close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

431.Машины для разработки грунтов

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»
МАШИНЫ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ГРУНТОВ
Лабораторный практикум
Рекомендовано учебно-методическим советом
Воронежского ГАСУ в качестве учебного пособия для студентов
направлений подготовки
190109.65 (23.05.01) «Наземные транспортно-технологические средства»,
190100.62 (23.03.02) «Наземные транспортно-технологические комплексы»
Воронеж 2015
УДК 621.8 (07)
ББК 39.311-06-5я7
Б904
Рецензенты:
кафедра «Тракторы и автомобили»
Воронежского государственного аграрного университета;
В.А. Нилов, д-р техн. наук, проф.
Воронежского государственного технического университета
Б904
Бузин, Ю.М
Машины для разработки грунтов: лаб. практикум / Ю.М. Бузин,
В.Л. Тюнин; Воронежский ГАСУ. – Воронеж, 2015. – 115 с.
ISBN 978-5-89040-568-5
.
Лабораторный практикум обеспечивает проведение комплекса лабораторных работ по дисциплине «Машины для разработки грунтов». Лабораторные работы включают теоретический материал по темам, описание конструкций и работу изучаемых машин. Приведены аналитические зависимости для
определения основных параметров и производительности машин для разработки грунтов и рекомендуемая литература. В приложении даны краткие технические характеристики изучаемых машин.
Предназначен для студентов направлений подготовки 190109.65
(23.05.01) «Наземные транспортно-технологические средства», 190100.62
(23.03.02) «Наземные транспортно-технологические комплексы»
Ил. 82. Табл.19. Библиогр.: 5 назв.
УДК 621.8 (07)
ББК 39.311-06-5я7
© Бузин Ю.М., Тюнин В.Л., 2015
© Воронежский ГАСУ, 2015
ISBN 978-5-89040-568-5
2
ВВЕДЕНИЕ
Предлагаемый практикум содержит 15 лабораторных работ, направленных на изучение конструкции, принципа работы и определение основных параметров машин для разработки грунтов (рыхлителей, бульдозеров, автогрейдеров, грейдер-элеваторов, скреперов, машин для разработки мёрзлых грунтов,
машин и оборудования для гидромеханической разработки грунтов одноковшовых экскаваторов и экскаваторов непрерывного действия).
Каждая из лабораторных работ построена по схеме: цель работы, теоретические сведения, порядок проведения работы, форма отчёта, контрольные
вопросы. Сведения о конструктивных особенностях изучаемых машин и справочные материалы к лабораторной работе приведены непосредственно в описании каждой из работ.
Приводимый материал сопровождается иллюстрациями, схемами, техническими характеристиками и расчётными зависимостями, позволяющими студенту понять назначение, теоретические аспекты и методику расчёта основных
параметров изучаемой машины и тем самым получить необходимые знания для
формирования профессионально-специализированных компетенций о том или
ином классе машин для разработки грунтов.
Настоящий практикум предназначен для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 190109.65 (23.05.01) «Наземные транспортнотехнологические средства» и 190100.62 (23.03.02) «Наземные транспортнотехнологические комплексы».
3
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
ИЗУЧЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИОННЫХ ПРИЗНАКОВ
И КОНСТРУКЦИЙ РАБОЧИХ ОРГАНОВ
МАШИН ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ГРУНТОВ
1.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель работы заключается в изучении классификационных признаков, основных видов и конструкций рабочих органов машин для разработки грунтов.
1.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
1.2.1. Общие требования к рабочим органам
Рабочие органы машин для разработки грунтов предназначены, в общем
случае, для отделения грунта от массива и перемещения его к месту отвала или
месту погрузки в транспортирующие средства.
В зависимости от назначения рабочие органы, являясь одной из основных
частей этих машин, должны выполнять различные виды земляных работ: подготовительные, основные, отделочные.
К подготовительным работам можно отнести снятие поверхностного слоя
почвы, которое выполняется рабочими органами отвального или ковшового типа. Основные виды земляных работ включают разработку карьеров, выемок,
котлованов, траншей, резервов и производятся рабочими органами одноковшовых экскаваторов и экскаваторов (цепных и роторных) непрерывного действия
и различных землеройно-транспортных машин – скреперов, бульдозеров, грейдеров-элеваторов, стругов, траншеекопателей, котлованокопателей. Отделочные работы, к которым относят планировку площадок различных типов земляных сооружений, откосов выемок, насыпей, каналов, нарезку кюветов, выполняют рабочими органами автогрейдеров, одноковшовых и многоковшовых планировщиков.
Рабочие органы имеют режущую часть в виде сплошной режущей кромки, зуба, клыка или резца, которые срезают слой грунта, отделяя его от массива.
На них действуют внешние нагрузки, связанные с сопротивлением грунта,
возникающим в процессе его разработки. Особенно большие нагрузки действуют на рабочие органы, предназначенные для разработки мерзлых грунтов.
При взаимодействии с грунтом режущая часть и рабочие поверхности рабочих органов машин для разработки грунтов подвергаются интенсивному абразивному изнашиванию, связанному с большой твердостью частиц кварца,
входящего в минералогический состав многих грунтов. Разработка влажных
4
глинистых грунтов приводит к налипанию грунтовых частиц на поверхность
рабочих органов, а работа в зимний период – к их намерзанию, что увеличивает сопротивление копанию и снижает производительность машин. На процесс
взаимодействия рабочих органов с грунтом влияют также и другие их физикомеханические свойства.
В связи с этим к рабочим органам машин для разработки грунтов предъявляются следующие основные требования: соответствие выполняемым видам
земляных работ, грунтовым и температурным условиям; обеспечение конструктивной прочности и надежности, необходимой износостойкости.
1.2.2. Общая классификация рабочих органов и условий
их взаимодействия с грунтом
Рабочие органы, применяемые на машинах для разработки грунтов различных типов для разных видов земляных работ, грунтовых и климатических
условий, могут быть систематизированы по следующим основным классификационным признакам:
1) назначению (для основных, отделочных или подготовительных
работ);
2) сложности (элементарные или сложные);
3) типу (ножевой, отвальный, ковшовый, шнековый);
4) форме режущей части поперечного сечения (прямоугольная, криволинейная);
5) числу открытых поверхностей (одна, две и т.д.);
6) схеме взаимодействия с грунтом (по числу открытых поверхностей у
грунтового массива);
7) траектории движения (прямолинейная, криволинейная);
8) непрерывности взаимодействия с грунтом (цикличное, непрерывное);
9) принципу воздействия на грунт (статическое, ударное, вибрационное,
смешанное);
10) виду случайного процесса нагружения (случайный стационарный,
случайный нестационарный процесс).
Общая схема классификации рабочих органов машин для разработки
грунтов по ряду указанных классификационных признаков представлена на
рис. 1.1. А более подробная схема классификации рабочих органов ковшового
типа показана на рис. 1.2.
5
Рис. 1.1. Классификация рабочих органов машин для разработки грунтов
1.2.3. Основные виды и конструкции рабочих органов машин для разработки
грунтов
В машинах для разработки грунтов рабочие органы (рис. 1.3) предназначены для выполнения основных технологических функций: отделения от массива кусков или слоев (стружки) грунта, захвата отделившегося грунта и перемещения его к месту укладки или погрузки. В конструкциях машин, рабочий
процесс которых состоит из последовательно выполняемых операции (отделения грунта от массива, его перемещения и отсыпки), землеройные рабочие органы обеспечивают и транспортные операции. Такие рабочие органы (рис. 1.З,
б-и) разделяют на ковшовые (экскаваторы, скреперы, погрузчики) и отвальные
(бульдозеры, автогрейдеры и др.). Если же назначение рабочего органа ограничивается отделением от массива кусков грунта (рыхление), то он может состоять только из рабочего инструмента в виде одного (рис. 1.3, а) или нескольких
зубьев.
6
Рис. 1.2. Классификация рабочих органов ковшового типа
Ковшовый рабочий орган представляет собой емкость с режущей кромкой, оснащенной зубьями (рис.1.3, б-г, е), выполняемыми обычно в виде клина,
или без них (рис. 1.3, д, ж, з). Ковши с режущими кромками без зубьев чаще
всего применяют для разработки малосвязанных песчаных и супесчаных грунтов, а ковши с зубьями – в основном для разработки суглинков, глин и прочных
скальных и мерзлых грунтов.
Следует отметить, что ковши экскаваторов без зубьев со специально выполненной полукруглой выступающей вперед режущей кромкой, разработанные Д. И. Федоровым, находят широкое и эффективное применение и при разработке достаточно плотных суглинистых и глинистых грунтов. В режиме разработки грунта ковш перемещается так, что его режущая кромка внедряется в
грунт, разрыхляя и отделяя его от массива. Разрыхленный грунт поступает в
ковш, в котором перемещается далее к месту разгрузки.
7
Отвальные рабочие органы в нижней части оборудованы ножами (рис.
1.3, и), поэтому их также называют ножевыми. Для разработки прочных, грунтов на ножи дополнительно устанавливают зубья.
Рис. 1.3. Основные виды рабочих органов машин для разработки грунтов
Одновременно с соблюдением технологических функций конструкция
рабочего органа должна удовлетворять требованиям обеспечения заданной
производительности машины в расчетных грунтах как по достаточности его
размеров, так и по рабочим усилиям и скоростям. При этом рабочий орган должен, обеспечивать возможно малую энергоемкость разработки грунта и материалоемкость, необходимую прочность, долговечность и простоту эксплуатации. Высокая абразивность и достаточно быстрое изнашивание рабочих органов и особенно его режущих элементов предъявляют к их конструкциям особые
требования по повышению их износостойкости. Обычно это обеспечивается:
применением для режущих элементов высококачественных сталей, обладающих при закалке высокой твердостью; периодической наплавкой износостойкими сплавами и армированием режущих элементов износостойкими вставками из карбидов вольфрама типа ВК15 и т.п.; легкосъёмностью и заменяемостью режущих инструментов.
8
Рассмотрим более подробно ковш «обратная лопата» экскаватора. Стандартный ковш обратной лопаты (рис. 1.4) состоит из так называемого «режущего периметра», непосредственно разрушающего грунт; корпуса, предназначенного для заполнения его вырезанным грунтом; проушин, с помощью которых
ковш крепится на рукояти и посредством которых к ковшу передается энергия
от механизма его поворота.
Режущий периметр состоит из горизонтального 1 и двух вертикальных 2
профилей. При копании элементы режущего периметра подвержены действию
значительных усилия от грунта и находящихся в нем включений. Кроме того,
режущий периметр более других элементов ковша подвержен абразивному износу. Поэтому толщина профилей периметра, как правило, больше толщины
элементов корпуса ковша. Периметр изготовляется из качественной стали, а его
кромки могут усиливаться износостойкой наплавкой.
При разработке прочных грунтов необходимо создать концентрацию напряжений на относительно малой площадке, чтобы способствовать сколу элементов грунтовой стружки. С этой целью ковши оснащают зубьями 9. Их устанавливают на горизонтальном профиле. Иногда используют боковые зубья, устанавливаемые на вертикальных профилях (на рис. 1.4 показаны отверстия для
установки таких зубьев). Применяют различные конструктивные варианты установки зубьев:
• на зубьях выполняют прорези, в которые заходит горизонтальный профиль;
• на горизонтальном профиле предусматривают карманы, в которые
вставляют хвостовики зубьев, фиксируя их клиньями, болтами или
штифтами;
• на наиболее дешевых ковшах зубья могут крепиться сваркой, что создает проблемы при их замене.
Зубья изготавливают из высокопрочных и износостойких сталей, например из стали 110Г13Л. Ковши без зубьев применяются на относительно слабых
грунтах при желании получить сглаженную поверхность грунта.
Корпус ковша состоит из днища 8, боковых стенок 3 и верхнего листа 4.
Днище имеет изогнутую форму, чтобы облегчить заполнение ковша грунтом.
Нижняя часть днища плавно сопрягается с горизонтальным профилем, а верхняя плавно переходит в верхний лист. Боковые стенки ковша или делаются параллельными, или имеется незначительное сужение ковша (угол между боковыми стенками не превышает 6°).
Ковши гидравлических экскаваторов могут поворачиваться относительно
рукояти с помощью шестизвенного механизма поворота с гидроцилиндром.
Для поворота к верхнему листу ковша приварены проушины 5 с втулками 6. В
передние втулки вставлена ось крепления ковша к рукояти, а в задние – ось, соединяющая ковш с тягой механизма поворота. Для придания прочности и жесткости, как проушинам, так и ковшу в целом на верхнем листе, вблизи проушин,
имеется коробка жесткости 7.
9
Рис. 1.4. Элементы конструкции ковша «обратная лопата»:
1 – горизонтальный профиль; 2 – вертикальный профиль; 3 – боковая стенка;
4 – верхний лист; 5 – проушины; 6 – втулки; 7 – коробка жесткости;
8 – днище; 9 – зубья.
1.3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
1.3.1. Используя лабораторный практикум, плакаты, кинофильм и модели
рабочих органов, изучить классификационные принципы, основные виды и
конструкции рабочих органов машин для разработки грунтов.
1.3.2. Выполнить классификационную схему основных видов рабочих органов машин для разработки грунтов.
1.3.3. Описать конструкции основных видов рабочих органов.
1.4. ФОРМА ОТЧЁТА
1.4.1. Цель работы.
1.4.2. Описание назначения рабочих органов машин для разработки грунтов.
1.4.3. Классификационная схема основных видов рабочих органов машин
для разработки грунтов.
1.4.4. Описание основных видов и конструкций рабочих органов машин
для разработки грунтов.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Назначение рабочих органов в системе машин для разработки грунтов.
2. Перечислите основные классификационные признаки рабочих органов
машин для разработки грунтов.
10
3. Назовите основные виды рабочих органов машин для разработки
грунтов.
4. Опишите конструкцию рабочего органа рыхлителя.
5. Опишите конструкцию рабочего органа бульдозера.
6. Опишите конструкцию рабочего органа скрепера.
7. Опишите конструкцию рабочего органа экскаватора.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
ИЗУЧЕНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И КОНСТРУКЦИИ
РЫХЛИТЕЛЕЙ
2.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель работы заключается в изучении рабочего процесса, конструкции и
определении производительности рыхлителей.
2.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Рыхлители применяют для послойного рыхления грунта и некоторых
горных пород на отдельные куски или глыбы с размерами, удобными для погрузки или последующей разработки. С помощью рыхлителей можно удалять
из грунта крупные камни, взламывать различные покрытия и разрабатывать
мёрзлый грунт. Рыхлить грунт механическим способом обычно экономически
выгоднее, чем буровзрывом.
Рабочим органом рыхлителя являются стойки-зубья, погружаемые в
грунт и рыхлящие его при движении. До недавнего времени эти машины выпускали только прицепными. Они имели большую массу, облегчающую внедрение зубьев в грунт, но маломаневренные и малопроизводительные – могут
работать с базовыми тягачами без дополнительных видов рабочего оборудования.
В последние годы выпускают только навесные рыхлители, свободные от
указанных недостатков. Их вес передаётся на базовый тягач, чем увеличивается
тяговое усилие его по сцеплению. Эти рыхлители имеют большую маневренность, их можно агрегатировать с бульдозерным или погрузочным оборудованием, что повышает универсальность машины.
Рыхлители навешиваются на тракторы различных классов, чем обеспечивается выполнение разнообразных работ. Глубина рыхления изменяется в пределах 0,4…1,0 м, иногда даже до 1,5 м. Конструкция рыхлительного оборудования
определяется схемой его подвески к базовой машине.
Трехзвенная подвеска (рис. 2.1, а) отличается простотой конструкции и
малой металлоёмкостью. Вместе с тем существенный недостаток её – зависи11
мость угла резания зубьев от заглубления: он изменяется от максимального в
начале заглубления до минимального на полной глубине рыхления.
Четырёхзвенная подвеска рыхлителя (рис. 2.1, б) отличается большей металлоёмкостью, но применяют её чаще, так как угол резания остаётся почти постоянным, что увеличивает срок службы наконечников рабочих органов. Существенным преимуществом такой подвески является и то, что рабочий орган при
опускании на грунт отодвигается от базового тягача, вследствие чего исключается заклинивание кусков породы между рабочим органом и гусеничным ходовым оборудованием. Четырёхзвенная подвеска позволяет разрушать грунт при
подъёме рабочего органа, что невозможно при подвеске трёхзвенной.
Рис. 2.1. Конструктивные схемы навесных рыхлителей:
а – трёхзвенного; б – четырёхзвенного; 1 – опорная рама; 2 – нижняя тяговая
рама; 3 – рыхлящий зуб; 4 – рабочая балка; 5 – гидроцилиндр
подъёма/опускания рыхлителя; 6 – верхняя тяговая рама
Известны (рис. 2.2) четырех- и многозвенные рыхлители со ступенчатым
регулированием угла рыхления. В четырехзвенных конструкциях угол рыхления
регулируют, изменяя длину одной из тяговых рам, в трехзвенных – поворотом
зуба на нижнем пальце. Существуют четырехзвенные конструкции, в которых
верхняя тяговая рама имеет отверстия для шарнирного соединения с рабочей
балкой. Палец шарнирного соединения соединён со штоком гидроцилиндра одностороннего действия и переставляется дистанционно.
Гидроцилиндр, установленный вместо верхней тяговой рамы, позволяет
дистанционно регулировать угол рыхления (рис. 2.2, в). Основной недостаток
такой схемы – в ограничении диапазона регулирования угла рыхления величиной ≈ 30°, что сужает возможности эффективного использования рыхлителей
на разработке сезонно-мерзлых грунтов в стесненных условиях городского
строительства.
12
Рис. 2.2. Варианты четырёх и многозвенных конструкций рыхлительного оборудования:
а – трансформируемый в трёхзвенный; б – с переносом шарнира крепления
верхней тяги; в – с гидроцилиндром регулировки угла рыхления вместо верхней
тяги; г и д – с отдельным механизмом регулировки угла рыхления; е, ж, з, и – с
регулировкой угла рыхления и сложным законом его изменения по глубине
рыхления.
Использование механизма рыхлительного оборудования с плечами разной длины (рис. 2.2, б, е, и) обеспечивает изменение угла рыхления в начале заглубления от 44 до 61°, что позволяет более точно подстраивать рыхлитель под
свойства грунтов. Расстояние между шарнирами опорной рамы можно уменьшать, передвигая верхнюю тяговую раму в нижнее положение (рис. 2.2, б), и
тем самым, увеличивая угол рыхления в момент заглубления и просвет под зубом в транспортном положении. Это облегчает рыхление откосов, улучшает
маневренность бульдозерно-рыхлительного агрегата и снижает опасность заклинивания материала между зубом, трактором и нижней тяговой рамой. Существуют механизмы, которые можно трансформировать из четырёхзвенного в
трёхзвенный и наоборот. Это достигается совмещением оси вращения верхней
и нижней тяговых рам в двукратном нижнем шарнире (рис. 2.2, а). Для дистан13
ционного управления процессом трансформации проушину шарнира крепления
верхней тяги к опорной раме располагают в вертикальных ползунах и перемещают в крайние положения гидроцилиндром.
Значительными возможностями располагают рыхлители с регулируемым
углом рыхления и сложной траекторией движения наконечника зуба (рис. 2.2, е,
ж, з, и), позволяющие реализовать наиболее рациональные режимы разработки
мерзлых и разборно-скальных грунтов при максимально возможном использовании тяговых возможностей базового тягача. Также известны многозвенные
механизмы, в которых угол рыхления регулируется отдельным механизмом
(рис. 2.2, г, д), присоединённым к четырехзвенной навеске. При этом гидроцилиндры регулирования угла устанавливают между шарниром в верхней части
рабочей балки и двукратным шарниром соединения верхней (или нижней) тяговых рам с трёхшарнирным звеном четырехзвенного механизма. Опорная рама
оборудования рыхлителя крепится к корпусу заднего моста трактора. Если корпус моста изготовлен из чугуна, опорную раму крепят к раме трактора с помощью специально привариваемых к ней проушин. К опорной раме шарнирно
крепятся нижняя и верхняя (при её наличии) тяговые рамы, а также гидроцилиндры подъёма/опускания рыхлителя. Гидроцилиндры подъёма/опускания
обычно устанавливают по диагонали и штоками вниз (для повышения напорных усилий). Обычно они имеют одинаковый диаметр с гидроцилиндрами изменения угла рыхления, но разную величину хода штока. Известно значительное количество вариантов механизма изменения угла рыхления.
Рабочее оборудование крепят к раме базового тягача или к корпусу его
заднего моста (рис. 2.3). Крепление к балкам гусеничных тележек менее рационально из-за повышенной металлоёмкости, увеличения габаритов машины, усложнения обслуживания ходовой части из-за плохого прохождения комьев разрушенного грунта или породы под охватывающей рамой.
В зависимости от назначения рыхлителя и вида выполняемых работ число зубьев может быть от 1 до 5. На тяжёлых работах при рыхлении горных пород и мёрзлых грунтов применяются одностоечные рыхлители; для рыхления
тяжёлых грунтов можно применять пятизубые рыхлители. Зубья выполняют
прямыми или изогнутыми и обычно снабжают съёмными наконечниками.
Подъём и заглубление рабочего органа производятся гидроцилиндрами.
Основными параметрами рыхлителя являются: наибольшее тяговое усилие базовой машины по сцеплению РТ.СЦ, наибольшая глубина рыхления hР,
число зубьев z, ширина наконечника стойки bН, угол резания α, расстояние lР от
низшей точки рамы до опорной поверхности машины при максимальной глубине рыхления, расстояние lН от наконечника зуба в крайнем нижнем положении до оси ведущей звёздочки трактора, шаг зубьев t.
Как правило, рыхлительное оборудование монтируют на гусеничных
бульдозерах, а получающиеся в итоге машины называют бульдозернорыхлительными агрегатами (рис. 2.3). Технические требования к базовым тракторам для рыхлителей обусловлены функциональными качествами этих машин
14
с учетом наиболее распространенной технологии производства работ, грунтовых и эксплуатационных условий и общей сферы применения машин.
Рис. 2.3. Бульдозерно-рыхлительный агрегат:
1 – рабочее оборудование рыхлителя, 2 – гусеничный промышленный трактор,
3 – бульдозерное оборудование
В зависимости от условий эксплуатации операции рыхления бульдозерно-рыхлительного агрегата составляют 10...40% (в среднем 30%) общего времени его работы. Типовая работа рыхлителя состоит из внедрения рабочего органа (рыхлящих зубьев) в грунт или породу, рабочего хода с рыхлением на
длину, определяемую размерами рабочей площадки, извлечения зубьев из
грунта, разворота или остановки и движения задним ходом в исходное для следующего рабочего хода положение, а также маневрирования. Каждый последующий рабочий ход производится на определенном расстоянии от предыдущего. При работе перекрестным способом (т. е., когда часть рабочих проходов
в определённой последовательности совершается под углом к предыдущим)
после рыхления площадки в одном направлении требуется смена исходного положения для работы в перпендикулярном направлении. При движении на подъём рыхление не производится.
2.3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
2.3.1. Используя лабораторный практикум, плакаты и кинофильм, изучить
общее устройство и назначение рыхлителей.
2.3.2. Определить основные параметры и производительность рыхлителя по
исходным данным варианта (табл. П 1), используя выражения (2.1) и (2.2).
Техническая производительность рыхлителя:
15
B ⋅ hР ⋅ LРХ ⋅ kТ
, м3/ч,
(2.1)
LРХ
tР
+
1000VРХ 3600
где В – ширина захвата при рыхлении, м; hР – средняя глубина рыхления, м;
LРХ – средняя длина рабочего хода в одну сторону, в расчётах принимаем LРХ = 100
м; kТ – коэффициент, учитывающий потерю времени на подход толкача и увеличение рабочей скорости, kТ = 0,8…0,95; VРХ – средняя скорость рабочего хода, км/ч;
tР – время одного разворота в конце участка, tР = 15…20 с.
Ширина захвата при рыхлении находится по формуле
ПТ =
В = k П bН ⋅ hР + 2hР ⋅ tgµ + t ( z - 1)  , м,
(2.2)
где kП – коэффициент перекрытия, kП = 0,65…0,85; bН – ширина наконечника
стойки, м; µ – угол скола грунта от вертикали, µ = 15…45°; t – шаг зубьев;
z – количество зубьев.
2.4. ФОРМА ОТЧЁТА
1.4.1. Цель работы.
1.4.2. Описание назначения и устройства рыхлителей.
1.4.3. Определение основных параметров и производительности рыхлителя по формулам (1.1), (1.2) и варианту приложения (табл. П.1).
1.4.4. Формулирование кратких выводов по лабораторной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Поясните назначение рыхлителей.
Начертите конструктивную схему рыхлительного агрегата.
Начертите конструктивные схемы рыхлительного оборудования.
Объясните, в чём отличие трёхзвненной и четырёхзвенной подвески
рыхлителя.
5. Как определить техническую производительность рыхлителя?
1.
2.
3.
4.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
ИЗУЧЕНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И КОНСТРУКЦИИ
БУЛЬДОЗЕРОВ
3.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель работы заключается в изучении рабочего процесса, конструкции и
определении производительности бульдозеров.
16
3.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Бульдозер – землеройно-транспортная машина, представляющая собой
базовый тягач 1, оснащенный отвальным навесным рабочим оборудованием, в
которое входит отвал 3 с ножами 5 и козырьком 4, толкающие брусья 6, подкосы 7 и гидроцилиндры 2 (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Конструктивная схема бульдозера с неповоротным отвалом
Отвал изготовляют в виде коробчатой сварной конструкции с накладками
жесткости, приваренными к тыльной стороне. Толкающие коробчатые брусья
передними концами шарнирно соединяют с проушинами тыльной стороны отвала, а задними – с упряжными шарнирами 8, плиты которых приварены к балкам гусеничных тележек трактора. Подкосы соединяют верхнюю часть отвала с
проушинами толкающих брусьев; перестановкой подкосов можно изменять
угол резания в пределах 45…60°. Вследствие трудоемкости операций по перестановке подкосов их заменяют гидроцилиндрами.
Бульдозер послойно срезает грунт и одновременно перемещает его волоком по поверхности земли к месту укладки. Бульдозеры применяют для возведения насыпей из грунтов боковых резервов, разработки выемок, грубого планирования поверхностей земляных сооружений, для засыпки рвов, траншей,
обваловки сооружений, а также для подготовительных работ – валки отдельных
деревьев, срезки кустарника, корчевания отдельных пней и камней. Бульдозеры
17
используют также для планирования грунтовых отвалов при работе экскаваторов и землевозов, образования штабелей сыпучих материалов (песка, щебня) и
их подачи к перерабатывающим агрегатам, для снегоочистки, формирования
террас на косогорах, производства вскрышных работ в карьерах.
На базе гусеничных тягачей также серийно выпускают универсальные
бульдозеры с поворотным отвалом. У бульдозера этого типа вместо толкающих
брусьев установлена арочная рама, к вершине которой шарнирно присоединен
отвал (рис. 3.2). Края отвала удерживают толкатели, соединенные ползунами с
боковыми направляющими рамы. Последняя соединена с кронштейнами рамы
трактора. Отвал поворачивают в плане гидроцилиндрами. Ползуны толкателей
при этом изменяют положение на направляющих рамы и фиксируются закладными штырями. Задние проушины толкателей можно переставлять по высоте
относительно ползунов, изменяя таким образом угол резания. Опуская проушину одного толкателя и поднимая проушину другого, можно произвести поперечный перекос oтвaлa.
Бульдозеры классифицируются следующим образом.
По назначению бульдозеры делятся: бульдозеры общего назначения;
бульдозеры специального назначения. Бульдозеры общего назначения предназначены для выполнения землеройно-планировочных и строительных работ.
Бульдозеры специального назначения предназначены для чистки снега, разработки торфа и др.
По мощности двигателя Nе и номинальной силе тяги ТН:
Nе, кВт
ТН, кН
- малогабаритные
до 15
до 25;
- легкие
15,5…60
26…75;
- средние
60…108
80…145;
- тяжелые
110…220
150…300;
- сверхтяжелые
более 220
более 300.
По рабочему оборудованию: различают бульдозер с неповоротным отвалом, который расположен под углом 90° к продольной оси машины; бульдозер
с поворотным отвалом, у которого можно изменять угол установки отвала в горизонтальной плоскости.
По ходовому оборудованию: гусеничные; колесные.
По системе управления: с канатно-блочной системой управления; с гидравлической системой управления; с комбинированной системой управления.
По размещению рабочего органа на базовой машине: с передним расположением; с задним расположением.
18
Рис. 3.2. Бульдозер с поворотным отвалом (вид сбоку и сверху):
1 – ножи; 2 – козырек; 3 – отвал; 4 – гидроцилиндры подъема и опускания отвала; 5 – опорный шарнир; 6 – универсальная рама; 7 – раскосы перекоса отвала;
8 – подкосы; 9 – штырь; 10 – крепление раскоса; 11 – зуб-стойка рыхлителя
В зависимости от условий работы применяют различные отвалы бульдозеров (рис. 3.3).
19
Рис. 3.3. Формы отвалов бульдозера:
а – прямой; б – универсальный; в – сферический; г – с боковыми рыхлящими
зубьями; д – совковый для уборки: е – короткий толкающий; 1 – лобовой лист
вместе с козырьком; 2 – боковые щитки; 3 – боковые ножи; 4 – угловые ножи;
5 – средние ножи; 6 – открылки; 7 – выдвижные зубья
На рис. 3.4 представлен общий вид бульдозера Б-10М.
Рис. 3.4. Общий вид бульдозера на базе трактора Б-10М
20
3.3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
При выполнении работы используется бульдозер Т-130 и модель отвала
бульдозера в «грунтовом канале» (лабораторная установка), а также плакаты и
кинофильм.
3.3.1. Используя бульдозер Т-130, лабораторную установку, лабораторный практикум, плакаты и кинофильм, изучить общее устройство и назначение
бульдозеров.
3.3.2. С помощью рулетки измерить высоту и ширину отвала бульдозера.
По технической характеристике (табл. П.1) найти средние действительные скорости при операциях рабочего цикла бульдозера.
3.3.3. Определить основные параметры и производительность бульдозера,
используя выражения (3.1), (3.2), (3.3) и используя исходные данные варианта
(табл. П.1).
Техническая производительность бульдозера:
ПТ =
3600 ⋅ VП
, м3/ч,
kР ⋅ Т Ц
(3.1)
где VП – объём призмы вырезанного грунта перед отвалом в конце рабочего
цикла, м3; kР – коэффициент разрыхления грунта при копании,
kР = 1,08…1,32 (грунт I…IV категорий); ТЦ – время цикла, с.
Объём призмы вырезанного грунта перед отвалом в конце рабочего
цикла находится по формуле
В0 ⋅ Н 2 ⋅ (1 - е ) 3
,м ,
(3.2)
VП =
2tgα
где В0 – длина отвала бульдозера, м; Н – высота отвала бульдозера, м; е – коэффициент, учитывающий потери грунта при транспортировании (для несвязных грунтов е = 0,06…0,07, для связных е = 0,025…0,032 на каждые
10 м перемещения); α – угол естественного откоса грунта в призме,
α = 30…40°.
Время рабочего цикла находится по формуле
 l
l 
l
Т Ц = 3600  1 + 2 + 3  + 2t Р + t П + 2t0 , с,
V

 Д 1 VД 2 VД 3 
(3.3)
где l1 – длина пути зарезания грунта, l1 = 3В0, км; l2 – длина перемещения грунта, в расчётах принимаем l2 = 0,02…0,04 км; l3 –длина холостого хода, l3 = l1 +
l2, км; VД1 ,VД2 ,VД3 – средние скорости движения бульдозера соответственно при
копании, перемещении грунта и холостом ходе, км/ч; tР – время на разворот,
tР = 10…12 с; tП – время для переключения передач, tП = 4…6 с; tQ – время на
подъём-опускание отвала, tО = 2…4 с.
В тяговом режиме при копании грунта из-за буксования движителя скорость движения бульдозера VД1 на 20…30 % ниже рабочей скорости.
21
3.4. ФОРМА ОТЧЁТА
3.4.1. Цель работы.
3.4.2. Описание назначения, устройства и классификации бульдозеров.
3.4.3. Определение основных параметров и производительности по
формулам (3.1), (3.2) и (3.3).
3.4.4. Формулирование кратких выводов по лабораторной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Поясните назначение и конструкцию бульдозера.
Поясните технологию производства работ бульдозерами.
Дайте классификацию бульдозеров.
Чем отличаются бульдозеры с поворотным и неповоротным отвалом?
Из каких операций состоит рабочий цикл бульдозера?
Какие факторы влияют на величину объёма призмы вырезанного грунта?
Как определить техническую производительность бульдозера?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
ИЗУЧЕНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И КОНСТРУКЦИИ
АВТОГРЕЙДЕРОВ
4.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель работы заключается в изучении рабочего процесса, конструкции и
определения производительности автогрейдеров.
4.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Автогрейдер (рис. 4.1) широко применяют при строительстве и содержании дорог, а также при аэродромном, промышленном, гражданском, гидротехническом, ирригационном и сельском строительстве.
С помощью автогрейдера можно производить профилировочные и планировочные работы при строительстве земляных сооружений, возводить насыпи
высотой до 0,6 м, планировать откосы, рыть и очищать кюветы и канавы треугольного и трапецеидального профиля, сооружать корыта для дорожных оснований, перемешивать и разравнивать грунт, щебень, гравийные и вяжущие (цемент, битум) материалы, а также разрушать дорожные покрытия и расчищать от
снега площади, улицы и дороги. Они могут разрабатывать грунты до II категории, а при предварительном рыхлении – до категории IV.
22
Рис. 4.1. Общий вид автогрейдера ДЗ-98
Основным рабочим органом у автогрейдера (рис. 4.2) является отвал. Он
расположен в средней части машины между передними и задними колесами.
Такое расположение отвала требует увеличения длины машины. Однако при
этом локальные неровности грунта, по которому передвигается машина, несущественно или совсем не сказываются на планирующих особенностях машины.
Рис. 4.2. Конструктивная схема автогрейдера:
1 – корчеватель; 2, 5 – система управления; 3, 12 – карданные передачи;
4 – основная рама; 6 – вал рулевого колеса; 7 – кабина; 8 – двигатель;
9 – радиатор; 10 – ведущие колеса; 11 – сцепление; 13 – трансмиссия;
14 – отвал; 15 – поворотный круг; 16 – рама тяговая; 17 – цапфа переднего
моста; 18 – ведомые управляемые колеса
23
Как видно из рис. 4.3, местные неровности вызывают вертикальное перемещение отвала в основном только при наезде на них передних колес. Когда
передние колеса окажутся в зоне возвышения или впадины высотой или глубиной Н, вертикальное отклонение ножа отвала составит h = Н/2. Такая же неровность под задними колесами при наличии у них балансирной подвески может
вообще не сказаться на положении отвала.
Рис. 4.3. Влияние неровностей на планирующие свойства автогрейдера
Помимо отвала автогрейдер может быть укомплектован примерно еще 20
видами сменного дополнительного оборудования. Среди них наиболее часто
используют кирковщик, бульдозерный отвал, плужный снегоочиститель, удлинители отвала, откосник, грейдер-элеватор и др. При работе машины отвал
можно установить наклонно к вертикальной и горизонтальной плоскостям, поворачивать в плане и выносить в сторону от продольной оси. Для достижения
наибольшей производительности и наилучших условий машины угол наклона
отвала к вертикальной плоскости – поперечный наклон – нужно выбирать таким, чтобы угол резания его ножа составлял около 35…40°. Угол наклона отвала к горизонтальной плоскости при резании, перемещении и планировке грунта
целесообразно принимать в пределах 15…18°, а при планировке откосов устанавливать до 45°. Угол поворота отвала относительно продольной оси машины
– угол захвата, обычно выбирают из условия получения наименьшего сопротивления при отводе грунта в сторону и принимают в пределах 35…45°.
24
Автогрейдеры классифицируют в зависимости от мощности силовой установки и соответствующей ей массы машины, вида системы управления и колесной схемы ходового оборудования.
В зависимости от мощности силовой установки и соответствующей ей
массы машины автогрейдеры делятся на легкие – мощностью до 50 кВт и массой машины до 9 т, средние – мощностью до 75 кВт и массой до 13 т, тяжелые
– мощностью до 120 кВт и массой до 19 т и особо тяжелые – мощностью свыше
180 кВт и массой более 24 т.
По типу системы управления различают автогрейдеры с механической и
гидравлической системами управления. На выпускаемых в настоящее время автогрейдерах применяется только гидравлическая система управления.
Ходовое оборудование автогрейдеров выполняется двухосным или трехосным. Колеса передней оси у всех автогрейдеров управляемые, а у тяжелых –
еще и ведущие.
В зависимости от конструктивного решения ходового оборудования автогрейдеры принято характеризовать колесной формулой. В ней указывается количество управляемых А и ведущих Б осей из общего числа осей В ходового
оборудования машины. Наибольшее распространение на автогрейдерах получила конструкция ходового оборудования с наклонными передними колесами,
соответствующая формуле
АхБхВ=1х2х3
Несмотря на простоту конструктивного решения ходового оборудования,
автогрейдер имеет хорошие планирующие и тягово-сцепные показатели. Наличие наклоняемых передних колес позволяет надёжно выдержать траекторию
движения.
При исполнении ходового оборудования по схеме 1x3x3, применяемого
на тяжелых автогрейдерах, повышаются тягово-сцепные свойства, но усложняется конструкция привода передних колес.
Рабочий процесс автогрейдера состоит из копания грунта, перемещения,
укладки и разравнивания его в земляном сооружении.
При копании грунт может разрабатываться как всей шириной отвала, так
и одним из его концов. В первом случае режущая кромка отвала устанавливается параллельно поверхности грунта, а во втором – наклонно. При этом отвал
может находиться непосредственно под рамой автогрейдера или сбоку от нее.
Глубина копания в первом случае может доходить до 250 мм, а во втором – до
половины высоты отвала.
При наклонной установке отвала режущая кромка его обычно устанавливается под углом 10…15° к поверхности грунта. Площадь срезаемой стружки
грунта в этом случае несколько меньше, чем при горизонтальном положении.
Это обусловливает снижение сопротивления при копании и позволяет увеличить скорость передвижения машины и ее производительность. На практике с
такой установкой выполняется большая часть земляных работ.
25
Существенное влияние на сопротивление копанию оказывает выбор угла
наклона отвала к вертикальной плоскости. Его обычно принимают таким, чтобы угол резания ножа отвала в слабых и тяжелых грунтах был соответственно
равен 45 и 35°.
Срезанный отвалом грунт в дальнейшем может перемещаться перед отвалом или отводиться в сторону от направления движения машины. Это зависит
от положения режущей кромки отвала относительно продольной оси машины,
определяемого углом между ними, называемым углом захвата. При значении
этого угла, близком к 45°, грунт интенсивно скользит по отвалу и отводится в
сторону от продольной оси машины. При угле захвата, близком или равном 90°,
грунт остается перед отвалом и перемещается им в направлении движения машины. На практике угол захвата назначается в зависимости от вида работ, выполняемых машиной. При зарезании отвала в грунт одним из его концов этот
угол принимается равным 35…50°.
При выполнении автогрейдером отделочных и планировочных работ угол
захвата устанавливают в пределах 45…90°, причем на первой стадии выполнения этих работ, когда подлежащий планировке слой грунта имеет большую
толщину, этот угол имеет меньшее значение. По мере улучшения разравнивания и повышения уплотнения грунта угол захвата постепенно увеличивают,
принимая на конечной стадии планировки равным 90°. Поскольку в этот момент сопротивление машине невелико, на отвал обычно устанавливают уширитель. Это увеличивает ширину полосы обрабатываемого грунта и производительность машины.
При копании с отводом грунта в боковом направлении наиболее рациональным считается угол захвата, равный 60°. На отвод грунта в этом случае
машина расходует несколько большую энергию, чем при угле захвата в 45°.
Однако при этом она обрабатывает более широкую полосу сооружения и отводит грунт на большее расстояние в сторону.
В процессе выполнения земляных работ на строительных объектах автогрейдеры совершают круговые или челночные движения. Последнее зависит от
длины и ширины участков, на которые разбивается объект строительства.
При применении автогрейдеров на строительстве дорог длина участков,
называемых захваткой, зависит от рельефа местности, наличия мостов, труб,
сроков и объемов работ и др. и составляет 0,15…1,5 км. При захватках длиной
0,4…1,5 км автогрейдеры перемещаются по круговым траекториям. Двигаясь
при каждой проходке в пределах всей длины захватки, они выполняют только
одну определенную операцию при одной установке отвала.
При коротких захватках длиной 0,15…0,4 км работы ведутся челночными
движениями автогрейдера, причем, если длина захватки близка к 0,15 км, автогрейдер совершает обратное движение вхолостую на повышенной скорости.
При захватках длиной более 0,15 км автогрейдер разрабатывает грунт при прямом и обратном движениях, поворачивая отвал на 180° в конце участка перед
обратным ходом.
26
4.3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
При выполнении работы используется автогрейдер ЗТМ 1-43.
4.3.1. Используя автогрейдер ЗТМ 1-43, лабораторный практикум, плакаты и кинофильм, изучить общее устройство и назначение автогрейдеров.
4.3.2. С помощью рулетки измерить высоту и длину отвала автогрейдера, а
угломером - угол поворота отвала в плане.
По технической характеристике (табл. П.2) найти средние действительные
скорости при операциях рабочего цикла автогрейдера.
4.3.3. Определить основные параметры и производительность автогрейдера,
используя выражения (4.1), (4.2) и исходные данные варианта (табл. П.2).
Техническая производительность автогрейдера:
ПТ =
L⋅F
, м3/ч,
ТЦ
(4.1)
где L – длина рабочего участка, в расчётах принимаем L = 400 м; F – площадь
вырезаемой стружки, принимаем для II категории грунта F =0,07…0,09м2;
ТЦ – время цикла, ч.
Время рабочего цикла автогрейдера находится по формуле
n
n  2t n
n
Т Ц = 2 L  К + П + О  + Р , ч,
V

 Д 1 V Д 2 V Д 3  3600
(4.2)
где длина участка L подставляется в км; n – общее число проходов; nК – число
проходов при копании грунта; nП – число проходов при перемещении грунта;
nО – число проходов при отделки насыпи; VД1, VД2, VД3 – средние действительные скорости при копании, перемещении грунта и отделочных проходах, км/ч;
tР – время на разворот автогрейдера, tР = 60…180 с.
4.4. ФОРМА ОТЧЁТА
4.4.1. Цель работы.
4.4.2. Описание назначения, устройства и классификации автогрейдеров.
4.4.3. Определение основных параметров и производительности по
формулам (3.1) и (3.2).
4.4.4. Формулирование кратких выводов по лабораторной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Поясните устройство автогрейдера.
2. Какие виды дополнительного оборудования могут навешиваться на
автогрейдер?
3. Назовите классификацию и главный параметр автогрейдеров.
27
4. Какие конструктивные признаки автогрейдера влияют на точность
планировки земляного полотна?
5. Что означают цифры в колёсной формуле автогрейдера?
6. Как определяется техническая производительность автогрейдера?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5
ИЗУЧЕНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И КОНСТРУКЦИИ
ГРЕЙДЕР-ЭЛЕВАТОРОВ
5.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель работы заключается в изучении рабочего процесса, конструкции и
определении производительности грейдер-элеваторов.
5.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Грейдер-элеватор (рис. 5.1) – землеройно-транспортная машина для послойного резания грунта с плужным рабочим органом и транспортирующим
устройством непрерывного действия.
Грунт, срезаемый грейдер-элеватором при перемещении, передаётся на
конвейер или метатель, который сбрасывает этот груз в валик или слой, образующийся параллельно рабочему перемещению машины. Грунт можно отсыпать в транспортные средства, двигающиеся вместе с грейдер-элеватором.
Грейдер-элеваторы применяются для создания линейных сооружений:
насыпей и выемок в дорожном, ирригационном и гидротехническом
строительстве, при работе на равнинной местности в грунтах нормальной
влажности без включений крупного камня.
Высота насыпи и глубина выемки (до 2 м) ограничена вылетом конвейера, который не может быть большим из условия сохранения устойчивости
машины при сравнительно небольшой ширине колеи.
Грейдер-элеваторы классифииируются по типу ножа, по конструкиии и
расположению транспортирующего органа, по способу передвижения, приводу, по системе управления и типоразмерам.
По типу ножа различают грейдер-элеваторы с дисковыми, прямыми и
криволинейными (полукруглыми) ножами (вторые и третьи получили название
стругов). Ножи могут быть поворотными и неповоротными. Грейдер-элеватор с
поворотным ножом может работать по челночной схеме с отрывкой одностороннего кювета или односторонней отсыпкой грунта без разворотов всей машины в начале и конце заходки.
28
Рис. 5.1. Самоходный грейдер-элеватор на базе одноосного тягача:
1 – одноосный тягач; 2 – ходовая трансмиссия тягача; 3 – плужная балка;
4 – дисковый нож; 5 – основная рама; 6 – гидромотор привода ленточного
конвейера; 7– ленточный конвейер; 8 – опорно-поворотное устройство; 9 и
10 – гидроцилиндры подъёма плужной балки; 11 – гидроцилиндр подъёма
конвейера; 12 – гидроцилиндр поворота ножа
29
По конструкции и расположению транспортирующего органа различают
грейдер-элеватор с ленточными конвейерами (поперечными, диагональными
или поворотными), с метателями и конвейерами-метателями.
Грейдер-элеваторы могут также иметь два (продольный и поперечный)
конвейера.
По способу передвижения rрейдер-элеваторы делятся на прицепные и
полуприцепные к тракторам, навесные на базе автогрейдеров и самоходные на
базе одноосных тягачей.
Привод транспортирующего органа может быть механическим (с отбором
мощности от двигателя трактора или с самостоятельным двигателем внутреннего сгорания), электрическим и гидравлическим. Наиболее совершенны электрический и гидравлический приводы.
Управление рабочими органами может быть механическим (с отбором
мощности для механизмов управления от основной трансмиссии), а также
гидравлическим или электрогидравлическим, которые нашли наибольшее применение.
Типоразмеры грейдер-элеваторов определяются производительностью и
дальностью перемещения грунта. В свою очередь, производительность зависит
от мощности машины и размеров её режущего органа, а дальность
транспортирования - от длины и скорости транспортирующего органа.
Являясь машинами непрерывного действия с рациональным процессом
перемещения грунта, грейдер-элеваторы отличаются от других землеройнотранспортных машин высокой производительностью, при работе в отвал она
достигает 3000 м3/ч. Эти машины обслуживаются в большинстве случаев одним
грейдеристом.
Грейдер-элеватор пpи отсьпке грунта в насыпь, отвал или кавальер дает
непрерывный поток грунта, определяемый площадью поперечного сечения срезаемой стружки грунта и скоростью движения машины. Этот поток прерывается в конце и начале захватки. Схема работы грейдер-элеватора показана на рис.
4.2. Рабочий цикл состоит из срезания грунта на длине захватки, подъема ножа,
разворота грейдер-элеватора или перехода на противоположную сторону сооружения при кольцевой схеме, или маневра для перехода на параллельную
стружку при челночной схеме (для грейдер-элеваторов с поворотным ножом) и
опускания ножа.
Для прицепных грейдер-элеваторов, обладающих плохой маневренностью, длина захватки должна быть не менее 500 м. Самоходные и челночного действия грейдер-элеваторы могут работать достаточно эффективно и при
меньшей длине участка. Наиболее распространенными конструкциями грейдерэлеваторов являются полуприцепные машины с автономным двигателем
внутреннего сгорания для привода транспортирующего органа и самоходные
машины на базе одноосных тягачей.
30
Рис. 5.2. Схемы работы грейдер-элеватора:
а – при возведении насыпи из двухсторонних кюветов-резервов кольцевыми
проходами (с разворотом машины в конце каждого прохода); б – при возведении насыпи из одностороннего резерва и челночным движением машины с
одной стороны сооружения; 1, 2, 3, 4 – проходы с одной стороны дороги; 1´, 2´,
3´ – соответствующие им проходы с другой стороны
В грейдер-элеваторах широко применяются дисковые сферические ножи
(рис. 5.3), укрепляемые при помощи кронштейна 3 на плужной балке 1 или
плужной раме, которая, в свою очередь, подвижно соединяется с основной рамой
машины. Они располаrаются под углом к горизонтальной плоскости и к направлению движения машины так, чтобы срезаемый ножом пласт грунта, поворачиваясь, ложился на середину ленты конвейера, а процесс резания проходил с
минимальной энергоемкостью, что возможно при согласовании положения
(грунта) ножа со свойствами разрабатываемого грунта и скоростью резания. Поэтому во всех конструкциях грейдер-элеваторов с дисковыми ножами предусматривается широкий диапазон регулировки положения ножа. Эффективность
процесса резания и траектории потока срезанного грунта существенно зависит от
формы и размеров ножа. Наиболее рациональной формой является сферический
диск с отношением радиуса кривизны сферы к диаметру ножа 0,85…1. С увеличением радиуса кривизны ножа энергоёмкость резания снизится, но ухудшится
подача грунта на конвейер.
31
Рис. 5.3. Дисковый режущий орган (плуг) грейдер-элеватора:
1 – плужная балка; 2 – распорка (подкос); 3 – кронштейн; 4 – сферический нож;
5 – зубчатые соединительные диски; 6 – центральный болт
5.3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
5.3.1. Используя лабораторный практикум, плакаты и кинофильм, изучить
общее устройство и назначение грейдер-элеваторов.
5.3.2. Определить основные параметры и производительность грейдерэлеватора по исходным данным варианта (табл. П.3), используя выражения
(5.1) и (5.2).
При отсыпке грунта в насыпь из двухсторонних резервов или отрывке
канала с отсыпкой грунта на две стороны техническая производительность
грейдер-элеватора
ПТ =
F ⋅ kП ⋅ L
, м3/ч,
L / V Д + t ПОВ
(5.1)
где F – проекция площади вырезаемой стружки грунта на плоскость, перпендикулярную к направлению движения грейдер-элеватора, м2; kП – коэффициент,
учитывающий потери грунта при подаче его на конвейер, для дискового ножа
kП = 0,85…0,95; L – длина захватки, L = 1500 м; VД – средняя действительная
скорость грейдер-элеватора, м/ч; tПОВ – время поворота в конце участка, tПОВ =
0,15 ч.
Проекцию площади вырезаемой стружки грунта для средних условий
можно принять
32
F = 0, 2 ⋅ DН , м2,
(5.2)
где DН – диаметр ножа, м.
5.4. ФОРМА ОТЧЁТА
5.4.1. Цель работы.
5.4.2. Описание назначения, устройства и классификации грейдерэлеваторов.
5.4.3. Определение основных параметров и производительности по
формулам (5.1) и (5.2).
5.4.4. Формулирование кратких выводов по лабораторной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.
2.
3.
4.
5.
Поясните конструкцию грейдер-элеватора.
Поясните назначение и принцип работы грейдер-элеватора.
Назовите виды рабочего органа и привода транспортирующего органа.
Из чего состоит дисковый режущий орган?
Приведите уравнение технической производительности грейдерэлеватора.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6
ИЗУЧЕНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И КОНСТРУКЦИИ СКРЕПЕРОВ
6.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель работы заключается в изучении рабочего процесса, конструкции и
определении производительности скреперов.
6.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Скрепер (рис. 6.1) является землеройно-транспортной машиной цикличного действия, выполняющей в процессе её движения резание грунта, заполнение ковша, транспортирование и выгрузку грунта с разравниванием и частичным уплотнением.
Скреперы широко применяют в дорожном строительстве для возведения
насыпей и разработки выемок; в гидротехническом строительстве для рытья
котлованов и сооружения дамб и плотин; в промышленном и гражданском
строительстве для разработки котлованов, траншей и площадок; на вскрышных
33
работах для срезки и рекультивации верхнего слоя грунта при добыче полезных
ископаемых, а также на различных вспомогательных работах.
Рис. 6.1. Самоходный скрепер
Скреперы используют чаще всего при разработке грунтов категорий I и II.
При предварительном рыхлении они могут разрабатывать и грунты категорий
III и IV. Для заполнения ковша и увеличения производительности скреперы работают вместе с толкачом.
Скреперы (см. рис. 6.1) представляют собой комбинацию тягача 1 с тележкой 2, оснащенной ковшом 3, имеющим форму ящика, открытого спереди и
сверху. Резание грунта осуществляется ножом 5, закрепленным на передней
части днища. Толщина стружки изменяется в пределах 0,12…0,5 м в зависимости от размеров скрепера. Передняя часть ковша имеет шарнирно прикрепленную заслонку 6, а задняя – подвижную стенку 4.
Скреперы классифицируют по следующим признакам:
- вместимости ковша – с малой (до 5 м3), средней (5…12 м3) и большой (15 м3,
25 м3, 40 м3);
- способу передвижения – прицепные, полуприцепные и самоходные;
- способу загрузки ковша – заполнение ковша грунтом происходит под давлением срезаемой стружки или с рабочими органами активного действия;
- способу разгрузки ковша – со свободной, полупринудительной, принудительной, щелевой и донной;
34
- трансмиссии – с механической, гидромеханической и электромеханической;
- системе управления рабочим органом – с гидравлической и канатно-блочной
системой.
На рис. 6.2 представлены компоновочные схемы скреперов.
12
13
14
15
г
Рис. 6.2. Компоновочные схемы скреперов:
а – прицепных: 1 – двухосный с гусеничным тягачом; 2 – одноосный с
гусеничным тягачом; 3 – двухосный с колесным тягачом; 4 – двухосный с
двухосным тягачом; б – полуприцепных: 5 – с гусеничным тягачом;
6 – с колесным тягачом; 7 – с двухосным тягачом; в – самоходных;
8 – с одноосным тягачом; 9 – двухдвигательный с одноосным тягачом;
10 – дизель-электрический четырехколесный; 11 – то же, трехколесный;
г – условные обозначения: 12 – ведущая гусеница; 13 – ведомое колесо;
14 – ведущее колесо; 15 – мотор-колесо
На рис. 6.3 представлен общий вид скрепера с принудительной загрузкой.
35
Рис. 6.3. Общий вид скрепера с принудительной загрузкой
На рис. 6.4 представлена схема заполнения и выгрузки ковша скрепера с
принудительной загрузкой.
При принудительной загрузке скреперы, как правило, работают самостоятельно. В этом случае они могут разрабатывать не только сыпучие малосвязные
и хорошо разрыхленные грунты, но и связные влажные и липкие. Однако, как
показала практика эксплуатации, эти скреперы не пригодны для разработки
грунтов с каменистыми включениями.
Рис. 6.4. Схема скрепера с принудительной (элеваторной) загрузкой:
а – в процессе копания; б – при выгрузке грунта
Перемещаясь на участке ведения земляных работ по определенному пути
(рис. 6.5), скрепер совершает последовательно несколько операций, которые
составляют его рабочий цикл.
Рабочий цикл скрепера состоит из операций отделения стружки грунта от
массива (рис. 6.6, а), постепенного заполнения ковша, перевода ковша в транс36
портное положение, перемещения грунта к месту выгрузки (рис. 6.6, б), выгрузки его в сооружение или отвал (рис. 6.6, в) и возвращения машины в исходное для копания положение. Для резания грунта оператор в процессе перемещения машины на малой скорости открывает заслонку и опускает переднюю
часть ковша до необходимого заглубления ножа. Толщина срезанного слоя
грунта при копании составляет 0,12…0,53 м в зависимости от мощности двигателя и конструкции рабочего органа.
Рис. 6.5. Схемы движения скреперов при производстве земляных работ:
а – по «эллипсу»; б – восьмеркой; в – зигзагом; 1 – наполнение ковша;
2 – выгрузка грунта
По мере наполнения ковша грунтом растет сопротивление движению машины. Для того чтобы полное сопротивление движению оставалось примерно
постоянным, оператор по мере заполнения ковша снижает толщину стружки.
Для ускорения заполнения ковша грунтом и повышения производительности
машины в некоторых случаях применяют копание под уклон, работу скреперов
в сцепке или с использованием толкачей (рис. 6.6, а). В качестве толкачей применяют бульдозеры с коротким усиленным отвалом или специальные толкачи,
оснащенные отвалом или при малой ширине с амортизаторами.
Рис. 6.6. Операции рабочего цикла скрепера
При копании процесс заполнения ковша грунтом может быть разделен на
две стадии (рис. 6.7). На первой стадии при разработке связного грунта срезанная
37
ножом стружка идет по днищу до упора в заднюю стенку. После этого она ломается в зоне ножа и, постепенно наслаиваясь, накапливается в ковше и перед заслонкой в виде трёхгранных призм (рис. 6.7, а). На второй стадии стружка заполняет переднюю часть ковша между заслонкой и призмой. Внутри ковша она первоначально скользит по ножу и откосу призмы, а затем перемещается в сторону
заслонки, образуя валик (рис. 6.7, б). С этого момента стружке приходится проталкиваться в ковш между валиком и призмой, а достигнув поверхности отсыпанного грунта, имеющего вид пологого конуса, образует шапку грунта.
Рис. 6.7. Схемы заполнения ковша грунтом
Эта картина заполнения ковша грунтом не однозначна. Она зависит от
вида и состояния грунта. При сыпучих грунтах стружка разрушается сразу же
после отделения от массива. Накапливающийся возле ножа грунт не проталкивается вверх, раздвигая отсыпанный ранее грунт, а приподнимает его, оставаясь
в нижней части ковша.
6.3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
При выполнении работы используется прицепной скрепер ДЗ-111 к колёсному тягачу Т-150К.
6.3.1. Используя скрепер ДЗ-111, лабораторный практикум, плакаты и кинофильм, изучить общее устройство и назначение скреперов.
6.3.2. С помощью рулетки измерить геометрические параметры ковша скрепера (высоту, ширину и длину).
По технической характеристике (табл. П.4) найти средние действительные
скорости при операциях рабочего цикла скрепера.
6.3.3. Определить основные параметры и производительность скрепера,
используя выражения (6.1), (6.2) и исходные данные варианта (табл. П.4).
Техническая производительность скрепера:
ПТ =
3600 ⋅ VК ⋅ k Н
, м3/ч,
Т Ц ⋅ kР
38
(6.1)
где VК – геометрическая вместимость ковша, м3; kН – коэффициент наполнения ковша, kН = 1,25; ТЦ – время цикла, с; kР – коэффициент разрыхления
грунта, kР = 1,08…1,32 (для грунта I…IV категорий).
Время рабочего цикла находится по формуле
 l
l
l
l 
Т Ц = 3600 1 + 2 + 3 + 4  + (t Р + t М ) , с,
 VД 1 VД 2 VД 3 VД 4 
(6.2)
где l1 – длина пути копания грунта, l1 = 0,01…0,02 км; l2 – длина пути разгрузки
ковша скрепера, l2 = 0,015…0,03 км; l3 – длина пути транспортировки гружёного скрепера, l3 = 0,5…3 км; l4 – длина пути транспортировки порожнего скрепера, l4 = 0,5…3 км; VД1 – средняя действительная скорость при копании грунта, км/ч; VД2 – средняя действительная скорость при разгрузке ковша,
VД2 = 2VД1, км/ч; VД3 – средняя действительная скорость при транспортировке
гружёного скрепера, VД3 = 0,8VД4, км/ч; VД4 – средняя действительная скорость
при транспортировке порожнего скрепера, км/ч; tР – время на разворот скрепера,
tР = 10…25 с; tМ – время на маневрирование скрепера и толкача, tМ = 30…60 с.
6.4. ФОРМА ОТЧЁТА
6.4.1. Цель работы.
6.4.2. Описание назначения, устройства и классификации скреперов.
6.4.3. Определение основных параметров и производительности по
формулам (6.1) и (6.2).
6.4.4. Формулирование кратких выводов по лабораторной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Поясните назначение и область применения скреперов.
Перечислите компоновочные схемы скреперов.
Дайте классификацию скреперов.
Каким образом можно увеличить наполнение ковша скрепера грунтом?
Опишите процесс заполнения ковша скрепера.
Как определяется техническая производительность скрепера?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7
ИЗУЧЕНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И КОНСТРУКЦИИ
МАШИН ДЛЯ РАЗРАБОТКИ МЁРЗЛЫХ ГРУНТОВ
7.1.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель работы заключается в изучении рабочего процесса, конструкции и определении производительности машин для разработки мёрзлых грунтов.
39
7.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Для подготовки мёрзлых грунтов к разработке чаще других применяют механический способ их разрушения. Основными группами машин, работающих по этому
способу, являются навесные рыхлители, машины для нарезания щелей и разработки
траншей, оборудование ударного и вибрационного действия.
Машины для рытья траншей и нарезания щелей разрабатывают мерзлый
грунт резанием – снимая рабочими органами стружки небольшой толщины.
Вследствие этого энергоемкость рабочего процесса получается большая, а производительность машин невысокая. Щели в мерзлом грунте нарезают для укладки кабеля, трубопроводов малого диаметра, а также для послойной разработки грунтов. В первом случае ширина щели определяется технологическими
требованиями, во втором – она должна быть минимальной, так как нарезанные
щели только разделяют массив на блоки, вследствие чего грунт можно удалять
одноковшовым экскаватором. Размер блоков должен соответствовать размерам
ковша экскаватора, а глубина прорези в сезонномёрзлом грунте составляет не
менее 0,7…0,8 от глубины промерзания. Ниже этого уровня прочность замерзшего грунта значительно уменьшается и обычно его можно разрабатывать экскаватором. При небольшой ширине щели средняя энергоемкость процесса в
3…5 раз меньшая, чем при разработке сплошного массива мерзлого грунта резанием.
Основными рабочими органами для нарезания щелей служат баровые
устройства, дисковые и кольцевые фрезы. Общий вид и схема баровой машины показана на рис. 7.1, 7.2. В нее входят базовая машина 4, гидроцилиндр
подъема 3, трансмиссия 2 и баровый рабочий орган 1.
В качестве базовых машин используют тракторы с ходоуменьшителем
(минимальная скорость – 30 м/ч) или цепные траншейные экскаваторы. С помощью гидропривода можно регулировать усилие прижатия резцов к забою.
При наличии нескольких рабочих органов целесообразно устанавливать гидроцилиндры на каждый из них, что позволяет нарезать одну или несколько щелей
одновременно.
40
Рис. 7.1. Общий вид баровой машины на базе трактора Т-130
Рис. 7.2. Принципиальная схема баровой землеройной машины
Баровый рабочий орган состоит из рамы и бесконечной цепи со сменными резцами. Цепь опирается на часто установленные направляющие ролики, не дающие ей свободно провисать и позволяющие получить достаточное
напорное усилие. Одним комплектом резцов можно нарезать щели длиной
41
800…1000 м. Быстрый выход из строя резцов и баровой цепи – один из важнейших эксплуатационных недостатков баровых машин.
Принцип работы баровой машины подобен принципу работы цепного
траншейного экскаватора. При движении цепи рабочий орган опускается на
грунт и постепенно врезается до необходимой глубины. Разрушенный грунт
выносится на поверхность цепью. В результате сочетания перемещения машины и движения цепи зубья срезают стружку и прорезают щель.
К основным конструктивным параметрам баровых машин относят длину
рабочего органа, ширину щели, скорости движения баровой цепи и перемещения машины, число одновременно прорезаемых щелей, максимальное тяговое
усилие, усилие подъема (перевода в транспортное положение) и опускания
(прижатия к забою) рабочего органа.
Фрезерные машины (рис. 7.3) создают на базе гусеничных тракторов
или роторных траншейных экскаваторов. Их конструктивная схема, как и
принцип работы, аналогичны роторным экскаваторам.
Рис. 7.3. Схема фрезерной машины:
1 – гусеничный тягач; 2 – кронштейн; 3 – гидроцилиндр подъема;
4 – фрезерный рабочий орган
42
Основным отличием является небольшая ширина отрываемой щели и небольшая по сравнению с диаметром фрезы глубина щели, которая ограничена
условиями выноса разрушенного грунта на поверхность.
На эффективность баровых и фрезерных рабочих органов влияют скорости резания и подачи, геометрия зубьев и их рациональная расстановка. Резцы
нужно устанавливать так, чтобы предыдущие обеспечивали последующим работу в условиях полублокированного или свободного резания.
Мерзлый грунт легко разрушается растягивающими усилиями. Поэтому
наиболее выгодным с энергетической точки зрения представляется разрушение
мерзлых грунтов отрывом. Машины с винтовым рабочим органом, основанные на таком принципе разрушения, прикладывают к грунту нагрузку, направленную в сторону открытой поверхности. Исследования и производственные
испытания показали, что способ разрушения мерзлого грунта растяжением достаточно эффективен.
Рабочие органы, разрушающие мерзлый грунт растягивающими усилиями, работают по двум схемам: с завинчивающимся анкером и с внедрением
клина на границе замерзания. В первом случае (рис. 7.4, а) в грунт завинчивают
крутящим моментом МКР до определенной глубины h анкерное устройство
диаметром D. Затем усилием РПОД, направленным вдоль анкера, от поверхности
отрывают конусообразные глыбы грунта диаметром D1 и высотой h0, которые
одновременно разрыхляются. Усилие может быть как статическим, так и динамическим. При наличии открытого забоя анкер (рис. 7.4, б) заглубляет клин,
вдавливаемый усилием, развиваемым винтовым наконечником крутящим моментом МКР, до скола грунта в сторону открытой поверхности.
Рис. 7.4. Винтовой рабочий орган:
1 – штанга; 2 – упорный подшипник; 3 – клин; 4 – винтовой наконечник
43
Для внедрения клина в грунт на границе замерзания необходимо предварительно подготовить забой в виде уступа, из которого начинает работать машина.
Обычно такой рабочий орган (рис. 7.5) устанавливают на трактор вместо отвала
бульдозера. В этом случае клин заглубляется тяговым усилием трактора, а скол
грунта происходит при подъеме клина гидроцилиндром. Усилие Рпод на подъем
клина рассчитывают исходя из прочности грунта на разрыв σр, глубины промерзания h и угла скола грунта ψ. При этом прочность грунта σр нужно принимать
равной прочности промерзшего слоя при средней температуре Тср.
Рис. 7.5. Разрушение грунта клином, внедряемым на границе замерзания:
h – глубина промерзания; 1 – тягач; 2 – рама; 3 – гидроцилиндр; 4 – клин
Перспективность применения таких машин очевидна, т.к. они воздействуют на мерзлый грунт, начиная от границы промерзания, где он наименее прочен по сравнению с более прочным поверхностным слоем.
Мерзлый грунт может разрушаться при соударении рабочего органа машины с грунтом (рис. 7.6), если кинетическая энергия его в значительной степени преобразуется в энергию деформации грунта. От места соударения в грунте
распространяется волна, вызывающая в конечном счете разрушение грунта. Основная причина разрушения – появление наряду со сжатием под рабочим органом растяжения контактной поверхности в прилегающем районе. В результате в
мерзлом грунте появляются трещины, опережающие начало скалывания. При забивании в грунт клина появляется, кроме того, расклинивающее усилие. При наличии свободной поверхности, в направлении которой происходит скол, это вызывает разрушение грунта, в основном, растяжением.
Способы вибрационного и виброударного разрушения мерзлых грунтов
отличаются от способа ударного разрушения сравнительно большой частотой
силовых импульсов при меньшей их энергии. Обычно механизмы, вызывающие
колебания рабочего органа, обеспечивают частоту 8…120 Гц при энергии одного импульса от 0,1 до 30 кДж. Рабочие органы землеройных машин, у которых
инструмент движется не только вместе с рабочим органом, но и относительно
44
него, называют активными. Активизация рабочих органов позволяет подводить
к забою дополнительную энергию, увеличивающую производительность и эффективность рабочего процесса.
Рис. 7.6. Конструктивные схемы клиновых рыхлителей:
а – с падающим рабочим органом; б – с забиваемым рабочим органом;
в – для послойного рыхления грунта
В зависимости от схемы крепления вибратора на рабочем органе различают три типа таких машин (рис. 7.7): вибрационные, виброударные и частоударные.
Вибрационный рабочий орган (рис. 7.7, а) состоит из вибратора, который
жестко закреплен на рабочем инструменте. Под действием синусоидальной вынуждающей силы рабочий орган совершает колебания, передающиеся инструментом грунту. Более эффективны вибраторы направленного действия, которые обычно применяют для активизации рабочих органов землеройных машин.
Виброударный рабочий орган (вибромолот) производит как вибрационное, так и ударное воздействие на грунт. Он состоит из вибратора (см. рис. 7.7,
б) и рабочего инструмента, соединенных пружинами. При движении вибратора
под действием вынуждающей силы пружины вначале запасают энергию, а затем отдают ее инструменту, увеличивая силу соударения бойка и наковальни.
Режим работы вибромолота зависит от регулировки механизма. Число ударов
может быть равным частоте колебаний вибратора или быть меньше ее. Это
число в значительной степени зависит от зазора х между бойком и наковальней,
который может быть положительным, нулевым или отрицательным (боек прижимается к наковальне с определенной силой).
45
Рис. 7.7. Схемы рабочих органов вибромашин:
а – вибрационного действия; б – виброударного действия; в – частоударного
действия; 1 – вибратор; 2 – боёк; 3 – наковальня; 4 – рабочий инструмент;
5, 6 – пружины
Когда вибратор и рабочий инструмент (см. рис. 7.7, в) не соединены, на
грунт передаются частоударные нагрузки. По данным исследований, такие рабочие органы несколько менее эффективны, чем виброударные.
7.3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
7.3.1. Используя лабораторный практикум, плакаты и кинофильм, изучить общее устройство и назначение машин для разработки мёрзлых грунтов.
7.3.2. Определить основные параметры и производительность машины
для разработки мёрзлых грунтов по исходным данным (табл. П.5), используя
выражение (7.1).
Техническая производительность роторных экскаваторов с резцами для
разработки мёрзлых грунтов:
ПТ = bТ·hТ·υР,
(7.1)
где bТ – ширина траншеи, м; hТ – глубина траншеи (максимальная, по технической характеристике), м; υР – рабочая скорость перемещения экскаватора, м/ч.
46
7.4. ФОРМА ОТЧЁТА
7.4.1. Цель работы.
7.4.2. Описание назначения, устройства и классификации машин и оборудования для разработки мёрзлых грунтов.
7.4.3. Определение основных параметров и производительности по
формуле (7.1).
7.4.4. Формулирование кратких выводов по лабораторной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Назовите, какими способами можно разрабатывать мёрзлые грунты.
2. Поясните назначение и принцип работы баровой и фрезерной машин.
3. Объясните вибрационный способ разрушения мёрзлых грунтов и нарисуйте конструктивные схемы вибромашин.
4. В чём отличие виброударных от частоударных машин?
5. Напишите уравнение технической производительности роторных экскаваторов с резцами.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8
ИЗУЧЕНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И КОНСТРУКЦИИ
МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ
РАЗРАБОТКИ ГРУНТОВ
8.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель работы заключается в изучении рабочего процесса, конструкции и
определении производительности машин и оборудования для гидромеханической разработки грунтов.
8.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Гидромеханизация – особый вид механизации работ для разработки грунтов, при котором все операции процесса (разработка, транспортировка и укладка грунта) или некоторые из них выполняют с помощью воды. При этом от забоя к месту укладки подаётся смесь грунта и воды, называемая пульпой. Этот
непрерывный процесс обеспечивает комплексную механизацию работ при разработке грунтов.
Преимущества гидромеханизации земляных работ состоят в высокой
производительности оборудования и труда с подачей грунта на большие расстояния, возможности разработки грунта из-под воды, естественного уплотне47
ния укладываемого намывом грунта и в возможности разделения его на фракции. Необходимо, однако, учитывать, что производительность и стоимость гидромеханизированных земляных работ в значительной мере зависят от местных
условий. Данный способ применим не для всех групп грунта. Плохо поддаются
такой разработке грунты, содержащие большое количество камней, а также
плотные глинистые.
Различают два способа гидромеханизации земляных работ – закрытый
(подводный) и открытый. При закрытом способе применяют плавучие землесосные установки, снабженные всасывающей трубой, которую опускают на дно
водоёма. Водяным потоком, всасываемым землесосом, захватывают со дна
грунтовые частицы и образовавшуюся пульпу перекачивают по трубам к месту
отвала, где частицы оседают, а вода уходит.
С учётом этих двух способов оборудование для механизации работ тоже
подразделяют на две группы: для землесосных и для гидромониторных работ.
Особую группу составляет вспомогательное оборудование.
В первую группу входят землесосные снаряды (автономные и с питанием
от береговых энергетических систем), во вторую – гидромониторы, насосные и
землесосные установки. Водоводы и пульпопроводы, а также перекачивающие
землесосные установки включают в обе группы.
Трудоёмкость работ и удельный расход электроэнергии при гидромониторном способе более высокие, чем при землесосном.
Землесосный снаряд (рис. 8.1) представляет собой землеройную машину
непрерывного действия, предназначенную для разработки грунта в подводном
забое и перемещения его к месту укладки. Это плавучий агрегат, оборудованный
рядом специальных устройств (рис. 8.2).
Рис. 8.1. Общий вид землесосного снаряда
К ним относятся грунтозаборное устройство, предназначенное для непрерывного отделения грунта от массива забоя, грунтовый насос, всасывающий и
48
перекачивающий пульпу, всасывающий пульпопровод – трубопровод, соединяющий грунтозаборное устройство с грунтовым насосом, напорный пульпопровод, предназначенный для соединения грунтового насоса с береговыми пульпопроводами.
Землесосный снаряд имеет также устройство для рабочих перемещений,
обеспечивающее непрерывный контакт грунтозаборного устройства с разрабатываемым грунтом (оперативные лебедки и свайное оборудование). Силовые
установки снаряда используют для приведения в действие грунтового насоса
(главная машина), дизель-электрические установки – для приведения в действие механизмов рабочих перемещений, для освещения, водоснабжения и бытовых нужд.
Грунтозаборные устройства могут быть двух типов: для непосредственного всасывания без предварительного разрыхления грунта и с каким-либо рыхлителем, повышающим интенсивность грунтозабора. Основной частью этого устройства является наконечник, в зев которого при работе грунтового насоса поступает вода. Скорость движения воды возрастает с приближением к зеву наконечника, достигая в его плоскости 1,5…2 м/с. Струи воды, попадающие на грунт,
размывают его и увлекают во всасывающее отверстие; в грунте образуются
фильтрационные потоки, увлекающие частицы грунта.
Рис. 8.2. Схема землесосного снаряда:
1 – грунтозаборное устройство; 2 – лебедка; 3 – напорный пульпопровод;
4 – свайное устройство; 5 – плавучий пульпопровод; 6 – грунтовой насос;
7 – всасывающий пульпопровод; 8 – корпус
Способ непосредственного всасывания грунта из-под воды достаточно эффективен при разработке не слежавшихся песков. Поэтому грунтозаборные устройства большинства земснарядов, предназначенных для работы в плотных и
связных грунтах, оснащают разрыхлителями, которые разрушают грунт непосредственно перед всасывающим отверстием. По принципу действия разрыхлители
49
можно разделить на два класса – гидравлические (рис. 8.3) и механические (рис.
8.4).
Рис. 8.3. Схема всасывающего наконечника:
1 – всасывающая труба; 2 – всасывающий патрубок; 3 – сопла;
4 – коллектор; 5 – труба для подачи воды
Водогрунтовую смесь всасывает грунтовый насос или, как его называют,
землесос (рис. 8.5). В результате вращения рабочего колеса пульпа, заполняющая
внутреннюю полость корпуса, отбрасывается от центра насоса к концам лопастей и направляется в отливной канал. Вследствие этого в центральной части насоса образуется зона пониженного давления, в которую под влиянием атмосферного давления устремляется пульпа от всасывающего патрубка.
Рис. 8.4. Схема фрезерного рыхлителя:
1 – фреза; 2 – всасывающее отверстие; 3 – всасывающая труба; 4 – ножи;
5 – рёбра ступицы; 6 – направление перемещения фрезы
50
Рис. 8.5. Грунтовой насос:
1 – лопасти; 2 – всасывающий патрубок; 3, 5 – диски рабочего колеса;
4 – корпус; 6 – трубка для подачи воды; 7 – ступица; 8 – вал; 9 – сальниковое
уплотнение; 10 – крышка корпуса; 11 – отливной канал. Стрелками показаны
направления движения пульпы
Рабочие перемещения землесосных снарядов должны обеспечивать движение грунтозаборного устройства в горизонтальной плоскости. При этом движение должно осуществляться по заданным траекториям с регулируемой скоростью, без холостых ходов, т. е. движения грунтозаборного устройства по выработанным участкам забоя.
В последние годы применяют три способа рабочих перемещений землесосных снарядов: канатный, свайно-канатный и свайный. Каждый способ может осуществляться по нескольким схемам в зависимости от характера работ,
выполняемых земснарядом. В соответствии с этими схемами земснаряд с грунтозаборным устройством может перемещаться поступательно вдоль своей продольной оси или поперек нее; может совершать веерное движение, поворачиваясь относительно неподвижной точки или, оставаясь на месте, поворачивать в
горизонтальной плоскости грунтозаборное устройство и т. д. Большая часть
землесосных снарядов с грунтозаборным устройством в процессе работы движется по дугам окружностей. Их центрами служат сваи, опущенные в грунт.
В состав свайного устройства входят две сваи, расположенные в кормовой части снаряда, и лебедки, с помощью которых он совершает повороты.
Сваи поднимают и опускают в грунт попеременно, что дает возможность поворачивать землесосный снаряд относительно их поочередно.
51
На рис. 8.6 сплошными линиями показано первоначальное положение
снаряда П у правой бровки разрабатываемого участка.
Рис. 8.6. Способ папильонирования с рабочим свайным ходом:
а – план; б – положение напорной сваи в прорези корпуса;
П, Л – положение земснаряда соответственно у правой и левой бровок;
С – среднее положение снаряда; I … VII – папильонажные ленты;
I …IV – положения напорной сваи; 2В – ширина разрабатываемого
участка; 1 – напорная свая; 2 – прикольная свая
Снаряд поворачивается вокруг сваи с помощью натягиваемых тросов, соединенных с якорями. В это время фреза разрабатывает грунт на площади ленты, после чего снаряд переходит в положение Л (у левой бровки). Затем при
помощи напорного механизма землесосный снаряд отталкивается от сваи, про52
двигается вперед на ширину одной ленты и совершает рабочий ход в обратном
направлении. Такие веерные перемещения грунтозаборного устройства или
землесосного снаряда называют папильонированием (в переводе с французского – порхание бабочки).
Основным оборудованием для выполнения гидромониторных работ служат гидромониторы – устройства, предназначенные для формирования компактной водяной струи. Они превращают потенциальную энергию воды, подаваемой по напорному трубопроводу, в кинетическую энергию струи и направляют ее в нужную точку забоя. В результате действия струи грунт разрушается
и, смешиваясь с водой, образует пульпу.
Гидромонитор (рис. 8.7) состоит из неподвижного нижнего колена и
верхнего, которое можно поворачивать вокруг вертикальной оси благодаря вертикальному шарнирному устройству. Подвижное колено с помощью шарового
шарнира соединено со стволом, несущим на конце насадку. Оси шарниров взаимно перпендикулярны. Шаровой шарнир дает возможность поворачивать
ствол гидромонитора в вертикальной плоскости на угол около 25° вниз и около
50° вверх от горизонтального положения. Воду подводят к нижнему колену, из
которого она поступает в верхнее колено, а через ствол и насадку в виде компактной струи выбрасывается наружу.
Рис. 8.7. Гидромонитор:
а – общий вид гидромонитора; б – вертикальный шарнир гидромонитора;
1 – нижнее колено; 2 – обойма; 3 – шарикоподшипник; 4 – кольцо; 5 – крышка
сальника; 6, 9 – стяжные болты; 7 – фланец верхнего колена; 8 – верхнее колено;
10 – шарнирное устройство; 11 – шаровой шарнир; 12 – ствол;
13 – насадка; 14 – сальник
53
Гидромониторы питают водой с помощью насосных установок. Обычно
насосную станцию компонуют из двух или больше центробежных насосов.
Проточную часть гидромониторов (нижнее и верхнее колена, ствол, насадка)
проектируют так, чтобы компактную струю воды можно было создать с наименьшими гидравлическими потерями. С этой целью внутренней полости ствола придают конусность в 3…5° в направлении движения потока. Кроме того,
внутри ствола устанавливают ребра-успокоители параллельные его оси. Эти
ребра служат для гашения вращательного движения воды и уменьшения вихревых потоков в струе.
Гидромониторы монтируют обычно на металлических салазках (сварных
или штампованных) или на самоходных шасси (гусеничных или шагающих). В
зависимости от этого их подразделяют на переставные и самоходные. В строительстве наиболее широко используют переставные гидромониторы, которые
перемещают в пределах площадки тракторами или переставляют грузоподъемными кранами.
Грунт, размытый гидромонитором, может подаваться к месту укладки по
канавам и лоткам. Такое безнапорное самотечное транспортирование можно
применять лишь в тех случаях, когда местность имеет уклон в сторону нужного
направления движения пульпы. Такой способ транспортировки применяется
довольно редко.
При напорном транспорте, применяемом наиболее широко, пульпа самотеком поступает в приямок, называемый зумпфом, который устраивают у места
стоянки гидромонитора. Из приямка пульпа засасывается грунтовым насосом
(землесосом), подается в напорный пульпопровод, по которому транспортируется к месту укладки.
8.3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
8.3.1. Используя лабораторный практикум, плакаты и кинофильм, изучить общее устройство и назначение машин и оборудования для гидромеханической разработки грунтов.
8.3.2. Определить основные параметры и производительность гидромонитора по исходным данным варианта (табл. П.6), используя выражения (8.1) –
(8.4).
Техническая производительность гидромонитора (по воде):
ПТ = 3600
Q 3
, м /ч,
q
(8.1)
где Q – расход воды через насадку, м3/с; q – удельный расход воды для размытия и транспортировки единицы объёма грунта, q = 3…5 – для мелкозернистого
песка, q = 10…15 – для жирной глины.
54
Q = FНАСV , м3/с,
(8.2)
где FНАС – площадь поперечного сечения отверстия насадки, м2; V – скорость
истечения струи, м/с.
FНАС = π D 2 / 4 , м2,
(8.3)
где D – диаметр насадки гидромонитора, м.
V = αϕ 2 gH , м/с,
(8.4)
где α – коэффициент сжатия струи, α ≈ 1; ϕ – коэффициент скорости, ϕ = 0,94;
g – ускорение свободного падения; Н – напор у насадки гидромонитора, м.
8.4. ФОРМА ОТЧЁТА
8.4.1. Цель работы.
8.4.2. Описание назначения, устройства и классификации машин и оборудования для гидромеханической разработки грунтов.
8.4.3. Определение основных параметров и производительности гидромонитора по формулам (8.1) – (8.4).
8.4.4. Формулирование кратких выводов по лабораторной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.
2.
3.
4.
5.
Поясните особенность гидромеханической разработки грунтов.
Из чего состоит землесосный снаряд?
Какие функции выполняют грунтовый насос и фрезерный рыхлитель?
Поясните устройство и принцип действия гидромонитора.
Как определяется техническая производительность гидромонитора?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9
ИЗУЧЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИОННЫХ ПРИЗНАКОВ,
РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И ОБЩЕГО УСТРОЙСТВА
ОДНОКОВШОВЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ
9.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель работы заключается в изучении классификационных признаков, рабочего процесса и общего устройства одноковшовых строительных экскаваторов,
что позволяет сформировать обстоятельное представление о них.
55
9.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Экскаватор – это землеройная машина ковшового типа. Строительные экскаваторы предназначены для разработки грунтов до IV категории включительно.
9.2.1. Классификационные признаки одноковшовых экскаваторов
Существуют различные подходы к классификации этого типа машин, различающиеся как выбором классификационных признаков (рис. 9.1) так и диапазонами их численных значений.
Рис. 9.1. Возможные классификационные признаки
одноковшовых экскаваторов
В соответствии со стандартом РФ одноковшовые экскаваторы следует
подразделять (табл. 9.1) на группы, различающиеся массой, вместимостью
ковша и мощностью двигателя. Термин «гидравлический» означает, что силовой привод рабочего оборудования и управление им осуществляется гидравлическими исполнительными механизмами.
Термин «навесной» означает, что экскаваторное оборудование с механизмами управления им навешивается в качестве сменного на другую машину (пневмоколесный бульдозер, пневмоколесный фронтальный погрузчик, автогрейдер и т. д.).
56
Таблица 9.1
Классификация гидравлических одноковшовых экскаваторов.
Мощность
№
Ёмкость
Масса, т
Описание
двигателя,
группы
ковша, м3
кВт
1
3,5
Навесной
0,15…0,40
15…25
6,5
Полноповоротный
2
6,5
Неполноповоротный
0,25…0,65
25…40
9,5
Полноповоротный
3
16,0
Полноповоротный
0,40…1,00
40…60
4
25,0
Полноповоротный
0,65…1,66
60…90
5
40,0
Полноповоротный
1,00…2,50
90…120
6
70,0
Полноповоротный
1,60…4,00
100…210
Термин «неполноповоротный» означает, что экскаваторное оборудование
вращается относительно вертикальной оси менее чем на 360° (обычно на 180°).
Термин «полноповоротный» означает, что экскаваторное оборудование
смонтировано на поворотной платформе и вращается вместе с ней относительно вертикальной оси в любом направлении более, чем на 360°.
Классификация экскаваторов по типу ходового оборудования представлена на рис. 9.2.
Рис. 9.2. Классификация экскаваторов по типу ходового оборудования:
а – гусеничный; б – гусеничный с увеличенной поверхностью гусениц;
в – пневмоколёсный; г – на специальном шасси; д – на базе трактора
Классификация экскаваторов по типу подвески рабочего оборудования
представлена на рис. 9.3.
57
Рис. 9.3. Классификация экскаваторов по типу подвески
рабочего оборудования:
а – с гибкой подвеской; б – с жёсткой подвеской; 1 – ходовое оборудование;
2 – поворотная платформа; 3 – рабочее оборудование
Маркировка отечественных строительных экскаваторов строится в соответствии со схемой: ЭО-А Б В Г. В ней ЭО расшифровывается как «экскаватор
одноковшовый строительный», а возможные значения литер приведены в табл.
9.2.
Таблица 9.2
Условные обозначения, используемые при маркировке
Литера
Кодируемое свойство
Шифр
Расшифровка
в схеме
1
до 0,40
2
до 0,65
3
до 1,00
А
Вместимость ковша, м3
4
до 1,25
5
до 1,60
6
до 2,50
1
гусеничное
2
гусеничное уширенное
Б
Ходовое оборудование
3
пневмоколёсное
4
автомобильного типа
1
гибкая подвеска
2
жёсткая подвеска
Подвеска рабочего
В
оборудования
3
телескопическое
4
резервная группа
Г
Модель по заводской нормали
произвольная маркировка
Более подробная индексация строительных экскаваторов приведена на рис. 9.4.
58
Рис. 9.4. Структура индексов одноковшовых строительных экскаваторов
59
9.2.2. Рабочий процесс одноковшового экскаватора
Спецификой рабочего процесса одноковшового экскаватора является его
цикличность. Рабочий цикл состоит из следующих последовательно выполняемых основных операций:
1) рыхление грунта и захват его ковшом (копание);
2) перемещение грунта в ковше к месту укладки путем поворотного движения рабочего оборудования;
3) выгрузка грунта из ковша в транспортное средство или в отвал путем
его раскрывания, поворота или опрокидывания;
4) возвратное движение рабочего оборудования в зону копания.
У экскаватора с рабочим оборудованием нижнего копания (обратная лопата и драглайн) помимо основных операций рабочий цикл включает дополнительные, связанные с подъемом рабочего оборудования выше уровня стояния
машины перед поворотом его на выгрузку и с опусканием его на дно траншеи
или выемки перед началом копания.
Гидравлический стенд для воспроизведения операций рабочего цикла одноковшового экскаватора с оборудованием обратная лопата представлен на рис.
9.5.
Рис. 9.5. Гидравлический стенд одноковшового экскаватора с рабочим оборудованием обратная лопата:
1 – опорно-поворотное устройство (ОПУ); 2 – поворотная платформа;
3 – рабочее оборудование; 4 – пульт управления; 5 – место оператора
60
9.2.3. Общее устройство одноковшового экскаватора
Основными функциональными элементами экскаватора (рис. 9.6) являются:
1) ходовое оборудование, включающее нижнюю раму с движителем (гусеничным или пневмоколесным), верхнюю раму с опорно-поворотным устройством и привод;
Рис. 9.6. Одноковшовый экскаватор:
а) с оборудованием прямая лопата; б) с оборудованием обратная лопата
61
2) поворотная платформа с силовой установкой, кабиной машиниста и
механизмами;
3) рабочее оборудование.
9.2.4. Механизмы одноковшового экскаватора
Основными исполнительными механизмами одноковшового экскаватора
являются:
1) ходовой механизм (механизм передвижения);
2) поворотный механизм;
3) механизмы управления рабочим оборудованием.
Основные рабочие размеры (рис. 9.7) определяют возможность экскаватора вести разработку и перемещение грунта с одной стоянки.
Наиболее важными рабочими размерами для прямой и обратной лопат
являются радиус Rк и высота Нк копания, а также радиус RВ и высота НВ выгрузки.
Рис. 9.7. Рабочие размеры канатных (а, б, в) и гидравлических (г, д)
экскаваторов а, б, д – с прямой лопатой; в, г – с обратной лопатой
62
9.2.4. Расчёт технической производительности одноковшового
экскаватора
Техническая производительность экскаватора ПТ является основным показателем эффективности его функционирования. Она характеризует выработку
экскаватора в условиях данного грунта и забоя в течении часа непрерывной работы.
ПТ = 3600 ⋅ q
kН 1
⋅
(м3/ч),
kР tЦ
(9.1)
где q – геометрическая вместимость ковша, м3; kН, kР – коэффициенты наполнения грунтом ковша и разрыхления грунта; tЦ – продолжительность рабочего цикла, с.
Чтобы разработать одноковшовым экскаватором порцию грунта, необходимо выполнить в определённой последовательности комплекс из четырёх основных технологических операций, составляющих рабочий цикл:
1) отделение от массива и захват грунта ковшом – копание продолжительностью tКОП;
2) перемещение грунта на выгрузку путём поворотного движения с гружённым ковшом продолжительностью tПГ;
3) выгрузка грунта из ковша в транспортное средство или в отвал продолжительностью tВЫГ;
4) возврат рабочего оборудования в забой путём поворотного движения с
порожним ковшом продолжительностью tПП.
Таким образом, продолжительность рабочего цикла одноковшового экскаватора будет равна
tЦ = tКОП + tПГ + tВЫГ + tПП.
(9.2)
Продолжительность отдельных операций рабочего цикла определяется
либо хронометражом реального процесса копания, либо по формуле
Н.Г.
Домбровского
ti = ki 3 G (c ),
(9.3)
где G – масса экскаватора, т; ki – коэффициент пропорциональности (табл. 9.3).
Таблица 9.3
Значения коэффициентов ki
Масса экскаватора, т
Наименование операции
20
30
40
Копание грунта
1,67
1,68
1,65
Поворот на выгрузку
1,56
1,36
1,54
Выгрузка грунта
1,01
1,02
1,03
Поворот в забой
1,26
1,34
1,38
63
50
1,59
1,49
1,04
1,35
Значение коэффициентов kН, kР приведены в табл. 9.4.
Таблица 9.4
Значение коэффициентов kН, kР
Категория
kН
Характеристика грунта
kР
грунта
I
Песок, супесь, мягкий и разрыхленный
1,08…1,1 0,95…1,0
суглинок
II
Суглинок без включений, мягкая влажная
1,1…1,2 1,0…1,05
и разрыхленная глина
III
Суглинок плотный, глина средняя крепкая 1,24…1,3 1,1…1,2
IV
Суглинок крепкий со щебнем, глина креп1,26…1,32 1,1…1,2
кая и очень крепкая влажная
9.3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
При выполнении работы используется стенд одноковшового гидравлического экскаватора (см. рис. 9.5).
9.3.1. Используя стенд, плакаты, кинофильм и лабораторный практикум
изучить классификационные признаки, рабочий процесс и общее устройство
одноковшовых строительных экскаваторов.
9.3.2. Изучить структуру формулы технической производительности (9.1).
По варианту задания (табл. 9.1 и рис. 9.4, табл. 9.4) с использованием
формул 9.1, 9.2, 9.3 и табл. 9.3 рассчитать техническую производительность одноковшового экскаватора заданной размерной группы.
Или по варианту задания приложение (табл. П7) с использованием формулы (8.1) и данных табл. 9.4 рассчитать техническую производительность одноковшового экскаватора.
9.4. ФОРМА ОТЧЁТА
9.4.1. Цель работы.
9.4.2. Описание классификационных признаков одноковшовых экскаваторов.
9.4.3. Описание индекса одноковшового строительного экскаватора.
9.4.4. Описание рабочего процесса одноковшового экскаватора.
9.4.5. Описание общего устройства одноковшового экскаватора.
9.4.6. Формулирование кратких выводов по лабораторной работе.
64
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое экскаватор?
2. Перечислите классификационные признаки одноковшовых экскаваторов.
3. Перечислите структурные элементы индекса одноковшового строительного экскаватора.
4. Перечислите основные функциональные элементы одноковшового экскаватора.
5. Перечислите исполнительные механизмы одноковшового экскаватора.
6. Как определить техническую производительность одноковшового экскаватора?
7. Поясните структуру рабочего цикла одноковшового экскаватора.
8. Перечислите основные рабочие размеры экскаваторов с рабочим оборудованием прямая и обратная лопаты.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10
ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
ОДНОКОВШОВЫХ КАНАТНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ
10.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель работы заключается в изучении конструкций сменного рабочего
оборудования одноковшовых канатных экскаваторов.
10.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Одноковшовый строительный экскаватор является универсальной землеройной машиной, поэтому в его комплектность входит основное и дополнительное сменное рабочее оборудование.
Основным рабочим оборудованием одноковшового канатного экскаватора (рис. 10.1) являются прямая и обратная лопаты, драглайн, кран, грейфер.
Первые три типа рабочего оборудования – землеройные, причем главным из
них является прямая лопата, а последние два используют для погрузочноразгрузочных работ со штучными грузами (кран) и сыпучими материалами
(грейфер).
65
Рис. 10.1 Основные виды сменного оборудования одноковшовых экскаваторов
с механическим приводом:
а – прямая лопата; б – обратная лопата; в – драглайн; г – грейфер; д – кран;
1 – стрелоподъемный канат; 2 – стрела; 3 – рукоять; 4 и 5 – подъёмный и
тяговый канаты; 6 и 8 – замыкающий и опрокидной канаты; 7 – челюсти ковша
грейфера
66
10.2.1. Прямая лопата канатного экскаватора
Экскаватор с рабочим оборудованием прямая лопата (рис. 10.2) включает
в себя стрелу 1, рукоять 2, ковш 3. Механизмы управления рабочим оборудованием делятся на подъемный, напорный и стрелоподъёмный. Подъёмный механизм включает в себя полиспаст 5, лебедку 6 и служит для подъёма ковша 3 в
процессе копания грунта. Напорный механизм 4 управляет движением рукояти 2,
регулируя в процессе копания толщину срезаемой стружки грунта. Стрелоподъёмный механизм включает в себя полиспаст 7, лебедку 8 и служит для
управления стрелой 1, регулируя угол ее установки αс.
Процесс копания грунта осуществляется одновременной работой подъёмного (Vп) и напорного (Vн) механизмов. Главным из них является подъёмный.
Стрела при копании грунта остается неподвижной, обеспечивая при заданном
значении угла установки αс соответствующие параметры копания – максимальные высоту Нк и радиус Rк.
Рис. 10.2. Кинематическая схема рабочего оборудования прямая лопата
канатного экскаватора
Общий вид одноковшового гусеничного строительного канатного экскаватора с оборудованием прямая лопата представлен на рис. 10.3.
67
Рис. 10.3. Экскаватор Э-2503 (ЭО-7113):
1 – гусеничный ход; 2 – поворотная платформа; 3 – кузов с кабиной;
4 – двуногая стойка; 5 – стрела; 6 – рукоять; 7 – ковш; 8 – напорный механизм;
9 – опорно-поворотное устройство
10.2.2. Обратная лопата канатного экскаватора
Экскаватор с рабочим оборудованием обратная лопата применяется для
разработки грунта ниже уровня стояния машины – рытье траншей, котлованов, выемок. Рабочее оборудование (рис. 10.4) включает в себя стрелу 1, рукоять 2, ковш 3 и дополнительную переднюю стойку 4. Механизмами управления рабочим оборудованием являются тяговый, подъемный и механизм
управления стойкой 4. Тяговый механизм включает в себя полиспаст 5, лебедку 6 и служит для управления поворотом рукояти 2 с ковшом 3 относительно
шарнира Ор в процессе копания грунта. Подъемный механизм включает в себя
полиспаст 7, лебедку 8 и служит для управления поворотом стрелы 1 вместе с
рукоятью и ковшом относительно шарнира Ос как в процессе копания грунта,
так и при подъеме-опускании рабочего оборудования. Стойка 4 при копании
грунта остаётся неподвижной. Механизм управления ею включает лебедку
10 и полиспаст 9.
Разработка грунта осуществляется работой тягового (Vт) и подъёмного
(Vп) механизмов.
Главными параметрами копания являются максимальная глубина копания
Нк и максимальный радиус копания Rкс на уровне стояния машины.
68
Рис. 10.4. Кинематическая схема рабочего оборудования
обратная лопата канатного экскаватора
Общий вид одноковшового гусеничного строительного канатного экскаватора с оборудованием обратная лопата представлен на рис. 10.5.
Рис. 10.5. Экскаватор ЭО-3211Г:
1 – гусеничный ход; 2 – поворотная платформа; 3 – капот; 4 – задняя стойка;
5 – кабина; 6 – передняя стойка; 7 – стрела; 8 – рукоять; 9 – ковш
69
10.2.3. Рабочее оборудование драглайн
Экскаватор с этим оборудованием (рис. 10.6), как и обратная лопата,
применяется для разработки грунта ниже уровня стояния машины, но с большими значениями Нк и Rкс.
Рис. 10.6. Кинематическая схема рабочего оборудования драглайн
Рабочее оборудование (рис. 10.6) включает в себя решетчатую стрелу 1,
ковш с упряжью 2, блочно-роликовое направляющее устройство (наводку)
5 для строгого наведения тягового каната 3 на барабан тяговой лебедки 6.
Устройство для наводки тягового каната драглайна представлено на рис.
10.7.
Механизмами управления
рабочим оборудованием являются тяговый, подъемный и стрелоподъемный. Тяговый механизм включает в себя лебедку 6,
канат 3 и непосредственно обеспечивает процесс копания грунта
путем протягивания ковша по
откосу забоя. Подъемный механизм включает в себя лебедку 7,
канат 4 и совместно с тяговым
обеспечивает подтягивание ковша вдоль стрелы к головным
блокам для выгрузки грунта и
заброса ковша для копания.
Стрелоподъемный
механизм
Рис. 10.7. Устройство для наводки тяговоуправляет стрелой и включает в
го каната драглайна
себя лебедку 9 и полиспаст 8.
70
Разработка грунта осуществляется работой тягового (Vт) механизма путём протягивания ковша по откосу забоя.
Общий вид одноковшового гусеничного строительного канатного экскаватора с оборудованием драглайна представлен на рис. 10.8.
Рис. 10.8. Гусеничный канатный экскаватор с оборудованием драглайна
71
10.3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
10.3.1. Используя плакаты, кинофильм и лабораторный практикум, изучить конструкции сменного рабочего землеройного оборудования одноковшовых канатных экскаваторов.
10.3.2. Вычертить с подробным описанием устройства кинематических
схем рабочих оборудований прямая и обратная лопаты, драглайн одноковшовых канатных экскаваторов.
10.4. ФОРМА ОТЧЁТА
10.4.1. Цель работы.
10.4.2. Описание основных видов сменного рабочего оборудования одноковшовых канатных экскаваторов.
10.4.3. Описание кинематической схемы рабочего оборудования прямая
лопата.
10.4.4. Описание кинематической схемы рабочего оборудования обратная
лопата.
10.4.5. Описание кинематической схемы рабочего оборудования драглайн.
10.4.6. Формулирование кратких выводов по лабораторной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Перечислите основные виды сменного рабочего оборудования одноковшового канатного экскаватора.
2. Назовите функциональные элементы рабочего оборудования прямая лопата.
3. Перечислите механизмы управления элементами прямой лопаты.
4. Назовите функциональные элементы рабочего оборудования обратная
лопата.
5. Перечислите механизмы управления элементами обратной лопаты.
6. Назовите функциональные элементы рабочего оборудования драглайн.
7. Перечислите механизмы управления элементами драглайна.
8. Назовите конструктивные особенности рабочего оборудования прямая
лопата.
9. Назовите конструктивные особенности рабочего оборудования обратная
лопата.
10. Назовите конструктивные особенности рабочего оборудования драглайн.
11. Какую роль выполняет наводку в рабочем оборудовании драглайна и что
собой она представляет?
72
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11
ИЗУЧЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ ОДНОКОВШОВЫХ
КАНАТНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ И РАСЧЁТЫ ПО НИМ СКОРОСТЕЙ И
УСИЛИЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ
11.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель работы заключается в изучении кинематических схем приводов исполнительных механизмов одноковшовых канатных экскаваторов, по которым
передаётся механическая энергия для функционирования экскаватора, и в освоении методики расчёта составных частей механической энергии – скоростей
и усилий привода исполнительных механизмов рабочего оборудования.
11.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Структурная и кинематическая схемы определяются типом привода экскаватора (одно- или многомоторный), но обязательно включают следующие
элементы – источник механической энергии (двигатель), передаточные механизмы (трансмиссию) и механизмы управления (муфты, тормоза).
11.2.1. Структурная схема привода исполнительных механизмов
одноковшовых канатных экскаваторов
Структурная схема привода исполнительных механизмов одноковшовых
канатных экскаваторов одномоторного экскаватора представлена на рис. 11.1.
ХМ
РМ
Д
Пов
М
ГР
МУРО
ПодМ
СподМ
НМ-ТМ
Рис. 11.1. Структурная схема привода исполнительных механизмов
одномоторного экскаватора
Данный тип привода используется только у канатных экскаваторов. Его
обязательными элементами являются: двигатель «Д»; главный редуктор «ГР», об73
служивающий работу всех исполнительных механизмов; реверсивный механизм
«РМ», необходимый для нормального функционирования ходового «ХМ» и поворотного «ПовМ» исполнительных механизмов. В качестве механизмов управления рабочим оборудованием «МУРО» у канатного экскаватора могут быть подъемный «ПодМ», стрелоподьемный «СподМ», напорный «НМ» (у прямой лопаты)
или тяговый «ТМ» (у обратной лопаты и драглайна).Управление работой исполнительных механизмов от одного силового двигателя осуществляется с помощью
управляемых муфт (кулачковых, зубчатых, фрикционных) и тормозов.
Структурная схема привода исполнительных механизмов многомоторного
экскаватора представлена на рис. 11.2.
В качестве приводных двигателей «Д» используются реверсивные электродвигатели.
В качестве передаточных механизмов «ПМ» применяются открытые или
закрытые (в виде редукторов) различные механические передачи.
Д
ПМ
ИМ
ХМ
ПовМ
МУРО
Рис. 11.2. Структурная схема привода исполнительных механизмов
многомоторного экскаватора
11.2.2. Кинематические схемы приводов исполнительных механизмов одноковшовых канатных экскаваторов
Кинематическая схема одномоторного канатного экскаватора Э0-5116 с
прямой лопатой приведена на рис. 11.3.
Кинематические схемы подъёмного и тягового механизмов экскаватора с оборудованием обратная лопата и драглайн – соответственно на рис. 11.4 и 11.5.
Характеристики зубчатых колес, звездочек цепных передач и барабанов
лебедок приведены в табл. 11.1, 11.2, 11.3.
Таблица 11.1.
Параметры
Число зубьев
(z)
Модуль (m),
мм
Характеристика зубчатых колес
Позиция по рис. 6.15, 6.16, 6.17
3 4 5 9 10 14к 14ц 15 16 17 18
20 91 87 63 15 25 34 14 34 82 13
19
20
28 29
18 -
10 10 10 10 22
24
14 14
22
74
18
18
18
18
24
Рис. 11.3. Кинематическая схема экскаватора ЭО-5116 с прямой лопатой:
А, Б, В, Г, Д, Е – цепные передачи;
I…ХII – валы
75
Рис. 11.4. Кинематическая схема
подъёмного и тягового
механизмов экскаватора ЭО-5116
с оборудованием обратная лопата:
а – блок на передней стойке;
в – коуш на передней стойке;
с – блок рукояти; d – блок ковша;
е – коуш на стреле; f – блок на стреле
Рис. 11.5. Кинематическая схема подъёмного и тягового механизмов
экскаватора ЭО-5116 с оборудованием
драглайн: а – головные блоки стрелы;
в – подъёмный канат; с – тяговый канат;
d – к подвеске ковша; е – к ковшу
76
Таблица 11.2.
Параметры
Характеристика звездочек цепных передач
Позиция по рис. 11.3, 11.4, 11.5
1
2
6
7
11
13
20
21
25
17
79
13
16
32
13
9
18
13
26
7
27
19
Число зубьев
(z)
Шаг (t),
25,4 25,4 78,1 78,1 78,1 78,1 103,3 103,3 78,1 78,1 78,1
мм
Таблица 11.3.
Характеристика барабанов лебедок
Позиция
по рис.
Наименование барабана
11.3, 11.4,
11.5
11
Для подъема стрелы прямой лопаты и драглайна
Для подъема передней стойки обратной лопаты
23
Для подъема крюка крана
22
Для замыкания грейфера
8
Для подъема ковша прямой лопаты или ковша драглайна, для подъема стрелы обратной лопаты
24
Для подтягивания ковша драглайна или ковша обратной лопаты
Значения к. п. д. механических передач приведены в табл. 11.4.
Диаметр
(по дну
канавки),
мм
420
410
480
510
550
Таблица 11.4
Значения к. п. д. механических передач (без учета потерь в подшипниках),
подшипников и блоков полиспаста.
Тип передачи
В масляной ванне
Открытая
Зубчатая передача цилиндриче0,95…0,97
0,92…0,94
скими колесами
Зубчатая передача
0,94…0,97
0,91…0,94
коническими колесами
Цепная передача
0,95…0,97
0,9…0,93
к
Канатно-блочная
ηпол=ηбл , где ηбл – к. п. д. блока с канатом;
(полиспастная) передача при
К – число рабочих блоков полиспаста
кратности до 4-х
Пара подшипников качения
0,99…0,995
Пара подшипников скольжения
0,98…0,985
Блок полиспаста на
0,99
подшипниках качения
Блок полиспаста на
0,96
подшипниках скольжения
77
Подъемный, стрелоподъёмный и тяговый механизмы включают в себя
лебедку и канатный полиспаст.
Напорный механизм используется для управления движением рукояти
прямой лопаты и может быть:
1) по способу передачи движения на рукоять – зубчато-реечный (кремальерный) и канатно-блочный;
2) по схеме передачи мощности – независимый (рис. 11.6), зависимый и
комбинированный (рис. 11. 7 ) .
Рис. 11.6. Кинематическая схема независимого напорного механизма:
1 – напорный механизм; 2 – звездочка (барабан) привода напора;
3 – цепная передача; 4 – подъемный барабан
Рис. 10.7. Кинематическая схема комбинированного напорного механизма:
1 – подъемный барабан; 2 – подъемный канат; 3 – головные блоки стрелы;
4 – ковшовый блок; 5 – напорный барабан-звездочка; 6 – напорные (кремальерные)
шестерни; 7 – промежуточная двойная звездочка на оси пяты стрелы;
8 – звездочка привода возврата рукояти; 9 – звездочка привода независимого
напора; 10 – цепные передачи; 11 – рукоять (двухбалочная)
При независимой схеме напора подъём ковша (VП) и напор рукояти (VН)
осуществляются независимо друг от друга.
78
По схеме комбинированного напора (см. рис. 11.7) одновременно с подъёмом ковша осуществляется напорное движение рукояти (зависимый напор) и
при включении звездочки 9 начинает действовать с помощью цепных передач
ветвь независимого напора. Если ветвь независимого напора отключена, то
привод напорного механизма работает по схеме зависимого.
11.2.3. Расчёт скоростей и усилий исполнительных механизмов одноковшового
канатного экскаватора по кинематической схеме
11.2.3.1. Определение скорости Vп и усилия Рп подъема ковша прямой лопаты с
независимым напором (по кинематической схеме на рис. 11.3)
Исходные данные:
• мощность двигателя – Nдв =79,5 кВт;
• частота вращения вала двигателя – nдв = 1050 мин-1;
• угловая скорость – ωдв = 110 с-1;
• диаметр подъемного барабана – Dбп, м, (табл. 11.3);
• число зубьев звездочек и зубчатых колес – z1, z2, z3,..., (табл. 11.1, 11.2);
• к. п. д. цепной передачи – ηцп, зубчатой – ηзп, пары подшипников – ηподш,
(табл. 11.4);
• кратность подъемного полиспаста – n, число рабочих блоков полиспаста –
к; к. п. д. блока – ηбл (табл. 11.4).
Порядок расчета.
1. Определение передаточного числа привода лебедки подъемного механизма:
z z
iлп = iцп ⋅ iзп = 2 ⋅ 4 .
z1 z3
2. Определение к. п. д. привода лебедки:
ηлп=ηцп ηзп η3подш.
3. Определение максимальной мощности (по двигателю), подводимой к
барабану подъемной лебедки:
Nбпmax=Nдв ηлп, (кВт).
4. Определение угловой скорости вращения подъемного барабана:
ω
ωбп = дв , (c-1).
iлп
5. Определение скорости движения подъемного каната:
Vкп = ωбп ⋅
Dбп
, (с-1).
2
6. Определение скорости подъема ковша:
Vп =
Vкп
, (м/с).
n
7. Определение максимальной мощности (по двигателю), передаваемой
79
подъемным механизмом на блок ковша:
Nпmax=Nбпmax ηпол, (кВт),
где ηпол – к. п. д. подъемного полиспаста (ηпол=ηкбл).
8. Определение максимального усилия подъема ковша (по двигателю):
N пmax
max
Рп =
, (кН).
Vп
11.2.3.2. Определение скорости Vн и усилия Рн независимого напора прямой лопаты (по кинематической схеме на рис. 11.3)
Исходные данные:
Nдв, nдв, ωдв, z1, z2, z3, z4, z13, z25, z27, z28, m28, ηцп, ηзп, ηподш.
Порядок расчета.
1. Определение передаточного числа привода напорного механизма:
z z z
iнм = 2 ⋅ 4 ⋅ 27 .
z1 z3 z13
2. Определение к. п. д. привода напорного механизма:
5
η нм = ηцп3 ⋅η зп3 ⋅η подш
.
3. Определение угловой скорости вращения напорного вала:
ωнв =
ωдв
iнм
, (c-1).
4. Определение скорости напора:
d 28
, (м/с),
2
где d28 – диаметр начальной (делительной) окружности напорной шестерни (d28=z28 m28, где m28 – модуль, м).
5. Определение максимальной мощности, подводимой к напорному валу
от двигателя (в этом случае работает только напорный механизм и вся мощность Nдв реализуется на его привод):
Nнмmax=Nдв ηнм, (кВт).
6. Определение максимального напорного усилия (по двигателю):
Vн = ωнв ⋅
max
н
Р
max
N нм
=
, (кН).
Vн
11.3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
11.3.1. Используя плакаты, кинофильм и лабораторный практикум, изучить структурные и кинематические схемы приводов исполнительных механизмов одноковшовых канатных экскаваторов.
80
11.3.2. Выполнить структурные схемы приводов исполнительных механизмов одно- и многомоторного одноковшового канатного экскаватора.
11.3.3. Выполнить кинематические схемы привода подъёмного и напорного механизмов прямой лопаты экскаватора ЭО-5116.
11.3.4. Рассчитать скорости и усилия исполнительных механизмов экскаватора ЭО-5116 по данным п. 11.3.3.
11.4. ФОРМА ОТЧЁТА
11.4.1. Цель работы.
11.4.2. Структурные схемы приводов исполнительных механизмов однои многомоторного одноковшового канатного экскаватора.
11.4.3. Кинематические схемы приводов подъёмного и напорного механизмов прямой лопаты экскаватора ЭО-5116.
11.4.4. Расчёт скоростей и усилий подъёмного и напорного механизмов
прямой лопаты экскаватора ЭО-5116.
11.4.5. Формулирования кратких выводов по лабораторной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что включает в себя привод исполнительного механизма машины?
2. Чем отличается структурная схема привода исполнительных механизмов
одномоторного экскаватора от многомоторного?
3. Какую роль выполняет реверсивный механизм в приводе ходового и поворотного механизмов одномоторного экскаватора?
4. Каким образом осуществляется управление работой исполнительных
механизмов одномоторного экскаватора?
5. Назовите типы напорных механизмов прямой лопаты канатного экскаватора и что является их критерием.
6. Назовите элементы подъёмного, стрелоподъёмного и тягового механизмов канатного экскаватора.
7. Как определяется кратность силового полиспаста?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12
ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
ОДНОКОВШОВЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ
12.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель работы заключается в изучении конструкций рабочего оборудования одноковшовых гидравлических экскаваторов.
81
12.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Гидравлические экскаваторы имеют жёсткую шарнирно-рычажную подвеску рабочего оборудования, т.е. они представляют собой строительные манипуляторы с набором сменного рабочего оборудования и рабочих органов. Основными
видами сменного рабочего оборудования являются обратная (главный вид) и прямая лопаты (рис.12.1). Их кинематические схемы представлены на рис. 12.2 и 12.3.
Рис. 12.1. Полноповоротные гидравлические экскаваторы: а – пневмоколёсный
экскаватор с обратной лопатой; б – гусеничный экскаватор с прямой лопатой;
в – карьерный гусеничный экскаватор с прямой лопатой; 1 – двигатель; 2 – бак
гидросистемы; 3 – стрела; 4, 5 – гидроцилиндр рукояти; 6 – рукоять;
7 – гидроцилиндр опрокидывания ковша; 8 – ковш; 9 – гидроцилиндр стрелы;
10 – ходовая тележка; 11 – ходовая трансмиссия; 12 – опорно-поворотный круг;
13 – механизм вращения платформы; 14 – противовес
82
Области применения те же, что и у канатного экскаватора. Рабочее оборудование прямая (рис. 12.2) и обратная (рис. 12.3) лопаты включают в себя
стрелу 1, рукоять 2, ковш 3. Управление поворотом стрелы, рукояти и ковша
осуществляется с помощью соответствующих гидроцилиндров 4, 5, 6. В приводе поворота ковша этих оборудований используется рычажно-шарнирный передаточный механизм 7, состоящий из коромысла и шатуна.
Рис. 12.2. Кинематическая схема рабочего оборудования
прямая лопата гидравлического экскаватора
Рис. 12.3. Кинематическая схема рабочего оборудования
обратная лопата гидравлического экскаватора
Стрела и рукоять обратной и прямой лопат выполняются однобалочными
сварными листовыми конструкциями.
Стрела обратной лопаты может быть моноблочной (рис. 12.4) или двухзвенной шарнирно-сочленённой (рис. 12.5), длина которой изменяется с помощью гидроцилиндра 4.
83
Рис. 12.4. Стандартное экскаваторное оборудование:
1 – моноблочная стрела; 2,6 и 12 – гидроцилиндры стрелы, рукояти и ковша соответственно; 3 – шарнир крепления гидроцилиндра стрелы к проушинам поворотной платформы; 4 и 7 – проушины стрелы для крепления к поворотной платформе и рукояти соответственно; 5 и 11 – кронштейны крепления гидроцилиндра рукояти и ковша соответственно; 8 – моноблочная рукоять; 9 – гнездо шарнира рукояти для крепления к стреле;
10 – проушины под шток гидроцилиндра рукояти; 13 – коромысло; 14 – тяга; 15 и
16 – гнезда верхнего и нижнего шарниров ковша соответственно.
Рис. 12.5. Двухзвенная шарнирно-сочленённая стрела экскаватора:
1 и 8 – основная и дополнительная секции стрелы; 2 и 5 – проушины секций стрелы для
крепления к поворотной платформе и рукояти соответственно; 3, 4 и 7 – гидроцилиндры
стрелы, секций и рукояти соответственно; 6 – шарнир штока гидроцилиндра рукояти;
9 – шарниры крепления штока гидроцилиндра стрелы.
84
Ковш сварно-литой конструкции показан на рис. 12.6. Любой ковш имеет
режущий периметр, состоящий из горизонтального и боковых вертикальных
профилей, боковые стенки, днище и коробку жесткости с монтажными кронштейнами.
У ковша обратной лопаты днище образовано единым стальным листом.
Ковш прямой лопаты либо имеет откидное днище, либо состоит из двух щарнирно соединенных частей, что делает возможным его разгрузку. Для копания
слабых связных и сыпучих грунтов могут использоваться ковши с эллиптической режущей кромкой горизонтального профиля без рыхлящих и боковых
зубьев (ковши Федорова). Режущий периметр ковша, используемого при копании прочных грунтов и полускальных пород, оснащается зубьями. На их кромках развиваются усилия, превышающее прочность разрушаемой среды, в результате чего грунт сначала разрушается перед зубьями, а затем процесс его
разрушения довершается режущими периметрами.
Зубья и режущие периметры изготавливаются из высокопрочной износостойкой стали и подвергаются поверхностной закалке, сохраняющей вязкую сердцевину детали. Износ зубьев очень интенсивен, поэтому существуют
многообразные (и регулярно патентуются новые) приспособления, обеспечивающие их быстрый и, по возможности нетрудоёмкий, монтаж и демонтаж.
Рис. 12.6. Элементы ковша экскаватора:
1 – боковой зуб; 2 – горизонтальный режущий профиль; 3 – зубья; 4 – днище;
5 – вертикальные режущие профили; 6 – монтажные кронштейны; 7 – верхняя
коробка жесткости; 8 – боковые стенки.
Ковши оборудования «обратная лопата» крепятся к рукояти с помощью
двухзвенных рычажных механизмов, обеспечивающих ковшу необходимое для
соответствующего угла поворота усилие копания (рис. 12.7).
85
Рис. 12.7. Механизм крепления ковша к рукояти обратной лопаты:
1 – рукоять, 2 – ковш, 3 – тяга, 4 – двуплечий рычаг (коромысло), 5 – гидроцилиндр
ковша.
Использование широкой номенклатуры сменных рабочих органов предполагает
частую их замену. Ускоряют и упрощают эту операцию быстродействующие захваты
с механической или дистанционной блокировкой. Быстродействующий захват — это
дополнительное звено, установленное между рабочим органом и монтажным концом
рукояти, механизм которого позволяет надёжно крепить рабочий орган к рукояти и
быстро заменять один рабочий орган другим.
12.3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
При выполнении работы используется стенд одноковшового гидравлического экскаватора.
12.3.1. Используя стенд экскаватора, плакаты, кинофильм и лабораторный
практикум, изучить основные и дополнительные виды сменного рабочего оборудования одноковшового гидравлического экскаватора.
12.3.2. Выполнить кинематические схемы рабочего оборудования прямая
и обратная лопаты гидравлического экскаватора.
12.3.3. Отметить конструктивные особенности рабочего оборудования
обратной и прямой лопат.
12.4. ФОРМА ОТЧЁТА
12.4.1. Цель работы.
12.4.2. Кинематические схемы рабочего оборудования обратной и прямой
лопат одноковшового гидравлического экскаватора.
86
12.4.3. Конструктивные особенности рабочего оборудования обратная и
прямая лопаты одноковшового гидравлического экскаватора.
12.4.4. Формулирования кратких выводов по лабораторной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Назовите основные виды сменного рабочего оборудования одноковшового гидравлического экскаватора и области их применения.
2. Перечислите функциональные элементы рабочего оборудования обратная и прямая лопаты гидравлического экскаватора.
3. Какую роль выполняет шарнирно-рычажный механизм в приводе поворота ковша у обратной и прямой лопат гидравлического экскаватора?
4. Что даёт шарнирно-сочленённая конструкция стрелы обратной лопаты?
5. Назовите основные элементы ковша прямой и обратной лопат экскаватора.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №13
ИЗУЧЕНИЕ ГИДРООБОРУДОВАНИЯ, ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СХЕМ
ОДНОКОВШОВЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ И
РАСЧЁТ ПО НИМ СКОРОСТЕЙ И УСИЛИЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ
МЕХАНИЗМОВ
13.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель работы заключается в изучении гидрооборудования, гидравлических схем одноковшовых гидравлических экскаваторов и методики расчёта по
ним скоростей и усилий исполнительных механизмов.
13.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
13.2.1. Гидрооборудование одноковшового гидравлического экскаватора
Гидрооборудование экскаватора можно разделить на следующие группы:
силовое, аппаратуру управления и вспомогательное.
К силовому оборудованию относятся:
1) Насосы;
2) Гидродвигатели – гидромоторы и гидроцилиндры.
К аппаратуре управления относятся:
1) Регулирующие устройства (для регулирования давления – предохранительные и редукционные клапаны; для регулирования направления потока –
обратные клапаны; для регулирования расхода жидкости – дроссели);
2) Распределительные устройства (гидрораспределители) для управления
потоком рабочей жидкости.
87
Вспомогательное гидрооборудование включает: гидробаки, фильтры, охладители, трубопроводы (жёсткие и гибкие РВД – рукава высокого давления).
В качестве рабочих жидкостей применяются: масло веретённое АУ (от -400 С до
+800 С), масло индустриальное ИС-30 (от +50 С до +500 С) и другие марки масел.
Макет объёмного гидропривода представлен на рис. 13.1.
Рис. 13.1. Макет объёмного гидропривода:
1 – аксиально-поршневой насос; 2 – аксиально-поршневой двигатель;
3 – фильтр; 4 – бак; 5 – трубопроводы
13.2.2. Гидравлические схемы привода исполнительных механизмов одноковшовых гидравлических экскаваторов
Схемы гидропривода экскаваторов классифицируется по следующим
признакам:
1) по числу потоков рабочей жидкости, подаваемых от насосной установки,
– на одно- и многопоточные;
2) по возможности объединения потоков – с раздельными (автономными) и
объединёнными потоками;
3) по виду питания гидродвигателей – с индивидуальным и групповым питанием.
Гидравлическая схема экскаватора ЭО-4321 представлена на рис. 13.2.
88
89
Рис. 13.2. Гидравлическая схема экскаватора ЭО-4321:
насосы: 1 – сдвоенный аксиально-поршневой, 20 –шестеренный; 21 –дозатор; клапаны:
2 – предохранительный, 5 –обратный, 7 и 9– запорные; 3 – гидрораспределитель; 4 – блоки
клапанов; гидромоторы: 6 – поворота, 11 и 14 – передних и задних колес; 12 – центральный
коллектор; гидроцилиндры: 8 – выносных опор, 10 – бульдозера, 13 – включения редуктора,
15 –поворота колес, 16 – стрелы 17–ковша, 18 – рукояти; 19 – золотник; 22 – гидробак;
23 – фильтры; 24 – охладитель; 25 – кран слива
Принципиальная схема привода гидродвигателей (гидроцилиндра и гидромотора) исполнительных механизмов одноковшового гидравлического экскаватора приведена на рис. 13.3.
Рис. 13.3. Принципиальная однопоточная схема гидропривода
с групповым питанием гидродвигателей:
1 – бак; 2 – фильтр; 3 – насос; 4 – манометр; 5 – охладитель;
6 – распределитель 3/2; 7 – редукционный клапан; 8 – обратный клапан;
9 – распределитель 5/3; 10 – предохранительный клапан; 11 – гидроцилиндр;
12 – гидромотор; 13 – трубопроводы
90
13.2.3. Расчет скоростей и усилий механизмов управления рабочим
оборудованием одноковшового гидравлического экскаватора
Управление рабочим оборудованием одноковшового гидравлического
экскаватора осуществляется с помощью гидроцилиндров поворота ковша, рукояти и стрелы. Поэтому предметом данной задачи является определение скорости движения штока цилиндра Vшц и усилия на нем Ршц при управлении соответствующим элементом рабочего оборудования (ковшом, рукоятью или стрелой) по схеме на рис. 13.4.
Рис. 13.4. Принципиальная схема привода гидродвигателей
исполнительных механизмов гидравлического экскаватора
(условные обозначения см. на рис. 13.3)
91
Исходные данные:
• частота вращения двигателя привода насоса – nдв, мин-1;
• передаточное число редуктора привода насоса – iрн;
• давление, развиваемое насосом – pн, МПа;
• постоянная насоса – qн, см3/об;
• объемный к. п. д. насоса – ηоб. н.;
• диаметр поршня гидроцилиндра – dпц, м;
• количество гидроцилиндров – n;
• суммарные потери давления в гидросистеме – ∆pΣ, МПа;
• суммарный объемный к. п. д. гидросистемы – ηоб.Σ.
Значения этих показателей для экскаваторов ЭО-5124 и ЭО-6123 приведены в табл. П9 приложения.
Порядок расчета.
1. Определение производительности гидронасоса:
1
⋅ nн ⋅ qн ⋅η об .н. , (м3/с),
7
6 ⋅10
где nн – частота вращения вала насоса (nн = nдв / iрн).
2. Определение давления рабочей жидкости в гидроцилиндрах:
рц = рн – ∆рΣ, (МПа).
3. Определение величины подачи рабочей жидкости в гидроцилиндры:
Qц = Qн ⋅η об .Σ . , (м3/с).
4. Определение площади поршня гидроцилиндра:
π d пц2
Fпц =
= 0, 785d пц2 , (м2).
4
5. Определение скорости движения штоков гидроцилиндров:
Qн =
Vшц =
Qц
n ⋅ Fпц
, (м/с).
6. Определение суммарного усилия на штоках гидроцилиндров:
Ршц = n ⋅ рц ⋅ Fпц , (МН).
13.3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
При выполнении работы используется стенд одноковшового гидравлического экскаватора и макет объёмного гидропривода.
13.3.1. Используя стенд экскаватора, макет гидропривода, плакаты, кинофильм и лабораторный практикум, изучить гидрооборудование, гидравлические схемы приводов исполнительных механизмов экскаватора и методику расчёта их скоростей и усилий.
92
13.3.2. Выполнить принципиальную однопоточную схему гидропривода
экскаватора с групповым питанием гидродвигателей.
13.3.3. Произвести расчёт скоростей и усилий механизмов управления рабочим оборудованием одноковшового гидравлического экскаватора по данным
п. 13.3.2 и варианту задания приложения табл. П9.
13.4. ФОРМА ОТЧЁТА
13.4.1. Цель работы.
13.4.2. Гидрооборудование одноковшового гидравлического экскаватора.
13.4.3. Принципиальная однопоточная гидравлическая схема экскаватора
с групповым питанием гидродвигателей.
13.4.4. Расчёт скоростей и усилий исполнительных механизмов управления рабочим оборудованием одноковшового гидравлического экскаватора.
13.4.5. Формулирование кратких выводов по лабораторной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Перечислите группы гидрооборудования одноковшового гидравлического экскаватора.
2. Что входит в аппаратуру управления гидроприводом экскаватора?
3. Поясните роль редукционного клапана в гидросхеме.
4. Что значит однопоточная гидравлическая схема?
5. Как можно регулировать с помощью гидросхемы скорость исполнительного механизма экскаватора?
6. Перечислите типы клапанов в гидравлической схеме.
7. Что такое постоянная гидравлического насоса?
8. Что влияет на усилие, развиваемое штоком гидроцилиндра?
9. Как осуществляется защита гидролиний от перегрузки?
10.Поясните функцию обратного клапана в гидросхеме.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №14
ИЗУЧЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИОННЫХ ПРИЗНАКОВ,
РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И КОНСТРУКЦИЙ
ЭКСКАВАТОРОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
14.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель работы заключается в изучении классификационных признаков, рабочего процесса, основных типов, индексации и общего устройства экскаваторов непрерывного действия.
93
14.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
14.2.1. Рабочий процесс экскаваторов непрерывного действия
Спецификой рабочего процесса экскаваторов этого класса является его непрерывность, которая обеспечивается многоковшовым типом рабочего органа и
переносным движением рабочего органа путем перемещения машины или поворотом роторной стрелы. Одновременно с разработкой грунта осуществляется его
транспортирование в отвал или транспортное средство.
14.2.2. Классификационные признаки экскаваторов непрерывного действия
Основные классификационные признаки приведены в табл. 14.1.
Таблица 14.1
Классификация экскаваторов непрерывного действия
Признак классификации
Характер
Тип
перемещения
рабочего Назначение
рабочего
органа
органа
Индекс
Наименование
Цепные траншейные экскаваторы
Продольное
копание
Роторные траншейные эксРоторный Траншейные ЭТР
каваторы
Поперечное
Цепные экскаваторы попеЦепной
Карьерные
ЗМ
копание
речного копания
Радиальное
Роторные стреловые экскаРоторный Карьерные
ЭР
копание
ваторы
Структура индексов экскаваторов непрерывного действия представлена
на рис. 14.1.
Цепной
Траншейные
ЭТЦ
14.2.3. Общее устройство экскаваторов непрерывного действия
Основными функциональными элементами экскаваторов непрерывного
действия являются:
1) ходовое оборудование (гусеничное или колёсное);
2) рама или поворотная платформа с кабиной машиниста, силовой установкой и механизмами;
3) рабочее оборудование многоковшовое (цепное или роторное);
4) транспортирующее устройство.
Основными исполнительными механизмами экскаваторов непрерывного
действия являются:
1) механизм передвижения машины;
2) механизм привода рабочего органа;
3) механизм подъема - опускания рабочего органа;
94
4) механизм привода устройства для транспортирования грунта;
5) механизм поворота платформы с рабочим органом (только у ЭР).
Рис. 14.1. Структура индексов экскаваторов непрерывного действия продольного (а), поперечного и радиального (б) копания
95
У экскаваторов типа ЭТ и ЭМ разработка грунта обеспечивается одновременной работой механизмов привода рабочего органа, передвижения машины и привода транспортирующего устройства. У экскаваторов типа ЭР радиальное копание осуществляется совмещенной работой механизмов привода ротора, поворота стрелы и транспортирующего устройства. В качестве основного
транспортирующего средства у экскаваторов непрерывного действия используются, как правило, ленточные конвейеры. Иногда их дополняют барабанными метателями.
С помощью механизма подъема-опускания рабочего органа (канатноблочного или гидравлического) у экскаваторов типа ЭТ осуществляется перевод рабочего органа из транспортного положения в рабочее и наоборот, а также
установка нужной глубины траншеи. У экскаваторов типа ЭМ этот механизм
регулирует величину подачи на забой, т. е. толщину срезаемой стружки грунта.
У экскаваторов типа ЭР с помощью этого механизма осуществляется переход с
одного уступа разработки грунта на другой.
Общие виды экскаваторов непрерывного действия вышеназванных типов
представлены на рис 14.2…14.6.
Рис. 14.2. Экскаватор ЭТЦ-165:
1 – рама; 2 – рабочий орган; 3 – редуктор привода; 4 – приводной вал;
5 – гидромеханический ходоуменьшитель; 6 – трактор МТЗ-82;
7 – гидросистема; 8 – бульдозер
96
Рис. 14.3. Экскаватор ЭТЦ-252А:
1 – силовая установка; 2 – кабина; 3 – гидросистема; 4 – трансмиссия;
5 – механизм подъема и опускания рабочего органа;
6 – конвейер; 7 – лоток; 8 – рабочий орган
Рис. 14.4. Экскаватор ЭТР-223:
1 – тягач; 2,3,4 – механизмы подъема-опускания рабочего органа;
5 – привод ротора; 6 – рабочий орган (ротор); 7 – зачистное устройство;
8 – конвейер
97
Рис. 14.5. Экскаватор ЭМ-302:
1, 3 – планирующие звенья; 2,5 – нижняя и верхняя ковшовые рамы;
4 – стойка; 6 – привод ковшовой цепи; 7 – отвальный конвейер; 8 – нижняя
платформа; 9 – механизм передвижения; 10 – кабельный барабан
Рис. 14.6. Роторный стреловой экскаватор ЭР-1001:
1 – ротор; 2 – стрела; 3 – гидроцилиндр подъема стрелы;
4 – приемный конвейер; 5 – механизм привода ротора; 6 – пилон;
7 – гусеничный ход; 8 – опорно-поворотное устройство; 9 – поворотная
платформа; 10 – механизм поворота платформы; 11,13 – нижняя и верхняя
секции отвального конвейера; 12 – дизель-генераторная станция;
14,15 – механизмы подъема и поворота отвального конвейера
98
14.3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
14.3.1. Используя плакаты, кинофильм и лабораторный практикум, изучить рабочий процесс, классификационные признаки, индексацию и общее устройство экскаваторов непрерывного действия.
14.3.2. Выполнить классификационную таблицу экскаваторов непрерывного действия.
14.3.3. Описать общее устройство экскаваторов непрерывного действия.
14.4. ФОРМА ОТЧЁТА
14.4.1. Цель работы.
14.4.2. Рабочий процесс экскаваторов непрерывного действия.
14.4.3. Классификационная таблица экскаваторов непрерывного действия.
14.4.4. Структура индексов экскаваторов непрерывного действия.
14.4.5. Общее устройство экскаваторов непрерывного действия.
14.4.6. Формулирование кратких выводов по лабораторной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. За счёт чего обеспечивается непрерывность рабочего процесса экскаваторов ЭТЦ, ЭТР, ЭМ, ЭР.
2. Перечислите основные классификационные признаки экскаваторов
непрерывного действия.
3. Расшифруйте индексы экскаваторов ЭТЦ-201, ЭМ-302, ЭР-0252.
4. Перечислите основные функциональные элементы экскаваторов непрерывного действия.
5. Перечислите основные исполнительные механизмы экскаваторов непрерывного действия.
6. Перечислите преимущества и недостатки ЭТР в сравнении с ЭТЦ.
7. Совмещением работы каких механизмов обеспечивается процесс разработки грунта экскаваторами непрерывного действия?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №15
ИЗУЧЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ ЭКСКАВАТОРОВ
НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ И РАСЧЁТ ПО НИМ СКОРОСТЕЙ И
УСИЛИЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ
15.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель работы заключается в изучении кинематических схем приводов исполнительных механизмов экскаваторов непрерывного действия и освоении
методики расчётов по ним скоростей и усилий механизмов..
99
15.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
15.2.1. Кинематические схемы приводов исполнительных механизмов экскаваторов непрерывного действия
Структура кинематических схем определяется типом привода экскаватора –
одномоторный или многомоторный и включает в себя двигатель или группу
двигателей, передаточный механизм, состоящий из комбинации различных типов механических передач, гидравлических передач, электрических и комбинированных, а также элементов управления ими в виде муфт, тормозов и аппаратуры управления.
Кинематические схемы основных типов строительных экскаваторов непрерывного действия представлены на рис. 15.1…15.5.
Рис. 15.1. Кинематическая схема экскаватора ЭТЦ-252:
1, 2 – насосы; 3, 4 – гидромоторы; 5 – звездочки; 6 – направляющие колеса
100
Рис. 15.2. Кинематическая схема экскаватора ЭТР-223:
1 – двигатель Д-160; 2 – тракторная коробка передач; 3 – гидравлический насос;
4 – гидромотор; 5 – понижающий редуктор; 6 – дифференциал автомобиля
ЗИЛ-130
Рис. 15.3. Кинематическая схема экскаватора ЭТР-253А:
1 – дизель-двигатель В-30Б; 2 – раздаточный редуктор; 3 – планетарный
механизм поворота; 4 – бортовая передача; 5 – ведущее колесо трактора;
6 – насос; 7 – генератор; 8 – транспортёр; 9 – электродвигатель привода
транспортёра; 10 – ротор; 11 – электродвигатель привода ротора
101
Рис. 15.4. Кинематическая схема экскаватора ЭМ-201А:
1, 2 – полиспасты подъема ковшовой рамы; редукторы: 3, 7 – червячные,
5 – механизма подъема ковшовой рамы, 12 – привода хода,
18 – привода рабочей цепи; 4, 8, 19 – электродвигатели; 9, 10 – муфты;
13 – фрикционная муфта; 14 – ходовое колесо; 16 – кабельный барабан;
20 – муфта предельного момента
Рис. 15.5. Кинематическая схема механизмов экскаватора ЭР-1001:
приводы: I – ротора, II – конвейеров, III – поворота платформы,
IV - гусеничного хода, V – поворота отвального конвейера,
VI – подъема отвального конвейера; 1, 11, 13, 17, 21, 24 – электродвигатели;
2 – коробка передач; 3 – шарнир; 4 – карданный вал;
редукторы: 5, 8 – конические; 7, 12, 15 – планетарные;
14, 19, 20 и 23 – цилиндрические; 22, 25 – червячные; 6 – муфта предельного момента;
9 – ротор; 10 – дисковый питатель; 16, 18 – тормоза; 26 – винтовой механизм
102
15.2.2. Расчет скоростей и усилий исполнительных механизмов экскаваторов непрерывного действия (на примере ЭТР-162А, рис. 15.6)
Роторный траншейный экскаватор ЭТР-162А предназначен для рытья
траншей глубиной Н = 1,6 м и шириной В = 0,8 м в грунтах до 4-й категории
включительно, а также в грунтах сезонного промерзания с глубиной промерзания до 0,7 м.
Рабочее оборудование роторного типа является полуприцепным к базовому тягачу мощностью Nдв. н. = 66 кВт при nдв. н. = 1750 мин-1.
Кинематическая схема привода ротора и транспортера представлена
на рис. 15.6.
Рис. 15.6. Кинематическая схема привода ротора и транспортера экскаватора
ЭТР-162А:
1 – редуктор отбора мощности; 2 – раздаточный редуктор;
3 – редуктор транспортера; 4 – ротор; 5 – транспортер
Вал 1 редуктора отбора мощности непосредственно соединяется с валом
двигателя, т. е. n1 = nдв. В процессе копания грунта мощность двигателя Nдв. затрачивается на привод ротора Nдв.р., привод ленточного конвейера (транспортера) Nдв.тр. и на передвижение экскаватора Nдв.пер.. Таким образом,
Nдв. = Nдв.р.+ Nдв.тр + Nдв.пер
Соотношения названных составляющих мощности будут определяться
категорией разрабатываемого грунта, а именно коэффициентом удельного сопротивления грунта копанию Kкоп (см. табл. 15.1).
103
Таблица 15.1
Распределение мощности двигателя экскаватора ЭТР-162А на привод
исполнительных механизмов в зависимости от категории грунта
Ккоп, МПа
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,75
1,0
1,5
2,0
3,0
4,0
5,0
Nдв. р., кВт
36,3
43,6
46,9
49,5
50,6
53,3
54,2
55,8
56,2
56,4
56,8
57,2
Nдв. тр., кВт
18,4
13,1
10,2
8,5
7,4
5,7
4,7
3,7
3,2
2,6
2,4
2,2
Nдв. пер., кВт
6,3
4,7
3,7
3,1
2,6
1,9
1,5
1,0
0,8
0,5
0,4
0,4
Nдв, кВт
61,0
61,4
60,8
61,1
60,6
60,9
60,4
60,5
60,2
59,5
59,6
59,8
Механизм передвижения имеет семь рабочих скоростей от 150,9 м/ч до
317,8 м/ч.
Характеристика шестерен и звездочек механизмов привода ротора и
транспортера приведена в табл. 15.2
Таблица 15.2
Характеристика шестерен и звездочек экскаватора
ЭТР-162А по схеме на рис. 15.6
z
z33
z34
z35
z36
z37
z38
z39
z40
z41
z42
z43
z44
z45
z46
z47
Число зубьев
27
27
27
Модуль или шаг, мм
6
6
6
i=6,67
12
17
40
32
12
84
29
12
28
15
28
104
50,6
50,6
50,6
50,6
22
22
25,4
25,4
8
8
8
Диаметр ротора по зубьям ковшей Dр = 2,9 м, диаметр ведущего барабана
транспортера Dб = 0,21 м.
Привод ротора 4 (рис. 15.6) включает в себя: редуктор отбора мощности
1 с к. п. д. ηр. о. м.=0,96 и передаточным числом ; i p.o. м. = ( z35 / z34 ); карданную передачу III с к. п. д. ηкард=0,999; раздаточный редуктор 2 (задний мост грузового
автомобиля) с к. п. д. ηр. р.=0,96 и передаточным числом iр. р.=6,67; двойную открытую цепную передачу с к. п. д. ηц. п.=0,91 и передаточным числом
iц.п.1 =
z38 z40
⋅
и двойную реечную передачу z41-z42 с к. п. д. ηр. п.=0,95 и передаz27 z39
точным числом
i р .п. =
z42
.
z41
Привод транспортера 5 (ленточного конвейера) включает в себя: редуктор
отбора мощности 1; карданную передачу III; раздаточный редуктор 2; двойную
открытую цепную передачу z37-z38-z39-z40; редуктор привода транспортера 3 с к.
п. д. ηр. тр.=0,96 и передаточным числом i р.тр. = ( z46 / z45 ) и открытую цепную
передачу z43-z44 с к. п. д. ηцп=0,91 и передаточным числом iцп 2 = ( z44 / z42 ) .
Расчет окружной скорости ротора Vр и крутящего
момента на его оси Мp
Порядок выполнения расчета:
1) определение передаточного числа привода ротора:
i p = i p.o. м. + i p. p. + iцп1 + i p.п ;
2) определение к. п. д. привода ротора:
η p = η р.о. м. ⋅ηкард ⋅η р. р. ⋅ηцп4 ⋅η р2.п. ⋅η рот
где ηрот – к. п. д. ротора, ηрот = 0,8;
3) определение угловой скорости вращения ротора:
ωp =
π ⋅ nдв.н.
30 ⋅ i р
= 0,105
nдв.н.
, (с-1),
iр
где π = 3,1416;
4) определение окружной скорости на зубьях ротора:
D
V р = ω p p , (м/с);
2
5) определение мощности, подводимой к ротору для копания грунта и для
подъема его ковшами до точки выгрузки:
Nр=Nдв.р. ηр, (кВт),
105
6) определение величины крутящего момента на роторе в процессе копания:
Mр =
Np
ωp
, (кН·м).
Расчет скорости ленты конвейера Vл и ее тягового усилия Рл
Порядок выполнения расчета:
1) определение передаточного числа привода транспортера:
iтp = i p.o. м. + i p. p. + iцп1 + i p.тр + iцп 2 ;
2) определение к. п. д. привода транспортера:
η тp = η р.о. м. ⋅η кард ⋅η р. р. ⋅ηцп4 ⋅η р.тр. ⋅ηцп
3) определение скорости ленты транспортера (коэффициент проскальзывания ленты на барабане принимаем ε=0):
Vл = ω б
Dб π ⋅ nдв.н.
n
=
Dб = 0, 05236 дв.н. Dб , (м/с);
2
60iтр
iтр
4) определение мощности, подводимой к ведущему барабану транспортера:
Nтр=Nдв.тр. ηтр, (кВт);
5) определение тягового усилия ленты транспортера при перемещении грунта:
Pл =
N тp
Vл
, (кН).
15.2.3. Расчёт технической производительности траншейного экскаватора
Техническая производительность траншейных экскаваторов определяется
по формуле
ПТ = FТ·υР = ВТ·hР·υР (м3/ч),
где FТ – площадь поперечного сечения отрываемой траншеи, м2; ВТ – ширина
траншеи, м; hР – глубина траншеи (максимальная по технической характеристике), м; υР – рабочая скорость перемещения экскаватора, м/ч.
15.3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
15.3.1. Используя лабораторный практикум, плакаты и кинофильм, изучить кинематические схемы приводов исполнительных механизмов строительных экскаваторов непрерывного действия.
15.3.2. По кинематической схеме экскаватора ЭТР-162А (рис. 15.6) произвести расчёт скоростей и усилий исполнительных механизмов (параграф
15.2.2).
106
15.3.3. Рассчитать техническую производительность траншейного экскаватора по исходным данным варианта приложения (табл. П.8) и параграфу
15.2.3.
15.4. ФОРМА ОТЧЁТА
15.4.1. Цель работы.
15.4.2. Описание кинематических схем экскаваторов непрерывного действия.
15.4.3. Определение скоростей, усилий исполнительных механизмов и
технической производительности траншейного экскаватора.
15.4.4. Формулирование кратких выводов по лабораторной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Чем определяется структура кинематической схемы экскаватора?
С какой целью в приводах ЭТР используется дифференциал?
Какую роль в приводе экскаватора выполняет коробка перемены передач?
Как определить передаточное число трансмиссии?
Для чего служит муфта предельного момента в приводе рабочего органа экскаватора?
6. Что такое мотор-барабан?
7. Что даёт дизель-генераторная силовая установка?
8. Как распределяется поток мощности экскаватора непрерывного действия?
9. Как определить окружную скорость по зубьям ротора?
10.Как определить тяговое усилие ленты транспортёра?
1.
2.
3.
4.
5.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Лабораторный практикум позволит студентам лучше изучить конструкции
машин для разработки грунтов, их технические характеристики и освоить методы расчёта основных параметров изучаемых машин. При выполнении лабораторных работ студенты закрепляют теоретические знания, выполняя практические измерения и расчёты.
В целом лабораторный практикум позволит сформировать профессионально-специализированные компетенции о назначении, областях применения,
классификации и конструкциях основных типов машин для разработки грунтов,
а также ознакомить с методиками расчёта их основных параметров.
107
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Доценко А.И. Машины для земляных работ: учеб. для вузов / А.И.
Доценко, Г.Н. Карасёв , Г.В. Кустарев, К.К. Шестопалов. – М.:
«Издательский Дом «БАСКЕТ»», 2012. – 688 с.
2. Машины для земляных работ: Конструкция. Расчёт. Потребительские
свойства: учеб. пособие: в 2 кн. Кн. 1: Экскаваторы и землеройнотранспортные машины / Белгород. технол. ун-т; под общ. ред. В.И.
Баловнева. – Белгород, 2011. – 400 с.
3. Машины для земляных работ (раздел «Экскаваторы»): метод. указания
к лаб. и практич. занятиям / Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т.; сост.:
Ю.М. Бузин. – Воронеж, 2010. – 45 с.
4. Никулин П.И. Машины для земляных работ: лаб. практикум /
П.И. Никулин , В.Л. Тюнин; Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т. –
Воронеж, 2010. – 69 с.
5. Строительные машины: Справочник: в 2 т. Т. 1: Машины для
строительства промышленных, гражданских сооружений и дорог / Под
общ. ред. Э.Н. Кузина. – М.: Машиностроение, 1991. – 496 с.
108
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица П.1
Техническая характеристика гусеничных бульдозеров с рыхлителями
Показатели
Базовый тягач
Тяговый класс
Отвал:
длина, мм
высота, мм
Количество зубьев
Шаг зубьев, мм
Глубина рыхления, мм
Рабочая скорость, км/ч
Транспортная скорость,
км/ч
Скорость заднего хода,
км/ч
Масса бульдозера эксплуатационная, кг
Т-130
Т-130
10
Б-10М
Т-10М
10
ДЗ-126А
ДЭТ-250
25
ДЗ-114
Т-500
35
ДЗ-159
Т-75.01
75
4120
1140
1
0
400
2,4
3310
1500
1
0
400
3,8
4310
1550
3
600
450
1,84
4800
2000
3
600
700
2,3
5500
2300
3
800
1200
2,3
10,5
10,4
17
10,0
10,0
3,3
3,2
9,2
7,3
7,3
18000
20215
38780
61350
100980
Таблица П.2
Краткая техническая характеристика автогрейдеров
Показатели
Мощность двигателя, кВт
Грейдерный отвал, мм:
длина
высота
Скорость, км/ч
при копании грунта
при перемещении грунта
при отделки грунта
Максимальная скорость перемещения, км/ч
Масса эксплуатационная, кг
ДЗ-122А
100
ДЗ-143
100
ДЗ-98А
184
ЗТМ1-43
184
3724
610
3740
620
4250
720
4200
750
1,5…2,5
4,0…4,5
4,0…6,0
43
14373
109
43
13500
40
19500
42
23100
Таблица П.3
Краткая техническая характеристика грейдер-элеваторов
Показатели
Тип
Марка тягача
Двигатель привода рабочего оборудования
ДЗ-501
ДЗ-502
Полуприцепной
Т-100М
Т-180ГП
ЭлектроСМД-14К
двигатель
Тип режущего органа
Диаметр дискового ножа, мм
800
Длина транспортёра по
9500
осям барабанов, мм
Угол захвата, град.
Скорость движения грейдер-элеватора, км/ч:
2,36…4,51
рабочая
транспортная
до 15
Масса эксплуатационная, кг
8200
ДЗ-503
ДЗ-505
Самоходный
БелАЗ-531 МАЗ-529В
Двигатель Двигатель
тягача
тягача
АО-93
Дисковый
1100
1000
1000
8500
10520
8500
2,6…5,7
до 30
33200
2…3
до 30
9360
40…55
2,85…5,07
до 13,5
12600
Таблица П.4
Краткая техническая характеристика самоходных скреперов
Показатели
Базовый тягач
Мощность двигателя,
кВт
Вместимость ковша,
геометрическая, м3
Ширина резания, мм
Максимальное заглубление, мм
Скорость при копании грунта, км/ч
Максимальная скорость
перемещения, км/ч
Масса эксплуатационная, кг
ДЗ-111
Двухосный
Т-150К
121
МоАЗ-6014 МоАЗ-6007
ДЗ-13Б
Одноосный Одноосный Одноосный
МоАЗ-6442 МоАЗ-7406 БелАЗ-7442
165,4
250
265
4,5
2430
8,3
2820
11
2890
16
3430
135
150
350
200
50
30000
50
37500
1,5…3,0
30
12300
40
20000
110
Таблица П.5
Краткая техническая характеристика роторных траншейных экскаваторов
с резцами
Показатели
Тип рабочего оборудования
Марка базового тягача
Размеры разрабатываемой траншеи, м:
максимальная глубина
ширина
Рабочая скорость, м/ч
Окружная скорость
вращения ротора, м/с
Эксплуатационная масса,
кг
ЭТР-134
ЭТР-204А ЭТР-223А ЭТР-224А
Навесное
Трактор
ТТ-4
1,3
0,28
10…480
Специальный с использованием
агрегатов трактора Т-130МГ
2
1,2
2,2
1,5
10…300
0,94…1,92
18300
2,2
0,85
1,45…1,8
31400
33500
31600
Таблица П.6
Краткая техническая характеристика гидромониторов
Показатели
Диаметр насадок гидромонитора, мм
Длина ствола, мм
Угол поворота в горизонтальной плоскости, град
Угол подъёма, град
Угол опускания, град
Напор у насадки гидромонитора, м
Значения показателей при диаметре входного
отверстия гидромонитора, мм
150
200
250
300
89, 100,
51, 63, 76, 51, 63, 89,
26, 38, 51
115, 125,
89
102
140
1300
1750
2080
2600
360
30
30
30
30
32
28
30
30
150
150
150
120
111
90
135
180
Геометрическая
вместимость
ковша
q, м3
Угол поворота
стрелы, град.
Таблица П. 7
Краткая техническая характеристика одноковшовых экскаваторов
0,5
1,0
1,6
2,5
0,5
1,0
1,6
2,5
0,5
1,0
1,6
2,5
Продолжительность цикла работы экскаваторов tЦ, с
При работе в отвал
При погрузке в
транспорт
Гидравлические
Канатно-блочные
Канатно-блочные
экскаваторы
экскаваторы
экскаваторы
обратная прямая обратная прямая драглайн прямая драглайн
лопата лопата лопата лопата
лопата
18
16
19
15
19
16
22
22
18
25
17
25
20
26
25
20
29
21
29
22
30
29
23
32
22
32
24
32
20
18
21
17
20
18
24
19
26
22
28
24
20
27
27
22
31
23
30
25
33
31
25
33
25
32
27
36
22
20
22
18
22
20
26
23
28
23
28
25
31
27
29
26
32
25
32
28
35
33
29
36
28
36
30
40
Таблица П.8
Краткая техническая характеристика траншейных экскаваторов
Показатели
База экскаватора
(трактор)
Мощность
двигателя, кВт
Эксплуатационная
масса, кг
Размеры отрываемой траншеи, м
глубина/ширина
Рабочая скорость
экскаватора, м/ч
Марка экскаватора
ЭТЦ- ЭТЦ- ЭТЦ- ЭТЦ- ЭТР- ЭТР- ЭТР- ЭТР161 165А 252А 208В 162
204
223 253А
МТЗ- МТЗ- ТТ-4
ТДТ- Т-130 Т-130 ДЭТ50
82
130
75
250М
40
55
81
118
55
118
118
228
4800
6300
18600 24200 12800 31000 32810 61800
1,6/
0,4
1,6/
0,4
2,5/
1,0
2,0/
0,6
1,6/
0,8
2,0/
1,2
2,2/
1,5
2,5/
2,1
10…
400
20…
800
5…
150
20…
530
0…
312
10…
300
10…
300
20…
350
112
Таблица П9
Краткая техническая характеристика экскаваторов ЭО-5124 и ЭО-6123
Показатели
Основной двигатель
Частота вращения двигателя
привода насоса - nДВ, мин-1
Передаточное число редуктора
привода насоса - iРН
Давление развиваемое насосом рН, МПа
Постоянная насоса - qН, см3/об
Объёмный КПД насоса - ηОБ.Н
Гидроцилиндры рабочего
оборудования:
стрелы – количество n х диаметр
поршня dПЦ, м
рукояти – количество n х
диаметр поршня dПЦ, м
ковш – количество n х диаметр
поршня dПЦ, м
Марка экскаватора
ЭО-5124
ЭО-6123
ЯМЗ-238Г
Эл. двигатель
1700
985
38/21 = 1,8
1,0
28
28
237
0,98
237
0,98
2 х 0,16
2 х 0,18
2 х 0,16
2 х 0,18
1 х 0,16
1 х 0,18 (обл/л)
2 х 0,18 (п/л)
1,5
2,0
0,75
0,8
Суммарные потери давления в
гидросистеме – ∆рΣ, МПа
Суммарный объёмный КПД
гидросистемы – ηОБ.Σ
113
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Лабораторная работа №1. Изучение классификационных признаков
и конструкции рабочих органов машин для разработки грунтов . . . . .
Лабораторная работа №2. Изучение рабочего процесса и
конструкции рыхлителей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Лабораторная работа №3. Изучение рабочего процесса и
конструкции бульдозеров. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Лабораторная работа №4. Изучение рабочего процесса и
конструкции автогрейдеров. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Лабораторная работа №5. Изучение рабочего процесса и
конструкции грейдер-элеваторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Лабораторная работа №6. Изучение рабочего процесса и
конструкции скреперов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Лабораторная работа №7. Изучение рабочего процесса и
конструкции машин для разработки мёрзлых грунтов. . . . . . . . . . . . . .
Лабораторная работа №8. Изучение рабочего процесса и
конструкции машин и оборудования для гидромеханической
разработки грунтов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Лабораторная работа №9. Изучение классификационных
признаков, рабочего процесса и общего устройства одноковшовых
строительных экскаваторов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Лабораторная работа №10. Изучение конструкций рабочего
оборудования одноковшовых канатных экскаваторов . . . . . . . . . . . . . .
Лабораторная работа №11. Изучение кинематических схем
одноковшовых канатных экскаваторов и расчёт по ним скоростей и
усилий исполнительных механизмов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Лабораторная работа №12. Изучение конструкций рабочего
оборудования одноковшовых гидравлических экскаваторов . . . . . . . .
Лабораторная работа №13. Изучение гидрооборудования,
гидравлических схем одноковшовых гидравлических экскаваторов и
расчёт по ним скоростей и усилий исполнительных механизмов. . . . .
Лабораторная работа №14. Изучение классификационных
признаков, рабочего процесса и конструкций экскаваторов
непрерывного действия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Лабораторная работа №15. Изучение кинематических схем
экскаваторов непрерывного действия и расчёт по ним скоростей и
усилий исполнительных механизмов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Библиографический список рекомендуемой литературы. . . . . . . . . . . .
Приложение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
114
3
4
11
16
22
28
33
39
47
55
65
73
81
87
93
99
107
108
109
Учебное издание
Бузин Юрий Михайлович
Тюнин Виталий Леонидович
МАШИНЫ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ГРУНТОВ
Лабораторный практикум
Отпечатано в авторской редакции
Подписано в печать 22.10. т2015. Формат 60×84 1/16. Бумага писчая.
Уч.-изд. л. 7,25. Усл.-печ. л. 7,3. Тираж 110 экз. Заказ № 416.
__________________________________________________________________
Отпечатано: отдел оперативной полиграфии издательства учебной литературы
и учебно-методических пособий Воронежского ГАСУ,
394006 Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84
115
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
79
Размер файла
42 540 Кб
Теги
разработка, грунтов, 431, машина
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа