ВВЕДЕНИЕ
«Жизненный цикл» мостового сооружения состоит из трех последовательных стадий: проектирование → строительство → эксплуатация. В соответствии с этим происходит и разделение специалистов отрасли по аналогичным сферам деятельности.
В существующей системе подготовки инженеров-мостовиков принят подход, при котором все студенты должны изучить по единой программе дисциплины, относящиеся ко всем трем стадиям жизненного цикла моста. Тем самым реализуется идея всеобъемлющего, универсального образования «на всю жизнь». Такой подход определился технократическими взглядами, прагматическими целями и технологическими возможностями настоящего.
В современных условиях меняются требования к системе образования, цель которого - готовить специалиста, способного к выработке нестандартных решений и к адаптации в условиях быстро развивающейся техники и технологии. Следует надеяться, что в ближайшее время будут созданы условия для большей профессионализации образования, его диверсификации, реального обеспечения академических свобод учащихся. Это означает, что каждому студенту будет дано право самостоятельно выбирать программу обучения в соответствии с направлением его дальнейшей деятельности.
По окончании вуза значительная часть молодых специалистов отправляется в строительные организации. Отсюда возрастает значимость этого направления обучения, объем блока дисциплин строительства мостов. Обязательным для желающих посвятить себя производственной деятельности является достаточно глубокое изучение устройства, принципов действия, условий применения средств механизации строительства мостов.
В настоящее время в строительстве эксплуатируется свыше тысячи типоразмеров и марок машин. Часть из них (машины универсального назначения) используется и в мостостроении. В то же время особенности возводимых мостовых сооружений, необходимость работы на акваториях рек, специфика технологических процессов вызывают потребность в создании и применении специализированных машин.
Инженер-мостостроитель на производстве должен соблюдать правильные условия использования, эксплуатации и ремонта строительной техники. Но этого недостаточно: необходимо также, чтобы он принимал творческое участие в улучшении существующих машин и в создании новых типов машин, обеспечивая непрерывность технического прогресса своей отрасли.
Однако единственный учебник в этой области, изданный в 1968 г. [1] и переизданный в 1971 г. [2], содержит во многом устаревшие сведения, а учебники для промышленного и гражданского строительства [3] - [6] и др., в силу специфики отрасли, мало помогут будущему мостостроителю.
Предлагаемая вниманию читателя книга предназначена для студентов специальности «Мосты и транспортные тоннели» всех форм обучения при изучении специальных разделов курса мостов, выполнении курсовых и дипломных проектов. В ее основу положен конспект лекций, которые автор читал на кафедре «Мосты» Петербургского государственного университета путей сообщения (ПГУПС) на протяжении последних лет. Данное учебное пособие впервые было издано в ПГУПС в 2001 г., затем выпущено для Автодорожного института СПбГАСУ в 2004 г. Теперь оно переиздается с изменениями и дополнениями и может быть рекомендовано для студентов всех российских вузов и аналогичных учебных заведений ближнего зарубежья, ведущих обучение студентов мостовой специальности.
Изучение механизации строительства мостов является важной составной частью дисциплин «Технология строительства мостов» [7] и «Организация, планирование и управление в мосто- и тоннелестроении» [8]. Системы механизации студенты изучают, исходя из знаний основ физики, теоретической механики, сопротивления материалов, гидравлики, механизмов и деталей машин, строительных материалов, строительных работ и машин, электротехники, автоматики и автоматизации.
В пособии рассмотрены классификация мостостроительных машин, принципы комплексной механизации строительства, методы определения производительности комплектов и комплексов машин, порядок проектирования механизации работ в ПОС и ППР на строительство мостов. Приведены сведения об устройстве, типах и параметрах специальных машин для производства земляных работ, машин и оборудования для сооружения свайных фундаментов опор, специализированных грузоподъемных машин, транспортных средств, подъемно-транспортного оборудования и ручных машин для выполнения мостостроительных работ. Даны примеры технологических расчетов.
Здесь не рассматриваются общестроительные машины для земляных, бетонных, гидроизоляционных, отделочных работ. Сведения о них можно получить в учебниках, справочниках, руководствах [3] - [6], [9], [10]-[14] и др.
Современная техника развивается быстрыми темпами. Каждый год в мире появляются десятки новых образцов строительных машин. Поэтому автор отнюдь не стремился дать студенту новейшие сведения, понимая, что это едва ли приведет к успеху: машины быстро морально устаревают.
Задача данного учебного пособия заключается в другом - ознакомить с основными типами мостостроительной техники, ее эволюцией в последние десятилетия, дать современные примеры и наметить перспективы развития техники. Наряду с изучением отечественных образцов машин важным для будущего персонала строительства является ознакомление с лучшими зарубежными машинами, активно внедряемыми на российский рынок.
КЛАССИФИКАЦИЯ МОСТОСТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Строительными машинами называют все средства механизации ручного труда строителей, включая малое механическое оборудование и механизированный ручной инструмент. Широкое внедрение механизации позволяет существенно повысить производительность труда, ускорить строительство, снизить стоимость работ, улучшить качество продукции.
Классификация строительных машин - это система, основанная на распределении их по совокупности признаков сходства, различия, взаимосвязей. Она делится на различные классификационные подразделения (уровни): классы, подклассы, группы, подгруппы, виды, подвиды, индексы [12].
Разнообразные машины, которые используются на строительстве мостов, можно классифицировать по назначению следующим образом [15].
- для земляных работ;
- подъемно-транспортные;
- буровые;
- для свайных работ;
- для бетонных и железобетонных работ;
- для сварки металлоконструкций;
- для гидроизоляционных работ;
- отделочные;
- специальное оборудование;
- ручные машины (механизированный инструмент).
Эта классификация охватывает средства механизации мостостроения. В нее не включены машины для заводского производства мостовых конструкций [16], [17], а также специальные машины и оборудование, предназначенные для ремонта и разборки мостов.
Машины для земляных работ. К этому классу относятся землеройные (одноковшовые экскаваторы) и землеройно-транспортные машины (бульдозеры), а также средства гидромеханизации земляных работ (землесосные снаряды, эрлифты, гидроэлеваторы).
Подъемно-транспортные машины делятся на три подкласса: грузоподъемные машины; транспортирующие машины; машины для погрузочно-разгрузочных работ.
В грузоподъемные машины включают две основные группы: краны и подъемники. Затем мы рассмотрим подгруппы, а также разновидности машин данной подгруппы, их назначение или конструктивные признаки.
Краны делят на следующие подгруппы и виды: стреловые самоходные краны общего назначения (на автомобильном, пневмоколесном, гусеничном и железнодорожном ходу, на специальном шасси); башенные (приставные, самоподъемные и передвижные); козловые; портальные; жестконогие деррик-краны; краны плавучие (речные и морские портовые, специальные сборно-разборные, а также сухопутные, установленные на плавучих средствах); консольные; консольно-шлюзовые; кабельные краны; специальные монтажные агрегаты.
В группу подъемников включают две подгруппы и такие виды: грузовые (ленточные фермоподъемники, устройства для выборки прогибов, домкратные установки, лебедки и др.) и пассажирские (устройства для подъема людей - лифты).
К транспортирующим машинам относятся стационарные средства (горизонтальный и вертикальный трубопроводный транспорт), самоходные средства (автомобили, тракторы, тягачи, рельсовый транспорт, плавучие средства), средства горизонтального перемещения грузов (лебедки и домкраты).
К числу машин для погрузочно-разгрузочных работ относят канатно-ковшовые устройства, разгрузчики, погрузчики и т.п., применяемые на соответствующих работах (разгрузка и перегрузка грузов с различных видов транспорта на железнодорожных станциях, причалах и т.п.; переработка и загрузка заполнителей на бетонных заводах и др.).
Для буровых работ (для разбуривания скважин при устройстве буронабивных и буроопускных свай) в мостостроении используют полноповоротные самоходные машины, навесное оборудование на краны и экскаваторы или специальные агрегаты.
Машины для свайных работ подразделяют на четыре подкласса: ударного, вибрационного, вдавливающего, вращательного действия. Рабочий орган, выполняющий свайную работу, подвешивают на поддерживающий его механизм (копер, кран, экскаватор, копер-кран и др.).
К первому подклассу относятся механические, паровоздушные, гидро- и дизельные молоты.
В состав второго входят вибропогружатели и машины комбинированного действия (последние относят и к первому, и ко второму подклассу, например, вибромолоты).
Третий подкласс состоит из машин для статического вдавливания свай в грунт (при помощи гидравлических домкратов и др.).
Четвертый подкласс составляют средства погружения винтовых свай (механические и электромеханические кабестаны).
Машины для бетонных и железобетонных работ, используемые на стройках, делятся на арматурные станки, дозировочные, смесительные и бетоноукладочные машины.
Бетоно- и растворосмесители по принципу действия можно разделить на смесители гравитационные и принудительного действия, машины циклического и непрерывного действия. Смесители гравитационные делят на стационарные (оборудование бетонных заводов) и передвижные (автобетоносмесители). Смесители принудительного действия могут быть роторными и противоточными.
Бетоноукладочные машины подразделяются на бетоно- и растворонасосы (с механическим либо гидравлическим приводом); пневмонагнетатели; оборудование для уплотнения бетонной смеси (поверхностные и глубинные вибраторы); специальное оборудование для подводного бетонирования (с безвибрационной и вибрационной укладкой бетонной смеси).
Машины для сварки металлоконструкций в условиях строительства используют при арматурных работах и на монтаже стальных и сталежелезобетонных пролетных строений. Это сварочные трансформаторы, машины для автоматической и полуавтоматической сварки.
Класс машин для гидроизоляционных работ охватывает установки для приготовления смесей, автобитумовозы, автогудронаторы, машины для устройства гидроизоляции из рулонных материалов и другие.
Отделочные машины применяют в основном для оштукатуривания и окраски поверхностей мостовых конструкций. К этому классу относят штукатурные агрегаты, машины для приготовления малярных составов, окрасочные агрегаты, краскораспылители, компрессоры и другое оборудование.
Специальное оборудование применяется в отдельных технологических процессах. Из-за большого разнообразия видов его трудно классифицировать. К этому классу можно отнести: оборудование для водоотлива и водопонижения, для балластировки плавучих систем, домкраты для натяжения арматурных пучков «на бетон» и другие средства механизации.
Ручные машины представляют собой пневматический механизированный инструмент (отбойные молотки, сверлильные и шлифовальные машинки, пневмогайковерты) и электрифицированный инструмент (электрические сверлильные и электрошлифовальные машины, инструмент для обработки деталей деревянных конструкций и др.).
Существуют и другие классификации строительных машин по назначению. С одной из них можно ознакомиться в справочнике [12].
С точки зрения воздействия машины на предмет труда различают технологические, транспортные и транспортно-технологические машины.
По принципу действия обычно выделяют машины циклического (прерывного) и непрерывного действия. Машина циклического действия совершает определенную работу лишь за некоторый интервал времени - цикл. Машина непрерывного действия, как это следует из названия, производит продукцию потоком, непрерывно. Условия равенства и минимизации интервалов времени (циклов) для машин первого типа и условие непрерывности работы машин второго типа, естественно, соблюдаются лишь при непрерывной подаче предмета труда к рабочему органу машины с интенсивностью, не меньшей производительности машины.
Большинство машин рассмотренных выше классов относятся к первому типу. Однако цикличность работы машины может быть вызвана не только принципом ее действия, но и тем, что машина используется в цикличном технологическом процессе либо взаимосвязью процессов. Например, при укладке бетонной смеси краном в бункерах происходит ярко выраженный цикличный процесс. При бесперебойной подаче смеси бетононасосом машина циклического действия работает в непрерывном режиме, но при подвозе смеси отдельными порциями работа бетононасоса приобретает циклический характер.
Объемы земляных работ на строительстве мостов относительно небольшие (разработка грунта в котлованах опор, отсыпка временных земляных сооружений, планировка откосов конусов насыпей). Поэтому землеройные и землеройно-транспортные машины здесь не имеют широкого применения. Но в мостостроении используют специальные средства гидромеханизации для подводной разработки грунта, которым посвящен разд. 4.
В мостах распространены свайные фундаменты, поэтому значительное внимание уделено машинам, предназначенным для выполнения этого вида работ: сваебойным, вибрационным, буровым (разд. 5).
Общестроительные краны достаточно описаны в литературе ([10] - [14] и др.). В разд. 6 рассмотрены лишь основные виды и марки специализированных грузоподъемных машин, а в разд. 7 - специализированный транспорт для строительства мостов. Поскольку мостостроителям приходится использовать сухопутные машины (краны, копры), установленные на плавучие средства, в приложении изложены основные сведения об этих установках. Машины для погрузочно-разгрузочных работ, как правило, не влияют на производительность основных технологических процессов и поэтому здесь не рассматриваются. Сведения о машинах для сварки металлоконструкций можно получить в книге [17], а в разд. 8 и 9 приводятся данные о некотором мостостроительном оборудовании и ручных машинах.
В рамках курса не рассматриваются машины для гидроизоляционных, бетонных и железобетонных работ, отделочные машины. Это - область дисциплины «Строительные работы и машины».
Также опущены вопросы параметризации, индексации, типажей и стандартов строительных машин; за ними отсылаем читателя к справочнику [12] и другим изданиям.