МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ 

РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования 

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

РЯЗАНСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) 

Кафедра промышленного и гражданского строительства 
 
 
 
 
 
 
 
 

Контрольная работа №1

по  дисциплине

«Строительные машины» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: студент Новак Д.М.

Факультет строительный

Группа  № 283-Д

Специальность 270102

Шифр 208400

Проверил:

доц. каф. ПГС Байдов А.В. 
 
 
 
 
 

Рязань 2009 г.

СОДЕРЖАНИЕ 

1. ОБЩИЕ ДЕТАЛИ МАШИН ОСИ И ВАЛЫ:  
НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИМЕНЕНИЕ, КОНСТРУКЦИЯ 

    В механизмах имеются звенья, передающие вращающее движение. Валы (валики) и  оси предназначены для поддержания, установки и крепления на них  вращающихся деталей механизмов типа зубчатых колес, шкивов, полумуфт, муфт, маховичков, указателей и т.д.

    При работе валы нагружены поперечными, а иногда и продольными силами, всегда передают вращающий момент, т.е. подвижны, и испытывают деформацию кручения и изгиба. Оси, в отличие от валов, не передают вращающий момент, т.е. не испытывают кручения, они могут быть подвижными и неподвижными. Нагрузки, действующие на оси, вызывают в них деформацию изгиба.

    В зависимости от положения геометрической оси валы могут быть с прямолинейной (прямые), ступенчатой (коленчатые) и изменяющейся (гибкие) осью. Наибольшее распространение получили прямые валы и оси. Коленчатые валы применяют для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное или наоборот, они совмещают функции вала и кривошипа. Гибкие валы состоят из нескольких плотно навитых на сердечник слоев стальных проволок с чередующимся направлением навивки. Их подбирают по допустимому крутящему моменту и частоте вращения. Они стандартизированы. С их помощью можно передавать вращение под любым углом. Используют гибкие валики в приводах измерительных приборов и дистанционного контроля, например спидометров, тахометров, роботов. Долговечность и КПД (0,85 … 0,9) гибких валов зависят от величины радиуса кривизны их оси, который рекомендуют принимать равным 15 … 20 диаметрам вала.

    В зависимости от изменения сечения  вдоль геометрической оси валы могут быть гладкие, ступенчатые с цилиндрическими и коническими участками, валы – зубчатые колеса, валы – червяки (рис. 1). Гладкие валы и оси встречаются сравнительно редко, например, при использовании калиброванных прутков и соответственно посадок в системе вала или при отсутствии продольных сил. Ступенчатые валы обеспечивают равнопрочность по длине, более удобны при сборке, установке сопряженных деталей, но менее технологичны. Число и расположение ступеней вала зависят от числа закрепленных на нем деталей (зубчатых колес и т.д.) и от принятого способа сборки, фиксации вала в осевом направлении. Посадочные поверхности под ступицы насаживаемых на вал деталей выполняют цилиндрическими, реже коническими. Конические поверхности сложнее в изготовлении, но позволяют повысить точность центрирования и соосности соединяемых деталей.

    Опорные части валов и осей называют цапфами. Цапфы, передающие на опоры радиальную нагрузку, называют шипами, а осевую нагрузку – пятами. По форме шипы могут быть цилиндрическими, коническими и сферическими, а пяты – плоскими и шаровыми. Если ось неподвижна, ее опорные части необязательно должны иметь форму тел вращения. Обычно цапфы валов и осей выполняют цилиндрическими. Конические цапфы используют при осевом фиксировании валов. Шаровые цапфы применяют, когда необходимы угловые отклонения осей. Опоры, на которых лежат шипы, называют подшипниками, а опоры пят – подпятниками.

    Длина каждой ступени вала определяется шириной насаженных на него деталей: ступиц зубчатых колес, муфт, подшипников, крышек подшипников и т.д. Она должна обеспечивать возможности точной обработки, сборки и съема деталей.

    Детали  на валах и осях крепятся с помощью  цилиндрических или конических штифтов при d ³ 6 мм, – с помощью призматических или сегментных шпонок. Размеры штифтов, шпонок должны соответствовать размерам вала, например диаметр штифта d_ш £ (0,2 … 0,25)d.

    Торцы осей и валов и их ступеней выполняют  с конусными фасками для облегчения посадки деталей и снятия заусенцев, которые могут быть причиной травматизма при сборке.

    Размеры посадочных поверхностей вала выполняются  по шестому квалитету, в особо точных узлах – по пятому, при соответствии требуемой точности параметров шероховатости. Точность отверстия насаженных деталей принимается, как правило, на один квалитет грубее, т.е. квалитет отверстия больше квалитета вала.

    Валы  и оси по назначению являются ответственными деталями механизмов. Материал валов и осей должен хорошо обрабатываться и быть прочным. Чаще всего в качестве материалов применяют следующие углеродистые и легированные стали: качественные стали 40, 45, 50, сталь 40Х – для валов с термообработкой; стали 20, 20Х – для быстроходных валов на подшипниках скольжения с поверхностной цементацией цапф; углеродистые стали обыкновенного качества Ст4, Ст5 – для неответственных валов без термообработки; сталь Х18Н10Т – для коррозионно-стойких, немагнитных валов. Для уменьшения массы валов и осей применяют дюралюминий,  для обеспечения электроизоляционных свойств – пластмассы или керамические материалы. Для валов – червяков, валов – зубчатых колес материал выбирают в соответствии с требованиями, предъявляемыми к материалу червяка, зубчатого колеса.

2. ДВУХКАНАТНЫЙ ГРЕЙФЕР:  
НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИП РАБОТЫ

    Грейфер – грузозахватное устройство, используемое в качестве навесного оборудования к различным кранам и погрузчикам для выполнения погрузочно-разгрузочных работ. Грейферы применяют на погрузочно-разгрузочных работах с сыпучими грузами, лесом, металлоломом – любыми грузами, повреждение которых при погрузке не критично. Грейферы (челюстные ковши) являются рабочими органами экскаваторов и погрузчиков. Также грейферы используются на козловых, мостовых и башенных кранах.

    Двухканатный  грейфер – это грейфер, у которого операции подъёма выполняет один канат, называемый подъёмным или поддерживающим, а раскрытие и закрывание грейфера - другой канат (называемый замыкающим или закрывающим).

    Двухканатный  двухчелюстной грейфер состоит из челюстей, шарнирно соединенных с корпусом нижней блочной обоймы, и четырех жестких тяг, связывающих челюсти с корпусом верхней блочной обоймы или головки. К головке грейфера прикреплен поддерживающий канат (канатный полиспаст) грузоподъемной лебедки. Канат обводится по блокам нижней и верхней обойм, образуя замыкающий полиспаст, и присоединяется ко второму барабану лебедки.

Рисунок 1. Схема двухканатного двухчелюстного грейфера.

    Принцип работы двухканатного грейфера.

    Открытый грейфер опускается на рабочую поверхность (см. рисунок 2) при выпуске троса с барабана лебёдки поддерживающего S2 и замыкающего канатов S1. Закрывается грейфер при натяжении замыкающего каната S1, и неподвижном подъёмном канате S2. Нижняя и верхняя траверсы сближаются. Челюсти, захватывая груз, сходятся до полного соприкосновения режущий кромок. Подъём грейфера производится при одновременной выборке поддерживающего S2 и замыкающего канатов S1 в сторону подъёма. Разгрузка грейфера производится при неподвижном поддерживающем канате S2 и выпуске замыкающего каната S1.

    Челюсти грейфера под действием собственного веса и веса груза раскрываются, и содержимое грейфера освобождается. 

Рисунок 2. Принцип работы двухканатного грейфера 

    Сопротивление внедрению челюстей грейфера в материал зависит от физико-механических свойств материала, профиля режущей кромки и геометрической формы челюстей.

    Для облегчения внедрения грейфера в  материал режущая кромка челюстей скашивается или снабжается зубьями, располагаемыми в шахматном порядке. Для увеличения срока службы рабочая часть челюстей облицовывается накладками из износостойкой стали. Усилие смыкания, которое может быть развито челюстями, зависит от массы грейфера и кратности замыкающего полиспаста. Чем больше сопротивление материала внедрению, тем больше должна быть масса грейфера. При недостаточной силе тяжести грейфер будет плохо внедряться в материал и не полностью заполняться, а при избыточном весе — зарываться в материал.

    Силу  тяжести грейфера можно менять, навешивая  на него или снимая специальные грузы. 

    Достоинства двухканатного грейфера:

    1) простота конструкции;

    2) возможность создания большого  усилия закрытия грейфера (в сравнении с одноканатными грейферами);

    3) двухканатный грейфер можно разгружать в любом положении прямо на весу (это существенно сокращает время работы, что является огромным плюсом при работе с большими объемами грузов). 

    Недостатки  двухканатного грейфера:

    1) При подъеме более 70% нагрузки (общего веса грейфера и груза) приходится на замыкающий канат.

    2) Необходимость оборудования грузоподъёмного  механизма двухбарабанной лебёдкой.

    3) Потери времени при частой  смене грузозахватных органов  (требуется время для перепасовки  грузоподъёмных канатов).

3. ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

    Пневмопривод представляет собой пневматическое силовое устройство, применяемое для дистанционного управления регулирующим органом в системах автоматического регулирования.

    Основными элементами пневматической системы управления являются воздушный компрессор, масловодоотделитель, воздухосборник (ресивер), регулятор давления, предохранительные и перепускные клапаны, фильтры, распределительный коллектор и исполнительные цилиндры или диафрагмовые толкатели.

    К основным параметрам пневматических устройств относятся: условный проход, диапазон давления, расходная характеристика, параметры управляющего воздействия, параметры выхода, утечки, время срабатывания, допускаемая частота включений, показатели надежности, размер, масса.

    Пневматические  системы управления наряду с электрическими и гидравлическими системами являются одним из наиболее эффективных средств автоматизации и механизации производственных процессов в упаковочном, металлообрабатывающем, деревообрабатывающем, автомобильном, металлургическом, кондитерском и других производствах. Пневматическими системами оснащаются упаковочные машины, сварочные и литейные машины, автоматические манипуляторы, кузнечно-прессовые машины, прачечное оборудование, текстильные и обувные машины, деревообрабатывающее и пищевое оборудования.

    Пневматическая  система управления применяется  на машинах различных мощностей. Система удобна в эксплуатации и  не требует специальных рабочих  жидкостей.

    Пневматическая  система управления отличается от гидравлической системы более мягким включением механизмов, применяется как самостоятельно, так и в комплексе с гидравлической.

    Преимущества пневмооборудования особенно проявляются при механизации и автоматизации следующих наиболее массовых операций: зажима деталей, их фиксации, кантовании, сборке, контроле линейных размеров, транспортировании, упаковке и других, что позволяет исключить или свести до минимума участие человека в тяжелых и монотонных работах.

    Рассмотрим достоинства пневмопривода в сравнении с его конкурентами - гидро- и электроприводом.

    1. Простота конструкции  и технического  обслуживания. Изготовление деталей пневмомашин и пневмоаппаратов не требует такой высокой точности изготовления и герметизации соединений, как в гидроприводе, т.к. возможные утечки воздуха не столь существенно снижают эффективность работы и КПД системы. Внешние утечки воздуха экологически безвредны и относительно легко устраняются. Затраты на монтаж и обслуживание пневмопривода несколько меньше из-за отсутствия возвратных пневмолиний и применения в ряде случаев более гибких и дешевых пластмассовых или резиновых (резинотканевых) труб. В этом отношении пневмопривод не уступает электроприводу. Кроме того, пневмопривод не требует специальных материалов для изготовления деталей, таких как медь, алюминий и т.п., хотя в ряде случаев они используются исключительно для снижения веса или трения в подвижных элементах.

    2. Пожаро- и взрывобезопасность. Благодаря этому достоинству пневмопривод не имеет конкурентов для механизации работ в условиях, опасных по воспламенению и взрыву газа и пыли, например в шахтах с обильным выделением метана, в некоторых химических производствах, на мукомольных предприятиях, т.е. там, где недопустимо искрообразование. Применение гидропривода в этих условиях возможно только при наличии централизованного источника питания с передачей гидроэнергии на относительно большое расстояние, что в большинстве случаев экономически нецелесообразно.

    3. Надежность работы  в широком диапазоне температур, в условиях пыльной и влажной окружающей среды. В таких условиях гидро- и электропривод требуют значительно больших затрат на эксплуатацию, т.к. при температурных перепадах нарушается герметичность гидросистем из-за изменения зазоров и изолирующих свойств электротехнических материалов, что в совокупности с пыльной, влажной и нередко агрессивной окружающей средой приводит к частым отказам. По этой причине пневмопривод является единственным надежным источником энергии для механизации работ в литейном и сварочном производстве, в кузнечно-прессовых цехах, в некоторых производствах по добыче и переработке сырья и др. Благодаря высокой надежности пневмопривод часто используется в тормозных системах мобильных и стационарных машин.

    4. Значительно больший срок службы, чем гидро- и электропривода. Для пневматических устройств циклического действия ресурс составляет от 5 до 20 млн. циклов в зависимости от назначения и конструкции, а для устройств нециклического действия около 10-20 тыс. часов. Это в 2 - 4 раза больше, чем у гидропривода, и в 10-20 раз больше, чем у электропривода.

    5. Высокое быстродействие. Здесь имеется в виду не скорость передачи сигнала (управляющего воздействия), а реализуемые скорости рабочих движений, обеспечиваемых высокими скоростями движения воздуха. Поступательное движение штока пневмоцилиндра возможно до 15 м/с и более, а частота вращения выходного вала некоторых пневмомоторов (пневмотурбин) до 100 000 об/мин. Это достоинство в полной мере реализуется в приводах циклического действия, особенно для высокопроизводительного оборудования, например в манипуляторах, прессах, машинах точечной сварки, в тормозных и фиксирующих устройствах, причем увеличение количества одновременно срабатывающих пневмоцилиндров (например в многоместных приспособлениях для зажима деталей) практически не снижает время срабатывания. Большая скорость вращательного движения используется в приводах сепараторов, центрифуг, шлифовальных машин, бормашин и др. Реализация больших скоростей в гидроприводе и электроприводе ограничивается их большей инерционностью (масса жидкости и инерция роторов) и отсутствием демпфирующего эффекта, которым обладает воздух.

    6. Возможность передачи  пневмоэнергии на  относительно большие  расстояния по магистральным трубопроводам и снабжение сжатым воздухом многих потребителей. В этом отношении пневмопривод уступает электроприводу, но значительно превосходит гидропривод, благодаря меньшим потерям напора в протяженных магистральных линиях. Электрическая энергия может передаваться по линиям электропередач на многие сотни и тысячи километров без ощутимых потерь, а расстояние передачи пневмоэнергии экономически целесообразно до нескольких десятков километров, что реализуется в пневмосистемах крупных горных и промышленных предприятий с централизованным питанием от компрессорной станции.

    7. Отсутствие необходимости  в защитных устройствах  от перегрузки  давлением у потребителей. Требуемый предел давления воздуха устанавливается общим предохранительным клапаном, находящимся на источниках пневмоэнергии. Пневмодвигатели могут быть полностью заторможены без опасности повреждения и находиться в этом состоянии длительное время.

    8. Безопасность для  обслуживающего персонала при соблюдении общих правил, исключающих механический травматизм. В гидро- и электроприводах возможно поражение электрическим током или жидкостью при нарушении изоляции или разгерметизации трубопроводов.

    9. Улучшение проветривания  рабочего пространства  за счет отработанного воздуха. Это свойство особенно полезно в горных выработках и помещениях химических и металлообрабатывающих производств.

    10. Нечувствительность  к радиационному  и электромагнитному  излучению. В таких условиях электрогидравлические системы практически непригодны. Это достоинство широко используется в системах управления космической, военной техникой, в атомных реакторах и т.п.

    Несмотря  на вышеописанные достоинства, применяемость  пневмопривода ограничивается в  основном экономическими соображениями  из-за больших потерь энергии в компрессорах и пневмодвигателях, а также других недостатков, описанных ниже.

    1. Высокая стоимость  пневмоэнергии.  Если гидро- и электропривод имеют КПД, соответственно, около 70 % и 90 %, то КПД пневмопривода обычно 5-15 % и очень редко до 30 %. Во многих случаях КПД может быть 1 % и менее. По этой причине пневмопривод не применяется в машинах с длительным режимом работы и большой мощности, кроме условий, исключающих применение электроэнергии (например, горнодобывающие машины в шахтах, опасных по газу).

    2. Относительно большой  вес и габариты пневмомашин из-за низкого рабочего давления. Если удельный вес гидромашин, приходящийся на единицу мощности, в 5-10 раз меньше веса электромашин, то пневмомашины имеют примерно такой же вес и габариты, как последние.

    3. Трудность обеспечения  стабильной скорости движения выходного звена при переменной внешней нагрузке и его фиксации в промежуточном положении. Вместе с тем мягкие механические характеристики пневмопривода в некоторых случаях являются и его достоинством.

    4. Высокий уровень  шума, достигающий 95-130 дБ при отсутствии средств для его снижения. Наиболее шумными являются поршневые компрессоры и пневмодвигатели, особенно пневмомолоты и другие механизмы ударно-циклического действия. Наиболее шумные гидроприводы (к ним относятся приводы с шестеренными машинами) создают шум на уровне 85-104 дБ, а обычно уровень шума значительно ниже, примерно как у электромашин, что позволяет работать без специальных средств шумопонижения.

    5. Малая скорость  передачи сигнала (управляющего импульса), что приводит к запаздыванию выполнения операций. Скорость прохождения сигнала равна скорости звука и, в зависимости от давления воздуха, составляет примерно от 150 до 360 м/с. В гидроприводе и электроприводе, соответственно, около 1000 и 300 000 м/с.

    6. Необходимость тщательного ухода в зимних условиях, так как в воздухопроводе возможны конденсация и замерзание содержащихся в воздухе водяных паров, что может вызвать образование ледяных пробок и остановку машины.

    Перечисленные недостатки могут быть устранены  применением комбинированных пневмоэлектрических или пневмогидравлических приводов.

    Магистральный пневмопривод характеризуется разветвленной сетью стационарных пневмолиний, соединяющих компрессорную станцию с цеховыми, участковыми потребителями в пределах одного или нескольких предприятий.

    Компрессорная станция оборудуется несколькими  компрессорными линиями, обеспечивающими гарантированное снабжение потребителей сжатого воздуха с учетом возможной неравномерной работы последних. Это достигается установкой промежуточных накопителей пневмоэнергии (ресиверов) как на самой станции, так и на участках. Пневмолинии обычно резервируются, чем обеспечивается удобство их обслуживания и ремонта.  

    Рисунок 3. Принципиальная схема компрессорной станции 

    Компрессор 2 с приводным двигателем 3 всасывает  воздух из атмосферы через заборный фильтр 1 и нагнетает в ресивер 7 через обратный клапан 4, охладитель 5 и фильтр-влагоотделитель 6. В результате охлаждения воздуха водяным охладителем 5 происходит конденсация 70-80 % содержащейся в воздухе влаги, улавливаемой фильтром- влагоотделителем и со 100-процентной относительной влажностью воздух поступает в ресивер 7, который аккумулирует пневмоэнергию и сглаживает пульсацию давления. В нем происходит дальнейшее охлаждение воздуха и конденсация некоторого количества влаги, которая по мере накопления удаляется вместе с механическими примесями через вентиль 10. Ресивер обязательно оборудуется одним или несколькими предохранительными клапанами 8 и манометром 9. Из ресивера воздух отводится к пневмолиниям 12 через краны 11. Обратный клапан 4 исключает возможность резкого падения давления в пневмосети при отключении компрессора.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Красковский Е.Я., Дружинин Ю.А., Филатова Е.М. Расчет и конструирование механизмов приборов и вычислительных систем. Учебное пособие. – Москва: «Высшая школа», 2001. – 480 с.
2. Сурин В.М. Техническая механика. Учебное пособие. – Москва:

 «БГУИР», 2004. – 292 с.

3. Ванторин В.Д. Механизмы приборных и вычислительных систем. Учебное пособие. – Москва: «Высшая школа», 1999. – 415 с.
4. Интернет ресурс http://www.kranimpex.ru/kranovoe/greyfers
5. Интернет ресурс http://www.natahaus.ru/