Лекция 5. Машины для земляных работ.

Основные свойства грунтов.
Основными физико-механическими свойствами грунтов являются:

1. Гранулометрический состав, т. е. процентное содержание по весу частиц различной крупности:
• гальки (40 мм),
• гравия (2—40 мм),
• песка (0,25—2 мм),
• песчаной пыли (0,05— 0,25 мм),
• пылеватых частиц (0,005—0,05 мм),
• глинистых частиц (менее 0,005 мм).


2. Объемный вес, т. е. отношение веса грунта к его объему при естественной влажности. Для грунтов он составляет от 15 до 20 кн/м³ (1,5—2 т/м³).
3. Пористость — объем пор, заполненных водой и воздухом в процентах от общего объема грунта. Она характеризуется коэффициентом пористости, представляющим собой отношение объема занятых водой и воздухом пор к объему твердых частиц.
4. Весовая влажность — отношение веса воды к весу сухого грунта в %. При заполнении водой не более '/з объема пор грунты считаются сухими; при заполнении от '/з до 2/з объема пор — влажными и при заполнении более 2/з объема пор — мокрыми.
5. Связность — способность грунта сопротивляться разделению на отдельные частицы под действием внешних нагрузок. Типичным представителем связных грунтов являются глины, несвязных грунтов — сухие пески.
6. Пластичность — свойство грунта изменять свою форму под действием внешних сил и сохранять эту форму после удаления внешних сил. Наибольшей пластичностью отличаются влажные глины; песок и промытый гравий — материалы непластичные. Пластичность характеризуется числом пластичности.
   
7. Прочность. Прочность мерзлых грунтов и пород на растяжение в 20— 30 раз меньше, чем прочность на одноосное сжатие. Поэтому наиболее выгодно создавать такие рабочие органы, которые отделяют грунт от массива преимущественно отрывом.
8. Сопротивление сдвигу. Под действием механической нагрузки грунт разрушается в результате деформаций, превосходящих предельные значения. Считается, что эти деформации происходят по плоскостям скольжения (плоскостям, по которым происходит сдвиг одних частиц относительно других). Чтобы нарушить монолитность грунта, необходимо, чтобы суммарное касательное напряжение в плоскости скольжения было равно наибольшему касательному напряжению сопротивления сдвигу.
9. Угол естественного откоса — угол у основания конуса, который образуется при отсыпании разрыхленного грунта с некоторой высоты. Этот угол зависит от величины коэффициента внутреннего трения и от связности. Для несвязных грунтов угол естественного откоса равен углу внутреннего трения.
10. Сопротивление грунта вдавливанию. При вдавливании в грунт штампа или какой-либо опорной поверхности (ходовой части машины, элемента рабочего органа) под штампом происходят деформации в условиях, близких'к всестороннему сжатию. Допускаемые нагрузки для ходовых частей машин предусматривают погружение штампа до 6—12 см.
11. Абразивность — способность материала оказывать истирающее действие на другой материал. Абразивность грунтов из горных пород в значительной степени определяет износ рабочих органов землеройных машин. Этот износ зависит от удельных давлений, скорости взаимного перемещения и прочностных показателей.
12. Коэффициенты трения грунта о сталь и грунта о грунт (коэффициент внутреннего трения). Значительные потери мощности происходят из-за трения грунта о рабочий орган, а также трения грунта о грунт. Для ориентировочных расчетов можно принимать коэффициент внутреннего трения равным коэффициенту трения грунта о грунт.
13. Разрыхляемость определяется как отношение объема разрыхленного грунта к объему первоначальному (в плотном теле).
    

Машины для земляных работ.
К машинам для земляных работ относят:

• Землеройные машины, в т.ч. землеройно-транспортные машины.
• Машины для гидравлической разработки грунта
• Машины для бестраншейной прокладки труб

Классификацию, а также термины и определения землеройных машин, предназначенных для выемки, погрузки, транспортирования, распределения и уплотнения грунта и других материалов при строительстве дорог, сооружении дамб, на строительных площадках, при прокладке траншей и т. д. определяются ГОСТ Р ИСО 6165-99. Этот ГОСТ разделяет землеройные машины по принципу действия на следующие подгруппы:

• экскаватор-погрузчик;
• землевоз;
• экскаватор;
• автогрейдер;
• уплотняющая машина;
• погрузчик:
• трубоукладчик;
• каток;
• скрепер:
• бульдозер;
• траншеекопатель.

Лекция 4. Конструкции строительных машиню Часть третья. Ходовое оборудование и системы управления.

Лекция 3. Конструкция строительных машин. Часть вторая. Трансмиссии.

Виды трансмиссий
Трансмиссии — механизмы, передающие движение от силовой установки отдельным сборочным единицам (узлам) машины или от одной сборочной единицы к другой.
Трансмиссии не только передают движение, но и преобразуют (меняют) направление движения, скорости, моменты и усилия. В трансмиссии включаются элементы, предохраняющие двигатель и отдельные узлы от перегрузок. Различают:

• механические,
• гидравлические,
• электрические трансмиссии.

Механические трансмиссии.
Механические трансмиссии состоят из:

• зубчатых передач,
• коробок скоростей,
• валов,
• предохранительных и ограничительных муфт,
• реверсивных механизмов,
• тормозных устройств.

Достоинствами механических трансмиссий являются:

• большая надежность,
• сравнительно высокий КПД (0,8 - 0,92),
• небольшая металлоемкость (3,2—5,5 кг на 1 кВт мощности машины),
• малая чувствительность к внешним температурам.

Недостатки — сложность бесступенчатого регулирования скорости.

Регулирование скорости в механических трансмисииях происходит в основном ступенчато при помощи коробок передач.

Коро́бка переда́ч — агрегат предназначенный для изменения частоты и крутящего момента в более широких пределах, чем это может обеспечить двигатель строительной машины.

Коробки передач классифицируются по нескольким признакам:
По способу передачи потока мощности

• Механические — коробки передач, в которых используются механические передачи, как правило — зубчатые.
  • Простые — выполнены с использованием цилиндрических и конических зубчатых передач.
  • Планетарные (ПКП) — выполнены с использованием планетарных рядов. Особенность этих коробок в том, что все шестерни в них находятся в постоянном зацеплении, а изменение передаточного числа происходит за счёт торможения и блокирования отдельных вращающихся элементов.
• Гидромеханические — коробки передач, в которых механические передачи используются в сочетании с гидродинамической передачей (гидромуфта, гидротрансформатор).

По способу управления:

• С ручным включением передач — передачу включает водитель (оператор).
  • Непосредственного действия — используется только усилие оператора. Приводы непосредственного действия бывают механическими и гидравлическими.
  • Сервоприводы — используется усилие оператора и сервоустройства, при этом основную часть работы выполняет сервоустройство, а усилие оператора необходимо для управления работой сервоустройства. В зависимости от источника (преобразователя) энергии сервоприводы подразделяются на гидравлические, механические, электрические, вакуумные, смешанные и др.
• Автоматические — в зависимости от внешних условий (например, частота вращения и нагрузка на коленчатом валу двигателя) передачи переключает автоматизированная система управления КП без участия водителя.

Для того чтобы трансмиссии были близки к бесступенчатым системам, необходимы коробки скоростей с большим числом передач, что усложняет конструкции коробок передач трансмиссии, увеличивает габариты, металлоемкость и снижает КПД. Бесступенчатая регулировка скорости в механических трансмиссиях возможна с использованием вариатора.
Вариа́тор — механическая передача, способная плавно менять передаточное отношение в некотором диапазоне регулирования. Изменение передаточного отношения производится вручную или автоматически.
Вариаторы по принципу работы различаюся на:

• Фрикционные вариаторы:
  • лобовые;
  • конусные;
  • шаровые;
  • многодисковые;
  • торовые;
  • волновые;
  • клиноременные.
• Вариаторы зацепления: цепной вариатор.

Принцип работы клиноременного вариатора.

Принцип работы тороидного вариатора.

Сцепление — механизм передачи вращения, который может быть плавно включён и выключен (выжат), обеспечивающий безрывковое трогание машины с места и бесшумное переключение передач.

Гидромуфта состоит из колеса 1 центрооежного насоса, соединенного с ведущим валом 2, и колеса 5 центростремительной турбины, соединенного с ведомым валом 3. Корпус гидромуфты заполнен жидкостью. Передача момента развиваемого двигателем, на ведомый вал в гидромуфтах осуществляется потоком жидкости. При вращении насосного колеса лопатки насоса увлекают жидкость и перемещают ее к периферии рабочей полости. Из насосного колеса поток поступает на лопатки турбинного колеса. Силы, возникающие при обтекании лопаток турбинного колеса, образуют момент , направленный в ту же сторону, что и вращение двигателя.
Приводы с гидромуфтами

• обеспечивают запуск двигателя при включенной передаче,
• снижают динамическую нагрузку в системе,
• защищают двигатель от перегрузок, обеспечивают плавность разгона машины при запуске и при уменьшении нагрузки, а также плавное стопорение при возрастании нагрузки.

Недостатки гидромуфты состоят

• в сильном снижении КПД при увеличении скольжения,
• в невозможности изменения величины передаваемого крутящего момента двигателя в зависимости от нагрузки.

Гидротрансформаторы также применяют для автоматического регулирования крутящего момента и частоты вращения ведомого вала в зависимости от нагрузки. Они отличаются от гидромуфт тем, что кроме насосного колеса 2 и турбинного колеса 1 между ними в рабочей полости устанавливают лопастные колеса реактора — так называемый направляющий аппарат 3.
Жидкость из турбинного колеса попадает на лопатки реактора. Реактор, отклоняя жидкость своими лопатками, изменяет момент количества движения потока. Вследствие этого момент, развиваемый турбинным колесом, превосходит момент, сообщаемый двигателем насосному колесу, т. е. гидротрансформатор работает как редуктор.
Применение гидротрансформаторов позволяет отказаться от многоступенчатых механических коробок передач или упростить их конструкцию.

Недостатками гидротрансформаторов являются

• сравнительно низкий КПД;
• необходимость применять устройства для охлаждения масла, усложняющие конструкцию;
• сложность или невозможность изменять направление движения, для чего требуются дополнительные механические устройства.

Гидравлические (гидрообъемные) трансмиссии.
Движение от ведущего элемента к ведомому передается под воздействием перемещающейся жидкости в замкнутом пространстве. Они состоят из

• гидронасосов,
• гидродвигателей объемного типа,
• распределительных устройств (золотниковых),
• предохранительных клапанов и трубопроводов.

Гидронасосы приводятся в движение от постороннего источника энергии, а гидродвигатели — за счет перемещения жидкости, подаваемой гидронасосом. Гидронасосы применяют

• шестеренчатые,
• аксиально-поршневые
• лопастные.

Гидродвигателям и могут служить

• шестеренчатые,
• лопастные,
• поршневые насосы-гидромоторы.

Эти гидродвигатели применяют в тех случаях, когда во вращательное движение необходимо приводить какой-либо механизм или исполнительный орган.
Если механизмам или исполнительным органам требуется сообщить возвратно-поступательное движение, применяют гидроцилиндры.
Шестеренчатый насос состоит из двух зубчатых колес, помещенных в плотно обхватывающий их корпус. Колесо 1 насоса приводится во вращение двигателем, колесо 2 сидит свободно на оси. В корпусе имеется канал, через который масло попадает в полость всасывания. При вращении щестерен масло, находящееся во впадинах, переносится из полости всасывания в полость нагнетания и выталкивается (выдавливается) в канал.

Поршневые насосы подразделяют на

• аксиально-поршневые,
• радиально-поршневые
• эксцентрикового типа.

В строительных машинах чаще всего применяются аксиально-поршневые.
Аксиально-поршневой насос состоит из корпуса 3, в котором по окружности размещены цилиндры. Поршни 4 при помощи шатунов 5 шарнирно связаны с шайбой 6, наклоненной к оси корпуса а—а под углом. Одновременное вращение корпуса и наклонной шайбы приводит к возвратно-поступательному движению поршней.
За одну половину оборота блока цилиндров поршень совершает ход слева направо (всасывание), при этом полость цилиндра с помощью распределителя 7 сообщается с линией всасывания. За вторую половину оборота поршень совершает ход справа налево (нагнетание); в этом случае полость цилиндра при помощи распределителя 5 сообщается с линией нагнетания.
Аксиально-поршневые насосы можно в определенном диапазоне настраивать на разные производительности, для этого изменяют угол наклона шайбы. Широкое применение получили аксиально-поршневые насосы с автоматическим регулированием производительности (расхода).
Шиберный (лопастной) насос состоит из корпуса 3 и размещенного в нем ротора 8. В пазах ротора помещены лопасти 9, имеющие возможность перемещаться в радиальном направлении. Лопасти захватывают масло, которое поступает в профильную полость всасывания между ротором и корпусом и подается к отверстию нагнетания.

Лекция 2. Конструкция строительных машин. Часть первая.

Конструктивные составляющие строительных машин
Каждая машина состоит из деталей (элементов) и сборочных единиц, предназначенных для выполнения определенных функций в процессе работы машины.
По функциональному признаку в каждой машине различают следующие сборочные единицы:

• силовые установки (двигатели), являющиеся источником или преобразователем энергии в механическую работу;
• рабочее оборудование (рабочий орган), непосредственно осуществляющее технологическую операцию и имеющее непосредственное воздействие на перерабатываемый материал;
• ходовое оборудование (у самоходных машин), предназначенное для передвижения всей машины и передачи давления от веса машины и рабочих нагрузок на основание;
• функциональное оборудование, входящее в конструкцию машины и выполняющее определенную функцию (встроенные компрессоры, генераторы, вентиляторы, предпусковые подогреватели) ;
• передаточные механизмы (трансмиссию) для осуществления связи силового оборудования с рабочим оборудованием, а также с ходовым оборудованием самоходных машин при различных комбинациях скоростей, моментов и сил;
• систему управления, предназначенную для запуска и останова силового оборудования, а также для соединения и разъединения связи между силовым оборудованием, рабочим или ходовым оборудованием, а также в необходимых случаях для быстрого прекращения движения — торможения;
• несущую конструкцию (раму) машины, служащую для размещения и закрепления на ней всех элементов машины и сохранения их взаимного расположения между собой. У самоходных машин несущая конструкция передает давление от веса машины и рабочих нагрузок на основание через ходовое оборудование, а у стационарных—непосредственно через детали опорного устройства.

Рабочие органы строительных машин
Рабочий орган — та часть машины, при помощи которой выполняются рабочие операции. Основные параметры рабочего органа зависят от вида выполняемой операции и главного параметра машины. У некоторых рабочих органов за главный параметр машины принимают один из его параметров. Так, геометрическая емкость ковша одноковшового экскаватора является его главным параметром.
Рабочие органы землеройных, землеройно-транспортных, бурильных машин принято разделять на следующие группы:

• которые только отделяют грунт от массива или разрезают породу (зуб рыхлителя);
• которые отделяют и перемещают грунт по мере его отделения или перемещают породу после рыхления (отвал бульдозера);
• у которых после отделения грунта от массива он накапливается в емкостях и переносится в этих емкостях (ковш экскаватора, скрепера).

Силовые установки (приводы) машин
Силовая установка — та часть машины, которая приводит в движение механизмы машины. Она представляет собой агрегат, состоящий из двигателя и вспомогательных систем:

• питания (топливный бак, фильтры, трубопроводы),
• охлаждения (водяной насос, радиатор трубопроводов),
• управления (рычаги управления режимом двигателя, охлаждения),
• смазки;
• подмоторных рам.

Силовые установки разделяются на установки с одним двигателем и комбинированные. На установках с одним двигателем применяют следующие двигатели:

• внутреннего сгорания,
• дизельные или карбюраторные,
• электрические постоянного и переменного тока,
• пневматические.

Установки с комбинированным приводом бывают

• электрические по системе генератор — электродвигатель,
• дизель-электрические,
• дизель-гидравлические,
• дизель-пневматические.

Также приводы бывают одно- и многомоторные.
В одномоторном приводе одна силовая установка приводит в движение все механизмы. При таком приводе включают и выключают отдельные механизмы машины при помощи различных конструкций муфт, чаще всего фрикционных.

Достоинством одномоторного привода является то, что масса этого привода меньше, чем суммарная масса приводов многомоторного привода, а изготовить его проще и дешевле.

Недостаток одномоторного привода состоит в том, что при нем требуется большое количество трансмиссий, чтобы осуществить передачу движения отдельным механизмам. Кроме того, при одномоторном приводе нельзя получить независимое распределение мощности между приводимыми в движение механизмами.

При многомоторном приводе каждый механизм или группа их приводятся в движение отдельными двигателями. Чаще всего на машинах с многомоторным приводом двигатель внутреннего сгорания приводит в движение электрогенератор, который питает электроэнергией электроприводы отдельных механизмов. Двигатель внутреннего сгорания может приводить в движение гидронасос, который подает жидкость к гидродвигателям отдельных механизмов.

Достоинством многомоторного привода является то, что в нем можно регулировать работу отдельных механизмов независимо друг от друга, значительно сократить количество трансмиссий, легче осуществить автоматизацию.

Режимы работы силовых установок

Нагрузочные диаграммы при различных режимах работы машины:
а — легкий режим работы; б — средний; в — тяжелый; г — очень тяжелый; 1 — частота колебаний машины; 2 — изменение мощности

Режим машины зависит от:

• величины амплитуды и частоты колебаний нагрузки;
• количества включений в единицу времени;
• реверсивности движения;
• продолжительности непрерывной работы.

Различают четыре режима работы:

1. Легкий режим работы (рис. а)

• отношение максимальной нагрузки к средней составляет: 1,1 - 1,3
• скорость рабочих движений постоянна,
• нет реверсивности рабочих движений;
• число включений в 1 ч составляет 20—30, редко 50.

С такими режимами работают

• машины для уплотнения грунтов (кроме вибрационных),
• бетоносмесители,
• растворосмесители,
• цилиндрические грохоты,
• транспортеры.

Для привода этих машин можно применять любые двигатели.

2. Средний режим работы (рис. б)

• отношение максимальной нагрузки к средней составляет 1,5 - 2,5;
• скорость рабочих движений переменна,
• движения редко реверсивны;
• число включений в 1 ч достигает 200.

На таких режимах работают скреперы, тягачи, грейдер-элеваторы, дробилки, краны, многоковшовые экскаваторы и погрузчики.

3. Тяжелый режим работы (рис. в)

• отношение максимальной нагрузки к средней составляет 2 : 3;
• нагрузка имеет частые и резкие пики;
• скорости рабочих движений меняются прерывно,
• движения часто реверсивны; число включений в 1 ч до 1000 и более.

На таких режимах работают одноковшовые экскаваторы, бульдозеры, толкачи и др.;

4. Очень тяжелый режим работы — носит ударный или вибрационный характер (рис. г).

Целесообразность применения того или иного двигателя для работы при различных режимах нагружения определяют с помощью механической внешней характеристики.

Кривую, построенную в координатах М и n, где М — крутящий момент; n — частота вращения; М = f (n) называют механической внешней характеристикой.

Ннаилучшей характеристикой является такая, при которой для всех значений частоты вращения мощность оставалась постоянной:

N = AMn = const

Кривая внешней характеристики, отвечающая этому треоованию, представляет собой гиперболу (кривая 1 на рис.). Если сравнивать различные характеристики, имеющие одну и ту же точку номинального режима (точка О на рис.), то их можно условно разбить на следующие категории:

• проходящие в зонах А и С — жесткие,
• в зонах В и D — так называемые мягкие.

Жесткость характеристики определяется по формуле

b = dM/dn

Характеристики, для которых

• b стремится к бесконечности, называют абсолютно жесткими (вертикальная прямая на рис.);
• при b = 40 - 10 — жесткими (прямая 3);
• при b <>

Другой характеристикой двигателя является запас крутящего момента, определяемый коэффициентом kзап:

kзап=(Mmax - Mном)/Мmax;

Также о приспособляемости двигателя можно судить по коэффициенту приспособляемости:

kп= Мmax/Мном.

Чем мягче характеристика, тем шире пределы изменения частоты вращения двигателя при изменении нагрузки, т. е. способность автоматически снижать частоту вращения при перегрузке с плавным увеличением крутящего момента.
Двигатели внутреннего сгорания
Двигатели внутреннего сгорания являются основным приводом всех транспортных землеройных и землеройно-транспортных машин. Эти двигатели разделяют на два типа:

• дизели, работающие на тяжелом дизельном топливе,
• карбюраторные, работающие на бензине.

Основное преимущество двигателей внутреннего сгорания состоит в том, что для них не требуется внешних источников питания.

Недостатками ДВС являются

• большая чувствительность к перегрузкам (для карбюраторных двигателей kп = 1,15 - 1,95, а для дизелей kп = 1,01 - 1,1);
• высокая стоимость эксплуатации;
• сравнительно малая долговечность - до 4000 часов работы.

Двигатели внутреннего сгорания применяют как с непосредственной механической передачей, так и с гидромуфтами и гидротрансформаторами, обеспечивающими защиту двигателя и всей конструкции от внешних перегрузок и сглаживающими расхождения между выходной характеристикой двигателя и требованиями, вытекающими из режима работы рабочего органа.

Электродвигатели переменного тока.
Такие двигатели особенно широко применяют в качестве привода стационарных строительных машин (бетоносмесителей, дробилок и др.).
Двигатель переменного тока имеет две разновидности:

• асинхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением; такие двигатели часто используются в строительных машинах.
  
• синхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения; из синхронных двигателей наиболее часто применяюся шаговые моторы.
  

Этот вид силового оборудования отличает простота управления и обслуживания, малая стоимость, надежность в эксплуатации, способность выдерживать большие кратковременные перегрузки и возможность питания от обычной электросети.

Для машин, имеющих повторно-кратковременный режим работы (например, дробилок), применяют электродвигатели с коэффициентом приспособляемости kп = 3,
Применить эти двигатели для непосредственного привода землеройных, землеройно-транспортных и других машин, требующих регулирования частоты вращения в зависимости от нагрузки, до последнего времени не удавалось, так как внешняя характеристика их является весьма жесткой. Однако появление в 80-х годах биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) позволило реализовать эффективные способы управления мощными электродвигателями переменного тока. Наиболее применяемым из них является частотно-регулируемый привод.
Электродвигатели постоянного тока.
Разделяются на:

• Коллекторные двигатели постоянного тока.
• c возбуждением постоянными магнитами;
• c параллельным соединением обмоток возбуждения и якоря;
• c последовательным соединением обмоток возбуждения и якоря;
• cо смешанным соединением обмоток возбуждения и якоря;
• Бесколлекторные двигатели постоянного тока — электродвигатели, выполненные в виде замкнутой системы с использованием датчика положения ротора (ДПР), системы управления (преобразователя координат) и силового полупроводникового преобразователя (инвертора).

Они имеют мягкую внешнюю характеристику и являются наиболее пригодными для привода многих карьерных машин.

Недостаток их заключается в том, что такие двигатели не могут питаться от общей сети переменного тока.

Несмотря ряд недостатков, такие двигатели широко применяют как в одномоторном, так и многомоторном приводе.

Лекция 1. Общие сведения о строительных и дорожных машинах

Основные определения.

• Машина - устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда.
• Механизм - система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких твердых тел в требуемые движения других тел.

Классификация строительных машин.
Пo назначению строительные машины и оборудование могут быть:

• грузоподъемные,
• транспортирующие,
• погрузочно-разгрузочные,
• для подготовительных и вспомогательных работ,
• землеройные и грунтоуплотняющие,
• буровые,
• сваебойные,
• дробильно-сортировочные,
• смесительные,
• машины для транспортирования бетонных смесей и растворов,
• бетоноукладочные,
• отделочные,
• ручные машины,
• дорожные,
• для технического обслуживания.

Каждая из названных групп машин в свою очередь может быть разделена по способу выполнения работ и виду рабочего органа на подгруппы.
Например, грузоподъемные машины могут быть разделены на

• домкраты (реечные, винтовые, гидравлические);
• тали (ручные, электротали);
• лебедки (с ручным приводом, электролебедки);
• подъемники грузовые (мачтовые, шахтные, скиповые, грузопассажирские);
• подъемные площадки (подвесные, наземные);
• самоходные подъемники (телескопические, рычажные);
• краны (переставные, вантовые, жестконогие, башенные, автомобильные, пневмоколесные, гусеничные, железнодорожные, тракторные, трубоукладчики, мостовые, козловые, кабельные).

Машины для земляных работ могут быть разделены на

• землеройно-транспортные (бульдозеры, скреперы, автогрейдеры, грейдер-элеваторы и др.);
• экскаваторы (одноковшовые и непрерывного действия),
• землеройно-фрезерные машины, планировщики и др.;
• оборудование для гидромеханического способа разработки грунтов (гидромониторы, землесосные и землечерпальные снаряды и др.);
• грунтоуплотняющие машины (катки, вибро-уплотнительные машины, трамбовки и др.)

Машины в каждой группе в свою очередь различаются по производственной характеристике:

• мощности,
• объему ковша,
• грузоподъемности,
• тяговому усилию,
• производительности,
• габаритам,
• массе и т.д..

Отдельные виды строительных машин различаются:

• по ходовому устройству (гусеничному или колесному ходу);
• по типу базовой машины, на которой смонтирована та или другая машина (автомобиль, трактор, пневмоколесный тягач);
• по видам двигателя или привода с электрическим двигателем, двигателем внутреннего сгорания, с гидравлическим или пневматическим приводом.

Все строительные машины по источнику потребляемой энергии могут быть разделены на:

• машины, работающие от собственной энергетической установки,
• и машины, использующие энергию, подведенную извне.

Ко второй группе относятся машины с электрическими двигателями, питаемыми от внешней сети, и машины с пневматическим приводом.

По числу рабочего оборудования строительные машины разделяют на:

• универсальные - снабжаются несколькими видами сменного рабочего оборудования
• специальные - обычно только одним видом рабочего оборудования

Требования к строительным машинам
Строительные машины должны обеспечивать необходимую производительность и работоспособность при работе в любое время года и суток, при разнообразных атмосферных условиях и температурах окружающего воздуха +40—40 °С, в стесненных условиях строительной площадки, поэтому к машине предъявляют ряд требований исходя из конкретных условий эксплуатации. В их числе:

• надежность в работе — способность безотказной работы машины без вынужденных простоев из-за неисправности при правильном управлении и нормальных нагрузках, определяется по ГОСТ 27.001;
  
• экономичность в эксплуатации — обеспечение минимального расхода энергоресурсов (электроэнергии или топлива), смазочных и других эксплуатационных материалов на единицу вырабатываемой продукции, а также трудозатрат на управление машиной и уход за ней. Экономичность определяется также меньшей стоимостью машины, которая зависит от технологичности в изготовлении, меньшей трудоемкости и металлоемкости;
• транспортабельность — возможность перемещения машины самоходом или перевозки ее на транспортных средствах по шоссейным и железным дорогам в собранном виде или разъединенной на минимальное число частей;
• ремонтопригодность — возможность удобного технического обслуживания и ремонта машины для поддержания ее в работоспособном состоянии. Лучшая ремонтопригодность у машины, состоящей из отдельных сборочных единиц, легко отсоединяемых друг от друга, при условии, что отсоединение какой-либо сборочной единицы не вызывает демонтаж смежных;
• удобство монтажа и демонтажа машин. Наилучшими условиями монтажа при передислокации с одного места работы машины на другое считают такие, при которых не требуются дополнительные грузоподъемные средства;
• требования эргономики — обеспечение благоприятных условий для рабочих, занятых управлением машиной, минимальная утомляемость и определенные комфортные
  условия;
  
• эстетические требования — обеспечение красивой внешней формы, хорошей отделки и окраски.

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:

Rп = L/sin а,

где а — максимально возможный угол поворота наружного колеса; чем больше а, тем меньше радиус поворота машины.
Маневренность определяется также возможностью быстрого перевода (перенастройки) их рабочего положения в транспортное и способностью перемещаться по строительному участку и вне его, от одного места работы к другому с достаточной по производственным условиям скоростью;

• 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 (см. рис), 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.

Параметры основных строительных машин, их размеры, технические требования, методы их испытания, маркировки, упаковки и транспортировки регламентированы Государственными стандартами — ГОСТами. Общие требования безопасности к конструкции строительных и дорожных машин установлены ГОСТ Р 12.2.011—2003, а общие требования к безопасности при эксплуатации строительных машин в ГОСТ 12.2.033-84.

Производительность машин
Производительность является важнейшей составной частью технической характеристики машин.
Производительность машины — это количество продукции (выраженное в массе, объеме или штуках), вырабатываемой (перерабатываемой) в единицу времени — час, смену, месяц, год. Различают производительность:

• теоретическую (расчетную, конструктивную),
• техническую
• эксплуатационную.

Теоретическая производительность (расчетная, конструктивная) — это максимально возможное количество продукции, вырабатываемой в единицу времени непрерывной работы при расчетных скоростях рабочих движений и нагрузках.

Для машин циклического действия теоретическая часовая производительность

Пк=60qn,

где q—количество продукции, вырабатываемое за один рабочий цикл; n— число циклов, выполняемых машиной в 1 мин, n=60/tц (tц — продолжительность цикла, с).

Для машин непрерывного действия теоретическая часовая производительность

Пк=3600Fv

где F—количество материала, размещающегося на 1 м длины потока продукции (материала) кг, м3; v — скорость движении потока продукции, м/с.

Техническая производительность — это количество продукции, вырабатываемой в единицу времени непрерывной работы машины непосредственно в конкретных производственных условиях при правильно выбранных режимах работы и нагрузках на рабочие органы. При определении технической производительности определенной машины, например одноковшового экскаватора, учитывается группа разрабатываемого грунта, высота забоя, угол поворота стрелы с ковшом, вид работы — в отвал или на транспортные средства, коэффициент заполнения ковша и другие факторы. Поскольку все перечисленные факторы могут иметь различные значения, то и техническая производительность машины при различных условиях будет изменяться.

Для машин циклического действия (например кранов) часовую техническую производительность Пт определяют по формуле

Пт = 60qnk,

где q — грузоподъемность крана; n — число рабочих циклов в минуту; k — коэффициент, учитывающий степень использовании грузоподъемности (при переработке грузов с различной массой).

Для машин непрерывного действия часовую техническую производительность определяют по формуле

Пт = 3600Fvk,

где F — масса груза, кг, или объем, м3, приходящийся на 1 м длины несущего органа машины; v — линейная скорость двикения рабочего органа, м/с; k — коэффициент, учитывающий конкретные условия работы.

Эксплуатационная производительность Пэ — это количество продукции, вырабатываемой в единицу времени с учетом всех перерывов в работе, вызываемых требованиями эксплуатации, условиями труда работающих и организационными причинами:

Пэ=Птkи

где kи — коэффициент использования машины по времени.

Сменную или годовую эксплуатационную производительность машины определяют на основании данных режима работы машины и ее среднечасовой эксплуатационной производительности:

Пэ,год=ПэT

где T —число часов работы машины в течение смены или года.