Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Системы управления строительных машин

Классификация, устройство и принципы работы систем управления

Управление машиной заключается в контроле за фактическим состоянием объекта управления (двигателя, рабочего оборудования или органа, тормозов, ходовых устройств), формировании управляющий воздействий и в их реализации.

Системы управления классифицируют:

По назначению: управление тормозами, муфтами, двигателями, положением рабочего органа и движителями.

По способу передачи энергии: механические (рычажные), электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные.

По степени автоматизации: неавтоматизированные, полу автоматизированные и автоматические.

В простейших рычажно-механических системах управления машинист управляет муфтами, тормозами, положением колес с помощью рук и ног.

Основные показатели качества работы системы управления: усилия, ход рычагов и педалей управления, усилия на исполнительном органе, скорость движения рабочего звена исполнительного органа, число и продолжительность включений в час (КВ и ПВ), быстрота срабатывания, коэффициент полезного действия (КПД).



Рис 1. Рычажно-механическая система управления ходовыми колесами мобильной машины

Простейшая эрготическая система управления прямого действия приведена на рис. 1. При повороте рулевого колеса 1 приводимый червяком 2 зубчатый сектор 3 с рычагом 5, поворачиваясь относительно шарнира 4, через тяги 6 и поворотные цапфы 7 поворачивает колеса 8. Эта схема надежна, но требует дополнительной энергии, машинист быстро адаптируется к процессу управления, но используется только в легких машинах.

В рычажно-гидравлической системе управления усилие от ноги на педаль управления 7 через гидравлический цилиндр 5 по трубопроводу 4 передается в рабочий цилиндр 3, поршень которого через рычаг 9 воздействует на сбегающий конец тормозной ленты 1. Пружины 2 и 8 служат для возврата системы в исходное положение после снятия ноги с педали управления (рис. 2). Утечки рабочей жидкости пополняются из бачка 6.

К недостаткам гидравлических систем управления относят быстрое нарастание давлений рабочей жидкости (0,2 с) в исполнительных органах и, как следствие, - резкое их включение и возникновение существенных динамических нагрузок в элементах конструкции. Этот недостаток легко устраняется в пневматических системах управления, широко применяемых в строительных машинах.



Рис. 2. Рычажно-гидравлическая система управления

В пневматических системах управления компрессор 2 приводится в движение от двигателя 1 (рис. 3).

Рис. 3. Пневматическая система управления

Воздух компрессором всасывается через воздухозаборник 4 и фильтр 3 и через влагомаслоотделитель 6 нагнетается в аккумулирующую емкость-ресивер 7. При включении пневматических золотников 8 и 8' воздух поступает в пневмокамеру муфты или тормоза 9 или в пневмоцилиндр 14. В пневмокамерах тормозов в отличие от цилиндров функцию поршня выполняет резиновая диафрагма 12, соединенная со штоком 10 и удерживаемая в нормальном положении пружиной 11. Быстрому возвращению диафрагмы пневмокамеры и штока в исходное положение при выключении кроме пружины способствует клапан быстрого отмораживания 13, выбрасывающий воздух в непосредственной близости от диафрагмы. Предохранительный клапан 5 в системе настраивается на давление, превышающее номинальное на 5-7%. К недостаткам системы пневматического управления относятся: необходимость тщательной очистки воздуха от механических примесей, масла и влаги; несвоевременное удаление конденсата из системы может приводить к ее замерзанию в холодное время.

В системах автоматизированного управления рабочими органами, а также при рулевом управлении пневмоколесных машин применяются следящие системы гидропривода. Следящей называют такую гидравлическую систему, которая имеет обратную связь и в которой происходит усиление мощности.

На рис 4 представлена схема рулевого управления следящего действия. Принцип действия этой системы состоит в следующем. При повороте рулевого колеса 3, например, вправо, поршень гидроцилиндра рулевой колонки 4 перемещается влево, навинчиваясь по нарезке вала руля. При этом он вытесняет часть жидкости из левой полости в сервоцилиндр 7. Под действием давления жидкости поршень сервоцилиндра переместится влево и сдвинет следящий золотник 8 из нейтрального положения II в положение III. При этом жидкость от насоса 2 поступит к двойному управляемому обратному клапану 9, откроет его и переместит поршень рабочего цилиндра 10. Из полости рабочего цилиндра 12 жидкость через клапан 9 и золотник 8 поступит в сливную линию. При этом будет осуществлен поворот колес машины на определенный угол.



Рис. 4. Схема рулевого управления следящего действия

При остановке золотника поршень будет перемещать траверсу 11, а последняя через жесткую обратную связь-корпус следящего золотника влево до восстановления положения II. При этом подача жидкости к цилиндру 10 и, следовательно, поворот колес прекратятся. Для дальнейшего поворота колес или восстановления первоначального положения колес рулевое колесо управления поворачивается в соответствующую сторону на определенный угол.

Таким образом, поворот колес осуществляется по методу слежения за поворотом рулевого колеса. Пружинный аккумулятор 13 с зарядными клапанами 14 и обратными клапанами 5 и 6 служит для пополнения системы управления маслом в случае его утечки через уплотнения, клапаны 15 и 16 - для регулирования системы.

Применение гидравлической и пневматической систем дает возможность дистанционного управления и автоматизации работы машины с использованием электроники и микропроцессорной техники. Наиболее целесообразны комбинации различных систем управления-электрогидравлических и электропневматических.

Последовательность процессов при работе бульдозера и основные геометрические неконструктивные параметры отвала

Конструкция элементов рабочего оборудования бульдозера определяется его назначением. Основным элементом оборудования является отвал (Рис. 1.4). Он представляет собой обычно коробчатую сварную конструкцию, оснащенную с рабочей стороны гнутым листом 1, ас тыльной стороны ребрами жесткости, проушинами. (Рис. 1.4, а) или подпятником (Рис. 1.4, б) для присоединения соответственно к толкающим брусьям или раме и гидроцилиндром. По ширине отвал чаще имеет прямолинейную форму. В таком исполнении он находит применение как на машинах, где отвал всегда располагают перпендикулярно к продольной оси, так и на машинах с изменяющимся углом между ними. Меньшее применение на бульдозерах получили специальные отвалы 1 (Рис. 2.5). Их устанавливают, как правило, только перпендикулярно к продольной оси машины.

Отвал сферической формы (Рис. 2.5, а) применяют для перемещения разрыхленных и непрочных грунтов. Он имеет выступающие вперед концевые участки 2 и позволяет перемещать на 20-25% больший объем грунта, чем отвал прямолинейной формы.

Отвал с выдвигающимися вперед боковыми зубьями 4 (Рис.2.5,б) предназначен для разработки и перемещения крепких каменистых грунтов. Его применяют на бульдозерах большой мощности.

Совкообразный отвал (Рис. 2.5, в) находит применение при разработке и перемещении на большое расстояние слабых грунтов. С помощью его бульдозер может отделить от массива грунт и, приподняв отвал, переместить к месту отсыпки.

Короткий толкающий отвал (Рис. 1.5, г) применяют при совместной работе бульдозера со скрепером. Этот отвал снабжен амортизатором и имеет усиленную в средней части конструкцию. С помощью его бульдозер может выполнять функции токача для скрепера на участке разработки им грунта и производить планировочные работы.

Все отвалы бульдозеров в нижней части имеют ножи 2, 3 (Рис. 1.5) и 3, 4 (Рис. 1.4). Последние обычно выполняют из нескольких секций. Передняя рабочая кромка ножей в большинстве случаев расположена в одной горизонтальной плоскости. В некоторых случаях для снижения сопротивления при копании, в особенности при разработке мерзлого грунта, среднюю секцию у ножа делают выступающей вперед (Рис. 1.5, в). Выступ h средней секции обычно принимается в зависимости от ее длины b и находится в пределах 1/12 < h/b < 1/3.

Длину средней секции ножа b принимают в зависимости от длины L отвала и она составляют около b = О, 3L.

В верхней части отвалы прямолинейной формы имеют узкую плоскую полосу-козырек 2 (Рис. 1.4). На машинах средней и большой мощности он обычно выполнен шириной около 100... 200 мм и расположен вертикально или с небольшим наклоном вперед.

По концам большинство неповоротных отвалов имеют боковые щитки 5. Они установлены для снижения потерь грунта при транспортировании.

Отвал присоединяют к базовой машине с помощью толкающих брусьев или толкающей рамы и гидроцилиндров. Первые осуществляют передачу к отвалу тягового усилия от базовой машины, а последние производят подъем и опускание отвала.



Рис. 1.4. Конструкции неповоротного (а) и поворотного (б) отвалов бульдозера

Рис. 1.5. Формы специальных отвалов бульдозеров

Толкающие брусья применяют при неповоротном отвале. Они имеют коробчатую сварную конструкцию прямоугольной формы. Связь брусьев с рамой базовой машины и отвалом обычно шарнирная. Для этого брусья по концам имеют проушины или шаровые подпятники В машинах малой мощности брусья иногда представляют с отвалом одну рамную конструкцию. В этом случае они передними концами жестко (сваркой) соединены с отвалом.

При поворотном отвале применяют толкающую сварную раму аркообразной формы (Рис. 1.6). Передняя криволинейная ее часть 2 для присоединения к отвалу имеет шаровую опору 1. У отвала для соединения с этой опорой имеется шаровой подпятник. Пространственная жесткость отвала с рамой и брусьями достигается установкой между ними подкосных элементов в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Подкосы могут быть как постоянной длины, так и' переменной. Последнее достигается применением на них резьбовых втулок или использованием гидроцилиндров.

При независимом регулировании подкосов, лежащих в вертикальной плоскости, может меняться угол наклона отвала как в поперечной, так и продольной вертикальных плоскостях. Это позволяет создать поперечный перекос отвала или изменить угол его резания. Параметры гидроцилиндров подъема и толкающих брусьев выбирают такими, чтобы имелась возможность подъема или опускания отвала относительно опорной поверхности базовой машины на нужную величину. Рекомендуется высоту подъема Нп и опускания Н0 неповоротного отвала выбирать такой чтобы угол въезда фп и спуска ф0 машины на гусеничном ходу относительно ее' опорной поверхности был не менее 20°. Угол ф0 спуска измеряется между опорной поверхностью гусениц и линией, соединяющей режущую кромку с центром давления его равнодействующей N, наибольшее удаление которой от центра гусеницы обычно не превышает 1/6 длины ее опорной поверхности.

Реально на бульдозерах малой и средней мощности Нп = (0,7... 0,8) Н и Н0 * 0,З.Н.



Рис. 1.6. Толкающая рама бульдозера с поворотным отвалом

У колесных машин опускание отвала ограничивается возможным нижним положением толкающих брусьев, которые не могут быть опущены ниже опорной поверхности передних колес.

Разрабатывается грунт бульдозером по-разному при применении рабочего оборудования с неповоротным или поворотным отвалом. Рабочий процесс бульдозера с неповоротным отвалом состоит из операции копания, перемещения грунта перед ним и разравнивания грунта в сооружении или отвале. При копании, совершаемом одновременно с перемещением машины, отвал заглубляется на толщину стружки в плотных грунтах 100...200 мм. Срезанный грунт, накапливаясь перед отвалом, образует валик, близкий по форме к треугольнику,в попе речном сечении, называемый призмой волочения. При транспортировании грунта катет призмы, прилегающий к отвалу, может достигать его высоты.

После этого отвал приподнимают и транспортируют грунт к месту его укладки. Эта операция может сопровождаться потерей грунта, достигающей до 30% объема призмы волочения. Для восполнения потерь грунта процесс транспортирования обычно совмещают с копанием при стружке малой толщины.

При производстве такими бульдозерами земляных работ на строительных объектах различают три схемы разработки и перемещения грунта: прямую, боковую и ступенчатую (Рис. 1.7).

В первом случае копание и транспортирование грунта совершаются при возвратно-поступательном движении машины. При движении вперед бульдозер срезает грунт на участке его разработки, а затем транспортирует к месту укладки. После этого бульдозер задним ходом возвращается к месту начала копания грунта. Число таких ходов машины зависит от глубины выемки грунта и толщины стружки.

При боковой схеме разработки резерв грунта находится сбоку от возводимого земляного сооружения, например насыпи. Бульдозер, перемещаясь параллельно оси насыпи, набирает грунт перед отвалом, разрабатывая его в резерве. Затем он поворачивает в сторону насыпи и отсыпает в нее грунт. Освободившись от грунта, бульдозер задним ходом возвращается в исходное положение в резерв. В дальнейшем он повторяет изложенный цикл работы.

Ступенчатую схему разработки и перемещения грунта применяют в основном при сооружении насыпей (границы ее на рис.1.7 отмечены колышками 2 и 3) и планировке наклонных площадей, а также выполнении вскрышных работ. В этом случае бульдозер разрабатьюает'_1Ра^спортирует и Укладывает грунт в насыпь 4, перемещаясь по параллельным прямолинейным траекториям 1 и 6, нормальным к оси сооружения. Обратное движение 5 бульдозера на участок разработки грунта осуществляется задним ходом машины под углом к этим траекториям.

Рис. 1.7. Схема возведения насыпи бульдозером

Рассмотренные схемы разработки и перемещения грунта бульдозером находят применение на всех земляных работах как раздельно, так и в комбинации. В зависимости от размеров возводимого сооружения разработка грунта может производиться в боковых резервах как с одной от него стороны, так и с двух.

Бульдозер, оснащенный поворотным отвалом, может работать аналогично рассмотренной схеме, если отвал на нем установлен перпендикулярно к продольной оси машины. При установке отвала под углом к продольной оси грунт будет перемещаться по ширине отвала и. отводиться в боковом, к направлению движения машины, направлении. Как показали исследования, наиболее эффективно последняя операция совершается при установке отвала под углом к продольной оси, близким к 45° или несколько меньшем. Производство земляных работ в этом случае будет совершаться непрерывно. Таким методом могут вестись работы при сооружении террас, разработке выемок на косогорах, засыпке траншей, разравнивании валиков грунта и т. п.

При выполнении земляных работ на пересеченной местности эффективность применения бульдозеров существенно зависит от возможности установки отвала с перекосом в вертикальной плоскости, а также от того, насколько может быть поднят или опущен отвал. Обычно угол перекоса для отвала принимают не более 12°. Это позволяет установить один из концов отвала примерно на 30 см выше другого. При работе на косогоре в этом случае облегчается разработка грунта и сооружение горизонтального полотна дороги, террасы и т.п.

Подъем и опускание отвала определяется возможностью бульдозера работать на участках местности с подъемами и спусками, с углом при основании не менее 20°.

2. Внешние силы, действующие на скрепер

Силы, действующие на скрепер в рабочем режиме

Наиболее тяжелым режимом работы скрепера является процесс наполнения ковша. Расчетная схема скрепера в рабочем положении:

Сила тяги базового тягача определяется:

Р0 = R1 СЦ. 0,7 GСЦ.

В одноосных скреперах исходя из опыта на ведущие колеса распределяют 70% общего веса.

СЦ. для одноосных тягачей в режиме кратковременного буксования максимум 0,65

Реакции на ведущих и ведомых колесах R1, R2 определяют из уравнений статики при развесовке машины.

Сопротивление качению ведущих и ведомых колес.

Wk i = Ri fk;

Сопротивление копания грунта скрепером определяется двумя путями. Для ориентировочных расчетов можно считать

WКОП. Г. = kУД FC; WКОП. В. = 0,5 · RГ;

kУД - зависит от емкости ковша;

FC - площадь стружки.Точный расчет: см. вопрос 3.

Силы, действующие на скрепер в транспортном режиме

В ряде случаев (особенно при больших транспортных скоростях и при преодолении скрепером дорожных препятствий) нагрузки, действующие на тягово-сцепное устройство и на рабочую раму скрепера могут превышать значения нагрузок, рассчитанных при рабочем режиме. Поэтому для скреперов с емкостью ковша 15м3, имеющих большую базу, проводится проверка нагрузок в тягово-сцепном устройстве, шарнирах оси рамы и гидроцилиндре подъема- опускания. В 2-ух транспортных положениях:

Скрепер движется с максимальной транспортной скоростью (45 км/ч). Ковш максимально поднят, зафиксирован подъемным гидроцилиндром и заполнен грунтом с шапкой. В связи с неровностями дороги металлоконструкция скрепера входит в резонансные автоколебания. Поэтому общая масса скрепера, приложенная, как правило, в районе рабочей рамы, увеличивается по зависимости:

mСКР k Д mСКР;

Значение коэффициента динамичности можно определить теоретически (сложно). На практике принимают kД=2. В этом случае расчеты всех нагрузок производятся как в рабочем положении, но при отброшенных усилиях копания грунта.

Скрепер-тягач повернут к оси поворот 90, задние колеса попадают в яму глубиной h=0,5 rК



а)

б)

Сила тяги Р0, необходимая для преодоления препятствия определяется по схеме б):

?Mo= 0, Р₀ (А+r_K) = P₃ В |> Р3 =

Данное усилие определяет нагрузки в рабочей раме и шарнирах ее крепления к ковшу в горизонтальной плоскости.

Определение сопротивления копания грунта скреперным ковшом

В рабочем режиме основной силой сопротивления перемещению скрепера является сопротивление копанию грунта, определяемое уравнением:



WK=WР+WН+WТР+WПР,

Сопротивление резанию:

WР = kp BK hC,

kp - сопротивление резанию прямым ножом (65 кПа - I кат., 130 кПа - II кат., 200 кПа - III кат..),

BK - ширина ножа (ковша),

hC 0,25м - максимальная толщина срезаемой стружки.

Сопротивление наполнению ковша определяется:

WН=WН1+WН2,



Идеализированная расчетная схема процесса наполнения ковша грунтом по Петерсу.

Данная расчетная схема имеет следующие допущения:

1) поступающая в ковш стружка всегда имеет цельную структуру и способна передавать возникающие в ней напряжения сжатия под углом изгиба 90без потерь.

2) грунт в ковше скалывается к наполняющей его стружке под углом естественного откоса.

В соответствии с данной схемой сопротивление от веса поступающей в ковш стружки:

WH1= HK BK hC kP

Сопротивление от трения стружки о грунт с весом G1:

W2H.G1 = G1 · fГР.ГР.



Сопротивление от трения стружки о призму волочения весом G2:

W2H.G2 = G2 sin2fГР.ГР.

Сумма составляющих трения выражается уравнением:

W2H = (G1+G2) sin2fГР.ГР.= VГ kH ГР sin2fГР.ГР.

Сопротивление от трения затупленного ножа о грунт:

WТР = (GК + GГР.К.) fГР.СТ.

GК - вес ковша,

GГР.К. - вес грунта в ковше.

Сопротивление от перемещения призмы волочения:

WПР = GПР fГР.ГР.= VПР ГР fГР.ГР.

GПР - вес призмы волочения

VПР - объем призмы волочения.

VПР по экспериментальным данным берут из таблицы (зависит от емкости ковша).

VГ, м3	VПР, м3 для грунта
	песок	супесь	суглинок	глина
6	26%	22%	10%	10%
10	28%	17%	10%	5%
15	32%	10%	9%	4%



3. Силы, действующие на заслонки и разгружающие стенки скреперных ковшей

Для определения параметров управления передней заслонкой и задней стенкой применяют следующие расчетные схемы:

Схема работы передней заслонкой

Схема работы задней стенки

экскаватор строительный бульдозер отвал

4. Отличие конструкции экскаватора с прямой лопатой от конструкции экскаватора с обратной лопатой

Технология производства работ одноковшовыми экскаваторами

Строительные экскаваторы выпускаются универсальными - они имеют несколько видов сменного рабочего оборудования. Экскаваторы по массе, вместимости ковша и параметрам имеют несколько размерных групп. Экскаваторы с ковшом вместимостью до 0,4 - 1,0 м³ широко применяются в строительстве. Они предназначаются для выполнения мелких рассредоточенных работ Экскаватор с соответствующей вместимостью ковша (табл. 9) выбирается в зависимости от объема работ и заданного срока строительства, а рабочее оборудование - от характера выполняемых работ.

Прямая лопата осуществляет набор грунта, расположенного выше уровня стоянки экскаватора при различной схеме движения ковша: на механических экскаваторах - при повороте рукояти с ковшом; на гидравлических - поворотом рукояти или ковша. Схемы движения рабочего органа определяют характер изменения (в процессе движения) усилий на зубьях ковша.

Драглайн, обратная лопата, разрабатывает грунты, расположенного ниже уровня стоянки экскаваторов (рытье котлованов, возведение насыпей).

Область применения основных видов сменного рабочего оборудования экскаваторов приведена в табл. 12.1.

Бестранспортными называются схемы производства работ, в которых экскаватор, разрабатывая грунт, укладывает его в отвал, кавальер или в земляное сооружение. Они бывают простые и сложные. При простой бестранспортной схеме разработки грунт укладывается в кавальер или насыпь без последующей его перевалки (переэкскавации) при сложной - во временный (первичный) отвал и подлежит частичной или полной переэкскавации.

В транспортных схемах грунт грузится экскаватором в автомобили-самосвалы и транспортируется. Существуют схемы движения грунтовозного транспорта: тупиковые (автомобили-самосвалы подходят к экскаватору и возвращаются по тому же пути) и сквозные (автомобили подъезжают к экскаватору без маневрирования и уезжают после подгрузки грунта по дороге, являющейся продолжением въездного пути).

Одноковшовые экскаваторы (ЭО) распространены достаточно широко благодаря их универсальности, способности разрабатывать грунты с самыми различными свойствами, разной влажности, при наличии включений.



Область применения одноковшовых экскаваторов в строительстве

Вид оборудования	Основные виды выполняемых работ	Особенности применения экскаватора
Драглайн	Разработка грунта в выемках каналов, котлованов в отвал; уширение каналов без перерыва подачи воды; добыча песка и гравия из-под воды; разработка грунта в котлованах с погрузкой в транспортные средства; разборка земляных перемычек; вскрышные работы	Разработка грунта только ниже уровня стояния; возможна экскавация сухих, переувлажненных грунтов из-под воды; требуется рыхление плотных грунтов; отсыпка грунта преимущественно в отвал; при необходимости возможна погрузка в транспортные средства
Прямая лопата	Разработка грунта и строительных материалов в карьерах с погрузкой в транспортные средства; разработка грунта в выемках крупных котлованов и каналов с погрузкой в транспортные средства; погрузка разрыхленных скальных и полускальных грунтов	Разработка грунтов только выше уровня стоянки со дна забоя; разработка только с погрузкой грунта на транспортные средства; возможна экскавация любых грунтов (включая скальные после рыхления взрывным способом); нельзя применять в мокрых забоях и при наличии грунтовых вод
Обратная лопата	Разработка грунта в траншеях под трубопроводы и закрытый горизонтальный дренаж; разработка грунта в выемках некрупных каналов и котлованов в отвал, очистка каналов от заиления	Разработка грунта только ниже уровня стояния; возможна экскавация грунтов любой влажности, в том числе черпание из-под воды отсыпка грунта в основном в отвал; при погрузке в транспортные средства применяют гидравлические обратные лопаты

экскаватор строительный бульдозер отвал

Для земляных работ в строительстве применяют одноковшовые экскаваторы с рабочим оборудование драглайн, прямая и обратная лопата.

При разработке грунта одноковшовыми экскаваторами работы ведут позиционно, забоем - зона, в которой действует экскаватор на данной позиции. По окончании копания грунта в данном забое экскаватор перемещается на новую позицию.



Основные размеры (м) экскаваторов серии Э и ЭО, влияющие на габариты разрабатываемых выемок

Параметры	Вместимость стандартных ковшей, м3
	0,15…0,2	0,25…0,4	0,5…0,65	1,0…1,25
Длина стрелы:
драглайна	7,5	10,5	10 и 13	12,5 и 15
прямой лопаты
обратной лопаты
Высота пяты стрелы	-	1,45	1,52	1,7
Расстояние от пяты стрелы до оси вращения экскаватора	-	0,65	1,25	1,3

Процесс разработки грунта экскаватором складывается из следующих операций:

резание грунта и заполнение ковша, подъем ковша с грунтом, поворот экскаватора вокруг оси к месту выгрузки, выгрузки грунта из ковша, обратный поворот экскаватора в забой, опускание ковша и подача его в исходное положение для резания грунта.

Основные рабочие параметры одноковшовых экскаваторов следующие:

радиус резания R_p; радиус выгрузки R_в;

высота выгрузки Н_в; глубина резания Н_р.

Значения этих параметров, как правило, зависят от размеров рабочего оборудования, его вида и особенностей (рис.14.2.)

Радиус резания - это расстояние от оси вращения экскаватора до зубьев ковша при врезании его в грунт.

Высота выгрузки - расстояние от уровня стояния экскаватора до нижней части ковша в момент выгрузки грунта.

Глубина резания (копания) - наибольшая глубина выемки, которая может быть образована экскаватором с одной стоянки от поверхности разрабатываемого грунта до дна забоя.

Значения всех параметров изменяются при разных углах наклона стрелы, а у драглайнов и обратных лопат зависят от способа разработки грунта.

Технология производства работ экскаватором с рабочим оборудованием «драглайн, прямая и обратная лопата»

Драглайны предназначены в основном для разработки грунта с отсыпкой его в отвал, чему способствует значительная длина стрелы.

Драглайны используют и для разработки грунта с погрузкой в транспортные средства, но гибкая подвеска ковша к стреле усложняет точную установку ковша над кузовом и требует высокой квалификации машиниста и повышенной осторожности его, что влияет на производительность драглайна.

В зависимости от размеров выемки определяют способы разработки грунта.

Способы разработки грунта и условия их применения

Способы разработки грунта	Условия применения
Продольный	Для нешироких выемок (радиусом выгрузки экскаватора может быть перекрыто расстояние от оси выемки до внешней дальней бровки кавальера грунта)
Поперечный	При условии, что вся ширина полосы выемки и кавальера грунта может быть перекрыта радиусом резания в сумме с радиусом выгрузки. Поперечная разработка грунта на две стороны целесообразно при большой ширине выемки.
Комбинированный	При больших размерах выемки (за несколько проходов экскаватора)



Рабочее оборудование для земляных работ и рабочие параметры канатно-блочных одноковшовых экскаваторов:

а - драглайнов; б - прямых лопат; в - обратных лопат;

г - грейферов.

Грунт, который разрабатывается в выемках любой ширины, грузят в транспортные средства, размещенные на дне или бровке забоя.

Прямая лопата используется при работе с погрузкой в транспортные средства. Ковш прямой лопаты заполняется грунтом при движении вверх вдоль откоса, а поверхность откоса получается криволинейной.

Радиус резания прямой лопаты - расстояние от зубьев ковша до оси поворота экскаватора - величина, переменная по высоте. Характерные радиусы резания - наибольший и на уровне стояния имеют два значения: минимальное R_{р min} и R_{0 min} (при втянутом положении рукояти до отказа назад) и максимальное R_{р max} и R_{0 max} (при выдвижении рукояти вперед напорным механизмом). Значение их зависит от угла наклона стрелы. Наибольший радиус резания экскаватора измеряют на уровне расположения напорного вала.

Максимальная высота забоя соответствует наибольшей возможной высоте подъема ковша над уровнем стояния экскаватора.

Ширина разрабатываемой выемки определяет вид забоя - лобовой и боковой.

При лобовом забое экскаватор разрабатывает за один проход грунт впереди и сбоку от оси хода, которую совмещают с осью выемки с погрузкой в транспортные средства, располагаемые на уровне подошвы забоя сзади по ходу экскаватора.

При боковой проходке экскаватор разрабатывает грунт сбоку от оси по ходу экскаватора и выгружают в транспортные средства, расположенные на уровне стояния экскаватора или на уступе (ось передвижения транспортных средств располагают параллельно оси движения экскаватора), что возможно при широкой выемке, осуществляемой за два и более проходов.

Если ширина забоя поверху В_л = (0,8…1,5) R_р, то транспортные средства подают сзади экскаватора, а при ширине поверху В_л = (1,5…1,9) R_р - с обеих сторон экскаватора попеременно, что исключает простои экскаватора при смене транспортных единиц и уменьшает среднее значение угла поворота. При ширине выемки, превышающей 2 R_р, разработку грунта осуществляют при боковом забое прямых лопат (экскаватор черпает грунт с одной стороны от оси перемещения и частично впереди себя.

Экскаваторы с рабочим оборудование обратная лопата применяют для разработки грунта в котлованах, траншеях с крутыми откосами (черпают грунт ниже стоянки экскаватора стояния, что позволяет использовать их для разработки грунтов, залегающих ниже уровня грунтовых вод).

Разработанный грунт отсыпают в отвал или транспортные средства (используют экскаваторы с жесткой подвеской рабочего оборудования и гидравлическим приводом, обеспечивающим независимый поворот ковша по отношению к рукояти).

Основные рабочие параметры экскаваторов обратная лопата имеют следующие характеристики:

радиус резания определяется на уровне поверхности земли от оси экскаватора до зубьев ковша (R_p); радиус резания при наибольшей глубине резания, измеряется на уровне наибольшей глубины резания (R_р.н); наибольшей глубиной резания Н_{р. max} от поверхности земли до дна забоя, имеющей два значения:

большее - при разработке траншей, ширина которых меньше расстояния между гусеницами в свету;

меньшее - при разработке более широких выемок.

Разработку грунта обратными лопатами ведут продольным и поперечным способами.

5. Механизм напора одноковшового экскаватора

Напорный механизм экскаватора при разработке грунта служит для выдвижения рукоятки ковша прямой лопаты с одновременным подъемом ковша. На универсальных экскаваторах устанавливают канатные и кремальерные напорные механизмы.

Канатный напорный механизм обычно применяется при рукояти внутреннего тина (одноблочной),и действие на рукоять с напорного барабана передается с помощью капата.

В кремальерный напорный механизм входят шестерни, расположенные на валу седлового подшипника и находящиеся в постоянном зацеплении с приваренными к рукояти зубчатыми рейками.

Обычно кремальерный напорный механизм применяется при двухбалочной рукояти.

Канатный напорный механизм экскаватора (рис. 22). Напорный барабан 1 приводится в действие через систему звездочек 5, 7 и 27 и цепей, соединяющих вал главной лебедки 2 и вал реверса 4. При вращении напорного барабана на него наматывается напорный канат 16, который через направляющие блоки 23 и 15 подтягивает рукоять 11.

Кроме перечисленных основных частей напорного механизма, в его систему входят седловой подшипник 10, напорный вал 14, на котором расположены направляющие блоки 13 и 15, уравнительный блок 9 и возвратный канат 8.

Напорный канат 16 двумя концами крепится на напорном барабане 1. Возвратный канат 8 одним концом крепится на напорном барабане, а вторым -- в зажиме 12 на рукояти 11. При вращении ступицы барабана 3 вместе со звездочкой 7 напорный барабан вращается в ту же сторону и канат наматывается на барабан 7, рукоять перемещается -- происходит напор. При включении вала реверса 4 барабан вращается в обратном направлении. Канат возвращает рукоять назад.



Схема напорного механизма экскаватора. 1 -- напорный барабан, 2 -- вал главной лебедки, 3 -- ступица барабана, 4 -- вал реверса: 5, 7 и 17 -- звездочки, 6 -- цепь, 8 -- возвратный канат, 9 -- уравнительный блок, 10 -- седловой подшипник, 11 -- рукоять, 12 -- зажим, 13 и 15 -- направляющие блоки, 14 -- напорный вал, 16 -- напорный канат, 17 -- цепь

По принципу действия напорные механизмы экскаватора разделяются на три вида: независимый, зависимый и комбинированный. Различие их состоит в том, что при зависимом напорном механизме напорное движение ковша зависит от подъемного движения, так как эти два движения производятся одним канатом.

Экскаваторы с независимым напором имеют специальный канатный напорный механизм, который может быть включен в любой момент процесса работы независимо от действия подъемного механизма.

При комбинированном напоре к напорной звездочке или напорному барабану крепится или приваривается дополнительный барабан, на который наматывается копец подъемного каната.

В настоящее время большинство экскаваторов изготовляется с независимым напорным механизмом.

Независимый кремальерный напорный механизм (рис. 23). Конструктивные особенности такого напорного механизма состоит в том, что напорный вал 11, закрепленный на подшипниках 12 в стреле 2, является осью, вокруг которой на подшипниках 9 качаются Г-образные кронштейны 4 и 10 седлового подшипника. На валу 11 установлена на шлицах приводная звездочка 5 и две кремальерные шестерни 3, находящиеся в постоянном зацеплении с кремальерными рейками 2, приваренными к балкам 7 рукояти ковша.

Постоянное зацепление шестерни 3 и реек 2 обеспечивается тем, что балки 7 рукояти скользят по сменным вкладышам 8. На малых экскаваторах, с емкостью ковша до 0,25--0,35 м3, применяются обычно маятниковые (безнапорная прямая лопата) напорные механизмы, в которых усилие напора создается весом рабочего оборудования -- стрелой и рукоятью с ковшом.

Независимый кремальерный напорный механизм. 1 -- кремальерная рейка, 2 -- стрела, 3 -- кремальерная шестерня, 4 -- левый кронштейн, 5 -- звездочка, б -- задний концевой упор, 7 -- балки рукояти, 8 -- сменный вкладыш, 9 -- подшипник, 10 --правый кронштейн, 11 -- напорный вал, 12 -- подшипник напорного вала

Анализ схемы канатно-полиспастного механизма напора ковша

У канатного механизма напора лебедка располагается в передней части платформы. Напорные 1 (рис. 1.1) и возвратные 2 канаты, сбегая с барабанов 3 и 4, огибают блоки 5 и б, установленные на стреле, и идут к переднему 7 и заднему 8 полублокам рукояти. Вращение барабанов 3 и 4 вызывает осевое перемещение рукояти. Канатный механизм напора имеет простое устройство и при высоком качестве канатов надежен в работе; его обслуживание и ремонт несложны.

Механизм напора с канатно-полиспастной системой перемещения рукояти (ЭКГ-8И): а -- схема запасовки канатов; б--кинематическая схема лебедки

Для защиты механизма напора от стопорных нагрузок предусмотрена муфта предельного момента 9, установленная между двигателем M1 и редуктором 10. Барабан 3 разъемный, имеет устройство 11 для регулировки натяжения канатов механизма напора.

Аналогичную кинематическую схему лебедки напора и схему запасовки канатов имеют все модели экскаваторов производства ИЗТМ.

Экскаваторы имеют ряд вспомогательных механизмов, обеспечивающих выполнение ремонтных и монтажных работ.

Переоборудование базовых моделей экскаваторов в экскаваторы с удлиненной стрелой производится заменой рабочего оборудования (стрелы, рукояти, ковша, подкоса и вант). Остальные узлы являются полностью унифицированными с узлами базовой модели.

Стрела и балки рукояти - сварные круглого сечения. Рукоять-- внутренняя, разгруженная от кручения.

Для гашения продольных усилий, превышающих стопорное, внутри хвостовика рукояти расположена группа из четырех пружинных буферных устройств Ш-I. Стрела подвешена на вантах.

Главная особенность рабочего оборудования экскаватора ЭКГ-8И -- наличие уравнительного блока в подвеске ковша при рукояти, разгруженной от кручения, что во многих случаях ограничивает возможность эффективного применения экскаватора для разработки скальных и тяжелых пород.

Анализ схемы зубчато-реечного механизма напора ковша

ЭКГ типа прямая механическая лопата производства ПО «Уралмаш» им С. Орджоникидзе (УЗТМ}. Номенклатура экскаваторов УЗТМ предусматривает производство двух моделей прямых мехлопат с зубчато-реечной системой напора.

Базовая модель экскаватора ЭКГ-5А с зубчато-реечным напором выпускается серийно с 1980 г. в климатических исполнениях У и Т.

По ходовому электрическому и рабочему оборудованию, поворотной платформе и ряду линейных параметров унифицирована с выпускавшейся ранее на УЗТМ моделью ЭКГ-4,бБ.

Базовая модель экскаватора ЭКГ-20 с зубчато-реечным напором выпускается с 1978 г. в климатическом исполнении С.

Экскаватор ЭКГ-20 снабжен сменными ковшами вместимостью 23 и 18 м³ для разработки соответственно слабых и очень тяжелых (скальных) пород.

Схема напора -- реечная, с двухбалочной рукоятью и бесполиспастным подъемом ковша на четырех ветвях канатов. Схема питания основных электродвигателей -- от тиристорных преобразователей.

Зубчато-реечный напор (рис.2.1,2.2). Вращение напорного вала, снабженного шестернями 1, передается зубчатым рейкам 2, укрепленным на рукояти, чем достигается напорное и возвратное движение ковша. Напорный вал получает вращение от напорного механизма, который у многодвигательных экскаваторов устанавливается на стреле. Вес напорного механизма и напорное усилие действуют на стрелу, что заставляет делать ее более прочной, а следовательно, и более тяжелой.

Масса напорного механизма, установленного на стреле и, следовательно, находящегося на значительном расстоянии от оси вращения экскаватора, значительно увеличивает момент инерции его поворотной части. Обслуживание такого напорного механизма (смазка, ремонт) затруднительно.

Зубчато-реечный напор применяется почти на всех карьерных экскаваторах и в редких случаях на вскрышных экскаваторах.

Зубчато-реечная система напора имеется только на моделях экскаваторов, предназначенных для эксплуатации в особо тяжелых условиях.

Расчет усилий напора экскаваторов с зубчатореечным и канатно-полиспастным механизмом напора

1) В качестве экскаватора с зубчато реечным механизмом напора рассмотрим наиболее часто применяемый экскаватор ЭКГ-5А

Механизм напора данного экскаватора состоит:

а)Приводного двигателя;

б)Редуктора, предназначенного для передачи момента от приводного двигателя на кремальерную шестерню, а также увеличение данного момента;

в) Кремальерных шестерен, предназначенных для передачи усилия с приводного вала редуктора на зубчатую рейку;

г)Зубчатой рейки, передающей усилие от кремальерной шестерни к рукояти.

Данные устройства имеют следующие характеристики:

I) приводной двигатель:

Двигатель привода напора ДПЭ-52У1(ТИ)
Номинальная мощность, кВт	54
Номинальное напряжение, В	395
Номинальный ток, А	150
Частота вращения, с-1: Номинальная Максимальная	20,5 35
Возбуждение	Независимое, 95 В
К.п.д.,%	86,2
Момент инерции, кг·м2	7,5
Масса, кг	860
ПВ,%	100

II) Редуктор(включает в себя - одну открытую и одну закрытую зубчатую передачу

передаточное число i_p = 38,13

количество ступеней n = 2;

передаточное число первой ступени i_p1= 5,545

передаточное число второй ступени i_p2= 6,875

К.п.д. двухступенчатого редуктора з_р = зⁿ =0,97²= 0,94

III)Зубчато-реечная передача служит для преобразования вращательного движения в поступтельное.

передаточное число i_зр =1

ход рукояти L = 4700 мм

Расчет

Угловая скорость двигателя

Момент на валу двигателя

H·м



Момент на выходном валу редуктора

429,9 ·38,13 ·0,97=14,1кНм

Усилие, передаваемое кремальерной шестерней на две зубчатые рейки:

где d_ш - диаметр шестерни, при количестве зубьев К_з=14

и модуле m_з=24мм

214мм

кН.

В качестве экскаватора с канатно-полиспастным механизмом напора рассмотрим наиболее часто применяемый экскаватор ЭКГ-8И

Механизм напора данного экскаватора состоит:

а)Приводного двигателя;

б) Редуктор, предназначен для передачи момента от двигателя на приводной барабан;

в) Приводной барабан, предназначен для передачи усилия с выходного вала на напорные и возвратные канаты, а также увеличение данного усилия;

г) Канатно-полиспастная система предназначена для передачи усилия от приводного барабана на рукоять.

Данные устройства имеют следующие характеристики:

I)Приводной двигатель:

Двигатель привода напора ДЭ-812
Номинальная мощность, кВт	100
Номинальное напряжение, В	305
Номинальный ток, А	360
Частота вращения, с-1: Номинальная Максимальная	12,5 25
Возбуждение	Независимое, 85 В
К.п.д.,%	93,4
Момент инерции, кг·м2	8,25
Масса, кг	2050

II)Редуктор трехступенчатый

передаточное число i_p = 82,04

количество ступеней n_р= 3,

где передаточное число первой ступени i_p1= 3,37

передаточное число второй ступени i_p2= 4,73

передаточное число третьей ступени i_p3 =3,88

Так как редуктор трехступенчатый его К.п.д. находим по формуле

з_р= зⁿ = 0,97³= 0,91

III) Приводной барабан

d_б = 0,45м

Расчет

Угловая скорость двигателя

Момент на валу двигателя

H·м=1,3кНм

Момент на выходном валу редуктора

1,3 · 10³ · 82,03 · 0,91=97кНм

Усилие, передаваемое приводным барабаном на канатно-полиспастную систему:

кН.

Из расчетов известно, что усилие на канатно-полипастном механизме напора больше, чем усилие на зубчато-реечном механизме напора.



Список литературы

экскаватор строительный бульдозер отвал

1. Гоберман А. Л., Степанян К. В., Яркин А. А. и др. Теория, конструкции и расчет строительных и дорожных машин. М„ 1979.

2. Грубник Г.А. Методические указания к лабораторной работе «Составление схемы многомоторного привода одноковшового экскаватора и определение основных параметров».Л., 1977, 15 с.

3. http://twidler.ru/referat/transport/raschet-ramy-skrepera-155250

4. Справочник механика открытых работ. Экскавационно-транспортные машины циклического действия /Под ред.М.И.Щадова.М.:Недра,1989

5. Горные машины для открытых работ. Карьерные экскаваторы.

6. К.П. Хмызников, Ю.В.Лыков. Учебное пособие. Санкт-Петербург,1999.

7. Экскаваторы и стреловые самоходные краны. Каталог справочник. - М.: АО «Машмир», 1998.

8. Баловнев В. Дорожно-строительные машины и комплексы - М.-Омск, СибАДИ, 2001.

...