Строительные машины. 4

Задача.

       Описать рабочий процесс, устройство и область  применения бульдозера заданного типа; определить: а) общее сопротивление движению бульдозера при разработке и перемещении грунта; б) тяговое усилие базового тягача бульдозера при резании грунта; в) запас тягового усилия (свободную силу тяги) тягача по сцепному весу и мощности; г) среднюю толщину срезаемого слоя грунта; д) длину участка набора грунта; е) продолжительность одного цикла бульдозера; ж) техническую производительность бульдозера при разработке и перемещении грунта.

       В графической части работы выполнить  принципиальную схему бульдозера с  обозначением основных узлов и указать  силы, действующие на бульдозер при  резании и перемещении грунта. 

 Дано:

Марка бульдозера ДЗ-109;

Базовый трактор Т-130.1.Г-1;

G_δ = 164.9 кН (вес бульдозера с трактором);

В = 4,12м (длина отвала);

Н = 1,14 м (высота отвала);

α = 60º (угол установки отвала в плане);

l_n = 90 м (дальность перемещения грунта);

β = 0º (угол поворота местности);

Тип отвала поворотный;

III категория грунта. 
 
 
 
 
 

Решение:

1. Бульдозер ДЗ-109 (тип отвала – поворотный, длина отвала 4,12 м, высота отвала 1,14 м, управление – гидравлическое, мощность 117,7 (160) л.с.), так называемый "террасер" – бульдозер, предназначен для разработки и перемещения грунтов I-IV категорий для резания террас на горных склонах. Отвал соединен с универсальной рамой с помощью шаровой опоры. Рама сферическими опорами закреплена на цапфах, приваренных к продольным балкам ходовых тележек трактора. Отвал с рамой закреплен толкателями с винтовыми раскосами. Регулирование углов резания и перекоса отвала осуществляется путем изменения длины раскосов механическим способом. Рабочий процесс бульдозера с поворотным отвалом состоит из операций, срезания стружки, перемещения грунта перед ним и разравнивания грунта. Срезанный грунт, поднимаясь вверх по отвалу, накапливается перед ним образуя валик, близкий по форме к треугольнику в поперечном сечении, называемый призмой волочения. При транспортировании грунта катет призмы, прилегающей к отвалу, может достигнуть   его   высоты.   После   этого   отвал   приподнимают прекращая тем самым процесс резания.

2. Зададимся недостающими характеристиками

Для трактора Т-130.1.Г-1:

       Р = 95 кВт (мощность двигателя);

       U₁ = 0,85 м/с (скорость движения вперед для 1-ой скорости);

       U₂ = 1,03 м/с (скорость движения вперед для 2-ой скорости);

       U₃ = 1,3 м/с (скорость движения вперед для 3-ий скорости);

       U₄ = 1,72 м/с (скорость движения вперед для 4-ой скорости);

       U_з = 0,8 – 2,2 м/с (скорость движения назад).

Для III категории грунтов:

       К_рез = 0,2 МПа (удельное сопротивление грунта резанию);

       К_p = 1,3 (коэффициент разрыхления грунта в призме);

       ρ = 1800 кг/м³ (плотность грунта);

       μ₁ = 0,4 (коэффициент трения грунта о грунт);

       y = 45º (угол естественного откоса грунта в движении);

       К_н = 0,85 (коэффициент наполнения геометрической призмы грунтом);

       μ₂ = 0,75 (коэффициент трения грунта по стали). 

3. Найдем  сопротивление волочению призмы грунта впереди отвала:

   , где

   В – длина отвала (В = 4,12 м);

   Н – высота отвала (Н = 1,14 м);

   α – угол поворота отвала в плане  относительно продольной оси трактора (α = 60º)

   ρ – плотность грунта (ρ = 1800 кг/м³);

   g – ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с²);

   μ₁ – коэффициент трения грунта по грунту (μ₁ = 0,4);

   i – уклон пути, i = tg β, где β угол наклона местности (β = 0º); i = tg 0º = 0;

   y – угол естественного откоса грунта в движении (y = 45º). 
 
 

4. Найдем  сопротивление трению грунта по отвалу:

, где

δ –  угол резания грунта (δ = 50º);

μ₂ – коэффициент трения грунта по стали (μ₂ = 0,75); 
 

5. Найдем  сопротивление движению бульдозера с трактором:

, где 

G_δ – вес бульдозера с трактором (G_δ = 164,9 кН);

f – коэффициент сопротивления движению транспорта по фунту (f = 0,15). 
 

6. Найдем  тяговое усилие, развиваемое трактором  при резании грунта:

, где 

F₀ – окружное усилие на ведущей звездочке гусеничного движения;

Р_дв. – мощность двигателя трактора (Р_дв. = 95 кВт);

η_м – КПД механизма передвижения трактора (η_м = 0,85);

U_p – рабочая скорость движения трактора (U_p = 0,85 м/с на 1-ой скорости). 
 

7. Найдем  оценочную силу тяги:

, где 

Ψ –  коэффициент сцепления движения с опорной поверхностью (ψ = 0,7). 
 

8. Находим свободную  силу тяги (запас тягового усилия):

по сцепному весу: 
 
 

по мощности: 
 
 
 

       

9. В качестве процесса резания, когда всё тяговое  усилие трактора расходуется только на резание грунта и перемещение  бульдозера, максимальная толщина h₁ срезаемого слоя грунта составляет:

, где 

К_рез. – удельное сопротивление грунта резанию (К_рез. = 0,2 МПа). 
 

       

10. В конце  набора грунта, когда на бульдозер  действует полное сопротивление  движению, толщина срезанного слоя h₂ будет минимальной:

 
 
 

11. Средняя толщина срезанного слоя:

 
 
 

12. Найдем  сопротивление грунта резанию:

, где

h – средняя толщина срезанного слоя грунта (h = 0,045 м). 
 

13. Находим полное сопротивление движению бульдозера

 
 
 
--- 
       

14. Бульдозер находится в движении без пробуксовывания  при условии, что сцепная сила тяги F_сц. Больше окружного усилия F₀ на ведущей звездочке движителя и больше общего сопротивления передвижению F_Σ

 
 
 

15. Найдем  объем грунта в призме волочения:

, где 

К_н – коэффициент наполнения геометрического объема призмы волочения грунтом (К_н = 0,85);

К_Р – коэффициент разрыхления грунта в призме (К_р = 1,3). 
 

16. Найдем  длину участка набора грунта:

 
 
 

17. Находим продолжительность одного рабочего цикла:

, где

t₁ – продолжительность набора грунта ();

t₂ – продолжительность перемещения грунта ();

t₃ – продолжительность движения бульдозера задним ходом (_);

t₄ – продолжительность переключения передач в течении цикла (t_ц = 15 с).

здесь l_р, l_n и l_з = l_р + l_n – длины соответственно участков набора грунта, перемещения грунта и обратного (заднего) хода бульдозера 
 

18. Найдем  техническую производительность бульдозера:

, где 

К_п   –   коэффициент,    учитывающий    потери    грунта     при    перемещении,  К_п = 1 – 0,005 l_n = 1 – 0,005 • 90 = 0,55, где l_n – дальность перемещения грунта (l_n = 90 м)

n – число циклов за час работы; n = 3600/T_ц. = 3600/171,836 = 21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Бульдозер с поворотным отвалом.

 

       Отвал может быть установлен в плане  под углом ? в обе стороны от продольной оси машины и под прямым углом к ней. Для установки  отвала в три положения (прямое, правое и левое) на верхней полке каждой полурамы установлены по три опорных  кронштейна 6, в которых шарнирно крепятся толкатели. На скошенной части  полурам установлены кронштейны 9 для крепления гидроцилиндров 3 подъема-опускания отвала. У некоторых  моделей бульдозеров изменение  угла поворота отвала в плане и  регулировка угла перекоса отвала осуществляются с помощью гидроцилиндров. 

       Вопросы:

       83. Как устроены, работают и где применяются автопогрузчики? Приведите схему грузоподъёмника.

       107. Изложите основные классификации  и индексации одноковшовых строительных  экскаваторов?

       159. Какие электрические ручные машины  применяют для обработки дерева? Приведите схемы.  

       Ответы  на вопросы: 

    Вопрос  №83.

    Автопогрузчики  применяются для перемещения  и. складирования разнообразных  материалов на строительных площадках  и предприятиях строительной индустрии. Автопогрузчиком можно захватить  и поднять груз, отвести его  на необходимое расстояние и уложить  в заданном положении на складе или  погрузить в кузов транспортной машины. В качестве привода используют двигатели внутреннего сгорания и электродвигатели, обычно работающие от аккумуляторов.

    Для работы со штучными грузами автопогрузчик  вооружается вилочными подхватами, безблочной стрелой, штырем для перевозки  коротких труб, захватом для перевозки  бревен и других длинномерных материалов, рычажной стрелой, а также ковшом для работы с сыпучими и тестообразными материалами.

    Грузоподъемность  автопогрузчиков от 3 до 10 т. Высота подъема при вооружении вилочным подхватом — 4—4,5 м и при вооружении стрелой — до 7 м. Скорость передвижения по усовершенствованному покрытию до 40 км/ч (без груза).

    Ходовое устройство автопогрузчиков выполняется  обычно из узлов и .деталей серийных автомобилей: двигателя 4 , коробки скоростей , колес , рулевого управления , карданных  валов , радиатора  и т. д.

    

    В отличие от автомобилей задний мост 2 со сдвоенными пневмоколесами устанавливается  спереди автопогрузчика, так как  передняя часть автопогрузчика нагружается  значительно больше, чем задняя, весом подъемного устройства и поднимаемого груза. Двигатель и управляемые  колеса с осью 6 устанавливаются  сзади.

    Грузоподъемное  устройство состоит из, основной рамы 9, шарнирно закрепленной на ходовой  раме автопогрузчика, по направляющим которой перемещается подъемная  рама 12 под воздействием гидроцилиндра 11. На перекладине подъемной рамы установлены звездочки 8, через которые  перекинуты грузовые цепи 7, прикрепленные  к основной раме. Также на подъёмной  раме расположена  грузовая каретка 13 на которую крепится навесное оборудование 1.

    При перемещении подъемной рамы 12 каретка 13 с закрепленным на ней вилочным грузозахватным устройством 1 перемещается с удвоенной скоростью, проходит путь, в 2 раза больший, чем подъемная  рама.

    Основная  рама грузоподъемного устройства удерживается в вертикальном положении штоком гидроцилиндра 10. При подъеме груза  и его перевозке основная рама при помощи гидроцилиндра отклоняется  назад на угол до 12°, благодаря чему уменьшается вылет передней оси  до центра тяжести груза, обеспечивается более надежное положение груза  на вилочных подхватах и разгружается передняя ось автопогрузчика. Для  лучшего захвата и укладки  груза в штабель или на транспортные средства рама может наклоняться  вперед на угол до 3°.

Вопрос  №107.

1.2 Классификация  одноковшовых экскаваторов

Существуют  три основные группы:

строительно-универсальные - с ковшами емкостью до 3 м3, предназначенные для производства земляных работ;

карьерные - с ковшами емкостью от 2 до 8 м3, предназначенные для работы в карьерах на разработке рудных и угольных месторождений;

вскрышные - с ковшами емкостью более 6 м3, предназначенные для разработки верхних слоев пород (вскрыши).

     Одноковшовые  экскаваторы различают по использованию  их с различными видами рабочего оборудования.

     Универсальные экскаваторы предназначены для  работы с различными видами сменного оборудования; прямой и обратной лопатой, драглайном, крановой стрелой с крюковой подвеской или грейфером, копром для забивки свай и т.д.

Полууниверсальные экскаваторы кроме основного  рабочего оборудования имеют один или  два вида дополнительного сменного оборудования (прямую лопату, обратную лопату, драглайн).

     Специальные мощные экскаваторы имеют лишь один вид оборудования, например прямую лопату.

     Одноковшовым  универсальным экскаватором называется машина цикличного действия, предназначенная  для выемки и перемещения грунтов  и иных материалов с помощью одного из видов рабочего оборудования с  одним ковшом, и для выполнения погрузочных сваебойных и прочих работ другими видами сменного рабочего оборудования.

     Рабочий цикл этого распространённого класса экскаваторов складывается из:

операций  резания (копания) грунта (с одновременным  заполнением ковша),

перемещения заполненного ковша к месту разгрузки,

выгрузки  грунта из ковша и возвращения  ковша в забой.

     Продолжительность рабочего цикла в зависимости  от мощности и типа экскаватора и  условий работы колеблется от 12 до 80 сек. Производительность одноковшового  экскаватора на 1 м3 ёмкости ковша в зависимости от условий работы составляет от 100 до 350 тыс. м3в год, или 80-180 м3/ч. Одноковшовые экскаваторы используются для разработки любых, в том числе самых крепких и неоднородных, грунтов с крупными твёрдыми включениями. Для работы в более мягких грунтах одноковшовые экскаваторы могут снабжаться ковшами увеличенной ёмкости. Скальные породы и мёрзлые грунты перед разработкой одноковшовым экскаватором разрыхляют (обычно взрывом)

     По  роду ходового оборудования различают  гусеничные, колёсные, шагающие, на ж. - д. ходу, плавучие, колёсно-гусеничные одноковшовые экскаваторы.

По типу привода - с одним двигателем и  со смешанным и индивидуальными  приводами всех рабочих механизмов.

     По  роду силовой установки - с приводом от двигателя внутреннего сгорания (дизельные, редко карбюраторные  и газогенераторные), электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные.

     По  виду управления - с ручным, гидравлическим, пневматическим, электрическим и  смешанным.

     По  виду рабочего оборудования экскаваторы  подразделяются на одноковшовые с жёсткой  шарнирно-скользящей связью ковша со стрелой (прямая лопата), с жёсткой  шарнирной связью ковша со стрелой (обратная лопата), с гибкой связью ковша  со стрелой (драглайн, грейфер и др.).

     Наиболее  распространено оборудование прямой лопаты; им оснащаются экскаваторы любой  мощности с ковшами ёмкостью до 153 м3. Экскаваторы с оборудованием прямой лопаты и с разгрузкой в транспортные средства или отвал целесообразно применять при разработке месторождений полезных ископаемых и для рытья котлованов, преимущественно в крепких, каменистых и скальных породах и грунтах, а также в устойчивых грунтах ср. крепости. Оборудование обратной лопаты используется для рытья узких траншей (шириной 0,7 - 1,5 м и глубиной до 8 м), особенно с вертикальными стенками для прокладки сетей канализации, нефтепроводов, устройства фундаментов в крепких и каменистых грунтах, а также сооружения небольших котлованов.

     Рабочее оборудование экскаватора-драглайна  состоит из стрелы и ковша, подвешенного к стреле при помощи подъёмного и  тягового канатов. Выемку грунта драглайн производит, как правило, ниже уровня установки экскаватора; ковши применяются  различной ёмкости - в скальных предварительно разрыхлённых породах допускается  работа драглайна при ёмкости  ковша свыше 10 м3. Продолжительность цикла обычно на 10-20 больше, чем при работе экскаватора с оборудованием прямой лопаты. С оборудованием драглайна работает до 40 одноковшовых экскаваторов. Драглайны, имеющие т. н. шагающий ход, получили название шагающих драглайнов. Оборудование грейфера применяется для погрузочных работ, рытья котлованов с отвесными стенками, для работ под водой. Оборудование струга приспособлено для планировочных работ, удаления дорожной одежды и т.п. Отдельные модели экскаваторов, предназначенные в основном для строительства (с ковшами ёмкостью до 5 м3), снабжают различным сменным оборудованием не только для земляных, но и для монтажных, подъёмно-транспортных, погрузочно-разгрузочных, свайных и буровых работ, валки леса и корчёвки пней и т.п. Такие экскаваторы обычно называются универсальными, т.к они применимы во многих видах земляных и строительных работ. Если число единиц сменного оборудования не превышает трёх (например, лопата, драглайн, кран), экскаватор называется полууниверсальными.

     Получают  широкое распространение экскаваторы  с гидроприводом, т. н. гидроэкскаваторы, у которых все виды рабочих  органов шарнирно связаны с поворотной платформой и перемещаются с помощью  гидроцилиндров, приводимых в движение насосами высокого давления (10 - 40 МПа). В этом случае для передачи вращения (привод поворота, хода) обычно применяют  гидравлические двигатели. Этот вид  одноковшовых экскаваторов изготовляется  с ковшами малой (до 1,8 м3), средней (2-3 м3) и большой (3,2-6 м3) ёмкости. Основное рабочее оборудование - обратная лопата. Удельная мощность гидравлических экскаваторов в зависимости от условий работы (мягкие или крепкие грунты) составляет от 133 до 213 квт на 1 м3 ёмкости ковша.

     В зависимости от назначения одноковшовые экскаваторы подразделяют на строительные, карьерные, строительно-карьерные и  вскрышные, кроме того, выделяют тоннельные экскаваторы, плавучие и др.

     Строительные  экскаваторы - самый распространённый тип одноковшовых экскаваторов: насчитывают  около 200 моделей, выпускаемых более  чем 80 отечеств. и зарубежными заводами. Различают: универсальные малой  мощности (ёмкость ковша 0,05-1,8 м3, грузоподъёмность крана 0,7-45 т, масса 1,5-65 т); средней мощности - полууниверсальные (ёмкость ковша 2-3 м3, грузоподъёмность крана 60-80 т, масса 72-105 т); большой мощности - полууниверсальные (ёмкость ковша 3,25-6 м3, грузоподъёмность крана 100-150 т, масса 115-210 т). Удельная масса на 1 м3 ёмкости ковша для крепких грунтов составляет для этих экскаваторов 33-36 т. Экскаваторы малой мощности часто имеют сменное гусеничное и пневмоколёсное ходовое оборудование и одномоторный привод.

     У гидравлических экскаваторов индивидуальный или смешанный привод. Карьерные  экскаваторы изготовляются с  оборудованием лопаты, реже со сменным  оборудованием драглайна и крана. Отличаются мощным рабочим оборудованием, высокими рабочими усилиями и скоростями, коротким циклом работы, что обусловливает  по сравнению с др. экскаваторами  тех же типоразмеров большую производительность при погрузке в транспортные средства, особенно при крепких грунтах. Экскаваторы  средней (ёмкость ковша 2-4 м3) и большой (ёмкость ковша 5-20 м3) мощности, массой 76-900 т предназначены для работы в карьерах, особенно в крепких, предварительно взорванных породах и грунтах с погрузкой главным образом в большегрузные автосамосвалы. Выпускаются как в виде полууниверсальных экскаваторов, так и спец. лопат со стандартным и удлинённым оборудованием для верхней погрузки в средства транспорта, расположенные на бровке забоя (выемки). Ходовое оборудование - гусеничное. Силовое оборудование - электрическое с индивидуальным приводом механизмов по системе генератор - двигатель. Удельная мощность приводного двигателя 60 - 80 квт на 1 м3 ёмкости ковша, давление на грунт 0,15-0,25 МПа, скорость хода 0,6-1,5 км/ч. Гидравлические карьерные экскаваторы имеют ёмкость ковша до 8-9 м3,разрабатываются модели с ковшами ёмкостью 12-20 м3.

     Строительно-карьерные  экскаваторы средней и большой  мощности предназначены для работы в основном на карьерах нерудных строительных материалов. По своей конструкции  они занимают среднее положение  между строительными и карьерными. Вскрышные экскаваторы изготовляют  обычно с оборудованием лопаты для  перемещения в отвал вскрышных  пород на карьерах. Вскрышные экскаваторы  с ковшами ёмкостью до 15 м3 применяются также для погрузки в транспортные средства, расположенные на бровке разрабатываемого забоя. Ёмкость ковша экскаватора от 6 до 153 м3, масса 700-12 700 т. Ходовое оборудование мощных моделей - 4 спаренные гусеницы. Силовое оборудование такое же, как у карьерных экскаваторов. Удельная масса 45-90 т на 1 м3 ёмкости ковша, скорость хода 0,3-0,5 км/ч. Помимо механической лопаты на вскрышных работах применяются драглайны на шагающем ходу со стрелами длиной до 100 м, с ковшами ёмкостью от 5 до 168 м3, массой до 14 тыс. т. Они являются основным оборудованием при бестранспортных системах разработки месторождений полезных ископаемых.

     Тоннельные  и шахтные экскаватор используют в подземных условиях в выработках большого поперечного сечения при  проходке тоннелей, сооружении камер  подземных сооружений, выемке полезных ископаемых. Ёмкость ковша 0,75-1 м3, масса 16-30 т. 

1.4 Система  индексации одноковшовых экскаваторов

     Индексация  одноковшовых экскаваторов определена ГОСТ 30067-93 "Экскаваторы одноковшовые универсальные полноповоротные. Общие  технические условия".

     Заводы-изготовители иногда используют собственную маркировку (например, ЕТ, ЕК, ЕА и др.) Индекс одноковшовых универсальных экскаваторов согласно ГОСТ состоит из букв и цифр. Буквы  ЭО означают "экскаватор одноковшовый".

     Первая  цифра - размерная группа экскаватора (эксплуатационная масса, т.е. масса  готового к работе полностью заправленного  экскаватора с основным рабочим  оборудованием и с машинистом, масса которого (75 ± 3) кг): 1 - до 6,3 т; 2 - свыше 6,3 до 10 т; 3 - свыше 10 до 18 т; 4 - свыше 18 до 32 т; 5 - свыше 32 до 50 т; 6 - свыше 50 до 71 т.

     Вторая  цифра - тип ходового устройства: 1 - гусеничное; 2 - гусеничное с увеличенной  опорной поверхностью гусениц; 3 - колесное; 4 - на базе специального шасси автомобильного типа; 5 - на базе автомобиля; 6 - на базе трактора.

     Третья  цифра - исполнение рабочего оборудования: 1 - с гибкой подвеской (канатной); 2 - с жесткой подвеской; 3 - телескопическое.

Четвертая цифра - порядковый номер модели (1; 2; 3).

     Затем указывается буквенное обозначение  очередной модернизации (А, Б, В. .), далее  буквенное обозначение климатического исполнения (ХЛ, Т, ТВ), при его отсутствии - для умеренного климата.

Например:

Э0-2621В - экскаватор одноковшовый, 2-й размерной  группы, на базе трактора, с жесткой  подвеской рабочего оборудования, 1 - номер модели, В - модернизация;

Э0-3323А - экскаватор одноковшовый, 3-й размерной  группы (эксплуатационная масса 16,2 т), на пневмоколесном ходу, с жесткой  подвеской рабочего оборудования, 3-й  модели, А - модернизация;

ЭО-4126 - экскаватор одноковшовый, 4-й размерной  группы (25,1 т), на гусеничном ходу, с  жесткой подвеской, 6-й модели. 
 
 
 
 
 
 

Вопрос  №159.

     В числе электрических ручных машин  для обработки дерева выпускаются  электросверлилки, дисковые электропилы, ленточные электропилы, цепные электропилы, электродолбекники, электрорубанки, электролобзики, электрополировально-шлифовальный инструмент и др.