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.