Лекционный комплекс Дорожные машины. Республики казахстан

• Название: Республики казахстан
• Дата: 04.09.2019
• Размер: 2.48 Mb.
• Имя файла: Лекционный комплекс Дорожные машины.doc
• Тип: Документы; #85885
• страница: 1 из 8

Ф.4-35 Лекционный комплекс

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Рудненский индустриальный институт


Кафедра транспортная техника и организация перевозок

ЛЕКЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС
по дисциплине «Дорожные машины»

для студентов специальности

050713 «Транспорт, транспортная техника и технологии»

Составил В.В. Осипов, преподаватель

кафедры ТТиОП
Утверждены на заседании кафедры

Пр. №___ от «__»________200__г

Зав. кафедрой ТТиОП ___________

проф., к.т.н. Б.А. Борохович
Рудный 2009

Тема 1. Введение
План

1. 
   История развития машин
   

В настоящее время строительное производство немыслимо без его механизации, т. е. без применения специальных машин. Огромный размах строительства в Советском Союзе повлек за собой и рост произ­водства таких машин. В результате появилась совершенно новая отрасль машиностроения, которая за короткий срок, начиная с тридцатых годов, сделала огромные успехи. Сейчас создан большой парк дорожных машин, включающий в себя самые разнообразные машины. Эта отрасль машино­строения продолжает развиваться. При этом имеет место тенденция к по­вышению мощностей машин и к автоматизации связанных с их работой производственных процессов.

Успешное проектирование дорожных машин возможно лишь в случае, если инженер-механик обладает достаточной теоретической подготовкой. Первостепенное значение имеют вопросы взаимодействия рабочих органов той или иной машины с обрабатываемыми ею строительными материалами. Только с учетом этого взаимодействия возможен правильный выбор пара­метров машины, обеспечивающий высокую производительность и эконо­мичность работы. Вместе с тем установить элементы такого взаимодей­ствия возможно лишь на базе знания свойств строительных материалов и, в частности, грунтов.

К параметрам машин относятся основные элементы ее характеристики (вес, габариты, рабочие и транспортные скорости и т. п.). Большое зна­чение имеют принципиальная конструктивная схема машины, а также конструкция и размеры ее рабочих органов.

Строительное производство относится к одной из древнейших отра­слей деятельности человека. Оно стояло на достаточно высоком уровне еще задолго до нашей эры. Широко известны такие образцы строительного искусства, как египетские пирамиды, земляные плотины в Индии и благоустроенные дороги Римской империи. Так, общее протяжение последних к началу нашей эры составило около 78 000 км. Возведение всех этих сооружений в условиях того времени осуществлялось вручную рабами и покоренными народами, а в дальнейшем — крепостными. Первые серь­езные попытки механизировать труд в строительстве относятся к началу XIX в., чему в значительной степени послужило изобретение паровой машины. Так, в 1809 г. в Петербурге Бетанкуром была предложена пла­вучая землечерпалка, которая затем успешно работала в Кронштадтском порту.

В 1835 г. появился первый паровой экскаватор. Однако развитие дорожного машиностроения в то время шло крайне медленно. Так, к 1859 г. мировой парк экскаваторов состоял всего из семи машин, из которых четыре работали в России. Первые дробилки появились в 1858 г., однако ввиду плохого качества получаемого щебня они крайне медленно внедрялись в производство. В 1875 г. был построен первый грейдер-эле­ватор, а в 1887 г. — первый грейдер. Обе эти машины работали на кон­ной тяге.

Развитию строительных и дорожных машин способствовало изобре­тение гусеничного ходового механизма и двигателей внутреннего сгора­ния, в частности дизелей. Первые экскаваторы на гусеничном ходу по­явились в 1912 г. и с этого времени они широко стали применяться на строительстве.

Первые годы нашего века являются началом развития автомобиле­строения. Эта новая отрасль промышленности стала расти бурными тем­пами. С появлением автомобилей потребовалось широкое строительство дорог. При этом изменился тип дорожных покрытий, т. е. появились усо­вершенствованные покрытия, устраиваемые с применением битумных материалов и цементного бетона. Для расширяющегося дорожного строи­тельства необходимы дорожные машины.

В дореволюционной России объем дорожно-строительных работ был мал, кроме того, почти все работы выполнялись вручную. Дорожное машиностроение начало развиваться только после Великой Октябрьской социалистической революции. В 1926 г. на Онежском заводе в г. Петро­заводске было организовано производство грейдеров, скреперов, утюгов и т. п. В 1930 г. дорожное машиностроение осуществлялось уже на четы­рех заводах. Выпуск машин и число занятых их производством заводов непрерывно расширялись и продолжают расширяться в настоящее время. Сейчас строительное и дорожное машиностроение является большой от­раслью машиностроительной промышленности, которая включает в себя научно-исследовательские институты и многочисленные проектные орга­низации.

Дорожные машины работают в тяжелых условиях, которые характе­ризуются большим диапазоном изменений температуры воздуха, постоян­ной возможностью подвергнуться воздействиям осадков, передвижением в условиях бездорожья, работой на влажных, а иногда на сильно пылеватых грунтах и т. п. При этом надо еще учесть, что строительные объекты часто имеют значительную протяженность и потому места работы машин отдалены от ремонтных баз. Все это должно учитываться при проектиро­вании машин.

Дорожные машины должны быть просты по конструкции и обладать достаточной надежностью в работе и необходимой долговечностью. Мон­таж и демонтаж машины, а также выполнение необходимых ремонтных опе­раций не должны вызывать больших затруднений. Надежность характе­ризуется временем непрерывной работы машины до первого планового ремонта, а долговечность — временем работы машины до капитального ремонта или до ее списания.

Простота выполнения ремонтных операций, экономичность работы и снижение стоимости изготовления самой машины зависят от того, на­сколько полно проведена унификация машин. Поэтому проектирование машин должно производиться с максимальным использованием одних и тех же или в крайнем случае подобных агрегатов, узлов и механизмов. Парк унифицированных машин легче снабжать запасными частями и на базе готовых агрегатов проще организовать их ремонт. Кроме того, изго­товление однотипных агрегатов обходится значительно дешевле, чем разнотипных. Поэтому унификация является сейчас главнейшей задачей дорожного машиностроения.
Тема 2. Рабочие органы и ходовое оборудование
План

1. Основные виды земляных работ

2. Технологический процесс

3. Виды оборудования для земляных работ
Земляные работы являются самым распространенным - видом работ строительного производства. Они применяются в транспорт­ном, гидротехническом, промышленном и городском строительствах, а также в сельском хозяйстве. Вместе с тем они принадлежат к весьма важным видам работ, от качества выполнения которых во многом зависит устойчивость и продолжительность службы устроенных на грунтовых ос­нованиях таких инженерных сооружений, как автомобильные и железные дороги, плотины, дамбы и т. п.

Основными видами земляных работ являются возведение насыпей, разработка выемок, рытье каналов, траншей и котлованов. Эти работы могут выполняться в самых разнообразных условиях, и грунт, необхо­димый для возведения земляных сооружений, может перевозиться на различные расстояния. Так, в условиях транспортного и, в частности, автодорожного строительства низкие насыпи высотой до 1,5 м могут возводиться из боковых резервов, а высокие насыпи, которые обычно имеют место на подходах к таким искусственным сооружениям, как мосты и путепроводы, как правило, сооружаются из грунта, доставляемого из специальных карьеров.

Для выполнения земляных работ применяются разнообразные ма­шины. Технологический процесс этих работ примерно одинаков и состоит г из следующих основных элементов: копания, транспортировки грунта к месту укладки или в отвал разравнивания, уплотнения и профилирова­ния, т. е. окончательной отделки земляного сооружения. Копание грунта, т. е. отрыв его от основного массива, может производиться как после пред­варительного рыхления специальными машинами-рыхлителями, так и без этого.

В соответствии с элементами технологического процесса используется следующее оборудование для земляных работ:

1) землеройные машины, к числу которых относятся экскаваторы, бульдозеры, скреперы, автогрейдеры и грейдеры, грейдер-элеваторы, а также землеройно-фрезерные машины;

2) транспортные машины, к которым относятся автомобили, землевозы и транспортеры;

3) машины для уплотнения грунта — катки, трамбующие и вибра­ционные машины.

Разравнивание, а отчасти и профилирование грунта обычно произ­водится бульдозерами, автогрейдерами и грейдерами, а также специаль­ными профилировщиками.

Землеройные машины производят разработку грунта. Вынутый из забоя грунт может быть погружен в транспортные средства (автомобиль, землевоз и т. п.) или доставлен к месту его укладки самой землеройной машиной. Те машины, которые производят не только разработку, но и перемещение грунта, называются землеройно-транспортными. К числу землеройно-транспортных машин относятся: бульдозеры, скреперы, авто­грейдеры, грейдеры и грейдер-элеваторы.

Перемещение грунта землеройно-транспортными машинами может осуществляться в ковшах, тогда эти машины называются ковшовыми, или путем волочения его перед ножами или отвалами — тогда эти машины называются ножевыми. К ковшовым землеройно-транспортным машинам относятся скреперы, а к ножевым — бульдозеры, автогрейдеры, грейдеры и грейдер-элеваторы.

Транспортные машины обычно работают совместно с экскаваторами, а иногда и с грейдер-элеваторами. Машины для уплотнения грунта при­меняются как при возведении насыпных земляных сооружений — насы­пей, дамб, плотин и т. п., так и при подготовке грунтовых оснований в це­лях повышения их устойчивости.

Во всех случаях целью работы является достижение той плотности грунта, которая (применительно к данному виду работ) обусловливается специальными нормами.

По характеру работы машины для земляных работ могут быть под­разделены на машины непрерывного и циклического действия. Машины непрерывного действия совершают рабочий процесс непрерывно. К ним относятся: грейдер-элеваторы, автогрейдеры и грейдеры, а также ротор­ные многоковшовые экскаваторы. Одноковшовые экскаваторы и скреперы являются машинами циклического действия.

Тема 3. Физико-механические свойства грунтов
План

1. Механический состав.

2. Влажность.

3. Плотность.

4. Число пластичности.

5. Показатель консистенции.

6. Индекс текучести.

7. Оптимальная влажность.

8. Последействие нагружения.
Грунты обрабатываются землеройными, землеройно-транспортными и уплотняющими машинами. Рабочие органы последних непрерывно или периодически находятся во взаимодействии с грунтами. Эффективность работы машин зависит от того, насколько правильно при их проектиро­вании учтены свойства грунтов. Особенно важно знать те сопротивления, которые оказывает грунт обрабатывающим его рабочим органам машин, а также зависимость этих сопротивлений от различных факторов, к числу которых главным образом относятся скорости воздействия, форма ра­бочих органов, их размеры и т. и. Только при полном учете свойств грун­тов возможно создание высокопроизводительных и вместе с тем экономич­ных машин.

Грунт представляет собой систему, состоящую из минеральных ча­стиц, пространство между которыми в той или иной степени заполнено водой и воздухом. Поэтому в грунтах принято различать три фазы: твер­дую, жидкую и газообразную. Твердая фаза содержит частицы различ­ного размера и формы, которые по крупности разделяют на глинистые (мельче 0,005 мм), пылеватые (0,05—0,005 мм) и песчаные (2—0,05 мм). Глинистые частицы представляют собой тончайшие пластинки, форма пылеватых частиц приближается к сферической, а песчаные частицы (в за­висимости от их происхождения) могут быть округлыми или угловатыми. Свойства грунтов в значительной степени зависят от того, в каком соотношении находятся эти частицы. Особенное влияние оказывает наи­более мелкая фракция грунтов — глинистая.

Количественное содержание в грунтах твердых частиц того или иного размера называется гранулометрическим или меха­ническим составом. Гранулометрические составы природных грунтов крайне разнообразны.

Твердые — минеральные частицы взаимодействуют с имеющейся в грунтах жидкой фазой — водой. Молекулы воды адсорбируются на поверхностях частиц и образуют прочно удерживаемые на них пленки, которые, в отличие от свойств воды остального объема, обладают проч­ностью на сдвиг и пределом текучести. Воду этих пленок принято назы­вать прочно связанной водой. В непосредственной близости от этих пленок располагается вода, удерживаемая уже меньшими силами, которую называют рыхло связанной. Далее размещается вода, на которую уже не оказывают влияние исходящие от поверхностей ми­неральных частиц силы. Эта вода находится под воздействием только силы тяжести и называется свободной.

Грунты делят на виды. Если в каком-либо грунте содержание пылеватых частиц превы­шает содержание песчаных, то к наименованию грунта прибавляется слово «пылеватый», например, супесь тяжелая пылеватая, суглинок лег­кий пылеватый и т. п.

В результате взаимодействия частиц друг с другом и с водой грунты обладают связностью, что увеличивает необходимые для их деформи­рования или разрушения усилия. Ввиду этого мелкие частицы грунта образуют достаточно прочные грунтовые агрегаты. Связность грунта зависит главным образом от гранулометрического состава и от влажности. В песках, даже влажных, связность проявляется в незначительной сте­пени, и потому эти грунты относят к несвязным. Супеси можно от­нести к малосвязным грунтам. Связность особенно становится заметной в случаях суглинков и глин, поэтому последние относят к грунтам связным. Такое разделение грунтов удобно при рассмотрении многих процессов, связанных с их обработкой.

На физико-механические свойства грунтов большое влияние оказы­вает их состояние, которое в основном определяется влажностью и плот­ностью.

Влажность (W) - есть отношение веса содержащейся в грунте воды (g_g) к весу сухого грунта (g_г), выраженное в процентах.

Плотность грунта определяется объемным весом твердой фазы (скелета) и находится по формуле:


где _ — объемный вес влажного грунта, который находится как отноше­ние веса влажного грунта к его объему.
Особенное влияние влажность оказывает на свойства связных грун­тов, которые в зависимости от влажности могут находиться в твердом» пластичном или текучем состоянии. Пластичность есть способность грун­тов под действием внешних сил изменять свою форму без разрушения иизменения объема.

Связный грунт находится в пластичном состоянии в определенном, характерном для данного грунта интервале влажностей. Верхний предел этого интервала ограничен пределом текучести W_T, а нижний — пре­делом пластичности W_p.

Разность между пределами пластичности и пластичности называется числом пластичности.

Грунт при влажности большей предела текучести представляет собой вязкую жидкость. Если влажность грунта находится между пре­делами текучести и пластичности, то он пастообразен. Наконец, при влаж­ности меньшей предела пластичности грунт находится в твердом состоя­нии.

Для связных глинистых грунтов рекомендуют вычислять показатель консистенции, который по международному стандарту называется индексом текучести:


где w — влажность грунта.
Для оценки степени уплотнения грунты испытывают в приборе стан­дартного уплотнения. Сущность этого метола состоит в том, что помещен­ный в стальной стакан грунт в три слоя при разных влажностях уплотняют последовательными ударами падающей гири. Размеры стакана, вес и вы­сота падения гири, а также число ударов стандартизированы. Получаемая в результате такого уплотнения наибольшая плотность называется мак­симальной стандартной плотностью б_mах, а соот­ветствующая ей влажность — оптимальной влажностью W₀.

При разработке грунты разрыхляются, что приводит к увеличению их объема. Это свойство характеризуется коэффициентом разрыхления k„ который представляет собой отношение объема разрыхленного грунта к тому объему, который грунт занимал в естественном залегании. Для большинства видов грунтов коэффициент разрыхления находится в пре­делах 1,1 — 1,3. При этом чем большей связностью обладает грунт, тем выше коэффициент разрыхления. Коэффициент разрыхления мерзлых грунтов примерно равен 1,5—1,6.

При отсыпке разрыхленного грунта с некоторой высоты он отклады­вается в виде конуса. Угол образующей этого конуса с его основанием называется углом естественного откоса φ. Величина угла естественного откоса зависит от вида грунта и его влажности. Сопротивляемость грунта нагрузкам до некоторой степени может быть охарактеризована модулем деформации. При деформи­ровании грунтового полупространства жестким круглым штампом модуль деформации Е₀определяется по формуле:


где _ - напряжение на поверхности грунта под штампом

_ - диаметр штампа

_ - полная осадка штампа
Деформация грунтов, как и других материалов, может быть обратимой и необратимой.

Обратимая деформация исчезает по прекращении действия нагрузки, а необратимая остается. В отличие от других материалов, например металлов, обратимая деформация грунтов не всегда идет с высокими скоростями. Во многих случаях ее скорость сравнительно мала, в результате чего происходит отставание в изменении деформации по сравнению с изменением напряжения. Поэтому обратимую деформацию грунтов упругой называть не принято.

Необратимая часть деформации может быть названа еще и пластиче­ской, если она не сопровождается нарушением сплошности грунта, т. е.его разрушением.

Прикладываемая к грунтам нагрузка воспринимается не только скелетом грунта, но и водой. Установлено, что в крупнозернистых грун­тах нагрузка воспринимается в основном скелетом, а в мелкозернистых — окружающими частицы грунта водными пленками. Перераспределение нагрузки между скелетом и водой зависит также от влажности грунта. Под нагрузкой происходит сближение частиц и их агрегатов. При этом они вначале соприкасаются с окружающими их водно-коллоидными пленками, которые в местах контактов начинают испытывать местные давления и по­тому толщина их в этом месте уменьшается. Вола внутри пленок при сдав­ливании начинает перемещаться из мест более напряженных в места менее напряженные. Поэтому всякое деформирование грунта сопряжено с ми­грацией влаги. Связанная вода обладает повышенной вязкостью как ввиду того, что она прочно удерживается па поверхностях частиц, так и из-за содержания в ней коллоидных частиц. Свободная вода, стремясь удалиться из напряженной зоны, вынуждена проходить через тонкие ка­пилляры и потому тоже испытывает большие сопротивления. Все это приводит к тому, что движение воды, а следовательно, и деформации грунта, становятся возможными с ограниченными скоростями. Поэтому грунты относят к упруго-пластично-вязким материалам, т. е. к телам, деформация которых зависит не только от величины нагрузки, но и от ее временных параметров. Под последними понимаются скорость изменения напряженного состояния и продолжительность действия нагрузки.

Для практических целей представляет интерес закономерность на­копления необратимой деформации грунта при повторных нагрузках. Опытным путем установлено, что если к грунту через штамп приклады­вать повторные циклические нагрузки с одним и тем же максимальным напряжением и при одной и той же скорости изменения последнего, то накопленная деформация пропорциональна логарифму числа повторностей приложения нагрузки. Если продолжительность пауз между на­грузками меньше времени, которое требуется для полного восстановле­ния обратимой части деформации, то на накопленную необратимую деформацию оказывает влияние частота приложения нагрузки. По мере уве­личения частоты накопленная деформация несколько снижается. Это про­исходит потому, что при недостаточной продолжительности пауз про­цесс обратного упругого последействия еще не успевает закончиться и потому возникают как бы встречные движения грунтовых агрегатов и, кроме того, последние в меньшей степени находят новые «пути» дли взаимо­перемещений, в результате чего эти взаимоперемещения становятся короче.

Частота приложения нагрузок имеет значение при деформировании грунтов, обладающих тиксотропными свойствами. Установлено, что имеют место такие частоты, при которых происходят интенсивные тиксотропные превращения грунтов, сопровождающиеся обильным выделе­нием влаги и ослаблением связей между его частицами и агрегатами. При таких частотах эффективность действия нагрузок значительно повы­шается. Этим свойством грунтов следует воспользоваться как при их уплот­нении, так и при их разработках.


Тема 4. Системы управления машин
План

1. Виды систем управления.

2. Параметры систем управления.

3. Привод рулевого управления.
Для приведения в действие дорож­но-строительной машины или ее потребителей энергии (механиз­мы рабочего оборудования, ходовое устройство, системы управле­ния) применяют комплекс устройств, который называют приво­дом.

В качестве источника энергии привода служат силовые установ­ки, которые подразделяют на автономные, не требующие подведе­ния энергии извне, и работающие от внешнего источника энергии. К автономным относят силовые установки базовой машины (бульдозеров, скреперов, роторных экскаваторов