ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательноеучреждение высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙАРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Автомобильные дороги иаэродромы»
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 навеснымрабочим органом — ковшом, осуществляющим резание грунта одновременно с егонаполнением. Благодаря высокой производительности при разработке грунтовразличных категорий наибольшее распространение получили одноковшовыеэкскаваторы.
Экскаваторыразделяют на несколько групп по назначению и мощности. Если машина производитвсе операции в определенном порядке, повторяя их через некоторые промежутки времени,она относится к машинам прерывного (цикличного) действия, если производит всеоперации одновременно,— машиной непрерывного действия. К экскаваторампрерывного действия относятся одноковшовые, а к экскаваторам непрерывногодействия — многоковшовые, скребковые и фрезерные.
Одноковшовыеи многоковшовые экскаваторы бывают сухопутные и плавучие. Сухопутныеэкскаваторы имеют гусеничное, пневмоколесное, рельсовое и шагающее ходовое устройство.
Все механизмыэкскаватора приводятся в движение дизелями, карбюраторными, паровыми илиэлектрическими двигателями. Наиболее экономичными являются дизельные иэлектрические двигатели. Выбор двигателя определяется условиями, в которыхбудет работать экскаватор. Так, на экскаваторах, работающих в карьере, выгодноприменять электродвигатели, так как электричество — наиболее дешевый видэнергии, а при работе на строительстве дорог, где машину часто перевозят сместа на место, целесообразно использовать дизельные двигатели.
Если всемеханизмы экскаватора приводятся в движение от одного двигателя, такой приводназывают одномоторным. Если в экскаваторе каждый механизм (или группамеханизмов) приводится в движение отдельным двигателем, такой привод называетсямногомоторным.
С цельюпередачи движения от двигателя к рабочим механизмам используют следующие видыприводов:
–механический, когда движение передается с помощью валов, шестерен, червячныхпар, цепных передач;
–гидравлический объемный, где роль привода выполняют гидронасос, маслопроводы игидромоторы (или гидроцилиндры); в маслопроводах циркулирует жидкость,передающая энергию от насосов к гидромоторам (или гидроцилиндрам), приводящимрабочие механизмы в движение;
–гидромеханический, в котором для передачи энергии используют гидротрансформаторв сочетании с механической трансмиссией;
–электрический, применяемый на экскаваторах с многомоторным приводом в сочетаниис механическим;
– смешанный,состоящий из приводов двух видов, например механического и электрического.
Такимобразом, экскаваторы классифицируют:
– по способуперемещения (плавучие и сухопутные);
– по типусилового оборудования (с дизелем, карбюраторным, электрическим,дизель-электрическим и т. д.);
– по числудвигателей (одномоторные, многомоторные);
– по видупривода (механические, гидравлические, гидромеханические, электрические);
– по типуходового устройства сухопутных экскаваторов (гусеничные, пневмоколесные,рельсовые и с шагающим ходовым оборудованием).
Каждая изгрупп экскаваторов отличается более мелкими признаками — размерами, мощностью,назначением.
Одноковшовыеэкскаваторы классифицируют по назначению.
Существуюттри 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 наразработке рудных и угольных месторождений;
– вскрышные —с ковшами емкостью более 6 м3, предназначенные для разработки верхних слоевпород (вскрыши).
Одноковшовыеэкскаваторы различают по использованию их с различными видами рабочегооборудования.
Универсальныеэкскаваторы предназначены для работы с различными видами сменного оборудования;прямой и обратной лопатой, драглайном, крановой стрелой с крюковой подвескойили грейфером, копром для забивки свай и т. д.
Полууниверсальныеэкскаваторы кроме основного рабочего оборудования имеют один или два видадополнительного сменного оборудования (прямую лопату, обратную лопату,драглайн).
Основные рабочие органы машины
Рабочее оборудованиевключает комплекс узлов экскаватора с рабочим органом (ковш, крюк, грейфер идр.). Грунт разрабатывают ковшом, после чего перемещают к месту разгрузки вотвал или в транспортное средство. В зависимости от вида сменного оборудованияприменяют жесткую или гибкую подвеску рабочего органа. Характер работыопределяет рабочее оборудование: прямую лопату, обратную лопату, драглайн, кранили грейфер.
Одноковшовыеэкскаваторы.Одноковшовым универсальным экскаватором называется машина цикличного действия,предназначенная для выемки и перемещения грунтов и иных материалов с помощьюодного из видов рабочего оборудования с одним ковшом, и для выполненияпогрузочных сваебойных и прочих работ другими видами сменного рабочегооборудования.
Одноковшовыеэкскаваторы (рис. 1) состоят из следующих основных узлов: ходового устройства,поворотной платформы с силовым оборудованием и основными кинематическимизвеньями и рабочего оборудования.
Гусеничноеходовое оборудование обеспечивает высокую проходимость и хорошую устойчивостьпри работе экскаватора.
/>
Рис. 1.Cхемa одноковшового экскаватора
Поворотнаяплатформа опирается через катки или специальное (шариковое или роликовое)опорно-поворотное устройство на раму ходового устройства. Платформаповорачивается в горизонтальной плоскости относительно ходовой части.
Угол поворотаходового оборудования в горизонтальной плоскости определяет возможностьэкскаватора быть полноповоротным или неполноповоротным. Поворотная частьполно-новоротного экскаватора может вращаться вокруг своей оси на 360°.
У этих машинна поворотной платформе смонтированы все силовые агрегаты, пульт управления,рабочие механизмы и крепится рабочее оборудование.
Рабочееоборудование включает комплекс узлов экскаватора с рабочим органом (ковш, крюк,грейфер и др.). Грунт разрабатывают ковшом, после чего перемещают к местуразгрузки в отвал или в транспортное средство. В зависимости от вида сменногооборудования применяют жесткую или гибкую подвеску рабочего органа. Характерработы определяет рабочее оборудование: прямую лопату, обратную лопату,драглайн, кран или грейфер.
Рабочий циклэкскаватора выполняется в следующей последовательности: копание грунта;перемещение заполненного грунтом ковша к месту разгрузки; разгрузка грунта изковша в отвал или транспортирующее устройство; перемещение ковша (поворотплатформы) к забою; опускание ковша для подготовки к следующей операциикопания.
Прямая лопата— оборудование, предназначенное для разработки грунта выше уровня стоянкиэкскаватора. Прямая лопата с механическим приводом (рис. 2) состоит изследующих основных узлов: каната подъема стрелы, ковша, рукояти, стрелы,седлового подшипника. Рукоять к стрелке крепится седловым подшипником, спомощью которого рукоять поворачивается в вертикальной плоскости относительнострелы и совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси рукоятки. Прикопании грунта ковшу нужно пройти положения —IV, изображенные на рис. 74. Ковшподнимается подъемным канатом, огибающим головные блоки. Напор рукоятки осуществляетсянапорным механизмом, которым выполняется также обратное движение (возврат)рукояти. На универсальных строительных экскаваторах применяют канатные изубчато-реечные (напорные механизмы).
/>
Рис.2. Схема работы прямой лопаты
Ковш прямойлопаты состоит из корпуса, откидного днища с засовом и сменных зубьев. Зубьяимеют сужающийся к концу хвостовик, входящий в гнездо козырька. От выпадениязубья удерживаются в гнездах шплинтами.
Прямые лопатыв последние годы оснащают ковшами с полукруглой передней стенкой и с козырькомв виде совка без зубьев. Ковш такой конструкции значительно легче и имеетминимальное сопротивление при копании грунта, что, естественно, повышаетпроизводительность экскаватора.
Наэкскаваторах с прямой лопатой применяют рукояти двух типов: однобалочные(внутреннего типа) и двухбалочные (внешнего типа). Однобалочная рукоятьпроходит внутри стрелы, а двухбалочная — снаружи. Рукоять может совершатьвозвратно-поступательное движение в направляющих седловины напорного вала, атакже поворачиваться вместе с седловым подшипником в вертикальной плоскостиотносительно напорного вала. Конструкция рукояти определяет конструкциюнапорного механизма.
Стрела прямойлопаты выполнена в виде сварной конструкции из листовой стали. Тип рукоятиопределяет конструкцию стрелы. Стрела бывает двухбалочной при однобалочнойрукояти и однобалочной при двухбалочной рукояти.
В верхнейчасти стрелы смонтированы на подшипниках блоки, через которые проходит канатподъема ковша и стрело-подъемный канат. Нижним концом (пятой) стрела пальцамикрепится к поворотной платформе и может поворачиваться при изменении ее угланаклона. В средней части стрелы расположен напорный вал.
Обратнаялопата — это оборудование, предназначенное для разработки грунтов ниже уровнястоянки экскаватора при рытье котлованов, траншей, выемок.
Обратнаялопата (рис. 3) состоит из ковша, стрелы, рукояти и двуногой стойки. Ковшзакреплен жестко к рукояти, шарнирно присоединенной к верхнему концу стрелы.При подтягивании каната рукоять поворачивается против часовой стрелки, ковшврезается в грунт (положение /; положения // и /// соответствуют транспортномуположению и выгрузке грунта из ковша).
/>
Рис. 3.Схема работы обратной лопаты
Многоковшовыеэкскаваторы.Многоковшовые экскаваторы представляют собой землеройные машины, имеющие вкачестве рабочего органа многоковшовую цепь или роторное колесо с ковшами,жестко закрепленными по периметру. Они применяются: на дорожно-строительныхработах; при рытье котлованов, каналов и траншей для укладки труб или дляоснований установка, пульт управления, коробка передач, рабочий органустанавливают на ходовую раму.
Скоростидвижения ковшовой цепи и машины должны быть согласованы с емкостью ковша иглубиной забоя, чтобы ковш, проходя путь забоя, смог к моменту выходазаполниться.
Роторныетраншейные экскаваторы применяют при прокладке магистральных трубопроводов итраншей. Рабочим органом у этих экскаваторов является ротор. По сравнению сцепными траншейными экскаваторами роторные имеют более высокий КПД и большуюпроизводительность.
/>
Рис.4. Схема многоковшового экскаватора
Областьприменения
В настоящее время ни однастройка в стране не обходится без экскаваторов. Их высокая производительность,способность работать в любых условиях, надежность, качество и разнообразиевыполняемых ими земляных работ обеспечили этим машинам широкое применение вразличных областях народного хозяйства. Недаром парк этих машин в нашей странеили, иными словами, общее количество экскаваторов, находящихся в ведении различныхстроительных организаций, составляет более 500 000. Однако потребность в них всвязи с большим строительством в последние пятилетки так велика, что ежегоднона заводах изготавливается более 40000 экскаваторов.
Для каких конкретно работпредназначены 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 строительныхматериалов и планировочных работах и во многих других случаях.
Область их применения встроительстве практически не ограничена. Там, где есть доступ для этой машины,земляные работы будут выполнены с высоким темпом и качеством.
Экскаваторы могут вестиразработку грунта как выше уровня площадки, на которой они стоят, так и нижеэтого уровня. Они могут действовать в стесненных условиях и разрабатывать грунтпод слоем воды, выгружать выкопанный грунт в транспортные средства и отсыпатьего на значительное расстояние от места копания в отвал, могут окончательноотделывать уклон и поверхность стенок траншей и котлованов, а также сдостаточной точностью планировать горизонтальную поверхность строительнойплощадки или дна траншей и котлованов.
Очевидно, что каждый видработы требует применения приспособленных для этого экскаваторов ипредназначенного для каждого конкретного случая рабочего оборудования. Подрабочим оборудованием подразумеваются те узлы машины, при помощи которыхэкскаватор непосредственно копает грунт (ковш, стрела, рукоять с системой их привода).Играет определенную роль в этих случаях также тип ходовой части машин: снабженли экскаватор гусеничным ходом, дающим машине возможность доступа в любое местостроительной площадки при отсутствии подъездных путей и при плохих грунтовыхусловиях или имеет он пневмоколесную ходовую часть, хотя и обладающую худшейпроходимостью, но позволяющую быстро перемещать машину с объекта на объект. Длявыполнения определенных работ имеет значение вид привода рабочего оборудования.Так, экскаваторы с гидравлическим приводом более производительны, лучшеприспособлены для планировочных, отделочных операций, однако машины с канатнойподвеской более применимы при отрывке и углублении каналов с помощьюковша-драглайна, при земляных работах на значительном удалении от машины. И,конечно, большую роль при аренде экскаватора играет возможность поворотарабочего оборудования или, иными словами, наличие у них поворотной платформы,которая создает широкие возможности для выгрузки грунта и прочих работ.
Таким образом,особенности конкретных видов земляных работ, которые необходим/) выполнитьэкскаватору, — например, вырыть котлован, траншею, канал, спланироватьповерхность площадки или перегрузить строительные материалы, а также объемгрунта, предполагаемого к выемке, и грунтовые условия на объекте диктуютприменение экскаваторов с определенными рабочим оборудованием, ходовой частью итипом привода рабочего оборудования.
Для выполнения всехвозможных видов земляных работ выпускаются экскаваторы различногоконструктивного исполнения. Их можно разделить на две большие группы:одноковшовые и многоковшовые.
Одноковшовые экскаваторы(их называют иногда экскаваторами цикличного действия) все операции по копаниюгрунта, его перемещению и выгрузке выполняют последовательно и циклично:сначала заполняют ковш грунтом, затем поворачивают загруженный ковш, в концеповорота выгружают грунт из ковша (в отвал или транспортные средства) и,наконец, возвращают порожний ковш в начальное положение для загрузки. Далееэтот цикл операций повторяется.
Многоковшовые экскаваторы(их называют также экскаваторами непрерывного действия) выполняют все рабочиеоперации по копанию, перемещению и выгрузке грунта одновременно. Пока частьковшей или ножей режет грунт, другие перемещают его, а третьи — выгружают. Приработе этих машин нет ярко выраженного повторяющегося цикла рабочих операций.
Однаковшовые экскаваторыполучили большее распространение в строительстве, чем многоковшовые, в связи стем, что обладают большей универсальностью.
Универсальность – этоспособность экскаватора выполнять разнообразные земляные работы, начиная отсооружения траншей, котлованов, каналов и кончая отсыпкой насыпей и дамб, атакже вести погрузочно-разгрузочные работы. Конечно, все это экскаватор можетвыполнять только с помощью различного сменного рабочего оборудования.
Расчетпроизводительности
К основным факторам,влияющим на производительность экскаватора, относятсяследующие:
· трудностьразработки горной массы, которая оценивается категорией породы и ее состоянием.При разработке, например, влажной глинистой породы, которая налипает на ковш,уменьшается полезный объем последнего и увеличивается продолжительность циклаиз-за более длительной разгрузки ковша. В зимних условиях плохо раздробленныймерзлый грунт также снижает коэффициент наполнения ковша;
· техническиеданные, состояние и надежность экскаватора;
· квалификациямашиниста;
· качество забоя,оцениваемое его высотой, условиями подхода транспорта к месту погрузки, освещенностью;
организацияработ, зависящая от достаточности транспортных средств, состояния дорог,своевременного снабжения топливом, энергией, запасными частями и т.п.
Настоящийстандарт распространяется на карьерные роторные экскаваторы для открытых горныхработ и устанавливает единые методы определения расчетной теоретической,эффективной и эксплуатационной производительности, применяемые длясравнительной оценки технического уровня.
1.Максимальную расчетную теоретическую производительность по разрыхленной горноймассе (Qтеор1) в кубических метрах в час рассчитывают по формулам
Qтеор1=0,06×(gк+ 0,5 gп)×Smax; (1)
Qтеор1=3600×Fл×nл×Kн,(2)
где gк — вместимость ковша (черт. 1);
gп — вместимость подковшового пространства (черт. 1);
Smax — число опорожнений ковша;
vл — скорость ленты конвейера, м/с;
Kн=0,9(коэффициент загрузки ковша);
Fл — расчетная площадь поперечного сечения транспортируемого материала на ленте, м2.
Расчетнуюширину ленты определяют по формуле
В=0,9 Вл — 50, (3)
где Вл — ширина ленты, мм.
/>
Черт. 1
Из двухзначений 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 заданномудельном усилии капания линейном (для трапециевидной формы ковша)
Qтeop2=/>£Qтeop1, (4)
где a=/>
(D — диаметрроторного колеса по режущим кромкам ковшей, м;
r — плотностьгорной массы, т/м3;
f — коэффициент разрыхления горной массы в ковшах);
b=0,102 K1/>
(K1 — удельное усилие копания, линейное, Н/см;
i — числопромежуточных 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 заданномудельном усилии копания поверхностном
Qтeop2=/>£Qтeop1 (5)
где KF — удельное поверхностное усилие копания, Н/см2.
3.Эффективную производительность (Qэ) в кубических метрах в часрассчитывают по формуле
Qэ=/>,
где Kзаб — коэффициент забоя, характеризующий потери времени на выполнениевспомогательных технологических операций при отработке расчетного забоя,определяемый по формуле
Kзаб=/>,(6)
где Тэ — необходимое время непосредственной экскавации при отработке блока спроизводительностью Qтeop2, ч;
Твс — расчетное время на выполнение операций при отработке блока (остановка иреверсирование механизма поворота в конце каждой стружки, переходы от стружки кстружке, от слоя к слою и от одного блока к другому), ч;
Kу — коэффициент управления, характеризующий изменение фактической среднейпроизводительности экскавации по сравнению с теоретической и дополнительныепотери времени из-за увеличения, по сравнению с расчетной, длительностивспомогательных технологических операций при отработке блока.
Дляориентировочных 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 приэксплуатации экскаватора
Qэ=Vб/tб,(7)
где Vб — объем блока, отработанного роторным экскаватором, м3;
tб — время отработки блока, ч.
Эксплуатационнуюпроизводительность (Qэкс) в кубических метрах в час рассчитывают поформулам
Qэ=Qэ×Kт.и,
где Kт.и — коэффициент технического использования по РД 50-650; при эксплуатацииэкскаватора
Qэ=Vб/tк,(7)
где tк — календарный фонд времени за вычетом организационных простоев, периодаперегонов роторного экскаватора из-за перестройки технологической схемы, атакже периода не свойственных работ (перевалка, зачистка трассы и т.д.), ч.
При работероторного экскаватора в составе комплекса горно-транспортного оборудованиякалендарный фонд времени определяют без учета всех простоев (аварийных,технологических, организационных и т.д.), связанных с другими машинамикомплекса в часах.
Список литературы
1. http://stroy-technics.ru/jekskavatory/
2. БеркманИ. Л. Универсальныеодноковшовые строительные экскаваторы / И. Л. Беркман,А. В. Раннев, А. К. Рейш. — М., Машиностроение, 1977 г.
3. Краткийсправочник машиниста экскаватора / под. ред. А. Ф. Яковлева, М.Машиностроение — 1972 г.
4. Экскаваторы и стреловые самоходные краны. Каталогсправочник. – 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. — 344с.