МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ
Державна освітня установа вищої професійної освіти
Тюменського державного архітектурно-будівельного університету
Кафедра «Автомобільні дороги та аеродроми»
Контрольна робота
з дисципліни «Дорожні машини, виробничі бази»
на тему «Дорожньо-будівельні машини: Екскаватори»
Тюмень 2010
Класифікація машин
Екскаватор (від лат. Excavo - видовбувати), землерийна машина, обладнана навісним робочим органом - ковшем, здійснює різання грунту одночасно з його наповненням. Завдяки високій продуктивності при розробці грунтів різних категорій найбільшого поширення набули одноковшові екскаватори.
Екскаватори розділяють на декілька груп за призначенням і потужності. Якщо машина робить всі операції в певному порядку, повторюючи їх через деякі проміжки часу, вона відноситься до машин переривчастої (циклічного) дії, якщо робить всі операції одночасно, - машиною безперервної дії. До екскаваторів переривчастої дії відносяться одноковшові, а до екскаваторів безперервної дії - багатоковшеві, скребкові і фрезерні.
Одноковшеві і багатоковшеві екскаватори бувають сухопутні і плавучі. Сухопутні екскаватори мають гусеничне, пневмоколісне, рейкове і таке, що крокує ходовий пристрій.
Всі механізми екскаватора приводяться в рух дизелями, карбюраторними, паровими або електричними двигунами. Найбільш економічними є дизельні і електричні двигуни. Вибір двигуна визначається умовами, в яких працюватиме екскаватор. Так, на екскаваторах, що працюють в кар'єрі, вигідно застосовувати електродвигуни, тому що електрика - найбільш дешевий вид енергії, а при роботі на будівництві доріг, де машину часто перевозять з місця на місце, доцільно використовувати дизельні двигуни.
Якщо всі механізми екскаватора приводяться в рух від одного двигуна, такий привід називають одномоторним. Якщо в екскаваторі кожен механізм (або група механізмів) приводиться в рух окремим двигуном, такий привід називається багатомоторним.
З метою передачі руху від двигуна до робочих механізмів використовують наступні види приводів:
- Механічний, коли рух передається за допомогою валів, шестерень, черв'ячних пар, ланцюгових передач;
- Гідравлічний об'ємний, де роль приводу виконують гідронасос, мастилопроводи і гідромотори (або гідроциліндри); в маслопроводах циркулює рідина, передавальна енергію від насосів до гідромоторів (або гідроциндрів), що призводить робочі механізми в рух;
- Гідромеханічний, в якому для передачі енергії використовують гідротрансформатор у поєднанні з механічною трансмісією;
- Електричний, вживаний на екскаваторах з багатомоторним приводом у поєднанні з механічним;
- Змішаний, складається з приводів двох видів, наприклад механічного та електричного.
Таким чином, екскаватори класифікують:
- За способом переміщення (плавучі і сухопутні);
- За типом силового устаткування (з дизелем, карбюраторним, електричним, дизель-електричним і т. д.);
- За кількістю двигунів (одномоторні, багатомоторні);
- За видом приводу (механічні, гідравлічні, гідромеханічні, електричні);
- За типом ходового пристрою сухопутних екскаваторів (гусеничні, пневмоколісні, рейкові і з простує ходовим устаткуванням).
Кожна з груп екскаваторів відрізняється дрібнішими ознаками - розмірами, потужністю, призначенням.
Одноковшеві екскаватори класифікують за призначенням.
Існують три основні групи:
- Будівельно-універсальні - з ковшами місткістю до 3 м3, призначені для виконання земляних робіт;
- Кар'єрні - з ковшами місткістю від 2 до 8 м3, призначені для роботи в кар'єрах на розробці рудних і вугільних родовищ;
- Розкривні - з ковшами місткістю понад 6 м3, призначені для розробки верхніх шарів порід (розкриву).
Одноковшеві екскаватори розрізняють по використанню їх з різними видами робочого обладнання.
Універсальні екскаватори призначені для роботи з різними видами змінного устаткування; прямий і зворотною лопатою, драглайном, кранової стрілою з крюковою підвіскою або грейфером, копром для забивання паль і т. д.
Полууніверсальние екскаватори крім основного робочого обладнання мають один або два види додаткового змінного обладнання (пряму лопату, зворотну лопату, драглайн).
Основні робочі органи машини
Робоче обладнання включає комплекс вузлів екскаватора з робочим органом (ківш, крюк, грейфер та ін.) Грунт розробляють ковшем, після чого переміщують до місця розвантаження у відвал або в транспортний засіб. Залежно від виду змінного устаткування застосовують жорстку або гнучку підвіску робочого органу. Характер роботи визначає робоче устаткування: пряму лопату, зворотну лопату, драглайн, кран або грейфер.
Одноковшеві екскаватори. Одноківшевим універсальним екскаватором називається машина циклічної дії, призначена для виїмки і переміщення грунтів та інших матеріалів за допомогою одного з видів робочого устаткування з одним ковшем, і для виконання навантажувальних сваєбойних та інших робіт іншими видами змінного робочого обладнання.
Одноковшеві екскаватори (рис. 1) складаються з наступних основних вузлів: ходового пристрою, поворотної платформи з силовим обладнанням і основними кінематичними ланками і робочого обладнання.
Гусеничне ходове устаткування забезпечує високу прохідність і хорошу стійкість при роботі екскаватора.
Рис. 1. Cхемa одноковшового екскаватора
Поворотна платформа спирається через катки або спеціальний (кулькове або роликове) опорно-поворотний пристрій на раму ходового пристрою. Платформа повертається в горизонтальній площині щодо ходової частини.
Кут повороту ходового устаткування в горизонтальній площині визначає можливість екскаватора бути повноповоротний або неполноповоротним. Поворотна частина повно-новоротного екскаватора може обертатися навколо своєї осі на 360 °.
У цих машин на поворотній платформі змонтовані всі силові агрегати, пульт управління, робочі механізми і кріпиться робоче устаткування.
Робоче обладнання включає комплекс вузлів екскаватора з робочим органом (ківш, крюк, грейфер та ін.) Грунт розробляють ковшем, після чого переміщують до місця розвантаження у відвал або в транспортний засіб. Залежно від виду змінного устаткування застосовують жорстку або гнучку підвіску робочого органу. Характер роботи визначає робоче устаткування: пряму лопату, зворотну лопату, драглайн, кран або грейфер.
Робочий цикл екскаватора виконується в наступній послідовності: копання грунту; переміщення заповненого грунтом ковша до місця розвантаження; розвантаження грунту з ковша у відвал або транспортує пристрій; переміщення ковша (поворот платформи) до вибою; опускання ковша для підготовки до наступної операції копання.
Пряма лопата - устаткування, призначене для розробки грунту вище рівня стоянки екскаватора. Пряма лопата з механічним приводом (рис. 2) складається з наступних основних вузлів: каната підйому стріли, ковша, рукояті, стріли, сідловий підшипника. Рукоять до стрілки кріпиться сідлових підшипником, за допомогою якого рукоять повертається у вертикальній площині щодо стріли і здійснює зворотно-поступальний рух уздовж осі рукоятки. При копанні грунту ківшу потрібно пройти становища-IV, зображені на рис. 74. Ківш піднімається підйомним канатом, що огинає головні блоки. Напір рукоятки здійснюється напірним механізмом, яким виконується також зворотний рух (повернення) рукояті. На універсальних будівельних екскаваторах застосовують канатні і зубчато-рейкові (напірні механізми).
Рис. 2. Схема роботи прямої лопати
Ківш прямої лопати складається з корпусу, відкидного днища із засувом і змінних зубів. Зуби мають звужується до кінця хвостовик, що входить у гніздо козирка. Від випадіння зуби утримуються в гніздах шплинтами.
Прямі лопати в останні роки оснащують ковшами з напівкруглою передньою стінкою і з козирком у вигляді совка без зубів. Ківш такої конструкції значно легше і має мінімальний опір при копанні грунту, що, природно, підвищує продуктивність екскаватора.
На екскаваторах з прямою лопатою застосовують рукояті двох типів: однобалкові (внутрішнього типу) і двобалочні (зовнішнього типу). Однобалочний рукоять проходить усередині стріли, а двохбалочна - зовні. Рукоять може здійснювати зворотно-поступальний рух в направляючих сідловини напірного валу, а також повертатися разом з сідлових підшипником у вертикальній площині щодо напірного валу. Конструкція рукояті визначає конструкцію напірного механізму.
Стріла прямої лопати виконана у вигляді зварної конструкції з листової сталі. Тип рукояті визначає конструкцію стріли. Стріла буває двобалочний при однобалочний рукояті і однобалочний при двобалочний рукояті.
У верхній частині стріли змонтовані на підшипниках блоки, через які проходить канат підйому ковша і стріли-підйомний канат. Нижнім кінцем (п'ятою) стріла пальцями кріпиться до поворотній платформі і може повертатися при зміні її кута нахилу. У середній частині стріли розташований напірний вал.
Зворотна лопата - це устаткування, призначене для розробки грунтів нижче рівня стоянки екскаватора при ритті котлованів, траншей, виїмок.
Зворотна лопата (рис. 3) складається з ковша, стріли, рукояті і двоногій стійки. Ківш закріплений жорстко до рукояті, шарнірно приєднаної до верхнього кінця стріли. При підтягуванні каната рукоять повертається проти годинникової стрілки, ківш врізається в грунт (положення /; положення / / і / / / відповідають транспортному положенню і вивантаженню грунту з ковша).
Рис. 3. Схема роботи зворотного лопати
Багатоковшеві екскаватори. Багатоковшеві екскаватори представляють собою землерийні машини, які мають у ролі робочого органу багатоковшеві ланцюг або роторне колесо з ковшами, жорстко закріпленими по периметру. Вони застосовуються: на дорожньо-будівельних роботах; при ритті котлованів, каналів і траншей для укладання труб або для основ установка, пульт управління, коробка передач, робочий орган встановлюють на ходову раму.
Швидкості руху ковшовий ланцюга і машини повинні бути узгоджені з місткістю ковша і глибиною забою, щоб ківш, проходячи шлях забою, зміг до моменту виходу заповнитися.
Роторні траншейні екскаватори застосовують при прокладці магістральних трубопроводів і траншей. Робочим органом у цих екскаваторів є ротор. У порівнянні з ланцюговими траншейними екскаваторами роторні мають більш високий ККД і велику продуктивність.
Рис. 4. Схема багатоковшового екскаватора
Область застосування
В даний час жодне будівництво в країні не обходиться без екскаваторів. Їх висока продуктивність, здатність працювати в будь-яких умовах, надійність, якість і різноманітність виконуваних ними земляних робіт забезпечили цим машинам широке застосування в різних галузях народного господарства. Недарма парк цих машин в нашій країні або, іншими словами, загальна кількість екскаваторів, що знаходяться у веденні різних будівельних організацій, складає більше 500 000. Однак потреба в них у зв'язку з великим будівництвом в останні п'ятирічки така велика, що щорічно на заводах виготовляється більше 40000 екскаваторів.
Для яких конкретно робіт призначені екскаватори? Їх можна використовувати під час риття котлованів, каналів, траншей, розробці виїмок і насипів, спорудженні дамб і розчищення територій, на розкривних роботах і в кар'єрах, при перевантаженні сипких будівельних матеріалів і планувальних роботах і в багатьох інших випадках.
Область їх застосування в будівництві практично не обмежена. Там, де є доступ для цієї машини, земляні роботи будуть виконані з високим темпом і якістю.
Екскаватори можуть вести розробку грунту як вище рівня майданчика, на якій вони стоять, так і нижче цього рівня. Вони можуть діяти в обмежених умовах і розробляти грунт під шаром води, вивантажувати викопаний грунт в транспортні засоби і відсипати його на значну відстань від місця копання у відвал, можуть остаточно обробляти ухил і поверхню стінок траншей і котлованів, а також з достатньою точністю планувати горизонтальну поверхню будівельного майданчика або дна траншей і котлованів.
Очевидно, що кожен вид роботи вимагає застосування пристосованих для цього екскаваторів і призначеного для кожного конкретного випадку робочого устаткування. Під робочим устаткуванням маються на увазі ті вузли машини, за допомогою яких екскаватор безпосередньо копає грунт (ківш, стріла, рукоять з системою їх приводу). Грає певну роль в цих випадках також тип ходової частини машин: забезпечений чи екскаватор гусеничним ходом, що дає машині можливість доступу в будь-яке місце будівельного майданчика за відсутності під'їзних шляхів і за поганих грунтових умовах або має він пневмоколісних ходову частину, хоча і володіє гіршою прохідністю, але дозволяє швидко переміщати машину з об'єкту на об'єкт. Для виконання певних робіт має значення вид приводу робочого обладнання. Так, екскаватори з гідравлічним приводом продуктивніші, краще пристосовані для планувальних, обробних операцій, однак машини з канатною підвіскою більш застосовні при уривку і поглибленні каналів за допомогою ковша-драглайн, при земляних роботах на значному видаленні від машини. І, звичайно, велику роль при оренді екскаватора грає можливість повороту робочого обладнання або, іншими словами, наявність у них поворотною платформи, яка створює широкі можливості для вивантаження грунту і інших робіт.
Таким чином, особливості конкретних видів земляних робіт, які необхідний /) виконати екскаватору, - наприклад, вирити котлован, траншею, канал, спланувати поверхню майданчика або перевантажити будівельні матеріали, а також об'єм грунту, передбачуваного до виїмки, і грунтові умови на об'єкті диктують застосування екскаваторів з певними робочим обладнанням, ходовою частиною і типом приводу робочого обладнання.
Для виконання всіх можливих видів земляних робіт випускаються екскаватори різного конструктивного виконання. Їх можна розділити на дві великі групи: одноківшеві і багатоковшеві.
Одноковшеві екскаватори (їх називають іноді екскаваторами циклічної дії) всі операції по копанню грунту, його переміщення і розвантаження виконують послідовно і циклічно: спочатку заповнюють ківш грунтом, потім повертають завантажений ківш, в кінці повороту вивантажують грунт з ковша (у відвал або транспортні засоби) та , нарешті, повертають порожній ківш в початкове положення для завантаження. Далі цей цикл операцій повторюється.
Багатоковшеві екскаватори (їх називають також екскаваторами безперервної дії) виконують всі робочі операції з копання, переміщенню і вивантаженню грунту одночасно. Поки частина ковшів або ножів ріже грунт, інші переміщають його, а треті - вивантажують. При роботі цих машин немає яскраво вираженого повторюваного циклу робочих операцій.
Однаковшовие екскаватори набули більшого поширення у будівництві, ніж багатоковшеві, у зв'язку з тим, що володіють більшою універсальністю.
Універсальність - це здатність екскаватора виконувати різноманітні земляні роботи, починаючи від споруди траншей, котлованів, каналів і закінчуючи відсипанням насипів і дамб, а також вести вантажно-розвантажувальні роботи. Звичайно, все це екскаватор може виконувати лише за допомогою різного змінного робочого обладнання.
Розрахунок продуктивності
До основних факторів, що впливає на продуктивність екскаватора, належать такі:
труднощі розробки гірничої маси, яка оцінюється категорією породи і її станом. При розробці, наприклад, вологою глинистої породи, яка налипає на ківш, зменшується корисний об'єм останнього і збільшується тривалість циклу через більш тривалої розвантаження ковша. У зимових умовах погано роздроблений мерзлий грунт також знижує коефіцієнт наповнення ковша;
технічні дані, стан і надійність екскаватора;
кваліфікація машиніста;
якість забою, що оцінюється його висотою, умовами підходу транспорту до місця навантаження, освітленістю;
організація робіт, що залежить від достатності транспортних засобів, стану доріг, своєчасного постачання паливом, енергією, запасними частинами тощо
Цей стандарт поширюється на кар'єрні роторні екскаватори для відкритих гірських робіт і визначає єдині методи визначення розрахункової теоретичної, ефективної та експлуатаційної продуктивності, застосовувані для порівняльної оцінки технічного рівня.
1. Максимальну розрахункову теоретичну продуктивність по розпушеному гірничій масі (Q теор1) в кубічних метрах на годину розраховують за формулами
Q теор1 = 0,06 × (g до + 0,5 g п) × S max; (1)
Q теор1 = 3600 × F л × n л × K н, (2)
де g к - місткість ковша (рис. 1);
g п - місткість подковшового простору (рис. 1);
S max - число випорожнень ковша;
v л - швидкість стрічки конвеєра, м / с;
K н = 0,9 (коефіцієнт завантаження ковша);
F л - розрахункова площа поперечного перерізу матеріалу, що транспортується на стрічці, м 2.
Розрахункову ширину стрічки визначають за формулою
В = 0,9 В. л - 50, (3)
де В л - ширина стрічки, мм.
Чорт. 1
Із двох значень продуктивностей, отриманих за формулами (1) і (2), беруть менше.
2. Теоретичну продуктивність по розпушеному гірничій масі (Q тeop2) в кубічних метрах на годину розраховують за формулами:
при заданому питомій зусиллі капання лінійному (для трапецієподібної форми ковша)
Q тeop2 = £ Q тeop1, (4)
де a =
(D - діаметр роторного колеса по ріжучих крайок ковшів, м;
r - щільність гірничої маси, т / м 3;
f - коефіцієнт розпушення гірничої маси в ковшах);
b = 0,102 K 1
(K 1 - питоме зусилля копання, лінійне, Н / см;
i - число проміжних ріжучих крайок між сусідніми ковшами);
c = K 1 × 0,162 × D × S max (1 + i) × r 1 - 232 N p
(R 1 - радіус заокруглення ріжучих крайок ковшів у площині периметра різання (рис. 2), м;
N p - потужність приводу роторного колеса, кВт);
Чорт. 2
при заданому питомій зусиллі копання поверхневому
Q тeop2 = £ Q тeop1 (5)
де K F - питомий поверхневий зусилля копання, Н / см 2.
3. Ефективну продуктивність (Q е.) в кубічних метрах на годину розраховують за формулою
Q е = ,
де K заб - коефіцієнт забою, що характеризує втрати часу на виконання допоміжних технологічних операцій при відпрацюванні розрахункового забою, що визначається за формулою
K заб = , (6)
де Т е - необхідне час безпосередньої екскавації при відпрацюванні блоку з продуктивністю Q тeop2, год;
Т нд - розрахунковий час на виконання операцій при відпрацюванні блоку (зупинка і реверсування механізму повороту в кінці кожної стружки, переходи від стружки до стружці, від шару до шару і від одного блоку до іншого), год;
K у - коефіцієнт управління, що характеризує зміну фактичної середньої продуктивності екскавації в порівнянні з теоретичної та додаткові втрати часу через збільшення, в порівнянні з розрахунковою, тривалості допоміжних технологічних операцій при відпрацюванні блоку.
Для орієнтовних розрахунків значення коефіцієнта управління K у рівні:
0,75 ... 0,85 - для екскаваторів, не обладнаних автоматичною системою управління;
0,85 ... 0,95 - для екскаваторів, обладнаних автоматичною системою управління.
Розрахунок при експлуатації екскаватора
Q е = V б / t б, (7)
де V б - обсяг блоку, відпрацьованого роторним екскаватором, м 3;
t б - час відпрацювання блоку, ч.
Експлуатаційну продуктивність (Q екс) в кубічних метрах на годину розраховують за формулами
Q е = Q е. × K Т.І,
де K Т.І - коефіцієнт технічного використання за РД 50-650; при експлуатації екскаватора
Q е = V б / t к, (7)
де t к - календарний фонд часу за вирахуванням організаційних простоїв, періоду перегонів роторного екскаватора через перебудову технологічної схеми, а також періоду не властивих робіт (перевалка, зачистка траси і т.д.), ч.
При роботі роторного екскаватора в складі комплексу гірничо-транспортного обладнання календарний фонд часу визначають без урахування всіх простоїв (аварійних, технологічних, організаційних тощо), пов'язаних з іншими машинами комплексу в годинах.
Список літератури
http://stroy-technics.ru/jekskavatory/
Беркман І. Л. Універсальні одноковшеві будівельні екскаватори / І. Л. Беркман, А. В. Раннев, А. К. Рейш. - М., Машинобудування, 1977 р.
Короткий довідник машиніста екскаватора / під. ред. А. Ф. Яковлєва, М. Машинобудування - 1972 р.
Екскаватори та стрілові самохідні крани. Каталог довідник. - М.: АТ «Машмір», 1998.
Баловне В. Дорожньо-будівельні машини і комплекси - М.-Омськ, СібАДІ, 2001.