Строительные машины и оборудование

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

Методические указания и задания к контрольным работам

для студентов заочного обучения специальности

290300 – «Промышленное и гражданское строительство»

Красноярск

УДК 69.003

ББК 38.6-5

Строительные машины и оборудование. Методические указания и задания к контрольным работам для студентов заочного обучения специальности 290300 – «Промышленное и гражданское строительство. Красно­ярск: ИСИ, 2017. 45с.

Составили Рюрик Тимофеевич Емельянов

Андрей Петрович Прокопьев

Евгения Сергеевна Турышева

ОФОРМЛЕНИЕ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Контрольные работы выполняются в соответствии с требованиями Единой системы конструкторской документации (ЕСКД), СТО 4.2–07–2014.

Работу оформляют в виде пояснительной записки с необходимыми расчетами, схемами, эскизами и мотивировками принятых решений. Расчеты и мотивировки необходимо сопровождать ссылками на соответствующий источник литературы: ГОСТы, нормативы, каталоги и другие источники.

Работы, не соответствующие нужному варианту или выполненные не в полном объеме – без необходимых чертежей, эскизов и пояснения, возвращаются студенту для доработки.

ТЕМА: ДЕТАЛИ МАШИН

Студент должен выполнить следующее задание:

1) решить задачу используя данные из таблицы 1 по двум последним цифрам своего условного номера;

2) ответить письменно на три вопроса, приняв номера по таблице 2 в соответствие с двумя последними цифрами условного шифра.

Содержание работы

Задачи № 0, 3, 5, 6, 8. Необходимо выбрать и определить:

Ø тип клинового ремня;

Ø диаметры ведущего и ведомого шкивов;

Ø межцентровое расстояние передачи и длину ремня;

Ø скорость ремня и окружное усилие;

Ø число ремней;

Ø диаметры ведущего и ведомого вала передачи;

Ø размеры поперечного сечения и длину шпонок с проверкой на смятие;

Ø основные размеры шкивов (наружный и внутренний диаметры канавок шкива, толщину и ширину обода, длины и диаметр ступицы).

В графической части следует поместить расчетную схему передачи, выполненную в масштабе, и рабочий чертеж ведущего шкива в двух проекциях со всеми необходимыми размерами, в соответствии с требованиями ЕСКД.

Задачи № 1, 2, 4, 7, 9. Требуется (см. таблицу 1) выбрать и определить:

q материалы зубчатых колес и допускаемые напряжения;

q межцентровое расстояние редуктора из расчета на контактную прочность;

q нормальный и торцевой (для косозубой передачи) модули зацепления;

q число зубьев шестерни и зубчатого колеса;

q диаметры и ширину зубчатых колес;

q проверить выбранное значение модуля зацепления по напряжениям изгиба;

q диаметр ведущего и ведомого валов;

q размеры поперечного сечения и длину шпонок с проверкой их на смятие;

q размеры зубчатых колес, необходимые для выполнения рабочих чертежей.

В графической части помещают чертеж шестерни в двух проекциях со всеми необходимыми размерами, в соответствии с требованиями ЕСКД.

Таблица 1– Исходные данные

Номер задачи и предпосле-дняя цифра	Типы передачи и режим ее работы	Параметры передачи	Последняя цифра шрифта
	Клиноременная передача; режим работы - средний; i=6 Цилиндрический прямозубый редуктор; режим работы - тяжелый; i=4,5 Цилиндрический косозубый редуктор; режим работы – легкий; i=5,6 Клиноременная передача; режим работы – средний; i=3,2 Цилиндрический косозубый редуктор; режим работы – средний; i=3,8 Клиноременная передача; режим работы – легкий; i=5,2 Клиноременная передача; режим работы – средний; i=4 Цилиндрический косозубый редуктор ; режим работы – средний; i=4 Клиноременная передача; режим работы – легкий; i=5 Цилиндрический прямозубый редуктор; режим работы – средний; i=3,2	N1, кВт n1,об/мин N1, кВт n1,об/мин N1, кВт n1,об/мин N1, кВт n1,об/мин N1, кВт n1,об/мин N1, кВт n1,об/мин N1, кВт n1,об/мин N1, кВт n1,об/мин N1, кВт n1,об/мин N1, кВт n1,об/мин	25 1200 10 1000 50 600 5,5 1440 12 1200 20 600 8 750 22 900 8 1500 8 1200	10 950 25 1500 43 800 6,5 1600 12 900 20 1200 18 1500 20 1000 10 1000 8,5 1400	8 1500 40 900 30 850 7,5 1900 10 1450 10 1200 20 950 20 1600 10 1400 9 1680	750 50 750 25 1000 8 1200 10 900 10 500 40 1200 15 750 15 750 9,5 1200	50 900 8 1500 22 1500 9 800 18 600 10 1400 20 800 12 960 15 1500 10 1440	18 1000 45 800 20 1750 10 900 18 1300 7 1300 8 1500 11 720 18 1200 10,5 1680	20 1500 40 1000 18 1200 12 750 25 1000 6 1200 50 900 11 1440 20 600 11 960	22 750 20 950 15 1450 18 1000 25 750 5 850 30 900 10 1600 20 1500 11,5 1200	40 1200 18 1500 12 1200 20 1200 35 600 14 1000 25 1200 9 960 25 1200 12 1440	45 750 8 750 950 22 600 35 1000 14 750 10 900 8 1100 28 1400 12 960

Примечание. N₁ - мощность на ведущем валу, кВт; n₁ - частота вращения ведущего вала, об/мин; i – передаточное число.

Таблица 2 – Номера вопросов для письменных ответов к контрольной работе

Предпоследняя цифра шифра

Последняяцифра шрифта

ТЕМА: СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ

При выполнении этой контрольной работы решить задачи, приняв данные из таблиц 3 – 7, в соответствии с двумя последними цифрами условного шифра.

Задача № 1. Рассчитать электрическую реверсивную лебёдку, предна­значенную для подъёма груза массой m со скоростью υ_г на высоту H_п.

Исходные данные представлены в таблицах 3,4.

Таблица 3 – Номера вариантов для задачи №1

Послед няя цифра	Предпоследняя цифра шифра

Таблица 4 – Исходные данные

Вариант	Схема запасовки каната	Тип кранового механизма	Режим работы крана	m, кг	vг, м/с	Hn, м	Lv, м	ПВ, %	Маркиро- вочная группа каната
		Стреловые краны	Легкий		0,16
	Средний		0,15
	Тяжелый		0,14
	Весьма тяжелый		0,13
		Строительные краны	Легкий		0,12
	Средний		0,11
	Тяжелый		0,10
	Весьма тяжелый		0,09

Продолжение таблицы 4

Вариант	Схема запасовки каната	Тип кранового механизма	Режим работы крана	m, кг	vг, м/с	Hn, м	Lv, м	ПВ, %	Маркиро- вочная группа каната
		Вспомогательные крановые механизмы	Легкий		0,2
	Средний		0,10
	Тяжелый		0,18
	Весьма тяжелый		0,17
		Стреловые краны	Легкий		0,16
	Средний		0,15
	Тяжелый		0,14
	Весьма тяжелый		0,13
		Вспомогательные крановые механизмы	Легкий   Средний		0,12   0,11
	Тяжелый   Весьма тяжелый		0,10   0,09

Окончание таблицы 4

Вариант	Схема запасовки каната	Тип кранового механизма	Режим работы крана	m, кг	vг, м/с	Hn, м	Lv, м	ПВ, %	Маркиро- вочная группа каната
		Вспомогательные крановые механизмы	Легкий		0,21
	Средний		0,22
	Тяжелый		0,23
	Весьма тяжелый		0,24
		Стреловые краны	Легкий		0,16
	Средний		0,15
	Тяжелый		0,14
	Весьма тяжелый		0,13
		Вспомогательные крановые механизмы	Средний		0,2
	Тяжелый		0,18

Исходные данные: схема запасовки каната; тип кранового механизма; режим работы крана; m − масса поднимаемого груза; υ_г − скорость подни­маемого груза; H_п − высота поднимаемого груза; L_о − расстояние от поли­спаста до барабана; ПВ − процент включений; маркировочная группа каната.

При решении задачи студент закрепляет теоретический материал по простейшим грузоподъемным машинам.

Схема запасовки канатов представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема запасовки канатов

Определить:

– подобрать канат (d_k - диаметр каната, L_к - длину каната, вид каната);

– диаметр блоков D_бл;

– определить параметры барабана (D_б - диаметр барабана, L_б - длину ба­рабана, n_б - частоту вращения барабана).

Подобрать:

– электродвигатель (марку двигателя);

– редуктор (краткая характеристика);

Решение

1) Определяем кратность полиспаста:

− если канат сбегает с не подвижного блока:

i = z,

где z - количество ветвей на которых весит груз;

− если канат сбегает с подвижного блока:

i = z + 1.

2) Определяем вес поднимаемого груза:

где g − ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с .

3) Определяем силу натяжения ветви каната:

,

где − КПД полиспаста, определяется по следующим формулам

− если количество блоков в грузоподъемном механизме меньше или рав­но 4 (n ≤ 4) то:

,

где − КПД блока,

n − количество блоков полиспаста;

− если количество блоков в грузоподъемном механизме больше 4 (n > 4), то КПД полиспаста определяется по следующей формуле

,

где t − количества обводных блоков;

i − кратность полиспаста.

4) Определяем разрывное усилие каната:

где k − коэффициент запаса прочности (таблица А1).

5) По разрывному усилию подбираем диаметр каната, d_k (таблица А2).

6) Диаметры блоков (D _бл) и диаметр барабана (D_б) выбираем в

зависимо­сти от типа кранового механизма и режима его работы по таблице А 3. Диаметры блоков (D _бл) и диаметр барабана (D_б) округляем до большего значения.

7) Определяем необходимую длину каната:

8) Определяем длину барабана:

где c − число слоев навивки;

t − шаг навивки, для гладких барабанов t = d_k.

Рассчитанное значение длины барабана должно удовлетворять усло­вию:

9) Определяем скорость каната навиваемого на барабан:

10) Определяем частоту вращения барабана:

11) Необходимая мощность на валу барабана:

12) Определяем мощность на валу электродвигателя:

где η_ред − КПД редуктора, η_ред = 0,8.

По таблице А3 в соответствии с рассчитанным значением мощности и за­данной величиной ПВ (принимая ближайшее большее значение) выбираем электродвигатель. Например, по мощности N₁ = 1,3 кВт принимаем марку двигателя МТК 011-06, ПВ = 25%, N₁ = 1,4 кВт, n ₁ =840 мин^-1 .

13) Выбираем редуктор по общему передаточному отношению:

По таблицам А4 или по другим справочным источникам выбираем редуктор.

14) Начертить схему реверсивной лебедки.

Вывод: На основе произведенных расчетов определили d_k, D_бл, L_k, пара­метры барабана (D_б, L_б, n_б), а так же выбрали вид каната, тип двигателя, редуктор (дать краткое описание каждого выбранного и определенного элемента).

Задача № 2. Рассмотреть работу бульдозера в конкретных условиях эксплуатации. Зная характеристики машины и заданные условия работы, определить, справится ли машина с поставленной задачей и как полученные значения отразятся на уровне производительности.

Исходные данные представлены в таблицах 5 - 7.

Таблица 5 – Номера вариантов для задачи №2(строительные машины)

Послед няя цифра	Предпоследняя цифра шифра

Таблица 6 – Варианты индивидуальных заданий

Номер задания	Марка бульдозера	Группа или тип грунта	Длина перемещения, м	Уклон местности, α град.	Условия работы
	D3G XL	III – суглинок			На подъем
	D4G XL	II – суглинок			Под уклон
	ДЗ-42Г	I – песок			Под уклон
	D5G XL	II – суглинок			–
	D5N XL	III – суглинок			На подъем
	ДЗ-101А	IV – глина			Под уклон
	D6N LGP	IV – глина			На подъем
	Четра Т9	III – суглинок			–
	ДЗ-109Б	IV – глина			Под уклон
	ДЗ-110	II – суглинок			На подъем
	D6R	III – суглинок			Под уклон
	ДЗ-171.1	I – песок			На подъем
	Четра Т11М	II – суглинок			Под уклон
	Четра Т11С	III – суглинок			–
	Б14	II – суглинок			Под уклон
	D7R XR	III – суглинок			На подъем
	814F	I – песок			Под уклон
	D8R	IV – глина			На подъем
	ДЭТ-400	I – песок			Под уклон
	824 GсерII	III – суглинок			На подъем
	D9R	II – суглинок			Под уклон
	Четра Т35	IV – глина			На подъем
	Четра Т35Л	III – суглинок			На подъем
	D10R	IV – глина			На подъем
	Четра Т40	I – песок			На подъем
	834 G	IV – глина			На подъем
		I – песок		0,15	На подъем

Исходные данные: бульдозер; базовая машина; N_дв − мощность двига­теля, кВт; Д_о - ширина отвала, м; H _о - высота отвала, м; Vk - скорость копания, м/с; m - масса машины и бульдозер­ного оборудования, т; γ - объемная масса грунта, кг/м (в за­висимости от категории грунта); α - угол наклона пути дви­жения машины к горизонту, град; L_тр - дальность транспортирования ма­териала, м.

В данной задаче студент рассматривает работу бульдозера в конкретных условиях эксплуатации. Зная характеристики машины и заданные условия работы, необходимо определить, справится ли машина с поставленной задачей и как полученные значения отразятся на уровне

производительности.

Таблица 7 − Технические характеристики бульдозеров

№ п.п.	Марка бульдозера	Номин. мощность двигателя трактора, кВт	Скорости движения на различных передачах	Ширина отвала, В, м	Высота отвала, Н, м	Экспл. масса трактора, т	Масса бульдозер. оборуд., т	Максим. глубина опускания отвала, м
I	I I	Обратный ход
	D3G XL			3,2	2,4	2,46	0,94	6,34	1,01	0,55
	D4G XL		2,2	3,6	2,6	2,67	1,03	6,74	1,11	0,57
	ДЗ-42Г		1,4	1,47	1,6	2,56	0,80	5,84	1,07	0,20
	D5G XL	67,1	2,6	4,1	2,9	2,69	1,10	7,67	1,25	0,63
	D5N XL		3,1	5,4	3,8	3,08	1,11	10,89	1,93	0,43
	ДЗ-101А	95,5	0,97	1,14	0,9÷1,0	2,80	0,99	8,45	1,70	0,35
	D6N LGP		3,3	5,8	4,0	4,08	1,03	14,11	2,82	0,43
	Четра Т9		3,8	6,9	5,0	3,16	1,27	15,23	2,12	0,50
	ДЗ-109Б		0,89	1,06	1,78	4.12	1,00	14,03	2,25	0,54
	ДЗ-110		0,89	1,06	1,66	3,22	1,15	13,80	2,50	0,50
	D6R		3,8	6,6	4,9	4,16	1,03	15,33	2,73	0,51
	ДЗ-171.1	128,7	1,03	1,01	1,5	3,20	1,30	16,00	2,02	0,40
	ЧетраТ11М		3,7	6,7	4,9	4,19	1,16	22,98	2,53	0,55
	Четра Т11С		3,6	6,7	4,9	4,31	1,15	18,70	3,08	0,47
	Б14		0÷3,42	0÷6,07	0÷4,25	3,86	1,22	22,07	2.83	0,52
	D7R XR		3,7	6,4	4,8	4,5	1,11	21,78	3,53	0,67
	814F		5,8	10,2	6,6	3,6	1,1	17,97	3,74	0,53
	D8R		3,5	6,2	4,7	4,99	1,17	21,30	5,46	0,63
	ДЭТ-400		0÷5,7	–	0÷15,7	4,25	1,23	40,32	5,03	0,50
	824 GсерII		6,1	10,5	6,9	4,51	1,23	23,59	5,14	0,43
	D9R		3,9	6,8	4,8	4,65	1,93	42,01	7,13	0,61
	Четра Т35		4,4	7,9	5,4	5,06	2,10	51,08	9.70	0,71
	Четра Т35Л		4,4	7,9	5,4	4,67	2,21	53,94	7,02	0,72
	D10R		4,0	7,1		4,86	2,12	55,17	10,23	0,67
	Четра Т40		4,2	7,7	5,2	4,73	2,65	54.83	10,31	0,75
	834 G		6,7	11,8	7,0	5,07	1,47	40,23	6,88	0,46
			7,0	12,2	7,7	5,15	1,44	54,69	15,67	0,47

Эскиз резания грунта представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 − Эскиз резания грунта : W₁ – сопротивление резанию, W₂ – сопротивление перемещению грунта по отвалу, W₃ – сопротивление перемещению призмы волочения впереди отвала, W₄ − сопротивление перемещения буль­дозера

Определить: h − толщину срезаемой стружки, м; П − производитель­ность бульдозера при разработке грунта.

Решение

1) Определяем тяговое усилие, развиваемое трактором, кН:

где N_дв − мощность двигателя, кВт;

− КПД трансмиссии, = 0,8;

− скорость копания, м/с.

2) Определяем силу тяги по сцеплению, кН:

,

где − коэффициент сцепления с поверхностью движения (таблица Б3);

G_сц − сцепной вес машины, кН, определяется по следующей формуле

g,

где m − масса машины и бульдозерного оборудования, т;

g − ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с .

Основное условие движения без буксования:

Т_сц > T_N > ΣW,

где ΣW − сумма сопротивлений возникающих при работе бульдозера, ко­торая определяется на конечной стадии процесса копания, когда сформировалась призма волочения.

3) Определяем сумму возникающих сопротивлений в процессе работы

бульдозера:

ΣW=W₁+W₂+W₃+W₄,

где − коэффициент трения грунта по стали (таблица Б.4);

− угол ре­зания, = 55⁰;

− вес призмы волочения, кН, определяется по фор­муле

где g −ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с;

− коэффициент раз­рыхления (таблица Б.1);

V_пв − объем призмы волочения, м , определя­ется по формуле

,

где − коэффициент трения грунта по грунту = 0,4 ÷ 0,8 меньшее

зна­чение берут для влажных и глинистых грунтов.

где G − вес базового тягача с отвалом, кН;

− удельное сопротивление движению, (таблица Б.2);

i − коэффициент сопротивления движению машины на подъём или

уклон, i = tga, знак плюс принимается при работе на подъём, знак минус

при работе под уклон.

где – удельное сопротивление грунта резанию, МПа (таблица Б1),

− толщина срезаемой стружки, м (определим далее).

4) Определяем запас тягового усилия, расходуемого на копание грунта, кН:

W₁ = T_N – (W₂+W₃+W₄).

5) Определяем толщину срезаемой стружки, м:

6) Выбираем технологическую схему работы заданной землеройно-транспортной машины [1, 2, 20]:

Технологическая схема –челночная (рисунок 2).

Рисунок 2 − Технологическая схема работы бульдозера

7) Производительность бульдозера определяется по формуле

где V_пв − объем призмы волочения, м;

k_В − коэффициент использования машины по времени, k _В = 0,8;

k_Р − коэффициент разрыхления грунта (таблица Б.1);

t_ц − продолжительность рабочего цикла, с;

k_УКЛ − коэф­фициент, учитывающий влияние уклона местности на производитель­ность бульдозера (таблица Г.6);

k_П − коэффициент учитывающий по­тери грунта при перемещении,

k_П = 1 - 0,005 · L_тр.

8) Определяем объем призмы волочения:

.

9) Определяем время цикла:

где − время копания, с, определяется по следующей формуле

,

где L_к − путь копания, м;

υ_к − скорость копания, м/с (таблица 5);

− время транспортирования, с, определяется по формуле

где − путь транспортирования, м;

− скорость транспортирования, м/с;

t_ох − время обратного хода, с, определяется по следующей формуле

,

где L_ох − путь обратного хода, м;

υ_ох - скорость обратного хода, м/с;

− время на переключение скоростей, разгрузку и распределения грун­та, = 30 с.

10) Определяем длину копания из соотношения:

где V_рг − объем грунта на разрабатываемом участке, при наборе одной

призмы волочения, м³:

V_рг =В ₀ L_к · h,

где L_к − путь копания, м;

h − толщина срезаемой стружки, м.

11) Подставляем найденные значения и определяем производительность

бульдозера.

Вывод: В ходе расчета определили толщину срезаемой стружки h и производительность бульдозера П, на заданных дальностях транспортиро­вания (дать развернутую характеристику параметров расчета влияющих на полученные параметры).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Механические передачи

Назначение и конструктивные схемы. Силовые и кинематические зависимости фрикционных, ременных, цепных, зубчатых, червячных, планетарных передач. Их преимущества, недостатки и область применения. Основы расчета и эксплуатации.

Контрольные вопросы

7. Механические передачи: назначение и область применения. Силовые соотношения и кинематический расчет.

8. Ременные передачи: разновидности конструктивных схем передач и ее элементов (ремней, шкивов). Преимущества и недостатки. Область применения. Параметры. Порядок выбора и расчета.

9. Зубчатые передачи: основные параметры (передаточное отношение, усилие, момент, мощность, КПД). Способы их нахождения.

10. Планетарные передачи: конструктивные схемы, преимущества и недостатки по сравнению с обычными зубчатыми, параметры и область применения, передаточные отношения.

11. Червячные передачи: классификация и конструктивные схемы. Преимущества и недостатки по сравнению с зубчатыми передачами.

12. Червячные передачи. Понятие о самоторможении, условия самоторможения. Коэффициент полезного действия. Особенности эксплуатации червячных передач.

13. Цепные передачи: конструктивные схемы. Выбор и расчет. Параметры и область применения. Преимущества и недостатки.

14. Фрикционные передачи. Ленточные, конусные и дисковые. Особенность применения. Привести схемы и объяснить область применения.

Литература [1,2,3,7].

Валы и оси

Различие между осью и валом. Назначение, конструктивные формы и разновидности осей и валов. Расчет на кручение. Понятие о концентрациях напряжений.

Контрольные вопросы

15. Определение и конструктивные разновидности валов и осей.

Конструктивные элементы и их наименование. Расчет на кручение и выбор валов.

16. Устройство, назначение и область применения гибких валов.

Примеры и применение в строительных машинах.

17. Конструктивные разновидности коленчатых валов. Привести примеры – кинематическую схему машины, где применяется коленвал.

Литература [1,2,3,7].

Подшипники

Назначение, классификация, конструктивные виды и область применения подшипников качения и скольжения. Режим работы и расчет.

Контрольные вопросы

18. Подшипники скольжения: конструктивные схемы. Область применения и особенности эксплуатации

19. Подшипники скольжения: материалы, режим работ, проверочный расчет.

20. Подшипники качения: классификация и конструктивные схемы. Материалы элементов. Преимущества и недостатки различных подшипников качения. Область применения.

21. Подшипники качения: выбор и проверочный расчет. Его особенности для различных конструкций и типов подшипников.

Литература [1,2