ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

Методические указания

для выполнения лабораторных работ

по дисциплине: «СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ» на тему: Машины для земляных работ

Благовещенск

Издательство ДальГАУ

УДК 69.002.5(072)

Методические указания по дисциплине «Строительные машины» для выполнения лабораторных работ по теме «Машины для земляных работ» для студентов очного, заочного обучения и факультета повышенияквалификации поспециальности 270120 - Промышленное и гражданское строительство

Подготовлены старшим преподавателем кафедры технологии и организации строительных процессов ИСИ ДальГАУ Г.П. Наумкиной.

Методические указания для выполнения лабораторных работ по теме «Машины для земляных работ» составлены в соответствии с программой курса. Они включают теорию, расчет основных параметров строительных машин их технические характеристики, конструктивные схемы, индивидуальные задания, правила безопасной эксплуатации, контрольные вопросы и список рекомендуемой литературы по данной теме.

Рецензент:' РыженкоВ.Х. - к.т.н., доцент кафедры ТиОСП, ИСИ

Рекомендованы к изданию методическим советом инженерно-строительного института ДальГАУ (протокол № 11 от 18.04.05г.).

Издательство ДальГАУ 2006

ВВЕДЕНИЕ

Теоретический курс строительных машин должен сопровождаться лабораторными работами. Их активное выполнение обуславливается необходимостью знаний устройства технических характеристик, возможностей и ограничительных условий применения сложных строительных механизмов и машин, а также необходимостью умения определять способы эффективной и безопасной их эксплуатации.

При выполнении программы лабораторных работ приобретаются навыки самостоятельного применения инженерных знаний в производственных условиях.

Методические указания разработаны согласно учебной программе и предназначены для студентов специальностей:

270120 - Промышленное и гражданское строительство

280400 - Мелиорация, рекультивация и охрана земель

280302 - Комплексное использование и охрана водных ресурсов

280402 - Природоохранное обустройство территорий

280301 - Инженерные системы водоснабжения, водоотведения, обводнения

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Машины для вспомогательных работ

Цель работы: изучить конструкции, рабочие процессы и условия безопасной эксплуатации корчевателей, кусторезов и рыхлителей. Ознакомиться с их техническими характеристиками и освоить методику определения производительности.

План работы: Ознакомиться с назначением и классификацией машины для вспомогательных работ. Изучить их устройство и рабочие процессы.

2. Выполнить схему рабочего оборудования машины соответственно варианту. Указать на схеме геометрические параметры с техническими показателями.

3. Изучить правила безопасной эксплуатации кустореза, корчевателя, рыхлителя и планировщика.

4. Ознакомиться с техническими характеристиками машин,

5. Решить задачу по данному варианту,

6. Оформить отчет о работе.
Общая характеристика

Машины для вспомогательных работ используют при подготовке земель к освоению. Они выполняют следующие виды работ: очистку от кустарников, деревьев, корчевание и сбор пней, очистку от камней и корневых отростков, выравнивание полей, первичную вспашку, разделку пласта.

Машины для вспомогательных работ классифицируются: - по назначению: кусторезы, корчеватели, рыхлители и планировщики; - по способу агрегатирования: прицепные, навесные; - но расположению рабочего оборудования навесного исполнения: переднее, заднее расположение.

Кусторезы предназначены для срезания надземной части кустарниковых зарослей и мелколесья.

Различают кусторезы с пассивными к активными рабочими органами. Рабочее оборудование навешивается на тракторах. Рабочий opган с режущимэлементом крепится к универсальной раме. Для защиты двигателя и кабины устанавли-

вается специальное ограждение. Наиболее распространены кусторезы с горизонтальными ножами (рис. 1), устанавливаемыми под углом 56...60⁰ к направлению движения. Ножи имеют гладкую волнообразную режущую кромку.

Рисунок 1 - Кусторез с пассивным рабочим органом 1- горизонтальный нож; 2- верхние наклонные поверхности; 3- боковые поверхности; 4- базовый трактор; 5- ограждение; 6- гидроцилиндры; 7- шарниры толкающей рамы;

Технические характеристики кусторезов

В процессе работы кустореза отвал, опущенный на поверхность земли, скользит по ней. Срезая деревья и кустарники по полосе равной ширине захвата отвала. Со стороны деревьев на рабочий орган в точке касания лезвия ножа действует реактивная сила R, равная по величине и противоположная по направлению тяговому усилию трактора

Эксплуатационная производительность, П (м²/смену), кустореза определяется по следующей формуле:

П_э=

где В- ширина отвала кустореза, м;

b - ширина перекрытия отвалом очищенной полосы при смежном прохо­де, м (b=0,2...0,5);

L - длина обрабатываемого участка, м;

V_cp- средняя скорость движения трактора, м/с;

- время на разворот трактора, сек ( =60..100);

- число проходов по одному и тому же месту ( = l ...2 прохода);

Кв - коэффициент использования машины по времени, (Кв=0,8..0,85);

-продолжительность смены, ч.

Корчеватель удаляет пни, кустарник и мелколесье с корневой системой. У корчевателей с передней навеской, в соответствии с рисунком 2, в качестве рабо­чего органа применяют щит - отвал, в нижней части которого закреплены смен­ные зубья. Корчеватель, заглубляя зубья щита-отвала, выкорчевывает пень ком­бинированным движением - тяговым усилием трактора и подъемным механиз­мом, а у некоторых машин и поворотом отвала. Корчеватели транспортируют пни тем же щитом-отвалом.

1 2.

Рисунок 2 Общий вид корчевателя ,

1- сменные зубья; 2- отвал; 3- подъемные гидроцилиндры; 4- толкающая рама; 5-трактор

Камнеуборочные машины, в соответствии с рисунком 3, удаляют крупные и средние камни, лежащие на поверхности или в пахотном слое, и транспортируют на расстояние 50.. .100 м или погружают в транспортные средства.

Рисунок 3 - Камнеуборочная машина циклического действия 1-Tpaктop; 2- рукоять; 3 и 4- гидроцилиндры; 5- рычаг; 6 и 7- клешни

Рабочий орган камнеуборочных машин совершает комбинированное движение: поступательное в месте с трактором и вертикальное или подъем с поворотом. Выкорчеванный камень транспортируют с поднятой рукоятью.

Рисунок 4 - Камнеуборочная машина непрерывного действия 1-вал отбора мощности; 2 - транспортер; 3 - бункер; 4 - колеса бункера; 5 - гидроцилиндр бункера; 6 - редуктор; 7 - колесо регулировки заглубления

Ковшовые планировщики предназначены для капитальной планировки полей, подготавливаемых к поливу.

Рисунок 5 - Общий вид длиннобазового планировщика
1-передняя ходовая тележка; 2 - гидроцилиндр продольного планирования; 3 - рейка - указа-
тель; 4-фиксатор; 5 - передняя рама; 6-тяга; 7 - гидроцилиндры рыхлителя; S - рыхли-
тель; 9 - ковш; 20 - гидроцилиндр задней рамы; J J - задняя рама; J2 - задняя ходовая те-
лежка. '

Рабочий орган планировщика (рис. 5), бездонный ковш, находящийся под рамой. Открытый спереди, сверху и снизу ковш в рабочем положении устанавливают режущей кромкой на заданную отметку поверхности грунта. При движении бездонный ковш своей режущей кромкой срезает грунт на буграх, заполняется грунтом, образующим призму волочений внутри и перед ковшом. Грунт из призмы наполняет впадины и разравнивается ковшом. Благодаря длинной продольной базе планировщика (12...15м) ковш не копирует, а планирует поверхность поля, устраняя неровности.

Рыхлители предназначены для послойного разрушения прочных и мерзлых грунтов перед его разработкой при отрывке котлованов или траншей.

Рыхлитель статического действия (рис. 6), представляет, собой навесное оборудование, установленное на задней части трактора, впереди которого навешено бульдозерное оборудование.

Зубья заглубляются принудительно давлением, создаваемым гидроцилиндром при поступательном движении машины до заданной глубины, а при дальнейшем движении машины производится рыхление грунта.

Рисунок б Общий вид рыхлительного

Оборудования

1 -наконечник;

2-стопорное устройство;

3-стойка;

4-флюгер

5-балка;

6-рабочая балка;

7-нижняя тяга;

8-верхняя тяга; 9-гидроцилиндр;

10-опорная рама:

Таблица 3

Техническая характеристика рыхлителей

Эксплуатационная производительность рыхлителя, м/смен, определяется по формуле

П= (2)

где V - скорость движения трактора на 1 -ой передаче, км/ч;

h_p, b_р - глубина, ширина полосы рыхления одним зубом, b_р = (2...4)*h_p м;

z - число зубьев;

k₁-коэффициент учитывающий снижение рабочей скорости k₁= (0,7.. .0,8);

k₂ - коэффициент учитывающий уменьшение толщины разрыхляемого слоя

грунта к₂= (0,6.. .0,8);

к₃ -число проходов по одному резу зависит от категории разрабатываемого

грунта; (1 кат k₃=1, 2 кат. к₃=1,5; 3 кат. к₃ =2; 4 кат. к₃=2,5; 5 кат, к₃=3)

к₄ - число слоев рыхления в поперечных направлениях для подготовки

грунта к транспортированию;

K_b - коэффициент использования рабочего времени;

Т_CM - продолжительность одной рабочей смены, ч.

Землеройно-фрезерные машины предназначены для послойного рыхления мерзлых фунтов и твердых пород.

Фрезерный рабочий орган (рис. 7) ротор-фреза представляет собой горизонтально расположенный вал, на котором равномерно укреплены кронштейны с установленными в их пазах ножами. При поступательном движении машины фреза

вращается, разрыхляя грунт на заданную глубину.

Рисунок 7 - Землеройно-фрезерная машина 1 -трактор; 2 - привод рабочего органа; 3 - редуктор отбора мощности; 4 - гидроцилиндр 5 - тяга; 6 - цепная передача; 7- балка; 8 - рабочий 11-предохранительная муфта; 12-гидропривод; 13-противовес

Техника безопасности при работе машин для вспомогательных работ

Перед началом работ необходимо тщательно обследовать объект, и все опасные места (заросшие каналы,, водоемы и крупные камни-валуны) оградить или наметить сигнальными вехами.

При корчевке деревьев и пней необходимо выполнять правила техники безопасности, предусматриваемые инструкцией для каждой из машин в отдельно­сти. Запрещается корчевать деревья, наклоненные навстречу движению трактора, поворачивать машину с заглубленным и погруженным рабочим органом, стано­виться во время движения на раму и выступающие части рабочего органа, дви­гаться при продольном уклоне свыше 30° и спуске свыше 25°, использовать кор­чеватель на валке сухостоя.

При подготовке участка для срезки кустарника необходимо удалить камни, пни и деревья диаметром стволов более 15 см. В процессе работы надо следить за исправностью ограждения. Запрещается работа кустореза на сильно пересеченной

на машины до полной остановки трактора. Все контрольно-регулировочные рабо­ты выполняются после полной останови трактора и при опущенном на землю ра­бочем органе.

Во время выполнения работ с прицепными агрегатами механкзатор должен быть внимательным, осторожным к аккуратным. Сцепляя машину с трактором, тракторист-машинист обязан внимательно следить за безопасностью прицепщика. Без сигнала прицепщика запрещается сцеплять и трогать машину с места. Перед включением рабочих органов и троганием с места водитель должен дать преду­предительный сигнал и убедиться в отсутствии людей и посторонних предметов в зоне работы машины.

Во время движения запрещается сходить с машины и садиться в нее. Лицам, не связанным с работой, запрещается находиться на машинах.

Производить очистку рабочих органов от грунта, пней, сорняков и других предметов разрешается только при полной остановке машины и агрегата.

Задача

Определить сменную производительность кустореза и рыхлителя, подготав­ливающих участок размером А*В*Н. Определить количество смен в работе (продолжительность одной рабочей смены Т_см = 8 ч) по данным таблицы 4. Таблица 4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Тема: Землеройно-транспортные машины

Цель работы: изучить конструкции, рабочие процессы и условия безопасной эксплуатации бульдозера, скрепера. Ознакомиться с их техническими характеристиками и освоить методику определения производительности.

План работы:

1. Ознакомиться с назначением и классификацией землеройно-транспортных машины. Изучить их устройство и рабочие процессы.

2. Разобраться с технологическими возможностями и дать схему работы.

3. Описать назначение, устройство, принцип работы машины согласно варианту.

4. Дать конструктивную схему машины с обозначением основных узлов и геометрических параметров.

5. Рассмотреть основы тягового расчета и представить схему для расчета сопротивлений, возникающих при наборе грунта.

6. Изучите правила безопасной эксплуатации бульдозера, скрепера.

7. Ознакомьтесь с техническими характеристиками машин.

8. Решить задачу по данному варианту.

9. Оформите отчет о работе

Общая характеристика Землеройно-транспортные машины предназначены для послойного отделения грунтов от массива и его одновременного перемещения при поступательном движении машины.

Используются для обратной засыпки траншей и котлованов, насыпей из грунтов боковых резервов или продольной возкой, грубого планирования земляных поверхностей, а также для подготовительных работ.

Классификация: по тяговому усилию базового трактора (14-40; 100; 150-250); по способу агрегатирования (прицепные, полуприцепные, навесные); по типу управления рабочим органом (канатное, гидравлическое); по типу ходового оборудования (гусеничное, колесное); по конструкции рабочего органа.

Бульдозер предназначены для послойной разработки грунта, транспортиро-
вания, отсыпки и планировки грунтов, в качестве толкача при загрузке скреперов
(в дорожном строительстве, в мелиоративном строительстве, в промышленном
строительстве). Отличаются высокой производительностью, универсальностью,
маневренностью, автономность, простотой конструкции рабочего органа. Эконо-
мически обосновано их применение для перемещения грунта на расстояние до 100м, в зависимости от типа базового трактора.

Рисунок 8 Бульдозер ДЗ-29

1-отвал; 2-уширитель отвала; 3-козырек; 4-гидроцилиндр; 5-кронштейн гидроцилиндра;

6-гибкий рукав; 7-упор; 8-стремянка; 9-поперечная балка; 10₁-толкающий брус; 10₂-
транспортная подвеска; 12-лыжа; 13-ножы.

По конструкции рабочего органа - отвала различают бульдозеры: с неповоротным отвалом и с поворотным отвалом, но в обоих случаях может быть предусмотрено устройство для бокового двухстороннего наклона отвала, бульдозера, первого типа перемещают призму волочения по оси движения, второго типа -вдоль оси при перпендикулярном к ней положении или в сторону от этой оси при отвале, установленном под углом к ней в плане.

Рабочий орган - отвал представляет собой сварную металлоконструкцию. Лобовой лис имеет криволинейную форму. Это способствует лучшему образованию и подаче стружки вверх. Чтобы грунт не пересыпался за верхнюю кром-

ку отвала, в средней части его козырёк. Вдоль нижней кромки отвала болтами крепится режущий орган, состоящий из среднего и двух боковых ножей. Толкающие брусья представляют собой пустотелые балки коробчатого сечения, рис.14.

Скрепер - предназначен для послойной разработке грунтов 1-4 категории, отсыпки слоями, перемещения в отвал и частичного уплотнения грунта.

Классификация по способу агрегатирования (прицепные, полуприцепные, самоходные); по способу разгрузки и загрузки ковша (со свободным и принудительным); по типу управления рабочим органом: канатное, гидравлическое, электрогидравлическое. Рабочий орган - ковш сварен из листового металла, имеет две боковые стенки и днище с передней под ножевой плитой, на которой закреплены средние и крайние ножи. Полукруглая заслонка перекрывает полость ковша и поднимается двумя гидроцилиндрами. Жесткая задняя стенка выполнена в виде щита и перемещается в полости ковша с помощью гидроцилиндров, двойного действия установленных на буфере.

Рисунок 9 Самоходный скрепер ДЗ- 11П 1 - одноосный тягач; 2-сидельно-сцепное устройство; 3 - тяговая рака; 4, 7- гидроцилиндры; 5 - ножи; б - ковш; 8- заднее колесо; 9- буфер

Схемы движения скрепера: по эллипсу, по спирали, восьмеркой;

- при возведении насыпей из грунтов боковых резервов зигзагом;

- по продольно-челночной схеме при возведении насыпей из фунтового двухстороннего резерва и на разработке каналов с выгрузкой грунта в двусторонний отвал;

- по поперечно-челночной схеме разработка выемок и сооружений каналов глубиной 1 -1,5 м с перемещением грунта в двусторонний отвал; при выборе схемы учитывают:

- путь транспортирования грунта (наименьший без крутых поворотов);

- длина забоя должна обеспечивать полную загрузку полную разгрузку ковша;

- угол уклона съездов и выездов должен быть снижен;

- при переходе скрепера в транспортное положение ковш поднимается на высоту 0,4...0,5 м.

Техника безопасности при работе землеройно-транспортных машинах

К управлению землеройными машинами и механизмами допускаются лица, достигшие 18-летнего возраста, прошедшие специальное обучение, имеющие удостоверение на право управления соответствующей машиной и знающие инструкцию по технике безопасности на ней.

Каждый вновь поступающий на работу машинист должен пройти вводный инструктаж по технике безопасности. Кроме этого, необходим инструктаж на рабочем месте.

При вводном инструктаже машинистов знакомят с правилами техники безопасности, с опасными моментами, возникающими при тех или иных работах, с индивидуальными и общими средствами защиты и с приемами оказания первой помощи при несчастных случаях.

Техника безопасности при. работе на бульдозере

При сбросе грунта под откос насыпи нельзя допускать выдвижения ножа отвала за край откоса во избежание сползания трактора.

При движении по новым насыпям подводить машину ближе чем на 1 м до бровки насыпи (считая от края насыпи) запрещается.

Во время работы машинист должен непрерывно наблюдать за отвалом, при ударе ножа о препятствие необходимо остановить трактор. Обнаружив непреду­смотренные ранее подземные сооружения, работу на прилегающем участке необ­ходимо прекратить и доложить производителю работ.

Во избежание опрокидывания машины запрещается перемещать грунт на подъеме при уклоне более 15° и спуск при уклоне более 30°.

При работе на крутых косогорах нельзя производить резкие повороты во из­бежание опрокидывания и сползания машины.

При производстве работ в котловане запрещается находиться в пределах призмы обрушения.

Техника безопасности при работе на скрепере

При разработке грунта машинист обязан строго придерживаться разбивочных знаков, отклонение от которых может привести к аварии. Перед поворотом при изменении скорости или остановке агрегата необходимо подавать предупре­дительный сигнал.

Ковш надо поднимать и опускать плавно, без рывков во избежание обрыва каната. Для предотвращения сползания и опрокидывания агрегата при устройстве высоких насыпей расстояние от края гусениц, или колеса скрепера до края насыпи должно быть не менее 1 м.

Во избежание опрокидывания скреперов запрещается производство работ в дождливую погоду на глинистых грунтах, на косогорах с поперечным уклоном свыше 30° и движение с грунтом на подъем при уклоне свыше 25°, а также спуск при уклоне свыше 35°.

Машинист не должен производить резких поворотов агрегата при работе на косогорах и при заглубленном ковше скрепера. При работе со скрепером запре­щается подавать трактор-толкач задним ходом.

Для обеспечения безопасности при транспортировке фунта необходимо

устраивать временные грунтовочные дороги с минимальным числом поворотов и подъемов.

Для работы на самоходных скреперах ДЗ-11, ДЗ-13 и ДЗ-32 допускается машинист, имеющий дополнительное удостоверение на право управления авто­мобилем, выданное Госавтоинспекцией.

Задачи

Решая задачу по расчету бульдозера необходимо определить тяговое усилие, развиваемое трактором (технические характеристики см. приложение табл. 2) силу тяги по сцеплению; проверить условие движения без буксования; определить сопротивления, возникающие при разработке фунта отвалом бульдозера W₁, W₂, W₃, W₄, определить запасы тягового усилия по сцепному весу и по мощности; рассчитать минимальную и максимальную глубины резания.

Определить производительность бульдозера на базе заданного фактора если известны:

В, Н - длина, высота отвала, м; L - дальность транспортирования фунта, м; m -масса фактора с навесным оборудованием, кг; а - угол захвата (отвал установ­лен под углом 90° к продольной оси фактора); вид разрабатываемого фунта и его насыпная масса.

Решая задачу по расчету скрепера необходимо определить силу тяги по сцеп­ление фактора (технические характеристики см. приложение таб.3); рассчитать все сопротивления возникающие при наборе фунта W₁, W₂, W₃, W₄ W₅; проверенное условие движения скрепера без буксовки тягача; задаваясь скоростями на разных участках работы скрепера, определить длину участков набора грунта и грузки ков­ша.

Определить производительность скрепера и количество смен в работе, если известны:

q - геометрическая вместимость ковша, м³; V- вместимость ковша с «шапкой», м³;

L - дальность транспортирования фунта, м; В - ширина ковша, м;

C_mаx - максимальная толщина срезаемой стружки, м; т_с - масса скрепера, т;

i - уклон разрабатываемой площадки i=O,0O3

Данные для решения задачи представлены в таблице 5.

Таблица 5

Таблица 6

Определение коэффициента разрыхления грунта

Указания к выполнению расчета бульдозера:

Тяговое усилие, развеваемое трактором при известной мощности двигателя:

(3)

Т_N=0,9Р*0,9* ,

где N_дв- мощность двигателя трактора, кВт;

η_м,- КПД (0,95...0,97);

V₁ - скорость движения трактора на 1 передаче, м/с. Сила тяги по сцеплению Т_сц, Н;

Т_сц= О_сц-φ, (4)

где G_cц=m∙9,81 - вес трактора с навесным оборудованием, Н;

m - масса трактора с оборудованием, кг

φ - коэффициент сцепления, φ=0,9 при движении бульдозера по плотно­му грунту; ф=0,4...0,5 при движении по сухому песку; φ=0,5...0,7 при движении по влажному песку.

Условие движения без буксования: T_cц>T_N>W,

где W- суммарное сопротивление, возникающее при работе бульдозера.

W=ΣW=W₁ + W₂ + W₃+ W₄, (5)

где W₁ - сопротивление грунта резанию, Н;

W₁=B-sinᾳ∙c∙k,

где В - длина отвала ,м;

a - угол поворота отвала в плане относительно оси трактора, град;

с - толщина срезаемого слоя, м;

к - удельное сопротивление грунта резанию для бульдозеров, Па (табл.

W₂ - сопротивление волочению призмы грунта перед отвалом, Н

W₂= ∙ρ∙g∙(μ+/-i), (6)

где Н - высота отвала, м;

ψ - угол естественного откоса грунта (ψ =40... 45°);

р - плотность грунта, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, g=9,8 1 м/с²;

μ - коэффициент трения грунта по грунту (μ=0,4..„0,8, причем меньшие значения берут для влажных и глинистых грунтов);

i - уклон пути (0,003.. .0,005);

W₃ - сопротивление перемещению стружки грунта вверх по отвалу.

W₃= ∙ρ∙g∙cos²δ∙μ₁, (7)

где δ - угол резания (δ 50... 55 °);

μ₁ - коэффициент трения грунта по стали (μ₁=0,7. ..0,8 для глины;

μ₁ = 0,5.. .0,6 для суглинка и супеси; μ₁ = 0,35.. .0,5 для песка);

W₄ - сопротивление движению бульдозера с трактором, Н

W₄=G∙(f+/-i), (7)

где G - вес бульдозера с трактором, Н;

f - удельное сопротивление движению бульдозера, f=0,12 для гусенич­ных бульдозеров при движении по плотному грунту.

Свободная сила тяги (запас тягового усилия по сцепному весу):

T=T_CЦ-(W₂+W₃+W₄) (8)