Строительные и дорожные машины. Основы автоматизации
.pdf
180
крана и груза, и центробежной силы при вращении крана с грузом, Мв Wкр Wгр L–момент, создаваемый ветровой нагрузкой рабочего состояния на кран и груз, действующий параллельно плоскости, на которой установлен кран; MQ Qq(A b)– момент, создаваемый номинальным весом груза относительно ребра опрокидывания.
Рис. 3.37. Схемы к проверке устойчивости стрелового крана: а — грузовой; б — собственной
Сила инерции при торможении опускающегося груза
Fин.гр Qv/t,
где v – скорость установившегося движения груза; t — время торможения. Опрокидывающий момент от этой силы
Mин.гр Fин.гр (А b).
При торможении движущегося крана силы инерции возникают от массы крана и груза, которые направлены горизонтально вдоль пути перемещения крана. Опрокидывающий момент от этих сил M Gvh/t QvL/t, где v и
t – скорость передвижения и время торможения крана.
Во время поворота крана возникает горизонтально направленная центробежная сила F Q 2r, создающая опрокидывающий момент Мц FL,
где ω = πn/30 − угловая скорость крана; п – частота вращения крана. Под действием центробежной силы груз отклоняется от вертикали на угол β, и
радиус вращения |
груза |
превысит |
вылет крана r A Htg . Тогда |
центробежная сила |
|
|
|
F Q 2n2 A/(900 n2H). |
(900 n2H ). |
||
Опрокидывающий момент этой силы |
|
||
|
Mц |
Qn2HhL(900 n2H). |
|
Коэффициенты грузовой устойчивости определяются для двух расчетных положений стрелы: 1) стрела направлена в сторону уклона и перпендикулярна
181
ребру опрокидывания; 2) стрела направлена в сторону уклона, но расположена под углом 45° к ребру опрокидывания (в плане).
Правилами Гостехнадзора допускается проверка грузовой устойчивости крана без учета дополнительных нагрузок. При этом кран считается установленным на твердой горизонтальной площадке в безветренной зоне, на крюке подвешен груз для данного вылета стрелы, а механизмы крана не совершают движений. Коэффициент грузовой устойчивости определяется как отношение момента, создаваемого весом всех частей крана, к моменту, создаваемому рабочим грузом, относительно того же ребра опрокидывания. В этом положении должно соблюдаться условие
Kг МG /MQ 1,4.
При проверке собственной устойчивости (рис. 3.37, б) считают, что кран стоит на наклонной площадке в нерабочем состоянии, стрела установлена вдоль пути, вылет — минимальный, кран подвержен действию только ветра. Коэффициент собственной устойчивости
|
Kc MG |
/MВ 1,15, |
(3.16) |
где МG –момент, |
создаваемый |
массой крана относительно |
ребра |
опрокидывания; МB |
– момент ветровой нагрузки нерабочего состояния. |
|
|
Для стреловых самоходных кранов автомобильных, пневмоколесных, гусеничных, кроме того, проверяется устойчивость при движении на участках пути с продольным и поперечным уклонами.
Устройства безопасности. Строительные краны оборудуются устройствами безопасности, к которым относятся ограничители грузоподъемности, ограничители рабочих движений, указатели наклона, анемометры, упоры, противоугонные захваты и др.
В стреловых кранах применяют в основном ограничители грузоподъемности электромеханического типа ОГП-1. Ограничитель состоит из релейного блока с датчиками фактической и предельной нагрузок (рис. 3.38).
Датчик фактической нагрузки представляет собой динамометр 3 в виде упругого кольца 5, деформация которого передается на рычажный потенциометр 4. Динамометр включают в систему канатов 1 стрелового полиспаста и стержней 2, так как усилие в нем зависит от веса груза, стрелы и вылета крюка. Датчиком предельной нагрузки является потенциометр 12, положение ползуна которого устанавливается рычажной системой 6, 7, 9, 10, 11 зависимой от угла наклона стрелы 8. Зависимость электрического сигнала от угла поворота стрелы создается профилем кулачка, установленного в датчике. Потенциометры 4 и 12 и поляризованное реле нагрузки 13 соединены по схеме электрического моста, питаемой постоянным током напряжением 12 В.
182
Рис. 3.38. Ограничитель грузоподъемности электромеханического типа: а — схема включения ограничителя; б − датчик фактической нагрузки; в − установка датчика предельной нагрузки; г − схема электрического моста; 1,2−система канатов и стержней;
3− динамометр; 4,12− рычажные потенциометры; 5− упругое кольцо; 6, 7, 9, 10, 11 − рычажная система;13 − реле нагрузки
Работа ограничителя грузоподъемности основана на принципе сравнения усилия, измеряемого датчиком нагрузки, с предельно допустимым, задаваемым датчиком вылета (предельной нагрузки). При массе поднимаемого груза меньше допустимой мостовая схема не уравновешена и через катушку реле нагрузки (РН) проходит ток. Если фактическая нагрузка превысит допустимую, то изменится направление тока в катушке реле, что приведет к размыканию контактов реле и отключению крана.
В кранах с гидроприводом датчик фактической нагрузки приводится в действие гидроцилиндром, соединенным трубопроводом с поршневой и штоковой полостями цилиндра подъема стрелы, давление в котором определяется величиной вылета стрелы и массой поднимаемого груза.
Ограничители рабочих движений снабжаются автоматически действующими устройствами, концевыми выключателями для остановки механизмов подъема груза, передвижения, поворота или изменения вылета стрелы в крайних положениях (например, высоты подъема крюка или его опускания ниже установленной отметки). После срабатывания такие ограничители не препятствуют движению механизма в обратном направлении. Ходовые тележки рельсовых кранов, работающих на открытом воздухе, оборудуются противоугонными захватами.
Сменные грузозахватные устройства при техническом освидетельствовании подвергают осмотру и испытанию под нагрузкой, превышающей на 25 % их номинальную грузоподъемность. Осмотр траверс − через каждые 6 мес., захватов −1 мес., строп − 10 дн.
Перебазировка строительных кранов. Она включает демонтаж, перевозку,
монтаж (для рельсовых − монтаж кранового пути, устройство заземления и т. п.), испытание и сдачу в эксплуатацию. Продолжительность перебазировки
184
зависит от типа и конструкции крана, вида транспорта и качества дорог. Перебазировка кранов осуществляется своим ходом, на тяжеловозах, на буксире, автотранспортом и по железной дороге.
Автомобильные краны перебазируются своим ходом (до 150 км), по железной дороге без разработки или с частичной разборкой. Пневмоколесные краны перебазируются своим ходом (до 50 км), на буксире или по железной дороге. При буксировке габариты крана не должны превышать по ширине и высоте 4,2 м, по длине с тягачом − 28 м. Тормозная система крана подключается к тормозной системе тягача. При грузоподъемности 25 т и более перед транспортированием краны разбирают. Гусеничные краны транспортируются собственным ходом (до 10 км), на тяжеловозах и по железной дороге. При грузоподъемности до 20 т по железной дороге транспортирование кранов осуществляют без разборки, но со снятой стрелой. При большей грузоподъемности кран разбирают на составные части, соблюдая требования габарита подвижного железнодорожного состава. Башенные краны транспортируют двумя способами: легкие и средние модели – в собранном и сложенном виде без разборки, тяжелые модели – укрупненными элементами.
Монтаж башенных кранов. До монтажа крана выполняют комплекс подготовительных работ, к которым относятся: укладка подкрановых путей, устройство защитного заземления, подвод электрической энергии, проверка монтажных приспособлений и другие операции. Способы монтажа зависят от конструкции крана. Монтаж башенных кранов осуществляют в соответствии с инструкцией по сборке, монтажу и испытанию, прилагаемой к паспорту каждого крана. Типовая последовательность монтажных операций для основных типов кранов следующая. Краны с поворотной платформой монтируют путем подъема сложенных вместе башни и стрелы посредством собственных механизмов и вспомогательного стрелового крана. На строительную площадку эти краны доставляют на автомобильном тягаче и подкатной тележке в собранном виде, но со снятыми промежуточными секциями башни, головной секцией стрелы, кабиной и противовесом. Тягач с краном въезжает на подкрановый путь и с помощью стрелового крана башню опускают на козлы, удаляют тягач и подкатные тележки (рис. 3.40, а). На кран устанавливают кабину и противовес, стреловой лебедкой поднимают башню и фиксируют ее в вертикальном положе-
нии (рис. 3.40, б).
Состыковывают секцию стрелы, стреловой лебедкой поднимают стрелу. Грузовой лебедкой осуществляют подращивание башни. Для этого заводят промежуточную секцию башни, состыковывают ее с подвижной обоймой и вместе с промежуточной секцией поднимают вверх, стыкуя ее с фланцами башни (рис. 3.40, в). Дальнейшее подращивание башни ведется аналогично. Башенные краны с неповоротной башней собирают из укрупненных элементов посредством монтажного стрелового крана и собственных механизмов с наращиванием башни. Вначале устанавливают на рельсовый путь ходовые тележки, монтируют ходовую раму, укладывают бал-
,
185
ласт, устанавливают башню, на ее верхней секции укрепляют опорноповоротное устройство вместе с поворотным оголовком и кабиной.
Рис. 3.40. Схема монтажа башенных кранов с поворотной платформой серии КБ: а — начало монтажа; б — подъем башни со стрелой; в — подращивание башни
Затем собирают стрелу и противовесную консоль, монтажным краном укрепляют их на поворотной части крана. После этого выполняют монтажные работы и наращивают секции башни с помощью монтажной стоики и монтажной лебедки. По завершении монтажных работ проверяют работу – механизмов крана, приборов безопасности и предъявляют кран к техническому освидетельствованию.
Демонтаж кранов ведется в последовательности, обратной монтажу, с помощью собственных механизмов, а также дополнительных стреловых кранов и приспособлений.
Контрольные вопросы по третьей главе. 1. Устройство домкратов, лебедок и талей, область их применения. 2. Зарисуйте кинематическую схему лебедки с электрореверсивным приводом . 3. Почему тормоз грузовой лебедки устанавливают на валу электродвигателя ?. 4. Приведите зависимости для выбора каната, канатоемкости барабана, тормозных устройств и мощности двигателя. 5. Принцип работы ручной тали. 6. Как работает тормоз электротали ?. 7. Схемы конструкции основных типов башенных кранов. 8. Приведите схему индексации башенных кранов.9. Отличительные признаки башенных кранов.10. Что представляет мобильный башенный кран ?. 11. Привести схему многоскоростной лебедки с несимметричным дифференциалом. 12. Какие механизмы вращения применяют в монтажных кранах большой грузоподъемности. 13. Схема индексации стреловых самоходных кранов. 14. Назначение реверсивного механизма на кранах. 15. Привести схему стрелоподъемного механизма пневмоколесного крана. 16. Привести схему запасовки канатов механизма передвижения тележки. 17. Область применения мостового крана. 18. Как осуществляются передвижения грузовой тележки кабельного крана ?. 19. Приведите уравнение производительности строительных кранов. 20. Как определяют устойчивость крана ?. 21 Чем отличается коэффициент грузовой устойчивости от собственной ?. 22. Какое условие при проверке собственной ус-
,
186
тойчивости должно соблюдаться. 23. Приведите схему ограничителя грузоподъемности в стреловых кранах. 24. Какова последовательность монтажа башенного крана?.
4. МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ
4.1. Общая характеристика рабочего процесса
Земляные работы являются составной частью строительства большинства инженерных сооружений. Они включают в себя: отрывку котлованов, траншей и мелиоративных каналов; возведение насыпей, плотин; устройство закрытых проходок в грунте в виде шахт и туннелей под различные подземные сооружения; бурение горизонтальных, наклонных и вертикальных скважин при бестраншейной прокладке трубопроводов под насыпями железных и шоссейных дорог, для установки свайных опор в плотных грунтах, для закладки зарядов взрывчатых веществ при разработке грунтов взрывом и т. п.
По характеру рабочего процесса, составу операций и последовательности их выполнения земляные сооружения делят на выемки и насыпи. Выемка образуется в результате удаления излишков грунта за ее пределы, а насыпь – путем отсыпки грунта, внесенного извне, с его послойным уплотнением. Последняя операция обусловлена необходимостью восстановления плотного состояния грунта в насыпи, которое было им утрачено при отделении от массива вследствие разрыхления. Удаленный из выемок грунт укладывают в отвалы, а для отсыпки насыпей его доставляют из карьеров или резервов, расположенных вблизи сооружаемой насыпи. Если выемки чередуются с насыпями, как, например, в дорожном строительстве, то извлекаемый из выемок грунт обычно используют для отсыпки насыпей. Для каждой из перечисленных технологических схем производства земляных работ − выемка-отвал, резерв-насыпь − характерны операции
отделения грунта от массива, его перемещения и отсыпки. При возведе-
нии насыпей добавляется операция уплотнения грунта, а общей для насыпей и выемок является планировочная операция, которой эти инженерные сооружения доводятся до проектных размеров. При планировке срезаются выступы и засыпаются впадины подобно разработке резервов и отсыпке насыпей, но только в размерах микрорельефа планируемой поверхности. Ту же структуру рабочего процесса имеет разработка карьеров строительных материалов (песка, гравия и т. п.), а также добыча полезных ископаемых открытым способом. Отличие заключается в том, что ни выемка, (забой), ни отвал не являются инженерными сооружениями, а планировку дна карьера (подошвы забоя) выполняют лишь для удобства передвижения по нему машин и подготовки устойчивого основания для их работы.
Отделение грунта от массива (разрушение) и является основной операцией процесса его разработки. Существуют следующие способы производства земляных работ:
,
187
–механический, разработка грунтов производится путем разрушения зубьями;
–гидравлический, разработка грунтов производится струей воды под напором;
–взрывной, разрушение производится газами;
–химический, при котором отделение грунта от массива связано с переводом в жидкое состояние.
Наибольшее распространение в строительстве (около 85 % от общего объема земляных работ) получил механический способ разрушения грунтов, при котором грунт отделяется от массива вследствие контактного си-
лового воздействия на него землеройного рабочего органа. Энергоемкость этого способа составляет 0,05...0,6 кВт∙ч/м3. Прочные грунты и горные породы разрушают взрывом с использованием взрывчатых веществ, которые закладывают в специально пробуренные скважины. Этот способ наиболее дорогой, но позволяет существенно сократить сроки производства работ. Около 12 % грунтов разрабатывают гидромеханическим способом путем отделения грунта от массива струей воды под высоким давлением или
в сочетании с механическим способом. Энергоемкость процесса составляет
0,15...2 кВт∙ч/м3.
Рабочие органы машин, предназначенные только для отделения грунта от массива механическим способом, используют лишь в случае разработки весьма прочных грунтов на стадии их предварительного разрыхления. Большей частью рабочие органы также перемещают и отсыпают грунт в отвалы, насыпи или транспортные средства, выполняя эти операции после отделения грунта от массива и его захвата или совмещая полностью или частично перечисленные операции во времени. Грунт может перемещаться к месту отсыпки только за счет движений рабочего органа или за счет перемещения всей машины. В конструкциях землеройных машин непрерывного действия завершающую стадию транспортирования грунта выполняет специальный транспортирующий орган, например, типа ленточного конвейера. Отсыпают грунт путем освобождения от него рабочего или транспортирующего органа в конце транспортной операции. В случае гидромеханической разработки грунт переносится к месту намыва в потоке воды, а при взрывном способе он отбрасывается в стороны расширяющимися газами, образующимися вследствие взрыва. Грубую планировку земляных поверхностей выполняют теми же землеройными рабочими органами путем более четкой координации их движения, а для точной планировки применяют специальные рабочие органы или машины. Уплотнение грунта заключается в компактной укладке его частиц, вследствие чего уменьшается объем грунта и увеличивается его плотность. Для этого применяют специальные машины и оборудование. Частично грунт может уплотняться также перемещающимися по его поверхности транспортными средствами.
В общем комплексе работ на строительном объекте земляные работы чаще всего выполняют раньше других. В этом случае им предшествует
,
188
подготовка строительной площадки — удаление камней, срезка кустарника, корчевка пней, планировка и засыпка ям и т. п. Большую часть этих работ выполняют землеройными машинами, оборудованными специальными рабочими органами. В связи с этим машины для подготовительных работ рассматривают вместе с машинами для земляных работ. К подготовительным работам также относят предшествующее разработке рыхление прочных и мерзлых грунтов.
Машины для земляных работ классифицируют по назначению, режиму работы, степени подвижности и другим признакам. Классификация по назначению условна, поскольку приводы, ходовые устройства и другие структурные элементы современных машин позволяют использовать одну
иту же их базовую часть для работы с различными видами сменного рабочего оборудования, нередко различного по назначению.
Универсальность машин существенно расширяет область их применения, способствует их лучшему использованию по времени, особенно в условиях небольших объемов однотипных работ, выполняемых строительной организацией, более эффективной организации технического обслуживания. Универсальные машины классифицируют по основным видам выполняемых ими работ, определяемым по технико-эксплуатационным, экономическим и другим соображениям. Различают землеройные машины для отрывки и перемещения грунта в пределах зоны досягаемости рабочего оборудования (одно- и многоковшовые экскаваторы), землеройнотранспортные машины для послойной разработки грунта и перемещения его на большие расстояния (бульдозеры, скреперы, грейдеры, грейдерэлеваторы), машины для подготовительных работ, машины и оборудование для уплотнения грунтов, для бурения скважин, в том числе в прочных
имерзлых грунтах при их разрушении взрывом, оборудование для гидромеханической разработки, а также машины и оборудование для разработки грунтов в особых условиях. Машины для планировочных работ относятся к группе землеройно-транспортных машин и частично к экскаваторам (экскаваторы-планировщики).
По режиму работы рассматриваемые машины бывают цикличного и непрерывного действий. К последним относятся многоковшовые экскаваторы, некоторые виды землеройно-транспортных машин, оборудование для гидромеханической разработки грунтов, а также некоторые виды машин для работы в особых условиях. Остальные машины работают в цикличном режиме, выполняя операции рабочего цикла последовательно или с их частичным совмещением во времени.
По степени подвижности машины для земляных работ относятся большей частью к передвижным самоходным или прицепным, за исключением некоторых видов оборудования для уплотнения грунтов, бурения скважин под взрыв, оборудования гидромеханизации, а также некоторых машин и оборудования для работы в особых условиях. Эти машины длительное время работают на одной строительной площадке, они не имеют собственных ходовых устройств и по этим признакам относятся к полустационар-
,
189
ным. По другим признакам на машины для земляных работ распространяются положения, приведенные ранее в общей классификации строительных машин.
4.2 Взаимодействие рабочего органа с грунтом
Рабочие органы, с помощью которых грунт отделяется от массива (зубья ковшей, бульдозерных отвалов, рыхлителей – рис. 4.1, а), называют землеройными. В конструкциях землеройных и землеройно-транспортных машин, рабочий процесс которых состоит из последовательно выполняемых операций отделения грунта от массива, его перемещения и отсыпки, землеройные рабочие органы совмещают с транспортирующими — ковшами (экскаваторы, скреперы) или отвалами (бульдозеры, грейдеры), называя первые ковшовыми, а вторые — отвальными. Ковшовый рабочий орган представляет собой емкость с режущей кромкой, оснащенной зубьями
(рис. 4.1, б...г, е) или без них (рис. 4.1, д, ж, з).
Рис. 4.1. Основные виды рабочих органов машин для земляных работ: а–зуб рыхлителя; б...ж – экскаваторные ковши прямой и обратной лопат, драг-
лайна, погрузчика, грейфера, планировщика; з – ковш скрепера; и – отвал бульдозера
Ковши с режущими кромками без зубьев чаще всего применяют для разработки малосвязанных песков и супесей, а ковши с зубьями – в основном для разработки суглинков, глин и прочих скальных грунтов.
В режиме разработки грунта ковш перемещается так, что его режущая кромка или зубья внедряются в грунт, отделяя его от массива. Разрыхлен-
,
190
ный грунт поступает в ковш для последующего перемещения в нем к месту разгрузки. Отвальные рабочие органы оборудуют в нижней части ножами (рис. 4.1, и), в этом случае их называют ножевыми.
Для разрушения более прочных грунтов на ножи дополнительно устанавливают зубья. Рабочий процесс отвального рабочего органа аналогичен описанному выше. Режущая часть землеройного рабочего органа имеет форму заостренного клина (рис. 4.2), ограниченного передней 1 и задней 3 гранями. Линию пересечения этих граней 2 называют режущей кромкой.
Параметрами режущего клина служат: угол заострения V, угол резания δ
изадний угол θ. Углы δ и θ образуются наклоном соответственно передней
изадней граней к направлению движения режущего клина, а угол заост-
рения v= δ-θ.
Рис. 4.2. Параметры режущего клина
Внедряясь в грунт, режущий клин отделяет его часть, называемую стружкой. Форма и размеры последней зависят от вида разрабатываемого грунта (рис. 4.3, а,...,в).
Рис. 4.3. Характерные формы грунтовых стружек при разработке пластичных (а); сыпучих (б) и скалывающихся (в) грунтов; поперечное сечение прорези в грунте после
проходки режущего клина (г)
После проходки режущего клина в грунте образуется выемка с трапецеидальным поперечным сечением, расширяющимся кверху (рис. 4.3, г). Грунт отделяется от массива по граничным поверхностям выемки путем сдвига по части периметра ВСDЕ и отрывом по поверхностям АВ и ЕF. Соотношения размеров поперечного сечения выемки различны для разных грунтов: скалывающимся связным грунтам соответствуют большие, а пластичным грунтам – меньшие расширения грунтовой прорези в ее верхней части. Экспериментально установлено, что для одних и тех же грунтов при определенной ширине режущей кромки b с увеличением толщины среза с приложенные к рабочему органу усилия растут медленнее площади поперечного сечения выемки. Такая закономерность, характеризуемая сниже-
,