При изучении расчетной части следует уяснить расчет производительности, состав и последовательность общего расчета (определение рабочих скоростей, основных размеров и массы машины, мощности привода машины, а также особенности статического расчета). Вопросы для самопроверки: 1. Начертите принципиальную конструктивную схему и опишите устройство цепного траншейного экскаватора. 2. Выведите формулу для определения мощности привода экскаватора. 3. Выведите формулу для определения производительности экскаватора. 4. Выведите формулу для определения рабочих скоростей рабочего органа и самой машины. 5. Приведите зависимость для определения общих размеров и массы машины. 3.2. Многоковшовые роторные траншеекопатели Целью темы является изучение назначения, классификации, конструкции и кинематических схем многоковшовых траншейных роторных экскаваторов. Кроме того, необходимо уяснить методики определения производительности и мощности привода основных механизмов экскаватора, а также общего расчета и особенности статического расчета.

При рассмотрении этого раздела необходимо изучить классификацию, особенности рабочего процесса и область применения многоковшовых экскаваторов в строительстве; разработать методики определения основных параметров различных типов многоковшовых экскаваторов.

Вопросы для самопроверки: 1. Начертите принципиальную конструктивную схему и опишите устройство роторного траншейного экскаватора. 2. Выведите формулу для определения производительности экскаватора. 3. Выведите формулу для определения мощности привода экскаватора. 4. Выведите формулу для определения скоростей рабочего органа и самой машины.

14

15

3. Многоковшовые экскаваторы

3.3. Роторные экскаваторы Рассматривая эту тему, необходимо изучить назначение, классификацию, конструкцию, кинематические и гидравлические схемы роторных экскаваторов; уяснить технологические особенности и отличие рабочего процесса роторных экскаваторов от рабочего процесса цепных траншейных экскаваторов; разобрать методики расчета производительности, мощности привода и общего расчета (определения рабочих скоростей, основных размеров и массы машины, а также особенности статического расчета). Вопросы для самопроверки: 1. Начертите принципиальную конструктивную схему и опишите устройство роторного экскаватора. 2. Выведите формулу для расчета производительности экскаватора. 3. Выведите формулу для определения мощности привода роторного экскаватора. 4. Приведите формулы для определения скоростей рабочего органа, основных размеров и массы машины. 4. Машины для подготовительных работ При изучении этого раздела следует рассмотреть классификации рыхлителей, корчевателей, каналокопателей, кусторезов и кабелеукладчиков, их конструкции, особенности рабочего процесса и основные расчеты. 4.1. Рыхлители

Вопросы для самопроверки: 1. Классификация рыхлителей и область их применения. 2. Определите основные параметры рыхлителя. 3. Выполните тяговый расчет рыхлителя. 4. Определите силы, действующие на элементы рабочего оборудования рыхлителя. 5. Рассчитайте производительность и выберите оптимальный режим работы рыхлителя. 4.2. Кусторезы и корчеватели При изучении темы следует рассмотреть особенности рабочего процесса, классификацию и конструкцию кусторезов и корчевателей, порядок определения основных нагрузок и сопротивлений, возникающих при работе; научиться определять силы, действующие на элементы рабочего оборудования, выполнять тяговый расчет, расчет основных элементов рабочего оборудования, а также определять производительность и осуществлять выбор оптимальных режимов работы. Вопросы для самопроверки: 1. Классификация кусторезов и корчевателей. 2. Начертите принципиальные схемы рабочих органов кустореза и корчевателя, укажите принципиальное отличие корчевателя от рыхлителя. 3. Определите основные параметры кустореза и корчевателя. 4. Выполните тяговый расчет кустореза и корчевателя. 5. Определите силы, действующие на элементы рабочего оборудования кустореза и корчевателя. 6. Рассчитайте производительность кустореза и корчевателя.

При рассмотрении темы следует изучить особенности рабочего процесса, классификацию и конструкцию рыхлителей, порядок определения основных параметров и сопротивлений, возникающих при работе. Необходимо научиться определять силы, действующие на элементы рабочего оборудования рыхлителя; выполнять тяговый расчет, расчет основных элементов рабочего оборудования для различных расчетных положений; определять производительность и производить выбор оптимальных режимов работы.

Рассматривая эту тему, следует изучить классификацию каналокопателей и кабелеукладчиков, особенности их рабочего процесса и принципиальные конструктивные схемы; уяснить особенности тягового расчета, определения нагрузок на элементы рабочих органов и производительности.

16

17

4.3. Каналокопатели и кабелеукладчики

Вопросы для самопроверки: 1. Классификация каналокопателей и кабелеукладчиков. 2. Начертите принципиальную схему рабочего органа каналокопателя и кабелеукладчика. 3. Особенности тягового расчета каналокопателя и кабелеукладчика. 4. Определите силы, действующие на элементы рабочего оборудования каналокопателя и кабелеукладчика. 5. Приведите расчет производительности каналокопателя и кабелеукладчика. 5. Землеройно-транспортные машины При рассмотрении этого раздела необходимо изучить назначение и классификацию землеройно-транспортных машин, особое внимание следует обратить на особенности рабочего процесса этой группы машин и их использование на различных видах строительства. Следует научиться определять и анализировать режим работы, силы сопротивления, тяговый и мощностной балансы землеройно-транспортных машин, а также строить тяговые, скоростные и динамические характеристики и с их помощью производить выбор и оценку силовых установок, трансмиссий и движителей. 5.1. Бульдозеры В этой теме необходимо изучить классификацию, особенности рабочего процесса и устройство бульдозеров с канатно-блочным и гидравлическим управлением на базе гусеничных и пневмоколесных тягачей; порядок определения сопротивлений, возникающих при работе, выбор основных параметров рабочего оборудования, тяговый расчет; уяснить динамику копания грунта и оценку тяговых качеств бульдозеров, определить нагрузки на элементы рабочего оборудования, принципы проектирования рабочего оборудования и системы управления отвалом. В заключение следует научиться определять производительность и выбирать оптимальные режимы работы бульдозеров.

3. Начертите гидравлическую схему бульдозера. 4. Приведите формулы для определения основных параметров отвала бульдозера. 5. Выполните тяговый расчет бульдозера. 6. Определите нагрузки на элементы рабочего оборудования и системы управления для различных расчетных положений. 7. Рассчитайте производительность бульдозера и выберите оптимальный режим его работы. 5.2. Скреперы В этой теме необходимо изучить классификацию, особенности рабочего процесса и устройство прицепных, полуприцепных и самоходных скреперов с канатно-блочным и гидравлическим управлением; рассмотреть порядок определения основных параметров ковшей скреперов, сопротивлений, возникающих при копании грунта; тяговый расчет, динамику копания грунта скрепером и оценку тяговых качеств скреперов; определить нагрузки на элементы рабочего оборудования и системы управления. В заключение следует научиться определять производительность скрепера и выбирать оптимальный режим его работы. Вопросы для самопроверки: 1. Область применения скреперов и их классификация. 2. Начертите принципиальную конструктивную схему прицепного скрепера с канатно-блочным управлением. 3. Начертите принципиальную конструктивную схему полуприцепного скрепера с гидравлическим управлением. 4. Начертите гидравлическую схему скрепера. 5. Приведите эмпирические формулы для определения основных параметров ковша скрепера. 6. Произведите тяговый расчет скрепера. 7. Определите нагрузки на элементы рабочего оборудования и системы управления прицепного и полуприцепного скреперов. 8. Рассчитайте производительность скрепера и выберите оптимальный режим его работы. 5.3. Автогрейдеры

Вопросы для самопроверки: 1. Область применения бульдозеров и их классификация. 2. Начертите принципиальные конструкторские схемы бульдозеров с гидравлическим и канатно-блочным управлением.

Рассматривая эту тему, необходимо изучить классификацию, особенности рабочего процесса и устройство автогрейдеров с редукторно-

18

19

механическим и гидравлическим управлением; научиться определять основные параметры машины и рабочего оборудования; выполнять тяговый расчет автогрейдеров с механической и гидромеханической трансмиссией, оптимальную развеску по мостам; рассчитывать нагрузки на элементы рабочего оборудования, основной и тяговой рам, а также производить оценку тяговых качеств автогрейдеров, расчет трансмиссии, ведущих мостов, ходового оборудования и элементов рабочего оборудования. Кроме того, необходимо уметь определять производительность автогрейдеров и выбирать оптимальные режимы их работы. Вопросы для самопроверки: 1. Область применения автогрейдеров и их классификация. 2. Начертите принципиальную конструктивную схему автогрейдера с гидравлическим управлением и опишите его устройство. 3. Начертите гидравлическую схему автогрейдера и опишите его устройство. 4. Произведите тяговый расчет автогрейдера. 5. Определите нагрузки, действующие на элементы рабочего оборудования и системы управления. 6. Рассчитайте производительность автогрейдера и выберите оптимальный режим его работы.

3. Произведите тяговый расчет грейдера-элеватора. 4. Определите нагрузки, действующие на элементы рабочего оборудования и системы управления. 5. Рассчитайте производительность грейдера-элеватора и выберите оптимальный режим его работы. 6. Машины и оборудование для уплотнения грунтов и специальных земляных работ В этом разделе необходимо изучить классификацию, особенности рабочего процесса, конструкцию машин для уплотнения, буровых машин, одноковшовых строительных погрузчиков, машин для разработки мерзлых грунтов и особенности расчета основных показателей. 6.1. Машины и оборудование для уплотнения грунтов

При рассмотрении этой темы необходимо изучить классификацию, особенности рабочего процесса и устройство грейдеров-элеваторов с редукторно-механическим и гидравлическим приводом; уяснить порядок определения основных параметров машины и рабочих органов, сопротивлений, возникающих при копании грунта; порядок выполнения тягового расчета, определения нагрузок на элементы рабочего оборудования и машины в целом; научиться определять производительность грейдеров-элеваторов и выбирать оптимальные режимы работы.

Рассматривая эту тему, следует изучить основные положения теории уплотнения грунтов, классификацию, особенности рабочего процесса уплотняющих машин статического, трамбующего и вибрационного действия. При изучении машин статического действия следует установить рациональную область применения кулачковых, решетчатых и пневмоколесных катков; разобрать их конструкцию и рассмотреть методики определения основных параметров, тягового расчета, вычисления производительности и общего расчета катков. Рассматривая трамбующие машины, следует изучить их конструкцию и методику определения основных параметров. При изучении вибрационных машин необходимо рассмотреть существующие конструктивные схемы и уяснить порядок основных расчетов машин. В заключение следует обратить внимание на перспективы развития уплотняющих машин, методику технико-экономического выбора и анализа машин для уплотнения грунтов различных типов и объемов.

Вопросы для самопроверки: 1. Область применения грейдеров-элеваторов и их классификация. 2. Начертите принципиальную конструктивную схему грейдераэлеватора и опишите его устройство.

Вопросы для самопроверки: 1. Назовите области применения машин для уплотнения грунтов статического, трамбующего и вибрационного действия. 2. Объясните физическую сущность понятий «степень уплотнения», «оптимальная влажность грунта», «обратимые и необратимые реакции

20

21

5.4. Грейдеры-элеваторы

грунта», «контактные напряжения на поверхности грунта», «предел прочности грунта». 3. Приведите эмпирические зависимости для определения основных параметров кулачковых, решетчатых и пневмоколесных катков. 4. Произведите тяговый расчет катка статического действия. 5. Приведите эмпирические зависимости для определения основных параметров трамбующих и вибрационных машин. 6. Рассчтайте производительность машин статического, трамбующего и вибрационного действия. 6.2. Буровые машины Рассматривая эту тему, необходимо изучить сущность различных способов бурения: ударного, вращательного, ударно-вращательного, термодинамического, гидравлического и электрофизических (ультразвукового, электроимпульсного, высокочастотного); особенности взаимодействия рабочих органов различных буровых машин с грунтом и скальными породами. Кроме того, следует изучить конструкцию различных буровых машин и установок, принцип их работы, порядок определения основных параметров, производительности и общий расчет. Вопросы для самопроверки: 1. Классификация буровых машин и область их применения. 2. Сущность ударного, вращательного, ударно-вращательного, термодинамического, гидравлического и электрофизических способов бурения. 3. Начертите принципиальную схему станка ударно-канатного бурения и опишите его устройство. 4. Начертите принципиальную схему станка вращательного бурения и опишите его устройство. 5. Начертите принципиальную схему установки термодинамического бурения и опишите ее устройство. 6. Выполните расчет мощности станка ударно-канатного и вращательного бурения. 7. Рассчитайте производительность станка ударно-канатного и вращательного бурения.

мы одноковшовых фронтальных и полуповоротных погрузчиков; научиться определять нагрузки, действующие на элементы рабочего оборудования, выполнять тяговый расчет, рассчитывать производительность и выбирать оптимальные режимы работы. Вопросы для самопроверки: 1. Классификация погрузчиков и область их применения. 2. Начертите принципиальную конструктивную схему одноковшового фронтального погрузчика и опишите его устройство. 3. Начертите принципиальную конструктивную схему одноковшового полуповоротного погрузчика и опишите его устройство. 4. Определите нагрузки, действующие на элементы рабочего оборудования погрузчика. 5. Произведите тяговый расчет погрузчика. 6. Рассчитайте производительность погрузчика. 6.4. Машины для разработки мерзлых грунтов Цель темы – изучение классификации машин для разработки мерзлых грунтов, особенностей рабочего процесса, конструктивных схем клин-молотов, баровых и дискофрезерных машин, специальных многоковшовых экскаваторов, навесного рабочего оборудования активного действия и области применения различных машин и рабочих органов. Кроме того, следует уяснить методики определения нагрузок на рабочие органы, расчета производительности машин и определения мощности привода, а также изучить стандарты и технические требования на машины для районов с холодным климатом.

По этой теме следует изучить классификацию, особенности рабочего процесса, конструктивные, кинематические и гидравлические схе-

Вопросы для самопроверки: 1. Классификация машин для разработки мерзлых грунтов. 2. Начертите принципиальную конструктивную схему клин-молота. 3. Начертите принципиальную конструктивную схему баровой машины и опишите ее устройство. 4. Начертите принципиальную конструктивную схему дискофрезерной машины и опишите ее устройство. 5. Начертите принципиальную схему ковша экскаватора активного действия. 6. Определите мощность привода одной из машин для разработки мерзлых грунтов.

22

23

6.3. Одноковшовые погрузчики для грунта

7. Определите производительность любой машины для разработки мерзлых грунтов. 7. Машины и оборудование для гидромеханизации земляных работ Целью темы является изучение гидромеханизации земляных работ, ее эффективности и области рационального применения в строительстве, общих схем гидромониторной и земснарядной разработки грунта. При рассмотрении темы необходимо изучить классификацию машин и оборудования для гидромеханизации, конструкции гидромониторов, землесосов, земснарядов, пульповодов; уяснить методики определения основных показателей машин и оборудования для гидромеханизации, их производительности и мощности привода, а также расчета основных элементов. Вопросы для самопроверки: 1. Классификация машин и оборудования для гидромеханизации земляных работ. 2. Начертите принципиальные конструктивные схемы: а) гидромонитора; б) землесоса; в) земснаряда. 3. Приведите методику определения основных показателей: а) гидромонитора; б) землесоса; в) земснаряда; г) пульповода. 4. Определите производительность и мощность привода: а) гидромонитора; б) землесоса; в) земснаряда. 1.4. Примеры расчетов Бульдозеры и рыхлители

П=

Vгр yn kp

где Vгр – объем призмы грунта впереди отвала, м; y – коэффициент, учитывающий потери грунта, принимается равным 1- 0,005 L (L – дальность перемещения грунта, м); n – число циклов за 1 ч работы; k р – коэффициент разрыхления грунта, т. е. отношение объема рыхлого о грунта к объему того же грунта в плотном теле (1,12 – для песчаных; 1,22 – для суглинистых; 1,3 – для глинистых грунтов). Объем призмы грунта впереди отвала определяют по формуле Vгр =

Н 2В , 2tgl

где B, H – длина и высота отвала соответственно, м; l – угол естественного откоса грунта в движении, град. Число циклов за 1 ч работы n = 3600 / tц ,

где tц = t1 + t 2 + t3 + t 4 – продолжительность цикла, с. t1 = l1 / v1 , где t1 – время резания грунта, с; l1 – длина пути резания (обычно 6...15 м); v1 – скорость движения трактора при резании грунта, м/с. t 2 = l2 / v2 , где t 2 – время перемещения грунта, с; l2 – путь перемещения грунта, м; v2 – скорость движения трактора при перемещении грунта, м/с. оt3 = (l1 + l2 ) / v3 , где t3 – время обратного хода трактора, с; v3 – скорость движения трактора при обратном его ходе, м/с. t4 – дополнительное время, с (в него входят время на переключение скоростей до 5 с, на подъем и опускание отвала до 4 с, на разворот трактора до 10 с, на распределение грунта и др.). Скорость движения трактора (табл. 2) зависит от сопротивлений, возникающих при работе бульдозера.

Техническая производительность бульдозера (м3/ч) при разработке и перемещении грунта 24

,

25

Таблица 2 Основные параметры гусеничных тракторов

Показатель Марка двигателя Мощность двигателя, кВт Тяговый класс Скорость движения, км/ч: вперед

назад Габариты, мм: длина ширина высота Масса трактора, т Марка двигателя Мощность двигателя, кВт Тяговый класс Скорость движения, км/ч: вперед

назад Габариты, мм: длина ширина высота Масса трактора, т

Усилие, которое необходимо преодолеть трактору при работе с бульдозером, W = å Wi = W1 + W2 + W3 + W4 ,

ДТ-75 СМД-14

Т-75 Д-75

Т-4А Ф-01М

Т-100М Д-10

Т-130 Д-160

55

55

100

74

118

грунта по отвалу, Н; W3 – сопротивление волочению призмы грунтаа

3

3

4

10

10

5; 5,58; 6,21; 6,9; 7,67

2,14...10,6

3,42...4,28

1,76...5,86

3,47; 4,03; 4,66; 5,2; 6,35; 7,37; 8,53; 9,52 4,69; 5,47; 6,34; 7,04

впереди отвала, Н; W4 – сопротивление движению бульдозера с трактором, Н. W1 = k0 Вh sin j ,

2,36; 3,78; 3,7; 4,4; 4,51; 6,45; 5,13; 6,1; 7,44; 8,87; 10,15 10,27; 12,2 2,79; 4,46; 3,56; 4,96; 5,34; 7,61 7,14; 9,9

3075 1740 2273 5,26 Д-180

3600 1840 2300 5,9 В-30В

4475 1952 2568 8 ДВ-220

4313 4390 2460 2475 3059 3080 12,1 14 8ДВТ-330 12ДВТ-500

130

220

160

240

370

15

25

15

25

35

где W1 – сопротивление грунта резанию, Н; W2 – сопротивление трению

где k0 – коэффициент удельного сопротивления грунта резанию для бульдозеров; В – длина отвала, м; h – толщина срезаемого слоя, м; j – угол поворота отвала в плане относительно оси трактора, град. W2 = m1Gгр cos 2 a ,

где a – угол резания, град (a = 50...55°); m1 – коэффициент трения грунта по стали. Вес перемещаемого грунта, Н Gгр = Vгр

rg kp ,

где r – плотность грунта, град; g – ускорение свободного падения, м/с2. W3 = Gгр (m 2 ± i ) ,

2,86; 5,06; Рабочая 6,9; 9,46; 2,3...15; Транспорт13,09 ная 3,5...24,5 3,21...8,19 то же 5800 2740 2800 14,35

6236 3160 3180 25

26

0...17,6

0...16,4

0...16,2

где m2 – коэффициент трения грунта по грунту; i – уклон пути. W4 = G ( f ± i) ,

0...14,6

0...13,7

0...13,5

5180 2795 3020 17

5515 2950 3130 25

7870 3150 3385 35

где G – вес бульдозера с трактором, Н; f – коэффициент сопротивления перемещению бульдозера. Машина находится в движении без пробуксовывания при условии, что сцепная сила тяги больше окружного усилия на ободе ведущего колеса (звездочки) и общего сопротивления передвижению: Tсц = Gсц jсц > Pокр > W , 27

где Gсц – сцепной вес, Н; jсц – коэффициент сцепления с поверхностью пути (табл. 3); Рокр – усилие на ободе ведущих колес (звездочек), Н. Сцепной вес определяют как сумму давлений на ведущие колеса или гусеницы. Сцепной вес бульдозера – общий вес бульдозера; сцепной вес машины со всеми ведущими колесами – общий вес машины. Коэффициент сцепления jсц с поверхностью пути Характеристика пути Рельсы: сухие влажные Грунтовая дорога: сухая мокрая Шоссейная мостовая: сухая мокрая Дорога: сухая обледеневшая замерзшая растаявшая

Таблица 3

Железнодорожный ход

Пневмоколесный ход

Гусеничный ход

0,15…0,2 0,1…0,12

– –

– –

– –

– –

0,6 0,3

0,9 0,8

1 0,9

– –

0,6 0,4

0,4 0,3

– –

– – – –

0,6 0,18 0,21 0,15

0,4 0,3 0,4 0,2

0,7 0,6 0,8 0,4

без шпор

со шпорами

Техническая производительность бульдозеров при планировочных работах, м2/ч П=

1000 nbk1¢ sin j , k 2¢

где v – скорость движения бульдозера, км/ч; b – длина отвала, м; j – угол поворота отвала в плане относительно оси трактора, град; k1¢ – коэффициент, учитывающий перекрытие следов (0,8...0,85); k2¢ – число слоев планирования. Производительность рыхлителей по объему грунта, подготавливаемого для транспортирования, м3/ч 28

П = 1000 v hp bp z k1 k 2 /(k3 k 4 ) , где v – скорость движения рыхлителя, км/ч; hр – глубина рыхления, м; bр – ширина полосы рыхления одним зубом, м, равная (2...4) hр , (большие значения соответствуют слоистым материалам с горизонтальным расположением слоев); z – число зубьев; k1 – коэффициент, учитывающий снижение рабочей скорости ( k1 = 0,7...0,8 ); k2 – коэффициент,, учитывающий уменьшение толщины разрыхляемого слоя грунта ( k 2 = 0,6...0,8 , причем меньшие значения соответствуют грунтам, образующим крупный скол, глыбы); k3 – число проходов по одному резу; k4 – число слоев рыхления. Пример 1. Определить производительность бульдозера при разработке грунта. Исходные данные: трактор Т-130, длина отвала В = 3,2 м, высота отвала Н = 1,3 м. Масса трактора с навесным оборудованием m = 17280 кг. Разрабатываемый грунт – плотный суглинок r = 1700 кг/м3. Место работы – горизонтальная площадка. Отвал перпендикулярен оси трактора j = 90°. Решение. Тяговое усилие, развиваемое трактором при N дв = 118 кВт (160 л. с.), hм = 0,8 (механический КПД трансмиссии) и скорости движения v = 3,7 км/ч = 1,03 м/с, N дв hм 118 × 0,8 = = 91,6 кН . n 1,03 Сила тяги по сцеплению T сц = Gсцjсц . При движении бульдозера по плотному грунту коэффициент сцепления движителей с грунтом jсц = 0,8 . TN =

Tсц = Gсц jсц = 17280 × 9,81 × 0,8 = 135,6 кН .

Условие движения без буксования T сц > TN > W . Объем призмы и вес грунта впереди отвала (данные по грунтам приведены в прил. 13) Н 2 В 1,32 × 3,2 Vгр = = = 3,86 м3 , 2tgl 2 × tg35° Gгр = Vгр

rg 1800 × 9,81 = 3,86 × = 49,5 кН . kp 1,3 29

Сопротивление от трения грунта по отвалу

Продолжительность элементов цикла ti = li / vi ,

W2 = m1Gгр cos 2 a = 0,4 × 49,5 × cos 2 55° = 6,5 кН .

Сопротивление волочению призмы грунта впереди отвала на горизонтальной площадке

где li – длина участка, м; vi – скорость движения машины, м/с. Продолжительность набора грунта t1 =

W3 = Gгр (m 2 ± i ) = 49,5 × (0,6 + 0) = 29,7 кН. Сопротивление движению бульдозера W4 = G ( f ± i ) = 17280 × 9,81 × (0,12 ± 0) = 20300 Н = 20,3 кН.

Свободная сила тяги (запас тягового усилия) по сцепному весу Т1 = Т сц - (W2 + W3 + W4 ) = 135,6 - (6,5 + 29,7 + 20,3) = 79 кН ;

по мощности Т 2 = Т N - (W2 + W3 + W4 ) = 91,6 - (6,5 + 29,7 + 20,3) = 20 кН .

Для дальнейших расчетов следует принимать меньшие значения (20 кH). Расчетная глубина резания (толщина стружки грунта) из формулы для W1 (разрабатываемый грунт – глина, k0 = 180 кПа ) в конце набора грунта hmin = T2 /( Bk0 sin j) = 20 /(3,2 × 180 × sin 90°) = 0,03 м. В начале копания, когда все тяговое усилие расходуется только на резание грунта и перемещение бульдозера, отвал бульдозера может быть опущен на глубину hmax = T1 /( Bk0 sin j) = 79 /(3,2 × 180 × sin 90°) = 0,14 м. Средняя толщина срезаемого слоя hср

0,03 + 0,14 » 0,085 м. 2

Длина участка набора грунта l1 =

Vгр hср В

=

3,86 = 14 м. 0,085 × 3,2

Выбираем скорости движения на участках набора грунта v1 = 3,7 км/ч, транспортирования v2 = 4,4 км/ч, движения задним ходом v3 = 4,96 км/ч . 30

рования грунта t 2 =

3,6 × 14 = 13,6 с , транспорти3,7

3,6 × 40 м = 32,8 c, движения задним ходом 4,4

3,6 × 52,7 = 38,2 c, дополнительное время на переключение скорос4,96 тей, разгрузку и распределение грунта t 4 = 30 c. t3 =

Продолжительность цикла tц = å ti = 13,6 + 38,2 + 30 = 81,8 с.

Число циклов за один час работы n =

3600 3600 = = 44 . 81,8 tц

Коэффициент, учитывающий потери грунта, y = 1 - 0,005L = 1 - 0,005 × 40 = 0,8. Техническая производительность бульдозера П=

Vгр yn kp

=

3,86 × 0,8 × 44 = 104,5 м 3 /ч. 1,3

Пример 2. Определить сменную производительность бульдозерарыхлителя на рыхлении и перемещении грунта. Разрабатываемый грунт – глинистые сланцы. Базовая машина – трактор Т-100М. Число проходов по одному резу k3 = 1 . Глубина рыхления hp = 330 мм . Толщина разрабатываемого слоя h = 1м . Количество зубьев z = 3. Дальность транспортирования грунта бульдозером L = 20 м. Длина пути набора грунтаа бульдозером l1 = 12 м . Размеры отвала В = 3,97 м, Н = 1 м. Решение. Скорость трактора v = 2,36 км/ч. Ширина полосы рыхления bр » (2...4)hр , для сланцев bр = 4 × 0,3 = 1,2 м. Количество слоев ев рыхления k 4 = h / hp = 1 / 0,33 » 3. 31

Техническая производительность рыхления 1000 × 2,36 × 0,3 × 1,2 × 3 × 0,8 × 0,6 = 38,6 м 3 /ч. 1× 3 Эксплуатационная производительность рыхления при коэффициенте использования машины в течение смены kв = 0,8 П р = 1000nhрbp zk1k 2 /(k3k 4 ) =

П эр = П р kв = 38,6 × 0,8 = 30,9 м3/с. Время набора грунта бульдозером при скорости n1 = 2,36 км/ч = = 0,66 м/с 12 = 18,2 с. 0,66

t1 = l1 / n1 =

Время перемещения грунта на второй скорости трактора 20 × 3,6 = 19 с. 3,78

t 2 = L / v2 =

Время возвращения бульдозера задним ходом t3 = 3,6(l1 + L) / v3 =

3,6(12 + 20) = 33,7 с. 3,42

Дополнительные затраты времени t 4 = 30 с . Продолжительность цикла tц = 18,2 + 19 + 33,7 + 30 = 100,9 с. Число циклов за один час работы n=

3600 3600 = = 35,7. tц 100,9

Коэффициент, учитывающий потери грунта при транспортировании, y = 1 - 0,005L = 1 - 0,005 × 20 = 0,9. Производительность бульдозера kв 12 × 3,97 0,8 П эб = Vгр yn = × 0,98 × 35,7 × = 56 м 3/ч . kр 2 × tg35° 1,3 32

Время, необходимое для рыхления данного объема грунта рыхлителем, t р = П эб / П эр = 56 / 30,9 = 1,8 ч. За смену бульдозер-рыхлитель выполнит следующий объем работ: П см = 56 × 8,2 /(1,8 + 1) = 164 м 3 /с.

Скреперы Скреперы – самоходные или прицепляемые к гусеничным тракторам (колесным тягачам) землеройно-транспортные машины, предназначенные для послойной срезки, транспортирования и выгрузки грунта. Они могут выполнять весь комплекс земляных работ: резание грунта, перемещение его к месту укладки, разравнивание и частичное уплотнение. Рабочий орган скрепера – ковш на пневматических колесах, снабженный механизмами опускания, подъема и разгрузки, приводимыми в действие гидроприводом. На передней кромке днища ковша на всю его ширину помещен нож для срезания слоя грунта. Рабочий процесс – резание и набор грунта, транспортирование к месту укладки, выгрузка и возвращение к месту набора – представляет собой ряд последовательно повторяющихся операций. Ковш опускается на грунт, врезается в него под действием силы трактора (тягача) или собственного двигателя и снимает слой грунта. Наполненный ковш поднимается на ходу в транспортное положение и перемещается к месту выгрузки, которая также осуществляется на ходу путем выталкивания грунта подвижной задней стенкой ковша, а в некоторых моделях – опрокидыванием ковша. Техническую производительность скреперов (м3/ч) определяют по формуле П = nqkн

1 , kр

где n – число циклов за 1 ч работы; q – геометрическая вместимость ковша скрепера, м3; kн – коэффициент наполнения ковша грунтом м k (0,8 ...1,2); р – коэффициент разрыхления грунта (1,1...1,3). Количество циклов n = 3600 / tц , 33

где tц – продолжительность цикла, с.

W2 = y (m 2 ± i ) BH 2rg / k p ;

tц = t1 + t 2 + t3 + t 4 + t5 ,

W3 = BHhrg / k p ;

где t1 , t 2 , t3 , t 4 – соответственно время набора грунта, груженого хода,

W4 = xBH 2rg / k p ;

загрузки, холостого хода, с; t5 – продолжительность поворота, переключения передач скоростей и другие затраты времени, с. Продолжительность каждого элемента цикла, с ti = li / vi , где li – длина соответствующего участка, м; vi – скорость движения скрепера на этом участке, м/с. Длина участка набора грунта, м l1 = qkн /(k р Вh), где В – ширина срезаемой полосы, м; h – толщина срезаемого слоя грунта (0,04...0,2), м. Скрепер набирает грунт на участках длиной 12...30 м. Разгружаются скреперы на участках длиной 5...15 м. Скорость движения скрепера зависит от сопротивления грунтов и мощности трактора. Наибольшее усилие, требуемое для перемещения скрепера, возникает во время набора грунта. Это усилие определяют по формуле W = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 ,

W5 = (Gс + Gгр )( f ± i ), где k0 – удельное сопротивление грунта резанию (принимать значения k0 больше 0,1...0,12 МПа не рекомендуется, более плотные грунты следует предварительно рыхлить); H – высота ковша, м (табл. 4); y – отношение высоты призмы волочения к высоте грунта в ковше (0,5...0,7, большие значения для – сыпучих грунтов); x – коэффициент,, учитывающий влияние вида грунта (0,24...0,31 – глина; 0,37...0,44 – суглинок; 0,46...0,5 – песок); r – плотность грунта, кг/м3; g – ускорение свободного падения, м/с2; m2 – коэффициент трения грунта по грунту (прил. 13); Gc – вес скрепера, H; Gгр – вес грунта в ковше, H; f – удельноее сопротивление колес скрепера качению (0,15...0,2 – для плотных грунтов, 0,25...0,3 – для сыпучих песков); i – уклон местности. Таблица 4 Зависимость высоты грунта в ковше скрепера от объема ковша Объем ковша, м3 Высота ковша, м

3 1...1,13

6 1,25...1,5

10 1,8...2

15 2,4

Вес грунта в ковше Gгр = qkнrg / k p .

где W1 – сопротивление грунта резанию, H; W2 – сопротивление движению призмы волочения впереди скрепера, H; W3 – сопротивление

Пример 3. Определить производительность прицепного скрепера с

от веса срезаемого слоя, движущегося в ковше, H; W4 – сопротивление

тягачом – трактором Т-130. Геометрический объем ковша q = 7 м 3 ,

от внутреннего трения грунта в ковше, H; W5 – сопротивление движению скрепера, H.

вместимость ковша с «шапкой» V = 9 м 3 . Дальность транспортирования L = 400 м . Ширина ковша B = 2,65 м , грунт разрабатывается под уклон

Сопротивления определяются по формулам: W1 = ВНk0 ;

3 i = 0,03 . Разрабатываемый грунт – легкий суглинок, r = 1400 кг/м , k0 = 0,06 МПа . Масса скрепера mс = 7000 кг . Масса трактора

mт = 14000 кг . 34

35

Решение. Сила тяги по сцеплению при движении по грунту Т сц = Gсц f сц = mт g f сц = 14000 × 9,81 × 0,8 = 110 кН.

Сопротивление грунта резанию при толщине срезаемого слоя 0,1 м W1 = 2,65 × 0,1 × 0,06 × 106 = 15800 Н = 15,8 кН . Сопротивление движению призмы волочения W2 = 0,5(0,65 - 0,03) × 2,65 × 1,4 2 × 1400 × 9,81 / 1,2 = 18,4 кН. Сопротивление передвижению слоя грунта в ковше W3 = 2,65 × 1,4 × 0,1 × 1400 × 9,81 / 1,2 = 4,3 кН. Сопротивление от внутреннего трения грунта в ковше 2

W4 = 2,65 × 1,4 × 0,38 × 1400 × 9,81 / 1,2 = 22,7 кН. Вес скрепера Gc = mс g = 7000 × 9,81 = 69000 Н = 69 кН . Вес грунта в ковше скрепера

Уточнение скоростей движения скрепера на отдельных участках, км/ч: набор грунта v1 = 3,7; груженый ход v2 = 7,44 ; разгрузка ковша v3 = 4,4 ; холостой ход v4 = 8,87 . В начале набора грунта толщина срезаемого слоя может достигать 300 мм, что позволяет принять среднее значение толщины срезаемого слоя h = 200 мм. Толщина слоя грунта при разгрузке hp = 0,25 м. Длина участка набора грунта l1 =

qkн 7 × 1,28 = = 15 м. k p Bh 1,2 × 2,56 × 0,2

Длина участка разгрузки ковша l2 =

qkн 7 × 1,28 = = 14,4 м. Bhp 2,56 × 0,25

Время набора грунта t1 =

Gгр = 9 × 1400 × 9,81 / 1,2 = 85,8 кН. Сопротивление движению скрепера

Время груженого хода

W5 = (69 + 85,8)(0,1 - 0,03) = 10,6 кН.

t2 =

Суммарное сопротивление при наборе грунта W = å Wi = 15,8 + 18,4 + 4,3 + 22,7 + 10,6 = 71,8 кН.

N дв hм 118 × 0,82 = = 91,2 кН. v 1,05

Условие движения без буксования тягача Tсц = 110 кН > TN = 91,2 кН > W = 71,8 кН.

При невыполнении требований условия движения необходимо изменить толщину срезаемого слоя грунта и скорость движения или применять толкач при наборе грунта. 36

400 × 3,6 = 193 с. 7,44

Время разгрузки ковша

Тяговое усилие трактора при скорости v = 3,7 км/ч = 1,05 м/с TN =

15 × 3,6 = 15 с. 3,7

t3 =

14,4 × 3,6 = 12 c. 4,4

Время холостого хода t3 =

(15 + 400 + 12) × 3,6 = 174 с. 8,87

Дополнительное время, затрачиваемое на развороты и переключение скоростей, t5 = 60 с . Продолжительность цикла tц = å ti = 15 + 193 + 12 + 174 + 60 = 454 c. 37

Число циклов за 1 ч работы n=

3600 3600 = = 8. tц 454

Производительность скрепера П = qnkн

1 1 = 7 × 8 × 1,28 = 60 м 3 /ч . kр 1,2

Одноковшовые экскаваторы Производительность экскаватора зависит от конструктивных качеств машины, уровня организации производства земляных работ, состояния и качества грунта и забоя, квалификации машиниста, качества системы управления экскаватора и др. Техническая производительность экскаватора – это максимально возможная производительность при непрерывной работе в определенных условиях, которые учитываются коэффициентами наполнения ковша ( kн ), влияния разрыхления грунта ( k р ) и влияния продолжительноссти цикла ( tц ). Техническую производительность (м3/ч) одноковшового экскаватора определяют по формуле П т = q n kн

Ориентировочные значения продолжительности цикла одноковшового экскаватора показаны в табл. 5. Таблица 5 Ориентировочная продолжительность цикла работы одноковшового экскаватора, с

Вместимость ковша экскаватора, м3 0,15 0,3 0,65 1 1,25 2 2,5

В отвал Прямая Драглайн лопата 13,6...15 17...18 11...15 15...18 12...15 14...21 20...22 23...25 14...20 17...27 22...24 25...27 22...23 32...34

Примеры некоторых расчетов одноковшового экскаватора приведены в разделе по курсовому проектированию.

1 , kр

где n = 3600 / tц – число циклов за 1 ч работы; tц – продолжительность цикла по хронометражным наблюдениям, с; kн – коэффициент наполнения ковша грунтом (0,6...1,2); k р – коэффициент разрыхления грунтаа (1,1...1,3). Эксплуатационную производительность (м3/ч) того же экскаватора вычисляют по формуле П э = П т kв , где kв – коэффициент использования машины по времени (0,8...0,85). 38

В транспорт Прямая Драглайн лопата 14...16 18...20 11,5...16 17...21 12,5...18 26...25 21...23 24...26 15...21 18...28 24...26 27...29 23...25 34...36

39

2. КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ 2.1. Цели и задачи Курсовой проект – самостоятельная работа, которая предусматривает систематизацию, закрепление и углубление знаний по конкретной дисциплине. В процессе выполнения курсового проекта необходимо выбрать наиболее рациональное решение поставленной задачи и показать умение пользоваться учебными пособиями, справочниками, периодической литературой, а также материалами проектных организаций и производств. Принимаемые решения должны быть прогрессивными и, как правило, приводить к повышению производительности труда. Курсовое проектирование – завершающий этап подготовки специалиста по данной дисциплине. Выполнение курсового проекта является важным подготовительным этапом к дипломному проектированию. Дипломный проект может стать продолжением курсового проекта. Важной особенностью курсового проектирования является его практическая значимость: возможность использования полученных результатов в условиях реального производства. В частности, целесообразно осуществлять модернизацию машин и оборудования, находящихся в эксплуатации.

Задание выдается на вводном занятии, на котором преподаватель говорит о задачах курсового проекта по данной дисциплине, его значении для подготовки специалиста и выполнения дипломного проекта, об объеме и содержании проекта, а также о методике его выполнения. Курсовой проект включает графический материал и расчетно-пояснительную записку. Работа над графическим материалом и составление расчетно-пояснительной записки должны вестись параллельно, так как выбор решений, отражаемых на чертежах, необходимо проверять и уточнять расчетами. 2.3. Оформление курсового проекта и требования по стандартизации, унификации и нормализации

Учебным планом для выполнения курсового проекта по конкретной дисциплине предусмотрен определенный период времени. Руководитель проекта, который является ведущим преподавателем по данной дисциплине, выдает каждому студенту индивидуальное задание на курсовой проект, проводит вводное занятие, а также групповые и индивидуальные консультации. Затем осуществляются индивидуальный прием и защита курсового проекта. К заданию предъявляются следующие требования: конкретность вопросов, подлежащих разработке; полнота исходных данных, необходимых для выполнения курсового проекта; прогрессивность вопросов, разрабатываемых в курсовом проекте, и их соответствие современному уровню развития науки и техники.

При выполнении курсового проекта (графической части и расчетно-пояснительной записки) необходимо строго придерживаться требований Государственных стандартов. Графическая часть проекта выполняется на 2,5…3 листах чертежей формата А1 на компьютере в полном соответствии с требованиями «Единой системы конструкторской документации». Каждый формат чертежа должен иметь рамку с полями с левой стороны – 20 мм, справа, снизу и сверху – по 5 мм. В правом нижнем углу каждого формата от линии рамки помещают основную надпись (угловой штамп). Чертежи, размеры, обозначения и надписи на них выполняют в соответствии с требованиями ЕСКД (ГОСТ 2.109–73). Схемы выполняют согласно требованиям ГОСТ 2.701–84, ГОСТ 2.702–75, ГОСТ 2.703–68, ГОСТ 2.704–76, ГОСТ 2.705–70, ГОСТ 2.721–74, ГОСТ 2.770–68, ГОСТ 2.780–96, ГОСТ 2.782–96, ГОСТ 2.784–96, ГОСТ 2.785–70. Штампы вычерчивают по ГОСТ 2.104–68. Масштабы чертежей принимают в соответствии с ГОСТ 2.302–68, толщину линий – по ГОСТ 2.303–68, шрифты подписей – по ГОСТ 2.304–81, а сами подписи – по ГОСТ 2.316–68. Изображения выполняются в соответствии с ГОСТ 2.305–68 и ГОСТ 2.306–68, аксонометрические проекции – по ГОСТ 2.317–69. Размеры и отклонения от них обозначают по системе ИСО в соответствии с СТ СЭВ 144–75, СТ СЭВ 145–75. Обозначения отклонений размеров числами допустимы только в черновых проработках. Отклоне-

40

41

2.2. Организация работы при выполнении курсового проекта

ния от формы, шероховатости поверхностей и покрытия обозначают по ГОСТ 2.308–79, ГОСТ 2.310–68 (СТ СЭВ 367–86), резьбы – по ГОСТ 2.311–68 (СТ СЭВ 284–76), швы сварных соединений – по ГОСТ 2.312–72. Спецификацию выполняют на отдельных листах формата А4 в соответствии с ГОСТ 2.108–68. Она является последним приложением к расчетно-пояснительной записке. Содержание графического материала курсовых проектов по разным дисциплинам различно и приводится в соответствующих главах настоящего пособия. Пояснительную записку оформляют на одной стороне листов белой бумаги формата А4 (297´210 мм) в соответствии с ГОСТ 2.104–68 и ГОСТ 2.105–95. На каждом листе выполняют рамку с полями: слева – 20 мм, с остальных сторон – 5 мм. Объем записки составляет 20…25 страниц. В соответствующих местах текста делают ссылки на чертежи и отдельные позиции на них. На каждом листе, кроме титульного, вычерчивают штамп в соответствии с ГОСТ 2.104–68: на первом листе – высотой 40 мм, на остальных – 15 мм. Записка может быть выполнена на компьютере (шрифт Times New Roman 14). Изложение должно быть ясным, конкретным, с соблюдением правил орфографии и пунктуации. Все расчеты выполняют в системе СИ. Общепринятые сокращения допускается не расшифровывать. Сокращения, применяемые студентами, должны быть расшифрованы, когда впервые встречаются в тексте. Следует использовать общепринятую техническую терминологию, нельзя примененять разные термины для обозначения одного и того же понятия. Рисунки или фотографии должны быть пронумерованы (если их несколько) и иметь подписи. Таблицы также должны иметь нумерацию (если их несколько) и названия. Формулы, приводимые в тексте, нумеруют, чтобы облегчить ссылки на них. При использовании литературных, технических и патентных источников, а также формул необходимо давать ссылку в квадратных скобках на соответствующие источники. Список использованной литературы по ГОСТ 7.1–2003 может быть дан в алфавитном порядке или в соответствии с последовательностью ссылок, но более удобен и принят в технической литературе алфавитный порядок. Список литературы оформляют так же, как список литературы данных методических указаний.

Записка должна быть сброшюрована, сшита и вставлена в переплет. При модернизации строительных машин, конструировании сборочных единиц и проработке чертежей деталей необходимо руководствоваться принципами стандартизации, унификации и агрегатирования. Стандартизация – это установление норм и требований к физическим и размерным величинам, качественным характеристикам производственной продукции. Нормы и требования, устанавливаемые при стандартизации, оформляют в виде Государственных стандартов (ГОСТ). Часть производственной продукции выпускается в соответствии с техническими нормами и требованиями, действующими в пределах отдельного ведомства или предприятия. Такие нормы и требования называются нормалями. Стандарты и нормали позволяют унифицировать производственную продукцию. Перед унификацией ставятся следующие задачи: 1. Уменьшение многообразия видов и типов изделий одинакового функционального назначения путем изменения в необходимых случаях конструкций или конструктивных элементов; основных и второстепенных размеров; условий обеспечения взаимозаменяемости, допусков и посадок; марок и разновидностей используемых материалов; способов термической и термохимической обработки; видов металлопокрытий и т. д. 2. Изменение конструкций и исполнительных размеров, марок материалов, термической и термохимической обработки и точности изготовления аналогичных деталей, применяемых на различных предприятиях. 3. Создание комплексов взаимозаменяемых сборочных единиц и деталей, предназначенных для сборки значительно большей номенклатуры машин путем добавления некоторого числа специальных сборочных единиц и деталей. Агрегатирование – это метод создания машин (оборудования), основанный на геометрической и функциональной взаимозаменяемости отдельных сборочных единиц, каждая из которых может быть использована при создании различных модификаций (исполнений) машин (оборудования). Важнейшим преимуществом агрегатированных машин (оборудования) является их конструктивная обратимость и возможность многократного использования стандартных сборочных единиц в новых компоновках при изменении конструкции объектов производства.

42

43

Стандартизация является основой унификации, агрегатирования, широкого развития специализации и кооперирования производства. Осуществление принципов унификации и агрегатирования при создании строительных машин из взаимозаменяемых стандартных элементов позволяет в 10 раз сократить количество их типоразмеров и номенклатуру деталей, что обусловливает возможность широкого внедрения наиболее эффективных изделий массового и крупносерийного производства.

Бланк задания на курсовой проект Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет Факультет безотрывных форм обучения _________________________________________________________ Кафедра транспортно-технологических машин (в строительстве) Студент ___ курса __________________________________________________ (фамилия, имя, отчество)

Задание на курсовой проект по дисциплине «МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ»

2.4. Получение задания на курсовой проект

ТЕМА ПРОЕКТА ____________________________________________________________

Студент получает у руководителя проекта вариант задания, где указываются тип машины, производительность на грунте определенной категории, некоторые технические данные (например, радиус копания у экскаваторов и высота выгрузки у погрузчиков), транспортная скорость и рассчитываемая деталь. Задание дается под серийную машину, которую студент выбирает на первой стадии работы; дальнейшие расчеты проводят, ориентируясь на параметры выбранной машины. В задании учитываются последние достижения науки и техники в области строительного и дорожного машиностроения, в качестве приложения могут даваться вырезки из технической и патентной литературы. Студент может сам предложить тему курсового проекта с учетом дальнейшей трудовой деятельности или интересующей его тематики. Если тема окажется достаточно сложной и трудоемкой, то по усмотрению преподавателя возможна работа над одним проектом двух и более студентов. Возможны также комплексные проекты, которыми дополнительно руководят преподаватели с других кафедр. При желании можно принять курсовой проект в качестве основы для дипломной работы. Задание на проект без подписи руководителя считается недействительным, и проект с таким заданием (или без него) не может быть принят. Бланк задания (форма бланка приведена ниже) подшивают в пояснительную записку после титульного листа.

44

ДАННЫЕ _________________________________________ ДЕТАЛЬ_________________

Состав проекта

Количество листов

1. Чертежи (формат А1):

вид общий (две проекции) схемы привода (отвергаемая и принимаемая) рассчитываемая деталь 2. Пояснительная записка (формат А4) Стадии проекта

1,0 1,0 0,5…1,0 35…40 Сроки выполнения

1. Выбор базовой машины 2. Расчетная часть 3. Чертежи Дата выдачи задания на КП Дата защиты проекта

Руководитель проекта ________________ подпись

45

Содержание Состояние вопроса 1. Технические требования к машине (по ГОСТу) 2. Выбор и обоснование типа рабочего оборудования, хода, привода и системы управления 3. Описание схем привода рабочего оборудования 4. Описание устройства, принципа действия машины и технологии производства работ 5. Расчетная часть: 5.1. Определение параметров рабочего оборудования и мощности двигателя 5.2. Выбор базовой машины 5.3. Расчет устойчивости 5.4. Расчет сопротивлений при работе машины 5.5. Определение нагрузок на рабочее оборудование 5.6. Прочностной расчет 5.7. Расчет привода рабочего оборудования 5.8. Технико-экономический расчет 6. Автоматизация рабочего процесса 7. Техника безопасности при эксплуатации машины Заключение Литература

С.

2.5. Методические рекомендации по выполнению курсового проекта 2.5.1. Организация работы над проектом Работу над проектом следует начать с изучения рекомендованной литературы и ГОСТов по данному виду машин; затем – ознакомиться с конструкциями аналогичных машин, тенденцией их развития и областью их применения, а главное, – обосновать и уточнить заданные параметры и выбрать недостающие в соответствии с ГОСТами и типажом. При этом выявляются технико-эксплуатационные требования к машине. При обосновании видов машин, типа их привода, системы управления и т. п. необходимо отразить следующие вопросы: · производственные – повышение производительности, требования к продукции, обеспечение качества, снижение отходов и пр.; · технологические, связанные с изготовлением и эксплуатацией машины, унификацией деталей и узлов, их агрегатированием, ремонтопригодностью; · возможность автоматизации рабочих процессов, включая автоматическую загрузку или разгрузку машины, автоматическое регулирование при наличии обратной связи; · социальные – облегчение труда, снижение уровня шума, вибрации и т. п.; · экологические – исключение загрязнения воздуха, воды и грунта вредными газами и испарениями, жидкостями и пылевидными частицами, отходами производства и пр. Анализ конструкций машин и их рабочих процессов позволяет лучше понять их физическую сущность и найти соответствующее техническое решение. На этой основе выполняют эскизную проработку машины и ее основных узлов и согласуют ее с руководителем. Далее выполняют комплекс необходимых расчетов и чертежей. Завершают работу технико-экономическим обоснованием, оформлением чертежей и пояснительной записки. Рекомендуемое содержание курсового проекта 1.1. Расчетно-пояснительная записка включает следующие разделы: 1) задание на проектирование; 46

2) состояние вопроса по производству машин проектируемого типа (экскаватора, погрузчика, бульдозера, скрепера, автогрейдера), объем 2–3 с.; 3) обоснование технико-эксплуатационных требований к проектируемой машине – 2–3 с.; 4) выбор и обоснование типа рабочего оборудования, хода, привода и системы управления – 2–3 с.; 5) описание схем привода рабочего оборудования (отвергаемой и принимаемой) и их работы – 2–3 с.; 6) описание устройства, принципа действия машины и технологии производства работ – 2–3 с.; 7) определение параметров рабочего оборудования и мощности двигателя – 3–4 с.; 8) выбор базовой машины – 2–3 с.; 9) статический расчет – 3–5 с.; 10) расчет сопротивлений при работе машины – 3–4 с.; 11) определение нагрузок на рабочее оборудование – 3–4 с.; 12) прочностной расчет детали – 4–5 с.; 13) расчет привода рабочего оборудования – 3–4 с.; 14) технико-экономический расчет – 2 с.; 15) автоматизация рабочего процесса – 2 с.; 16) техника безопасности при эксплуатации машин – 1–2 с.; 17) заключение – 1 с.; 18) список литературы – 1 с.; 1.2. Графическая часть содержит: 1) общий вид машины – 1 лист; 2) варианты кинематических (гидравлических) схем – 1–2 листа; 3) сборочный чертеж одного из элементов рабочего оборудования – 1 лист. 2.5.2. Разработка пояснительной записки Все разделы пояснительной записки должны быть связаны между собой, каждый раздел следует заканчивать выводами. После изучения рекомендованной литературы следует дать краткий обзор состояния производства машин проектируемого типа и разработать технико-эксплуатационные требования, руководствуясь основными положениями, изложенными в учебниках [4, 7, 10] и соответствующих ГОСТах [26–32]. Требования должны носить конкретный ха47

рактер. Например, требования проходимости: преодолеваемый уклон – 30°, дорожный просвет – 35 см, удельное давление гусеничного хода – 0,5 кг/см2, радиус поворота – 10 м и т. д. На основании задания обосновывают выбор типа рабочего оборудования (прямая лопата, поворотный отвал), типа хода (по транспортной скорости), привода и системы управления. Выбор вариантов схем привода (не менее двух – отвергаемый и принимаемый) осуществляют на основе анализа и оценки наиболее современных образцов машин аналогичного типоразмера. Работу обеих схем привода описывают подробно с указанием потока мощности к каждому исполнительному механизму и направления перемещения рабочих органов. В учебниках принципиальные схемы привода часто изображены с ошибками, а условные обозначения не соответствуют ГОСТам. При работе над проектом необходимо устранить имеющиеся неточности и вычертить схемы в соответствии с ГОСТами. Принимаемый вариант схемы должен наиболее полно отвечать технико-эксплуатационным требованиям, обеспечивать надежную работу машины. Выбор варианта схемы следует обосновать путем сравнения параметров показателей проектируемой машины и аналогичных машин. Описание устройства начинают с изображения общего вида машины, далее описывают конструкцию рабочего оборудования и расположение основных узлов машины (двигателя, баков, насоса, распределителей, лебедок и т. д.). В разделе «Принцип действия машины» описывают способы заполнения рабочего органа, перемещения машины и грунта в забое, разгрузки рабочего органа; дают рекомендации по интенсификации рабочих процессов (совмещение операций, применение рациональных приемов и способов работы и пр.). Необходимо вычертить не менее трех технологических схем производства работ, охарактеризовать и выбрать наиболее рациональную для условий задания. Расчетную часть проекта начинают с определения параметров рабочего оборудования исходя из данных задания. Выбор базовой машины (серийно выпускаемой, являющейся прототипом проектируемой) производят на основе рассчитанной мощности двигателя и размеров рабочего оборудования. Необходимо подробно выписать основные справочные данные о машине под заголовком «Технические характеристики». Статический расчет включает определение веса противовеса и расчет трех видов устойчивости: рабочей, транспортной и собствен-

ной для экскаватора. Для землеройно-транспортных машин следует найти наибольший угол подъема машины в рабочем и транспортном режимах, а также предельный поперечный уклон при работе на косогоре. Для скреперов дополнительно определяют устойчивость при повороте. Для каждого расчетного случая приводят расчетную схему в определенном масштабе с указанием сил и их плечей. Расчет сопротивлений при работе. Для землеройно-транспортных машин выполняют тяговый расчет для глубины резания 5, 10 и 15 см на трех грунтах: глине, суглинке и песке. По полученным данным строят графики зависимости сил сопротивления копанию от толщины стружки для разных грунтов и зависимости производительности от дальности перемещения грунта. Для гидравлических экскаваторов должны быть определены активные усилия на зубьях ковша при копании поворотом рукояти и ковша, а также реактивные усилия в цилиндрах стрелы и ковша при копании поворотом рукояти и реактивные усилия в цилиндрах стрелы и рукояти при копании поворотом ковша. Строят графики зависимости расчетного усилия копания от угла поворота рукояти (ковша) и сравнивают их с фактическими – сопротивлениями грунта копанию. Нагрузки на рабочее оборудование для землеройно-транспортных машин вычисляют для нормальных условий работы в грунте определенной категории, определяя усилия, действующие на рабочий орган в различных режимах работы [2, 8, 10, 19], усилия заглубления и подъема рабочего органа, критические усилия заглубления и подъема. Для скреперов дополнительно следует найти усилия открывания заслонки и разгрузки. Для экскаваторов и погрузчиков все нагрузки рассчитывают в предыдущем разделе записки. Прочностной расчет детали, указанной в задании, начинают с выбора расчетных положений [1, 2, 6, 7, 8, 9, 10, 14, 16, 17, 18, 22, 23, 24], их изображения и подробного описания. Далее вычерчивают расчетные схемы, полностью соответствующие конструкции машины и выбранным расчетным положениям, определяют нагрузки на рабочее оборудование и реакции в шарнирах и опорах, строят эпюры усилий и моментов и находят опасное сечение. Выбранное сечение вычерчивают в масштабе с проставлением всех размеров, определяют напряжения в его элементах и сравнивают с допустимыми. Для точного определения наиболее нагруженной точки сечения необходимо построить эпюры напряжений в данном сечении.

48

49

Расчет привода рабочего оборудования включает определение параметров привода главного рабочего движения машины [7, 12]. Для экскаваторов – это движение копания: поворот рукояти прямой и обратной лопаты; перемещение ковша драглайна. Для погрузчиков – это подъем стрелы при отрыве ковша с грунтом от массива грунта. Для бульдозеров и автогрейдеров – это подъем и опускание отвала; для скреперов – подъем ковша или выдвижение задней стенки при принудительной разгрузке. Для машин с гидравлическим приводом по найденным ранее усилиям и известному рабочему давлению определяют диаметр цилиндра и округляют до ближайшего большего по нормальному ряду. Далее выбирают скорость перемещения штока и определяют необходимый расход рабочей жидкости (производительность насоса). По известным давлению и производительности подбирают насос и распределитель. В дальнейшем выбирают диаметр трубопроводов и рассчитывают на прочность толщину их стенок, определяют площадь фильтров. В конце расчета определяют потери давления в гидросистеме (местные и по длине). Для машин с механическим приводом рассчитывают канаты, размеры барабанов, толщину их стенок; определяют передаточные отношения от двигателя к барабану. Если для привода барабана используют гидромотор (электромотор), то следует его подобрать (с указанием марки) и рассчитать мощность. В технико-экономическом расчете определяют стоимость машино-смены [18, 21] и удельные показатели: стоимость единицы продукции, энергоемкость, металлоемкость и др. В разделе «Автоматизация рабочего процесса» приводят структурную схему автоматического управления и подробно описывают принцип ее действия [15, 25]. В эргономической части приводят компоновку кабины с описанием требований к рабочему месту машиниста. В заключении необходимо указать, что нового внесено в конструкцию машины разработчиком проекта и какие преимущества дает данное новшество. В разделе «Список литературы» приводят литературные источники, использованные в работе над проектом, в соответствии с ГОСТ 7.1–2003 (см. «Рекомендуемая литература» в конце методических указаний).

На последней странице пояснительной записки следует поставить свою подпись.

50

51

2.5.3. Разработка графической части Графическая часть должна включать не менее трех чертежей: 1) кинематические и гидравлические схемы (принимаемые и отвергаемые); 2) общий вид машины с компоновкой основных узлов и агрегатов; 3) рабочее оборудование – один из элементов (рукоять, ковш, стрела, рама бульдозера, отвал, тяговая рама автогрейдера, ковш скрепера, тяговая рама скрепера), рассчитываемых в проекте. Кинематические и гидравлические схемы выполняют в двух вариантах на листе формата А1 в соответствии с требованиями ЕСКД, ГОСТ: 2.770–68, 2.780–96, 2.782–96, 2.784–96, 2.701–84, 2.702–75, 2.703–68, 2.704–76. Спецификацию на кинематических схемах выполняют отдельно, на гидравлических схемах ее разрешается делать над основной надписью чертежа. Общий вид машины должен представлять компоновочный чертеж, выполняемый на листе формата А1, без вырисовывания мелких деталей, в двух проекциях. На общем виде проставляют габариты и установочные размеры, определяющие взаимное расположение частей машины, и показывают положение оборудования. На чертеже общего вида дают техническую характеристику. Заголовок «Техническая характеристика» подчеркивают, под ним пишут наименование характеристик, пронумерованных арабскими цифрами. В характеристиках целесообразно давать основные технико-эксплуатационные показатели без повторения габаритных или иных размеров и массы машины. Спецификацию для общего вида приводят на отдельном листе. Чертеж детали (сборочный чертеж) рабочего оборудования выполняют в возможно более крупном масштабе на листе формата А1 как рабочий конструктивный сборочный чертеж со всеми разрезами, подробным вычерчиванием всех деталей в узле по ГОСТам, с дополнительными проекциями, сечениями, выносными элементами для выявления формы, взаимного расположения частей, деталей и возможности указания позиций подробной спецификации. Необходимо указать все швы сварных соединений в соответствии с

2.6. Примеры расчета 2.6.1. Проект одноковшового экскаватора Исходные данные на проектирование зависят от темы задания. Из основных видов сменного рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов с гидравлическим приводом (обратной и прямой лопаты, грейфера, погрузочного ковша и т. д.) чаще всего применяют обратную лопату. Этот вид рабочего оборудования характеризуется большим числом совмещаемых операций в цикле и более тяжелым нагружением привода. Для гидравлического экскаватора рабочее оборудование обратной лопаты следует считать расчетным видом оборудования, определяющим места крепления всех видов оборудования на поворотной платформе и мощность привода исполнительных механизмов. Ниже приведен пример расчета одноковшового гидравлического экскаватора, оборудованного обратной лопатой. Определение основных параметров экскаваторов с гидравлическим приводом При расчете рабочего оборудования экскаваторов находят длину стрелы lс и рукояти lр, радиус ковша R, координаты пяты стрелы х и у (рис. 1). Размеры элементов рабочего оборудования по длине должны соответствовать заданным предельным рабочим параметрам экскаватора – максимальной глубине копания Нк и максимальной высоте выгрузки Нв при опущенной рукояти. Между Нк и Нв существует зависимость 52

Н в = Н к bk p ,

где b – ширина ковша; kp – коэффициент разрыхления грунта.

Ось поворотной платформы

ГОСТ 2.312–72. Тип сварки должен соответствовать современной технологии. Размеры – габаритные, между осями основных деталей и крепежных соединений, мест посадки деталей на валы и оси проставляют с указанием обозначения посадки по ГОСТам без числовых значений допусков. Спецификацию (подетальную в полном объеме) для всех чертежей составляют по форме ГОСТ 2.108–68. Надписи на чертежах оформляют в соответствии с требованиями ЕСКД (ГОСТ 2.104–68).

a

a

bmax

Рис. 1. Схема к определению параметров шарнирно-сочлененного оборудования обратной лопаты

Длина стрелы lc =

Hк + Hв , 2 sin a с / 2

где aс – угол поворота стрелы. Увеличение угла aс позволяет сократить длину стрелы и уменьшить массу рабочего оборудования. Рекомендуемые углы поворота стрелы a с = 90...95° . Расстояние у от оси поворота стрелы до уровня расположения машины при a с = 90° и a¢с »

ac получим из соотношения lс = 0,71( Н к + Н в ) : 2 53

у = R + lр - 0,71( Н к - Н в ) .

Для уменьшения моментов инерции поворотной платформы и опрокидывающего момента, действующего на экскаватор при торможении рабочего оборудования, следует стремиться к уменьшению радиуса копания Rк при неизменной глубине Нк. Это возможно при смещении оси крепления стрелы относительно оси поворотной платформы. При этом крайнюю к экскаватору точку забоя нельзя размещать ближе оси передней звездочки гусеничного хода. Расстояние х находят по формуле х = Е + R + lр - 0,71lс , где Е – половина базы машины.

Таблица 6 Некоторые параметры экскаваторов с гидравлическим приводом

Параметры Объем ковша, м3 Работа на копание, кДж Радиус ковша, м Максимальное усилие копания, кН Максимальный момент при копании, кН×м

Размерные группы III IV 0,40 0,65 112 182 1,1 1,3

II 0,25 70 0,95

V 1 280 1,5

71

97

133

178

67

107

173

268

Путь наполнения ковша обратной лопаты

Максимальное усилие копания поворотом ковша Рmax =

Aq , R

где А – заданная энергоемкость процесса копания в расчетном грунте, отнесенная к объему ковша; q – вместимость ковша. Радиус приложения сил на кромке ковша R находят из соотношения, связывающего объем ковша q и его ширину b: R » 1,5 q / b , где b = 1,73 q - 0,5. Для экскаваторов II…V размерных групп результаты расчетов приведены в табл. 6. Полный угол поворота ковша относительно рукояти выбирают таким, чтобы угол заброса ковша за ось рукояти был 15...20° и при повороте рукояти на выгрузку из ковша не высыпался грунт. Полный угол поворота ковша принимают в пределах 140...160°. Можно считать, что на режущую кромку ковша экскаватора с гидравлическим приводом при копании поворотом рукояти действуют те же сопротивления, что и при работе экскаваторов с канатным приводом. 54

Lк » 1,554 mэ ,

где mэ – масса экскаватора, т.. Зная работу, затрачиваемую на копание Ак, можно записать среднее расчетное значение усилия копания в виде Рср = Ак / Lк . За расчетный принимают режим работы в конце копания, т. е. при совпадении максимального момента резания с наибольшим моментом от веса рабочего оборудования. Длину рукояти с ковшом L следует считать равной пути наполнения ковша Lк. Момент на рукояти Мpi от усилия копания с учетом масс рабочего оборудования и грунта находят по формуле М p i = Pср (0,5 + ji / jmax )(lp + R) + å M j i ,

где l р – длина рукояти; М ji – сумма моментов от веса рабочего оборудования и грунта при заполнении ковша, пропорциональная углу поворота рукояти ji. Так как Рср = Ак / Lк и Lк = lр + R , то M p i = Aк (0,5 + ji / jmax ) + å M j i . Некоторые параметры экскаваторов можно определить по формулам, приведенным в прил. 14. 55

Расчет рабочего оборудования Таблица 7 Исходные данные для расчета экскаватора ЭО-3324* Категории разрабатываемых грунтов Вместимость ковша, м3, для грунтов: I–II категории III категории Продолжительность цикла при копании в отвал, с Частота вращения поворотной платформы, 1/с Наибольшая глубина копания, м » высота выгрузки, м » скорость передвижения, км/ч Наибольший преодолеваемый уклон, рад Номинальное рабочее давление в гидросистеме, МПа

I…III 0,5 0,4 16 0,94 (9 об/мин) 4,2 4,7 18 0,383 (22°) 16 (160 кг/см2)

Определение мощности двигателя и параметров гидрооборудования Мощность насосов по удельной энергоемкости копания, N (Вт), определяем в зависимости от коэффициента удельного сопротивления копанию k01 (Па) по формуле N=

k01qк kн , tкоп k p hкоп hпр

где k01 – коэффициент удельного сопротивления копанию; k р – коэффициент разрыхления грунта, kр = 1,3; kн – коэффициент наполнения ковша, kн = 1,1; tкоп – время копания, tкоп = 0,3tц = 0,3·16 = 5,0 с; hкоп – КПД системы поворота рукояти или ковша, hкоп = 0,8; hпр – КПД использования мощности привода, hпр = 0,8. Подставив эти данные, определим мощность, необходимую при копании грунтов II категории: * Цифровой материал заимствован из выполненного ВНИИСтройдормашем и Тверским экскаваторным заводом расчета экскаватора модели ЭО-3324 третьей размерной группы по ГОСТ 22894–77.

56

N II =

II II k01 qк kн 300000 × 0,5 × 1,1 = = 39700 Вт » 40 кВт. tкоп k р hкоп nпр 5,0 × 1,3 × 0,8 × 0,8

Мощность для грунтов III категории составит N III =

III III 400000 × 0,4 × 1,1 k01 qк kн = = 42300 Вт = 42,3 кВт. tкоп k р hкоп nпр 5,0 × 1,3 × 0,8 × 0,8

Мощность привода насоса найдем по формуле N пр = N III / hн = 42,3 / 0,9 = 47 кВт,

где hн = 0,9 – КПД насоса. Исходя из необходимой мощности выбираем дизельный двигатель марки СМД-14 мощностью 55 кВт при частоте вращения 1700 об/мин. В дальнейших расчетах проверим достаточность установленной мощности для совмещения операций, обеспечения требуемой динамики поворота и необходимых качеств. Рабочий объем гидроцилиндра поворота рукояти определим исходя из равенства работ гидроцилиндра и ковша по формуле [7]: qц = Fц Lц = (p Dц2 / 4) Lц = =

k01qк kн = рtкоп k p hкоп hпр

300000 × 0,5 × 1,1 = 1,75 × 10 - 2 м 3 . 6 16 × 10 × 1,3 × 0,8 × 0,8

Приняв по ОСТ 22-1417–79 ход поршня Lц = 1,25 м, определим диаметр гидроцилиндра Dц = 2 qц /(pLц ) = 2 1,75 × 10 - 2 / (p × 1,25) = 0,133 м. Принимаем по ОСТ 22-1417–79 ближайший больший диаметр цилиндра Dц = 0,14 м = 140 мм. Далее определим необходимую подачу насоса для обеспечения потребного времени копания: Q = qц / tкоп = 1,75 × 10- 2 / 50 = 0,35 × 10 - 2 м 3 /с = 210 л/мин. 57

Чтобы обеспечить возможность совмещения операций, следует применять на экскаваторе два или три рабочих насоса или один сдвоенный насос с двумя независимыми потоками рабочей жидкости. Принимаем по передаваемой мощности и подаче сдвоенный регулируемый аксиально-поршневой насос марки 223.25 исполнения I. Характеристики насоса следующие: максимальный рабочий объем –

Подача насоса Qн, л/мин

2 ´ 107 см 3 ; давление номинальное – 16 МПа; максимальное – 25 МПа; диапазон регулирования – 2,4; частота вращения – 1700 об/мин. Характеристика регулирования подачи насоса в зависимости от давления приведена на рис. 2. По подаче насоса и рабочему давлению выбираем распределители, клапаны, фильтры и другие элементы гидрооборудования.

наты центров тяжести сборочных единиц рабочего оборудования указаны в таблице применительно к положению, показанному на рис. 6. Вес экскаватора Gэ = 125 кН. Основными задачами расчета рабочего оборудования являются: определение усилий копания на режущей кромке (зубьях) ковша, а также нагрузок на рабочее оборудование, поворотную платформу, ходовое оборудование и др. Необходимое касательное усилие на режущей кромке ковша определим по формуле Рк = k01bh = k01F . Исходя из равенства объема ковша и снимаемой стружки qк kн = lкоп Fk р , откуда F = qк kн / (lкоп k р ) .

160

Таблица 8 Веса, координаты центров тяжести и статические моменты основных сборочных единиц экскаватора

140 120 100

Наименование Вес сборочных единиц G, кН

80 60 100

200

300

400

Р1+Р2, МПа

Рис. 2. Характеристика регулирования подачи насосов 223.25

Расчет нагрузок на рабочее оборудование

Поворотная платформа с механизмами Ходовое оборудование Стрела с гидроцилиндрами стрелы и рукояти Рукоять с гидроцилиндром Ковш Грунт в ковше

Координаты центра тяжести, м Х Y Z

Статические моменты, кН×м Mx My Mz

51,7

–1,194 –0,038

1,58

61,79

–19,4

81,7

47,55

0,555

0

0,615

26,4

0

29,28

16,25

2,1

0

3,7

34,12

0

61,15

4,62

5,5

0

4,3

25,4

0

19,87

5,2 7,6

6,4 6,4

0 0

2,7 2,7

33,28 48,64

0 0

14,04 20,52

До выполнения расчетов рабочего оборудования производят его конструктивную проработку, при которой определяют потребные размеры для обеспечения заданных параметров. На основании полученных данных выполняют эскизную компоновку экскаватора, определяют положение всех основных сборочных единиц, устанавливают их массу, координаты центров тяжести и статические моменты относительно главных осей. Для удобства использования полученные результаты сводят в таблицы. При расчете данных, приведенных в табл. 8, принято следующее положение главных осей: ось х проходит на уровне опорной поверхности и направлена в сторону переднего моста; ось z направлена вверх по оси вращения поворотной платформы, ось y направлена влево. Коорди-

Гидравлическими одноковшовыми экскаваторами, оборудованными обратной лопатой, грунт копают двумя способами: поворотом рукояти (при неподвижной стреле) или поворотом ковша (при неподвижных стреле и рукояти).

58

59

Копание поворотом рукояти

Путь копания lкоп определим по формуле lкоп = 2p lкВb р / 360. В соответствии с расчетной схемой (рис. 3) угол поворота рукояти

Таблица 9 Результаты расчета усилий на режущей кромке ковша при копании поворотом рукояти

b р = 120° , lкВ = 2,9 м . Отсюда да lкоп = 2p × 2,9 × 120 / 360 = 6,1 м. Для грунтов II категории при qк = 0,5 м3, kн = 1,1, kр = 1,3 получим 0,5 × 1,1 F = = 0,0695 м 2 = 6,95 × 10 - 2 м 2 . 6,1 × 1,3 II

Для грунтов III категории F III =

0,4 × 1,1 = 0,0555 м 2 = 5,5510 - 2 м 2 . 6,1 × 1,3

Необходимое касательное усилие на режущей кромке ковша для грунтов II категории будет Р II к = 3 × 105 × 6,95 × 10 - 2 = 20850 Н = 20,85 кН;

для грунтов III категории Р

III

к

5

= 4 × 10 × 5,55 × 10

-2

= 22200 Н = 22,2 кН.

Определим возможные усилия на режущей кромке ковша при копании поворотом рукояти. При расчете принимаем, что гидроцилиндр рукояти развивает постоянное рабочее усилие в зависимости от номинального рабочего давления: Рц.р = рраб Fц.р = 16 × 10 6 p × 0,14 2 / 4 = 24,6 × 10 6 Н = 24,6 кН.

Из суммы моментов относительно точки В на рис. 3 найдем касательное усилие на режущей кромке ковша по усилию цилиндра рукояти:

( )[

]

Рк = 1 / lкВ Рц.рlц.р - (Gplp + Gк + г lк + г ) . Плечи сил определяем графически по рис. 3. Результаты расчета приведены в табл. 9, а график зависимости Pк = f (lкоп ) – на рис. 4.

60

Параметры

Показатели для точек траектории ковша 1р 2р 3р 4р 5р 6р 7р

Обозна- Размерчение ность

Плечо усилия в гидроцилиндрах lц.р рукояти Момент усилия гидроцилиндра Pц.рl рукояти Плечо рукояти lкВ (Gр = 4260 кН) Момент веса без GрlкВ рукояти Вес ковша с грунтом Gк+г Плечо ковша с В lк+ г грунтом Момент от веса Gк + г lкВ+ г ковша с грунтом Результирующий åGl момент Касательное усилие на режущей кромке Pк ковша

м

0,24 0,46 0,576 0,6 0,56 0,456 0,38

кН×м

58,9 113 141,7 148,0 138 114,4 93,5

м

–0,18 0,03 0,26 0,43 0,56 0,62 0,612

кН×м –0,83 0,14 1,2 1,98 2,59 2,66 2,82 кН м

5,2

6,7

9,7 11,2 12,7 12,8

–0,82 –0,04 0,73 1,41 1,91 2,2 2,24

кН×м –4,27 –0,27

6

13,2 21,4

28

28,7

64 113,1 134,5 132,4 113,8 83,1 61,9

кН×м кН

8,2

22,07 39

46,4 45,7 39,2 28,9 21,4

Касательное усилие, возникающее на режущей кромке ковша, ограничивается реактивными давлениями рр в цилиндрах стрелы и ковша, а также условиями устойчивости. Радиус копания lкВ = 2,9 м . Далее определим реактивное давление, возникающее в цилиндре ковша при копании поворотом рукояти, исходя из суммы моментов относительно точки С (см. рис. 3). 1 (TlТ - Gк + г lк + г ). R Из суммы моментов относительно точки D имеем ТlT = Pц.кlц.к ; Т = Рц.кlц.к / lT . Pк =

61

Отсюда, зная Рк =

ö 1 æ pp Fц.кlц.кlT¢ çç - Gк + г lк + г ÷÷ , получим Rè lT ø pр

(Р R + Gк + г lк + г )lT = к Fц.кlц.кlT¢

.

1

pр =

[ ]

(46380 × 1,05 + 8200 × 0,46)0,36 = 15,1 МПа < pр = 20 МПа. 153,7 × 10- 4 × 0,30 × 0,22

Полученное реактивное давление оказалось меньше допустимого [pр], определяемого настройкой клапанов. Таким образом, в рассматриваемом примере касательное усилие на режущей кромке ковша при копании поворотом рукояти не ограничивается реактивным давлением в цилиндре ковша. Расчеты выполняем для всех положений, показанных на рис. 3. Расчеты показывают, что в рассматриваемом примере реактивные давления в гидроцилиндрах стрелы не ограничивают касательные усилия на режущей кромке ковша при копании поворотом рукояти. Опрокидывающий момент при Рн = 0 определяем по формуле

(

)

(

)

(

)

(

)

М о = Рк lк А - а + Gк + г lк + г A - а + Gp lp A - a + Gc lc A - a =

(

)

= Рк lк А - а + å M G . Возможное касательное усилие на режущей кромке ковша будет

(

)

Рк = (М о - М G ) / lк А - а . Расчеты проводят для положений 5р…7р, как наиболее нагруженных.

Рис. 3. Схема к определению касательных усилий на режущей кромке ковша экскаватора при копании поворотом рукояти: 1 – ось вращения поворотной части машины

Учитывая, что при копании максимальное касательное усилие Рк возникает, когда ковш находится в положении 3р (табл. 9), определим наибольшее реактивное давление, возникающее в цилиндре ковша для этого расчетного положения (см. рис. 3): 62

В данном случае касательные усилия на режущей кромке ковша при копании поворотом рукояти не ограничиваются устойчивостью экскаватора. В тех случаях, когда Рк ограничивается реактивными давлениями в цилиндрах ковша, стрелы или условиями устойчивости, вносят необходимые коррективы. Заштрихованная площадь на рис. 4, ограниченная координатными осями и кривой 2 изменения усилия Рк на режущей кромке ковша, показывает работу А, которую экскаватор может реализовать в процессе копания. Работу можно определить по формуле А=

l7

ò Рк dlкоп .

l1

63

Рис. 4. Изменение усилия Рк в процессе копания

Зная, что путь копания между расчетными точками траектории составляет 1,016 м, вычислим работу А приближенно как сумму работ А = А1 + K + А6 =

22072 + 39020 28870 + 21365 1,015 + K + 1,015 = 2 2

= 224,2 кН × м.

Удельную энергоемкость копания при использовании ковша 3

вместимостью qк = 0,4 м найдем по формуле k э = Аh / qк = 224,2 × 0,8 / 0,4 = 448,4 кН × м/м 3 .

Следовательно, машина может разрабатывать грунты до III категории включительно. С ковшом емкостью qк = 0,5 м 3 машина обеспечивает удельную энергоемкость копания kэ = 358,7 кН×м/м3 и может разрабатывать грунты I–II категорий. Копание поворотом ковша

Рис. 5. Схема к определению касательных усилий на режущей кромке ковша при копании поворотом ковша

Расчеты на устойчивость Такие расчеты выполняют для нескольких расчетных положений. В качестве примера приведен расчет устойчивости экскаватора для одного из положений при повороте его с груженым ковшом на выгрузку. Экскаватор (рис. 6) стоит на уклоне 5° в сторону стрелы, поворотная платформа установлена поперек ходового оборудования, ковш с грунтом на наибольшем вылете подвернут с помощью гидроцилиндра ковша под рукоять. Центробежные силы, возникающие от поворота платформы, определим по формуле

(

)

F = mrw2 = (Gr / g )(pn / 30 )2 = Grp 2 9 2 / g × 30 2 = 0,0904Gr ,

Аналогично определяют возможные величины касательных усилий на режущей кромке при работе поворотом ковша. Схема действующих сил показана на рис. 5. Исходя из вычисленных выше действующих нагрузок выполняют расчеты элементов рабочего оборудования (ковша, рукояти и стрелы) на прочность.

где m – масса сборочной единицы, кг; r – радиус от оси вращения поворотной части машины до центра тяжести соответствующей сборочной единицы, м (см. табл. 8); w – частота вращения поворотной платформы, 1/с (см. табл. 7); n – частота вращения поворотной платформы, об/мин; G – вес сборочной единицы, Н (см. табл. 8); g – ускорение силы тяжести, м/с2.

64

65

r = x2 + y2 . Действующие центробежные силы будут: 1) на поворотную платформу с механизмами Fп.п = 0,0904 × 51,7 × 1,195 = 5,58 кН; 2) на стрелу с гидроцилиндрами Fс = 0,0904 × 16,25 × 2,1 = 3,09 кН;

3) на рукоять с гидроцилиндром ковша Fр = 0,0904 × 4,62 × 5,5 = 2,3 кН; 4) на ковш с грунтом Fк + г = 0,0904 × 12,8 × 6,4 = 7,02 кН.

После подстановки получим My = 179,353 кН×м. Опрокидывающий момент находим по выражению M о = Gc [(lc - B ) cos 5° + Z c sin 5°] + Fc Z c + Gp [(lp - B) cos 5° + Z p sin 5°] + + Fp Z p + Gк + г [(lк + г - B ) cos 5° + Z к + г sin 5°] + Fк + г Z к + г .

В итоге получим Мо = 152,86 кН×м. Коэффициент запаса устойчивости найдем по формуле k y = M y / M o = 179,35 / 152,86 = 1,18 > [k y ] = 1,15. Аналогичным образом определяют устойчивость экскаватора для других расчетных положений. Для случаев недостаточной устойчивости вводят дополнительные противовесы, изменяют условия опирания (например, путем установки выносных опор). Расчет одноковшового экскаватора включает также выбор мощности механизмов передвижения и поворота платформы. 2.6.2. Проект землеройно-транспортной машины

Рис. 6. Схема к расчету устойчивости экскаватора

Удерживающий момент определим по выражению

Исходные данные зависят от темы задания. В проекте по бульдозеру исходными данными могут быть: мощность двигателя тягача, масса тягача с бульдозером, длина и высота отвала, дальность транспортирования, категория разрабатываемого грунта. В задании указывают разрабатываемую сборочную единицу, а также определяют объем работы по вопросам транспортирования бульдозера, монтажа и демонтажа оборудования, регулирования механизмов и др. В задании может быть предусмотрен расчет какого-либо элемента машины. При этом рассматривают основные расчетные положения, соответствующие максимальной загрузке рассчитываемого элемента, и определяют действующие на него усилия. Общий расчет бульдозера (рис. 7) можно начать с определения производительности при разработке и транспортировании грунта (см. п. 1.4).

М у = Gп.п [( Х п.п + В ) cos 5° - Z п.п sin 5°] + Gx [B cos 5° - Z x sin 5°] + Fп.п Z п.п , где В – расстояние от оси вращения до ребра опрокидывания, В = 1,15 м. 66

67

3. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ

а

б

в

Рис. 7. Рабочее оборудование бульдозера: а – с неповоротным отвалом; б – с поворотным отвалом; в – перекос отвала в поперечной плоскости; 1 – цилиндр подъема и опускания отвала; 2 – раскосы; 3 – отвал; 4 – балка толкающей рамы; 5 – опора балки; 6 – шаровой шарнир; 7 – боковые упоры; 8 – толкающая рама; 9 – опора рамы

68

1. Тенденции развития машин для земляных работ. 2. Классификация машин для земляных работ. 3. Общие требования к машинам для земляных работ. 4. Технико-экономические показатели машин для земляных работ. 5. Классификация грунтов. 6. Физико-механические свойства грунтов. 7. Способы деформации и разрушения грунта. 8. Процессы резания и копания грунта. 9. Классификация и сравнительная оценка трансмиссий для земляных работ. 10. Классификация и сравнительная оценка систем управления машин для земляных работ. 11. Классификация и сравнительная оценка ходовых устройств машин для земляных работ. 12. Назначение, классификация и сравнительная оценка одноковшовых экскаваторов. 13. Расчет времени цикла и производительности одноковшовых экскаваторов. 14. Расчет массы противовеса одноковшового экскаватора. 15. Расчет устойчивости одноковшового экскаватора. 16. Определение реакций в опорно-поворотном устройстве экскаватора. 17. Определение мощности подъемного механизма канатного одноковшового экскаватора с оборудованием прямая лопата. 18. Определение мощности тягового и подъемного механизмов канатных одноковшовых экскаваторов с оборудованием обратная лопата. 19. Расчет касательной составляющей усилия копания гидравлического одноковшового экскаватора при копании поворотом рукояти. 20. Расчет касательной составляющей усилия копания гидравлического одноковшового экскаватора при копании поворотом ковша. 21. Определение активных усилий в гидроцилиндре стрелы одноковшового экскаватора. 22. Общее устройство канатного одноковшового экскаватора. 23. Устройство и работа зависимого напорного механизма. 24. Устройство и работа независимого напорного механизма. 69

25. Устройство и работа комбинированного напорного механизма. 26. Устройство и работа канатного одноковшового экскаватора (обратная лопата). 27. Общее устройство гидравлического одноковшового экскаватора. 28. Устройство и работа канатного одноковшового экскаватора (прямая лопата). 29. Устройство и работа канатного одноковшового экскаватора (драглайн, грейфер). 30. Назначение, классификация и сравнительная оценка бульдозеров. 31. Расчет производительности бульдозера. 32. Тяговый расчет бульдозера. 33. Расчет нагрузок, действующих на рабочее оборудование бульдозера. 34. Устройство и работа бульдозеров с неповоротным отвалом. 35. Назначение, классификация и сравнительная оценка автогрейдеров. 36. Устройство и работа бульдозеров с поворотным отвалом. 37. Определение нагрузок, действующих на рабочее оборудование автогрейдеров. 38. Устройство и работа автогрейдеров. 39. Назначение, классификация и сравнительная оценка грейдеровэлеваторов. 40. Устройство и работа грейдеров-элеваторов. 41. Назначение, классификация и сравнительная оценка скреперов. 42. Тяговый расчет скреперов. 43. Определение усилия разгрузки скреперов. 44. Устройство и работа скреперов. 45. Устройство и работа канатного скрепера. 46. Назначение, классификация и сравнительная оценка экскаваторов непрерывного действия. 47. Определение основных показателей многоковшовых экскаваторов. 48. Устройство и работа цепного многоковшового экскаватора. 49. Устройство и работа роторного многоковшового экскаватора. 50. Назначение, классификация и сравнительная оценка машин для подготовительных работ.

51. Устройство и работа кусторезов. 52. Устройство и работа корчевателей. 53. Устройство и работа рыхлителей. 54. Определение нагрузок, действующих на рабочее оборудование рыхлителей. 55. Назначение, классификация и сравнительная оценка машин для уплотнения грунтов. 56. Устройство и работа катков статического действия. 57. Устройство и работа машин для уплотнения грунтов. 58. Назначение, классификация и сравнительная оценка буровых машин и оборудования. 59. Назначение, классификация и сравнительная оценка машин для разработки мерзлых грунтов. 60. Назначение, классификация и сравнительная оценка машин для гидромеханизации земляных работ. 61. Назначение, классификация и сравнительная оценка одноковшовых погрузчиков. 62. Устройство и работа одноковшового погрузчика. 63. Назначение, классификация и сравнительная оценка систем автоматизированного управления рабочими процессами МЗР.

70

71

1. Абрамов Н. Н. Курсовое и дипломное проектирование по дорожно-строительным машинам. – М.: Высшая школа, 1972. – 120 с. 2. Алексеева Т. В. Машины для земляных работ. – М.: Машгиз, 1972. – 428 с. 3. Аринченков В. И., Репин С. В. Землеройно-транспортные машины: методические указания по использованию ЭВМ в курсовом и дипломном проектировании по курсу «Машины для земляных работ» / ЛИСИ. – Л., 1982. – 25 с. 4. Беркман Л. И., Раннев А. В., Рейш А. К. Универсальные одноковшовые строительные экскаваторы. – М.: Машиностроение, 1994. – 304 с. 5. Бромберг А. А. Машины для земляных работ: Атлас конструкций. – М.: Машиностроение, 1981. – 205 с. 6. Гарбузов З. Е., Лялинов А. Н. Проектирование экскаваторов: учебное пособие для студентов вечернего, заочного и дневного факультетов / ЛИСИ. – Л., 1973. – 63 с. 7. Машины для земляных работ/ Н. Г. Гаркави, В. И. Аринченков, В. В. Карпов, З. Е. Гарбузов, А. И. Батулов, В. М. Донской. – М.: Высшая школа, 1982. – 335 с. 8. Домбровский Н. Г., Гальперин М. И. Землеройно-транспортные машины. – М.: Машиностроение, 1965. – 178 с. 9. Домбровский Н. Г., Панкратов С. А. Землеройные машины. Одноковшовые экскаваторы. – М.: Госстройиздат, 1961. – 651 с. 10. Домбровский Н. Г. Строительные машины: В 2 т. – М.: Машиностроение, 1976. – 391 с. 11. Изаксон А. А., Донской В. М., Филатов А. И. Справочник молодого машиниста экскаватора. – М.: Высш. шк., 1985. – 223 с. 12. Каверзин С. В. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу самоходных машин. – Красноярск: Изд-во «Офсет», 1997. – 382 с. 13. Колесниченко В. В. Справочник молодого машиниста бульдозера, скрепера, грейдера. – М.: Высш. шк., 1988. – 224 с. 14. Крикун В. Я., Манасян В. Г. Расчет основных параметров гидравлических экскаваторов с рабочим оборудованием обратная лопата: учебное пособие. – М.: МИСИ, 2002. – 110 с.

15. Машины для земляных работ / Г. В. Кириллов, П. И. Марков, А. В. Раннев и др.; под ред. М. Д. Полосина, В. И. Полякова. – М.: Стройиздат, 1994. – 288 с. 16. Металлические конструкции строительных и дорожных машин/ Под ред. В. А. Ряхина – М.: Машиностроение, 1972. – 312 с. 17. Попов А. И., Евтюков С. А.. Металлические конструкции строительных и дорожных машин: учеб. пособие / СПбГАСУ. – СПб., 1998. – 67 с. 18. Методические указания по разработке сметных норм и расценок цен на эксплуатацию строительных машин и автотранспортных средств. МДС 81–3.99. Утв. постановлением Госстроя России от 17.12.99 № 81. – М.: Госстрой России. – 1999. – 37 с. 19. Проектирование машин для земляных работ / Под ред. А. М. Холодова. – Харьков: Вища школа, 1986. – 272 с. 20. Рейш А. К., Борисов С. М. Справочное пособие по строительным машинам. Машины для земляных работ. – М.: Стройиздат, 1972. – 327 с. 21. Спельман Е. П. Техника безопасности при эксплуатации строительных машин и средств малой механизации. – М.: Стройиздат, 1982. – 96 с. 22. Справочник конструктора дорожных машин/ Под ред. И. П. Бородачева. – М.: Машиностроение, 1973. – 503 с. 23. Строительные машины: Справочник в 2 т./ Под ред. В. А. Баумана. – М.: Машиностроение, 1976. Т. 1. – 502 с. 24. Шевченко В. Д. Проектирование металлоконструкций строительных и дорожных машин. – Киев: Вища школа, 1982. – 168 с. 25. Электронные системы управления и контроля строительных и дорожных машин: учебное пособие / [В. М. Амелин и др.]; Под ред. Б. И. Петленко. – М.: Интекс, 1998. – 382 с. 26. ГОСТ 9420–79. Автогрейдеры. Технические условия. – М.: Издательство стандартов, 1979. 27. ГОСТ 10055–75. Скреперы самоходные. – М.: Изд-во стандартов, 1976. 28. ГОСТ 5738–73. Скреперы прицепные колесные. – М.: Изд-во стандартов, 1980. 29. ГОСТ 7410–79Е. Бульдозеры гусеничные. Технические условия. – М.: Изд-во стандартов, 1979. 30. ГОСТ 11671–75. Бульдозеры колесные общего назначения. – М.: Изд-во стандартов, 1975.

72

73

Рекомендуемая литература

74

Приложение 2 Данные к ответу на второй вопрос

Выбор типа машины

Варианты заданий для выполнения контрольной работы

Приложение 1

ПРИЛОЖЕНИЯ

31. Бульдозеры одноковшовые универсальные гидравлические. Технические условия. – М.: Изд-во стандартов, 1979. 32. ГОСТ 17343–71. Экскаваторы одноковшовые универсальные с гибкой подвеской рабочего оборудования. – М.: Изд-во стандартов, 1971. 33. ГОСТ 2.104–68. Основные надписи. – М.: Изд-во стандартов, 1969. 34. ГОСТ 2.105–68. Общие требования к текстовым документам. – М.: Изд-во стандартов, 1969. 35. ГОСТ 2.106–68. Текстовые документы. – М.: Изд-во стандартов, 1969. 36. ГОСТ 2.108–68. Спецификация. – М.: Изд-во стандартов, 1969. 37. ГОСТ 2.109–73. Основные требования к чертежам. – М.: Изд-во стандартов, 1974. 38. ГОСТ 2.312–72. Условия изображения и обозначения швов сварных соединений. – М.: Изд-во стандартов, 1972. 39. ГОСТ 2.701–76. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению. – М.: Изд-во стандартов, 1976. 40. ГОСТ 2.704–76. Правила выполнения гидравлических и пневматических схем. – М.: Изд-во стандартов, 1976. 41. ГОСТ 2.703–68. Правила выполнения кинематических схем. – М.: Изд-во стандартов, 1969. 42. ГОСТ 2.770–68. Обозначения условные графические в схемах. Элементы кинематики. – М.: Изд-во стандартов, 1969. 43. ГОСТ 2.780–68. Обозначения условные графические. Элементы гидравлических и пневматических сетей. – М.: Изд-во стандартов, 1969.

75

76 77

Варианты заданий для выполнения курсового проекта

Данные к ответу на третий вопрос

Приложение 4

Приложение 3

78 79

Бульдозеры с неповоротным отвалом

Справочные данные по машинам для земляных работ и грунтам Приложение 5

Окончание прил. 4

80 81

Автогрейдеры

Прицепные скреперы

Самоходные скреперы

Бульдозеры с поворотным отвалом

Приложение 9

Приложение 8

Приложение 7

Приложение 6

82 83

Характеристики грунтов

Одноковшовые экскаваторы с оборудованием «погрузчик»

Одноковшовые экскаваторы с оборудованием обратная лопата

Одноковшовые экскаваторы с оборудованием прямая лопата

Приложение 13

Приложение 12

Приложение 11

Приложение 10

B f jсц H Hmax hmax Hотв k0 kp Lотв l m mб mоб mс mт m1 m2 N q Rmax r v, vmax Vгр tц

Приложение 14 Условные обозначения в таблицах приложений: – ширина отвала бульдозера или ковша скрепера; – коэффициент сопротивления перемещению; – коэффициент сцепления движителя с грунтом; – высота отвала бульдозера или ковша скрепера; – максимальная глубина (высота) копания; – максимальная толщина срезаемой стружки грунта; – высота отвала автогрейдера; – коэффициент удельного сопротивления копанию; – коэффициент разрыхления грунта; – длина отвала автогрейдера; – угол естественного откоса грунта; – масса машины; – масса бульдозера; – масса рабочего оборудования; – масса скрепера; – масса тягача скрепера; – коэффициент трения грунта о сталь; – коэффициент трения грунта о грунт; – мощность двигателя; – вместимость ковша; – максимальный радиус копания; – плотность грунта; – скорость и максимальная скорость тягача (трактора); – объем грунта в призме волочения; – продолжительность рабочего цикла.

84

Приложение 15 Формулы для вычисления параметров полноповоротных гидравлических гусеничных экскаваторов (обратная лопата)

85

Приложение 16

Пример вычисления тягового расчета бульдозера в Mathcad

Сопротивление движению

86

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................................3 1. САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ И ВЫПОЛНЕНИЕ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ................................................................................................3 1.1. Рекомендации по самостоятельному изучению дисциплины........................3 1.2. Рекомендации по выполнению контрольных работ.........................................5 1.2.1. Общие положения.......................................................................................5 1.2.2. Методические указания по выполнению ответов на контрольные вопросы..................................................................................................................6 1.3. Вопросы для самостоятельного изучения дисциплины и выполнения контрольных работ.......................................................................................................8 1.4. Примеры расчетов...............................................................................................24 2. КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ............................................................................40 2.1. Цели и задачи.......................................................................................................40 2.2. Организация работы при выполнении курсового проекта...........................40 2.3. Оформление курсового проекта и требования по стандартизации, унификации и нормализации...................................................................................41 2.4. Получение задания на курсовой проект..........................................................44 2.5. Методические рекомендации по выполнению курсового проекта.............46 2.5.1. Организация работы над проектом........................................................46 2.5.2. Разработка пояснительной записки..........................................................47 2.5.3. Разработка графической части................................................................51 2.6. Примеры расчета................................................................................................52 2.6.1. Проект одноковшового экскаватора.......................................................52 2.6.2. Проект землеройно-транспортной машины...........................................67 3. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ...................69 Рекомендуемая литература...........................................................................................72 Приложения....................................................................................................................75

87

Учебное издание Сергей Васильевич Репин, Андрей Вячеславович Зазыкин МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ Редактор Л. А. Мозгунова Корректор К. И. Бойкова Компьютерная верстка И. А. Яблоковой

Подписано к печати 07.12.2007. Формат 60´84 1/16. Бум. офсетная. Усл. печ. л. 5,5. Уч.-изд. л. 5,62. Тираж 300 экз. Заказ 200. «С» 86. Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская, 4. Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 5.

88