Структурні схеми машин, основні поняття. Вимоги до будівельних ма-
шин. Особливості розрахунку.
Строительные машины, рассматриваемые как системы, могут быть представлены структурными схемами, отражающими количество, функциональное назначение и взаимосвязи их основных элементов, играющих роль подсистем. На рис.3 рядом со структурными схемами показаны схемы общего вида соответствующих машин.
Любая строительная машина, кроме рабочего органа, должна иметь силовую установку, так как воздействие на обрабатываемый материал производит в сущности не сам рабочий орган, а та энергия, которую он получает от силовой установки. Эта энергия поступает к рабочему органу через связывающие его с силовой установкой устройство, называемой трансмиссией.
Большую группу современных ручных машин представляют такие машины, как домкраты, лебёдки, лёгкие строительные краны (рис.3 б), приводимые в действие мускульной силой С′, но имеющие кроме рабочего органа Р и связанную с ним постоянной кинематической связью трансмиссию Т на общей базе (раме) Б.
Силовая установка, трансмиссия и система управления в совокупности образуют так называемый привод машины, уровень конструктивного совершенства которого, в основном, определяет степень совершенства машины в целом.
Конструктивные элементы машины. Современная сторительная машина представляет собой комплекс взаимосвязанных конструктивных элементов, объединяемых по принципу комплектования (монтажа) деталей и сборочных единиц в узлы и механизмы, узлов и механизмов – в части машин и частей – в машину в сборе (рис.4).
Рис.4. Принципиальная схема сборки машины.
Основные определения
Машина - устройство, выполняющее механические движения для преобразова-
ния энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения
физического и умственного труда.
Каждая машина представляет собой механизм или комплекс механизмов, сконструированных для выполнения полезной работы.
Механизм – это искусственно созданная кинематическая цепь взаимосвязанных
элементов (подвижных деталей и узлов), обеспечивающих передачу
движения или изменение его фоормы, направления, скорости.
Прибор - устройство, предназначенное для измерений, производственного
контроля, управления, регулирования и других функций, связан-
ных с получением, преобразованием и передачей информации.
Каждая машина состоит из сборочных единиц (элементов), выполняющих определенные функции при ее работе. Основными узлами строительных машин являются:
▪ рабочее оборудование – для непосредственно воздействия на пере-
рабатываемый материал и выполнения заданного технологическо-
го процесса (выполняет рабочие операции: ковш скрепера, каток
или плита трамбовки, отвал бульдозера и т.д.). Рабочие органы
должны легко поддаваться монтажу и демонтажу;
▪ силовое оборудование – (один или нескольких двигателей: ДВС, эл.
двигателей) для получения механической энергии;
▪ трансмиссия - предназначена для передачи движения от двигателя к
рабочему органу, ходовому оборудованию и другим узлам машины.
Она обеспечивает необходимые передаточные отношения, пере-
стройку на различные передаточные отношения и безступенчатое
регулирование, а также реверсивный ход;
▪ ходовое оборудование - (у переносных и стационарных машин оно
отсутствует) служит для передвижения машины, поддерживания
рамы, несущей основную конструкцию машины, и передачи давле-
ния на опорную поверхность (например, на грунт);
▪ платформа или несущая рама - для размещения и закрепления на
ней всех узлов и механизмов машины Основное требование к ра-
ме: высокая прочность и жёсткость конструкции;
▪ система управления - для управления и регулирования работы всех
механизмов и оборудования.
Силовое оборудование, трансмиссия и управление называются приводом.
Сборочная единица (узел) - изделие или часть его (часть машины,
имеет, как правило, определенное функциональное назначе-
ние) – группа неподвижно или подвижно соединённых деталей
в сборе, работающих в комплексе и объединённых общим на-
значением, составные части которого подлежат соединению
между собой на предприятии-изготовителе (например, под-
шипник, редуктор, муфта).
Характерной особенностью современного конструирования основных узлов является компактность их исполненияв виде блоков, что обеспечивает лёгкость их демонтажа и монтажа при замене в машине.
Агрегат (от лат. aggreg o – «присоединяю »)- укрупненный унифицированный
элемент машины (например, в автомобиле: двигатель, топли-
воподающий насос), обладающий полной взаимозаменяемо-
стью и выполняющий определенные функции в процессе ра-
боты машины.
Деталь - наименьшая неделимая (не разбираемая) часть машины, агрегата,
механизма, прибора, узла; изготовленная из однородного по
наименованию и марки материала, без примененмя сбороч-
ных операций (например: винт, гайка и т.д.).
В современных сложных машинахколичество деталей нередко достигает 30-50 тыс. штук.
Индексация строительных машин. На все выпускаемые строительные машины распространяется единая система индексации, в соответствии с которой каждой машине разработчиком присваивается индекс (марка), содержащий буквенное и цифровое обозначение. Основные буквы индекса, располагаемые перед цифрами, обозначают вид машины. Например,
- ЭО - буквенная часть индекса одноковшовых строительных экскаваторов;
- ЭТР - экскаваторов траншейных роторных;
- ЭТЦ цепных экскаваторов;
- ДЗ - землеройно-транспортных машин;
- ДП - машин для подготовительных работ и разработки мерзлых грунтов;
- ДУ - машин для уплотнения грунтов и дорожных покрытий;
- КС - кранов стреловых самоходных;
- КБ - строительных башенных кранов;
- СП - оборудования для погружения свай;
- БМ - бурильных и бурильно-крановых машин;
- СО - машин для отделочных работ;
- ТЛ - лебедок;
- ТМ - погрузчиков многоковшовых;
- ТО - погрузчиков одноковшовых;
- ТП - подъемников мачтовых строительных;
- ПГП - подъемники грузопассажирские;
- ТК - конвейеров и питателей;
- КО - машин для уборки и очистки городов;
- ИЭ - ручных машин электрических;
- ИП - пневматических;
- ИВ - вибраторов;
- ТЦ - автоцементовозы;
инструменты (ручные машины);
- ИЭ -электрические инструменты (ручные машины);
- ИП - пневматические инструменты (ручные машины);
и т.п.
Цифровая часть индекса означает техническую характеристику машины.
После цифровой части в индекс могут быть включены до-полнительные буквы, обозначающие порядковую модернизацию машины, вид ее специального исполнения и т.п.
Т.о., индексация машин - это условное буквенно-цифровое обозначение (индекс), отражающее модель машины и ее главный параметр (параметры).
В настоящее время в отечественном машиностроении широко внедряются унификация и агрегатирование.
Унификация заключается в рациональном сокращении числа типов, видов, размеров конструктивных элементов машин одинакового функционального назначения.
Агрегатирование (внедрение блочных конструкций) позволяет, используя унифицированные блочные узлы и различные компановочные схемы, создавать большую и разнообразную номенклатуру машин и отдельных механизмов.
По универсальности различают:
- машины специальные, предназначенные для выполнения
только одной технологической операци;
- и машины универсальные, имеющие рабочий орган (смен-
ный комплект), позволяющий выполнять несколько рабочих
операций.
Все строительные машины по источнику потребляемой энергии могут быть разделены на:
- машины, работающие от собственной энергетической установки;
- и машины, использующие энергию, подведенную извне - относятся
машины с электрическими двигателями, питаемыми от внешней сети,
и машины с пневматическим приводом.
В зависимости от конструктивного исполнения основных структурных элементов современные строительные машины можно классифицировать следующим образом.
По автономности различают машины автономные, имеющие собственный источник энергии –двигатель внутреннего сгорания (первичный двигатель) и неавтономные, имеющие в качестве силовых установок электрические, гидравлические,пневматические двигатели (вторичные двигатели), требующиеэнергии от посторонних источников.
По характеру привода различают машины:
- с групповым (однодвигательным) приводом - энергия к рабочему орга-
ну и вспомогательным механизмам (самохода, поворота и т.п.) перен-
даётся через трансмиссию машины от её единственного первичного
или вторичного двигателя;
- и индивидуальным (многодвигательным) приводом - рабочий орган и
вспомагательные механизмы приводятся в движениеот нескольких
вторичных двигателей, питаемых энергией от собственной силовой
установки машины или от постороннего источника.
По степени подвижности в зависимости от вида ходовых частей различают машины:
- передвижные (на салазках, катках) - перемещаются вручную или с по-
мощью тяговых средств;
- прицепные (на колёсном или гусеничном ходу) - транспортируются ко-
лёсными или гусеничными тягачами иобычно работают в сцепе с ними;
- самоходные (на пневмоколёсном, гусеничном или железнодорожном
ходу) - перемещаются самостоятельно. Часто самоходные машины
монтируются на базе автомобилей, тракторов и пневмоколёсных тяга-
чей и имеют отдельный ходовой двигатель (ДВС). Некоторые самохо-
дные машины имеют ходовые части, позволяющие им передвигаться и
по грунтовим и по железным дорогам.
По режиму работы систем управления различают машины:
- с ручным управлением;
- полуавтоматическим управлением;
- и автоматическим управлением.
Требования к строительным машинам. Основными требованиями, предъявляемыми к деталям машин, являются требования:
• работоспособности;
• и надежности.
К деталям, непосредственно контактирующим с человеком-оператором (ручки и рычаги управления, элементы кабин машины, приборные щитки и т.п.), кроме названных предъявляются требования:
• эргономичности;
• и эстетичности.
Отказ - событие, нарушающее работоспособность. Отказы делятся на по-
степенные и внезапные; полные и частичные; устранимые и неуст-
ранимые.
Надежность - свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя
свои показатели в пределах, установленных требованиями норма-
тивно-технической документации, при соблюдении заданных усло-
вий использования, обслуживания, ремонта и транспортирования
(определяется по ДСТУ 2860-94 ( ДЕРЖАВНИЙ СТАНДАРТ УКРАЇ-
НИ. Надійность техніки. Терміни та визначення.).
Для самоходных машин в числе предъявляемых требований обязательными являются:
- маневренность (подвижность) машины — способность разворачиваться в естественных условиях с минимальным радиусом поворота Rп (см рис.) при заданной колее В и базе L.
- проходимость - это способность преодолевать неровности местности и неглубокие водные преграды, проходить по влажным и рыхлым грунтам, снежному покрову и т. д. Проходимость определяется величиной дорожного просвета (клиренсом) — С, продольным R1 и поперечным R2 радиусами проходимости колесных машин, а также удельным давлением на грунт или дорожное покрытие;
- устойчивость машины -это способность противостоять действию сил, стремящихся ее опрокинуть. Чем ниже центр тяжести машины и чем больше ее опорная база, тем устойчивее машина. Устойчивость машины характеризуется коэффициентом устойчивости k.
Особенности расчёта. Существует два метода расчёта механизмов:
- кинематический расчёт;
- силовой расчёт.
Задачей кинематического расчёта является выбор типа механизма и определение таких размеров его звеньев, при которых механизм обезпечил бы перемещение исполнительного органа (ведомого свена) по заданному закону. В зависимостьи от вида и характера движения исполнительного органа в выполняемой им операции требуемый закон его движения определяется различными кинематическими параметрами.
Методы определения размеров звеньев и расчёта элементов кинематических пар различны для механизмов разных типов.
Используются как аналитические, так и графические методы анализа и синтеза механизмов.
Одним из существенных преимуществ аналитических методов является то, что они позволяют определить влияние изменения численных значений отдельных параметров на конечные результаты расчёта. Это особенно важно в том случае, когда из ряда вариантов надо выбрать оптимальный.
По мере оснащения конструкторских бюро современными быстродействующими счётно-решающими машинами применение аналитических методов расширяется.
Графические методы имеют значительно большую наглядность, но позволяют получить основные характеристики исследуемой схемы лишь при однозначных значениях её основных параметров.
При силовом расчёте если ведомое звено механизма движется равномерно, то основным методом силового расчёта является статический (если силы инерции звеньев по сравнению с другими, приложенными к механизму силами невелики, то ими при определении давлений в парах пренебрегают, силы инерции в уравнения равновесия не включают. В этом случае на основе принципа независимости действия сил определяют давления в кинематических парах только от сил полезных сопротивлений.).
Для механизмов, работающих в неустановившемся режиме, основным методом силового расчёта является кинетостатический (в расматриваемые уравнения статики входят и силы инерции) вне зависимости от характера движения их ведомых звеньев.
Методы кинематического и силового расчётов различны для механизмов разных типов.