Лекция 1.1. Общие сведения о машинах

МОДУЛЬ № 1

ЛЕКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

ТЕМА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕЛИОРАТИВНЫХ И

СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ, ИХ ДЕТАЛЯХ,

СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦАХ И МЕХАНИЗМАХ

Лекция 1.1. Общие сведения о машинах

1. Понятие машины и механизма. Классификация мелиоративных и строительных машин.

2. Основные показатели машин.

3. Понятие унификации машин.

4. Индексация мелиоративных и строительных машин.

Литература: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

1.1.1 Понятие машины и механизма. Классификация мелиоративных и строительных машин.

Разнообразие возводимых строительных сооружений по конструкциям и объемам работ, а также технологических процессов, осуществляемых в процессе строительства, вызывает необходимость применения различных по своему назначению, устройству, мощности и размерам мелиоративных и строительных машин.

Машина – это устройство, выполняющее полезную работу по преобразованию одного вида энергии в другую.

Машина состоит из механизмов, объединенных общим корпусом (рамой или станиной).

Механизм – это устройство для передачи и преобразования движений и скоростей, а также усилий и крутящих моментов, развиваемых двигателем.

Машины и механизмы собираются из деталей (например, гайки, болты, валы, зубчатые колеса и т. д.).

Машина состоит из следующих основных систем и узлов:

Ø силовой установки,

Ø рабочих органов,

Ø трансмиссии,

Ø ходового оборудования (или станины),

Ø механизмов управления.

Классификация строительных машин производится с распределением на группы по признаку их назначения в строительстве, а в каждой группе – по конструктивным особенностям и, затем – по рабочим параметрам.

По назначению строительные машины и оборудование могут быть: грузоподъемные, транспортирующие, погрузочно-разгрузочные, для подготовительных и вспомогательных работ, землеройные и грунтоуплотняющие, буровые, сваебойные, дробильно-сортировочные, смесительные, машины для транспортирования бетонных смесей и растворов, бетоноукладочные, отделочные, ручные машины, дорожные, для технического обслуживания.

Мелиоративные машины можно считать специальными, так как они предназначаются для строительства в одной отрасли. К ним относятся: каналокопатели, машины для профилирования, планировки и уплотнения русла каналов, для орошения полей, кусторезы, корчеватели, кустарниково-болотные плуги, дренажные машины и др.

Каждая, из названных групп машин в свою очередь может быть разделена по способу выполнения работ и виду рабочего органа на подгруппы. Например, грузоподъемные машины могут быть разделены на простейшие ГПМ (домкраты, тали, лебедки), краны (стреловые, башенные, мостовые, козловые, краны-трубоукладчики), подъемники (мачтовые, шахтные, скиповые, автоподъёмники).

Машины для земляных работ могут быть разделены на: землеройно-транспортные (бульдозеры, скреперы, автогрейдеры, грейдер-элеваторы и др.), землеройные (экскаваторы), оборудование для гидромеханического способа разработки грунтов (гидромониторы, земснаряды и др.), грунтоуплотняющие машины (катки, виброуплотнительные машины, трамбовки и др.).

Машины в каждой группе в спою очередь различаются по производственной характеристике (мощности, объему ковша, грузоподъемности, тяговому усилию, производительности, габаритам, массе и т. д.). Отдельные виды строительных машин различаются по типу ходового устройства (гусеничное или пневмоколесное); по типу базовой машины, на которой смонтирована та или другая машина (автомобиль, трактор, пневмоколесный тягач); по видам двигателя или привода с электрическим двигателем, двигателем внутреннего сгорания, с гидравлическим или пневматическим приводом.

Все строительные машины по источнику потребляемой энергии могут быть разделены на машины, работающие от собственной энергетической установки, и машины, использующие энергию, подведенную извне.

По числу рабочего оборудования строительные машины разделяют на универсальные и специальные. Первые – снабжаются несколькими видами сменного рабочего оборудования, а вторые – только одним видом рабочего оборудования.

Мелиоративные и строительные машины по принципу действия можно разделить на цикличные и непрерывного действия. К машинам цикличного действия относятся; одноковшовые экскаваторы, башенные краны и все другие машины, которые выполняют одновременно только одну, редко две операции, чередующиеся по времени; например, наполнение ковша, затем поворот стрелы экскаватора, разгрузка и возвращение порожнего ковша в забой.

Большинство строительных машин самоходные, но имеются машины и стационарные (приставные башенные краны, мачтовые подъёмники, дробилки, грохоты).

Машины непрерывного действия – это конвейеры, многоковшовые экскаваторы и все те машины, у которых все основные операции выполняются одновременно (многоковшовый экскаватор).

1.1.2. Основные показатели машин.

Возможность и целесообразность применения той или иной строительной машины определяется основными ее показателями. К ним относятся: габариты и масса машины, мощность двигателя (или двигателей), производительность машины и др. Кроме того, строительные машины, в зависимости от типа и назначения, характеризуются рядом других показателей. Например, экскаватор и скрепер – емкостью ковша, дробилка – шириной входной щели и величиной дробимого камня и т.д.

Габариты подразделяют на габариты собственно машины, которые всегда остаются постоянными (высота кабины, ширина гусениц, кузова самосвала и т. д.) и на габариты рабочих органов, положение которых во время работы может меняться.

Постоянные габариты должны быть минимальными. Они определяются возможностью размещения механизмов, удобствами обслуживания, ремонта и транспортировки, условиями устойчивости, допустимым давлением на грунт и необходимостью обеспечения рабочих размеров.

Рабочие размеры определяются условиями работы и также принимаются минимальными при условии обеспечения заданных размеров сооружаемого объекта (ширины и глубины канала, глубины укладки дрены, ширины планируемой полосы и т. д.). Их увеличение при сохранении других параметров вызывает снижение усилий на рабочем органе, уменьшает производительность.

Массу машины подразделяют на рабочую (с полным запасом горюче-смазочных (ГСМ) и эксплуатационных материалов), конструктивную (или сухую) и транспортную (в упаковке).

Почти для всех машин этот показатель следует максимально уменьшать (кроме шар-, клин-молота, молота и др.).

Качество большинства машин оценивают не столько по их общей массе, сколько по удельной, отнесенной к единице производительности или мощности или по размерам рабочего органа.

Для переносных машин (например, для механизированного инструмента) важна общая масса.

Мощность – это количество работы, выполняемой машиной за единицу времени. Ее можно определить по формуле:

P = (Fl) / t η _общ,

где F – сила, выполняющая полезную работу, например, усилие на ноже грейдера при резании грунта;

l –путь действия силы, например, длина срезанной стружки грунта;

t – продолжительность действия силы;

h_общ – коэффициент полезного действия машины.

Степень совершенства машины характеризуется коэффициентом полезного действия h (КПД), который определяется, как отношение полезной работы, расходуемой на рабочем органе, к работе, произведенной двигателем машины:

η = P _р.о/ P _дв,

где P _дв – мощность двигателя машины;

P _св – мощность, расходуемая на рабочем органе.

Если коэффициент полезного действия h = 0, 8, то это значит, что 0, 2 всей мощности (или 20 %) расходуется на трение в трансмиссии: в подшипниках, в зубчатых колесах и 0, 8 всей мощности (или 80 %) передается трансмиссией на рабочий орган.

Мощность двигателя машины определяется по формуле:

P _дв = P _р.о/η.

Коэффициент полезного действия колеблется от 0, 4 у машин со сложной трансмиссией до 0, 9…0, 95 у простых машин.

Производительность является важнейшей составной частью технической характеристики машин.

Производительность машины – это количество продукции (выраженное в массе, объеме или штуках), вырабатываемой (перерабатываемой) за единицу времени (час, смену, месяц, год). Различают производительность: теоретическую (расчетную, конструктивную), техническую и эксплуатационную.

Теоретическая производительность (расчетная, конструктивная) – это максимально возможное количество продукции, вырабатываемой за единицу времени непрерывной работы при расчетных скоростях рабочих движений и нагрузках.

Для машин циклического действия теоретическая часовая производительность (П_т):

П_т = q n = (60 q) /t _ц,

где q – количество продукции, вырабатываемой за один рабочий цикл;

п – число циклов, выполняемых машиной в 1 мин, n = 60/ t _ц, (t _ц – продолжительность цикла).

Для машин непрерывного действия теоретическая часовая производительность:

П_т = 3600 q v,

где q – количество материала, размещающегося на 1 м длины потока продукции, кг, м³;

v – скорость потока продукции, м/с.

Для машин непрерывного действия, осуществляющих рабочий процесс порционно:

П_т = (3600 q v)/а,

где а – шаг между отдельными порциями (ковшами, скребками, штучным грузом).

Техническая производительность – это количество продукции, вырабатываемой за единицу времени непрерывной работы машины непосредственно в конкретных производственных условиях при правильно выбранных режимах работы и нагрузках на рабочие органы.

При определении технической производительности определенной машины, например, одноковшового экскаватора, учитывается группа разрабатываемого грунта, высота забоя, угол поворота стрелы с ковшом, вид работы – в отвал или на транспортные средства, коэффициент заполнения ковша и другие факторы. Поскольку все перечисленные факторы могут иметь различные значения, то и техническая производительность машины при различных условиях будет изменяться.

Для машин циклического действия (например, кранов) часовую техническую производительность определяют по формуле:

П_тех = 60 q n k_t,

где q – грузоподъемность крана;

п – число рабочих циклов в минуту;

k_t – коэффициент, учитывающий степень использования грузоподъемности (при подъёме грузов с различной массой).

k_t=k _н /k _р,

где k _н – коэффициент наполнения ковша;

k _н = V _к/ V _геом;

V _к – объем материала в ковше;

V _геом – геометрическая емкость ковша.

Для машин непрерывного действия часовую техническую производительность определяют по формуле:

П_тех = 3600 q v k _y,

где q – масса груза, кг, или объем, м³, приходящийся на 1 м длины несущего органа машины;

v – линейная скорость движения рабочего органа, м/с;

k _y – коэффициент, учитывающий конкретные условия работы.

Эксплуатационная производительность П_экс – это количество продукции, вырабатываемой в единицу времени с учетом всех перерывов в работе, вызываемых требованиями эксплуатации, условиями труда работающих и организационными причинами:

П_экс = П_тех k _в,

где k _в – коэффициент использования машины по времени;

k _в = 0, 7…0, 8 – для машин циклического действия;

k _в = 0, 85…0, 90 – для машин непрерывного действия.

Сменную или годовую эксплуатационную производительность машины определяют на основании данных режима машины и ее среднечасовой эксплуатационной производительности:

П_{экс год} = П_экс Т,

где Т – число часов работы машины в течение смены или года.

Техническая производительность показывает, какие возможности заложены в машине, а эксплуатационная – как эти возможности используются. Отношение второй производительности к первой определяется коэффициентом использования машины во времени.

Производительность зависит от надежности машины, от количества времени, потраченного на плановые и внеплановые работы по уходу и ремонту. Очевидно, что машина, обладающая большой технической производительностью, но часто выходящая из строя по техническим причинам и требующая продолжительных по времени технических уходов, то есть с низкой надежностью, хуже надежной машины, имеющей несколько меньшую производительность.

Основным показателем машины, а также деятельности строительной организации, служит стоимость единицы готовой продукции. Кроме него, немаловажное значение имеют и такие показатели как: затраты рабочей силы на единицу продукции (выработка на одного рабочего), расход энергии на выполнение работы и металла на изготовление машины (энерго- и металлоемкость), количество рабочих часов, затраченных на изготовление машины.

Для сравнения двух машин одинакового назначения используют следующие показатели:

– выработка на одного рабочего П_уд:

П_уд = П_экс/ N, м³/ч· чел,

где N – число рабочих обслуживающих машину в течении часа.

– удельная материалоемкость m _уд:

m _уд = m /П_экс, кг ч/м³,

где m – масса машины.

– удельная энергоемкость Р _уд:

Р _уд = Р /П_экс, кВт· ч/м³

где Р – мощность силового оборудования.

К важным показателям машин относятся также их долговечность и надежность.

Долговечность характеризуется временем, которое машина может работать между капитальными ремонтами, при своевременном проведении соответствующих операций по смазке и регулировке.

Надежность – это способность машины, узла или детали работать без каких-либо неполадок продолжительное время.

Надежность машины зависит от того, насколько удачно выбраны конструкции узлов, насколько качественно изготовлены детали и, конечно, от качества и своевременности выполнения ухода и ремонтов в процессе эксплуатации.

Оба эти понятия близки между собой и часто употребляются одновременно; однако для одних машин и механизмов весьма важна их надежность (самолет, рулевое управление автомобиля), для других – долговечность (экскаватор, дробильные плиты, зубья ковша).

1.1.3. Понятие унификации машин.

Повсеместная замена ручного труда машинами требует изготовления и внедрения их новых образцов небольших размеров, так как сейчас остались немеханизированными только мелкие, разрозненные работы.

Изготовление, ремонт и эксплуатации такого числа различных машин возможны только при условии унификации деталей (болтов, гаек и др.), узлов (двигателей, редукторов, муфт, кабин) и систем управления.

Высшим этапом унификации следует считать изготовление всех машин из однотипных узлов и систем. В этом случае, при наличии нескольких размеров ведущих мостов, коробок перемены передач, двигателей, кабин и пр. можно будет собрать любую самоходную машину: тягач, автомобиль, автогрейдер, самоходный скрепер, автопогрузчик, комбайн, бульдозер и т. д.

Такая унификация называется межотраслевой, так как охватывает многие отрасли народного хозяйства. Перечислим ее основные, наиболее очевидные преимущества:

Ø сокращение номенклатуры запасных частей и оснастки, чем облегчается и удешевляется ремонт и эксплуатация;

Ø сокращение номенклатуры изготавливаемых деталей и узлов, массовость производства, экономическая целесообразность применения автоматических линий, повышение качества деталей;

Ø однотипность машин, облегчающая подготовку механизаторских кадров.

1.1.4. Индексация мелиоративных и строительных машин.

Индекс (марка) землеройно-транспортных машин состоит из буквенной и цифровой частей. Буквенная часть указывает на принадлежность к определенному типу машин по назначению, а цифры обозначают порядковый номер регистрации по государственному реестру ставящейся на производство модели машины. после цифровой части индекса могут дополнительно стоять буквы (А, Б, В, …), обозначающие очередную модернизацию машины, цифры, обозначающие модификацию модели, или буквы (Т, ТВ, ТС, ХЛ), указывающие на климатическое исполнение машины. Например, ДЗ-116АХЛ расшифровывается как машина дорожная для земляных работ, со 116 номером регистрации в пределах данной группы машин, подвергшаяся первой модернизации и изготовленная в исполнении для использования в зоне с холодным климатом.

ДЗ – для землеройно-транспортных работ;

ДУ – для уплотнения грунтов, дорожных оснований и покрытий;

ДЭ – для эксплуатации, содержания и ремонта автомобильных дорог;

ЭО – одноковшовые универсальные экскаваторы обозначают буквами и четырьмя цифрами;

ЭР – экскаваторы роторные;

ЭТЦ – экскаваторы траншейные цепные;

ЭТР – экскаваторы траншейные роторные;

ЭМ – экскаваторы многоковшовые поперечного копания;

ТЦ – автоцементовозы;

ТП – оборудование для пневмотранспорта;

ТК – конвейеры и питатели;

ТЛ – лебедки;

ТМ – многоковшовые погрузчики;

ТО – одноковшовые погрузчики;

СП – оборудование для погружения свай (молоты, копры и пр.);

СБ – оборудование для приготовления бетонных и растворных смесей;

СО – машины и оборудование для отделочных работ;

Ручной механизированный инструмент обозначают буквами:

ИЭ – инструмент электрический;

ИП – инструмент пневматический;

ИГ – инструмент с гидро- и пневмогидравлическим приводом.