Лекции - Дорожные машины

Детали машин. Общие понятия и определения механизма, сборочной
единицы, детали. Классификация деталей.
Любая машина (или механизм) состоит из деталей.
Деталь – такая часть машины, которую изготовляют без сборочных операций.
Детали могут быть простыми (гайка, шпонка и т.п.) или сложными (коленчатый вал,
корпус редуктора, станина станка и т.п.). Детали (частично или полностью) соединяются
в узлы.
Узел представляет собой законченную сборочную единицу, состоящую из ряда
деталей, имеющих общее функциональное назначение (подшипник качения, муфта,
редуктор).
Классификация дорожных машин по назначению, принципу действия.
1. ПТМ. В зависимости от назначения подъемно-транспортные машины
подразделяются на грузоподъемные, транспортирующие и погрузочно-разгрузочные.
Грузоподъемные предназначены для перемещения штучных грузов по вертикали
и/или горизонтали. Это машины циклического действия, у которых режим подъема и/или
перемещения чередуется с режимом холостого хода, паузами на разгрузку-выгрузку и
периодами простоя.
Транспортирующие машины предназначены для перемещения больших объемов
штучных или насыпных грузов по неизменным траекториям. Это машины непрерывного
действия, способные работать в течение продолжительного времени, рабочие органы –
так называемые – бесконечные транспортирующие элементы: цепи, замкнутые ленты,
троса, архимедовы винты.
Погрузочно-разгрузочные машины предназначены для перевалки штучных и
насыпных материалов из транспортных средств к местам хранения и использования и
наоборот. Это машины циклического действия, чередующие режимы загрузки, движения
с грузом, выгрузки и холостого хода – самоходные ковшовые и вилочные погрузчики.
2. Машины для земляных работ.
По физическим объемам и стоимости земляные работы занимают в транспортном
строительстве лидирующее положение. Основным объектом разработки являются
песчаные, глинистые, крупнообломочные и полускальные грунты.
Разделяются на машины для подготовительных З работ и машины для основных
земл. работ.
Подготовительные операции имеют целью подготовку грунта к разработке или
сооружению объекта транспортного строительства и включают в себя, как правило,
расчистку полосы отвода от деревьев, кустарника, дернового покрова, гумусного слоя,
пней и камней.
Для срезания деревьев, кустарника, подлеска используются кусторезы.
Корчеватели и корчеватели-собиратели выкорчевывают пни, корни и камни и сдвигают
их на границы участка; рыхлители – разрушают прочные грунты перед разработкой;
экскаваторы – отрывают мелиоративные канавы при необходимости осушения.
Основные земляные работы составляют подавляющую долю общего объема
земляных работ.
Так бульдозеры – разрабатывают и перемещают грунты и сыпучие строительные
материалы на расстояния до 100 м, разравнивают материал перед уплотнением,
осуществляют предварительное профилирование грунтовых сооружений, используются
как толкачи при загрузке скреперов.
Скреперы послойно разрабатывают грунты самостоятельно или с помощью
бульдозеров, перевозят грунт в ковше на расстояние до 5 км и отсыпают его также
слоями.
Автогрейдеры сооружают невысокие насыпи из грунта боковых резервов,
разравнивают рыхлый привозной грунт перед уплотнением, планируют грунтовые
поверхности после уплотнения и стабилизации, доводят до проектных отметок
продольные и поперечные профили грунтовых сооружений.
Грейдер-элеваторы отсыпают грунтовые насыпи из боковых резервов либо
загружают разрабатываемый грунт в транспортные средства.
Одноковшовые экскаваторы строительных размеров разрабатывают нескальные
грунты любой прочности и грузят из в транспортные средства.
Многоковшовые экскаваторы продольного и поперечного копания отрывают
траншеи для мелиоративных систем, трубопроводов и коммуникационных сетей и
профилируют откосы высоких насыпей.
Грунтовые катки уплотняют грунт и дорожно-строительные материалы,
уложенные в насыпи транспортных
сооружений, повышая прочность и
водонепроницаемость последних.
3. Машины для добычи каменных материалов и их переработки обеспечивают
добычу камня при разработке гравийно-песчаных залежей или разрушения монолитных
скальных образований. Как правило разработка материалов осуществляется посредством
взрыва, для чего в скальной породе бурится отверстия под взрывчатку (шпур). Ручные и
стационарные перфораторы применяются для горизонтального бурения и бурения сверху
вниз шпуров и скважин диаметром до 100 мм и глубиной до 25м в любых породах, кроме
особо прочных.
4. Оборудование для приготовления и перевозки цементо-бетонной смеси.
ЦБ смесь – один из основных материалов, используемых в транспортном
строительстве для сооружения дорожных одежд, мостов, эстакад, тоннелей и др.
конструкций, рассчитанных на многолетнюю работу. ЦБ смесь – это смесь цемента,
воды, песка и щебня в пропорциях, диктуемых назначением получаемого цементобетона.
Технология приготовления ЦБ смеси остается неизменной на протяжении многих лет, ее
реализуют ЦБ заводы, растворные узлы, заводы ЖБ изделий. В состав комплекта спец.
оборудования входят склады и бункера для каменных материалов, цистерны для воды,
силосные хранилища для цемента и добавок, объемные дозаторы для точной дозировки
компонентов смеси, бетоносмесители для перемешивания до состояния однородности,
бункеры-накопители для хранения и отгрузки готовой смеси.
5. Для сооружения дорог и взлетно-посадочных полос, рассчитанных на высокую
интенсивность движения и большие нагрузки используются комплексы машин,
включающие бетонораспределители, бетоноукладчики, финишеры. Для нарезания
компенсационных швов и покрытия полотна защитными эмульсиями используются
распределители пленкообразующих материалов, нарезчики швов и гудронаторы.
6. Оборудование для изготовления и перевозки АБ смеси. АБ смеси применяются в
основном в транспортном строительстве и получаются при тщательном перемешивании
нагретых щебня, песка и минерального порошка с горячим битумом. АБ смеси
изготавливаются на стационарных (возле крупных городов и промышленных районов)
или передвижных АБ заводах (для строительства протяжных трасс). Существуют также
сборно-разборные («инвентарные») АБ заводы, отличающихся от передвижных
отсутствием в комплекте оборудования завода грузоподъемных механизмов для монтажа
технологических установок и самоходных шасси для их перевозки. Готовая АБ смесь
либо сразу отгружается в транспортных средства, либо накапливается в бункерахтермосах.
7. Машины для сооружения АБ покрытий. Асфальтоукладчики – самоходные
машины для равномерного распределения и укладки смеси, а также предварительного
уплотнения; асфальтовые катки – для придания покрытию необходимой прочности и
долговечности.
8. Машины для содержания и ремонта автомобильных дорог
Машины для подготовительных работ.
В дорожном строительстве перед основными земляными работами часто
бывает необходимо проводить подготовительные работы: расчистку полосы от
деревьев, кустарника, пней, камней и т.д.
Мелкие деревья и кустарники срезают кусторезами.
Кусторез представляет собой навесное оборудование к трактору. По типу рабочего
органа бывает активный и неактивный.
Неактивные рабочие органы – это А- образный отвал с ножами. Ножевая
система отвала оснащена сменными ножами с гладкой или пилообразной режущей
кромкой. Режущая часть бывает одноотвальная или с симметричной отвальной
поверхностью (рис. 1). У последних, выступающая вперед часть режущей кромки
усилена массивным литым или кованым выступом, называемым колуном. Над
отвалом устанавливается защитное ограждение в виде решетки, рамы или кожуха,
прикрывающего систему его подвески. В качестве базового тягача, на котором
монтируется рабочее оборудование кустореза, как правило, используется
промышленный гусеничный трактор, лучше приспособленный к движению по
неровной, рыхлой или топкой поверхности (рис.2). При движении по расчищаемой
поверхности ножи срезают дерн, кустарник или деревья на глубине 3…5 см от
поверхности. Срезанная почва и растительность сдвигаются отвальной
поверхностью в одну сторону либо по обе стороны от машины, образуя боковые
валики.
Активный рабочий орган – режущий аппарат косилочного типа с ножами (рис.3).
Производительность таких машин значительно выше, но их применение требует отбор
мощности на рабочий орган и дополнительную технику для валки толстых стволов,
сбора и складирования срезанных растительности и дерна.
Корчевка пней и валунов осуществляется корчевателями; (рис.4) это навесное
тракторное оборудование в виде специального отвала с зубьями. Основными частями
корчевателя являются: толкающая рама, отвал, гидроцилиндры.
При корчевке пня или валуна примерно за 0,5 м до него заглубляют зубья
корчевателя в землю, что достигается движением трактора с опущенным отвалом.
После заведения зубьев по пень отвал плавно поднимают и корни извлекают из-под
земли (корчеватели-собиратели). У простых корчевателей во время копания клыки
погружаются в грунт вместе с зубьями рабочих рычагов и усилия корчевания не
передаются на конструкцию базовой машины.
Рыхление грунтов осуществляется навесными рыхлителями.
Предназначены для послойного разрыхления прочных талых и мерзлых грунтов,
горных пород и дорожных покрытий с целью их последующей разработки и/или
перемещения. Оборудование монтируется как правило на гусеничном тракторе и состоит
из одного или нескольких рыхлительных зубьев, несущей металлоконструкции,
воспринимающей рабочие усилия, и рычажного механизма, фиксирующего положение
узлов рыхлителя относительно трактора. Обычно рыхлители устанавливают в задней
части тягачей, оснащенных бульдозерным оборудованием. Такая компоновка
выравнивает давление гусениц бульдозерно-рыхлительного агрегата на опорную
поверхность, что улучшает его тяговые характеристики, и позволяет обойтись одной
машиной при совмещении бульдозерных и рыхлительных работ на одном объекте.
Заглубление зубьев рыхлителя в грунт начинается после движения тягача. Этим
обеспечивается лучшее использование его силы тяги на начальном этапе процесса
рыхления, когда сопротивление заглублению снижает сцепную массу машины.
Крупные деревья срезаются деревовалами. Их корни извлекаются корчевателями.
Бульдозеры
Бульдозер – это ЗТМ, состоящая из трактора, оборудованного управляемым
отвалом с ножом для послойного срезания, перемещения и разравнивания грунта.
Предназначены для перемещения больших объемов грунта на короткие расстояния;
послойной разработки грунта с его перемещением на расстояние до 300 м; возведения
и чернового профилирования грунтовых насыпей; разравнивания грунта, отсыпанного
в бурты и валы; чернового выравнивания и планировки поверхностей; копания и
обратной засыпки траншей.
Бульдозерами планируются площадки и откосы, распределятся по поверхности
различные сыпучие материалы. Также используются для корчевки пней и валки
деревьев, расчистки дорог и площадок и т.д. Бульдозеры со специальным оборудованием
используются для толкания скреперов при загрузке, разравнивания и уплотнения
бытовых отходов на свалках, перемещения легких материалов.
Классификация:
1.По способу крепления отвала:
-поворотные
-неповоротные
2.По типу ходового оборудования делятся:
- на пневмоколесные
- -гусеничные.
3.По типу механизмов управления отвалом:
-с канатным (заглубление происходит за счет силы тяжести раб. оборуд)
-с гидравлическим управлением
4.По номинальному тяговому усилию:
-легкие (25…35 кН)
-средние (100…200 кН)
-тяжелые (200…300 кН)
-сверхтяжелые (более 300 кН)
АВТОГРЕЙДЕРЫ
Автогрейдер предназначен для окончательного выравнивания поверхностей перед
укладкой покрытия или другими строительными процедурами, разработки и
перемещения грунтов и перемешивания материалов на начальных стадиях подготовки
строительных площадок, ремонта, профилирования и выравнивания поверхности
грунтовых и щебеночно-гравийных дорог общего и специального назначения,
профилирования откосов насыпей и выемок, прокладки и очистки водосточных канав и
кюветов, разрушения прочных грунтов и твердых покрытий, очистки дорожного полотна
от снега, снегового наката и льда.
Автогрейдер - самоходная, пневмоколесная, обычно трехосная, машина с
невысоким длинным отвалом (длина больше высоты в 5... 7 раз), расположенным между
передней и средней осью машины. Как правило, автогрейдер оборудуется еще одним
постоянным рабочим органом: бульдозерным отвалом, устанавливаемым перед
машиной, кирковщиком, размещаемым перед передними колесами, сразу за ними или за
грейдерным отвалом, или рыхлителем, устанавливаемым сзади машин. Дополнительный
рабочий орган выполняет вспомогательные рабочие операции, призванные обеспечить
бесперебойную работу грейдерного отвала и сократить непроизводительные простои
машины. Подвеска грейдерного отвала допускает его вращение вокруг трех
ортогональных осей и поступательное перемещение вдоль собственной продольной оси.
Таким образом, отвал может вращаться в горизонтальной плоскости на 360° в любом
направлении, становиться вертикально справа или слева от автогрейдера, выдвигаться
Рис. 3
вправо или влево от машины более чем на треть своей длины и поворачиваться вокруг
собственной режущей кромки. Вращением вокруг оси X меняется угол резания, вокруг
оси У- угол зарезания, вокруг оси Z - угол захвата. Перемещаясь вдоль оси X, отвал
выдвигается вправо или влево от автогрейдера. В результате того, что отвал
располагается конструктивно примерно в центральной части автогрейдера, при наезде
передних колес на препятствие с высотой Н, отвал будет перемещаться вертикально на
высоту Н/2, этим и объясняется планирующая способность автогрейдера.
Классификация:
1.По весу машины
-легкие (до 9 т). Используют для содержания и мелкого ремонта дорог и для
постройки грунтовых дорог в нулевых отметках
-средние (10-12 т)Используют для возведения земляного полотна при небольших
отметках насыпи и выемки в грунтах оптимальной влажности и для среднего ремонта
дорог.
-тяжелые (13 –15 т)
-особо тяжелые (17-23 т)При наличии больших объемов работ и в тяжелых
грунтовых условиях.
2.По устройству ходового оборудования:
-двухосные ( 1 или 2 ведущие оси)
-трехосные (2 или 3 ведущие оси)
3.По системе управления рабочими органами
-с механическим
-с гидравлическим управлением
ЭКСКАВАТОРЫ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
Экскаваторы непрерывного действия - землеройные машины с цепными или
роторными рабочими органами, цикл копания у которых совмещен с циклами
выгрузки грунта и перемещения машины. Они предназначены для рытья
продольных выемок (каналов, траншей, кюветов) прямоугольного и
трапецеидального профиля, профилирования откосов грунтовых сооружений,
вскрышных работ и добычи полезных ископаемых открытым способом.
Классификация многоковшовых экскаваторов:
1.
По типу движетеля:
а) Гусеничный; б) Пневмоколесный; в) Рельсо-колесный;
2.
По направлению копания:
а) Поперечное; б) Продольное.
3.
По виду рабочего органа:
а) Ковшовый; б) Скребковый.
4.
По виду рабочего оборудования:
а) Роторное; б) Цепное.
5.
По виду силового привода:
а) Дизель-механический; б) Дизель-электрический; в) Электрический.
В строительстве для нарезки траншей под различного рода коммуникации,
мелиоративных канав при осушении строительных площадок, выемок под ленточные
фундаменты чаще применяются экскаваторы продольного копания.
Роторные экскаваторы непрерывного действия оснащены роторным рабочим
органом, который представляет собой металлическое колесо, на ободе которого через
равные промежутки установлены ковши. Глубина траншеи, нарезаемой роторным
экскаватором, не может превышать 0,57 диаметра роторного колеса, измеренного по
режущим кромкам ковшей.
ГРЕЙДЕР-ЭЛЕВАТОРЫ
Грейдер-элеваторы (рис. 6) предназначены для возведения невысоких насыпей, а
также прокладки выемок и каналов. Они послойно срезают грунт в боковых резервах и
перемещают его на несколько метров к месту укладки или в транспортное средство.
Грейдер-элеваторы относятся к машинам непрерывного действия, у которых
функции копания и перемещения грунта разделены и выполняются двумя разными
рабочими органами: ножом и ленточным конвейером. Благодаря этому грейдерэлеватор - одна из наиболее производительных и, в то же время, наименее универсальных землеройных машин. Срезаемый дисковым, плужным или прямым ножом
грунт поступает на ленточный конвейер, который перемещает его к месту
выгрузки. Ленточный конвейер в рабочем положении выступает в сторону на
несколько метров (рис. 7). Чтобы сделать возможной переброску машину своим
ходом по дорогам общего пользования, раму конвейера изготавливают складной,
кроме того, с помощью системы подвески она может менять и угол наклона к
горизонту (рис. 8).
Грейдер-элеваторы бывают прицепными, полуприцепными и самоходными. Прицепные
машины смонтированы на двухосном шасси и оборудованы всем необходимым для ведения работ
кроме силовой установки и ходовой трансмиссии, поэтому нуждаются в тягаче. Полуприцепные
машины также оборудованы всеми необходимыми (кроме силовой установки и ходовой
трансмиссии) агрегатами, но смонтированы на одноосном шасси и поэтому опираются передней
частью не на собственный движитель, а на сцепное устройство тягача.
ОДНОКОВШОВЫЕ ЭКСКАВАТОРЫ
Одноковшовые строительные экскаваторы
- универсальные машины,
используемые при копании грунтов до VI категории прочности, разборке слабой и
взорванной скальной породы. Они применяются для выемки из забоя и погрузке в
транспорт отвалов сыпучих и крупнокусковых материалов, разрушения старых сооружений, расчистки территорий при пробивке трасс, расчистки мелиоративных и
водоотводных канав, отрывке больших котлованов и протяженных траншей, сооружении
грунтовых насыпей, строительстве тоннелей и мостовых переходов и на других работах.
Разнообразие сфер применения экскаваторов предопределило большое число
вариантов их исполнения, а также типов используемого рабочего оборудования. В
строительстве наиболее широко применяются машины массой до 40 т с гидрообъемным
приводом рабочего оборудования, которые обычно и относят к группе строительных
экскаваторов.
Полноповоротный экскаватор состоит из поворотной платформы, которая через опорноповоротное устройство опирается на раму ходового оборудования. На поворотной платформе
установлены двигатель, примыкающая к нему часть ходовой трансмиссии, кабина, системы управления,
рабочее оборудование и его силовой привод. Рама ходового оборудования экскаватора, его движитель и
ходовая трансмиссия вместе образуют шасси машины. Конструкция опорно-поворотного устройства
обеспечивает вращение поворотной платформы в любую сторону и на любое число оборотов.
Полноповоротные экскаваторы монтируются на гусеничном или пневмоколесном
Рис. 6
Рис. 8
шасси. Количество моделей гусеничных экскаваторов намного больше, чем
пневмоколесных, что отражает соотношение между различными условиями
эксплуатации.
Гусеничный движитель лучше приспособлен к грунтам с малой несущей
способностью и обеспечивает экскаватору лучшую устойчивость к опрокидыванию и
протаскиванию, повышенную проходимость по неровной местности и на слабых
грунтах, большую маневренность в стесненных условиях и меньшую стоимость.
Пневмоколесные машины более эффективны при частых перебросках машин
между объектами и эксплуатации их на твердых поверхностях, выдерживающих
достаточно высокое удельное давление, что наиболее характерно для городов.
Масса пневмоколесных строительных экскаваторов обычно не превышает 22 т,
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ
Машины и оборудование для уплотнения грунтов предназначены для восстановления
плотности и прочности грунтов, уложенных в инженерные сооружения, придания им необходимой устойчивости, несущей способности и водонепроницаемости.
Грунты уплотняются укаткой, трамбованием, вибрацией, виброукаткой и
вибротрамбованием, которые вызывают пластическую и упругую деформацию грунта.
Оборудование для уплотнения грунтов:
1.
Трамбовки
2.
Виброуплотнители
3.
Катки:
По способу уплотнения: а) Укатка; б) Укатка +Вибрация;
По типу вальца: а) Гладковальцевые; б) Кулачковые; в) Решетчатые; г)
Сегментные; д) пневмоколесные;
По типу ходового привода: а) Прицепные; б) Самоходные.
Катки.
При больших объемах работ по уплотнению грунтов применяют прицепные и
самоходные катки, рабочими органами которых являются металлические вальцы с
различной структурой поверхности или резиновые пневмоколеса.
Наиболее простыми и наименее эффективными при уплотнении считаются
статические катки с гладкими металлическими вальцами (рис. 1). Максимальная
толщина уплотняемого ими слоя не превышает 15... 20 см, а необходимая степень
уплотнения достигается после 4... 6 проходов по одному следу на несвязных грунтах и
10... 12 проходов - на связных. Преимуществом гладковальцевых катков является их
способность уплотнять как связные, так и несвязные грунты и высокая надежность.
Металлические вальцы кулачковых катков (рис. 2) отличаются тем, что на их
поверхности расположены выступы, называемые кулачками. Обычно это литые детали,
закрепляемые на поверхности вальца сваркой.
Общая площадь контакта кулачков с грунтом в несколько раз меньше, чем у
гладкого вальца, поэтому напряжения в уплотняемой зоне выше. Кроме того,
кулачки, погружаясь в грунт, сминают его, повышая эффективность уплотнения.
Прицепные пневмоколесные катки (рис. 3) применяются при уплотнении
связных и несвязных грунтов. В отличие от жестковальцевых катков они способны
уплотнять более толстые слои грунта за меньшее число проходов по одному следу, не
разрушая при укатке щебень и гравий. Пневматические вальцы располагаются настолько
близко друг к другу, насколько допускает конструкция катка. Это позволяет сузить
полосы неуплотненного грунта, остающиеся между ними.
Решетчатые катки наиболее эффективны при уплотнении крупнощебеночных,
гравелистых, мерзлых и глинистых комковатых грунтов. Конструктивно они сходны с
гладковальцевыми катками, но цилиндрическая поверхность вальца изготовлена из
решетки с размерами ячеек от 15x15 до 20x20 см. Решетка может быть литой или
сварной, что предпочтительней, так как сварная решетка легче ремонтируется. Балласт в
виде бетонных блоков или чугунных отливок при необходимости размещается, как и в
других типах прицепных катков, на раме катка.
Вальцы секторного катка (рис. 4) состоят из дисков, тесно прижатых друг к
другу торцами. Края каждого из дисков формой напоминают звездочку цепной передачи,
причем зубья соседних дисков смещены на полшага. Во избежание налипания грунта в
промежутках между дисками устанавливаются скребки, концы которых немного не
доходят до цилиндрической поверхности ступиц дисков. Такой каток работает подобно
кулачковому, но при одинаковой с ним массе уплотняет, благодаря большей площади
контакта, более толстые слои грунта.
Современные модели прицепных жестковальцевых катков, как правило,
оборудуются вибраторами направленных колебаний (рис. 5), позволяющими
интенсифицировать процесс уплотнения.
В мировой практике для уплотнения грунтов наряду с прицепными широко
используются и самоходные катки, оборудованные всеми типами перечисленных выше
вальцев.
Трамбующие машины.
К числу основных преимуществ трамбования относится возможность уплотнять
связные и несвязные грунты слоями толщиной до 1 м. Тем не менее машины,
реализующие этот метод уплотнения, не нашли широкого применения в транспортном
строительстве, так как установки со свободно падающими массивными плитами
тихоходны, а машины с дизель-молотами эффективны только на предварительно
уплотненных грунтах и тоже не отличаются высокой производительностью.
Вибротрамбующие машины силой удара создают в уплотняемом грунте
напряжения, а вибрацией вынуждают частицы грунта колебаться, что повышает
эффективность уплотнения; используются для уплотнения любых грунтов, но наиболее
эффективны при работе на несвязных и малосвязных грунтах. От трамбующих
вибротрамбующие машины отличаются малыми импульсами и высокой частотой ударов.
По принципу действия к вибротрамбующим машинам могут быть отнесены виброштампы и виброплиты.