Основные узлы строительных машин

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ

1.1. Основные узлы и элементы строительных машин

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Классификация рабочих органов строительных машин

Основные элементы строительных машин.

Машина состоит из сборных единиц выполняющих определенную функцию при ее работе. К таким элементам относятся:

· Силовое оборудование (1 или несколько двигателей для получения механической энергии);

· Рабочие оборудование для непосредственного воздействия на обрабатываемый материал;

· Ходовое оборудование (у переносных и стационарных машин отсутствует). Для передвижения машины и передачи ее веса и рабочей нагрузки на почву;

· Передаточные механизмы (трансмиссии, связывающие рабочее и ходовое оборудование силовым);

· Системы управления для запуска, остановки и изменения режимы работы силового оборудования. Включение, торможение, регулирование скорости;

· Несущую раму для закрепления на ней всех узлов;

Основное силовое оборудование применяемое в современных строительных машинах: электродвигателей постоянного и переменного тока с питанием от силовой сети, двигатели внутреннего сгорания;

Электродвигатели отличаются удобством пуска, простотой реверсирования, экономичностью, пригодностью.

Преимущества двигателя внутреннего сгорания – автономность от внешних источников энергии. От силового оборудования могут получать энергию рабочего и вспомогательного оборудования машины.

Гидравлическим приводом используется главным образом для вращательного движения исполнительных механизмов и рабочего механизма машины. Этот привод состоит из насоса, системы трубопроводов и гидравлических двигателей поступательного и вращательного действия. Основным достоинством привода является высокий КПД, экономичность, большие передаточные числа, бесступенчатое независимое регулировка в широком диапазоне скоростей исполнительных механизмов, предохранение механизмов от перегрузок, компактность.

В основном состоит из тех же элементов, но приводиться в действие энергией сжатого воздуха, вырабатывающегося компрессией. Однако он не получил широкого применения из-за низкого КПД (потери сжатого воздуха в системе).

— Ходовое оборудование применяемого в строительных машинах делят:

Рельсовые имеют башенные, котловые и мостовые краны.

Пневмоколесные применяется для самоходных и прицепных строительных машин (краны, скреперы, погрузчики, экскаваторы и т.п.), требующие значительной маневренности, мобильности и для перемещения, а так же частных перебросов своим ходом с одного объекта на другой.

Гусеничные характеризуются сравнительно небольшими давлением на грунт и высокой проходимостью.

— Системы управления строительных машин могут быть:

Основные технико-экономические и технико-эксплуатационные показатели строительных машин.

Основном технико-эксплуатационные показателем является их производительность, которая определяется количеством продукции выраженной в определенных единицах измерения (тонны, м 3 , м 2 , м) выработанной и перемещенной машиной (в час/ед. времени/год/месяц).

3 категории производительности машины:

Важное значение имеет экономическая эффективность от использования машины в строительстве, а так же такие ее качества, как удельная металлоемкость и энергоемкость, стоимость единицы продукции.

Передачи.

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

Механические передачи.

Передачи разделяют на:

· Зацепление (зубчатые, червячные и цепные);

В каждой передаче элемент, который передает мощность ведущий, а элемент, который передает ведомым. Чаще всего чистота ведущего n1 и ведомого n2 различна. Отношение этих n1 и n2 называются придаточным числом i=n1/n2. Передачи могут быть понижающие, когда i>1 и повышающие i

Величина момента M₂ на ведомом валу равна произведению М₁ на ведущем валу на передаточное число и КПД.

Фрикционные передачи.

P

D1

n1

Передачи у которых движение передается силами трения называются фрикционными (рис.1).

D2

Рис.1

На рис.1 вращение от 1 вала к 2 под действие сил трения между дисками. Величина сил трения P(H), зависит от усилия Q с которым один диск прижимается к другому и от коэффициента. Во фрикционных передачах всегда имеет место проскальзывание, поэтому величина передачи не постоянная.

ξ (кси) – характеристика относительного скольжения и зависящие от материала фрикционных дисков ( от 0,002 до 0,003).

В строительных машинах фрикционные передачи используются редко и то в вспомогательных механизмах.

Временные передачи.

n2

Временные передачи служат для передачи вращения от 1 вала к другому, находящиеся на значительном расстоянии (рис.2).

Временные передачи состоят из 2-х штифтов на которые надет бесконечный ремень (замкнутый) плоский, трапецеидальный. По применению бывают хлопчатобумажные, прорезиненные (наиболее распространены хлопчатобумажные и полиамидные, обладающие прочность больше в 5 раз, чем прорезиненные и в 8-10 раз, чем кожаные).

Передаточное число ременной передачи

d1 и d2 — соответственно диаметр ведущего и ведомого штифтов.

В результате сил трения между ремнем и ведомым штифтом ремень увлекает и приводит во вращение ведомый штифт.

Среди всех ремней получают наибольшее распространение клиновые, они позволяют передавать вращение при малом расстоянии между осями штифтов. В плоскоременных передачах передаточные числа допускаются до 10, в клиноременных до 15, перед мощности от 2000 до 10000 кВт, скорость ремня может достигать до 30 м/с при прорезиненном и до 45 м/с при кожаных.

Работа способность временных передач определяется тяговой способностью и силами сцепления. В настоящие время получили распространения получили зубчато-ременные передачи, на основе новых материалов армированных стальными тросами или с полиамидным корпусом, эти передачи компактней, работают бесшумно без скольжения со скорость до 80 м/с и передают мощности до 1000 кВт.

ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ.

Эти передачи состоят из колес, по окружности которых нарезаны зубья, оси колес расположены на таком расстоянии, что зубья одного колеса входит между впадинами другого колеса. При вращении другое колеса зубья упираются в бок поверхности зубьев другого колеса, в результате чего 2-ое колесо начинает вращаться в противоположном направлении, меньшее из пары зубьев называют шестерней, а большее колесом.

Термин зубчатое колесо является общим. Передаточное отношение зубчатой передачи

n – скорость оборотов в минуту;

z — число зубьев ведущего и ведомого колес;

Зубчатыми колесами передают вращение меж валами с параллельными перекрещивающимися и пересекающимися осями, кроме внешнего передачи могут иметь и внутренние зацепление на (рис.3) приводятся основные виды зубчатых передач.

Достоинство зубчатых передач высокий КПД (0,96-0,98), большая надежность и долговечность, постоянство передаточности отношений и применимость в широком диапазоне мощностей (до 50000кВТ). Она передает вращение между пересекающимися осями (рис.4).

Рис.4

Движение червяных передачах осуществляется по принципу винтовой пары, винтом является червяк, который представ собой винт с резьбой трапециевидной формы, червячное колесо является как бы гайкой в зацеплении с которой находится червяк, червяк может быть однозаходным или иметь несколько заходов, за каждый оборот червяка колесо поворачивается на 1 зуб, при однозаходном червяке или на количество зубьев равное количеству заходов червяка. Червячные передачи выполняются с передаточными числами 50-60, но в отдельных случаях более 200. Передаточное число червячной передачи:

Zк — число зубьев передаточного червяка;

к — число заходов червяка;

Червячными передачами до 700кВт, окружные скорости 15м/с, КПД 0,7-0,9. В строительных машинах червячные передачи применяют в тех случаях, когда требуется больше передаточное число, они часто используются в грузоподъемных устройствах, так как они обладают свойством самоторможения из-за чего не требуются тормозные устройства.

РЕДУКТОРЫ.

Это механизмы в виде отдельных агрегатов, которые служат для понижения частоты вращения и увеличение крутящих моментов, они состоят из 1 или нескольких пар зубчатых колес или червяных передач, помещенных в специальном корпусе (рис.5).

Рис.5

Редукторы выполняют одноступенчатые (рис5, а,г), двухступенчатые (рис.5, в,д), трехступенчатые (рис.5, в). Червяные редукторы выполняют одноступенчатые (рис.5, е), передаточные число двухступенчатых или трехступенчатых равно произведению передаточных чисел каждой пары.

ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ.

Они служат для передачи вращения между 2 параллельными валами при большом расстоянии между ними до 8 метров, они состоят из 2-ух цепных звездочек и бесконечной цепи. Передаточное число цепной передачи:

Обычно для цепной передачи i 3 промышленных работ выполняется в среднем от 1,5 до 2 м 3 земляных работ, а на 1 м 3 гражданского сооружения до 0,5 м 3 . Одной из основных операций при земляных работах является разрушение грунта. Грунты и породы разрушаются:

l механическим способом, когда рабочие органы непосредственно отделяют грунт от массива;

l гидромеханическим способом, когда грунт разрушается рабочим органом (фрезой), а затем транспортируется при помощи воды или грунт сразу разрушается струей воды высокого давления;

l взрывным способом, когда в породе предварительно пробуриваются шкуры, в которых подрываются взрывчатые вещества;

l применяются так же комбинированные способы, когда предварительно разрушение грунта производиться рыхрытелем, а его транспортировка другими машинами.

Машины выполняющие земляные работы можно разделить на следующее классы:

l машины для подготовительных работ;

l землеройно-транспортные машины;

l машины для гидравлической разработки грунта;

l для бурения скважин диаметром от 0.5 до 3 м;

l для разработки мерзлого грунта;

l для уплотнения грунта;

l для свайных работ;

Отделение грунта от массива осуществляется режущей частью рабочего органа, рабочему органу сообщается 2 движения: одно для внедрения его в грунт, характеризуемая скоростью подачи, и второе при котором отделяется грунт от массива, характеризуемая скоростью резанья. Величина подачи колеблется от 0,1V_р ,где скорость подачи, которая колеблется от 0,8 до 2 м/с. Рабочие органы отделяют грунт от массива и перемещают его, процесс только отделения грунта от массива(разрушение грунта),называется процессом резанья, весь процесс отделения грунта от массива и заполнения им рабочего органа (ковша экскаватора, скрепера) или перемещения его рабочим органом(отвалом бульдозером, грейдером) называется процессом капания.

Основные узлы строительных машин

Каждая строительная машина состоит из: рабочего оборудования, непосредственно выполняющего технологическую операцию; ходового оборудования для передвижения машины (у стационарных и переносных машин оно отсутствует); силового оборудования (двигателя или группы двигателей), приводящего в движение рабочее и ходовое (у самоходных машин) оборудование; передаточных механизмов (трансмиссии), связывающих рабочее и ходовое оборудование с силовым; системы управления для включения, выключения, реверсирования и изменения скоростей механизмов и рабочего органа машины; рамы (обычно стальной, сварной конструкции), несущей на себе все узлы и механизмы машины.

Основное силовое оборудование, применяемое в современных строительных машинах: электродвигатели постоянного и переменного тока с питанием от внешней силовой сети (стационарные, переносные и передвижные машины); двигатели внутреннего сгорания— карбюраторные и дизели (последние наиболее распространены), устанавливаемые преимущественно на передвижных (самоходных) строительных машинах (стреловые краны, погрузчики, экскаваторы и др.).

Электродвигатели отличаются удобством пуска и управления, простотой реверсирования, экономичностью и пригодностью для индивидуального привода отдельных механизмов машин. К преимуществам двигателей внутреннего сгорания относится их автономность от внешнего источника энергии.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дизельные двигатели являются основой комбинированного дизель-электрического привода, широко применяемого в самоходных строительных машинах (стреловых кранах, экскаваторах) с индивидуальным электрическим приводом каждого рабочего механизма (т. е. многомоторным приводом).

Электроэнергия для питания электродвигателей вырабатывается генератором тока„ установленным непосредственно на машине и получающим вращение от дизеля. Дизель-электрический привод не зависит от внешних силовых электросетей, упрощает кинематику машин (отсутствуют сложные механические трансмиссии, свойственные машинам с одномоторным приводом) и обеспечивает в широком диапазоне плавное бесступенчатое регулирование рабочих скоростей исполнительных механизмов.

От основного силового оборудования могут получать механическую энергию гидравлический и пневматический приводы рабочего и вспомогательного оборудования строительных машин.

Гидравлический привод используют главным образом для сообщения поступательного, возвратно-поступательного и вращательного движения исполнительным механизмам и рабочему органу машины, а также в системах управления машиной. Привод состоит из насоса (или насосов), системы распределения, бака с жидкостью, соединительных трубопроводов и гидравлических двигателей поступательного (силовые гидравлические цилиндры) и вращательного (гидромоторы) действия. В гидродвигателях давление рабочей жидкости, создаваемое гидронасосом, преобразуется в поступательное движение поршня со штоком или во вращательное движение ротора, связанных с рабочим органом.

Основными достоинствами гидравлического привода (по сравнению с механическим), определяющими его широкое применение в качестве силового оборудования строительных машин, являются: высокий КПД , экономичность, удобство управления и реверсирования, способность обеспечивать большие передаточные числа, бесступенчатое независимое регулирование в широком диапазоне скоростей исполнительных механизмов, простота преобразования вращательного движения в поступательное, предохранение двигателя и механизмов от перегрузок, компактность конструкции и надежность в работе.

Пневматический привод состоит в основном из тех же элементов, что и гидравлический, но приводится в действие энергией сжатого до 7 кгс/см2 (0,69 МПа) воздуха, вырабатываемого компрессорами. Низкий КПД пневматического привода (вследствие утечки воздуха и падения давления в системе) ограничивает его применение в качестве силового оборудования. Такой привод используют в паровоздушных молотах для забивки свай, в ручных пневмомашинах и в системах управления строительных машин для плавного включения механизмов в работу и их торможения.

Ходовое оборудование, применяемое в строительных машинах, делят на рельсовое, пневмоколесное и гусеничное.

Рельсовое оборудование имеет башенные, козловые и .мостовые краны, подвесные электротельферы, копры и т. д.

Пневмоколесное оборудование применяется для самоходных и прицепных строительных машин (стреловые краны, скреперы, грейдеры, погрузчики, одноковшовые строительные экскаваторы и т. п.), требующих значительной маневренности, мобильности и скорости перемещения при работе и транспортировании, а также частых перебросок своим ходом с одного объекта на другой при движении по любым дорогам. Проходимость таких машин в условиях бездорожья обеспечивается за счет применения шин сверхнизкого давления, равного 0,2—0,8 кгс/см2 (0,02—0,08 МПа).

Гусеничное оборудование (обычно двухгусеничное) характеризуется сравнительно небольшим удельным давлением на грунт и применяется для самоходных строительных машин, часто передвигающихся с малыми скоростями в условиях плохих дорог и полного бездорожья.

Погрузчики, стреловые краны и экскаваторы оснащаются нормальным гусеничным ходом для работы на уплотненных грунтах и уширенно-удлиненным гусеничным ходом для работы на слабых, переувлажненных и заболоченных грунтах. Многие самоходные строительные машины монтируют на базе серийных автомобилей, тракторов (колесных и гусеничных) и пневмоколесных тягачей.

Системы управления в строительных машинах могут быть: рычажные (механические) — при помощи системы рычагов, перемещаемых рукоятками и педалями; гидравлические (насосные и безнасосные), где рычаги заменены полностью или частично гидравлическими устройствами; пневматические, отличающиеся от гидравлических тем, что в них вместо жидкости применяется сжатый до 7 кгс/см2 (0,69 МПа) воздух; электрические — при помощи контроллеров, кнопок, магнитных станций — контакторов, тормозных электромагнитов и конечных выключателей; смешанные — пневмоэлектрические, электрогидравлические и т. д.

В состав каждой строительной машины входят: рама или станина (обычно сварная конструкция, реже клепаная или литая), рабочее оборудование, силовое оборудование, трансмиссия, обеспечивающая передачу энергии от силового оборудования к рабочему, механизмы управления, предназначаемые для включения или выключения отдельных агрегатов машины, ходовое оборудование (имеется только у передвижных машин).

Рамы строительных машин служат для крепления на них всех механизмов. Рамы стационарных машин, например камнедробилок, смесителей, имеют отверстия для крепления их на фундаментах. Крупные машины — экскаваторы и самоходные краны — имеют сложные рамы, состоящие из ходовых рам и поворотных платформ. Большинство современных строительных машин имеет стальные рамы сварной конструкции.

Рабочее рборудование строительных машин весьма разнообразно. Для самоходного крана — это стрела с грузовым канатом и крюковой обоймой; для экскаватора — это рукоять с ковшом или стрела с ковшом, для бульдозера — отвал с механизмом подъема и т. д. Общее требование, предъявляемое к рабочему оборудованию машин, — минимально возможные габаритные размеры при больших рабочих параметрах, обеспечивающих достижение максимальной производительности.

В качестве силового оборудования строительных машин широко применяются электродвигатели и двигатели внутреннего сгорания.

На современных строительных машинах трансмиссия (передача) энергии от силового оборудования к рабочим органам производится механическими, гидромеханическими и гидрообъемными передачами, пневмоприводами и электропроводными линиями.

Механические трансмиссии могут включать все виды передач: фрикционные, ременные, зубчатые, червячные и цепные.

В составе гидромеханических передач кроме механической трансмиссии имеется гидромуфта или гидротрансформатор, предохраняющие двигатель от перегрузки и обеспечивающие в ряде случаев регулирование скорости ведомого вала при постоянной скорости ведущего.

Гидрообъемные передачи включают гидронасос, создающий давление жидкости, передаваемое по трубопроводам к гидроцилиндру или к гидродвигателю, установленному непосредственно у рабочего органа.

При пневматическом приводе сжатый воздух от компрессора проходит по трубопроводам под давлением к исполнительным пневмоцилиндрам или ротационным двигателям, соединенным с рабочими органами машин.

Электрическая трансмиссия состоит из дизель-электрического привода, проводной сети и электродвигателей, встроенных в рабочий орган (например, барабан ленточного конвейера, ходовое колесо).

Самоходные и передвижные строительные машины могут быть смонтированы на автомобилях, тракторах, пневмоколес-ных тягачах или же иметь собственное ходовое оборудование: колесное, гусеничное, шагающее.

Колесный ход может быть рельсовым (башенные, козловые, мостовые краны) и безрельсовым. Последний выполняется на металлических (обрезиненных) и на пневматических колесах. Пневмоколесами оснащаются многие погрузчики, стреловые краны и универсальные экскаваторы. При этом увеличивается срок их службы и повышается сцепление колес с дорогой. Проходимость таких машин в условиях бездорожья обеспечивается применением шин сверхнизкого давления (0,5—0,8 кГ/см2).

Рельсовый ход обеспечивает хорошую работу механизма передвижения. Его недостатки — необходимость устройства подкрановых путей и невозможность изменять направление движения крана без их перекладки.

Гусеничное ходовое оборудование имеет большую площадь соприкосновения с грунтом, небольшое удельное давление на грунт и вследствие этого обеспечивает машине хорошую проходимость. Гусеницами оснащаются самоходные краны, погрузчики, экскаваторы. Для работы машин на слабых и сильно переувлажненных грунтах применяются уширенные гусеницы.

Еще более низкие удельные давления машины на грунт обеспечивает шагающее оборудование, которым оснащаются крупные экскаваторы.

В строительных машинах применяются следующие системы управления:
а) рычажно-механическая, включаемая в действие рычагом или педалью. Применяется при малом ходе исполнительного механизма и сравнительно небольших усилиях;
б) гидравлическая, выполненная по безнасосной схеме (при малом ходе исполнительного механизма и небольших передаваемых усилиях, например в тормозах) и по насосной схеме;
в) пневматическая, работающая на давлении до 7—8 ат и обеспечивающая более плавное включение, а также возможность автоматизации управления машиной;
г) электрическая, применяемая в машинах с электроприводом, более простая по исполнению и позволяющая легко осуществить автоматизацию;
д) смешанные: пневмоэлектрическая, электрогидравлическая и др., — обеспечивающие более четкую работу машин и переход на дистанционное и автоматическое управление ими.