ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ

Основная терминология

Строительная машина – совокупность механизмов и деталей, обеспечивающая преобразование одного вида энергии в другой (энергетическая машина - электродвигатель) и выполнение какой-либо работы (машина – орудие: кран башенный, экскаватор и т.д.).

Параметр машины – качественная, чаще количественная характеристика какого-либо свойства машины, например, мобильность, маневренность, вместимость ковша экскаватора, грузоподъемность крана и т.д.

Механизм – кинематическая цепь узлов и деталей, предназначенная для выполнения и преобразования (скорости, силы, вращающего момента, вида) заданных движений. Состоит из подвижных и неподвижных звеньев.

Узел – группа деталей, работающих совместно и объединенных общим назначением (редуктор, муфта, подшипник и т.д.).

Деталь – часть машины, узла, механизма, изготовленная из однородного материала без сборочных операций (болт, гайка, вал, зубчатое колесо и т.д.).

Сборочная единица – изделие, собранное из двух или нескольких деталей, подлежащих сборке на заводе-изготовителе. Термин относится к технологии сборки машин.

Агрегат – унифицированный узел машины (насос, электродвигатель, редуктор и т.д.), а также несколько машин, работающих в комплекте. Соединение агрегатов в машину (сборка) или машин в агрегат называют агрегатированием.

Конструктивная схема – конструкция машины, ее принципиальное устройство.

Кинематическая схема раскрывает взаимосвязь элементов механического привода, т.е. способ и последовательность передачи вращающего момента от вала двигателя к механизмам машины.

Гидравлическая схема представляет собой условное изображение элементов гидропривода (гидронасосов, распределителей, гидродвигателей, клапанов и т.д.), а также связь их между собой, силовой установкой и механизмами машины.

Фрикция – трение. Фрикционные материалы имеют высокий коэффициент трения (резина, кожа, асбест), а антифрикционные – низкий (бронза, латунь, баббит).

Средства механизации включают крупную механизацию (строительные машины – экскаваторы, автосамосвалы, грузоподъемные краны) и малую механизацию (механизированные инструменты – ручные машины: вибратор, дрель, и машины с ручным приводом: ручной домкрат, ручная лебедка).

Назначение машины – основная функция машины для выполнения конкретного технологического процесса при определенных условиях (обратная лопата – разработка грунта ниже уровня стоянки).

Применение – реализация назначения машины при выполнении какого-либо конструктивного элемента, относящегося к зданию или сооружению (обратная лопата – разработка котлованов и траншей).

Принцип работы – способ передачи энергии двигателя к исполнительным механизмам для совершения определенных рабочих движений при выполнении конкретного технологического процесса.

Мобильность – способность машины к быстрому перемещению с объекта на объект с малой трудоёмкостью перевода её из рабочего в транспортное положение и наоборот.

Маневренность – способность машины передвигаться и разворачиваться с небольшим радиусом поворота.

Универсальность – способность машины выполнять различные виды работ с помощью комплекта сменных рабочих органов.

Общая структура машины

Для лучшего понимания структуры, принципа работы и взаимодействия отдельных составляющих элементов строительной передвижной машины выделяют пять основных частей (узлов):

1. Силовое оборудование. 2. Рабочее оборудование. 3. Трансмиссию. 4. Ходовое оборудование. 5. Систему управления.

Рис. 1.1. Структурная схема технологической подвижной машины

Каждая часть, в свою очередь, состоит из отдельных агрегатов и узлов, а последние – из деталей. Стационарные машины ходового оборудования не имеют. Для установки и передачи нагрузки от веса такой машины на опорную поверхность используют несущую конструкцию – раму. В передвижных машинах рама является составной частью ходового оборудования (шасси).

Совокупность силового оборудования, трансмиссии и системы управления называют приводом машины. Он служит для приведения в действие всех механизмов машины, в том числе и рабочего органа, т.е. является источником механической энергии.

В зависимости от способа передачи механической энергии силового оборудования к механизмам машины различают приводы механический, гидравлический, электрический, пневматический и комбинированный. Название приводу дают по типу трансмиссии.

Наибольшее применение в строительных машинах получили механический и гидравлический приводы. Меньше используется электрический привод.

По числу двигателей различают привод одно- и многомоторный. В первом случае приведение в действие механизмов машины осуществляется механической трансмиссией от одного двигателя (групповой привод). Во втором – каждый механизм своим двигателем (индивидуальный привод) гидравлической, электрической или пневматической трансмиссиями.

В качестве силового оборудования используют двигатели внутреннего сгорания (тепловые) карбюраторные и дизельные, электрические постоянного и переменного тока и комбинированные силовые установки, состоящие из двух двигателей, например дизельного и электрического.

Рабочее оборудование включает рабочий орган, предназначенный для выполнения рабочей операции (крюк башенного крана, отвал у бульдозера), и устройства, обеспечивающие его перемещение в рабочей зоне (лебедки, полиспасты, канаты, стрела и т.д.).

Машины, оснащенные специализированным рабочим органом, предназначены для выполнения конкретного технологического процесса с максимальной производительностью.

Комплектация машин сменными рабочими органами повышает многофункциональность (универсальность) их использования, способность выполнять различные виды работ. Сменные рабочие органы предназначены не для замены специализированного, а для механизации выполнения небольших объемов работ, когда применение специализированной машины нецелесообразно, главным образом, по экономической причине.

Трансмиссия (силовая передача) представляет собой совокупность передаточных устройств между валом двигателя и механизмами. Она объединяет отдельные части машины в единое целое. В общем случае трансмиссия включает одну или несколько передач, валы, оси, муфты, тормоза и т.д., в частном случае – одну передачу. Вид передачи определяет название трансмиссии: механическая, гидравлическая, электрическая, пневматическая и комбинированная (гидромеханическая, механогидравлическая, электрогидравлическая и т.д.). Большее применение в строительных машинах получили механические, гидравлические и комбинированные трансмиссии, гораздо меньшее – электрические и пневматические. Трансмиссии не только передают, но и преобразуют движение: его вид (к примеру, вращательное в возвратно-поступательное), направление, вращающий момент, скорость.

Ходовое оборудование мобильных машин состоит из движителя с рамой и подвески. Движитель сообщает машине движение, передает нагрузку от нее на грунт. По типу движителя различают гусеничный, колесный (рельсовый и пневматический) и шагающий ход. Подвеска (рессоры, пружины, балансиры и т.д.) соединяет движитель с корпусом машины. Стационарные машины ходового оборудования не имеют.

Системы управления служат для управления работой всеми узлами и механизмами машины. Они включают обычно систему рычагов, педалей, пульт с приборами контроля и управления.

По виду используемой энергии системы управления могут быть механическими, гидравлическими, электрическими, пневматическими и комбинированными.

Стоимость машино-часа

Стоимость часа работы машины в общем виде определяется формулой (руб/ч):

(5)

где П – постоянные расходы, включающие отчисления на амортизацию машины, на капитальный ремонт, на содержание базы механизации и т.д., руб. за год;

Т_Г – количество отработанных машиной часов за год, час;

Е – единовременные расходы, включающие затраты на доставку машины с объекта на объект, на базу механизации, монтаж, демонтаж, испытания устройство путей для перемещения машины на объекте. Определяются для конкретной строительной площадки, руб.;

Т_ПЛ – количество часов работы машины на конкретной строительной площадке, час;

Э – эксплуатационные затраты (топливо-смазочные материалы, электроэнергия, текущий ремонт, зарплата машиниста), руб/час.

Стоимость машино-часа приводится в строительных нормах и правилах (СНиП). Она является основой для расчетов аренды машины. При этом, как следует из формулы (5), чем больше в году работает машина, тем выше эффективность ее использования и меньше фактическая стоимость машино-часа.

Основы индексации машин

Под индексацией (маркировкой) машин понимают структуру индекса (марки), обозначающего машину и отражающего ее основные характеристики. Структура марки состоит из буквенной и цифровой составляющих.

Буквы обозначают принадлежность машины к группе. Например, ДП – машины для подготовительных работ и разработки мерзлых грунтов, ЭО – экскаваторы одноковшовые универсальные, ДЗ – землеройно-транспортные машины, КБ – краны башенные, ТЛ – лебедки, КС – краны стреловые самоходные.

Цифровая часть марки содержит информацию о технической характеристике машины. Полнота ее различна для разных машин. Наиболее полно она представлена для КБ, КС и ЭО (ЭО – 3322Б, КС – 4362, КБ – 403 А). Для большинства остальных групп машин цифры обозначают порядковый номер регистрации в государственном реестре.

Следует отметить, что приведенной индексации машин придерживается только ОАО «Стройдормаш» (бывшее «Минстройдормаш»), выпускающее большинство машин строительного назначения в нашей стране.

Башенные краны

Башенные краны применяются для монтажа тепломеханического оборудования и строительных конструкций ТЭЦ и котельных, а также механизации подъемно-транспортных операций на объекте строительства. По режиму работы относятся к машинам цикличного действия.

Достоинства башенных кранов:

- меньшая стоимость изготовления по сравнению с самоходными стреловыми кранами;

- возможность транспортирования различных грузов – от жидких и кусковых до длинномерных;

- способность перемещать грузы по вертикали и горизонтали;

- верхнее расположение стрелы, устраняющее возможность обрушения ранее смонтированных конструкций, которые они находятся ниже траектории перемещения стрелы;

- хороший обзор для машиниста крана, обеспечиваемый верхним расположением кабины управления.

Недостатки:

- недостаточная маневренность из-за привязанности к подкрановым путям;

- высокая стоимость и трудоемкость устройства и содержания подкрановых путей;

- невозможность быстрой замены в случае поломки крана.

Башенные краны классифицируются согласно ГОСТ 13556 – 91 по следующим признакам:

1. По способу установки (рис. 3.1)

а) стационарные краны, устанавливаемые на фундамент;

б) приставные краны, наращиваемые и прикрепляемые жесткими связами к зданию по мере его возведения;

в) самоподъемные краны, устанавливаемые на элементы каркасных конструкций возводимого сооружения (телебашни, высотные здания) и перемещающиеся по ним по мере монтажа в вертикальном направлении;

г) подвижные краны, устанавливаемые ходовыми тележками на рельсовые подкрановые пути.

2. По виду ходового устройства подвижных кранов: рельсовые, автомобильные, пневмоколесные и гусеничные.

3. По типу башен:

а) с неповоротной башней, у которой опорно-поворотное устройство располагается вверху башни, вращается оголовок, стрела, консоль с противовесом и лебедками (рис. 3.1, а, б, в);

б) с поворотной башней, опорно-поворотное устройство которой размещается на портале или раме ходовой тележки, вращается весь кран кроме ходовой части (рис. 3.1, г).

4. По типу стрел:

а) с подъемной стрелой, у которой изменяется угол наклона ее к горизонту;

б) с балочной горизонтально расположенной стрелой, по нижнему поясу которой перемещается грузовая тележка с грузозахватным крюком (рис. 3.1, г).

5. По назначению:

а) специальные краны для малоэтажного строительства грузоподъемностью 1 т;

б) краны общего назначения грузоподъемностью 5-8 т.;

в) краны для высотного строительства (свыше 16 этажей);

г) специальные краны для промышленного строительства грузоподъемностью до 75 т.

Башенные краны имеют многомоторный электрический привод, индивидуальный для каждого рабочего движения – подъема и опускания стрелы и крюка, поворота стрелы или башни со стрелой, изменения вылета крюка подъемом-опусканием стрелы или перемещением грузовой тележки, передвижения крана по подкрановым путям. В качестве исполнительных механизмов применяют электрореверсивные двигатели и лебедки с тяговым усилием от 20 до 100 кН.

Рис.3.1. Схемы установки кранов: 1 – фундамент или звено подкрановых путей; 2 – крепление крана к возводимому зданию; 3 – подвижная обойма с четырьмя гидроцилиндрами для обоюдного перемещения ее и башни; 4 – рельсо-колесное ходовое оборудование; 5 – подъемные стрелы, установленные на неповоротные башни, 6 – балочная стрела, укрепленная на поворотной башне; 7 – грузовая тележка

Марка башенного крана содержит буквы КБ и цифры: КБ 1 – 2 3 3. 4 5 6, где цифры обозначают: 1 – область применения крана; отсутствие информации – для промышленно-гражданского строительства, М – кран создан на основе модульного принципа, Г – гидротехническое строительство, Р – ремонтные работы; 2 – размерная группа по грузовому моменту (всего девять групп с М_ГР от 30 до 1200 и более т∙ м); 33 – номер регистрации, причем номера от 01 до 69 принадлежат базовой модели крана с поворотной башней, а от 71 до 99 – с неповоротной башней; 4 – номер исполнения; 5 – очередная модернизация (А, Б, В и т.д.); 6 – климатическое исполнение, отсутствие обозначения – для умеренного климата, Т – для тропического, ТВ – для тропического влажного, ХЛ – для холодного.

Пример: КБ 674.2А – кран башенный для промышленно-гражданского строительства, с грузовым моментом до 350 т∙ м (грузоподъемность 25 т), с неповоротной башней, второе исполнение прошедшее первую модернизацию, для умеренного климата.

Самоходные стреловые краны

Самоходные стреловые краны применяют при новом строительстве и реконструкции систем теплогазоснабжения и вентиляции для монтажа и демонтажа строительных конструкций и погрузочно-разгрузочных работ.

Это краны с самостоятельным приводом для свободного перемещения и рабочим оборудованием башенно-стреловым или стреловым со стрелами неизменной длины, выдвижными и телескопическими.

Широкому распространению этих кранов способствовали их достоинства: автономность привода, большая грузоподъемность, высокая мобильность и маневренность, быстрота приведения от транспортного к рабочему положению (10-20 мин.), возможность работы со сменным рабочим оборудованием, а также меньшая себестоимость эксплуатации и технического обслуживания по сравнению с башенными кранами.

Недостатками являются: высокая первоначальная стоимость (в 2-3 раза выше по сравнению с башенными кранами), резкая зависимость грузоподъемности от вылета крюка, нижнее расположение кабины, затрудняющее наблюдение машиниста за рабочим местом монтажников, и затрудненность подачи грузов внутрь возводимого объекта из-за нижнего крепления стрелы.

Классификация:

1. По виду ходового оборудования – подразделяются на краны гусеничные типа КГ и пневмоколесные, которые, в свою очередь, могут быть собственно пневмоколесного типа КП, автомобильными КА, на спецшасси автомобильного типа КШ, короткобазовыми КК. Отличаются друг от друга общим и приводным числом осей и характером их подвески.

Структура и состав парка этих кранов существенно различаются у нас и за рубежом. Общей тенденцией развития их является сокращение выпуска кранов типа КГ, прекращение выпуска кранов КП, резкое увеличение выпуска кранов КШ и КК.

2. По грузоподъемности – краны общего назначения: легкие с грузоподъемностью до 10 т, средние до 25 т, тяжелые свыше 25 т, специальные монтажные краны: грузоподъемностью до 250 и более тонн.

Краны специальные в отличие от кранов общего назначения имеют более широкую колею, что повышает их устойчивость, а следовательно и грузоподъемность.

3. По типу привода – привод кранов может быть механическим, гидравлическим, электрическим, а силовая установка – дизельной, электрической и дизель-электрической. По числу двигателей – одномоторным (групповым) и многомоторным (индивидуальным).

4. По виду рабочего оборудования и его исполнению – рабочее оборудование кранов может быть сменным стреловым и башенно-стреловым. Стрелы могут оснащаться: гуськом – дополнительной короткой стрелой, шарнирно соединяемой с основной; клювом – Г-образным продолжением основной стрелы; надстрелком – длинным гуськом, выполняющим функции стрелы при башенно-стреловом исполнении рабочего оборудования. Дополнительная оснастка стрелы допускает использование второго крюка.

Подвеска рабочего оборудования может быть гибкой (канатно-блочной) и жесткой (с гидроцилиндрами), как правило, с телескопической стрелой.

Основные рабочие движения и параметры стреловых самоходных кранов те же, что у башенных, только к ним добавляется длина сменных стрел.

Марка самоходных стреловых кранов, выпускаемых ЗАО «Стройдормаш», включает буквенную и цифровую части:

КС – 1 2 3 4. 5 6,

где КС – кран стреловой самоходный, четыре основных цифры последовательно означают: размерную группу по грузоподъемности, тип ходового устройства, способ подвески стрелы, порядковый номер модели, пятая цифра – очередная модернизация (А, Б, В и т.д.), шестая – климатическое исполнение: ХЛ – северное, Т – тропическое, ТВ – тропическое влажное.

Например, марка КС-8161 ХЛ означает кран стреловой самоходный, грузоподъемностью 100 т, на гусеничном ходу, с гибкой подвеской стрелы, первая модель, северное исполнение.

Кран-трубоукладчик

Краны-трубоукладчики применяют при прокладке магистральных нефте-, газо- и других трубопроводов. Основным назначением крана является укладка в траншею предварительно сваренного, очищенного, изолированного трубопровода, поддержание при сварке стыков составляющих его труб, при очистке и изоляции наружной поверхности трубопровода, монтаж запорно-регулировочной арматуры, погрузка–разгрузка труб и трубных секций и другие работы. С помощью комплекта сменных рабочих органов он может рыхлить, разрабатывать и перемещать грунт, выполнять буровые и сваебойные работы.

Отличительная особенность трубоукладчика – возможность перемещения с номинальным грузом на крюке в условиях строительной площадки.

При поточной организации работ по прокладке трубопроводов «непрерывной ниткой» машины объединяют в трубоукладочную колонну, перемещающуюся вдоль траншеи. В состав ее входят 4–6 кранов-трубоукладчиков, сварочная, очистная и изоляционная машины. В зависимости от диаметра (425-1620 мм) укладываемых трубопроводов применяют краны грузоподъемностью от 6.3 до 80 т. Отечественной промышленностью в настоящее время выпускаются краны-трубоукладчики грузоподъемностью от 6.3 до 50 т при минимальном вылете стрелы 1.5 м и высоте подъема крюка 4.5-7.5 м.

Краны-трубоукладчики обозначают индексом, состоящим из буквенной и цифровой частей. Например, ТГ-502А, где ТГ- трубоукладчик гусеничный, 50 – грузоподъемность т, 2 – номер модели, прошедшей первую модернизацию (А). Далее приводится специальное климатическое исполнение. Отсутствие указаний об этом означает зону эксплуатации крана с умеренным климатом.

Кран–трубоукладчик (рис. 3.3) представляет собой промышленный гусеничный трактор с боковой А–образной подъемной стрелой, размещенной слева по ходу движения базовой машины. Она крепится шарнирно к балке гусеничной ходовой тележки и удерживается в требуемом положении гибкой (канатно-блочной) или жесткой (с помощью гидроцилиндров) подвеской. В состав крана входят также: механизмы изменения вылета стрелы и подъема–опускания груза, противовес, сменные рабочие органы, трансмиссии, система управления и приборы безопасности.

Грузоподъемное оборудование, кроме стрелы с противовесом, размещается на дополнительной раме (портале). Подвижной противовес, автоматически изменяющий свой вылет в зависимости от вылета стрелы, служит для увеличения грузовой устойчивости крана. Он установлен на стороне крана, противоположной размещению стрелы.

Рис.3.3. Краны-трубоукладчики: а) – с гибкой подвеской стрелы; б) – с жесткой подвеской стрелы: 1 – трактор; 2 – подъемная стрела; 3 – стреловой полиспаст; 4 – грузовой полиспаст; 5 – грузовой крюк; 6 – троллейная подвеска; 7 – подвижный контргруз (противовес); 8 – управляющий противовесом гидроцилиндр; 9 – гидроцилиндр подвески стрелы; 10 – рама (портал) для установки грузоподъемного оборудования; 11 – лебедка грузовая однобарабанная; 12 – лебедка двухбарабанная стреловая и грузовая.

Основными рабочими движениями трубоукладчика являются: подъем и опускание крюка, перемещение с грузом на крюке, изменение вылета крюка с грузом. Вылет крюка – расстояние от оси левой гусеницы до вертикальной оси грузового крюка. От его значения зависит грузоподъемность крана.

Исполнительные механизмы крана приводятся в действие от дизельного двигателя базового трактора одномоторным (механическим) или многомоторным (гидравлическим) приводом. У кранов с механическим приводом подвеска грузовой стрелы всегда гибкая, а с гидравлическим - гибкая или жесткая. При гибкой подвеске стрелы лебедка имеет два барабана – стреловой и грузовой, а при жесткой один барабан – для подъема груза.

Грузовая и стреловая лебедки кранов с гибкой подвеской стрелы и механическим приводом имеют независимый привод от трансмиссии. Это достигается посредством управляемых фрикционных муфт.

Реверсивные механизмы привода обеспечивают опускание груза и стрелы в режиме двигателя, т.е. с принудительной скоростью. Применение машин со свободной под действием силы тяжести скоростью опускания грузов для монтажных работ запрещается. Барабаны лебедок оснащены нормально замкнутыми ленточными тормозами, автоматически растормаживающимися при включении фрикционных муфт.

Лебедки трубоукладчика с гибкой подвеской и гидравлическим приводом имеют независимые приводы грузового и стрелового барабанов, осуществляемый через зубчатые редукторы от аксиально-поршнеых гидромоторов. Барабаны лебедок оборудованы нормально замкнутыми ленточными тормозами, размыкаемыми автоматически гидравлическими толкателями при включении гидромоторов. Скорость перемещения груза и стрелы регулируется изменением частоты вращения вала дизельного двигателя.

При жесткой подвеске стрелы устанавливается только однобарабанная грузовая лебедка, приводимая в действие так же, как и двухбарабанная с гидроприводом.

При очистке и изоляции трубопровода специальными самоходными очистными и изоляционными машинами трубопровод поддерживается передвигающимися трубоукладчиками на высоте 1, 2 – 1, 5 м от поверхности грунта специальными троллейными подвесками (рис.3.4). Краны-трубоукладчики при сопровождении указанных машин перемещаются периодически (перекатами по 15-20 м), так как их скорость хода (1.8 – 3 км/ч) в несколько раз выше скорости изоляционной машины (0, 1 – 1 км/ч). С помощью ходоуменьшителей скорость передвижения крана можно уменьшить до 0, 1 - 0, 6 км/ч, тогда он будет перемещаться непрерывно – синхронно с обрабатывающими поверхность трубопровода машинами.

Укладка изолированного трубопровода в траншею производится тремя-четырьмя кранами-трубоукладчиками, размещаемыми вдоль траншеи на расстоянии 20-25 м друг от друга. Трубопровод при этом стропуют гибкими захватами–мягкими полотенцами (рис. 3.4), предохраняющими его изоляцию от повреждения.

Рис.3.4. Троллейные подвески и стропы: а – с жесткими катками; б – с пневмобаллонами;

в – строп – мягкое полотенце.