Классификация и индексация строительных машин

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ

Основные понятия и требования к машинам

Машина состоит из сборочных единиц (элементов), выполняющих определенные функции при ее работе: силового оборудования (одного или нескольких двигателей) для получения механической энергии; рабочего оборудования для непосредственного воздействия на перерабатываемый материал и выполнения заданного технологического процесса; ходового оборудования (у переносных и стационарных машин оно отсутствует) для передвижения машины и передачи ее веса и рабочих нагрузок на опорную поверхность; передаточных механизмов (трансмиссии), связывающих рабочее и ходовое (у самоходных машин) оборудование с силовым; системы управления для запуска, останова и изменения режимов работы силового оборудования, включения, выключения, реверсирования, регулирования скоростей и торможения механизмов и рабочего органа машины; несущей рамы для размещения и закрепления на ней всех узлов и механизмов машины. Сборочные единицы многих строительных машин унифицированы.

Машина представляет собой устройство, совершающее полезную работу с преобразованием одного вида энергии в другой. Она состоит из ряда механизмов различного назначения, объединенных общим корпусом, рамой или станиной. Механизмы включают в себя узлы в виде законченных сборочных единиц, представляющих совместно работающие детали. Деталь является частью машины, изготовленной в основном из однородного по наименованию и марке материала без использования сборочных операций. Их подразделяют на простые (заклепка, штифт, шпонка), сложные (распределительный вал, корпус редуктора и двигателя), общего (болты, валы, зубчатые колеса) и специального назначения, применяемые в различных видах машин (крюки кранов, корпуса ковшей экскаваторов, поршни насосов).

Определенные требования, наряду с деталями, предъявляются к сборочным единицам и к самим машинам. Основные требования, характеризующие одновременно качество строительных и дорожных машин, можно представить рядом показателей: назначения, надежности, стандартизации и унификации, безопасности, технологичности, транспортабельности, а также экологические, эргономические, эстетические, патентно-правовые и экономические.

Качество - обобщенная способность машины удовлетворять определенным потребностям, связанным с их назначением.

1. Назначение характеризуется свойствами машины, определяющими основные функции (для выполнения которых она предназначена) и обусловливающими область их применения. К этой группе относят следующие показатели:

• классификационные, определяющие один или несколько основных параметров (передаточное число редуктора, вместимость ковша экскаватора, скрепера, грузоподъемность кранов, размеры отвала бульдозера и т.п.);

• функциональные и технической эффективности (обеспечение максимально возможной производительности при работе в любую погоду, любое время суток и года, минимальной стоимости единицы продукции при работе в конкретных производственных условиях), а также качества выполняемой работы;

• конструктивные, определяющие основные проектно-конструкторские решения машины (габаритные и присоединительные размеры; рабочее давление в гидросистеме; мощность привода; усилие на рабочем органе; скорости рабочих органов; ширина, глубина и радиус действия; тип ходового устройства и привода; наличие элементов автоматики; приспособленность к меняющимся условиям эксплуатации; возможность работать в стесненных условиях; достаточно высокая маневренность, проходимость, мобильность и устойчивость; минимальная масса; простота и прочность конструкции, легкость ее технического обслуживания и ремонта).

Маневренность — способность машины передвигаться и разворачиваться с минимальным радиусом поворота в стесненных условиях стройплощадок и при транспортировании.

Проходимость — способность машины преодолевать различные неровности местности, небольшие водные преграды, двигаться по грунтам со слабой несущей способностью и снежному покрову. Она характеризуется видом ходового оборудования, силой тяги, удельным давлением на опорную поверхность (грунт, дорожное покрытие), величиной дорожного просвета (расстоянием от нижней точки машины до опорной поверхности), а у колесных машин радиусами продольной и поперечной проходимости.

Мобильность — способность машины к достаточно быстрому перемещению с объекта на объект с минимальной трудоемкостью перевода ее из транспортного положения в рабочее и обратно.

Устойчивость — способность машины противостоять действию сил, стремящихся опрокинуть ее при рабочем процессе и перемещениях на подъемах, спусках и косогорах.

2. Надежностьхарактеризует общее свойство машины сохранять свою работоспособность во времени и включает в себя такие понятия как безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Работоспособность — состояние машины, при котором она способна выполнять заданные функции и сохранять значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

Безотказность — свойство машины непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки. Она в свою очередь, характеризуется:

• сопротивляемостью элементов конструкции разрушению, износу, коррозии и т.п.;

• стабильностью физико-механических свойств конструкционных материалов;

• стабильностью рабочих процессов в сборочных единицах, агрегатах и системах.

Для таких причин нарушения работоспособности как коррозия, облучение, действие внешних температурных факторов и т.п., время работы до отказа оценивается календарной продолжительностью работы машины (месяцы, годы) и называется сроком службы до отказа, а регламентированное время работы машины — сроком службы.

Для большинства машин основное значение имеет продолжительность работы (в отработанных часах) или выполненный объем (число циклов, масса или объем переработанных материалов, производительность и т.п.), поэтому время работы до отказа в этом случае называется наработкой на отказ, а регламентированное время работы машины — ресурсом.

Отказ— нарушение работоспособности машины. Все виды от­казов делятся на две группы:

а — из-за нарушения элементов (поломки, деформации, износ, обрыв проводов, короткое замыкание и т.п.);

б — вследствие нарушения качеств функционирования (нарушение регулировок, засорение гидросистемы, течь в местах соединения шлангов и т.п.).

Отказы классифицируются:

• по частоте — единичные и повторяющиеся;

• по взаимосвязям — первичные (независимые) или вторичные (зависимые), вызванные действиями другого отказа;

• по условиям возникновения — возникшие при выполнении основных функций или при хранении, транспортировке, на холостом пробеге;

• по уровню внешних воздействий — при нормальных или ненормальных (отклонение от правил техобслуживания и управления, при недопустимых нагрузках и т.п.) условиях работы;

• по внешним проявлениям — явные (быстрое обнаружение) и скрытые (время обнаружения выше установленных норм);

• по виду — легкие (разрушение прокладки), средние (вызывают остановку машины для ремонта), тяжелые (значительные разрушения);

• по сложности устранения — требуют проведения технического обслуживания, текущего или капитального ремонта;

• по способности к восстановлению — устраняемые в эксплуатационных или стационарных условиях;

• по возможности прогнозирования — прогнозируемые (диагностическими приборами от изменения параметров, наработки, возраста) или непрогнозируемые;

• по характеру изменения параметров — постепенные(начинаются сразу после начала работы машины, зависят от длительности работы и связаны с процессами износа, коррозии, усталости, старения и ползучести материалов); внезапные(сочетание неблагоприятных факторов и случайных внешних воздействий, превышающих возможности машины к их восприятию, возникают через некоторые случайные промежутки времени, не зависят от состояния машины и длительности предыдущей работы, а процесс протекает быстро) и сложные(включают особенности предыдущих отказов, время возникновения — величина случайная, а скорость процесса зависит от сопротивляемости элементов машины);

• по последствиям: — отказы функционирования(связаны с повреждениями отдельных элементов машины, которая не может выполнять свои функции: выкрошился зуб шестерни, насос не подает масло в систему, не заводится двигатель внутреннего сгорания) или параметрические(машина может выполнять свои функции, но работает за пределами своих технических требований — характеристик: загазованность воздуха, падение КПД передачи, снижение давления рабочей жидкости гидросистемы). Оба вида отказов могут быть как постепенными, так и внезапными (в последнем случае отказ будет параметрическим, если потеряна точность работы машины или ее элементов, и функциональным, если произошло заклинивание одного из механизмов).

Долговечность — свойство машины сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

Предельное состояние машины возникает при невозможности ее дальнейшей эксплуатации.

В строительных машинах различают три группы элементов, отличающихся характеристиками предельных состояний:

а — невосстанавливаемые элементы после первого отказа (пружины, подшипники качения, зубчатые колеса, уплотнения, тормозные накладки);

б — восстанавливаемые элементы и простые системы, имеющие в эксплуатации более одного отказа. Их работоспособность до предельного состояния поддерживается регулировкой, очисткой, заменой элементов и т.д. Предельное состояние — отказ, вызывающий необходимость в восстановительном или капитальном ремонте;

в — сложные системы (машины в целом). Работоспособность их до предельного состояния поддерживается в результате проведения мероприятий по техническому обслуживанию и текущему ремонту. Предельное состояние наступает при возникновении необходимости в капитальном ремонте или списании машины.

Ремонтопригодность — приспособленность машины к предупреждению, обнаружению и устранению причин повреждений (отказов) путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Ремонтопригодность машин включает в себя следующие основные понятия:

• доступность (удобство осуществления осмотра и работ по регулировке и замене деталей руками и инструментом с отсутствием работ на ощупь и с минимальными объемами дополнительных работ и минимальной утомляемостью рабочих);

• контролепригодность (возможность контроля технического состояния элементов машин при профилактических мероприятиях, а также поиска отказавшего элемента или причины неисправности с помощью специальных методов и средств, к каковым относятся диагностическая аппаратура, индикаторы давления, температуры, загрязненности фильтров и т.п.);

• легкосъемность (замена сборочных единиц или агрегатов с минимальными затратами времени и труда, определяемая массой, габаритами, системой крепления и конструкций разъемов съемного узла);

• взаимозаменяемость (характеризуется объемами пригоночных работ при установке однотипных элементов);

• блочность и агрегатность (возможность демонтажа и монтажа на машину сборочной единицы или агрегата без предварительной разборки его или смежного с ним узла);

• степень унификации (использование однотипных деталей и сборочных единиц в разных машинах, особенно на ограниченном пространстве применения последних).

Сохраняемость— свойство машины сохранять исправное состояние и работоспособность в течение и после срока хранения или транспортирования. Она характеризуется сопротивляемостью конструкций машины изменению характеристик элементов под воздействием влажности, атмосферного давления, облучения, загрязненности атмосферы, окружающей температуры, собственной массы при хранении и т.п. Высокие показатели сохраняемости достигаются лакокрасочным покрытием и герметизацией, применением специальных заглушек и пробок, установкой опорных приспособлений, хранением в боксах и др.

Все показатели надежности носят вероятностный статистический характер.

3. Стандартизация и унификацияхарактеризуют насыщенность машин стандартными, унифицированными и оригинальными деталями и сборочными единицами.

Стандартизация предусматривает введение обязательных норм — стандартов, которым должны соответствовать определенные детали, сборочные единицы и параметры машин при проектировании, изготовлении и эксплуатации. По заводским и отраслевым нормам, государственным (ГОСТ) и международным (ISO) стандартам выпускается большое количество деталей и узлов (крепежные детали, подшипники, редукторы, гидроаппаратура, системы и приборы автоматизации), применяемых в машинах различного назначения, а также устанавливаются вместимость ковша экскаватора, грузоподъемность трубоукладчика и др.

Конструкцию машин допускается изменять и совершенствовать. В соответствии с этим используется взаимозаменяемость деталей и узлов, позволяющая производить их сборку или замену без предварительной подгонки.

Взаимозаменяемость основана на широкой унификации, т.е. на рациональном сокращении номенклатуры однотипных деталей и сборочных единиц для применения их в разных машинах, а также и в однотипных машинах.

Наличие стандартов позволяет осуществить массовое изготовление по новейшей технологии деталей и узлов, повышение их качества (ведущее к надежности и долговечности) и снижение затрат времени, труда материалов и средств при проектировании, изготовлении и эксплуатации машин.

4. Эргономические требованияотражают взаимодействие человека с машиной и делятся на:

• гигиенические — соответствие кабины условиям жизнедеятельности и работоспособности машиниста (размеры кабины, освещенность, вентиляция с фильтрами для очистки воздуха, вибрация, пыле- и газонепроницаемость и т.д.);

• антропометрические — соответствие рабочего места и его частей форме, весу и размерам тела машиниста (удобное, регулируемое по высоте и горизонтали сиденье машиниста, регулируемые подлокотники, расстояние до рычагов, рукояток и кнопок управления и т.д.);

• физиологические и психофизические — соответствие рабочего места физиологическим свойствам машиниста и особенностям функционирования его органов чувств (скоростные и силовые возможности машиниста требуют легкое механизированное или автоматизированное управление; пороги слуха, зрения и т.д.);

• психологические — соответствие рабочего места машины возможностям восприятия и переработки информации, соответствие закрепленным и вновь формируемым навыкам человека.

Частично эргономические требования представлены в требованиях безопасности.

5. Эстетические требованияхарактеризуются информационной выразительностью (соответствие формы назначению), рациональностью форм, целостностью композиции, совершенством производственного исполнения, соответствием современному стилю, внутренней и внешней отделкой и окраской, согласованностью с окружающей средой, удобством расположения и четкостью исполнения фирменных знаков, марок, указателей и т.п.

6. Экологические требованияучитывают вопросы, связанные с охраной окружающей среды при эксплуатации машин. К ним относятся выявление возможностей механических (нарушение земной поверхности и растительности), химических (содержание и вероятность выбросов вредных частиц, газов, масел, топлива, излучений не только при эксплуатации, но и при хранении и транспортировании), световых, звуковых, биологических, радиационных (растительный и животный мир) и других воздействий на окружающую среду с целью их ограничения до допустимых пределов.

7. Безопасностьдолжны обеспечивать конструкция машины, меры и средства защиты людей, работающих на машине и рядом с ней при эксплуатации, монтаже-демонтаже, ремонте, хранении, транспортировании, в зонах возможной опасности, в том числе в аварийных и послеаварийных ситуациях от механических (защита движущихся элементов машины кожухами, заносы и устойчивость, на поворотах и при вращении поворотных платформ, в продольном и поперечном направлениях против опрокидывания), электрических (замыкания в электроцепи), тепловых (разогреваемые строительные материалы, пар, повышенная температура воды, двигателя, сварка и наплавка) воздействий, ядовитых и взрывчатых паров, шумов, радиоактивных излучений и т.п.

Снижение травматизма достигается повышением прочности и жесткости конструкции кабины, использованием на них безосколочных стекол, установкой на окнах защитных решеток, а в по­толке — аварийного люка, обеспеченностью звуковой и световой сигнализацией и приборами, предупреждающими о критических ситуациях и при взаимодействии с совместно работающими рабочими, автоматическими устройствами безопасности и блокировки. Большое значение имеет обзорность, т.е. хорошая видимость и освещенность рабочих органов и окружающих их участков рабочей среды, в том числе с круговым обзором для мобильных машин. На машине должны устанавливаться огнетушители, противоосколочные козырьки, стеклоочистители, омыватели и устройства, исключающие обледенение и запотевание стекол, обогревателей для холодного времени года, кондиционеров для жаркого и тропического климата и т.д.

8. Технологичностьпредусматривает оптимальное распределение затрат материалов, средств, труда и времени при подготовке производства, изготовлении деталей, сборке и отделке узлов и машины в целом, эксплуатации и ремонтах (в том числе удобство замены узлов и агрегатов), возможность использования прогрессивных технологий с автоматизацией процессов путем внедрения манипуляторов и промышленных роботов.

9. Транспортабельностьмашин и оборудования должна обеспечить их приспособленность к перемещению в пространстве на транспорте (автомобильном, железнодорожном, водном, воздушном), с прицепом, на специальных транспортных средствах и своим ходом с минимальными затратами труда и времени на подготовительные операции (укладка в тару, упаковывание, частичный демонтаж, погрузка, крепление и т.п. с противоположными операциями после перевозки).

10. Патентно-правовые требованияпредусматривают патентные чистоту (оригинальные решения в конструкции машин) и защиту (заявки на изобретения в нашей стране, патенты в странах предполагаемого экспорта) машин и являются основным фактором при определении их конкурентоспособности, для возможной реализации не только в стране, но и на внешнем рынке.

11. Экономические требованияхарактеризуются ценой и экономическим эффектом, определяемыми на стадиях проектирования, подготовки производства, изготовления, испытаний и эксплуатации при соответствующем увеличении производительности, снижении массы машины, стоимости перерабатываемой продукции и улучшении качества выполняемых работ.

Все вышеизложенные требования, предъявляемые к строительным машинам и оборудованию, регламентируются соответствующими заводскими, отраслевыми, государственными и международными правилами, нормами и стандартами.

Классификация и индексация строительных машин

Классификация. В строительстве эксплуатируется значительное количество машин, различающихся между собой по назначению, конструкции, принципу действия, размерам, параметрам и т.п.

По назначению(технологическому признаку) машины делят на транспортные; транспортирующие; погрузочно-разгрузочные; грузоподъемные; для земляных работ; для свайных работ; для переработки и сортировки каменных материалов; для приготовления, транспортировки, укладки и уплотнения бетонных и растворных смесей; для уплотнения грунтов; для ремонта и содержания дорог; для отделочных работ; ручные машины. Каждая группа делится на подгруппы (бульдозеры, скреперы, экскаваторы в группе машин для земляных работ). Внутри подгрупп машины отдельных типов различаются конструкцией узлов или машин в целом (экскаваторы одноковшовые с прямой или обратной лопатой, траншейные роторные или цепные, шагающие, с поперечным копанием). Каждый тип машин имеет ряд типоразмеров (моделей), близких по конструкции, но отличающихся отдельными параметрами (вместимость ковша, размеры, масса, мощность, производительность). При изготовлении машин одного типоразмерного ряда широко используются стандартные детали и унифицированные сборочные единицы.

По режиму работы(принципу действия) различают машины периодического (цикличного) действия, выполняющие работу путем периодического многократного повторения одних и тех же чередующихся рабочих и холостых операций с цикличной выдачей продукции (бульдозеры, скреперы, одноковшовые экскаваторы) и машины непрерывного действия, выдающие или транспортирующие продукцию непрерывным потоком (многоковшовые экскаваторы непрерывного действия, конвейеры). Машины цикличного действия отличает их универсальность и приспособленность к работе в различных производственных условиях, а машины непрерывного действия — повышенная производительность. Имеются машины и комбинированного действия (шагающие экскаваторы, экскаваторы поперечного копания для формирования откосов каналов и т.п.).

По степени подвижности машины делят на переносные, стационарные и передвижные (в том числе в кузове автотранспорта, прицепные и полуприцепные к грузовым автомобилям, тракторам, тягачам и самоходные).

По типу ходового оборудования различают машины на гусеничном, пневмоколесном, рельсовом ходу, шагающие и комбинированные.

По виду силового оборудования машины подразделяют на работающие от электрических двигателей и двигателей внутреннего сгорания. Первые обладают большой готовностью к работе, но зависят от наличия электроэнергии, а вторые не зависят от источников энергии и являются автономными. Многие строительные машины имеют комбинированный привод с использованием гидравлических и пневматических двигателей. К таким относят дизель-электрический, дизель-гидравлический (наиболее распространен), дизель-пневматический, электрогидравлический, электропневматический и т.п.

По количеству двигателей, установленных на машине, различают одномоторные (все механизмы приводятся в действие от одной силовой установки) и многомоторные (для каждого механизма предусмотрен индивидуальный двигатель).

По системам управления машиныделят на механические (рукоятки и педали, приводящие в действие системы рычагов), гидравлические (безнасосные и насосные, где частично или полностью используются гидроустройства), пневматические (с использованием сжатого воздуха), электрические (с использованием электрооборудования) и комбинированные (электрогидравлические, пневмоэлектрические и т.п.).

По степени универсальности машиныподразделяют на универсальные многоцелевого назначения, снабженные различными видами быстросъемных рабочих органов, приспособлений и оборудования для выполнения большого разнообразия технологических операций (строительные одноковшовые экскаваторы, погрузчики) и специализированные, имеющие один вид рабочего оборудования и предназначенные для выполнения только одного технологического процесса (дробильные машины, бетононасосы).

По степени автоматизации различают машины с механизиро­ванным управлением, с автоматизированным управлением и контролем на базе микропроцессорной техники, с автоматизированным управлением на расстоянии, с автоматическим управлением на базе микропроцессоров и мини-ЭВМ, строительные манипуляторы и роботы, а также роботизированные машины и комплексы.

Более подробная классификация по конкретным машинам и оборудованию будет приведена в соответствующих главах учебного пособия

Индексация строительных машин. На все выпускаемые в нашей стране строительные машины распространяется единая система индексации, в соответствии с которой каждой машине разработчиком присваивается индекс (марка), содержащий буквенное и цифровое обозначение. Основные буквы индекса, располагаемые перед цифрами, обозначают вид машины. Например, буквенная часть индекса одноковшовых строительных экскаваторов содержит буквы ЭО, экскаваторов траншейных роторных — ЭТР, цепных — ЭТЦ, землеройно-транспортных машин — ДЗ, машин для подготовительных работ и разработки мерзлых грунтов — ДП, машин для уплотнения грунтов и дорожных покрытий — ДУ, кранов стреловых самоходных — КС, строительных башенных кранов — КБ, оборудования для погружения свай — СП, бурильных и бурильно-крановых ма­шин — БМ, машин для отделочных работ — СО, лебедок — ТЛ, погрузчиков многоковшовых — ТМ и одноковшовых — ТО, подъемников — ТП, конвейеров и питателей — ТК, машин для уборки и очистки городов — КО, ручных машин электрических — ИЭ, пневматических — ИП, вибраторов — ИВ и т.п. Цифровая часть индекса означает техническую характеристику машины. После цифровой части в индекс могут быть включены дополнительные буквы, обозначающие порядковую модернизацию машины, вид ее специального исполнения и т.п.

В нашей стране все строительные машины выпускают в соответствии с Государственными стандартами (ГОСТами). В каждом ГОСТе указываются область его распространения, основные параметры и размеры, технические требования, методы испытаний, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение машин. Предусмотренные в Государственных стандартах показатели и нормы отражают достигнутый передовой уровень техники в нашей стране и за рубежом.