Общие сведения о строительных машинах и механизмах (СМиМ). Основные определения. Общая структурная схема строительных машин, их основные ч

Министерство образования  и науки РФ

Северо-Восточный государственный  университет

Контрольная работа по предмету «Механизация и автоматизация»

студента заочного отделения   

Политехнического института  специальности 

«Экспертиза и управление недвижимостью» 

1)  Общие сведения о строительных машинах и механизмах (СМиМ). Основные определения. Общая структурная схема строительных машин, их основные части и узлы.

Механизацией называется использование машин и механизмов на наиболее тяжелых, трудоемких и опасных  видах строительно-монтажных работ. Основным критерием использования  машин и средств механизации  является экономическая целесообразность, когда стоимость их использования  ниже затрат на оплату труда при  использовании ручного труда. Понятие  механизации включает в себя понятия машины и механизма.

Механизм – это система твердых, жидких или газообразных тел, имеющих определенные параметры и соединенных друг с другом таким образом, чтобы преобразовывать человеческую силу и энергию движения в требуемые рабочие операции. Машина – это система механизмов, выполняющих требуемые рабочие операции с использованием внешнего источника энергии. Источником этой энергии могут служить электроэнергия, двигатели внутреннего сгорания, сжатый воздух и др.

СМиМ включают в себя следующие группы:

1.Землеройные и планировочные  строительные машины (экскаваторы,  бульдозеры);

2. Подъемно-транспортная  техника (башенные краны) 

3. Прочие механизмы 

4. Транспортная техника:

технологический транспорт (трейлеры)

грузовой транспорт 

пассажирский транспорт 

Основные  элементы строительных машин.

Машины состоят из сборочных  элементов, выполняющих определенные функции при её работе. К этим элементам относятся: Силовое оборудование (один или несколько двигателей) - для получения механической энергии;

Рабочее оборудование - для непосредственного воздействия на объект переработки и выполнения заданного технологического процесса;

Ходовое оборудование - для передвижения машины и передачи её веса и рабочих нагрузок на опорную поверхность;

Трансмиссии (передаточные устройства) - для передачи механической энергии от силового оборудования к рабочему и ходовому оборудованию;

Системы управления - для создания возможности человеком регулировать и изменять режимы работы всех составных частей машины;

Несущая рама - для размещения и закрепления на ней всех узлов и механизмов (которая, как правило, является основным идентификационным элементом машины).

1. К основным видам силового оборудования относятся электродвигатели и двигатели внутреннего сгорания.

Электродвигатели питаются постоянным и переменным током с источником от внешней сети, аккумуляторной батареи или генератора (совместно с двигателем внутреннего сгорания). Электродвигатели отличаются удобством пуска и управления, простотой реверсирования и регулирования скорости движения, а также сравнительно небольшими размерами, что позволяет их использовать для индивидуальных приводов отдельных механизмов машин и для приводов ручных машин.

Двигатели внутреннего  сгорания бывают карбюраторными и дизельными. Основное их достоинство – независимость от внешних источников энергии. Наиболее часто в строительных машинах используются дизельные двигатели. Они являются основой дизель-электрического привода, широко применяемого в самоходных строительных машинах с индивидуальным электрическим приводом каждого рабочего механизма (многомоторным приводом). Электроток вырабатывается генератором, установленным непосредственно на машине и получающим вращение от дизельного двигателя.

2. Рабочее оборудование – это приспособления и механизмы, непосредственно контактирующие с конструкциями и материалами и приводимые в действие с помощью трансмиссий.

3. Ходовое оборудование – это устройства и механизмы, передвигающие машину в пространстве и передающее давление от веса машины и перемещаемых грузов на опорную поверхность. Оно состоит из движителей, механизмов передвижения и опорных рам или осей. По типу применяемых движителей в строительных машинах ходовое оборудование бывает гусеничное, шиноколесное и рельсоколесное. Движители передают нагрузку на опорную поверхность и передвигают машину. Механизмы передвижения обеспечивают привод движителей при рабочем и транспортном режимах. У многих строительных машин (землеройно-транспортных, многоковшовых экскаваторов, передвижных кранов и др.) ходовое оборудование участвует непосредственно в рабочем процессе, обеспечивая дополнительное тяговое усилие или перемещение груза.

Рис. 1. Гусеничное ходовое оборудование

Гусеничное ходовое оборудование содержит, как правило, 1 - раму для крепления привода, 2 - гусеничную цепь, 3 - ведущие (приводные) зубчатые колёса, 4 - устройство для натяжения гусеничной цепи, 5 - опорные и 6 - поддерживающие ролики. (Рис. 1) Оно обеспечивает возможность воспринимать значительные нагрузки при сравнительно низком давлении на грунт, большие тяговые усилия и хорошую маневренность. Недостатками гусеничного ходового оборудования является его большая собственная масса (до 35 % от массы всей машины), большая металлоемкость, недолговечность и высокая стоимость ремонта, низкие КПД и скорость движения, неприменимость на дорогах с усовершенствованным покрытием, высокая трудоемкость и стоимость доставки на стройплощадку. В строительных машинах весом до 1000 т применяется, как правило, двухгусеничное оборудование, при большем весе машин применяются сложные многогусеничные системы с числом гусениц до 16.

Шиноколесное оборудование бывает двухосным (наиболее распространено) и многоосным с одной или несколькими ведущими осями (ось, посредством трансмиссии соединенная с силовым оборудованием и приводящая в движение всю машину), что выражается понятием колесной формулы. Она состоит из двух цифр: первая показывает общее число колёс, вторая – число приводных колёс. Наиболее распространенные формулы 4х2 и 4х4, оборудование с большим числом колес применяется реже, для тяжелых грузовиков, автогрейдеров и кранов. Основное достоинство шиноколесного оборудования – высокая скорость движения, легкость, применимость для дорог с улучшенным покрытием, долговечность и ремонтопригодность, легкость и дешевизна доставки на стройплощадку. Недостаток – более высокое удельное давление на грунт.

Рельсоколесное ходовое оборудование обеспечивает низкое сопротивление передвижению, восприятие больших нагрузок, простоту конструкции и невысокую стоимость эксплуатации, достаточно большой срок службы и надежность при работе. Жесткие рельсовые направляющие обеспечивают возможность высокой точности работы машины. Основными недостатками этого оборудования: малая маневренность, высокая трудоемкость и стоимость перебазирования на новые стройплощадки. Этот вид ходового оборудования используется для башенных и железнодорожных кранов, цепных и роторно-стреловых экскаваторов, для экскаваторов – профилировщиков и в других устройствах.

Кроме вышеперечисленных, применяются и другие виды ходового оборудования: шагающее, водное, воздушное (вертолеты – «летающие краны») и пр.

4. Трансмиссии – это устройства, обеспечивающие передачу движения или усилия от силовой установки к исполнительным механизмам и рабочим органам машины. По способу передачи энергии трансмиссии подразделяют на механические, электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные. Наиболее распространены механические, гидравлические и комбинированные. Трансмиссии характеризуются различными показателями, зависящими от решаемых задач, но есть два основных универсальных показателя:

1) передаточное число – отношение начальной и конечной механической характеристики передачи (например, угловые скорости вращения зацепленных друг с другом зубчатых колес разного диаметра; отношение силы давления гидравлических поршней разного диаметра в сообщающихся цилиндрах и др.);

2) КПД (коэффициент полезного действия) – отношение мощности силовой установки к мощности рабочего органа исполнительного механизма.

5. Системы управления подразделяются по различным признакам: а) по назначению – на системы управления двигателями, тормозами, муфтами, положением рабочего органа; б) по способу передачи энергии – на механические, электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные; в) по степени автоматизации – неавтоматизированные, частично автоматизированные и автоматические. Неавтоматизированные системы могут быть непосредственного действия или с усилителями (с сервоприводом). В первом случае оператор управляет только за счет своей мускульной силы, прикладываемой к рычагам и педалям; во втором – для воздействия на объект управления используются дополнительные (механические, электрические, гидравлические, пневматические или комбинированные) источники энергии. В полностью автоматизированных системах оператор настраивает систему для работы по определенной программе и подает сигнал к началу или окончанию работы.

6. Несущая рама – конструкция, на которой крепятся все основные элементы машины. Она рассчитана на статические нагрузки, возникающие в процессе работы от веса машины и перемещаемых грузов, а также динамические нагрузки от ускорений и замедлений движения составных элементов машины. В качестве рамы может выступать кузов машины.

48) Назначение и область применения вспомогательных грузоподъёмных машин. Методы их расчёта.

По назначению грузоподъемные машины подразделяют на следующие группы: домкраты — простейшие грузоподъемные устройства, позволяющие перемещать грузы на небольшую высоту; лебедки (как самостоятельные механизмы, так и составные части грузоподъемных машин), используемые для подъема, опускания и перемещения грузов; тали и тельферы, применяемые для подъема груза по вертикали с одновременным горизонтальным перемещением по монорельсу; подъемники, обеспечивающие подъем груза на сравнительно небольшую высоту; краны — грузоподъемные машины, обеспечивающие подъем н перемещение груза в зоне действия крана на большую высоту, обслуживающие площади различной конфигурации.

К основным параметрам грузоподъемных машин относятся грузоподъемность, высота подъема, вылет груза, скорости подъема н перемещения.

Грузоподъемность — наибольшая масса поднимаемого груза, на которую  рассчитана данная машина. Определяют грузоподъемность по формуле

В системе СИ грузоподъемность выражается в тоннах или килограммах1. ГОСТ 1575—81 установлен стандартный ряд грузоподъемности Q от 0,025 до 1000 т; 0,025: 0,05; 0,1; 0,125; 0,160; 0,2; 0,25; 0,32; 0,4; 0,5; 0,63; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25; 32; 40 т н т. д. При проектировании и строительстве новой машины ее грузоподъемность должна соответствовать одному из чисел этого ряда. В путевом хозяйстве наиболее часто используются машины грузоподъемностью до 20 т. Этим же ГОСТом установлен основной ряд тяговых усилий в элементах грузоподъемных машин от 0,25 до 10 ООО кН

Рис.1. Циклограмма работы грузоподъемной машины

в зависимости от силы тяжести  — силы притяжения-тела к земле, зависящей от ускорения свободного падения в данном пункте и измеряемой в единицах силы (ньютон — Н, килоньютон — кН). Вес тела — это сила, с которой тело под действием силы тяжести действует на опору. Принято обозначать грузоподъемность (массу) Q, а силу веса О.

Грузоподъемные машины и  механизмы относятся к устройствам  периодического (циклического) действия, время работы которых состоит  из отдельных циклов. Производительность таких машин, т/ч, определяют по формуле

Для повышения производительности грузоподъемных машин необходимо максимально сокращать  продолжительность выполнения отдельных  операций, а также совмещать их, например подъем груза с его перемещением и т. п., и, следовательно, сокращать время цикла Т. Для анализа цикла принято строить циклограмму (рис. 2.1), на которой отмечают все операции, продолжительность их выполнения и совмещение по времени. Контроль за изготовлением и эксплуатацией грузоподъемных машин осуществляется инспекцией по техническому и горному надзору СССР (Госгортехнадзор). В соответствии с правилами Госгортехнадзора установлены следующие режимы работы грузоподъемных механизмов с машинным приводом: легкий (Л), средний (С), тяжелый (Т), весьма тяжелый (ВТ). Режимы работы механизмов подъема, вращения, передвижения кранов зависят от следующих показателей:

а) коэффициента использования механизма  по грузоподъемности

Для легкого режима ПВ — 15 %, для среднего — 25 %, для тяжелого 40 %;

г) числа включений механизма ЧВ в течение 1 ч. Этот показатель для режимов Л, С, Т и ВТ принимается соответственно 60, 120, 240 и 300;

д) температуры окружающей среды, принимаемой для всех режимов, кроме ВТ, равной 25° С.

67) Грунтоуплотняющие машины. Катки. Основные параметры и особенности рабочего процесса. Производительность.

Уплотнение грунтов в ремонтно-строительном производстве применяется при возведении тротуаров, заполнении пазух фундаментов, строительстве внутриквартальных  проездов. От качества выполнения этого  процесса в значительной степени  зависит дальнейшая служба сооружений.

Грунты уплотняются укатыванием, трамбованием, вибрированием или  сочетанием этих способов. Уплотнение укатыванием происходит в результате давления, создаваемого вальцами или  пневмоколесами, перекатывающимися  по поверхности грунта. По такому принципу работают катки. Трамбование осуществляется ударами рабочих органов трамбующих машин. Вибрирование основано на передаче частицам грунта колебательных движений, в результате действия которых преодолеваются силы сцепления между частицами.

При вибрировании рабочий орган  не отрывается от поверхности грунта, в результате чего вибрационный элемент  и грунт представляют собой колеблющиеся массы. Если возмущающая сила превысит определённый предел, вибрационный элемент  оторвется от поверхности грунта. В этом случае вибрирование перейдет в вибротрамбование. Таким образом, уплотнение грунта производится за счет приложения к его поверхности  кратковременных нагрузок, под действием  которых он деформируется. Для получения  нужного качества уплотнения грунта требуется многократное приложение действующих сил.

Наибольшее распространение по сравнению с другими машинами при уплотнении грунтов имеют  катки. Это объясняется простотой  их конструкции, надежностью, экономичностью и высокой производительностью. Однако максимальная толщина слоев  грунта, которые могут быть ими  уплотнены, значительно меньше, чем  при вибрации и трамбовании. Кроме  того, для обеспечения высокой  производительности им необходим широкий  фронт работ.

Катки могут быть прицепными, полуприцепными и самоходными. Самоходные катки  служат для уплотнения дорожных покрытий, прицепные используются для укатки грунтов. Рабочими органами катков являются вальцы или колеса. В зависимости  от их конструкции различают катки: с гладкими вальцами, кулачковые, решетчатые, сегментные и пневмоколесные. Катки  с гладкими вальцами и на пневматических шинах пригодны для уплотнения как связных, так и несвязных грунтов. Кулачковые и сегментные могут уплотнять только связные грунты. Решетчатые служат для уплотнения гравелистых и щебеночных оснований.

Рис. 2. Схемы машин для уплотнения грунтов и дорожных покрытий: 
а — кулачковый прицепной каток; б — прицепной пневмоколесный; в — полуприцепной пнев- моколесный; г — пневмоколесный самоходный; д — прицепной с вибровальцем; е — свободно падающая плита на экскаваторе; ж — самоходная трамбующая машина; з — вибротрамбу- ющая плита; / — барабан вальца; 2— кулачки; 3 — бункер с балластом; 4, 5, 6 — пневмо- валец; 7 —двигатель; в —передача; 9 — вибровалец; 10 — подъемный канат; 11, 12 — трамбующая плита; 13 — направляющая штанга; 14 — плита; 15 — вибратор направленногодействия

Параметры кулачковых катков (рис. 2, а) должны подбираться с учетом свойств грунтов. Масса кулачковых катков должна быть такой, чтобы при первом проходе кулачки погружались на полную длину, а барабан только касался уплотняемого слоя. При этом сила тяжести катка будет передаваться грунту через кулачки. При излишней массе каток воздействует на грунт барабаном, а не кулачками. При этом эффект уплотнения может снизиться, так как кулачки будут разгружены. При недостаточной массе катка эффект воздействия также снизится, так как его кулачки на начальной стадии уплотнения будут погружаться в грунт не полностью, что приведет к уменьшению глубины уплотнения.

Катки на пневматических шинах при  условии правильного выбора их параметров пригодны для уплотнения как связных, так и несвязных грунтов. Для доведения грунтов до одной и той же плотности пневмоколесному катку требуется меньшее число проходов, что повышает производительность процесса.

Уплотнение грунта пневмокатками осуществляется шиной, которая деформируется и имеет большую площадь контакта с грунтом (рис. 2, б, в, г), чем при гладком вальцовом катке. При начальных проходах пневмоколесных катков, когда грунт находится в рыхлом состоянии, деформация шины по сравнению с деформацией грунта мала, ввиду чего работа пневмошины подобна работе жесткого вальца. По мере уплотнения грунта относительное значение деформации шины все более возрастает и при плотных грунтовых поверхностях деформируется шина.

Трамбующие машины уплотняют грунт  на большую глубину (до 2 м). Эти машины менее чувствительны к влажности  грунтов и могут применяться  для уплотнения различных видов  грунтов — от песчаных до тяжелых глин (рис. 2, ж, в). К недостаткам относятся сравнительно малая производительность, сложность конструкции и высокая стоимость работ.

Наибольшее распространение из этих машин получили трамбующие плиты  на одноковшовых экскаваторах, представляющие собой один из видов сменного рабочего оборудования. Уплотнение осуществляется ударом свободно падающей плиты весом  обычно 1 … 4 т. Материал плит — чугун  или армированный бетон. Подъем плит производится главной лебедкой экскаватора. Трамбующие машины особенно удобны для  уплотнения грунтов в стесненных условиях.

Для уплотнения насыпных несвязных  грунтов применяют поверхностные  вибрационные машины. Они особенно эффективны для уплотнения грунтов  с большим количеством каменистых включений (рис. 2, д, з). Для уплотнения грунтов наибольшее распространение получили механические вибрационные машины эксцентрикового типа, у которых возмущающей силой, вызывающей колебания, является центробежная сила инерции, возникающая при вращении неуравновешенных масс. При работе вибрационных машин частицы грунта, расположенные в зоне действия вибратора, приводятся в состояние колебательного движения. Так как массы частиц грунта неодинаковы, возникающие в них силы инерции также имеют разную величину. Если эта разность будет достаточной для нарушения сил трения и сцепления между отдельными частицами, произойдет отрыв их друг от друга и взаимное относительное перемещение, увеличивая тем самым плотность грунта. Виброуплотнение часто осуществляется специальными вибраторами, имеющими направленное действие, перемещающее виброплиту (рис. 2, з).

77) Ручные машины (механизированный инструмент). Классификация. Устройство, основные параметры, технологические возможности ручных машин.

Ручной называют технологическую машину, снабженную встроенным двигателем, при работе которой масса машины полностью или частично воспринимается руками оператора. От двигателя осуществляется главное движение рабочего органа, а все вспомогательные движения (подача, управление, установление режима и длительность операции) выполняются вручную.

Наибольшее распространение получили ручные машины в строительстве при выполнении санитарно-технических, отделочных, монтажных и ремонтных работ, а также работ по монтажу металлоконструкций и технологического оборудования. Применение ручных машин позволяет в 5... 10 раз увеличить производительность труда (по сравнению с работой вручную), значительно снизить трудоемкость и повысить качество выполняемых технологических операций, а также улучшить условия труда рабочего.

Ручные машины (РМ) классифицируют по следующим признакам:

по назначению — машины для обработки металлов, дерева и камня, для сборочных, отделочных, монтажных, земляных и буровых работ;

по виду привода — электрические, пневматические, моторизованные (с приводом от двигателя внутреннего сгорания), гидравлические и пороховые машины (монтажные пороховые пистолеты, пиротехнические оправки);

по способу преобразования энергии питания — электромагнитные, механические, компрессионно-вакуумные и пружинные;

по исполнению и регулированию  скорости — прямые (оси рабочего органа и привода параллельны или совпадают), угловые (оси рабочего органа и привода расположены под углом), реверсивные и нереверсивные, односкоростные и многоскоростные;

по характеру движения рабочего органа — машины с вращательным, возвратно-поступательным и сложным движением. У вращательных машин силовое воздействие рабочего органа на обрабатываемый объект осуществляется непрерывно.

Рабочие органы, совершающие возвратно-поступательное и сложное движения, оказывают  силовое воздействие на обрабатываемый объект импульсами.

В строительстве преимущественное распространение получили электрические и пневматические ручные машины. Электрические ручные машины выгоднее применять при выполнении работ сравнительно небольших объемов, пневматические — при работах средних и больших объемов на объектах, обслуживаемых передвижной компрессорной установкой или располагающих централизованной сетью сжатого воздуха. По сравнению с пневматическими электрические машины имеют значительно больший (в 4...6 раз) коэффициент полезного действия. Многие виды ручных машин (машины для обработки древесины — дисковые пилы, рубанки, долбежники, трамбовки для уплотнения грунта, перфораторы и др.) выпускаются только с электрическим приводом.

В настоящее время на долю электрических  машин приходится более 60%, а на долю пневматических — около 30% общего выпуска ручных машин в нашей стране.