Дорожно-строительные машины: экскаваторы
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автомобильные дороги и
аэродромы»
Контрольная работа
по дисциплине «Дорожные машины,
производственные базы»
на тему «Дорожно-строительные машины:
Экскаваторы»
Тюмень 2010 г.
Классификация машин
Экскаватор (от лат. excavo - выдалбливать), землеройная машина,
оборудованная навесным рабочим органом - ковшом, осуществляющим резание грунта
одновременно с его наполнением. Благодаря высокой производительности при
разработке грунтов различных категорий наибольшее распространение получили
одноковшовые экскаваторы.
Экскаваторы разделяют на несколько групп по назначению и мощности. Если
машина производит все операции в определенном порядке, повторяя их через
некоторые промежутки времени, она относится к машинам прерывного (цикличного)
действия, если производит все операции одновременно,- машиной непрерывного действия.
К экскаваторам прерывного действия относятся одноковшовые, а к экскаваторам
непрерывного действия - многоковшовые, скребковые и фрезерные.
Одноковшовые и многоковшовые экскаваторы бывают сухопутные и плавучие.
Сухопутные экскаваторы имеют гусеничное, пневмоколесное, рельсовое и шагающее
ходовое устройство.
Все механизмы экскаватора приводятся в движение дизелями, карбюраторными,
паровыми или электрическими двигателями. Наиболее экономичными являются
дизельные и электрические двигатели. Выбор двигателя определяется условиями, в
которых будет работать экскаватор. Так, на экскаваторах, работающих в карьере,
выгодно применять электродвигатели, так как электричество - наиболее дешевый
вид энергии, а при работе на строительстве дорог, где машину часто перевозят с
места на место, целесообразно использовать дизельные двигатели.
Если все механизмы экскаватора приводятся в движение от одного двигателя,
такой привод называют одномоторным. Если в экскаваторе каждый механизм (или
группа механизмов) приводится в движение отдельным двигателем, такой привод
называется многомоторным.
С целью передачи движения от двигателя к рабочим механизмам используют
следующие виды приводов:
- механический, когда движение передается с помощью валов, шестерен,
червячных пар, цепных передач;
- гидравлический объемный, где роль привода выполняют гидронасос,
маслопроводы и гидромоторы (или гидроцилиндры); в маслопроводах циркулирует
жидкость, передающая энергию от насосов к гидромоторам (или гидроцилиндрам),
приводящим рабочие механизмы в движение;
- гидромеханический, в котором для передачи энергии используют
гидротрансформатор в сочетании с механической трансмиссией;
- электрический, применяемый на экскаваторах с многомоторным приводом в
сочетании с механическим;
- смешанный, состоящий из приводов двух видов, например механического и
электрического.
Таким образом, экскаваторы классифицируют:
- по способу перемещения (плавучие и сухопутные);
- по типу силового оборудования (с дизелем, карбюраторным, электрическим,
дизель-электрическим и т. д.);
- по числу двигателей (одномоторные, многомоторные);
- по виду привода (механические, гидравлические, гидромеханические,
электрические);
- по типу ходового устройства сухопутных экскаваторов (гусеничные,
пневмоколесные, рельсовые и с шагающим ходовым оборудованием).
Каждая из групп экскаваторов отличается более мелкими признаками -
размерами, мощностью, назначением.
Одноковшовые экскаваторы классифицируют по назначению.
Существуют три основные группы:
- строительно-универсальные - с ковшами емкостью до 3 м3, предназначенные
для производства земляных работ;
- карьерные - с ковшами емкостью от 2 до 8 м3, предназначенные для работы
в карьерах на разработке рудных и угольных месторождений;
- вскрышные - с ковшами емкостью более 6 м3, предназначенные для разработки
верхних слоев пород (вскрыши).
Одноковшовые экскаваторы различают по использованию их с различными
видами рабочего оборудования.
Универсальные экскаваторы предназначены для работы с различными видами
сменного оборудования; прямой и обратной лопатой, драглайном, крановой стрелой
с крюковой подвеской или грейфером, копром для забивки свай и т. д.
Полууниверсальные экскаваторы кроме основного рабочего оборудования имеют
один или два вида дополнительного сменного оборудования (прямую лопату,
обратную лопату, драглайн).
Основные
рабочие органы машины
Рабочее оборудование включает комплекс узлов экскаватора с рабочим
органом (ковш, крюк, грейфер и др.). Грунт разрабатывают ковшом, после чего
перемещают к месту разгрузки в отвал или в транспортное средство. В зависимости
от вида сменного оборудования применяют жесткую или гибкую подвеску рабочего
органа. Характер работы определяет рабочее оборудование: прямую лопату,
обратную лопату, драглайн, кран или грейфер.
Одноковшовые экскаваторы. Одноковшовым универсальным экскаватором называется
машина цикличного действия, предназначенная для выемки и перемещения грунтов и
иных материалов с помощью одного из видов рабочего оборудования с одним ковшом,
и для выполнения погрузочных сваебойных и прочих работ другими видами сменного
рабочего оборудования.
Одноковшовые экскаваторы (рис. 1) состоят из следующих основных узлов:
ходового устройства, поворотной платформы с силовым оборудованием и основными
кинематическими звеньями и рабочего оборудования.
Гусеничное ходовое оборудование обеспечивает высокую проходимость и
хорошую устойчивость при работе экскаватора.
Рис. 1. Cхемa
одноковшового экскаватора
Поворотная платформа
опирается через катки или специальное (шариковое или роликовое)
опорно-поворотное устройство на раму ходового устройства. Платформа
поворачивается в горизонтальной плоскости относительно ходовой части.
Угол поворота ходового
оборудования в горизонтальной плоскости определяет возможность экскаватора быть
полноповоротным или неполноповоротным. Поворотная часть полно-новоротного
экскаватора может вращаться вокруг своей оси на 360°.
У этих машин на поворотной
платформе смонтированы все силовые агрегаты, пульт управления, рабочие
механизмы и крепится рабочее оборудование.
Рабочее оборудование включает
комплекс узлов экскаватора с рабочим органом (ковш, крюк, грейфер и др.). Грунт
разрабатывают ковшом, после чего перемещают к месту разгрузки в отвал или в
транспортное средство. В зависимости от вида сменного оборудования применяют
жесткую или гибкую подвеску рабочего органа. Характер работы определяет рабочее
оборудование: прямую лопату, обратную лопату, драглайн, кран или грейфер.
Рабочий цикл экскаватора
выполняется в следующей последовательности: копание грунта; перемещение
заполненного грунтом ковша к месту разгрузки; разгрузка грунта из ковша в отвал
или транспортирующее устройство; перемещение ковша (поворот платформы) к забою;
опускание ковша для подготовки к следующей операции копания.
Прямая лопата - оборудование,
предназначенное для разработки грунта выше уровня стоянки экскаватора. Прямая
лопата с механическим приводом (рис. 2) состоит из следующих основных узлов:
каната подъема стрелы, ковша, рукояти, стрелы, седлового подшипника. Рукоять к
стрелке крепится седловым подшипником, с помощью которого рукоять
поворачивается в вертикальной плоскости относительно стрелы и совершает
возвратно-поступательное движение вдоль оси рукоятки. При копании грунта ковшу
нужно пройти положения -IV, изображенные на рис. 74. Ковш поднимается подъемным
канатом, огибающим головные блоки. Напор рукоятки осуществляется напорным
механизмом, которым выполняется также обратное движение (возврат) рукояти. На
универсальных строительных экскаваторах применяют канатные и зубчато-реечные
(напорные механизмы).
Рис. 2. Схема работы
прямой лопаты
Ковш прямой лопаты состоит из
корпуса, откидного днища с засовом и сменных зубьев. Зубья имеют сужающийся к
концу хвостовик, входящий в гнездо козырька. От выпадения зубья удерживаются в
гнездах шплинтами.
Прямые лопаты в последние
годы оснащают ковшами с полукруглой передней стенкой и с козырьком в виде совка
без зубьев. Ковш такой конструкции значительно легче и имеет минимальное
сопротивление при копании грунта, что, естественно, повышает производительность
экскаватора.
На экскаваторах с прямой
лопатой применяют рукояти двух типов: однобалочные (внутреннего типа) и
двухбалочные (внешнего типа). Однобалочная рукоять проходит внутри стрелы, а
двухбалочная - снаружи. Рукоять может совершать возвратно-поступательное
движение в направляющих седловины напорного вала, а также поворачиваться вместе
с седловым подшипником в вертикальной плоскости относительно напорного вала.
Конструкция рукояти определяет конструкцию напорного механизма.
Стрела прямой лопаты
выполнена в виде сварной конструкции из листовой стали. Тип рукояти определяет
конструкцию стрелы. Стрела бывает двухбалочной при однобалочной рукояти и
однобалочной при двухбалочной рукояти.
В верхней части стрелы
смонтированы на подшипниках блоки, через которые проходит канат подъема ковша и
стрело-подъемный канат. Нижним концом (пятой) стрела пальцами крепится к
поворотной платформе и может поворачиваться при изменении ее угла наклона. В
средней части стрелы расположен напорный вал.
Обратная лопата - это
оборудование, предназначенное для разработки грунтов ниже уровня стоянки
экскаватора при рытье котлованов, траншей, выемок.
Обратная лопата (рис. 3)
состоит из ковша, стрелы, рукояти и двуногой стойки. Ковш закреплен жестко к рукояти,
шарнирно присоединенной к верхнему концу стрелы. При подтягивании каната
рукоять поворачивается против часовой стрелки, ковш врезается в грунт
(положение /; положения // и /// соответствуют транспортному положению и
выгрузке грунта из ковша).
Рис. 3. Схема работы
обратной лопаты
Многоковшовые экскаваторы. Многоковшовые экскаваторы представляют собой
землеройные машины, имеющие в качестве рабочего органа многоковшовую цепь или
роторное колесо с ковшами, жестко закрепленными по периметру. Они применяются:
на дорожно-строительных работах; при рытье котлованов, каналов и траншей для
укладки труб или для оснований установка, пульт управления, коробка передач,
рабочий орган устанавливают на ходовую раму.
Скорости движения ковшовой
цепи и машины должны быть согласованы с емкостью ковша и глубиной забоя, чтобы
ковш, проходя путь забоя, смог к моменту выхода заполниться.
Роторные траншейные
экскаваторы применяют при прокладке магистральных трубопроводов и траншей.
Рабочим органом у этих экскаваторов является ротор. По сравнению с цепными
траншейными экскаваторами роторные имеют более высокий КПД и большую
производительность.
Рис. 4. Схема
многоковшового экскаватора
Область
применения
В настоящее время ни одна стройка в стране не обходится без экскаваторов.
Их высокая производительность, способность работать в любых условиях,
надежность, качество и разнообразие выполняемых ими земляных работ обеспечили
этим машинам широкое применение в различных областях народного хозяйства.
Недаром парк этих машин в нашей стране или, иными словами, общее количество
экскаваторов, находящихся в ведении различных строительных организаций,
составляет более 500 000. Однако потребность в них в связи с большим
строительством в последние пятилетки так велика, что ежегодно на заводах
изготавливается более 40000 экскаваторов.
Для каких конкретно работ предназначены экскаваторы? Их можно
использовать при рытье котлованов, каналов, траншей, разработке выемок и насыпей,
сооружении дамб и расчистке территорий, на вскрышных работах и в карьерах, при
перегрузке сыпучих строительных материалов и планировочных работах и во многих
других случаях.
Область их применения в строительстве практически не ограничена. Там, где
есть доступ для этой машины, земляные работы будут выполнены с высоким темпом и
качеством.
Экскаваторы могут вести разработку грунта как выше уровня площадки, на
которой они стоят, так и ниже этого уровня. Они могут действовать в стесненных
условиях и разрабатывать грунт под слоем воды, выгружать выкопанный грунт в
транспортные средства и отсыпать его на значительное расстояние от места
копания в отвал, могут окончательно отделывать уклон и поверхность стенок
траншей и котлованов, а также с достаточной точностью планировать
горизонтальную поверхность строительной площадки или дна траншей и котлованов.
Очевидно, что каждый вид
работы требует применения приспособленных для этого экскаваторов и
предназначенного для каждого конкретного случая рабочего оборудования. Под
рабочим оборудованием подразумеваются те узлы машины, при помощи которых
экскаватор непосредственно копает грунт (ковш, стрела, рукоять с системой их
привода). Играет определенную роль в этих случаях также тип ходовой части
машин: снабжен ли экскаватор гусеничным ходом, дающим машине возможность
доступа в любое место строительной площадки при отсутствии подъездных путей и
при плохих грунтовых условиях или имеет он пневмоколесную ходовую часть, хотя и
обладающую худшей проходимостью, но позволяющую быстро перемещать машину с
объекта на объект. Для выполнения определенных работ имеет значение вид привода
рабочего оборудования. Так, экскаваторы с гидравлическим приводом более
производительны, лучше приспособлены для планировочных, отделочных операций,
однако машины с канатной подвеской более применимы при отрывке и углублении
каналов с помощью ковша-драглайна, при земляных работах на значительном
удалении от машины. И, конечно, большую роль при аренде экскаватора
<#"477330.files/image005.gif">
Из двух значений
производительностей, полученных по формулам (1) и (2), принимают меньшее.
2. Теоретическую
производительность по разрыхленной горной массе (Qтeop2) в
кубических метрах в час рассчитывают по формулам:
при заданном удельном усилии
капания линейном (для трапециевидной формы ковша)
Qтeop2=£ Qтeop1, (4)
где a=
(D - диаметр роторного колеса
по режущим кромкам ковшей, м;
r - плотность горной массы,
т/м3;
f - коэффициент разрыхления
горной массы в ковшах);
b=0,102 K1
(K1 - удельное
усилие копания, линейное, Н/см;
i - число промежуточных
режущих кромок между соседними ковшами);
c=K1×0,162×D×Smax (1 + i)×r1 - 232 Np
(r1 - радиус
закругления режущих кромок ковшей в плоскости периметра резания (черт. 2), м;
Np - мощность
привода роторного колеса, кВт);
Черт. 2
при заданном удельном усилии
копания поверхностном
Qтeop2=£ Qтeop1 (5)
где KF - удельное
поверхностное усилие копания, Н/см2.
3. Эффективную
производительность (Qэ) в кубических метрах в час рассчитывают по
формуле
Qэ=,
где Kзаб -
коэффициент забоя, характеризующий потери времени на выполнение вспомогательных
технологических операций при отработке расчетного забоя, определяемый по
формуле
Kзаб=, (6)
где Тэ -
необходимое время непосредственной экскавации при отработке блока с
производительностью Qтeop2, ч;
Твс - расчетное
время на выполнение операций при отработке блока (остановка и реверсирование
механизма поворота в конце каждой стружки, переходы от стружки к стружке, от
слоя к слою и от одного блока к другому), ч;
Kу - коэффициент
управления, характеризующий изменение фактической средней производительности
экскавации по сравнению с теоретической и дополнительные потери времени из-за
увеличения, по сравнению с расчетной, длительности вспомогательных
технологических операций при отработке блока.
Для ориентировочных расчетов
значения коэффициента управления Kу равны:
0,75...0,85 - для
экскаваторов, не оборудованных автоматической системой управления;
0,85...0,95 - для
экскаваторов, оборудованных автоматической системой управления.
Расчет при эксплуатации
экскаватора
Qэ=Vб/tб,
(7)
где Vб - объем
блока, отработанного роторным экскаватором, м3;
tб - время
отработки блока, ч.
Эксплуатационную
производительность (Qэкс) в кубических метрах в час рассчитывают по
формулам
Qэ=Qэ×Kт.и,
где Kт.и -
коэффициент технического использования по РД 50-650; при эксплуатации
экскаватора
Qэ=Vб/tк,
(7)
где tк -
календарный фонд времени за вычетом организационных простоев, периода перегонов
роторного экскаватора из-за перестройки технологической схемы, а также периода
не свойственных работ (перевалка, зачистка трассы и т.д.), ч.
При работе роторного
экскаватора в составе комплекса горно-транспортного оборудования календарный
фонд времени определяют без учета всех простоев (аварийных, технологических,
организационных и т.д.), связанных с другими машинами комплекса в часах.
Список
литературы
1. http://stroy-technics.ru/jekskavatory/
2. Беркман
И. Л. Универсальные одноковшовые строительные экскаваторы / И. Л. Беркман, А.
В. Раннев, А. К. Рейш. - М., Машиностроение, 1977 г.
3. Краткий
справочник машиниста экскаватора / под. ред. А. Ф. Яковлева, М. Машиностроение
- 1972 г.
4. Экскаваторы
и стреловые самоходные краны. Каталог справочник. - М.: АО «Машмир», 1998.
5. Баловнев
В. Дорожно-строительные машины и комплексы - М.-Омск, СибАДИ, 2001.
6. Гальперин
М.И., Домбровский Н.Г. Строительные машины: учебник для вузов. - 3-е изд.,
перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1980. - 344 с.