Механизация и автоматизация в строительстве

 

Федеральное агентство по образованию

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

 

 

Кафедра ТОМС

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

Механизация и автоматизация в строительстве

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Казань, 2009 год

 

 

 

Содержание

 

1. Понятие по механизации в строительстве

- понятие машин и механизмов

- основные требования, предъявляемые  машинам и механизмам

- основные элементы и  составляющие строительных машин

- основные технико-экономические  показатели строительных машин 

2. Грузоподъемные машины и механизмы

- простейшие механизмы

- способы и средства  захвата груза

- конструкция башенных кранов

- стреловые краны

3. Землеройные и землеройно-транспортные машины

- бульдозеры, скреперы, грейдеры

- экскаваторы

- экскаваторы непрерывного  капания

4. Буровые машины и механизмы
5. Машины для свайных работ
6. Машины и механизмы для бетонных работа
7. Основы автоматизации строительных процессов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Подъем городского строительство на качественно новый уровень возможен за счет последовательного проведения курса на дальнейшую его индустриализацию, существенного сокращения ручного труда, совершенствование структуры и организации строительного производства.

Современное городское строительство ведется индустриальными методами и представляет собой комплексно-механизированный поточный процесс монтажа зданий и сооружений из сборных элементов, изготовляемых на заводах и домостроительных комбинатах в условиях высокомеханизированного и автоматизированного производства. В настоящее время в городском строительстве используется огромный парк строительных машин и оборудований, позволяющие комплексно механизировать основные работы на всех стадиях строительного производства.

От инженера – строителя как руководителя и организатора современного высокомеханизированного строительства требуется знания принципов действия и устройства строительных машин и оборудований, факторов, влияющих на производительность и качество выполняемых работ, а также основ рационального выбора и правильной эксплуатации машин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Понятие по механизации в строительстве

 

Понятие машин и механизмов

 

Каждая машина состоит из сборочных единиц (элементов), выполняющих определенные функции при ее работе: силового оборудования (одного или нескольких двигателей) для получения механической энергии; рабочего оборудования для непосредственного воздействия на перерабатываемый материал и выполнения заданного технологического процесса; ходового оборудования (у переносных и стационарных машин оно отсутствует) для передвижения машины и передачи ее веса и рабочих нагрузок на опорную поверхность; передаточных механизмов (трансмиссии), связывающих рабочее и ходовое (у самоходных машин) оборудование с силовым; системы управления для запуска, останова и изменения режимов работы силового оборудования, включения, выключения, реверсирования, регулирования скоростей и торможения механизмов и рабочего органа машины; несущей рамы для размещения и закрепления на ней всех узлов и механизмов машины. Сборочные единицы многих строительных машин унифицированы. 

Машина представляет собой устройство, совершающее полезную работу с преобразованием одного вида энергии в другую. Она состоит из ярда механизмов различного назначения, объединенных общим корпусом, рамой и станиной. Механизмы включают в себя узлы в виде законченных сборочных единиц, представляющих совместно работающие детали. Деталь является частью машины, изготовленной в основном из однородного по наименованию и марке материала без использования сборочных операций. Их подразделяют на простые (заклепки, штифт, шпонка), сложные (распределительный вал, корпус редуктора и двигателя), общего (болты, валы, зубчатые колеса) и специального назначения, применяемые в различных видах машин (крюки кранов, корпусов ковшей экскаваторов, поршни насосов).

 

Основные требования предъявляемые машинам и механизмам

 

Основным назначением строительных машин является создание строительной продукции определенного качества, которое регламентируется определенными нормами или техническими условиями. Отношение объема строительной продукции ко времени ее создания характеризует один из важных показателей машин — производительность. Поэтому повышение производительности машины, качества выполняемых ею работ и снижение стоимости единицы выпускаемой ею продукции являются одними из основных требований, предъявляемых к строительным машинам. Для увеличения производительности машин необходимо в первую очередь: сокращение непроизводительных затрат машинного времени; улучшение использования мощности двигателя; повышение надежности и универсальности машин, улучшение приспособленности их к условиям работ; применение средств автоматизации; повышение КПД и др.

Снижению стоимости единицы продукции в значительной мере способствует уменьшение затрат на ремонт и техническое обслуживание машин, хранение и транспортирование. Поэтому при создании новых машин и их модернизации необходимо добиваться повышения их долговечности, ремонтопригодности и сохранности. Важным требованием является также ее транспортабельность. Для повышения качества выполняемых машиной работ требуется внедрение передовой технологии их изготовления, чему способствует более широкое производство машин из агрегатов и унифицированных сборочных единиц и деталей. Кроме указанных важным требованием к строительным машинам является их социальная приспособленность.

Социальной приспособленностью называют возможности обеспечивать безопасные и благоприятные условия труда работающего. Различают активную, пассивную и послеаварийную безопасность.

 

 

 

 

 

 

Основные элементы и составляющие строительных машин

 

Основные элементы строительных машин. В состав каждой строительной машины входят: рама или станина (обычно сварная конструкция, реже клепаная или литая), рабочее оборудование, силовое оборудование, трансмиссия, обеспечивающая  передачу энергии от силового оборудования к рабочему, системы управления, предназначаемые для включения  или выключения отдельных механизмов машины, ходовое оборудование (имеется только у передвижных машин).

Рамы строительных машин служат для крепления на них механизмов. Рамы стационарных машин, например, камнедробилок, смесителей, имеют отверстия для крепления их на фундаментах. Крупные машины — экскаваторы и самоходные краны — снабжены сложными рамами, состоящими из ходовых рам и поворотных платформ.

Рабочее оборудование строительных машин весьма разнообразно. Для самоходного крана — это стрела с грузовым канатом и крюковой подвеской; для экскаватора — это рукоять с ковшом или стрела с ковшом; для бульдозера — отвал с механизмом подъема и т. д. Общее требование, предъявляемое к рабочему оборудованию машин, — минимальные габаритные размеры при больших рабочих параметрах, обеспечивающих достижение максимальной производительности.

В качестве силового оборудования строительных машин широко применяют электродвигатели и двигатели внутреннего сгорания.

На современных строительных машинах трансмиссия (передача) энергии от силового оборудования к рабочим органам осуществляется механическими, гидромеханическими и гидрообъемнымн передачами, пневмоприводами и электроприводными линиями.

Механические трансмиссии могут включать все виды передач: фрикционные, ременные, зубчатые, червячные и цепные. В составе гидромеханических передач кроме механической трансмиссии имеется гидромуфта или гидротрансформатор, предохраняющие двигатель от перегрузки и обеспечивающего в ряде случаев регулирование скорости ведущего.

Гидрообъемные передачи включают гидронасос, создающий давление жидкости, передаваемой по трубопроводам к гидроцилиндру или к гидродвигателю, установленному непосредственно у рабочего органа.

При пневматическом приводе сжатый воздух от компрессора под давлением проходит по трубопроводам к исполнительным пневмоцилиндрам или ротационным двигателям, соединенным с рабочими органами машин.

Электрическая трансмиссия состоит из дизель-электрического привода, электропроводной сети и электродвигателей, встроенных в рабочий орган (например, барабан ленточного конвейера, ходовое колесо).

 

Основные технико-экономические показатели строительных машин

 

При выборе машин для производства строительных работ определенного виды и объема за основу принимают их технико-эксплуатационные и технико-экономические показатели, при сопоставлении которых находят оптимальные типоразмеры и количество машин для выполнения требуемых технологических операций. 

Основным технико-эксплуатационным показателем строительных машин является их производительность, которая определяется количеством продукции, выраженной в определенных единицах измерения (т, м3, м2, м), вырабатываемой или перемещаемой машиной за единицу времени – час, смену, месяц или год.

Различают три категории производительности машин: конструктивную, техническую и эксплуатационную.

Основными технико-экономическими показателями, позволяющими сравнивать качество различных машин одного назначения, являются удельные металлоемкость и энергоемкость, стоимость единицы продукции и выработка продукции на одного рабочего.

 

 

Грузоподъемные машины и механизмы

 

Простейшие механизмы

В строительстве грузоподъемные машины используют для перемещении строительных материалов, монтажа строительных конструкций, погрузочно-разгрузочных операций на складах строительных материалов, монтажа и обслуживания технологического оборудования в процессе его эксплуатации.

В зависимости от конструкции, конфигурации обслуживаемой зоны и назначения различают следующие основные группы грузоподъемных машин:

I группа — простейшие грузоподъемные устройства и машины — домкраты, тали и лебедки, используемые в основном в качестве вспомогательного оборудования на ремонтных и монтажных работах.

II группа — строительные подъемники, предназначаются для вертикального подъема грузов, размещаемых на грузовой платформе или насыпаемых в ковш, или же перемещающихся в направляющих.

III группа — строительные краны — наиболее сложные и универсальные грузоподъемные машины, которые поднимаемый груз могут перемещать в двух-трех направлениях по пространственной трассе произвольной конфигурации и различной протяженности.

 

Домкрат - подъем груза на большую высоту можно осуществлять домкратом в несколько последовательных приемов с перестановкой домкрата на подкладки, груз при этом удерживается на подставках. Домкраты используют также для передвижения и выверки конструкций при строительно-монтажных работах. Для подъем и выправки путевой решетки при сооружении верхнего строения железных дорог.

В строительных машинах домкраты широко применяют в качестве встроенных сборочных единиц самоподъемных подмостей, выносных опор кранов. Для подъема и передвижения больших грузов часто используют одновременно несколько домкратов. Домкраты разделяют на реечные, винтовые и гидравлические.

Реечный домкрат. При подъеме груза реечным домкратом из его корпуса выдвигается грузоподъемная зубчатая рейка с помощью рукоятки и передаточного механизма, состоящего из нескольких пар зубчатых колес. Для предотвращения опускания выдвинутой рейки и поднятого груза служит храповое устройство.

Рукоятка привода реечного домкрата снабжена грузоупорным тормозом. В верхней части рейки предусмотрен самоустанавливающийся оголовок, а в нижней части — консольный выступ (лапа) 5 для подъема низкорасположенного груза. Реечные домкраты изготовляют грузоподъемностью до 6 т, высотой подъема до 0,6 м.

Винтовой домкрат состоит из чугунного или стального (штампованного) корпуса, неподвижной гайки, поворотного винта с ленточной нарезкой и рукоятки с храповым двусторонним устройством (трещоткой), включающим корпус, собачку, свободно сидящую на оси, и пружину.

а — реечный; б — винтовой;                      1, 8 — оголовок;                                       2 — зубчатая передача;                                   3 — зубчатая рейка;                                      4, 12 — корпус;                                            5 —лапа;                                                       6, 9 — рукоятка;                                               7 — храповик;                                             10 — винт;                                                   11 —неподвижная гайка;                                   13 — корпус трещотки;                                    14 — пружина;                                         15 — ось;                                                             16 — собачка

 

 

а — общий вид; б — кинематическая схема; 1 — корпус;

2 — плунжер;

3 — вентиль;

4 — поршневой насос;

5 — шток; в — рычаг;

7 — бак;

8, 9 — клапан пускающим жидкость только в направлении от насоса к поршню домкрата.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лебедка - строительные лебедки используют при монтаже строительных конструкций и оборудования, для перемещения тяжелых грузов на строительных площадках, а также в качестве механизмов кранов, подъемников, копровых установок и других строительных машин. Лебедки классифицируют: по назначению — на подъемные  (для подъема грузов)  и тяговые (для горизонтального перемещения грузов); по виду привода — на приводные и ручные; по числу барабанов — на одно-, двухбарабанные и без барабана (с канатоведущим шкивом, рычажные).

Каждая лебедка (рис. 1) состоит из двух боковин 8, соединенных стяжными болтами 15, ведущего (рабочего) вала 1 с двумя приводными рукоятками 12, одного (у лебедок ТЛ-2А и ТЛ-ЗА) или двух (ТЛ-5А) промежуточных валов 4, блок-шестерни 13, зубчатых колес 5, 6, 9, 11, грузоупорного тормоза, оси 7 с гладким барабаном 14 для навивки каната. Валы передач вращаются в подшипниках скольжения боковин. Ось барабана жестко закреплена в боковинах. Автоматический грузоупорный тормоз состоит из храпового останова (храпового колеса 2 с собачкой 3), дискового тормоза 10 и обеспечивает торможение барабана при опускании груза и мгновенную остановку его, если рабочий отпустит приводную рукоятку. Подъем или перемещение груза осуществляется вращением приводных рукояток; при этом собачка скользит по зубьям храпового колеса. Опускание груза осуществляется вращением приводных рукояток в обратном направлении, причем собачка находится в зацеплении с храповым колесом. Изменение скорости подъема, опускания или перемещения груза производится передвижением шестерни 11 вдоль оси промежуточного вала и вводом ее в зацепление с блокшестерней.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полиспасты - представляет собой простейшее грузоподъемное устройство, состоящее из системы подвижных и неподвижных блоков (роликов), огибаемых гибким органом (обычно канатом). Полиспасты применяются как самостоятельные механизмы в сочетании с лебедками и как элементы сложных грузоподъемных машин (кранов).

Блоки (ролики) полиспаста размещаются в двух обоймах — подвижной и неподвижной — и последовательно огибаются одним канатом, к свободному концу или обоим концам которого прикладывается тяговое усилие. Неподвижная обойма блоков (роликов) крепится к несущей конструкции (мачте, стреле и т. п.), подвижная снабжается грузозахватным органом (крюком, петлей, скобой).

Полиспасты используются для выигрыша в силе (реже скорости). Выигрыш в силе тем больше, тем больше кратность полиспаста, равная числу рабочих ветвей каната, на которых подвешена подвижная обойма блоков полиспаста.

 

 

 

а — в четыре нитки; б — в шесть ниток;

  1 — неподвижные блоки;

2 — подвижные блоки;

3 — отводной блок;

4 — канат

 

 

 

 

 

 

 

Стрелы – основной рабочий орган крана. В зависимости от конструкции может быть выполнена подъемной-маневровой (рис.а), у которой вылет изменяется путем перемещения самой стрелы с подвешенной к ее концу груза на допускаемый угол, либо балочной горизонтальной (рис.б), по которой перемещается грузовая тележка, несущая грузовой полиспаст с крюковой подвеской.

Для увеличения высоты подъема груза применяют различные виды комбинированных стрел (рис.в) ломаной формы. На подъемных стрелах устанавливают дополнительные стрелы различной длины, так называемые «гуськи». В балочных стрелах головная секция по отношению к корневой может быть установлена во время работы горизонтально или наклонно под углом до 450, а грузовая тележка может перемещаться по ним с грузом. Применение шарнирных сочлененных стрел позволяет крану работать в больших диапазонах по вылету и высоте подъема крюка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Способы и средства захвата груза

 

Строповка — это совокупность методов обвязки и зацепки грузов для их подъема и перемещения грузоподъемными машинами (кранами). К строповке конструкций предъявляют следующие требования: строповые устройства, их крепление к поднимаемой конструкции и грузоподъемному крану должны быть надежными; трудоемкость и продолжительность операции строповки и расстроповки должны быть минимальными; использование строповых приспособлений, устройств должно быть многократным (приспособления должны быть инвентарными); расстроповка должна производиться на расстоянии (без подъема стропальщика к месту строповки); строповка должна исключать нарушение формы и прочности конструкции, а также ее падение и опрокидывание.

Для строповки различных строительных грузов для разового подъема вместо специальных грузозахватных устройств можно применять обычные канаты путем вязки их в узлы и петли. Для предохранения канатов от перетирания при обвязке грузов с острыми кромками следует устанавливать предохранительные подкладки. При свободной укладке груза на петлевые стропы его перемещение (независимо от числа петель на стропе) допускается только при наличии элементов, предотвращающих смещение в продольном направлении. При перемещении канатными стропами грузов, имеющих острые ребра, необходимо между ребрами и канатами размещать прокладки, предохраняющие последние от повреждений. Прокладки изготавливаются из дерева, разрезанной трубы, резинотканевых шлангов, плоских ремней и т.д. Для обеспечения безопасной работы по перемещению грузов кранами на стройке разрабатываются схемы строповки перемещаемых грузов, которые обязательно приводятся в ППР.

                  

Строповка металлопроката:                        

 

а — одиночный груз;                   б — пакет листовой стали; в — бухты проволоки;              г — пакет двутавровых балок;                                     д — пакет листовой стали (захваты располагают симметрично относительно центра тяжести пакета на расстоянии 1/3 длины от края);                                          е — эксцентриковые зажимные устройства;                   1 — струбцина;                               2 — скоба монтажная;                   3 —проставка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конструкция башенных кранов

 

Башенный кран — это грузоподъемная машина со стрелой, закрепленной в верхней части вертикальной башни и выполняющая работу по перемещению и монтажу конструкций за счет сочетания рабочих движений: подъема и опускания груза, изменения вылета, передвижения самого крана по рельсам и поворота стрелы с грузом. Большая обслуживаемая рабочая зона, определяемая длиной подкрановых рельсовых путей и двойным вылетом груза, в сочетании с большим подстреловым пространством обусловили широкое использование башенных кранов как основной грузоподъемной машины для выполнения строительно-монтажных работ в гражданском, промышленном и энергетическом строительстве.

Типы и параметры башенных кранов определяются их технологическим назначением. Параметры башенных кранов регламентируются ГОСТами. Главным параметром      башенного      крана      является грузоподъемность, т. е. наибольшая масса груза на соответствующем вылете. Поскольку грузоподъемность стреловых кранов переменна, ее характеризуют грузовым моментом. К основным параметрам относятся минимальный и максимальный вылеты, высота подъема и глубина опускания крюка, скорости рабочих движений, габариты, масса крана, показатели мощности и опорные нагрузки.

Башенный кран представляет собой свободно стоящий полноповоротный кран, остов которого выполнен в виде развитой по высоте башни, в верхней части которой установлена стрела. Помимо стрелы и башни, кран имеет следующие основные части: опорную конструкцию, противовес, устройства для подъема груза и изменения вылета, опорно-поворотное устройство и ходовое устройство (для передвижных кранов). Опорная конструкция, выполняемая в виде П-образной рамы, называется порталом.

По принятому в РФ типажу выпуск строительных башенных кранов предусматривается грузоподъемностью от 0,5 до 160 т. Современные передвижные башенные краны средней и большой мощности имеют вылет крюка от 7 до 50 м, скорость подъема основного крюка до 30 м/мин, частоту вращения при повороте стрелы 0,17—0,5 об/мин и скорость передвижения крана 10—12 м/мин Высота подъема груза при поднятой стреле достигает 100 м

Несущая конструкция крана, состоящая из башни и стрелы, имеет Г-образную форму с большим и свободным подстреловым пространством, что обеспечивает не только удобную подачу грузов, по и монтаж, и установку различных конструкций и оборудования.

Башенные краны могут быть: стационарными — неподвижными, обслуживающими площадку с одной стоянки; передвижными— для перемещения вдоль фронта работ (чаще — на рельсовом и реже — на пневмоколесном ходу), самоподъемными, устанавливаемыми непосредственно на возводимом сооружении, самостоятельно перемещающимися по высоте с одной стоянки на другую.

Разновидностью стационарных башенных кранов являются так называемые приставные краны, которые выполняются с башнями, прикрепляемыми к возводимому сооружению и наращиваемыми по мере увеличения его высоты.

По грузоподъемности башенные краны разделяются на краны общего назначения малой мощности — грузоподъемностью до 5 т, краны средней мощности — грузоподъемностью до 25 т и краны большой мощности — грузоподъемностью от 25 до 160 т.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стреловые краны

 

Самоходные стреловые краны состоят из двух основных частей: опорно-ходовой части и установленной на ней поворотной крановой части.

Эти краны имеют механизмы: подъема груза, изменения вылета крюка, вращения и передвижения. Подъемных механизмов может быть два. В грейферных кранах они применяются для замыкающего и поддерживающего (подъемного) канатов; в кранах крюковых большой грузоподъемности один подъемный механизм используется для подъема больших грузов с малой скоростью, другой — с полиспастом малой кратности для подъема малых грузов с большой скоростью. Все механизмы крана, кроме механизма передвижения, размещаются на поворотной раме.

Самоходные стреловые краны универсальны и могут быть использованы с различными видами рабочего, силового и ходового оборудования.

В зависимости от выполняемой работы краны оборудуются различными по конструкции стрелами (прямолинейными, изогнутыми с оголовком, телескопическими, с гуськом) и башенно-стреловым оборудованием.

Использование телескопических стрел позволяет увеличивать обслуживаемую краном зону с одной стоянки, а также улучшает условия перемещения крана в транспортном положении, не требуя демонтажа стрелы. При оборудовании крана телескопической стрелой можно бесступенчато изменять ее длину к с большой точностью подавать груз в узкие и труднодоступные места.

Башенно-стреловое оборудование значительно расширяет область применения стреловых кранов; краны с таким рабочим оборудованием могут с успехом заменить башенные рельсовые краны.

Самоходные стреловые краны весьма близки по конструкции и принципиально отличаются главным образом устройством ходового оборудования. По этому признаку эти краны разделяются на гусеничные, автомобильные, пневмоколесные, железнодорожные и тракторные. В РФ предусматривается выпуск самоходных стреловых кранов грузоподъемностью от 6,3 до 250 т.

Самоходные стреловые краны находят в гидротехническом строительстве широкое применение на строительно-монтажных и перегрузочных работах. Их применяют также для подачи бетонной смеси в блоки бетонирования сравнительно невысоких сооружений при работе со дна котлована или как вспомогательные краны при работе с бетоноукладочных эстакад или с кабель-кранами.

Железнодорожные краны в современном строительстве применяют редко, они вытесняются более прогрессивными кранами — гусеничными и пневмоколесными.

 

 

Автомобильные краны

 

Автомобильные краны являются наиболее маневренными из всех самоходных передвижных кранов. Поворотная часть этих кранов монтируется на шасси грузового автомобиля. Наибольшая грузоподъемность крана в известной мере зависит от грузоподъемности шасси автомобиля, однако обычно определяется для крана, установленного на выносные опоры. Грузоподъемность крана, не установленного на выносные опоры, обычно не превышает 30% максимальной.

Отечественной промышленностью серийно выпускаются автомобильные краны с максимальной грузоподъемностью от 2,5 до 16 т, в том числе грузоподъемностью 6,3 и 10 т — с гидравлическим приводом.

Скорость передвижения автомобильных кранов без груза составляет 25—60 км/ч, с грузом — до 5 км/ч. Скорость подъема груза 8—13 м/мин; скорость поворота платформы 0,5—1,35 об/мин.

 

 

 

 

 

Гусеничные краны

 

Гусеничный кран представляет собой самоходный полноповоротный стреловой кран, у которого поворотная крановая часть установлена на гусеничных ходовых тележках.

Гусеничные краны ранее выпускались лишь как разновидность одноковшовых гусеничных экскаваторов (кран-экскаваторы). Однако практика использования таких кранов показала их вполне удовлетворительную работу на грузоподъемных операциях, преимущественно с грейфером, и недостаточную приспособленность для выполнения строительно-монтажных работ. Поэтому в настоящее время выпускаются два типа гусеничных кранов: а) предназначенные для перегрузочных работ — разновидность гусеничных одноковшовых экскаваторов со сменным крановым с групповым приводом механизмов; б) специальные монтажные.

Монтажные гусеничные краны имеют грузоподъемность от 25 до 250 т, невысокие скорости рабочих движений, стреловое оборудование большой длины и индивидуальные электроприводы всех механизмов.