СтройМаш. Лабораторные работы 1-2. Строительные машины
 Скачать 1.62 Mb.
|
|
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО- СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ННГАСУ) Кафедра Технологии строительного производства СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ И СРЕДСТВА МАЛОЙ МЕХАНИЗАЦИИ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторно-практическим работам 1 и 2 Нижний Новгород – 2008 УДК 69.002.5 Строительные машины и средства малой механизации. Методические ука- зания к лабораторно-практической работе 1 и 2 – Нижний Новгород: ННГАСУ. 2008 – 30 с. В работе 1 приведены общие сведения о машинах и механизмах, даны определения терминам «машина», «механизм», «деталь», рассмотрены ос- новные виды соединений деталей машин. В работе 2 приведены сведения об основных узлах строительных ма- шин, дана краткая их характеристика, изложены правила по технике безо- пасности при эксплуатации машин. Методические указания предназначены для студентов всех форм обу- чения по направлению 270100- «Строительство». Илл. – 15 Табл. – Библиогр. – 3 назв. Составители: доцент Гужавин А.Я. доцент, к.т.н. Капацинский В.И. Рецензент: доцент, к.т.н. Серов Ю.А. © Нижегородский Государственный архитектурно-строительный универ- ситет, 2008. 3 РАБОТА 1 ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О МАШИНАХ, МЕХАНИЗМАХ И ДЕТАЛЯХ МАШИН Цель работы: познакомиться с сущностью терминов «машина», «ме- ханизм», «деталь», изучить основные способы соединения деталей, мате- риалы для их изготовления. 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МАШИНАХ И МЕХАНИЗМАХ Современное строительство основано на применении широкого ком- плекса средств механизации. Большинство строительных процессов вы- полняется с применением машин и механического оборудования. Машина – механизм или несколько связанных между собой механиз- мов, совершающих движения для преобразования материалов или энер- гии. Основное назначение машины – облегчение физического труда, по- вышение производительности труда и качества продукции. Механизм – система подвижно соединенных звеньев, совершающих под действием приложенных к ним внешних сил определенные, заранее заданные движения. Механизмы преобразуют скорости и направления движения звеньев или один вид движения в другой, а также – силы и вращающие моменты. В каждом механизме имеются подвижные и неподвижные звенья. Подвижное звено, к которому приложено действие внешних сил, называ- ют ведущим, а подвижное звено, воспринимающее движение от ведущего, называют ведомым. Неподвижное звено, относительно которого соверша- ется движение, называется стойкой (в реальном механизме это рама, кор- пус или станина). Машины, преобразующие материал, называют машинами-орудиями. Они изменяют форму, свойства или состояние материалов: машины для дробления и обогащения нерудных строительных материалов, машины для арматурных работ, машины для земляных, бетонных, отделочных ра- бот, подъемно-транспортные, погрузочно-разгрузочные, для свайных ра- бот и т.д. Машины, преобразующие один вид энергии в другой, называют энер- гетическими машинами: двигатели внутреннего сгорания (ДВС), электри- ческие двигатели и генераторы, гидравлические и пневматические двига- тели и т.д. Машины состоят из деталей, узлов и агрегатов. 4 Деталь – часть механизма или машины, изготовленная из однородно- го материала без сборочных операций или с использованием местных со- единительных операций (сварка, пайка, склеивание и т.п.) Детали могут быть простыми (ось, болт, винт, шпилька и т.д.) и сложными (корпус редуктора, станина станка, коленчатый вал двигателя и т.п.). Изготавливают их различными способами: отливкой, ковкой, штам- повкой, прокаткой, обтачиванием, фрезерованием, шлифовкой и т.д. Узел – законченная сборочная единица, которая может собираться от- дельно от других составных частей изделия из деталей, имеющих общее функциональное назначение: соединительная муфта, подшипник качения, редуктор и т.п. Сложные узлы могут состоять из нескольких простых уз- лов (подузлов): например, редуктор включает в себя подшипники, валы с насаженными на них зубчатыми колесами, крышку с установленной на ней пробкой - сапуном. Машинный агрегат – укрупненный, обладающий полной взаимозаме- няемостью узел, который может быть установлен на машинах различного назначения. Это – топливные и гидравлические насосы, мотор-редукторы, компрессоры, механизмы переключения передач, механизмы реверса и т.п. 2 МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Детали машин изготавливают из конструкционных материалов, кото- рые обладают требуемой прочностью и способностью воспринимать си- ловые нагрузки. Они делятся на металлические, неметаллические и ком- позиционные. 2.1 МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ (МЕТАЛЛЫ) широко приме- няют в машиностроении. Они делятся на черные и цветные. Черные ме- таллы – техническое название железа и его сплавов, цветные металлы – техническое название всех остальных металлов и их сплавов. Черные, подразделяемые на стали и чугуны, представляют собой сплав железа с углеродом (содержание углерода от 0,025% до 2,14% для сталей, более 2,14% для чугунов). Они обладают высокой прочностью и жесткостью, имеют сравнительно невысокую стоимость. Основные недос- татки черных металлов – высокая плотность и слабая коррозионная стой- кость. Из сталей в зависимости от назначения деталей и гарантируемых ме- ханических или химических характеристик применяют: а) стали углеродистые обыкновенного качества (марки от Ст0 до Ст6) для крепежных деталей, фасонного проката общего применения, деталей передач, муфт и т.д.; 5 б) стали углеродистые качественные конструкционные (марки от 08 до 85), для изготовления деталей общемашиностроительного применения, подвергающихся механической, термической, химико-термической и др. видам обработки; в) стали легированные конструкционные (марки 20X, 35X, 30XMA, 18XГ, 30ХГС, 23X2Г2Т и .др.) применяют для высокоответственных де- талей, подвергающихся термической или химико-термической обработке; г) стали инструментальные углеродистые (марки от У7 до У13, 7ХФ, 9ХС, Х12Ф1 и др.) для изготовления инструмента и деталей машин, кото- рые должны обладать высокой твердостью и износостойкостью. Из чугунов наиболее широко применяют: а) чугун серый (марки от СЧ 10 до СЧ 35), обладающий высокими ли- тейными качествами, хорошо обрабатывающийся режущим инструмен- том. Применяют для изготовления деталей сложной конфигурации: кор- пусов редукторов, шкивов, блоков цилиндров, зубчатых колес, корпусов насосов, муфт и т.п.; б) чугун ковкий (марки от КЧ 30-6 до КЧ 63-2), обладающий хороши- ми литейными качествами и хорошо обрабатывающийся механическим способом. Применяют для отливок простой формы, имеющих небольшую толщину стенок и работающих в условиях динамических нагрузок; в) чугун высокопрочный (марки от ВЧ 35 до ВЧ 100), отличающийся высокими механическими свойствами, имеющий хорошую коррозионную стойкость, жаростойкость и допускающий сварку и автогенную резку. Применяют для отливок сложной формы: барабанов лебедок, шаботов мо- лотов, коленчатых валов и т.п.; г) чугуны легированные (хромистые ЧХ1...ЧХ32, кремнистые ЧС5...ЧС15М3, алюминиевые ЧЮХ...ЧЮ30 и др.) в состав которых входят один или несколько легирующих элементов. Эти элементы придают чугу- ну специальные свойства: жаростойкость, окалино- и коррозионную стой- кость, износостойкость, хладостойкость и др. Цветные металлы (медь, алюминий, цинк, олово, магний и др.) в чис- том виде как конструкционные материалы применяют редко. Чаще всего они входят в состав цветных и легких сплавов. Из цветных сплавов наиболее распространены медные: бронзы и ла- туни. Бронзы – сплавы меди, в которых цинк или никель не являются ос- новными легирующими элементами. Делятся на две группы: оловянные, в которых основным легирующим элементом является олово (БрОФ6,5-0,4, БрОФ7-0,2, БрОЦС4-4-4 и др.), и безоловянные, которые не содержат олова (БрА5, БрАЖ9-4, БрАЖН10-4-4 и др.). Бронзы имеют высокую прочность, коррозионную стойкость, хоро- шие антифрикционные свойства и высокую электропроводность. Их при- меняют в ответственных конструкциях: для втулок и вкладышей подшип- 6 ников скольжения, венцов червячных колес, электродов сварочных ма- шин, гаек ходовых винтов, деталей запорной арматуры и т.п. Латуни – медные сплавы, в которых основным легирующим элемен- том является цинк. Они могут быть двойными, содержащими цинк до 50% (Л66, Л75...Л96), и многокомпонентными, содержащими, наряду с цин- ком, алюминий, железо, никель, свинец и др. элементы (ЛА85-0,5, ЛАН59-3-2 и т.д.). Латуни обладают высокой коррозионной стойкостью, пластичностью, хорошими антифрикционными свойствами. Применяют их для деталей, работающих в химически активной среде: втулки подшипников скольже- ния, элементы запорной арматуры, гайки нажимных винтов, элементы гидравлических передач и т.д. Из легких сплавов широко применяют алюминиевые и магниевые. Алюминиевые сплавы в зависимости от видов компонентов получили на- звание: силумины (алюминий-кремний), дюралюмины (алюминий – медь – марганец), магналии (алюминий – марганец). Все эти сплавы имеют ма- лую плотность (от 1,8 до 2,8 г/см 3 ), высокие коррозионные свойства, хо- рошо обрабатываются резанием и давлением, работают в широком диапа- зоне температур. Их применяют для изготовления корпусов компрессоров и пневмоинструментов, шкивов, колес турбин, картеров ДВС и т.п. Магниевые – сплавы магния с алюминием, марганцем, цинком, цир- конием и др. элементами. Имеют малую плотность (от 1,76 до 2,0 г/см 3 ), обладают хорошими литейными свойствами, хорошо поглощают вибра- цию и хорошо обрабатываются резанием. Их применяют для изготовления корпусов механизированных инструментов, деталей двигателей и прибо- ров и т.п. 2.2 НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ – дерево, резина, кожа, гра- фит, картон, пластмасса и др. Пластмассы играют значительную роль в обеспечении экономии чер- ных и цветных металлов. Они обладают довольно высокой прочностью, антикоррозионной и химической стойкостью в агрессивных средах, малой плотностью, фрикционными или антифрикционными свойствами. Детали из пластмасс получают высокопроизводительными методами. Поэтому они имеют малую трудоемкость в изготовлении. Примером служат: поли- этилен, поливинилхлорид, фторопласт, полистирол, полиамид и др. 2.3 КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ (КОМПОЗИТЫ) – это искусственные материалы, состоящие из металлической или неметалличе- ской основы (матрицы) с распределенными в ней компонентами, придаю- щими материалу в целом заданные свойства. Химически разнородные элементы основы и компонентов имеют четкую границу раздела и обла- 7 дают свойствами, которые не присущи каждому из них, взятому в отдель- ности. В качестве конструкционных применяют армированные и дисперсно- упрочненные композиционные материалы. Примером армированных слу- жат асбополимерные фрикционные материалы (см п.2.4), а дисперсно- упрочненных – порошковые спеченные материалы на основе железа или меди. Они обладают высокой износостойкостью, могут работать при вы- сокой температуре (до 400˚С), некоторые при сухом трении или в режиме самосмазывания (железографит, железосульфид, медь-графит и др.). Их применяют для замены бронз, латуней и баббитов. 2.4 АНТИФРИКЦИОННЫЕ И ФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ. При работе машины ее детали совершают относительные перемещения, сопро- вождаемые трением. Трение снижает КПД машины, вызывает нагрев и износ деталей, а иногда их заедание и поломку. Для уменьшения потерь на трение применяют антифрикционные материалы: цветные сплавы – брон- зы, латуни; специальные подшипниковые сплавы – баббиты, антифрикци- онные цинковые сплавы ЦАМ: черные металлы – антифрикционный чу- гун АЧС, АЧВ и др. В ряде случаев трение в машине полезно (тормоза, муфты сцепления, фрикционные и ременные передачи) и тогда применяют материалы с по- вышенным коэффициентом трения – фрикционные. Примером служат ас- бополимерные композиции на основе асбеста. Асбест составляет до 70%, а остальное – минеральные и органические наполнители и связующие. Связующим элементом являются каучуки, смолы или их комбинации. Фрикционные элементы выпускаются в виде лент, дисков или формован- ных накладок, которые крепятся к элементам механизмов заклепками или специальными клеями. 2.5 СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ уменьшают интенсивность изнаши- вания трущихся элементов машин. Слой смазки устраняет непосредствен- ный контакт рабочих поверхностей деталей, сухое трение металл о металл заменяется на трение внутри масляного слоя. При этом уменьшается ко- эффициент трения, улучшается отвод тепла, облегчаются условия работы деталей и увеличивается срок их службы. Смазка также защищает рабочие поверхности деталей от коррозии. Находят применение жидкие, пластичные, твердые и газообразные смазочные материалы. Для смазки механизмов строительных машин чаще всего применяют жидкие и пластичные (мазеобразные) смазочные мате- риалы. Жидкие – это минеральные масла с добавлением специальных ве- ществ, которые называются присадками. Присадки могут быть антиокис- 8 лительными, антикоррозионными, противозадирными и др. Жидкие смаз- ки применяют для редукторов, коробок передач, двигателей внутреннего сгорания, компрессоров и т.п. Пластичные смазочные материалы в общем виде состоят из двух ос- новных компонентов: минерального или растительного масла и загустите- ля (различные мыла или твердые углеводороды). Как и жидкие, имеют в своем составе различные присадки. Применяют их для смазки подшипни- ковых узлов, открытых зубчатых передач, а также для защиты металличе- ских поверхностей от воздействия окружающей среды. Твердые смазочные материалы, графит в виде порошка или смеси с консистентной смазкой, применяют для смазки тяжелонагруженных под- шипников, работающих при низких или высоких температурах. Газообразные смазочные материалы применяют в подшипниках, не- сущих малую нагрузку, но работающих при большой угловой скорости – до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту. Например, в подшип- никах шпинделей шлифовальных машин, в подшипниках центрифуг и т.п. В основном применяют азот, неон, иногда водород, подаваемые в узел трения под давлением. 3 СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ Детали, составляющие механизм или машину, связаны между собой тем или иным способом. Характер связей называют при этом соединениями, а производственный процесс соединения – сборкой. Классификация соеди- нений: а) по сохранению целостности деталей при разборке: разъемные – допускают многократную сборку-разборку без наруше- ния целостности деталей; неразъемные – при разборке нарушается целостность одной или всех деталей; б) по возможности относительного перемещения деталей: подвижные – после соединения детали перемещаются одна относи- тельно другой; неподвижные – детали не могут перемещаться относительно друг друга; в) по форме сопрягаемых поверхностей – плоские, цилиндрические, конические, винтовые, профильные; г) по методу образования – резьбовые, шпоночные, шлицевые, штиф- товые, клиновые, профильные, клепаные, сварные, клеевые, паяные и др. Среди разъемных соединений наиболее распространенными в маши- ностроении являются резьбовые, шпоночные и шлицевые, в меньшей сте- пени – клиновые, штифтовые и профильные. 9 3.1 РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ . Это соединение составных частей изделия с помощью деталей, имеющих резьбу. Они отличаются универ- сальностью, высокой надежностью, малыми габаритами и весом крепеж- ных деталей, технологичностью и возможностью точного изготовления. Недостатки – значительная концентрация напряжений в местах резкого изменения поперечного сечения и низкий КПД подвижных соединений. Резьба представляет собой чередующиеся выступы и впадины определен- ной формы на поверхности тела вращения, выполненные по винтовой ли- нии. Рисунок 1.1 – Профили резьб: а – метрической; б – прямоугольной; в – трапецеидальной; г – упорной; Р – шаг резьбы; d - наружный диаметр; d 1 – внутренний диаметр Резьбы классифицируют по следующим признакам: а) по форме основной поверхности – цилиндрические, наиболее рас- пространенные, и конические для плотных соединений труб, штуцеров, пробок, масленок и т.п.; б) по профилю резьбы – треугольные, прямоугольные, трапецеидаль- ные, упорные, круглые и др. Профиль резьбы – это контур сечения резьбы в плоскости, проходящей через продольную ось детали; в) по направлению винтовой линии – правые, имеющие направление винтовой линии по движению часовой стрелки, и левые, имеющие на- правление винтовой линии против движения часовой стрелки. Наиболее распространена правая резьба, левая применяется в технически обосно- ванных случаях; 10 Рисунок 1.2 – Образование винтовых линий: а – для правой резьбы; б – для левой резьбы г) по числу заходов различают одно- и многозаходную резьбу. Наибо- лее распространены однозаходные резьбы, многозаходные – применяют преимущественно в механизмах как ходовые; д) по расположению – различают наружную и внутреннюю резьбы; е) по эксплуатационному назначению – крепежные, крепежно- уплотнительные, ходовые и специальные. Крепежные резьбы обеспечивают надежное соединение деталей при различных нагрузках и температурах. Основной из них является метриче- ская, имеющая треугольный профиль и большие силы трения по поверх- ности контакта. У этой резьбы угол профиля при вершине 60˚, а все раз- меры задаются в мм. Параметры метрических крепежных резьб стандар- тизированы. 3.1.1 ДЕТАЛИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ. Основными и наиболее распространенными деталями резьбовых соединений являются болты, винты, шпильки, гайки и шайбы. Геометрические формы, размеры, вари- анты исполнений, технические требования на эти детали весьма разнооб- разны и отражены в справочниках и стандартах. Наиболее простым и дешевым является болтовое соединение. Болт – цилиндрический стержень с винтовой нарезкой, снабженный головкой. Головка, чаще всего, шестигранная с размером под ключ, но может быть и другой формы: четырехгранной, цилиндрической с шестигранным углуб- лением под ключ, цилиндрической с лысками и т.п. На нарезанную часть стержня наворачивают гайку. Винт подобен болту, но головка у него, ча- ще всего, выполняется с прорезью (шлицем) под отвертку, но может быть и под ключ, т.е. шестигранной, четырехгранной и т.п. Винт вворачивают в резьбовое отверстие одной из соединяемых деталей, толщина которой, как правило, значительно больше толщины другой. Основные типы бол- тов и винтов показаны на рисунке 1.4. 11 Рисунок 1.3 – Резьбовые соединения деталей: а – болтовое; б – винтовое; в – шпилечное Шпилька – цилиндрический стержень, имеющий резьбу на обоих концах. Одним концом (посадочным) ее ввертывают в резьбовое отвер- стие одной из деталей, а на второй конец (стяжной) после установки со- единяемой детали наворачивают гайку. В некоторых случаях шпильку ис- пользуют с применением двух гаек (рисунок 1.3, в). Рисунок 1.4 – Основные типы болтов и винтов: а – болт с шестигранной головкой; б – болт со шплинтовым отверстием в стержне; в - болт с отвер- стиями в головке для стопорения; винты с головками: г – потайной; д – полу- потайной; е – цилиндрической; ж – полукруглой; и – цилиндрической с шести- гранным углублением под ключ. Гайка – крепежная деталь с внутренней резьбой. Гайки имеют различ- ную форму и конструкцию. Наиболее распространены шестигранные, ре- же четырехгранные; применяют также специальные гайки – прорезные, корончатые, круглые, гайки-барашки и др. 12 Рисунок 1.5 – Типы гаек: а – шестигранные; б – шестигранные коронча- тые; в – шестигранные прорезные; г – гайка-барашек; д – колпачковая; е – круглая Шайба – металлическая пластинка с отверстием. Устанавливается для увеличения опорной поверхности под гайкой, исключения перекоса гайки, когда поверхности соединяемых деталей имеют неровности; для предо- хранения поверхностей деталей от повреждения гранями гайки. 3.1.2 СТОПОРЕНИЕ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ . Несмотря на то, что применяемая в крепежных деталях треугольная резьба обеспечивает самоторможение, иногда, особенно при вибрационных, динамических на- грузках, возможно самоотвинчивание. Рисунок 1.6 – Способы стопорения резьбовых соединений: а – стопорной шайбой с лапкой; б – стопорной пластиной; в – установкой контргайки; г – пружинной шайбой; д – вязкой проволокой; е - установкой шплинта 13 Для предотвращения самоотвинчивания крепежных деталей, т.е. для повышения надежности резьбовых соединений, применяют различные способы их стопорения. Наиболее распространенные приведены на ри- сунке 1.6. 3.2 ШПОНОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Это разъемные соединения с по- мощью специальных деталей – шпонок, устанавливаемых в пазы вала и ступицы. Основное назначение шпонки – передача вращающего момента от вала к деталям. Шпонки делятся на клиновые, образующие напряжен- ные соединения; призматические и сегментные – для ненапряженных со- единений. Клиновые шпонки запрессовывают (забивают) в пазы вала и ступицы, что смещает оси соединяемых деталей на величину δ. Это приводит к смеще- нию центра масс и появлению неуравновешенной силы, создающей до- полнительные нагрузки на опоры вала. Вращающий момент передается силами трения, возникающими при забивании шпонки. Для передачи больших вращающих моментов при реверсивном дви- жении применяют тангенциальные шпонки. Каждая шпонка состоит из двух клиньев, положение которых друг относительно друга после сборки должно быть зафиксировано, например, штифтом. Рисунок 1.7 – Шпоночные соединения деталей: а – клиновой шпонкой; б – тан- генциальными шпонками; в – призматической шпонкой; г – сегментной шпон- кой; 1 – вал; 2 – ступица детали; 3 – шпонка 14 Тангенциальные шпонки ставят попарно под углом 120 или 180˚ и ориентируют их в противоположном направлении, т.к. каждая шпонка пе- редает вращающий момент в одну сторону. Натяг между ступицей и ва- лом у них создается не в радиальном (как у клиновых), а в касательном (тангенциальном) направлении. Напряженные шпоночные соединения, как правило, деформируют со- единяемые детали, вызывают неуравновешенность деталей и часто тре- буют индивидуальной пригонки шпонки по пазу. Это недопустимо в ус- ловиях массового производства. Перечисленные недостатки ограничивают применение напряженных шпоночных соединений в современном машиностроении. Призматические шпонки закладывают в паз вала (их называют за- кладными), они передают вращающий момент боковыми гранями. Соединение не воспринимает осевые нагрузки, поэтому можно осу- ществить подвижное соединение деталей. Рисунок 1.8 – Подвижные соединения призматическими шпонками: а – крепление шпонки на валу (направляющая шпонка); б - крепление шпонки в сту- пице (скользящая шпонка) В этом случае для обеспечения правильного положения шпонок, их обычно крепят к валу или ступице. Разновидностью призматических шпонок по принципу работы явля- ются сегментные. Соединения этими шпонками технологичны, удобны при сборочных операциях. Однако глубокий паз значительно ослабляет вал, поэтому их применяют при передаче небольших вращающих момен- тов или для фиксации деталей на осях. 15 3.3 ЗУБЧАТЫЕ (ШЛИЦЕВЫЕ) СОЕДИНЕНИЯ. Это разъемные соеди- нения, образованные зацеплением наружных зубьев (шлицев) на валу 1 с внутренними зубьями в отверстии ступицы 2 (рисунок 1.9, а). Это соединение называют также многошпоночным, у которого шпонки выполнены заодно целое с валом. Рисунок 1.9 – Разновидности шлицевых соединений: а - прямобочное; б – эвольвентное; в – треугольное; г – трапецеидальное; 1 – вал; 2 – ступица Шлицевые соединения, по сравнению со шпоночными, имеют мень- шее число деталей, значительно большую нагрузочную способность, луч- ше центрируют соединяемые детали и более надежны при динамических и реверсивных нагрузках. По форме боковых поверхностей шлицев различают соединения: пря- мобочные, эвольвентные, треугольные, трапецеидальные. 3.4 ШТИФТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Это разъемные соединения дета- лей с применением штифта. Рисунок 1.10 – Штифтовые соединения деталей: а – для фиксации взаим- ного положения деталей; б – для передачи вращающего момента; 1 – штифт цилиндрический; 2 – штифт конический 16 Их используют для фиксации взаимного положения деталей (при со- вместной механической обработке и последующей сборке), а также для передачи сравнительно небольших вращающих моментов. Конструкция и размеры штифтов регламентированы стандартами, ос- новные из них: гладкие цилиндрические или конические, насечные ци- линдрические или конические, пружинные. Достоинствами штифтовых соединений являются технологичность, простота и низкая стоимость, не- достатком – ослабление сечения вала отверстием. 17 РАБОТА 2 ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН Цель работы: изучить виды, назначение и устройство основных узлов (частей) строительных машин: 1. Силового оборудования. 2. Рабочего оборудования. 3. Трансмиссии. 4. Ходового оборудования. 5. Системы управления. Для лучшего понимания принципа работы и взаимодействия отдель- ных частей машин выделяют пять основных разновидностей узлов (рису- нок 2.1). Реальное же количество узлов машин достигает десятков, а ино- гда и сотен единиц. Рисунок 2.1 – Структурная схема подвижных строительных машин Стационарные машины ходового оборудования не имеют, а транс- портные – рабочего органа. Объединяющей отдельные узлы машины в единое целое (машину) является трансмиссия. Совокупность силового оборудования, трансмиссии и системы управ- ления называют приводом машины. Наименование ему дают чаще по виду трансмиссии, но иногда и по типу двигателя. Применяют следующие виды приводов строительных машин, разли- чающихся способом передачи механической энергии силового оборудова- ния к исполнительным механизмам: 18 1. Механический, в котором энергия передается механической транс- миссией (движущимися деталями). 2. Гидравлический, в котором энергия передается гидравлической трансмиссией (потоком рабочей жидкости под давлением). 3. Электрический, в котором энергия передается электрической трансмиссией (электрическим током в системе электрооборудования). Применяют в основном только на крупных строительных машинах (краны стреловые самоходные большой грузоподъемности, шагающие экскавато- ры и т.д.). Как правило, оборудование таких приводов имеет большую массу и стоимость. 4. Пневматический, в котором энергия передается пневматической трансмиссией (потоком сжатого воздуха). 5. Комбинированный, содержащий несколько разновидностей транс- миссии. Например, электрогидравлический, дизель-электрический, ди- зель-гидравлический и другие более сложные комбинации приводов. По количеству двигателей привод строительных машин может быть одно- и многомоторным. В первом случае приведение в действие всех ис- полнительных механизмов машины осуществляется от одного двигателя механическими трансмиссиями (групповой привод). Во втором – каждый исполнительный механизм приводится в действие своим электро-, гидро- или пневмодвигателем (привод индивидуальный). Исполнительный механизм – часть машины, обеспечивающая рабо- чие движения для выполнения отдельных операций строительного про- цесса. Из основных узлов к ним относятся рабочее оборудование и ходо- вое устройство. Минимальное количество исполнительных механизмов равно числу рабочих движений машины. 1 СИЛОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ В качестве силового оборудования строительных машин используют двигатели внутреннего сгорания, электродвигатели и комбинированные силовые установки, состоящие из нескольких двигателей. Силовое оборудование машин является источником механической энергии, предназначаемой для приведения в действие исполнительных механизмов. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС), называемые иначе тепловы- ми, преобразуют химическую энергию сгорающего в цилиндрах топлива в механическую энергию вращения коленчатого вала. ДВС применяют, в основном, на самоходных машинах. Они могут быть одно- и многоцилин- дровыми, работающими на тяжелом дизельном топливе – дизельные дви- 19 гатели или на легком топливе: бензине и сжиженном газе – карбюратор- ные двигатели. В строительных машинах чаще применяют дизельные двигатели. По сравнению с карбюраторными, они имеют более высокий КПД (на 12...13%), меньший расход топлива (на 25...30%), более экологичны (меньше выброс в атмосферу токсичных веществ). Достоинствами ДВС являются автономность, т.е. независимость от постороннего источника питания, надежность в работе и достаточно вы- сокий КПД. Недостатки их обусловлены трудностью запуска при отрица- тельных температурах и малым сроком службы. Электрические двигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую, применяют в основном на стационарных или передвигаю- щихся на небольшие расстояния машинах (башенные краны, дизель- электрические самоходные стреловые краны), а также в ручных машинах (механизированных инструментах). Они могут быть постоянного и пере- менного тока, применимы при одно- и многомоторном приводе. Двигате- ли постоянного тока по сравнению с двигателями переменного тока обес- печивают плавное изменение скорости и вращающего момента с большим диапазоном регулирования (до 20 и более раз) в зависимости от внешней нагрузки, но имеют более сложную конструкцию и большую стоимость. Электродивигатели переменного тока используют, главным образом, на стационарных и ограниченно подвижных машинах, а двигатели посто- янного тока – на крупных подвижных машинах (экскаваторы, самоходные стреловые краны, земснаряды). Электропривод машины отличается высокой экономичностью, посто- янной готовностью к работе, а также, возможностью непосредственного реверсирования и автоматизации управления, установки рядом с исполни- тельными механизмами. Недостатком электродвигателей переменного тока является необхо- димость в обязательном подключении к питающей сети, а постоянного тока в установке дополнительного тяжелого, дорогостоящего оборудова- ния – генераторов постоянного тока, приводимых в действие двигателями внутреннего сгорания или электродвигателями переменного тока, а при питании от внешней сети переменного тока – выпрямителей. Комбинированные силовые установки, например, дизель- электрические, используют, в основном, на крупных самоходных маши- нах при многомоторном приводе (экскаваторы, краны большой мощно- сти). Их основное назначение – повысить надежность машины, упростить ее кинематическую схему и систему управления. 20 2 РАБОЧЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ Предназначено для выполнения конкретного строительного техноло- гического процесса (работы). Оно состоит из рабочего органа (ковша, от- вала, грузоподъемного крюка и др.) и устройств, обеспечивающих его пе- ремещение в зоне работы машины (лебедки, полиспасты, канаты, стрелы и т.д.). Рабочий орган – часть рабочего оборудования, непосредственно вы- полняющая рабочие операции (рисунок 2.2). Рисунок 2.2 – Сменные рабочие органы одноковшовых погрузчиков: а – земле- ройно-погрузочные; б – грузоподъемные; в - вспомогательные; 1 – нормальный ковш; 2 – увеличенный ковш; 3 – уменьшенный ковш; 4 – скелетный ковш; 5 – двухчелюст- ной ковш; 6 – ковш с боковой выгрузкой; 7 – ковш с увеличенной высотой разгрузки; 8 – ковш с принудительной разгрузкой; 9 – бульдозерный отвал; 10 - экскаватор; 11 – грейфер; 12 – грузовые вилы; 13 – кран; 14 – челюстной захват; 15 – захват для столбов и свай; 16 – плужный снегоочиститель; 17 – роторный снегоочиститель; 18 – кусторез; 19 – корчеватель-собиратель; 20 - асфальтовзламыватель Различают специализированное, сменное и дополнительное рабочее оборудование (рабочие органы). Машины, оснащенные специализированным рабочим органом, пред- назначены для выполнения какого-либо одного технологического процес- са с максимальной производительностью. Сменные рабочие органы предназначены не для замены специализи- рованного, а для механизации выполнения небольших объемов работ, ко- гда применение специализированной машины нецелесообразно по эконо- мическим или каким-либо другим причинам. 21 Комплектация машины набором сменных рабочих органов повышает ее универсальность (многофункциональность), способность выполнять различные виды работ, что особенно эффективно при рассредоточенном строительстве объектов небольшого объема. Например, экскаватор- планировщик имеет до 30 наименований сменных рабочих органов, одно- ковшовый фронтальный погрузчик – до 20. Они могут выполнять подго- товительные, земляные, монтажные, погрузочно-разгрузочные, сваебой- ные и другие виды работ. Оснащение машины дополнительными рабочими органами расширяет ее технологические возможности. Например, в комплект дополнительных рабочих органов одноковшового универсального экскаватора входят бульдозерный отвал для засыпки ям, траншей, рыхлители для рыхления мерзлых и плотных грунтов и взламывания асфальтовых покрытий. Дополнительные рабочие органы крепятся, как правило, к раме ходо- вой тележки машин в отличие от сменных рабочих органов, являющихся частью рабочего оборудования. 3 ТРАНСМИССИЯ Трансмиссия представляет собой совокупность устройств между ва- лом двигателя и механизмами машины. Она предназначена для передачи механической энергии силового оборудования в виде усилий и движений, к механизмам машин. Двигатели машин имеют, как правило, высокую частоту вращения ва- ла, что обуславливает их малые размеры, массу и более высокий КПД. Однако, вращающий момент на выходном валу такого двигателя неболь- шой. По условиям эксплуатации машины требуемые скорости движения звеньев исполнительных механизмов должны быть в большинстве случаев значительно меньше скорости вращения вала двигателя. Поэтому трансмиссии не только передают движение, но и изменяют его вид (к примеру, вращательное в возвратно-поступательное), направле- ние, вращающие моменты и частоты вращения ведомых звеньев механиз- мов. В строительных машинах применяют трансмиссии механические, гидравлические, электрические и комбинированные. В общем случае механическая трансмиссия включает одну или не- сколько передач, валы, оси, муфты, тормоза и т.д. (рисунок 2.1), в част- ном - лишь одну передачу. Наименование трансмиссии дают по типу имеющихся в ее составе передач. В качестве примера ниже приведена схема трансмиссии автомобиля общего назначения (рисунок 2.3) 22 Рисунок 2.3 – Кинематическая схема автомобиля Трансмиссия автомобиля включает: сцепление 2, коробку перемены передач 3, карданный, телескопический вал с крестовыми муфтами (шар- нирами) 4, главную понижающую передачу5, дифференциал 6, приводные валы (полуоси) 7, тормоза (на рисунке не показаны). Вращающий момент от двигателя 1 передается трансмиссией к ведущим колесам 8, а ведомые колеса 9 – управляемые. К механическим трансмиссиям относятся канатные, фрикционные, ременные, зубчатые, червячные, цепные. Применяются они, главным об- разом, в машинах с одномоторным приводом для приведения отдельных механизмов машины в поступательное, возвратно-поступательное и вра- щательное движения. Эти трансмиссии сравнительно просты по устройст- ву, достаточно надежны и экономичны. К основным их недостаткам отно- сятся ступенчатость изменения передаваемых параметров, трудность ав- томатизации управления. Гидравлические трансмиссии бывают двух видов: гидрообъемные и гидродинамические. Большее применение в строительных машинах полу- чили гидрообъемные трансмиссии. Они представляют собой гидравличе- ские устройства для передачи механической энергии двигателя к исполни- тельным механизмам напором потока рабочей жидкости (специальные масла с добавками). Использование их взамен механических трансмиссий облегчает управление машиной, упрощает ее кинематическую схему, по- вышает надежность работы, плавность и точность перемещения рабочего органа. Однако, они требуют сложной системы трубопроводов и высоко- напорных рукавов, находящихся под высоким давлением рабочей жидко- сти, установки дополнительных устройств (бака для рабочей жидкости, гидронасоса и т.д.). Применяют в основном при многомоторном приводе для приведения в действие машины и отдельных ее частей в возвратно- поступательное или вращательное движение. Гидродинамическая трансмиссия представляет собой гидромуфту (применяется редко) или гидротрансформатор, устанавливаемые между 23 двигателем машины и механической трансмиссией. Их применяют для передачи вращения от ведущего вала к ведомому. Гидротрансформатор, обеспечивая плавное изменение вращающего момента на ведомом валу в зависимости от внешней нагрузки, предохраняет также двигатель и трансмиссию машины от перегрузок. Электрические трансмиссии применяют в системах электропривода и управления машин для включения, выключения и реверсирования элек- тродвигателей. Представляют собой систему токоведущих кабелей, гене- раторов тока и другого электрооборудования (предохранительные и рас- пределительные устройства, рубильники, выключатели и т.д.). Пневмати- ческие трансмиссии состоят, в основном, из тех же составных частей, что и гидравлические, только в качестве рабочей среды используют сжатый воздух с давлением до 0,8 МПа, вырабатываемый компрессором. Из-за их низкого КПД применяют, главным образом, в системах управления и торможения, а также в ручных пневматических инструмен- тах. Комбинированные трансмиссии состоят, как правило, из двух передач и используются, в основном, в машинах с многомоторным приводом. Например, гидромеханическая трансмиссия состоит из гидравличе- ской и механической передач и других устройств. Это повышает эффек- тивность механической передачи, за счет нейтрализации ее недостатков. 4 ХОДОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Ходовое оборудование обеспечивает передвижение строительных машин как в пределах рабочей зоны, так и с одного строительного объекта на другой. Ходовое оборудование состоит из движителя и подвески. Движитель сообщает машине движение и передает нагрузку от нее на грунт. Подвеска соединяет движитель с корпусом машины. Чаще всего в качестве подвес- ки применяют рессоры, пружины, балансиры, торсионные валы и т.д. Движители по конструкции могут быть колесными, гусеничными (ри- сунок 2.4.) и шагающими. Колесные, в свою очередь, подразделяются на рельсоколесные и пневмоколесные, а рельсоколесные – с использованием железнодорожной колеи нормальной (1520 мм) и большей ширины. Наибольшее применение в строительстве получили машины на пнев- моколесном ходу, благодаря их повышенной мобильности и маневренно- сти. Транспортные скорости пневмоколесных машин достигают 80 км/ч, а рабочие – до 10 км/ч. Пневмоколесное оборудование значительно легче гусеничного, отличается от него меньшими эксплуатационными затрата- ми, более высоким КПД. 24 Рисунок 2.4 – Движители ходового оборудования строительных машин: а- гусеничный; б- пневмоколесный; в- рельсоколесный; г- рельсоколесный для подвес- ных машин; 1 – гусеничная бесконечная лента; 2 – ведущая звездочка; 3 – ведомая (натяжная) звездочка; 4 – поддерживающие катки; 5 – опорные катки; 6 – балка гусеницы; 7- ходовая рама; 8 – шина; 9 – обод колеса; 10 – двухребордное колесо; 11 – корпус ходовой тележки; 12 – вал ; 13 – ведомое зубчатое колесо передачи; 14 – одноребордное колесо (каток) Однако, из-за малой площади контакта с основанием, оказывает большое удельное давление на грунт (р=0,15-0,5 МПа), что обуславливает низкую проходимость таких машин и требует для их перемещения с рас- четными скоростями дорог с усовершенствованным покрытием. Рельсоколесный ход применяют для машин, перемещающихся в пре- делах рабочей зоны по строго фиксированному пути (башенные, козло- вые, кабельные и портальные краны). Этот вид ходового оборудования обеспечивает низкое сопротивление передвижению, восприятие больших нагрузок, простоту конструкции, не- большую стоимость и высокую надежность. 25 К недостаткам рельсоколесного хода относятся сложность перебази- рования на новые участки работ, а также высокая трудоемкость и стои- мость устройства и эксплуатации рельсовых путей. Гусеничное ходовое оборудование может воспринимать значитель- ные нагрузки при сравнительно малом удельном давлении на грунт (р=0,04 - 0,1 МПа), благодаря большой поверхности опоры. Такие маши- ны отличаются высокой проходимостью, маневренностью, устойчивостью при работе и большими тяговыми усилиями. Поэтому машины на гусе- ничном ходу применяют при бездорожье, особенно в условиях с пересе- ченным рельефом местности. Транспортная скорость движения таких ма- шин достигает 12 – 18 км/ч, но обычно составляет 3-4 км/ч, а для тяжелых машин даже 0,3 – 0,4 км/ч. Рабочие скорости машин меньше транспорт- ных в 2 – 3 раза. Кроме низких скоростей передвижения к недостаткам гусеничного ходового оборудования относятся большая масса (до 35% от всей массы машины), большие материалоемкость и эксплуатационные затраты, низ- кий КПД, интенсивный износ гусениц. Эти недостатки ограничивают применение гусеничного хода в строительных машинах. Шагающее оборудование в строительных машинах применяется ред- ко, в основном, для машин значительной массы с опиранием на грунт. В первую очередь это одноковшовые экскаваторы-драглайны с ковшом вме- стимостью от 5 до 100 м 3 , используемые в гидротехническом строительст- ве. 5 СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ Система управления представляет собой совокупность устройств, предназначенных для включения и выключения, а также регулирования работы силового, ходового, рабочего оборудования и трансмиссии. Она включает обычно систему рычагов и педалей, пульт с приборами контроля и управления (амперметры, вольтметры, манометры, кнопки, тумблеры, переключатели), а также шкафы с коммутационной аппаратурой. Системы управления должны обеспечивать легкость, точность и бы- строту действия механизмов отдельных деталей. По виду энергии, исполь- зуемой для приведения в действие, система управления, может быть: а) механической, б) гидравлической, в) электрической, г) пневматической, д) смешанной (например, пневмоэлектрической, электрогидравлической). 26 Рисунок 2.5 – Системы управления: а – непосредственное рычажное управление тормозом; б – то же рычажно-гидравлическое; 1 – педаль; 2 – система рычагов; 3 – ленточный фрикционный тормоз; 4, 5 - гидроцилиндры; 6 – бачок для рабочей жидкости; 7 – обратный клапан Различают системы управления непосредственного действия, приво- димые в работу мускульной силой машиниста с помощью рычагов, руко- яток, педалей, и системы управления с усилителями (с сервоприводом), в которых используется часть мощности основного двигателя. К системам управления, приводимым в действие мускульной силой человека (вручную), относятся рычажно-механическая и гидравлическая безнасосная (рисунок 2.5), а с сервоприводом – гидравлическая, пневма- тическая и электрическая. В системах управления с сервоприводом роль усилителя выполняют гидравлические насосы, компрессоры, электродвигатели, а также элек- тромагниты (магнитные пускатели). Функции машиниста в этом случае сводятся к формированию управ- ляющих воздействий при помощи рукояток, кнопок, тумблеров, переклю- чателей при минимальных затратах мускульной энергии. Основными показателями качества работы системы управления яв- ляются усилия, развиваемые на исполнительном органе, скорость и плав- ность движения рабочего звена исполнительного органа, число и продол- жительность включений в час, быстрота срабатывания, надежность и КПД. По большинству из перечисленных показателей системы управления с усилителями превосходят системы непосредственного действия, уступая им лишь в отношении такого важного качества, как ремонтопригодность в полевых условиях. 27 Общие правила техники безопасности при работе строительных машин 1. К управлению машиной допускаются машинисты, имеющие удо- стоверение на право управления данным видом машин. 2. Каждая вновь установленная машина до ее эксплуатации должна быть осмотрена и испытана на холостом ходу и под нагрузкой; об этом должен быть составлен акт и сделаны соответствующие записи в журнале. 3. В нерабочее время должна быть исключена возможность случайно- го запуска машины; пусковые устройства должны быть выключены и за- перты. 4. Стационарные машины должны быть установлены на прочное ос- нование и надежно закреплены. 5. Перед работой машины должны быть установлены опасные зоны, выставлены предупредительные надписи и ограждения. 28 ЛИТЕРАТУРА 1. Иванов М.Н. Детали машин: Учебник для студентов втузов / М.Н. Иванов, В.А. Финогенов. – М. : Высш. шк., 2002. – 408 с.: ил. 2. Добронравов С.С. Строительные машины и основы автоматизации: Учебник для строит. вузов / С.С. Добронравов, В.Г. Дронов. – М. : Высш. шк. 2001. – 575 с.: ил. 3. Волков Д.П. Строительные машины: Учебник для студенов вузов, обуч. по спец. ПГС/ Д.П. Водков, В.Я. Крикун. – 2-е изд. переработ. и дополн. – М. : Изд-во АСВ, 2002 – 373 с.: ил. 29 СОДЕРЖАНИЕ 1. Работа 1. Основные сведения о машинах, механизмах и деталях машин.........................................................................................................4 2. Работа 2. Основные узлы строительных машин................................17 Литература...................................................................................................28 30 Александр Яковлевич Гужавин Владимир Иванович Капацинский СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ И СРЕДСТВА МАЛОЙ МЕХАНИЗАЦИИ Методические указания к лабораторно-практическим работам 1 и 2 ____________________________________________________________ Подписано к печати ___________ Формат 60×90 1/16 Бумага газетная. Печать трафаретная. Уч.-изд.л. ______Усл.печ.л. Тираж 500 экз. Заказ № _______ ____________________________________________________________ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет. 603600, Нижний Новгород, Ильинская, 65. Полиграфический центр ННГАСУ, 603600, Нижний Новгород, Ильинская, 65. |