1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Строительные и дорожные машины» МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ Лабораторный практикум для студентов специальности 1-36 11 01 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» Под редакцией В. В. Яцкевича Минск БНТУ 2012 2 УДК 624.132.3(076.5) ББК 38.623я7 М38 Составители: В. В. Яцкевич, А. А. Бежик, Ю. В. Соколовский Рецензенты: доцент кафедры «Горные машины» Белорусского национального технического университета, канд. техн. наук Г. В. Казаченко; заведующий кафедрой «Теоретическая механика и теория машин и механизмов» Белорусского государственного агротехнического университета, д-р техн. наук, профессор А. Н. Орда Машины для земляных работ : лабораторный практикум для сту- дентов специальности 1-36 11 01 «Подъемно-транспортные, строи- тельные, дорожные машины и оборудование» / В. В. Яцкевич, А. А. Бежик, Ю. В. Соколовский ; под ред. В. В. Яцкевича. – Минск : БНТУ, 2012. – 94 с. ISBN 978-985-525-899-6. Лабораторный практикум содержит задания, описания устройства и работы ма- шин для земляных работ, их сменных рабочих органов и технические характеристики этих машин. Лабораторный практикум предназначен для студентов специальности 1-36 11 01 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование», также мо- жет быть рекомендован для студентов других машиностроительных специальностей. УДК 624.132.3(076.5) ББК 38.623я7 ISBN 978-985-525-899-6 © Белорусский национальный технический университет, 2012 М38 3 ВВЕДЕНИЕ Инженерному персоналу строительных и проектных организа- ций необходимо знать парк машин для земляных работ, уметь вы- бирать оптимальные режимы технологических процессов и необхо- димые сменные рабочие органы в конкретных производственных условиях, а также правильно подбирать комплекты машин для ме- ханизированных процессов в строительстве дорог и земляных со- оружений. В лабораторном практикуме приведен материал, необходимый студентам для аудиторных занятий и самостоятельного практиче- ского изучения машин для земляных работ. 4 Лабораторная работа № 1 ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА БУЛЬДОЗЕРОВ Задание 1. Изучить назначение, классификацию, устройство и работу бульдозеров, их технические характеристики. 2. Описать назначение и устройство бульдозеров, их рабочий процесс. 3. Вычертить схемы бульдозеров с неповоротным и поворотным отвалами, описать их устройство. 4. Изучить основные типы и характеристики бульдозерного обо- рудования и вычертить его схему. Бульдозеры представляют собой самоходные землеройно-транс- портные машины, предназначенные в основном для срезания, пла- нировки и перемещения грунтов и материалов на расстояние до 150 м (60–80 м – гусеничные бульдозеры, 80–150 м – колесные бульдозеры). В настоящее время на земляных работах бульдозеры выполняют 30–40 % общего объема всех работ. Классификация. Бульдозеры классифицируют по следующим основным признакам: – по назначению: бульдозеры общего назначения, используемые для выполнения основных видов землеройно-транспортных и вспо- могательных работ в различных грунтовых и климатических услови- ях, и специальные, применяемые для выполнения целевых работ в специфических грунтовых или технологических условиях (к ним от- носятся бульдозеры-толкачи, подземные и подводные бульдозеры); – по тяговому классу (номинальному тяговому усилию) базо- вых машин: малогабаритные (до 0,9 т), легкие (1,4–4 т), средние (6–15 т), тяжелые (25–35 т) и сверхтяжелые (свыше 35 т); – по типу ходового устройства: гусеничные и пневмоколесные; – по типу конструкции рабочего органа: с неповоротным в плане отвалом, постоянно расположенным перпендикулярно про- дольной оси базовой машины, и с поворотным отвалом, который может устанавливаться перпендикулярно или под углом до 53° в обе стороны к продольной оси машины. 5 По типу системы управления отвалом различают бульдозеры с гидравлическим и механическим (канатно-блочным) управлением. При гидравлической системе управления подъем и опускание отва- ла осуществляются принудительно одним или двумя гидроцилин- драми двустороннего действия. Бульдозеры с механическим управ- лением в настоящее время промышленностью не выпускаются. Рассмотрим устройство бульдозера с неповоротным отвалом (рисунок 1.1). На базовом тракторе 1, снабженном гидросистемой и гидроцилиндрами 2, с помощью опорных шарниров 8 установлен отвал 3 с козырьком 4, ножами 5 и толкающими брусьями 6. Верх- няя часть отвала соединена с толкающими брусьями винтовыми раскосами 7, обеспечивающими возможность поперечного перекоса отвала и изменения его угла резания в небольших пределах. Рисунок 1.1 – Устройство бульдозера с неповоротным отвалом: 1 – базовый трактор; 2 – гидроцилиндр; 3 – отвал; 4 – козырек; 5 – ножи; 6 – толкающий брус; 7 – раскос; 8 – опорный шарнир; 9 – плита с пальцами; 10 – шарнирный палец 6 Для соединения с толкающими брусьями на рамах гусеничных тележек установлены плиты 9 с опорными пальцами. Соединение штоков гидроцилиндров с проушинами на отвале снабжено шаро- выми подшипниками. В опорных шарнирах брусьев предусмотрен определенный зазор. Благодаря такому соединению толкающих брусьев и штоков гидро- цилиндров обеспечивается не только нормальная работа отвала при качании гусениц, но также возможность перекоса отвала в попереч- ной плоскости за счет определенной свободы в шарнирах и некото- рого изгиба отвала. Шарнирные пальцы 10 при перекосе отвала мо- гут поворачиваться, уменьшая тем самым напряженное состояние его конструкции. Отвал 3 в нижней части снабжен тремя ножами: средним, левым и правым. В последнее время отвалы оборудуют двумя средними ножами. Толкающий брус 6 имеет коробчатое сечение. Спереди он снаб- жен проушиной и кронштейном, на конце которого во втулке уста- новлен поворотный шарнирный палец. Положение этого пальца можно регулировать. Это необходимо для того, чтобы обеспечить возможность поворота отвала вокруг этой оси при изменении угла резания или перекосе отвала. Для соединения с винтовым раскосом 7 толкающий брус 6 сверху снабжен кронштейном. Раскос 7 состоит из винта с проушиной и собственно раскоса с про- ушиной и трубой, в которую вварен цилиндрический вкладыш с внут- ренней резьбой. Внутренняя часть винта смазывается через масленку. Вытеканию смазочного материала из внутренней полости препятству- ет уплотнение. В средней части трубы раскоса сделаны отверстия, с помощью которых ее можно поворачивать рычагом или ломиком. Изменением длины раскосов в одну сторону регулируют угол резания отвала, а в разные – его перекос в ту или другую сторону. От произ- вольного развинчивания раскос фиксируется стопорным болтом. Гидроцилиндры двустороннего действия 2 обеспечивают подъ- ем, опускание, фиксацию в необходимом положении и «плаваю- щее» положение отвала. В этом случае он может под действием си- лы тяжести занимать любое положение, опираясь ножами на по- верхность грунта. Управляют гидроцилиндром из кабины с помощью гидрораспре- делителя гидросистемы трактора, с которой он соединен гибкими рукавами. 7 При длительных переездах гидроцилиндр может разгружаться с помощью транспортной подвески, которая представляет собой ско- бу, шарнирно закрепленную на кронштейне гидроцилиндра. На кронштейне отвала, используемом для соединения со штоком гид- роцилиндра, снизу сделан выступ, на который при транспортном положении отвала надевают скобу. Кронштейн гидроцилиндра выполнен сварным в виде двух про- дольных балок, соединенных спереди стойками и поперечиной с кронштейном в середине. Продольные балки снабжены упорами и плитами с отверстиями для крепления к переднему брусу рамы трактора. В кронштейне на поперечине выполнены отверстия с втулками для установки рамы крепления гидроцилиндра. Для со- единения с рамой на гильзе гидроцилиндра приварены цапфы, ко- торые входят во втулки, помещающиеся в отверстиях рамы. Шарнирные соединения гидроцилиндра с рамой и рамы с кронш- тейном расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях и вместе образуют универсальный шарнир, позволяющий гидроци- линдру качаться в продольном и поперечном направлениях. Благо- даря такому креплению гидроцилиндр разгружен от каких-либо по- перечных нагрузок, которые могли бы возникнуть из-за неточности изготовления и внецентренных нагрузок на отвал. Технические характеристики бульдозеров с неповоротным отва- лом представлены в таблице 1.1. Таблица 1.1 – Технические характеристики бульдозеров с неповоротным отвалом Параметр Марка машины ДЗ-42Г ДЗ-110В ДЗ-24 ДЗ-118 Тяговый класс трактора 3 10 15 25 Базовый трактор ДТ-75 Т-130МГ-1 Т-180Г ДЭТ-250М Мощность двигателя, кВт 66 118 132 243 Размеры отвала, мм: – длина – высота 2520 800 3220 1300 3920 1350 4310 1550 Наибольший подъем отвала, мм 830 955 960 970 8 Окончание таблицы 1.1 Параметр Марка машины ДЗ-42Г ДЗ-110В ДЗ-24 ДЗ-118 Наибольшее заглубление отвала, мм 410 400 320 550 Угол установки отвала в плане, град 90 90 90 90 Угол резания, град 55 55 45–55 45–62 Угол поперечного пере- коса отвала, град – ±6 ±4 ±12 Наибольшие преодоле- ваемые уклоны, град 20 – – – Объем грунта, переме- щаемого отвалом, м3 1,63 – 4,5 7,5 Скорость движения, км/ч: – вперед – назад 5,30–11,18 4,54 3,70–10,27 3,56–9,9 – – 1,14–19 1,14–19 Габаритные размеры бульдозера, мм 4980 2520 2650 5500 3300 3300 6590 3920 3300 7600 4540 3300 Масса, кг: – эксплуатационная бульдозера – бульдозерного оборудования 7080 890 16 600 1910 18 340 2900 36 440 4900 Рассмотрим устройство бульдозера с поворотным отвалом (ри- сунок 1.2). Основные сборочные единицы бульдозерного обору- дования – универсальная рама 7 и отвал 5. Рама 7 опорными шар- нирами 8 и опорами 9 соединена с рамами гусеничных тележек базового трактора 1, а через кронштейны в ее передней части – с головками штоков гидроцилиндров 2. Отвал 5 с козырьком 4 и ножами 6 соединен с рамой 7 толкателями 3 и шаровым гнездом 10. Отвал представляет собой сварную коробчатую конструкцию с кри- волинейным лобовым листом. Универсальная рама 7 представ- ляет собой сварную подковообразную конструкцию из двух согну- тых брусьев коробчатого сечения, сваренных из швеллеров и листов или уголков. Универсальной рама называется потому, что ее используют не только для бульдозеров с гидравлическим управлением, но также 9 для других видов навесного оборудования (кусторезов, корчевате- лей, снегоочистителей). Толкатели 3 служат для крепления отвала к раме и изменения его положения при работе. Они выполнены в виде брусьев коробчатого или трубчатого сечения и винтовых раскосов. Раскосы связаны между собой шарнирными соединениями, которые позволяют из- менять расстояние между местами крепления к раме и отвалу. Угол резания и перекос в ту или иную сторону изменяют регулирова- нием длины раскосов толкателей, а угол в плане – перестановкой шкворней толкателей в различные кронштейны на раме. Техниче- ские характеристики бульдозеров с поворотным отвалом представ- лены в таблице 1.2. Бульдозеры оснащаются различными типами отвалов (рисунок 1.3). Рисунок 1.2 – Бульдозер с поворотным отвалом: 1 – трактор; 2 – гидроцилиндр; 3 – толкатель; 4 – козырек; 5 – отвал; 6 – нож; 7 – универсальная рама; 8 – опорный шарнир; 9 – опора; 10 – шаровое гнездо 10 Рисунок 1.3 – Основные типы отвалов бульдозеров: 1 – прямой поворотный; 2 – прямой неповоротный; 3 – полусферический; 4 – сферический Таблица 1.2 – Технические характеристики бульдозеров с поворотным отвалом Параметр Марка машины ДЗ-101А ДЗ-109Б ДЗ-25 ДЗ-60ХЛ Тяговый класс трактора 4 10 15 35 Базовый трактор Т-4АП2-С1 Т-130МГ-1 Т-180ГП Т-330 Мощность двигателя, кВт 95,6 118 132 250 Размеры отвала, мм: – длина – высота 2600 950 4120 1140 4430 1200 5480 1420 Наибольший подъем отвала, мм 700 935 900 1118 Наибольшее заглубление отвала, мм 310 535 300 790 Угол установки отвала в плане, град 63-90 53–90 70–90 53–90 Угол резания, град 55 55 45–55 45–60 Угол поперечного пере- коса отвала, град ±6 ±6 ±5 ±6 Наибольшие преодоле- ваемые уклоны, град 20 – – – Объем грунта, переме- щаемого отвалом, м3 1,7 – 4,5 8 Скорость движения, км/ч: – вперед – назад 2,20–9,30 4,00–6,10 3,70–10,27 3,56–9,90 – 4,70–16,40 3,90–13,70 11 Окончание таблицы 1.2 Параметр Марка машины ДЗ-101А ДЗ-109Б ДЗ-25 ДЗ-60ХЛ Габаритные размеры бульдозера, мм 4650 2680 2510 5800 4200 3130 7000 4430 3300 7300 5480 3450 Масса, кг: – эксплуатационная бульдозера – бульдозерного оборудования 10 400 1440 16 443 2193 19 320 3960 44 690 8420 Рабочий цикл бульдозера представлен на рисунке 1.4: при дви- жении машины вперед отвал с помощью системы управлении за- глубляется в грунт, срезает ножами слой грунта и перемещает впе- реди себя образовавшуюся грунтовую призму волоком по поверх- ности земли к месту разгрузки; после отсыпки грунта отвал под- нимается в транспортное положение, машина возвращается к месту набора грунта, после чего цикл повторяется. Рисунок 1.4 – Рабочий цикл бульдозера: а – резание; б – транспортирование с подрезанием; в – отсыпка; г – возврат назад (холостой ход) Максимально возможный объем призмы волочения современные бульдозеры набирают на участке длиной 6–10 м. Экономически це- лесообразная дальность перемещения грунта не превышает 60–80 м для гусеничных бульдозеров и 80–150 м для пневмоколесных ма- шин. Преимущественное распространение получили гусеничные а б в г 12 бульдозеры, обладающие высокими тяговыми усилиями и прохо- димостью. Чем выше тяговый класс машины, тем больший объем земляных работ она способна выполнять и тем более прочные грун- ты способна разрабатывать. К основным параметрам бульдозерного оборудования (рисунок 1.5) относятся высота без козырька Н и длина В отвала (м), радиус кри- визны отвала r, основной угол резания δ, задний угол отвала α, угол заострения ножей β, угол перекоса отвала ε и угол поворота (у пово- ротных машин) отвала в плане γ (град), высота подъема отвала h1 над опорной поверхностью h2 и глубина опускания отвала ниже опорной поверхности (м), напорное Т и вертикальное Р усилия на режущей кромке (кН), скорости подъема vп и опускания vо отвала (м/с). Рисунок 1.5 – Основные параметры бульдозерного оборудования Бульдозеры-рыхлители. Часто бульдозеры оборудуются до- полнительным рабочим оборудованием – рыхлителем (рисунок 1.6), который предназначен для рыхления прочных и мерзлых грунтов и представляет собой навесное или прицепное оборудование к гусе- ничным тракторам или базовым тягачам различной мощности и с разным тяговым усилием. 13 Рисунок 1.6 – Бульдозер-рыхлитель: 1 – бульдозерный отвал; 2 – базовый трактор; 3 – навеска; 4, 9 – тяги; 5 – гидроцилиндр; 6 – рама; 7 – зуб; 8 – наконечник Бульдозеры-рыхлители эффективно разрабатывают мерзлые и многие крепкие грунты. Кроме того, используются специальные машины-рыхлители при установке рыхлительного оборудования на базовой машине-тягаче. Технические характеристики бульдозеров рыхлителей представлены в таблице 1.3. Рыхлители классифицируют: – по максимальной силе тяги по сцеплению базового трактора: легкие (тяговое усилие – 30–100 кН, глубина рыхления – до 400 мм), средние (100–150 кН, глубина рыхления – до 500 мм), тяжелые (150–250 кН, глубина рыхления – до 700 мм) и сверхтяжелые (свыше 250 кН, глубина рыхления – свыше 700 мм); – по мощности двигателя базовой машины: легкие (меньше 120 кВт), средние (120–250 кВт), тяжелые (250–500 кВт) и сверх- тяжелые (500–1000 кВт). Применяют три основные схемы навесных устройств рыхлите- лей (рисунок 1.7), которые отличаются механизмами опускания зу- бьев при заглублении и их подъеме (выглублении): радиальную (трехзвенную), параллелограммную (четырехзвенную), параллело- граммную регулируемую. Основным отличием этих схем является траектория движения режущей части рабочего органа. 14 Рисунок 1.7 – Схемы устройства навесных рыхлителей: а – радиальная (трехзвенная); б – параллелограммная (четырехзвенная) По радиальной схеме (рисунок 1.7, а) острие наконечника зуба перемещается при подъеме и опускании рамы по дуге. Угол рыхле- ния (резания) изменяется от 60° до 80°, вследствие чего требуется большое усилие при заглублении. При наибольшей глубине рых- ления рама занимает горизонтальное положение. Угол рыхления должен иметь возможность изменяться при рыхлении в пределах 30–60°, что при радиальной схеме требует перестановки зуба, для чего изменяется его вылет относительно поперечной балки, а сле- довательно, меняется и глубина. Таблица 1.3 – Технические характеристики бульдозеров-рыхлителей Параметр Марка машины ДЗ-117А ДЗ-116В ДЗ-126А ДЗ-95С Тяговый класс трактора 10 10 25 35 Базовый трактор Т-130МГ-1 Т-130МГ-1 ДЭТ-250М Т-330 Мощность двигателя, кВт 118 118 243 250 Бульдозерное оборудование ДЗ-109 ДЗ-110В ДЗ-118 ДЗ-60ХЛ Рыхлительное оборудование ДП-29С – ДП-9С ДП-10С Тип навески Четырехзвенная Число зубьев 1 1 1–3 1–3 Угол рыхления, град 45 48 50 45 Расстояние между осями зубьев, мм – – 1020 850 а б 15 Окончание таблицы 1.3 Параметр Марка машины ДЗ-117А ДЗ-116В ДЗ-126А ДЗ-95С Ширина наконечника зуба, мм 60 60 105 114 Глубина рыхления, мм 450 450 700 700 Скорость движения, км/ч: – вперед – назад 3,70–10,27 3,56–9,90 2,37–10,50 3,32–12,60 1,14–19,0 1,14–19,0 4,70–16,40 3,90–13,70 Габаритные размеры бульдозера, мм 6700 4200 3300 6400 3235 3300 8950 4310 3180 9130 5480 3450 Масса, кг: – эксплуатационная бульдозера – бульдозерного оборудования 17 856 1400 17 800 1400 40 715 5925 49 930 5240 Параллелограммная схема рабочего оборудования рыхлителя при- ведена на рисунке 1.7, б. В этом рыхлителе поперечная балка, в ко- торой устанавливается зуб, крепится к четырехточечной подвеске, представляющей собой параллелограмм. При работе бульдозера-рыхлителя одновременно с перемещени- ем машины зубья заглубляются в грунт. После заглубления их на глубину, обеспечивающую движение трактора на оптимальной ско- рости, машина продолжает перемещаться с сохранением этой глу- бины, затем зубья выглубляются до выхода из грунта. После про- ходки участка определенной длины рыхлитель поворачивают и по- вторяют процесс в обратном направлении. При небольшой длине участка работу осуществляют без разворота трактора. Длину каж- дой проходки выбирают в зависимости от условий работы и от того, в сочетании с какими машинами работает рыхлитель. При разра- ботке пород в карьерах значительной глубины их рыхлят послойно. После рыхления грунта осуществляется его перемещение бульдо- зерным отвалом. Контрольные вопросы 1. Для каких видов работ предназначены бульдозеры? 2. По каким признакам классифицируются бульдозеры? 3. Какие вы знаете основные узлы бульдозеров? 16 4. Какие вы знаете основные типы рабочего оборудования буль- дозеров? 5. Какие вы знаете основные параметры базовых машин и рабо- чего оборудования бульдозеров с неповоротным отвалом? 6. Какие вы знаете основные параметры базовых машин и рабо- чего оборудования бульдозеров с поворотным отвалом? 7. Какие типы бульдозерных отвалов вы знаете? 8. Перечислите геометрические параметры отвалов. 9. Какие основные операции рабочего цикла бульдозера вы мо- жете назвать? 10. Каким дополнительным оборудованием могут оснащаться бульдозеры? 11. По каким признакам классифицируются бульдозеры-рых- лители? 12. Какие схемы устройства навесных рыхлителей вы знаете? 13. Какие основные технические характеристики бульдозеров- рыхлителей вы можете перечислить? 14. Каким образом осуществляется рабочий процесс рыхлителя? 17 Лабораторная работа № 2 ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА СКРЕПЕРОВ Задание 1. Изучить назначение, классификацию, устройство и работу скреперов, их технические характеристики. 2. Вычертить принципиальные компоновочные схемы скреперов. 3. Описать назначение и классификацию скреперов, их рабочий процесс. 4. Вычертить основные этапы рабочего цикла самоходного скре- пера. 5. Вычертить схему прицепного скрепера, описать его устройство. Скрепер является самоходной или прицепной (к гусеничному или колесному трактору, колесному тягачу) землеройно-транспорт- ной машиной, рабочим органом которой служит ковш на пневмоко- лесах, снабженный в нижней части ножами для срезания слоя грун- та. Скреперы предназначены для послойного копания, транспорти- рования, послойной отсыпки, разравнивания и частичного уплотне- ния грунтов I–IV категорий при инженерной подготовке территории под застройку, планировке кварталов, возведении насыпей, разра- ботке широких траншей и выемке под различные сооружения и ис- кусственные водоемы и др. Наиболее эффективно скреперы рабо- тают на непереувлажненных средних грунтах (супесях, суглинках, черноземах), не содержащих крупных каменистых включений. При разработке скреперами тяжелых грунтов их предварительно рыхлят на толщину срезаемой стружки. Главным параметром скреперов является геометрическая вместимость ковша (м3), которая лежит в основе типоразмерного ряда этих машин. Скреперы классифицируют: – по вместимости ковша: машины малой (до 5 м3), средней (5–15 м3) и большой (свыше 15 м3) вместимости; – по способу загрузки ковша: с пассивной загрузкой движущим усилием срезаемого слоя грунта, с принудительной загрузкой с по- мощью скребкового элеватора. 18 В скреперах с пассивной загрузкой (рисунок 2.1, а, б, в, е, ж) грунт отделяется от массива и поступает в ковш со свободным за- полнением за счет тягового усилия. Заполняется ковш в результате продвижения стружки сквозь грунт, уже накопившийся в нем. В скреперах с принудительной загрузкой (рисунок 2.1, г, д) грун- товая стружка отделяется также за счет тягового усилия, но подает- ся в ковш элеватором. Скреперы с элеваторной загрузкой наиболее рационально используются на сыпучих грунтах при выполнении небольших объемов работ; Рисунок 2.1 – Компоновочные схемы скреперов: а – прицепной с гусеничным трактором; б – полуприцепной с гусеничным трактором; в – самоходный; г – самоходный с принудительной элеваторной загрузкой; д – прицепной с принудительной элеваторной загрузкой; е – двухдвигательный с одноосным тягачом; ж – дизель-электрический четырехколесный а б в г д е ж ведомое колесо ведущее колесо мотор-колесо ведущая гусеница 19 – по способу разгрузки ковша: с принудительной разгрузкой при выдвижении стенки ковша вперед (основной способ) (рисунок 2.2), со свободной (самосвальной) разгрузкой опрокидыванием ковша вперед по ходу машины. Рисунок 2.2 – Способы разгрузки скреперов в транспортном (I) и разгрузочном (II) положении; а – свободная, наклоном вперед; б – свободная, наклоном назад; в – принудительная, движением вперед задней стенки; г – принудительная, движением назад передней заслонки; д – полупринудительная, наклоном вперед днища и задней стенки; е – полупринудительная щелевая, наклоном вперед днища и задней стенки: 1 – ковш; 2 – передняя заслонка; 3 – задняя заслонка; 4 – подвижная задняя стенка; 5 – подвижные днище и задняя стенка Свободная разгрузка характерна для машин малой мощности, хотя определенным недостатком ее является неполное опорожнение ковша, особенно при разработке липких грунтов. Принудительная и полупринудительная разгрузка, обеспечивающая наилучшее опо- рожнение ковша, применяется главным образом в машинах средней и большой вместимости; – по способу агрегатирования с тяговыми средствами: прицеп- ные (см. рисунок 2.1, а) к гусеничным тракторам и двухосным ко- лесным тягачам; полуприцепные (см. рисунок 2.1, б) и самоходные, а г б д в е 20 агрегатируемые с одноосными (см. рисунок 2.1, в) и двухосными колесными тягачами. Прицепные скреперы в агрегате с базовыми гусеничными тракто- рами используют при дальности транспортирования от 150 м до 1 км. Полуприцепные и самоходные скреперы, агрегатируемые с базо- выми быстроходными колесными тягачами применяют при дально- сти транспортирования от 300 м до 3 км и более (в условиях бездо- рожья их использование рентабельнее автосамосвалов). При даль- ности транспортирования на расстояние более 3 км при наличии хороших дорог обычно применяются автосамосвалы, груженые экс- каватором. При наполнении ковша скорость движения скреперов составляет 2–4 км/ч, при транспортном передвижении – 0,5–0,8 максимальной скорости трактора или тягача; – по способу управления рабочим органом: с канатно-блочным (механическим) – сейчас не используются, гидравлическим и элек- трогидравлическим управлением. Выпускаемые в настоящее время скреперы имеют гидравлическую или электрогидравлическую систему управления рабочим органом, которая обеспечивает принудительное опускание, подъем и разгрузку ковша, изменение глубины резания, подъем и опускание передней за- слонки ковша с помощью гидроцилиндров двойного действия. Прину- дительное заглубление ножей ковша в грунт позволяет довольно точно регулировать толщину срезаемой стружки, сокращать время набора грунта и эффективно разрабатывать плотные грунты. В строительстве используются: прицепные скреперы ДЗ-111А с ковшом вместимостью 4,5 м3, ДЗ-149-5 с ковшом 8 м3, ДЗ-77А, ДЗ-77-1, ДЗ-77-2 и ДЗ-172 с ковшом 8,8 м3, ДЗ-79 с ковшом 16,2 м3; полуприцепные и самоходные скреперы ДЗ-87-1А с ковшом вме- стимостью 4,5 м3, МоАЗ-6014 с ковшом 8,3 м3, ДЗ-13А с ковшом 15 м3, ДЗ-13Б с ковшом 16 м3, ДЗ-115 с ковшом 16,2 м3, ДЗ-107-1 и ДЗ-107-2 с ковшом 25 м3 и др. На скреперах (например, ДЗ-115 и ДЗ-107-2) (рисунок 2.1, е, ж) может быть установлен второй дополнительный задний двигатель для привода задних колес через гидромеханическую трансмиссию, что позволяет выполнить все колеса машины ведущими. Управле- ние дополнительным двигателем и гидромеханической трансмисси- ей синхронизировано с управлением тягачом и ведется из кабины 21 машиниста. Одновременную работу обоих двигателей используют при заполнении ковша и транспортировании грунта к месту раз- грузки; при выгрузке ковша и обратном ходе используется один двигатель тягача. Технические характеристики прицепных и самоходных скрепе- ров приведены в таблице 2.1. Таблица 2.1 – Технические характеристики самоходных скреперов Параметр Марка машины ДЗ-111А ДЗ-77А ДЗ-79 ДЗ 87-1A МоАЗ- 6014 ДЗ-115 ДЗ-1071 ДЗ-1072 Тип скрепера Прицепной Самоходный Вместимость ковша, м3 4,5 8,8 18 4,5 8,3 16,2 25 Грузоподъем- ность, т 6 16 29 9 15 30 50,4 Базовый тягач Т-4АП2 Т-130М Т-330 T150K МоАЗ- 6442 БелАЗ- 531Б Специ- альное одно- осное шасси Количество двигателей – – – 1 1 2 2 Мощность си- ловой установ- ки, кВт 95,6 118 250 121 165 2 265 2 405 Колесная схема – – – 6 4 4 2 4 4 4 4 Способ раз- грузки ковша Принудительный Управление ра- бочим органом Гидравлическое Ширина реза- ния, мм 2430 2754 3020 2430 2820 3120 3800 Наибольшее за- глубление, мм 130 150 310 135 200 300 400 Толщина отсы- паемого слоя грунта, мм 400 400 500 415 450 450 600 Дорожный про- свет под ножа- ми, мм 510 510 560 390 475 600 600 22 Окончание таблицы 2.1 Параметр Марка машины ДЗ-111А ДЗ-77А ДЗ-79 ДЗ 87-1A МоАЗ- 6014 ДЗ-115 ДЗ-1071 ДЗ-1072 Колея передних (задних) колес скрепера, мм 1300 (2000) 1500 (1900) 2210 (2410) 1870 2480 2530 2825 База, мм 4400 6300 775 – 8480 8770 10 000 Радиус поворота, м – – – 12,2 9,45 13,5 14,85 Наибольшая скорость дви- жения, км/ч 9,3 12,6 16,0 30,0 45,0 52,5 50,0 Габаритные размеры, мм 7480 2922 2520 9980 3150 2750 11 870 3610 3600 10 730 2925 2840 11 000 3242 3525 13 900 3610 3800 16 415 4450 4400 Масса, кг 4374 10 100 18 600 12 300 20 000 44 300 68 750 Прицепной скрепер (рисунок 2.3) представляет собой двухосную машину с передними 2 и задними 10 колесами, соединяемую при- цепным устройством 1 с трактором или тягачом. Сила тяги трактора передается на тяговую раму 3 скрепера, соединенную с передней ось колес 2 при помощи универсального шарнира 14. Для толкания скрепера бульдозером-толкателем в процессе набора грунта имеется буфер 11. Рисунок 2.3 – Схема прицепного двухосного скрепера: 1 – прицепное устройство; 2 – передние колеса; 3 – тяговая рама; 4 – гидравлический цилиндр для подъема и опускания ковша; 5 – заслонка; 6 – ковш; 7 – гидравлический цилиндр управления заслонкой; 8 – выдвижная задняя стенка; 9 – гидравлический цилиндр управления задней стенкой; 10 – задние колеса; 11 – буфер; 12 – днище ковша; 13 – нож; 14 – универсальный шарнир 23 Рабочим органом скрепера является ковш 6 с двумя боковыми стенками и днищем 12. К подножевой плоскости ковша крепят сменные двухлезвийные ножи: два боковых и средние 13. Ковш снабжен выдвижной задней стенкой 8 для принудительной разгруз- ки, а в передней части – заслонкой 5, поднимающейся при наборе и выгрузке грунта. Заслонка служит для регулирования щели при за- грузке ковша и закрывает его при транспортировке грунта. Управ- ление рабочим оборудованием обеспечивается гидроцилиндрами 4 и 7 подъема-опускания ковша и заслонки и гидроцилиндром 9 вы- движения задней стенки 8. Гидрооборудование прицепных скрепе- ров работает от гидросистемы трактора и управляется из кабины машиниста с помощью золотниковых гидрораспределителей. Рабочее оборудование прицепных и самоходных скреперов оди- наково по конструкции и максимально унифицировано. Рабочий процесс скрепера (рисунок 2.4) состоит из следующих последовательно выполняемых операций: резание грунта и наполне- ние ковша, транспортирование грунта в ковше к месту укладки, вы- грузка и укладка грунта, обратный (холостой) ход машины в забой. Рисунок 2.4 – Рабочий цикл самоходного скрепера с пассивной загрузкой: а – загрузка ковша; б – транспортное положение; в – разгрузка ковша: 1 – буфер; 2 – заднее колесо; 3 – ковш; 4 – передняя заслонка; 5 – поворотно-сцепное устройство; 6 – одноосный тягач; 7 – толкающее устройство; 8 – разгрузочное устройство; 9 – слой выгруженного и спланированного грунта При наборе грунта (рисунок 2.4, а) ножи опущенного на грунт ковша 2 срезают слой грунта толщиной h, который поступает в б а в 24 ковш при поднятой подвижной заслонке 3. Наполненный грунтом ковш на ходу поднимается в транспортное положение (рисунок 2.4, б), а заслонка 3 опускается, препятствуя высыпанию грунта из ковша. При разгрузке ковша (рисунок 2.4, в) заслонка 3 поднята, а грунт вы- тесняется принудительно из приспущенного ковша выдвигаемой вперед его задней стенкой 5, причем регулируемый зазор между ре- жущей кромкой ковша и поверхностью земли определяет толщину с укладываемого слоя грунта 4, который разравнивается (планирует- ся) ножами ковша и частично уплотняется колесами скрепера. При холостом ходе порожний ковш поднят в транспортное положение, а заслонка опушена. Для увеличения тягового усилия скрепера при наполнении ковша в плотных грунтах обычно используют бульдозер- толкач. Время и степень заполнения ковша грунтом влияют на про- изводительность скреперов, поэтому целесообразно в определенных условиях агрегатировать скреперы с машинами-толкачами. Контрольные вопросы 1. Для каких видов работ предназначены скреперы? 2. По каким признакам классифицируются скреперы? 3. Какие вы знаете компоновочные схемы скреперов? 4. Какие способы загрузки скреперов вы можете назвать? 5. Какие основные способы разгрузки скреперов вы можете пе- речислить? 6. Назовите главный параметр скрепера. 7. Какие основные технические характеристики базовых машин и скреперов вы знаете? 8. Какие типы скреперных ковшей вы можете назвать? 9. Какие основные узлы скреперного ковша вы знаете? 10. Какие основные операции рабочего цикла скрепера вы може- те назвать? 11. Как производится предварительное уплотнение грунтов скрепером? 25 Лабораторная работа № 3 ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА АВТОГРЕЙДЕРОВ Задание 1. Изучить назначение, техническую характеристику и общее устройство автогрейдера. 2. Вычертить его принципиальную схему с обозначениями узлов. 3. Изучить основное и дополнительное оборудования автогрей- дера и их устройство. Вычертить схему тяговой рамы авто- грейдера. Автогрейдер – универсальная землеройно-транспортная маши- на, обеспечивающая полный цикл земляных работ при строитель- стве дорог, которая предназначена для послойного срезания и боко- вого перемещения грунта на расстояние до 10 м. Автогрейдер мо- жет применяться для перемещения и разравнивания грунта и дорожно-строи-тельных материалов, профилирования откосов при возведении насыпей и отрывке выемок, устройства корыта и боко- вых канав, смешивания грунта с добавками и вяжущими материа- лами на полотне дороги, очистки дорог от снега и льда и других ра- бот. Грейдеры бывают прицепными (работающими в сцепе с гусенич- ными тракторами) и самоходными (автогрейдеры). Грейдеры классифицируют по массе и мощности, типу колесной схемы и трансмиссии, управлению рабочим органом. Технические характеристики автогрейдеров представлены в таб- лице 3.1. Таблица 3.1 – Технические характеристики автогрейдеров Параметр Марка автогрейдера ДЗ-99А ДЗ-143 ДЗ-122А ДЗ-98А ДЗ-140 Двигатель А-41 А-01МС А-01МС У1Д6- 250ТК ЯМЗ-240 Мощность, кВт 66,2 99,4 99,4 184,0 220,0 Размеры грейдерного отвала, мм: – длина 3040 3740 3724 4250 4830 26 – высота 500 620 620 720 800 Окончание таблицы 3.1 Параметр Марка автогрейдера ДЗ-99А ДЗ-143 ДЗ-122А ДЗ-98А ДЗ-140 Наибольшая транспорт- ная скорость, км/ч: – вперед – назад 35(ГМ)* 20,02 43(ГМ) 25,2 43(ГМ) 25,2 40 47 40 (ГМ) 24 Рыхлительное (кирковоч- ное) оборудование: – ширина рыхления, мм – глубина рыхления, мм – число зубьев 970 150 5 1300 250 3 1490 250 4 1265 250 5 1785 250 5 Длина бульдозерного отвала, мм 2235 2475 2480 – 2475 Система автоматизации управления отвалом Про- филь – 10 Про- филь – 10 Про- филь – 30 Про- филь – 20 Про- филь – 30 Габаритные размеры, мм: – длина – ширина – высота 8650 2300 2985 9760 2500 3200 9450 2500 3250 10 300 2800 3920 11500 3220 3955 Масса, кг 9500 13 500 14 370 19 500 26 600 * Гидромеханическая трансмиссия. Автогрейдеры классифицируют: – по массе: легкие (до 9 т), средние (до 13 т) и тяжелые (19 т и более); – по мощности двигателя: легкие (75–90 кВт), средние (120–150 кВт) и тяжелые (250–300 кВт); – по типу трансмиссии: с механической и гидромеханической трансмиссиями (гидромеханическая трансмиссия обеспечивает ав- томатическое и плавное изменение скорости движения автогрейде- ра, механическая – ступенчатое); – по системе управления рабочим органом: механические, гид- равлические, комбинированные (редукторно-гидравлические или пневмоэлектрические). Легкие автогрейдеры применяют для профилировки грунтовых дорог; срезки неровностей, колей и придания земляному полотну правильного поперечного профиля; для утюжки грунтовых дорог, планировки кюветов и обочин; патрульной снегоочистки. В районах 27 с повышенной влажностью эти автогрейдеры могут применяться для ремонта и содержания гравийных дорог. Автогрейдеры среднего типа, кроме выполнения вышеперечис- ленных работ, используют для восстановления профиля грунтовых и гравийных дорог (с устройством боковых водоотводных канав), разравнивания песка и гравийно-щебеночных материалов при устройстве оснований, создания насыпи из боковых резервов в лег- ких и средних грунтах и планировки откосов. Автогрейдеры тяжелого типа наиболее целесообразны для устройства грунтовых и гравийных дорог и аэродромов с большим объемом работ, возведения насыпей из боковых резервов в тяжелых грунтах, устройства корыта в земляном полотне под дорожное ос- нование, выполнения земляных работ при уширении проезжей ча- сти дорог. Конструктивную компоновку автогрейдеров классифицируют по типу мостов с управляемыми и ведущими колесами и общему числу мостов. Наиболее распространенной является колесная схема (фор- мула) 1 2 3, т. е. автогрейдер имеет одну ось управляемую и две ведущие с общим числом осей – три. Данная схема наиболее рас- пространена для автогрейдеров легкого и среднего типов. Для сред- них автогрейдеров в качестве дополнительных колесных схем пре- дусматриваются двухосные машины со всеми ведущими и управ- ляемыми мостами (2 2 2), а для тяжелых и сверхтяжелых – две модификации: трехосные со всеми ведущими и одним управляемым мостом (1 3 3) и трехосные машины со всеми ведущими и управ- ляемыми мостами (3 3 3). Автогрейдер – самоходная машина с собственной силовой уста- новкой, основным рабочим оборудованием которого служит отвал со сменным ножом или другими видами дополнительного оборудо- вания. Он состоит из двигателя, основной рамы, ходовой части, трансмиссии, основного и дополнительного рабочего оборудования, системы управления. Общее устройство автогрейдера показано на рисунке 3.1. На ос- новной раме 11 установлен дизельный двигатель 1 с муфтой сцеп- ления 2 и коробкой передач 4, которая соединена с помощью кар- данных валов с муфтой сцепления 2 и редуктором заднего моста 3. 28 Силовая передача от двигателя на ходовую часть автогрейдера осуществляется через соединительную муфту, коробку передач, задний мост и редукторы балансиров. Рисунок 3.1 – Общий вид автогрейдера: 1 – двигатель; 2 – муфта сцепления или гидротрансформатор; 3 – задний мост; 4 – коробка перемены передач; 5 – балансирные тележки; 6 – ведущее колесо; 7 – кабина машиниста с рычагами управления; 8 – система гидравлического управления; 9 – система автоматического управления; 10 – гидроцилиндр подъема отвала; 11 – основная рама; 12 – карданная передача; 13 – рулевой механизм с гидроусилителем; 14 – гидроцилиндр подъема бульдозерного отвала; 15 – бульдозерный отвал; 16 – передний мост; 17 – тяговая рама; 18 – поворотный круг; 19 – грейдерный отвал; 20 – кирковщик; 21 – гидроцилиндр выноса тяговой рамы Рабочий орган автогрейдера – грейдерный отвал 19 с ножами – имеет с тыльной стороны верхний и нижний направляющие стержни, которыми отвал соединяется с кронштейнами поворотного круга 18. Отвал можно устанавливать под различными углами резания, что достигается изменением места крепления зубчатых гребенок на кронштейнах поворотного круга, к которым они присоединяют верхнюю часть отвала. Поворотный круг 18 подвешен на кронштейнах к тяговой раме 17, продольная балка которой в передней части присоединена шаровым шарниром к основной раме 11, а в задней – подвешена к ней с по- мощью гидравлических цилиндров 10. Два гидравлических цилин- дра 10, работающих независимо друг от друга, обеспечивают подъ- ем передней части тяговой рамы и ее перекос, а гидроцилиндр вы- но- са 21 – ее вынос в сторону от продольной оси автогрейдера. Враще- нием поворотного круга 18 автогрейдера с жестко закрепленными 29 кронштейнами обеспечивается установка отвала в плане. Благодаря такой подвеске отвал может быть установлен горизонтально или наклонно к вертикальной плоскости, под любым углом наклона в плане, располагаться в полосе колеи машины или быть вынесен- ным за ее пределы, быть опущенным ниже уровня поверхности, по которой перемещается машина, или поднятым над ней. С тыльной стороны отвала 19 на трубе, приваренной к крон- штейнам поворотного круга 18, подвешены зубья кирковщика 20. В транспортном положении и при работе только отвалом они фик- сируются в поднятом состоянии специальными пальцами. При рых- лении плотных грунтов эти пальцы вынимаются, и автогрейдер должен двигаться на задней рабочей скорости с опущенным отва- лом. Впереди основной рамы 11 навешивается дополнительное обо- рудование – бульдозерный отвал 15. Как уже было сказано выше, основным рабочим оборудованием автогрейдера (рисунок 3.2) является грейдерный отвал 7 с ножами, который с помощью двух кронштейнов 8 крепится к установленно- му на тяговой раме 1 поворотному кругу 2. Тяговая рама с помо- щью шарового шарнира 6 крепится к основной раме, а с помощью шаровых шарниров 4 – к средней части основной рамы. На тяговой раме размещен механизм 5 поворота отвала, обеспечивающий по- ворот отвала на 360°, а на поворотном круге – механизм 9 измене- ния угла резания. 30 Рисунок 3.2 – Тяговая рама с грейдерным отвалом: 1 – тяговая рама; 2 – поворотный круг; 3 – гидроцилиндр выноса отвала в сторону; 4, 6 – шаровые шарниры; 5 – механизм поворота отвала; 7 – грейдерный отвал; 8 – кронштейны; 9 – механизм изменения угла резания Как видно из рисунка 3.2, тяговая рама вместе с поворотным кругом служит для монтажа основного рабочего оборудования. Со- единение тяговой рамы с основной рамой автогрейдера и поворот- ным кругом выполнено таким образом, что позволяет производить необходимые пространственные манипуляции, связанные с измене- нием положения рабочего оборудования для выполнения автогрей- дером различных видов работ. Для расширения области применения и повышения производи- тельности на автогрейдерах устанавливается ряд дополнительных ви- дов оборудования: рыхлитель, бульдозер, удлинитель отвала, от- косник, уширитель отвала, планировщик откосов, снегоочиститель и т. д. Рыхлитель автогрейдера (рисунок 3.3) состоит из литой сталь- ной рамы с приваренными к ней кронштейнами и проушинами. Ра- ма имеет пять окон для зубьев, которые снабжены наконечниками и закрепляются в раме при помощи клиньев. Рыхлитель соединяется с основной рамой при помощи рычагов и тяг. Расположение рыхли- теля впереди основной рамы позволяет обеспечить поворот отвала на 360°, а также увеличивает дорожный просвет машины. 31 Рисунок 3.3 – Рыхлитель автогрейдера: 1 – рычаг; 2 – рама; 3 – клин; 4 – зуб; 5 – наконечник; 6 – тяга Механизм управления рыхлителем состоит из червячного редук- тора, укрепленного на головке основной рамы, и цилиндрической пары шестерен и рычагов, которые упираются в упоры, приварен- ные к головке. Привод механизма управления кирковщиком осу- ществляется от коробки управления при помощи карданной переда- чи. Бульдозер устанавливается на автогрейдере для продольного пе- ремещения грунта и сыпучих строительных материалов на неболь- шие расстояния (до 100 м), а также для засыпки рвов, котлованов, траншей, для выполнения планировочных работ при строительстве и ремонте автомобильных дорог. Монтируется бульдозер впереди автогрейдера и крепится к ос- новной раме (рисунок 3.4). Он состоит из отвала 5 с приваренными к нему кронштейнами и стойками, гидроцилиндра 2 подъема и опускания отвала, который крепится к кронштейну 1, деталей креп- ления. К нижней кромке отвала болтами с потайными головками крепится съемный нож 6 отвала. 32 Рисунок 3.4 – Бульдозерное оборудование автогрейдера: 1 – кронштейны крепления гидроцилиндров; 2 – гидроцилиндр подъема-опускания отвала; 3 – ось крепления отвала к нижней раме; 4 – палец; 5 – отвал; 6 – нож Удлинитель отвала крепится к левому концу отвала и служит для увеличения его длины. Автогрейдеры с удлинителем отвала применяются при разработке легких грунтов, при этом их произво- дительность увеличивается до 25 % за счет захвата большего участ- ка обрабатываемой поверхности. Откосник применяется для обработки кюветов. Он состоит из двух частей. Горизонтальная часть служит для планировки дна кю- вета, а наклонная – для срезания наружного откоса кювета или ре- зерва. Откосник крепится к правому концу отвала при помощи цент- рального и фиксирующего болтов и поддерживается цепной рас- тяжкой, прикрепляемой к раме автогрейдера. При обработке кюветов треугольного профиля (рисунок 3.5, а) левая часть откосника устанавливается таким образом, чтобы она находилась на одной линии с отвалом, являясь его продолжение. Для трапецеидального профиля кювета (рисунок 3.5, б) фиксация отвала и откосника производится так, чтобы образовать нужный профиль кювета. а 33 Рисунок 3.5 – Откосник автогрейдера: а – треугольного профиля; б – трапецеидального профиля: 1 – отвал; 2 – фиксирующий болт; 3 – откосник; 4 – центральный болт Планировщик откосов применяется для срезки и отделки отко- сов возводимых насыпей. Он представляет собой отвал длиной 1,5 м, который шарнирно устанавливается на правом конце отвала авто- грейдера. Для придания жесткости во время работы планировщик при помощи тяги крепится к основной раме автогрейдера. Крепле- ние осуществляется хомутом и крюками с натяжными болтами. Планировщик откосов может поворачиваться вниз от горизонталь- ного положения на угол до 45°. Снегоочиститель. Кроме перечисленного навесного оборудо- вания, на автогрейдере может устанавливаться снегоочиститель, который предназначается для очистки дорог от снега. Отвал 1 снегоочистителя (рисунок 3.6) монтируется на универ- сальную раму 3, которая шарнирно крепится к головной отливке ос- новной рамы автогрейдера. При работе отвал опирается на две лыжи, имеющие регулирующее устройство, для установки отвала на раз- личную высоту по отношению к поверхности основания дороги и в зависимости от условий работы. Снегоочиститель имеет два пружин- ных амортизатора, предохраняющих отвал и раму от перегрузок. Подъем и опускание отвала снегоочистителя и подвеска его на раме автогрейдера осуществляются так же, как и для отвала бульдозера. б 34 Рисунок 3.6 – Отвал снегоочистителя: 1 – отвал; 2 – нож отвала; 3 – универсальная рама; 4 – палец крепления гидроцилиндра; 5 – гидроцилиндр управления снегоочистителем Контрольные вопросы 1. Для каких видов работ предназначены автогрейдеры? 2. По каким признакам классифицируются автогрейдеры? 3. Какие вы знаете основные узлы автогрейдера? 4. Назовите типы рабочего оборудования автогрейдера. 5. Какие вы знаете виды дополнительного оборудования авто- грейдеров? 6. Какие вы знаете основные параметры автогрейдеров и их ра- бочего оборудования? 7. В чем заключается особенность рабочего процесса автогрейдера? 8. Какие основные узлы рабочего оборудования автогрейдера вы можете назвать? 9. В чем конструктивная особенность механизма поворота отвала автогрейдера в плане? 10. Как соединяется тяговая рама автогрейдера с основной? 11. Какие основные технические характеристики автогрейдеров вы знаете? 12. В чем заключаются конструктивные особенности переднего управляемого моста автогрейдера? 13. В чем состоит особенность конструкции заднего моста авто- грейдера? 35 Лабораторная работа № 4 ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА ОДНОКОВШОВЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ Задание 1. Изучить назначение, классификацию, устройство и работу од- ноковшовых строительных экскаваторов, их технические ха- рактеристики. 2. Описать назначение и устройство одноковшовых экскавато- ров, их рабочий процесс. 3. Вычертить схему экскаватора с рабочим оборудованием «об- ратная лопата». 4. Изучить основные виды рабочего оборудования одноковшо- вых экскаваторов. 5. Вычертить схемы рабочего оборудования прямой лопаты, грейфера и драглайна и описать их устройство. 6. Изучить схемы соединения элементов рабочего оборудования гидравлических экскаваторов. Строительными называют одноковшовые универсальные экс- каваторы с основными ковшами вместимостью 0,25–2,5 м3, оснаща- емые различными видами сменного рабочего оборудования. Строи- тельные экскаваторы предназначены для земляных работ в грунтах I–IV категорий. С помощью унифицированного сменного рабочего оборудования (до 40 видов) они могут выполнять также погрузочно-разгрузочные, монтажные, сваебойные, планировочные, зачистные и другие работы. Классификация и индексация. Одноковшовые строительные экскаваторы классифицируют по следующим признакам: – по типу ходового устройства: гусеничные с нормальной и увеличенной опорной поверхностью гусениц; пневмоколесные; на специальном шасси автомобильного типа; на шасси грузового ав- томобиля или трактора; – по типу привода: с одномоторным (механическим и гидроме- ханическим) и многомоторным (гидравлическим и электрическим) приводом; 36 – по исполнению опорно-поворотного устройства: полнопово- ротные (угол поворота рабочего оборудования в плане не ограни- чен) и неполноповоротные (угол поворота рабочего оборудования в плане ограничен 270°); – по способу подвески рабочего оборудования: с гибкой подвес- кой на канатных полиспастах и с жесткой подвеской с помощью гидроцилиндров; – по виду исполнения рабочего оборудования: с шарнирно-ры- чажным и телескопическим рабочим оборудованием. Действующая система индексации по ГОСТ 17343–83 предусмат- ривает следующую структуру индексов (рисунок 4.1), дающую более полную характеристику эксплуатационных возможностей машины. Буквы ЭО означают экскаватор одноковшовый универсальный. Рисунок 4.1 – Структура индексов одноковшовых универсальных экскаваторов 37 Четыре основные цифры индекса последовательно означают: размерную группу машины, тип ходового устройства, конструктив- ное исполнение рабочего оборудования (вид подвески) и порядко- вый номер данной модели. Восемь размерных групп экскаваторов обозначаются цифрами с 1 по 8. Размер экскаватора характеризует- ся массой машины и мощностью основного двигателя, а также гео- метрической вместимостью основного ковша. В настоящее время серийно выпускаются экскаваторы 2–6-й размерных групп. В стандартах на экскаваторы для каждой размер- ной группы обычно приводится несколько вместимостей ковшей: основного и сменных повышенной вместимости – причем для по- следних предусмотрены меньшие линейные параметры и более сла- бые грунты, чем при работе с основным ковшом. Основным счита- ется ковш, которым экскаватор может разрабатывать грунт IV кате- гории на максимальных линейных рабочих параметрах (глубина и радиус копания, радиус и высота выгрузки и т. п.). Вместимость основных ковшей экскаваторов составляет: для 2-й размерной груп- пы – 0,25–0,28 м3, 3-й – 0,4–0,65 м3, 4-й – 0,65–1,0 м3, 5-й – 1,0–1,6 м3, 6-й – 1,6–2,5 м3, 7-й – 2,5–4,0 м3. Тип ходового устройства указывается цифрами с 1 по 9. Цифра 1 означает гусеничное ходовое устройство (Г), 2 – гусеничное уши- ренное (ГУ), 3 – пневмоколесное (П), 4 – специальное шасси авто- мобильного типа (СШ), 5 – шасси грузового автомобиля (А), 6 – шасси серийного трактора (Тр), 7 – прицепное ходовое устройство (Пр), 8, 9 – резерв. Конструктивное исполнение рабочего оборудования указывается цифрами 1 (с гибкой подвеской), 2 (с жесткой подвеской), 3 (теле- скопическое). Последняя цифра индекса означает порядковый номер модели экскаватора. Первая из дополнительных букв после цифрового ин- декса (А, Б, В и т. д.) означает порядковую модернизацию данной машины, последующие – вид специального климатического испол- нения (С или ХЛ – северное, Т – тропическое, ТВ – для работы во влажных тропиках). Например, индекс ЭО-5123ХЛ расшифровыва- ется так: экскаватор одноковшовый универсальный, 5-й размерной группы, на гусеничном ходовом устройстве, с жесткой подвеской рабочего оборудования, третья модель в северном исполнении. Экскаватор оборудуется основным ковшом вместимостью 1,0 м3, 38 соответствующим 5-й размерной группе, и сменными ковшами вме- стимостью 1,25 и 1,6 м3. Основными частями строительных экскаваторов (рисунок 4.2) являются гусеничное или пневмоколесное ходовое устройство, по- воротная платформа (с размещенными на ней силовой установкой, механизмами, системой управления и кабиной машиниста) и смен- ное рабочее оборудование. Поворотная платформа опирается на хо- довое устройство через унифицированный роликовый опорно-пово- ротный круг и может поворачиваться относительно него в горизон- тальной плоскости. Рисунок 4.2 – Схемы полноповоротных гидравлических экскаваторов: а – ЭО-3322 с оборудованием «обратная лопата» и ковшом емкостью 0,6 м3; б – ЭО-4121 с оборудованием «прямая лопата» и ковшом емкостью 1,0 м3: 1 – силовая установка; 2 – бак гидросистемы; 3 – капот; 4 – кабина; 5 – нижняя часть стрелы; 6 – верхняя часть стрелы; 7 – гидроцилиндр рукояти; 8 – рукоять; 9 – гидроцилиндр ковша; 10 – ковш; 11 – гидроцилиндр стрелы; 12 – ходовая тележка; 13 – механизм хода; 14 – роликовый опорно-поворотный круг; 15 – механизм поворота платформы; 16 – противовес К основным параметрам одноковшовых экскаваторов относятся: вместимость ковша, продолжительность рабочего цикла, радиусы копания и выгрузки, высота и глубина копания, высота выгрузки, а б 39 преодолеваемый экскаватором уклон пути, конструктивная и экс- плуатационная массы машины, среднее давление на грунт у гусе- ничных машин и нагрузка на одно ходовое колесо у пневмоколес- ных, колея и база ходового устройства. Универсальные одноковшовые экскаваторы могут иметь боль- шое количество сменных ковшей различной вместимости и другого сменного рабочего оборудования (рисунок 4.3). Наиболее часто ис- пользуемым рабочим оборудованием универсальных экскаваторов являются прямая лопата, обратная лопата, грейфер, драглайн. Рисунок 4.3 – Сменные рабочие органы для земляных и грузоподъемных работ: а–в – ковши обратных лопат; г – ковш для дренажных работ; д – ковш для рытья узких траншей; е – ковш для планировочных работ; ж – зачистной ковш; з–к – погрузочные ковши; л – бульдозерный отвал; м – многозубовый рыхлитель; н – крановая подвеска; о – однозубовый рыхлитель; п – надставка для бокового смещения ковша Обратная лопата (см. рисунок 4.2, а) является самым распро- страненным видом рабочего оборудования гидравлических экскава- торов и предназначена для копания выемок, расположенных ниже уровня стоянки экскаватора. Оборудование «обратная лопата» состоит из моноблочной или составной стрелы 5, 6, рукояти 8, поворотного ковша 10, гидроци- а б в г д е ж з и к л м н о п 40 линдров 11, 7, 9 подъема стрелы, поворота рукояти и ковша соот- ветственно. Копание грунта производят поворотом ковша относи- тельно рукояти и поворотом рукояти относительно стрелы. Копание можно осуществлять только поворотом ковша относительно непо- движной рукояти, что позволяет вести работы в стесненных усло- виях, а также в непосредственной близости от подземных коммуни- каций. Выгрузку грунта и зачистку основания забоя также осу- ществляют поворотом ковша. Толщину срезаемой при копании стружки регулируют путем подъ- ема или опускания стрелы. Составная стрела дает возможность изме- нять глубину Нк и радиус Rк копания (а также высоту выгрузки Нв), что в сочетании со сменными профильными ковшами различной вместимости позволяет расширить область применений экскаватора и использовать его с максимальной производительностью в различ- ных грунтовых условиях. Технические характеристики экскаваторов с оборудованием «об- ратная лопата» приведены в таблице 4.1. Таблица 4.1 – Технические характеристики экскаваторов с оборудованием «обратная лопата» Параметр Марка экскаватора Э О -2 6 2 1 В -2 ЭО-3122 ЭО-3322Д Рукоять Стрела основная удли- ненная составная с уменьшен- ным выле- том, моно- блочная составная с полным вылетом Вместимость ковша q, м3 0,28 0,63 0,5; 0,4; 0,25 0,5; 0,4; 0,25 0,5 0,63 0,4 0,2 Категория разрабаты- ваемого грунта I–IV I–IV I–IV I–III I–IV I–IV Радиус копания Rк, м 5,8 7,8 7,6 8,2 7,5 7,6 8,2 Глубина копания Hк, м 4,18 4,8 4,7/4,6 5,2 4,3 5,0 5,1 Высота выгрузки Hв, м 3,2 4,5 4,6 4,8 4,8 4,7 5,2 5,0 Усилие на режущей кромке Fк, кН 26 98 104 100 90 Продолжительность рабочего цикла Tц, с 16,0 16,3 15,9 16,0 41 Прямая лопата (см. рисунок 4.2, б) с поворотным ковшом ши- роко применяется на экскаваторах 4–6-й размерных групп и предна- значена для разработки грунта как выше (преимущественно), так и ниже уровня стоянки машины, а также для погрузочных работ. Оборудование прямой лопаты включает стрелу 5, рукоять 8, ковш 10 и гидроцилиндры 11, 7, 9 подъема стрелы, поворота рукоя- ти и ковша соответственно. Копание грунта осуществляется пово- ротом рукояти и ковша, движущегося от машины в сторону забоя. Толщину стружки регулируют подъемом или опусканием стрелы. При разгрузке ковш поворачивают гидроцилиндром 9. Прямой ло- патой с поворотным ковшом можно производить планирование и зачистку основания забоя. Технические характеристики экскаваторов с оборудованием «пря- мая лопата» приведены в таблице 4.2. Таблица 4.2 – Технические характеристики экскаваторов с оборудование «прямая лопата» Параметр Марка экскаватора ЭО-2621В-2 ЭО-3122 ЭО-4124, ЭО-4125 копаю- щий погрузоч- ный раскрыва- ющийся пово- ротный Вместимость ковша q, м3 0,25 0,63 1,2 1,0 1,0/1,2 Категория разрабатыва- емого грунта I–III I–IV I–II I–IV Радиус копания Rк, м 4,7 6,8 6,6 7,1/7,6 7,15/7,9 Радиус выгрузки при наибольшей высоте выгрузки Rв, м 3,0 4,6 5,3 4,3/3,8 4,75/4,5 Высота выгрузки Hв, м 3,3 4,1 4,0 5,0/5,9 4,9/5,5 Глубина копания Hк, м – – – 2,8/3,0 3,7 Кинематическая высота копания Hк, м 4,7 7,3 7,4 7,2/8,2 7,8/8,3 Усилие на режущей кромке Fк, кН 25 97 93 92/95 140 Продолжительность рабочего цикла Tц, с 15 16 18 16/18 17 Существуют различные способы соединения элементов рабо- чего оборудования гидравлических одноковшовых экскаваторов (рисунок 4.4). 42 Рисунок 4.4 – Схемы соединения элементов рабочего оборудования гидравлических экскаваторов: а–в – гидроцилиндра со стрелой; г, д – гидроцилиндра с рукоятью; е–з – гидроцилиндра с ковшом: 1 – стрела; 2 – рукоять; 3 – ковш Грейфер (рисунок 4.5) применяют для рытья котлованов, тран- шей, колодцев и при погрузочно-разгрузочных работах. Особенно эффективно использование такого оборудования при копании глу- боких выемок, а также в стесненных условиях. Рисунок 4.5 – Экскаватор с грейферным оборудованием: а – схема экскаватора с грейферным оборудованием; б – схема грейфера: 1 – канат подъема-опускания стрелы; 2 – решетчатая стрела; 3 – тяговый канат; 4 – замыкающий канат; 5 – ковш; 6 – поддерживающий канат а б в г д е ж з а б 43 При работе грейфером при расторможенных подъемном 3 и за- мыкающем 4 канатах ковш грейфера с раскрытыми челюстями опускается на грунт. Зубья и режущие кромки челюстей частично врезаются в него. При натягивании замыкающего каната 4 ковш закрывается и поднимается, затем осуществляется поворот экскава- тора к месту разгрузки, где челюсти раскрываются и грунт высыпа- ется. Далее осуществляется поворот в забой, и рабочий цикл экска- ватора повторяется. В гидравлических экскаваторах устанавливают жестко подве- шенные грейферы, у которых необходимое давление на грунт при врезании создается принудительно с помощью гидроцилиндров ра- бочего оборудования. Это позволяет эффективно разрабатывать плотные грунты независимо от массы грейфера. Грейфер шарнирно крепят к рукоятке обратной лопаты вместо ковша таким образом, что возможно, его продольное и поперечное раскачивание. Драглайн (рисунок 4.6) применяется при разработке грунта ниже уровня стоянки экскаватора с выгрузкой в отвал или на транспорт. В отличие от обратной лопаты драглайн оборудуется решетчатой стрелой с ковшом совкового типа, подвешенным к ней на специаль- ной упряжи, что обеспечивает большие радиусы копания и выгруз- ки и большую глубину копания. Рисунок 4.6 – Схема экскаватора с оборудованием драглайна: 1 – канат подъема-опускания стрелы; 2 – решетчатая стрела; 3 – поднимающий канат; 4 – ковш; 5 – упряжь; 6 – тяговый канат; 7 – уравнительный блок; 8 – цепи подвески ковша; 9 – распорка а б 44 Работа драглайном осуществляется следующим образом. При расторможенном тяговом канате 6 ковш 4 опускается в забой, под- тягивается канатом снизу вверх под некоторым углом по забою. Грунт срезается режущей кромкой ковша и наполняет его. Напол- ненный грунтом ковш поднимается на требуемую высоту, после чего осуществляется поворот экскаватора к месту разгрузки, и тяго- вый канат растормаживается. Ковш повисает режущей кромкой вниз, в результате чего грунт высыпается. После этого осуществля- ется поворот экскаватора в забой, и рабочий цикл повторяется. Контрольные вопросы 1. Для каких видов работ предназначены одноковшовые строи- тельные экскаваторы? 2. По каким признакам классифицируются одноковшовые экска- ваторы? 3. Назовите главный параметр одноковшовых экскаваторов? 4. Какие параметры входят в понятие размерной группы экска- ватора? 5. Какие вы знаете виды основного рабочего оборудования одно- ковшовых экскаваторов? 6. Назовите основные параметры рабочего оборудования экска- ваторов. 7. Какие основные узлы экскаваторов и их рабочего оборудова- ния вы можете перечислить? 8. Какие вы знаете основные механизмы одноковшовых экскава- торов? 9. Какие схемы соединения элементов рабочего оборудования гидравлических экскаваторов вы можете назвать? 10. В чем заключается отличие оборудований «прямая» и «об- ратная лопата»? 11. Назовите особенности конструкции ковша с прямой лопатой? 12. Для каких видов работ предназначен грейфер? 13. В чем заключается особенность рабочего оборудования экс- каватора «драглайн»? 14. Какие основные технические характеристики одноковшовых экскаваторов вы знаете? 45 Лабораторная работа № 5 ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА МНОГОКОВШОВЫХ ЭКСКАВАТОРОВ Задание 1. Изучить назначение, классификацию, устройство и работу мно- гоковшовых экскаваторов, их технические характеристики. 2. Описать назначение и устройство многоковшовых экскавато- ров, их рабочий процесс. 3. Вычертить схемы цепного и роторного траншейных экскава- торов и описать их устройство. 4. Изучить устройство и назначение землеройно-фрезерных ма- шин, их технические характеристики. Многоковшовыми экскаваторами непрерывного действия назы- вают машины, предназначенные для непрерывной выемки грунта с одновременной транспортировкой в отвал или транспортное средство. Классификация и индексация. Траншейные экскаваторы клас- сифицируют по следующим основным признакам: – по типу рабочего органа: цепные (ЭТЦ) и роторные (ЭТР); – по способу соединения рабочего оборудования с базовым тя- гачом: с навесным и полуприцепным рабочим оборудованием; – по типу ходового устройства базового тягача: гусеничные и пневмоколесные; – по типу привода: с механическим, гидравлическим, электриче- ским и комбинированным приводом. Наибольшее распространение получили гусеничные траншейные экскаваторы с комбинированным приводом. В индексе траншейных экскаваторов (рисунок 5.1) первые две буквы ЭТ означают экскаватор траншейный, а третья – тип рабоче- го органа (Ц – цепной, Р – роторный). Первые две цифры индекса означают наибольшую глубину отрываемой траншеи (в дм), третья – порядковый номер модели. Первая из дополнительных букв после цифрового индекса (А, Б, В и т. д.) означает порядковую модерни- зацию машины, последующие – вид специального климатического исполнения (ХЛ – северное, Т – тропическое, ТВ – для работы во 46 влажных тропиках). Например, индекс ЭТЦ-252А означает: экс- каватор траншейный цепной, глубина копания – 25 дм, вторая мо- дель – 2, прошедшая первую модернизацию – А. Рисунок 5.1 – Система индексации траншейных экскаваторов Каждый траншейный экскаватор состоит из трех основных ча- стей: базового пневмоколесного или гусеничного тягача, обеспечи- вающего поступательное движение (подачу) машины; рабочего обо- рудования, включающего рабочий орган для копания траншей и поперечное (к продольной оси движения машины) отвальное устройство для эвакуации разработанного грунта в отвал или транспортные средства; вспомогательного оборудования для подъ- ема-опускания рабочего органа и отвального устройства. Параметры траншейных экскаваторов определены ГОСТ 19618–85. Главным параметром экскаваторов является номинальная глубина отрываемой траншеи. 47 Ширина отрываемых рабочими органами ЭТЦ и ЭТР траншей прямоугольного профиля зависит от ширины ковша или скребков, – расположенных на рабочих органах режущих элементов. На один и тот же базовый тягач могут быть навешены сменные рабочие орга- ны, отличающиеся шириной и количеством ковшей (скребков), для рытья траншей с различными параметрами профиля. Для получения траншей трапецеидального профиля рабочие ор- ганы ЭТЦ и ЭТР оборудуют активными и пассивными откосообра- зователями. Активные откосообразователи двухцепных экскавато- ров представляют собой наклонно расположенные цепи с попереч- ными резцами, совершающие возвратно-поступательное движение. Пассивные откосообразователи роторных машин выполнены в виде двух наклонных сменных ножей, жестко закрепленных по бокам рамы ротора. Откосообразователи применяют при работе в немерз- лых грунтах с низкой несущей способностью. Цепные траншейные экскаваторы выпускаются на базе пневмо- колесных и гусеничных тракторов и оснащаются одноцепным (ЭТЦ-165А) и двухцепным (ЭТЦ-151, ЭТЦ-252А) скребковым рабо- чим органом для разработки немерзлых грунтов, а также специаль- ным цепным рабочим органом с резцами (ЭТЦ-208В) для разработ- ки мерзлых грунтов. Цепной экскаватор на гусеничном ходу устанавливают на базе трелевочного или промышленного гусеничного трактора. Рабо- чим органом цепных экскаваторов (рисунок 5.2) является одно- рядная или двухрядная свободно провисающая бесконечная цепь 5, огибающая наклонную раму 7 и несущая на себе ковши 6 или скребки. Цепь приводится в движение приводной ведущей звездочкой 4, ковши 6 врезаются в грунт и транспортируют его вверх, где он при опрокидывании ковша ссыпается на ленточный конвейер 3, кото- рый ссыпает его вдоль траншеи (иногда вместо конвейера исполь- зуется шнек 9). Подъем рабочего органа осуществляется с помощью механизма подъема 2 при помощи гидроцилиндров 1. Для получе- ния траншей трапецеидального профиля применяются рабочие ак- тивные или пассивные откосообразователи 8. 48 Рисунок 5.2 – Схема цепного траншейного экскаватора: а – схема цепного траншейного экскаватора; б – траншейный экскаватор (вид сзади); в – шнек: 1 – гидроцилиндр; 2 – механизм подъема и опускания рабочего оборудования; 3 – ленточный конвейер; 4 – ведущая звездочка; 5 – цепь; 6 – ковш; 7 – стрела рабочего органа; 8 – откосообразователи; 9 – шнек Технические характеристики цепных траншейных экскаваторов приведены в таблице 5.1. Таблица 5.1 – Технические характеристики цепных траншейных экскаваторов Параметр Марка машины ЭТЦ-165А ЭТЦ-151 ЭТЦ-252А Базовый трактор МТЗ-82 ТТ-4 84 Мошность двигателя, кВт 59 84 Размеры отрываемой траншеи, мм: – наибольшая глубина – ширина по дну – ширина по верху 1,6 0,2; 0,27 0,4 1,5 0,8 3,8; 4,5; 5,3 2,5; 3,5 0,8; 1,0 0,8; 1 (2,8) в а б 49 Окончание таблицы 5.1 Параметр Марка машины ЭТЦ-165А ЭТЦ-151 ЭТЦ-252А Категория разрабатываемого грунта I–III Техническая производительность, м3/ч 85 155 220 Рабочие скорости, м/ч 20–800 5–150 Транспортные скорости, км/ч 1,89–33,4 2,25–9,75 3,1–5,25 Рабочий орган: – тип – шаг цепи, мм – число скребков (резцов) – шаг скребков (резцов), мм – скорость цепи, м/с Скребковый Скребковый Скребковый 100 18/20 400 0,8; 1,2; 1,5; 2,1 190 15 760 0,8; 1,25 190 21 760 0,8; 1,25 Конвейер: – тип – ширина ленты (скребка), мм – скорость ленты (цепи), м/с Отвальный шнековый – – Ленточный дугообразный 650 2,5–4,5 Ходовое устройство Колесное Гусеничное Габаритные размеры в транспорт- ном положении, мм 7200 2290 3200 8000 3000 3300 10 200 3450 3500 Маcca, т 6,25 19,80 19,50 Экскаватор ЭТЦ-252А (рисунок 5.3, а) предназначен для рытья траншей прямоугольного и трапецеидального профиля глубиной до 3,5 м, шириной по дну 0,8 и 1,0 м и шириной по верху до 2,8 м в талых грунтах I–III категорий с каменистыми включениями раз- мером до 200 мм. Экскаватор ЭТЦ-151 является модификацией экс- каватора ЭТЦ-252А и применяется для рытья кюветов и каналов трапецеидального профиля глубиной до 1,5 м, шириной по дну 0,8 м и шириной по верху 3,8–5,3 м. Экскаваторы имеют механический привод рабочего органа, бесступенчатое регулирование скоростей рабочего хода гидромеханическим ходоуменьшителем, гидравличе- ский привод отвального конвейера и механизма подъема-опускания рабочего органа. Рабочий орган экскаватора ЭТЦ-252А включает наклонную ра- му 12 коробчатого сечения, шарнирно прикрепляемую сзади к тяга- чу 1, и обегающие раму замкнутые пластинчатые цепи 6, к которым 50 на одинаковом расстоянии друг от друга крепятся режущие элемен- ты скребкового типа 8 и транспортирующие заслонки 9, образую- щие подобие ковшей. В передней части рамы смонтирован привод- ной (турасный) вал с двумя ведущими звездочками 5 цепей и предохранительной муфтой предельного момента, в задней – натяжные звездочки 10 цепей с винтовым натяжным устройством. На раме установлены также промежуточные ролики 11, поддержи- вающие рабочие ветви цепей и уменьшающие провисание их холо- стых ветвей. Для увеличения глубины копания раму рабочего орга- на удлиняют дополнительной вставкой, увеличивают длину цепей и количество скребков. Рисунок 5.3 – Экскаватор траншейный цепной: а – ЭТЦ-252А: 1 – тягач; 2 – гидроцилиндр; 3 – рычаги; 4 – ленточный конвейер; 5 – ведущие звездочки; 6 – пластинчатая цепь; 7 – откосообразователи; 8 – скребки; 9 – транспортирующие заслонки; 10 – натяжные звездочки; 11 – промежуточные ролики; 12 – рама; б – схема размещения скребков на рабочем органе ЭТЦ-252А Скребки на рабочем органе размещены по специальной схеме (рисунок 5.3, б), обеспечивающей наименьшую энергоемкость про- а б 51 цесса копания. При движении тягача вперед и одновременном дви- жении скребковой цепи относительно наклонной рамы скребки от- деляют грунт от массива, а заслонки поднимают его из траншеи на высоту приводных звездочек цепи, при огибании которых грунт выгружается на поперечный (к продольной оси движения машины) ленточный конвейер 4 и отбрасывается им в сторону от траншеи. Глубина отрываемой траншеи зависит от угла наклона рамы рабо- чего органа и регулируется механизмом ее подъема, включающим два гидроцилиндра 2 и два рычага 3. При копании траншей с наклонными стенками на рабочем органе устанавливают активные цепные откосообразователи 7. Верхние концы цепей шарнирно прикреплены к качающемуся балансирному рычагу с центральным шарниром, нижние – к эксцентрично установленным пальцам натяжных звездочек 10 рабочего органа, сообщающих откосообра- зователям возвратно-поступательное движение. Грунт, отделяемый цепями от целика, обрушивается на дно тран- шеи, откуда выносится на поверхность транспортирующими за- слонками рабочего органа. Сменное рабочее оборудование экскава- тора для разработки мерзлых грунтов, промерзших на глубину до 1,2 м, монтируется на основной раме рабочего органа и представля- ет собой скребковый рабочий орган, оснащенный зубьями с износо- стойкой наплавкой. Экскаватор ЭТЦ-165А (рисунок 5.4) на базе колесного трактора МТЗ-82 предназначен для рытья траншей прямоугольного профиля глубиной до 1,6 м и шириной 0,2–0,4 м в однородных, без каме- нистых включений, грунтах I–III категорий под укладку кабелей различного назначения и трубопроводов малых диаметров. Наибо- лее эффективно экскаватор используется при выполнении рассре- доточенных земляных работ небольшого объема на предварительно спланированных площадках. Экскаватор оснащен поворотным гид- роуправляемым бульдозерным отвалом 11 для несложных плани- ровочных работ и засыпки траншей после укладки в них комму- никаций. На экскаватор вместо основного рабочего может быть навешено сменное баровое оборудование (инструмент «баровые цепи») для нарезания щелей шириной 0,14 м и глубиной до 1,3 м в мерзлых грунтах. 52 Рисунок 5.4 – Экскаватор ЭТЦ-165А: 1 – механизм подъема-опускания рабочего органа; 2 – приводной вал; 3 – дополнительная рама; 4 – рабочий орган; 5 – зачистной башмак; 6 – рабочая цепь; 7 – шнек; 8 – редуктор привода рабочего органа; 9 – ходоуменьшитель; 10 – трактор; 11 – бульдозерный отвал Роторные траншейные экскаваторы В качестве базовой машины 1 роторного траншейного экскава- тора чаще всего используется гусеничный трактор (рисунок 5.5). Рабочим органом роторных экскаваторов является жесткий ротор (колесо) 12 с ковшами 11 или скребками, вращающийся на роликах 8 рамы 9. Ковши 11 врезаются в грунт 6 и транспортируют его вверх, где он высыпается на ленточный конвейер 7, установленный внутри рамы 9 ротора 12. Подъем и опускание рабочего оборудования осу- ществляется гидроцилиндрами 2 и 3 при помощи цепей 4 и 5. На раме ротора установлены пассивные откосообразователи (ножевые откосники) 13. Технические характеристики роторных траншейных экскаваторов приведены в таблице 5.2. 53 Рисунок 5.5 – Схема роторного траншейного экскаватора: а – вид сбоку; б – вид сзади: 1 – трактор; 2, 3 – гидроцилиндры; 4, 5 – цепи; 6 – грунт; 7 – ленточный конвейер; 8 – опорные ролики; 9 – рама; 10 – зачистное устройство; 11 – ковш; 12 – ротор; 13 – ножевой откосник Таблица 5.2 – Технические характеристики роторных траншейных экскаваторов Параметр Марка машины ЭТР 204А ЭТР-254 Л Наибольшая техническая производительность, м3/ч 650 1200 Категория разрабатываемого грунта I–IV, мерзлые грунты при глубине промерза- ния до 1,2 м I–IV, мерзлые грунты при глубине промерза- ния до 2,5 м Размеры разрабатываемой траншеи, м: – глубина – ширина по дну – ширина по верху (с откосами) 2,0 1,2 2,3 2,5 1,8; 2,1 2,7–3,8 а б 54 Окончание таблицы 5.2 Параметр Марка машины ЭТР 204А ЭТР-254 Л Рабочее оборудование (тип) Навесное Полуприцепное Базовая машина Тягач с использованием трактора Т-130МГ К-701 и Т-130МГ Мощность двигателя, кВт 118 240 Диапазон скоростей рабочего хода, м/ч 10–300 20–500 Транспортные скорости, км/ч 1,5–6,2 0,5–5,6 Диаметр ротора по зубьям ковшей, мм 3550 4350 Частота вращения ротора, мин–1 7,8; 9,6 7,7 Число ковшей (зубьев) 14 24 Вместимость ковша, л 140 148 Ширина ленты конвейера, мм 800 1200 Скорость ленты конвейера, м/с 3,9–5,0 3,5–5,0 Среднее давление на грунт, МПа 0,06 0,08 Габаритные размеры в транс- портном положении, мм: – длина – ширина (без конвейера) – высота 11 100 3200 4200 13 450 4610 4770 Масса экскаватора, кг 18 300 49 500 Экскаватор ЭТР-204А (рисунок 5.6) состоит из гусеничного тяга- ча 1 и навесного рабочего органа для рытья траншей и отброса грунта, шарнирно соединенных между собой в вертикальной плоскости. Рабо- чий орган машины – опирающийся на четыре пары роликов 13 жест- кий ротор 12 с ковшами 11, внутри которого помещен поперечный двухсекционный ленточный конвейер 10, состоящий из горизонталь- ной и наклонной (откидной) секций. Позади ротора установлен за- чистной башмак 9 для зачистки и сглаживания дна траншей. У тягача уширен и удлинен гусеничный движитель для повышения устойчи- вости и проходимости машины и исключения возможного обруше- ния стенок траншеи при движении над ней тягача. Рама имеет две наклонные направляющие 14, по которым с помо- щью пары гидроцилиндров 3 и двух пластинчатых цепей 4 гидравли- ческого подъемного механизма перемещаются ползуны 15 переднего конца рамы 8 рабочего органа при переводе его из транспортного по- ложения в рабочее и наоборот. Подъем и опускание задней части ра- 55 бочего органа осуществляется парой гидроцилиндров 5, штоки кото- рых шарнирно прикреплены к верхней части стоек 16, связанных с задним концом рамы 8 цепями 6. При копании траншей задняя часть рабочего органа находится в подвешенном состоянии. Установка от- кидной части ленточного конвейера в наклонное рабочее положение и опускание ее при транспортировке машины производятся гидроци- линдром. Изменением угла наклона откидной части конвейера дости- гается различная дальность отброса грунта в сторону от траншеи. Рисунок 5.6 – Экскаватор ЭТР-204А: 1 – тягач; 2 – дополнительная рама; 3, 5 – гидроцилиндры; 4, 6 – пластинчатые цепи; 7 – привод механизма подъема-опускания рабочего оборудования; 8 – рама; 9 – зачистной башмак; 10 – ленточный конвейер; 11 – ковш; 12 – ротор; 13 – ролики; 14 – направляющие; 15 – ползуны; 16 – стойки Землеройно-фрезерные машины Землеройно-фрезерные машины (ЗФМ) применяют для послой- ной разработки (фрезерования) мерзлых грунтов и твердых пород при выполнении планировочных работ, отрывке корыт под внут- риквартальные дороги, трамвайные и подкрановые пути, а также для разрушения асфальтобетонных покрытий с последующей экс- кавацией разрушенных материалов бульдозерным отвалом. Главным параметром ЗФМ является ширина фрезеруемой за один проход полосы в мм. ЗФМ базируются на серийных гусеничных бульдозерах тягового класса 10–15, оборудованных гидромеханиче- скими ходоуменьшителями для получения пониженных рабочих скоростей передвижения, бесступенчато регулируемых в диапазоне 0–500 м/ч. Конструкции современных ЗФМ имеют мало различий. 56 Рабочий орган ЗФМ – фреза диаметром 900–1020 мм – представ- ляет собой горизонтальный полый вал с приваренными перпенди- кулярно его оси кронштейнами, которые оснащены сменными ре- жущими наконечниками (клыками) с износостойкой твердосплав- ной наплавкой. Число кронштейнов составляет 21–26, расположены они на валу по одной или двум винтовым линиям, расходящимся от середины вала. Такая расстановка кронштейнов обеспечивает определенную последовательность работы каждого резца, мини- мальную энергоемкость процесса фрезерования, ровность планиру- емой поверхности, а также транспортирование части разрушенного грунта к краям обрабатываемой полосы. Машина послойного фрезерования ДП-31АХЛ (рисунок 5.7) эф- фективно разрабатывает мерзлые грунты с температурой до –10 °С прочностью по плотномеру ДорНИИ до 250 ударов с каменистыми включениями крупностью не более 50 мм. Рисунок 5.7 – Землеройно-фрезерная машина ДП-31АХЛ: 1 – бульдозерное оборудование; 2 – противовес; 3 – базовый трактор; 4 – ходоуменьшитель; 5 – редуктор обора мощности; 6 – муфта предельного момента; 7 – цепная передача; 8 – бортовой редуктор; 9 – балка; 10 – фреза; 11 – рама; 12 – гидроцилиндр Машина состоит из базового трактора 3 Т-130МГ-1 с бульдозер- ным оборудованием 1, управляемым гидроцилиндрами, рабочего органа фрезерного типа, силовой передачи для привода рабочего органа, навесного устройства, гидропривода подьема и опускания рабочего органа, гидромеханического ходоуменьшителя, системы управления и противовеса. 57 Привод фрезы 10 осуществляется от редуктора отбора мощности 5 через цепные передачи 7 и бортовые редукторы 8. Привод обеспе- чивает одну или две скорости резания в диапазоне 0,7–1,4 м/с и обо- рудуется предохранительной муфтой предельного момента 6. Рабо- чий орган навешивается на базовый трактор с помощью четырех- звенного шарнирного механизма, oбpaзoванного общим корпусом редуктора отбора мощности и ходоуменьшителя 4, тягами цепных передач, нижней рамой 11 и корпусами бортовых редукторов, жест- ко связанных между собой поперечной балкой 9. Перевод рабочего органа в транспортное и рабочее положение и удержание его на за- данной глубине фрезерования осуществляется двумя гидроцилин- драми 12, работающими от гидросистемы базового трактора 3. Для уравновешивания массы навесного оборудования в передней части машины установлен противовес 2. Современные ЗФМ за один проход обрабатывают полосу грунта шириной 2,6–3,4 м при глубине фрезерования до 0,25–0,35 м. После каждого прохода фрезой разрушенный грунт (материал) убирается бульдозерным отвалом 1. Производительность ЗФМ при разработке мерзлого грунта составляет 140–400 м3/ч. Основным недостатком землеройно-фрезерных машин является интенсивный абразивный износ режущих элементов. Технические характеристики ЗФМ приведены в таблице 5.3. Таблица 5.3 – Технические характеристики землеройно-фрезерных машин Параметр Марка машины ЗФМ-2300А ДП-31АХЛ Глубина рыхления, м 0.35 0,3 Ширина рыхления, м 2.6 2,4 Базовый трактор Т-100МГП – Мощность двигателя, кВт 80 – Диаметр рабочего органа, мм 1000 1300 Частота вращения, мин–1 15; 23 12 Скорость резания, м/с 1; 1.3 0,8 Количество кронштейнов, шт. 26 21 Количество линий резания, шт. 13 21 Рабочая скорость передвижения, м/ч 20–210 0–200 Производительность, м3/ч 150 145 Масса навесного фрезерного оборудования, кг 6000 6300 58 Дискофрезерные землерезные машины нарезают в мерзлых грун- тах щели шириной 0,04–0,28 м на глубину до 1,3 м с помощью од- ного или двух оснащенных резцами дисков (роторов). Эти машины применяют также для рытья узких траншей прямоугольного профи- ля под кабели электропередачи и связи, трубопроводы малых диа- метров и для вскрытия асфальтовых дорожных покрытий. Дис- кофрезерным рабочим оборудованием оснащаются траншейные экскаваторы, гусеничные бульдозеры и пневмоколесные тракторы, обо-рудованные ходоуменьшителями и механизмами привода и управления рабочим органом. Привод рабочего органа может быть механическим и гидравлическим. У землерезных машин модульного типа сменный дискофрезер- ный рабочий орган может быть навешен вместо режущей цепи, что обеспечивает универсальность этих машин. Контрольные вопросы 1. Для каких видов работ предназначены многоковшовые экска- ваторы? 2. По каким признакам классифицируются многоковшовые экс- каваторы? 3. Назовите главный параметр многоковшовых экскаваторов. 4. Какие вы знаете виды основного рабочего оборудования мно- гоковшовых экскаваторов? 5. Назовите основные параметры рабочего оборудования цепных многоковшовых экскаваторов. 6. Назовите основные параметры рабочего оборудования ротор- ных многоковшовых экскаваторов. 7. Какие основные узлы экскаваторов и их рабочего оборудова- ния вы можете перечислить? Цепных? Роторных? 8. Какие вы знаете основные механизмы многоковшовых экска- ваторов? 9. В чем заключается отличие оборудования цепных и роторных многоковшовых экскаваторов? Назовите их преимущества и недо- статки? 10. Назовите особенности конструкции ковшей рабочего обору- дования многоковшовых экскаваторов. 59 11. Какие технические характеристики многоковшовых экскава- торов вы можете назвать? Цепных? Роторных? 12. В чем заключается особенность рабочего оборудования зем- леройно-фрезерных машин? 13. Какой параметр является основным для землеройно-фрезер- ных машин? 14. В чем заключаются преимущества и недостатки землеройно- фрезерных машин. 15. Для чего предназначены дискофрезерные землерезные ма- шины? Лабораторная работа № 6 ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА ОДНОКОВШОВЫХ ПОГРУЗЧИКОВ Задание 1. Изучить назначение, классификацию, устройство и работу од- ноковшовых погрузчиков, их основные технические характе- ристики. 2. Описать назначение и классификацию одноковшовых погруз- чиков, их рабочий процесс. 3. Изучить сменные рабочие органы одноковшовых погрузчи- ков, предназначенные для разработки и погрузки грунта. 4. Вычертить схему одноковшового погрузчика, описать его уст- ройство. 5. Вычертить основные схемы работы одноковшового погрузчика. Основное назначение одноковшовых погрузчиков в строитель- стве – выполнение различных погрузочных операций с сыпучими, кусковыми и штучными грузами. В настоящее время они успешно используются не только для погрузки в карьерах сыпучих, мелко- кусковых и крупнокусковых грунтов, но и для некоторых видов земляных работ (например, для разработки с погрузкой в транспорт слабосвязных грунтов без крупных каменных включений). Поэтому некоторые типы одноковшовых погрузчиков можно отнести к ма- шинам для земляных работ. Одноковшовые погрузчики, используемые для земляных работ, 60 классифицируют по грузоподъемности, направлению разгрузки ков- ша, типу ходовой части, типу базовой машины и другим конструк- тивным признакам. По грузоподъемности погрузчики делят на малогабаритные (грузоподъемность до 0,5 т), легкие (0,6–2 т), средние (2,1–4 т), тя- желые (4,1–10 т) и большегрузные (свыше 10 т). По направлению разгрузки погрузчики могут быть с передней (фронтальные), боковой (полуповоротные) и задней (перекидного типа) разгрузкой. При этом погрузочное оборудование бывает полу- поворотное, комбинированное, перекидное и фронтальное. Для по- луповоротного оборудования характерна боковая разгрузка ковша; комбинированное оборудование позволяет производить и перед- нюю, и заднюю разгрузку, перекидное – только заднюю; при наибо- лее распространенном фронтальном оборудовании возможна раз- грузка ковша только со стороны разработки материала. По типу ходовой части различают погрузчики гусеничные или пневмоколесные. Для большегрузных машин, работающих на по- грузке взорванной скальной породы, применяются пневмогусенич- ные колеса, сочетающие в себе достоинства колесного и гусенично- го движителя (пневматическое колесо с металлическим гусеничным протектором). По типу базовой машины погрузчики выпускаются на базе спе- циальных шасси и двухосных тягачей, а также на специальных мо- дификациях промышленных тракторов, которые удовлетворяют тре- бованиям работы с погрузочным оборудованием. Привод рабочего оборудования одноковшовых погрузчиков в ос- новном осуществляется гидроцилиндрами. По характеру воздействия гидроцилиндров на ковш механиз- мы погрузчиков разделяют на безрычажные и рычажные. Рычаж- ные механизмы, в свою очередь, могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми. Наиболее совершенными являются большегрузные фронтальные погрузчики на базе пневмоколесных или гусеничных тракторов с шарнирно сочлененной рамой (рисунок 6.1). Последние обладают большой маневренностью, поскольку угол поворота рабочего обо- рудования в обе стороны относительно продольной оси машины значителен за счет поворота передней полурамы. Для возможности работы в скальных обломочных грунтах колеса этих погрузчиков 61 снабжаются металлическим протектором гусеничного типа (пнев- могусеничные колеса). Погрузочное оборудование фронтального погрузчика шарнирно крепиться к портальной раме базовой машины 7. Оно состоит из рабочего органа, стрелы, рычажного механизма и гидроцилиндров двустороннего действия. Рабочий орган погрузчика – ковш 1 – уста- новлен на стреле 4 и управляется рычажным механизмом, состоя- щим из двух пар коромысел 3 и поворотных тяг 2, приводимых в движение двумя гидроцилиндрами 5 поворота ковша. Подъем и опускание стрелы осуществляются двумя гидроцилиндрами. Гид- равлический привод рабочего оборудования позволяет плавно из- менять скорости в широких пределах и надежно предохранять его от перегрузок. Рисунок 6.1 – Фронтальный одноковшовый погрузчик: 1 – ковш; 2 – поворотные тяги; 3 – коромысла; 4 – стрела; 5 – гидроцилиндр ковша; 6 – портальная рама; 7 – базовая машина Благодаря простоте и надежности, одноковшовые фронтальные погрузчики широко применяются для всех видов работ по добыче и переработке сыпучих и кусковых материалов, при погрузке песка, гравия, щебня и других материалов в транспортные машины (само- свалы, вагонетки, железнодорожный транспорт), при укладке мате- риа-лов в штабель и перегрузке их из штабеля в транспортные ма- шины, контейнеры или бункеры, успешно заменяя на этих работах более дорогие одноковшовые экскаваторы. 62 Технические характеристики одноковшовых фронтальных по- грузчиков приведены в таблице 6.1. Таблица 6.1 – Технические характеристики одноковшовых фронтальных погрузчиков Параметр Марка машины Амкодор- 325 (ТО-18К) Амкодор- 333В (ТО-18БЗ) Амкодор- 342А (ТО-28А) Амкодор- 352 Амкодор- 361 Грузоподъемность, кг 2500 3400 4000 5000 6000 Вместимость основ- ного ковша, м3 1,4 1,9 2,3 2,8 3,4 Окончание таблицы 6.1 Параметр Марка машины Амкодор- 325 (ТО-18К) Амкодор- 333В (ТО-18БЗ) Амкодор- 342А (ТО-28А) Амкодор- 352 Амкодор- 361 Вырывное усилие, кН 60 105 117 149 170 Статическая опроки- дывающая нагрузка в сложенном положе- нии (±40°), кг 5000 7000 8000 10 000 15 000 Ширина режущей кромки ковша, м 2,5 2,5 2,65 2,65 3,09 Высота разгрузки, м 2,63 2,8 3,07 3,07 3,215 Вылет, м 0,935 0,9 1,03 1,1 1,41 Двигатель Д-245 Д-260.2 Д-260.1 Д-260.9 ЯМЗ- 238М2 Эксплуатационная мощность, кВт 73,5 95 109 132 173 Трансмиссия Гидромеханическая Скорость передвиже- ния вперед/назад, км/ч: – первая – вторая – третья – четвертая 5,3/5,3 10,1/16,4 16,2 25,0 7,4/7,5 14,4/23,5 23,0 36,0 7,9/7,5 14,4/23,0 20,6 36,2 6,5/6,6 12,7/20,0 20,0 35,0 6,0/6,0 10,2/10,2 21,9/21,9 36,0 Рулевое управление Шарнирно сочлененная рама с гидравлическим приводом и гидравлической обратной связью Типоразмер шин 14,5–20 17,5–25 20,5–25 20,5–25 23,5–25 Радиус поворота, м 5,4 5,6 5,95 6,3 7,05 Длина, мм 6480 7200 7240 7900 8170 Ширина, мм 2500 2500 2650 2650 3090 63 Высота, мм 3300 3400 3450 3450 3815 Эксплуатационная масса, кг 8700 10 500 12 200 13 500 20 500 Полуповоротные погрузчики (рисунок 6.2), в отличие от фрон- тальных, обеспечивают разгрузку ковша и сменных рабочих орга- нов впереди и на обе стороны на угол 90º от продольной оси. Это сокращает время на развороты и позволяет использовать их для ра- боты в стесненных условиях. Конструктивно полуповоротные погрузчики отличаются от фрон- тальных тем, что погрузочное оборудование, состоящее из стрелы 2, рычажного механизма 3 и ковша 4, управляемого гидроцилиндра- ми 1 и 5, монтируется на поворотной колонне 6, которая, в свою очередь, через опорно-поворотное устройство 7 опирается на ходо- вую раму базовой машины 8. Рисунок 6.2 – Полуповоротный одноковшовый погрузчик: 1 – гидроцилиндр поворота ковша; 2 – стрела; 3 – рычажный механизм; 4 – ковш; 5 – гидроцилиндр подъема стрелы; 6 – поворотная колонна; 7 – опорно-поворотное устройство; 8 – базовая машина При полуповоротном рабочем оборудовании, когда стрела с ков- шом устанавливается на поворотной платформе, маневрирование погрузчиков с грузом значительно сокращается. Однако конструк- ция таких погрузчиков сложна, а вместимость ковшей невелика. 64 Наиболее распространенным механизмом управления рабочим органом погрузчиков является одноступенчатый рычажный меха- низм с перекрестной системой рычагов и механической системой слежения (рисунок 6.3). Поворот ковша 1 относительно стрелы 2 производится гидроцилиндром 5, подъем ковша со стрелой – гидро- цилиндром 6. Точки крепления рычагов и гидроцилиндров при этой системе рычагов выбираются так, чтобы при подъеме и опускании положение ковша относительно горизонта оставалось почти неиз- менным, что устраняет потери грунта и освобождает машиниста от слежения за положением ковша. Разгрузка погрузчика (постепенная или единовременная) осуществляется поворотом ковша гидроци- линдром относительно стрелы. а б Рисунок 6.3 – Схема рабочего органа погрузчика в виде одноступенчатого рычажного механизма: а – прямой; б – перекрестный: 1 – ковш; 2 – стрела; 3 – коромысло; 4 – поворотная тяга; 5 – гидроцилиндр поворота ковша; 6 – гидроцилиндр подъема стрелы; 7 – портальная рама Для производства работ в разных условиях погрузчики целе- сообразно снабжать сменными ковшами: для карьерных работ и для работы в забое – ковшами с зубьями (рисунок 6.4, а), для выполне- ния погрузочно-разгрузочных складских операций – ковшами по- грузочного типа (рисунок 6.4, б). При универсальном использова- нии погрузчика эффективен двухчелюстной ковш (рисунок 6.4, в), передняя часть которого, поднимаясь при повороте гидроцилин- драми 2 вокруг шарнира, превращает ковш в отвал бульдозера. Этот же ковш при опускании передней части может захватывать штуч- 65 ные грузы (крупные камни, бревна и т. д.), превращаясь в ковш, по- добный грейферному. Производительность одноковшовых погрузчиков во многом определяется приемами выполнения рабочих операций и располо- жением нагружаемых транспортных средств. В зависимости от свойств черпаемого материала применяют раз- дельный, совмещенный или экскавационный способы черпания. Раздельный способ характерен внедрением в материал горизон- тально установленного на уровне опорной поверхности ковша за счет поступательного перемещения погрузчика с последующим по- воротом ковша без продвижения погрузчика. Совмещенный способ отличается от предыдущего тем, что после горизонтального внедрения ковша на небольшую величину произ- водят постепенный поворот и подъем ковша без прекращения дви- жения погрузчика. При этом режущая кромка ковша должна пере- мещаться параллельно образующей штабеля или забоя, обеспечивая максимальное заполнение ковша. а б Рисунок 6.4 – Сменные ковши погрузчиков: в) в 66 а – карьерный; б – погрузочный; в – двухчелюстной: 1 – шарнир поворота передней части ковша; 2 – гидроцилиндры поворота передней части ковша Экскавационный способ отличается от совмещенного тем, что ковш заполняется при перемещении погрузчика и постепенном подъ- еме ковша без его поворота. Поворот же ковша производится при выходе режущей кромки ковша из забоя или штабеля для транспор- тировки к месту разгрузки. При разработке грунта в забое наиболее рациональны совме- щенный и экскавационный способы черпания. После зачерпывания грунта ковш со стрелой поднимают над по- верхностью, и погрузчик задним ходом перемещают к месту разгруз- ки, после чего ковш поднимают на необходимую высоту, погрузчик передним ходом подходит к месту разгрузки и разгружается над ку- зовом, бункером или отвалом. Чтобы потери времени на повороты и развороты были минимальны, необходимо применять рациональные V-образный и челночный способы организации погрузки. а б Рисунок 6.5 – Схемы работы одноковшового фронтального погрузчика: а – V-образная; б – челночная При V-образном способе (рисунок 6.5, а) самосвал располагают у забоя под углом к погрузчику на небольшом расстоянии от него. Погрузчик после зачерпывания движется задним ходом, затем под- нимает ковш и движется вперед с поворотом вправо или влево на разгрузку. При челночном способе (рисунок 6.5, б) погрузчик с заполнен- ным ковшом отходит на некоторое расстояние от забоя задним хо- дом по прямой. Потом под ковш задним ходом подают самосвал. 67 После разгрузки ковша самосвал несколько подают вперед, осво- бождая путь погрузчику к забою. Это повторяют до полной загруз- ки самосвала. По этой же схеме можно нагружать и автопоезда. При правильной организации работ погрузчик успешно конку- рирует при работе в карьере с экскаватором за счет своей малой стоимости и простоты конструкции, что обеспечивает более низкую стоимость единицы продукции. Контрольные вопросы 1. Для каких видов работ предназначены одноковшовые погруз- чики? 2. По каким признакам классифицируются одноковшовые по- грузчики? 3. Назовите главный параметр одноковшовых погрузчиков? 4. Какие вы знаете виды основного рабочего оборудования одно- ковшовых погрузчиков? 5. Назовите основные параметры рабочего оборудования одно- ковшовых погрузчиков. 6. Какие основные узлы одноковшовых погрузчиков и их рабо- чего оборудования вы можете перечислить? 7. Какие вы знаете основные механизмы одноковшовых погруз- чиков? 8. Какие схемы рабочих органов одноковшовых погрузчиков вы можете назвать? 9. Какие виды сменного рабочего оборудования одноковшовых погрузчиков применяются? 10. Какие схемы движения используются при работе одноковшо- вых погрузчиков? 11. Какие основные технические характеристики одноковшовых погрузчиков вы знаете? 68 Лабораторная работа № 7 ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА БУРИЛЬНО-КРАНОВЫХ МАШИН Задание 1. Изучить назначение, классификацию, устройство и работу бу- рильно-крановых машин. 2. Описать назначение и устройство бурильно-крановой машины. 3. Вычертить схему бурильно-крановой машины с рабочим обо- рудованием и кинематическую схему ее привода. Самоходные бурильно-крановые машины широко применяются в промышленном и гражданском строительстве при устройстве свай- ных оснований и сооружений, опор мостов, трубопроводов, линий электроснабжении и связи, колодцев, а также при обустройстве до- рог, посадке деревьев и кустарников. Они представляют собой сов- местно действующее бурильное и специальное крановое оборудо- вание, смонтированное на шасси серийных автомобилей и тракто- ров, привод которого осуществляется от двигателя базовой машины или самостоятельной силовой установки. Бурильным оборудовани- ем проходят посредством механического вращательного бурения вертикальные и наклонные скважины в талых и несильно промер- зающих грунтах, а специальным буровым – устанавливают в пробу- ренные скважины сваи, столбы, железобетонные опоры, блоки же- лезных облицовок и другие элементы. Бурильно-крановые машины классифицируют по следующим основным признакам: – по типу буровой машины: автомобильные и тракторные; – по принципу действия бурильного оборудования: цикличного и непрерывного действия; – по типу привода бурильного и кранового оборудования: с ме- ханическим, гидравлическим и смешанным (гидромеханическим) приводом; – по виду исполнения бурильно-кранового оборудования: совме- щенное (бурильное и крановое оборудование смонтированы на од- ной мачте) и раздельное (бурильное оборудование смонтировано на мачте, крановое – на стреле); 69 – по возможности поворота рабочего оборудования в плане: неповоротные и поворотные; – по расположению рабочего оборудования на базовом шасси: с задним и боковым расположением у неповоротных машин, на по- воротной платформе – у поворотных. В настоящее время нет единой системы индексации бурильно- крановых машин. Главный параметр бурильно-крановых машин – максимальная глу- бина разбуриваемой скважины в метрах. К основным параметрам от- носятся: диаметр бурения (скважины), угол бурения (угол наклона оси скважины к горизонту), грузоподъемность кранового оборудования. Бурильно-крановая машина БМ-305А (рисунок 7.1) состоит из базового трактора 2, бульдозерного оборудования 1, рамы 11, опор- ной стойки 4, бурильно-кранового оборудования, гидравлического механизма установки бурильной мачты, выносных опор с гидро- домкратами 12, трансмиссии 7, гидросистемы и электрооборудова- ния. Рисунок 7.1 – Бурильно-крановая машина БМ-305А: 1 – бульдозерное оборудование; 2 – базовый трактор; 3 – гусек; 4 – стойка; 5 – мачта; 6 – гидроцилиндр; 7 – трансмиссия; 8 – вращатель; 9 – бур; 10 – забурник; 11 – рама; 12 – гидродомкраты Бурильно-крановое оборудование шарнирно крепится к раме 11, присоединенной к раме базового трактора, и может поворачиваться 70 в продольной вертикальной плоскости машины при установке в ра- бочее и транспортное положения двумя гидроцилиндрами 6. В транс- портном положении бурильное оборудование укладывается на опор- ную стойку 4. Бурильно-крановое оборудование обеспечивает по- дачу на забой и извлечение из скважины бурильного инструмента и установку опор. Оно включает бурильную мачту 5 с неповоротным гуськом 3 кранового устройства; бурильную штангу, на нижнем конце которой крепится сменный короткошнековый бур 9 с забур- ником 10 и резцами; гидравлический механизм подачи бура, поме- щенный внутри бурильной мачты; вращатель 8 штанги с буровым инструментом; червячную реверсивную лебедку для установки опор в пробуренные скважины. На барабан лебедки навивается канат грузового полиспаста с крюковой подвеской. Вращатель штанги представляет собой одноступенчатый кони- ческий редуктор и приводится в действие от коробки передач трак- тора с помощью механической трансмиссии 7, в состав которой входят соединительная муфта, карданные валы и раздаточная ко- робка с фрикционом для включения и выключения привода буриль- ного инструмента. От раздаточной коробки осуществляется привод выполненной с ней заодно крановой лебедки. Раздаточная коробка обеспечивает три частоты вращения бурового инструмента (1,7; 2,35 и 2,95 с–1) в зависимости от физико-механических свойств раз- рабатываемого грунта, а также реверс бура и барабана лебедки. При бурении скважин и установке столбов машина дополнительно опира- ется на две выносные плиты с гидродомкратами 12, установленными на раме 11. Неповоротный бульдозерный отвал управляется одним гидроцилиндром. Гидроцилиндры механизмов установки мачты и подачи бурильной инструмента, бульдозерного оборудования, вы- носных опор и управления фрикционом обслуживаются двумя гид- ронасосами гидросистемы базового трактора. Управление бурильно- крановым оборудованием осуществляется из кабины трактора. Бурильно-крановая машина БКМ-1501 (рисунок 7.2) с поворот- ным в плане рабочим оборудованием смонтирована на шасси авто- мобиля КрАЗ-250 (КрАЗ-250К) и предназначена для бурения сква- жин диаметром 0,63 м на глубину до 15 м в талых и мерзлых грунтах. На раме базовой машины 3 смонтированы насосная станция 4, выносные гидроуправляемые опоры 13 и опорная стойка 2 мачты. На поворотной платформе 8 с роликовым опорно-поворотным 71 устройством 14 размещены бурильно-крановое оборудование, лебед- ка 5 спуско-подъемного механизма, гидравлический механизм 6 подъ- ема-опускания мачты, механизм 7 поворота платформы, указатель 12 центра скважины и кабина 10 машиниста. Поворотное в плане рабочее оборудование обеспечивает быструю наводку оборудова- ния на точку бурения и возможность бурения нескольких скважин с одной позиции машины, что существенно повышает ее производи- тельность. Буровое оборудование машины включает шарнирно за- крепленную на поворотной платформе мачту 1, на которой смонти- рованы вращатель 9, телескопическая штанга со сменным буровым инструментом – шнековым буром – и гидравлический механизм подачи бурового инструмента на забой и извлечения его из скважи- ны. Подъем мачты в вертикальное (рабочее) и опускание ее в гори- зонтальное (транспортное) положения относительно оси поворота производятся двумя гидроцилиндрами. Рисунок 7.2 – Бурильно-крановая машина БКМ-1501: 1 – мачта; 2 – стойка; 3 – базовая машина; 4 – насосная станция; 5 – лебедка; 6 – механизм подъема-опускания мачты; 7 – механизм поворота; 8 – поворотная платформа; 9 – вращатель; 10 – кабина; 11 – шнековый бур; 12 – указатель центра скважины; 13 – выносные опоры; 14 – опорно-поворотное устройство Телескопическая штанга 9 (рисунок 7.3), на нижнем конце кото- рой крепится сменный шнековый бур 10, пропущена через враща- тель и шарнирно соединена с вертлюгом 5. Она служит для направ- ленного перемещения штанги. Вертлюг подвешен на канате, сходя- щем с барабана 3 лебедки. Вращатель обеспечивает вращение штан- 72 ги от двух гидромоторов 11 через двухскоростной одноступенчатый редуктор 8. Рисунок 7.3 – Кинематическая схема бурильно-кранового оборудования БКМ-1501: 1, 11 – гидромотор; 2 – тормоз; 3 – барабан лебедки; 4 – планетарный редуктор; 5 – вертлюг; 6 – гидроцилиндр; 7 – патрон; 8 – редуктор; 9 – телескопическая штанга; 10 – шнековый бур Принудительная подача бурового инструмента в забой произво- дится гидравлическим механизмом зажима и подачи штанги, ос- новным узлом которого является патрон 7, подвешенный к штокам двух гидроцилиндров 6. В процессе бурения патрон зажимает штан- гу, а гидроцилиндры подают ее в забой. Скорости подачи и враще- ния бура меняются с помощью гидравлического привода бессту- пенчато в зависимости от физико-механических свойств разрабаты- ваемого грунта. 73 Подъем и опускание штанги с буровым инструментом при буре- нии скважин и выемке грунта обеспечиваются однобарабанной ле- бедкой, привод барабана 3 которой осуществляется от высокомо- ментного гидромотора 1 через одноступенчатый планетарный ре- дуктор 4. Лебедка оснащена ленточным тормозом 2. Поворот платформы с бурильно-крановым оборудованием в пла- не обеспечивается механизмом поворота, включающим высокомо- ментный гидромотор, ленточный тормоз и одноступенчатый зубча- тый редуктор, на выходном валу которого закреплена поворотная шестерня, входящая в зацепление с зубчатым венцом опорно-пово- ротного круга. При бурении скважин машина опирается на выносные опоры, каждая из которых снабжена опорным гидродомкратом и гидроци- линдром поворота опоры. Гидромоторы лебедки, вращателя и механизма поворота, гидро- цилиндры подъема-опускания мачты, механизма подачи бурового инструмента, выносных опор и переключения передач вращателя обслуживаются тремя гидронасосами насосной станции, привод ко- торых осуществляется от раздаточной коробки базовой машины че- рез карданный вал и одноступенчатый редуктор. Включение привода насосной станции осуществляется из кабины автомобиля, а управле- ние процессом бурения и установки машины – из кабины машиниста. Наиболее часто применяется рабочее оборудование бурильно- крановых машин двух типов (рисунок 7.4). Лопастной бур состоит из корпуса 1 с двумя копающими лопастями в виде двухзаходного винта забурника 4 и заслонки 2. Лопасти оснащены сменными рез- цами 3, разрыхляющими грунт. Забурник, расположенный на конце бурильной головки, создает буру направление и удерживает его по оси бурения. Заслонки, шарнирно прикрепляемые к лопастям, пре- пятствуют просыпке грунта при его выемке из скважины. Бур кре- пится к нижнему концу бурильной штанги с помощью пальца. Шнековый (винтовой) бур представляет собой трубчатый остов с одной (у однозаходных шнеков) или двумя (у двухзаходных шнеков) винтовыми транспортирующими грунт спиралями 6 в виде сплошной ленты. Шнек имеет хвостовик 5 для крепления на конце бурильной штанги. К шнеку с помощью пальца 8 крепится сменная бурильная головка 7 с резцами 10 и забурником 9. У обоих типов буров при 74 разработке немерзлых грунтов используют резцы и забурники, из- готовленные из износостойких легированных сталей. Рисунок 7.4 – Рабочее оборудование бурильно-крановых машин: 1 – корпус; 2 – заслонка; 3, 10 – сменные резцы; 4, 9 – забурник; 5 – хвостовик; 6 – винтовая спираль; 7 – бурильная головка; 8 – палец Контрольные вопросы 1. Для каких видов работ предназначены бурильно-крановые машины? 2. По каким признакам классифицируются бурильно-крановые машины? 3. Назовите главный и основные параметры бурильно-крановых машин. 4. Какие виды рабочего оборудования бурильно-крановых ма- шин вы знаете? 5. Какие основные узлы бурильно-крановых машин и их рабоче- го оборудования вы можете перечислить? 6. В чем заключаются конструктивные особенности привода ра- бочего оборудования бурильно-крановых машин? 7. Какие вы знаете основные механизмы бурильно-крановых ма- шин? 8. Каким образом осуществляется процесс бурения? 9. Какими устройствами обеспечивается устойчивость бурильно- а б 75 крановых машин во время рабочего процесса? 10. Какое оборудование наиболее часто применяется в бурильно- крановых машинах? Лабораторная работа № 8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МАШИН ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ Задание 1. Изучить методику определения производительности машин для земляных работ. 2. Выполнить расчет производительности указанной машины в соответствии с вариантом задания. Определение производительности бульдозера Исходные данные к расчету производительности бульдозера при- ведены в таблице 8.1. Таблица 8.1 – Исходные данные к расчету Показатель Обозна- чение Номер варианта 1 2 3 4 5 6 Размеры отвала, м: – длина – высота L H 2,56 0,80 3,97 1,00 2,60 0,90 4,12 1,00 3,64 1,23 2,86 0,954 Угол резания, град 55 55–60 55 55 45–55 55 Угол установки отвала в плане, град 90 63 и 90 90 63 и 90 90 63 и 90 Угол поперечного перекоса отвала, град – ±5 ±6 ±6 ±4 ±6 Скорости движения, км/ч: – передним ходом – задним ходом 1 2,42 2,36 3,47 3,2 2,85 3,47 2 3,04 3,78 4,66 3,92 5,04 4,66 3 3,65 4,51 6,35 4,54 6,95 6,35 Средняя глубина копания, м h 0,07 0,16 0,12 0,18 0,20 0,15 Путь транспортирования, м lтр 30 60 70 80 50 100 Угол наклона местности, град; подъем, спуск +5 –5 +10 –10 +15 –15 Длина планируемого участка, м l 60 70 90 70 100 80 76 Род грунта ПС СП СЛ ПК СТ Р Время на укладку грунта в расчете цикла не учтено, т. к. оно обычно совмещается с временем транспортирования. Длительность основных операций рабочего цикла – копания, транс- портирования и обратного хода определяется с учетом пути и ско- рости передвижения бульдозера на этих операциях соответственно: к к к l t v , с; тр тр тр l t v , с; к тр о о l l t v , с. В эти формулы путь подставляется в метрах, а скорость – в м/с. Копание грунта обычно осуществляется на первой передаче в ко- робке передач трактора, транспортирование – на второй, а обратный ход – на третьей или задним ходом. Путь копания зависит от объема грунта q, накапливаемого перед отвалом, и глубины копания h: к q l hL , м. 2 ог o p2tgс LH k q k , м3, где ,L H – длина и высота отвала (таблица 8.2); огk – коэффициент уменьшения объема призмы грунта (таб- лица 8.2); oс – угол естественного относа грунта (таблица 8.3); pk – коэффициент разрыхления (таблица 8.3). Таблица 8.2 – Ориентировочные значения коэффициента уменьшения объема призмы грунта kог с учетом его вязкости и отношения H / L /H L Несвязные грунты Связные грунты 0,15 0,64 0,97 0,20 0,63 0,93 77 0,25 0,62 0,89 0,30 0,61 0,85 0,35 0,58 0,82 0,40 0,54 0,78 Таблица 8.3 – Значение угла естественного откоса о и коэффициента разрыхления kp Род грунта Сокращенное обозначение o с , град pk Песок средний ПС 35 1,08–1,17 Песок крупный ПК 32 1,08–1,17 Супесь СП 34 1,08–1,17 Суглинок тяжелый СТ 40 1,24–1,30 Суглинок легкий СЛ 30 1,15–1,28 Растительный Р 35 1,24–1,30 Эксплуатационная производительность бульдозера определяется с учетом количества грунта перед отвалом q, времени цикла Tц и поправочных коэффициентов по формуле э п у в ц 3600 П q k k k T , м3/ч, где пk – коэффициент, учитывающий потери грунта от дальности транспортирования: п тр1 0,005 ;k l уk – коэффициент, учитывающий изменения производительно- сти в зависимости от угла наклона местности к горизонту; вk – коэффициент использования машины по времени; вk = 0,8–0,9. Таблица 8.4 – Значение коэффициента kу в зависимости от угла наклона местности к горизонту , град 0 подъем спуск +5 +10 +15 –5 –10 –15 уk 1 0,8 0,5 0,45 1,3 1,8 2,3 Для увеличения производительности бульдозера при копании 78 легких грунтов с обоих концов отвала устанавливают сменные уши- рители, открылки и удлинители, применяют сферические и полу- сферические отвалы. Для уменьшения потерь грунта при транспор- тировании используют следующие технологические приемы: – перемещение с непрерывным дополнительным подрезанием грунта на глубину 5–10 см для компенсации потери; – перемещение в ранее сооруженной с помощью двух валиков грунта траншее, которая предохраняет призму грунта от потерь; – перемещение с промежуточным накоплением грунта, который подхватывается отвалом при последующих проходах и восполняет потери. Эксплуатационная производительность бульдозера при планиро- вочных работах находится по формуле в э пр пл пов 3600 П l / l L b k n v t , м2/ч, где l – длина участка, м; b – ширина перекрытия, м; b = 0,2–0,3 м; прn – число проходов; плv – скорость на планировке, м/с; повt – время поворота, с; повt = 5–10 с. Определение производительности скрепера Исходные данные к расчету производительности скрепера при- ведены в таблице 8.5. Таблица 8.5 – Исходные данные к расчету Показатель Номер варианта 1 2 3 4 5 Вместимость ковша, м3 3,0 4,5 7,0 10,0 8,0 Ширина резания, мм 2100 2420 2650 2650 2700 Наибольшая глубина резания, мм 200 250 300 300 350 Наибольшая толщина отсыпа- емого слоя, мм 300 400 250 250 250 79 Скорость передвижения, км/ч: – vI – vІІ – vІІІ – vІV 5,15 6,39 7,90 10,85 3,47 4,66 6,35 8,53 2,36 4,51 6,45 10,18 3,16 4,53 6,58 8,88 3,16 4,53 6,58 8,88 Основными показателями режима работы скреперов являются: толщина срезаемой стружки, коэффициент наполнения, скорости движения при выполнении операций рабочего цикла, длина пути копания и длина пути разгрузки. Эксплуатационная производительность скрепера определяется по формуле н в э ц р 3600 П qk k Т k , м3/ч, где q – геометрическая вместимость ковша, м3; нk – коэффициент наполнения ковша скрепера (таблица 8.6); рk – коэффициент разрыхления грунта (таблица 8.6). Продолжительность рабочего цикла скрепера определяется по формуле р 1 2 3к п ц пов пер 1 2 3 4 2 l l l ll l Т t nt v v v v , с, где кl – длина пути копания (наполнения), м; пl – дальность перемещения грунта, м; рl – длина пути разгрузки, м. 1v ; 2v ; 3v ; 4v – скорости передвижения соответственно при ре- зании (копании), перемещении груженого скрепера, разгрузке и пе- редвижении порожнего скрепера, м/с; повt – время, затрачиваемое на один поворот, с; повt = 15–20 с; перt – время переключения передачи, с; перt = 5–6 с; n – число переключений передач соответственно принятым ско- ростям движения за один рабочий цикл. Таблица 8.6 – Значение γ, нk , рk для некоторых грунтов 80 Род грунта Объемная масса грун- та γ, кг/м3 Коэффициент разрыхления грунта kр Коэффициент наполнения ков- ша скрепера kн Песок влажностью 12–15 % 1600–1700 1,1–1,2 0,6–0,7 Супеси, суглинки влаж- ностью 4–6 % 1600–1800 1,2–1,4 0,7–0,9 Значения скоростей принимаются на основании расчетов на ЭВМ в зависимости от выбора режима работы. При отсутствии возмож- ности выполнения таких расчетов рекомендуется принимать 1v = (0,65–0,80)vI; 2v = vІІ; vІІІ; 3v = ;2v 4v = vІІІ; vІV, где vI, vІІ, vІІ;, vІV – скорости передвижения соответственно на пер- вой, второй, третьей, четвертой скорости трактора-тягача. Длина пути копания определяется по формуле н п к р 0,5, 0,7 qk k l Bhk где пk – коэффициент, учитывающий объем срезанного грунта, идущего на образование призмы волочения и боковых валков; при нk = 1 принимается из таблицы 8.7, при нk < 1 следует принимать п н пk k k ; 0,7 – коэффициент, учитывающий неравномерность толщины стружки, срезаемой в начале и конце копания; B – ширина резания (захвата), м (см. таблицу 8.5); h – толщина отсыпаемого слоя, м (см. таблицу 8.5). Таблица 8.7 – Средние значения пk 81 Вместимость ковша, м3 Песок Супесь Суглинок Глина 6 1,26 1,22 1,10 1,10 10 1,28 1,17 1,10 1,05 15 1,32 1,16 1,09 1,05 Длина пути разгрузки определяется по формуле н р k l Вh , м. Результаты расчетов скрепера сводятся в таблицу, и строится графическая зависимость производительности от дальности транс- портировки (таблица 8.8) Таблица 8.8 – Результаты определения цТ и эП скрепера Показатель Дальность перемещения грунта, м 100 250 500 750 1000 1500 2000 Продолжительность рабочего цикла цТ , с Эксплуатационная производи- тельность эП , м 3/ч Определение производительности автогрейдера Исходные данные к расчету производительности автогрейдера приведены в таблице 8.9. Таблица 8.9 – Исходные данные к расчету Показатель Номер варианта 1 2 3 4 5 6 Длина рабочего участка дороги L, км 0,5 0,7 0,9 1,2 1,4 1,5 Ширина земляного полотна средняя Bср, м 4,5 5,0 5,5 6,0 7,0 8,0 Высота насыпи H, м 0,30 0,35 0,94 0,50 0,60 0,70 Глубина резания h, м 0,035 0,040 0,050 0,060 0,070 0,080 Угол захвата при резании 30 32 35 37 40 45 82 грунта , град Угол резания , град 45 43 40 35 32 30 Коэффициент перекрытия проходов при зарезании пk 1,2 1,2 1,3 1,35 1,4 1,5 Средняя длина перемеще- ния грунта оl 5 6 7 9 9 11 Земляные полотна профилируют в два повторных хода – зареза- ние и перемещение. При этом отвал устанавливается под разными углами (таблица 8.10). Таблица 8.10 – Углы установки отвала и глубина резания при профилировании земляного полотна Номер прохода Угол установки отвала, град Глубина резания, мм захвата резания наклона Зарезание 35 28 9 200 Перемещение 50 41 1 – Эксплуатационная производительность автогрейдера при возве- дении насыпей из резервов может быть определена по выражению с н в э р оп пов p п o 1 п о 1000 П 2 ( ) 2 ( ) Т LF k n nn L t n n n v v v , м3/см, где сТ – продолжительность смены, ч; сТ = 8,2 часа; L – длина рабочего участка, км; нF – площадь сечения насыпи, м 2 ; рn – число проходов при зарезании грунта; пn – число проходов при перемещении грунта; оn – число проходов при отделочных работах; 1v – скорость движения автогрейдера при зарезании, км/ч (I пе- редача) 1v = 2,5–4,1 км/ч; пv – скорость движения автогрейдера при перемещении грунта, км/ч (II передача) пv = 4,2–5,5 км/ч; 83 оv – скорость движения автогрейдера при отделочных работах, км/ч (III передача) оv = 8,0–9,2 км/ч. Число проходов при зарезании грунта н п р стр2 F k n F , где пk – коэффициент перекрытия проходов при зарезании (см. таб- лицу 8.9); стрF – площадь поперечного сечения стружки грунта, м 2 . н срF B Н , где срB – средняя ширина земляного полотна, м; Н – высота насыпи, м. стр оsin sinF hL , м 2 , где h – глубина резания, м; оL – длина отвала, м; б – угол захвата при резании грунта, град; д – угол резания, град. Число проходов по перемещению грунта о п р пп п l n n k l , где оl – средняя длина перемещения грунта, м (см. таблицу 8.9); пl – длина перемещения за 1 проход, м ( п оsinl L ); ппk – коэффициент перекрытия проходов при перемещении ( ппk = 1,15). Число отделочных проходов можно принять равным: 84 о п0,5n n . Определение производительности одноковшового экскаватора Исходные данные к расчету производительности одноковшового экскаватора приведены в таблице 8.11. Таблица 8.11 – Исходные данные к расчету Показатель Номер варианта 1 2 4 5 6 7 Тип рабочего оборудо- вания Прямая лопата Обратная лопата Прямая лопата Обратная лопата Прямая лопата Обратная лопата Вместимость ковша, м3 0,40 0,40 0,65 0,65 1,25 1,40 Высота резания, м 6,2 – 6,0 – 5,0 – Глубина копания, м – 4,2 – 3,0 – 5,0 Скорость подъема блока ковша, м/с 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Угол поворота пово- ротной платформы, град 120 90 90 150 120 90 Скорость поворота платформы, об/мин 2,99 6,91 3,54 4,59 3,40 6,00 Продолжительность разгрузки, с 0,3 0,5 0,8 1,2 0,8 0,5 Категория грунта IV III II IV III IV Наименование грунта Глина Глина Супесь Глина Глина Глина Коэффициент влияния трудности разработки kт 0,7 0,8 0,9 0,7 0,8 0,7 Основными показателями эффективности применения одноков- шового экскаватора является его эксплуатационная производи- тельность н т в э p 60 П qnk k k k , м3/ч, 85 где q – вместимость ковша, м3; n – число рабочих циклов в минуту; нk – коэффициент наполнения ковша (таблица 8.12); рk – коэффициент разрыхления грунта (таблица 8.12); тk – коэффициент влияния трудности разработки (см. табли- цу 8.11). Таблица 8.12 – Средние значения рk и наибольшие значения нk Наименование грунтов Категория грунтов Коэффициент разрыхления kр Коэффициент наполнения kн Песок и гравий сухие І 1,12 0,95–1,02 Песок и гравий влажные І 1,15 1,15–1,23 Супеси, легкие суглинки ІІ 1,22 1,05–1,12 Глина средняя ІІІ 1,27 1,08–1,18 Глина тяжелая ІV 1,35 1,00–1,10 Число рабочих циклов в минуту определяется по формуле ц 60 n T , где цT – продолжительность одного рабочего цикла в секундах. ц к п в пзT t t t t , где кt – время копания; пt – время поворота на выгрузку; вt – время выгрузки; пзt – время поворота в забой. Продолжительность копания ковшом «прямая лопата» с учетом подъема его над забоем (для безопасности поворота) ориентировоч- но определяется по формуле к п H h t v , с, 86 где H – высота резания, м; h – высота ковша, м; 0,9 м;h пv – скорость подъема блока ковша, м/с. Аналогичным образом определяется продолжительность копа- ния обратной лопатой. Время поворота на выгрузку пt и обратно в забой пзt определя- ется по формуле п пз п 60в 360 t t n , где – угол поворота поворотной платформы, град; пn – скорость поворота платформы, об/мин (при о90 – на первой передаче, при о90 – на второй передаче). Определение производительности многоковшового экскаватора В общем случае эксплуатационная производительность траншей- ных экскаваторов как машин непрерывного действия пропорцио- нальна площади поперечного сечения отрываемой траншеи и посту- пательной скорости рабочего перемещения экскаватора: э э вП 3600BHv k , м 3/ч, где B – ширина отрываемой траншеи, м; H – глубина отрываемой траншеи, м; эv – рабочая скорость экскаватора, м/с. Коэффициент использования рабочего времени машины в тече- ние смены рекомендуется принимать вk ≈ 0,85. Цепные многоковшовые траншейные экскаваторы Исходные данные к расчету производительности цепных много- ковшовых траншейных экскаваторов приведены в таблице 8.13. Таблица 8.13 – Исходные данные к расчету 87 Параметр Номер варианта 1 2 3 4 5 6 7 Глубина траншеи, м 1,6 1,5 1,5 2,5 2,5 3,5 3,5 Ширина траншеи, м: – по дну – по верху 0,2 0,4 0,4 1,0 0,6 2,0 0,8 3,0 0,8 2,8 1,0 1,5 1,0 2,8 Скорость цепи, м/с 0,8 1,0 1,2 1,5 2,1 0,8 1,25 Число ковшей 18 20 15 21 21 21 21 Шаг ковшей, м 0,4 0,4 0,4 0,6 0,8 0,8 0,8 Вместимость ковша, л 60 80 150 140 160 250 250 Для цепных многоковшовых траншейных экскаваторов как ма- шин непрерывного действия с порционной выдачей продукции экс- плуатационная производительность будет определяться по формуле ц н в э к р 3600 П qv k k a k , м3/ч, где q – объем ковша, м3; цv – скорость цепи экскаватора, м/с; кa – шаг ковшей, м; нk – коэффициент наполнения ковша; нk = 0,85–1,1; рk – коэффициент разрыхления грунта (таблица 8.14). Таблица 8.14 – Коэффициент разрыхления грунта рk Категория грунта Тип грунта Разрыхление рk первоначальное повторное I Песок, супесь 1,08–1,17 1,01–1,02 II Растительный грунт 1,20–1,30 1,03–1,04 III Суглинок средний 1,14–1,26 1,02–1,05 III Жирная глина, тяжелый суглинок 1,24–1,30 1,04–1,07 IV Ломовая глина 1,26–1,32 1,06–1,09 Отношение ц к v n a представляет собой число разгрузок ковшей за единицу времени. 88 Рациональное соотношение поступательных скоростей экскава- тора и ковшовой цепи обеспечивает расчетное заполнение ковша, при этом скорость цепи экскаватора будет определяться по формуле э к нц н v BHa k v qk , где B – ширина траншеи, м; H – глубина траншеи, м. Скорость экскаватора ц н э к р v qk v BHa k , м/с. Эксплуатационная производительность скребкового траншейно- го экскаватора определяется по формуле c c ц н в э р 3600 П b h v k k k , м3/ч, где cb – ширина скребка, м; ch – высота скребка, м. Коэффициент наполнения для скребкового экскаватора нk может быть принят из соотношения н 16 k , где – угол наклона рабочего органа к горизонту. Коэффициент использования машины по времени для скребко- вого траншейного экскаватора составляет вk = 0,4–0,6. Коэффициент разрыхления грунта рk приведен в таблице 8.14. Процесс разработки грунта у скребковых экскаваторов отличает- ся от ковшовых. Скорость грунта, заключенного между скребками, несколько ниже скорости цепи. Плотность грунта в потоке меньше плотности грунта, находящегося в ковшах при разработке грунта многоковшовым экскаватором. Обусловленный этими двумя при- 89 чинами коэффициент наполнения скребкового экскаватора зависит от угла наклона рабочего органа к горизонту . При заданной глубине траншеи угол равен c 2arcsin a H h r l , град, где a – высота оси ведущей звездочки над поверхностью грунта, м; a = 0,6 м; H – глубина траншеи, м; 2r – радиус делительной окружности ведомой звездочки, м; 2r = = 0,13 м; l – расстояние между осями ведущей и ведомой звездочки, м; l = 2,41 м. Производительность многоковшового экскаватора может быть посчитана также по размерам отрываемой им траншеи: э с э вП 3600b Hv k , м 3/ч. Для нормальной работы экскаватора производительность, посчи- танная по параметрам рабочего органа экскаватора и по параметрам отрываемой траншей, должна быть одинаковой. Из этого равенства находится требуемая величина рабочей ско- рости экскаватора c ц н э р 3600h v k v Hk , м/с. Роторные многоковшовые траншейные экскаваторы Исходные данные к расчету производительности роторных мно- гоковшовых траншейных экскаваторов приведены в таблице 8.14. Таблица 8.14 – Исходные данные к расчету Параметр Номер варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 Глубина траншеи, м 1,3 2,0 2,2 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 Ширина траншеи, м: – по дну 0,28 1,20 1,50 0,85 2,10 1,50 1,80 2,10 90 – по верху 0,28 2,30 2,60 1,85 3,20 2,70 3,00 3,80 Частота вращения ротора, мин–1 13,2 7,8 9,6 9,0 9,6 7,2 7,4 7,7 Диаметр ротора (по зубьям ковшей), м 2,36 3,55 3,83 3,83 4,50 4,35 4,50 4,50 Объем ковша, м3 18 14 14 16 14 16 24 24 Вместимость ковша, м3 140 140 160 85 150 250 150 150 Ширина ленты конвейера, м 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 1,2 1,2 1,2 Максимальная скорость ленты конвейера, м/с 3,9–5,0 3,5–5,0 5,0 3,5 5,0 3,5 5,0 5,0 Эксплуатационная производительность роторного траншейного экскаватора как машины непрерывного действия с порционной вы- дачей продукции определяется по формуле р к н в э р 3600 П 2 q n k k k , м3/ч, где р – угловая скорость ротора, с –1 ; кn – число ковшей; кn = 12–14 шт. Рациональное соотношение скоростей вращения ротора и экска- ватора будет определяться из условия заполнения каждого ковша за время его продвижения в траншее до поверхности: э р р к н 2 v BHk qn k , с–1, или р к н э р 2 qn k v BHk , м/с. Производительность отгрузочного конвейера траншейного экскава- тора кП должна быть выше производительности рабочего органа: 2 к к к 3600 tg П 4 b v , м3/ч, 91 где кb – ширина ленты конвейера, м; – угол естественного откоса, град; = 28–45°; кv – скорость ленты конвейера, м/с. Контрольные вопросы 1. Каким образом определяется производительность машин для земляных работ циклического действия? 2. Каким образом определяется производительность машин для земляных работ непрерывного действия? 3. Каким образом определяется производительность машин для земляных работ с порционной выдачей продукции? 4. Как определяется производительность бульдозера при пере- мещении грунта? 5. Как определяется производительность бульдозера на планиро- вочных работах? 6. Как определяется производительность скрепера? 7. Как определяется производительность автогрейдера? 8. Как определяется производительность одноковшового экска- ватора? 9. Как определяется производительность многоковшового цеп- ного траншейного экскаватора? 10. Как определяется производительность многоковшового ро- торного траншейного экскаватора? 11. Назовите основные факторы, влияющие на производитель- ность машин для земляных работ. 92 ЛИТЕРАТУРА 1. Алексеева, Т. В. Машины для земляных работ / Т. В. Алек- сеева, К. А. Артемьев. – М. : Машиностроение, 1975. – Ч. 1. – 502 с.Машины для земляных работ / Ю. А. Ветров [и др.]. – Киев : Вища школа, 1981. – 343 с. 2. Гаркави, Н. Г. Машины для земляных работ / Н. Г. Гаркави, В. И. Аринченкова, В. В. Карпов. – М. : Высшая школа, 1982. – 335 с. 3. Дорожные машины / Н. Я. Хархута [и др.]. – Ленинград : Ма- шиностроение, 1968. – 415 с. 4. Крупченко, А. И. Механизация мелиоративных и водохозяй- ственных работ : учебное пособие / А. И. Крупченко, А. В. Вавилов. – Мозырь : Белый ветер, 2000. – 287 с. 5. Строительные машины и оборудование : справочник / сост. С. С. Добронравов. – М. : Высшая школа, 1991. – 456 с. 93 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................ 3 Лабораторная работа № 1 ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА БУЛЬДОЗЕРОВ ................................ 4 Лабораторная работа № 2 ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА СКРЕПЕРОВ .................................. 17 Лабораторная работа № 3 ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА АВТОГРЕЙДЕРОВ ........................ 25 Лабораторная работа № 4 ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА ОДНОКОВШОВЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ .......................................... 34 Лабораторная работа № 5 ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА МНОГОКОВШОВЫХ ЭКСКАВАТОРОВ ........................................................................... 44 Лабораторная работа № 6 ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА ОДНОКОВШОВЫХ ПОГРУЗЧИКОВ .............................................................................. 59 Лабораторная работа № 7 ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА БУРИЛЬНО-КРАНОВЫХ МАШИН ........................................................................................... 68 Лабораторная работа № 8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МАШИН ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ ............................................ 75 ЛИТЕРАТУРА ................................................................................. 92 94 Учебное издание МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ Лабораторный практикум для студентов специальности 1-36 11 01 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» С о с т а в и т е л и : ЯЦКЕВИЧ Владимир Владимирович БЕЖИК Александр Александрович СОКОЛОВСКИЙ Юрий Викторович Редактор В. О. Кутас Компьютерная верстка Н. А. Школьниковой Подписано в печать 10.08.2012. Формат 60 84 1/8. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 5,46. Уч.-изд. л. 4,27. Тираж 100. Заказ 383. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. ЛИ № 02330/0494349 от 16.03.2009. Пр. Независимости, 65. 220013, г. Минск.