Какие механизмы применяются в современных машинах список. Основные понятия о машинах и механизмах. Структура механизмов - виды простейших типовых механизмов и их элементы, кинематические пары и их классификация

>>Технология: Понятие о механизме и машине

В современном мире человеку часто помогают различные механизмы и машины.
Машина - это устройство, которое выполняет определенные действия с целью облегчения физического и умственного труда человека. Например, автомобиль является транспортной машиной, станок для обработки каких-либо заготовок - технологической машиной.
Примером бытовых машин служит пылесос, стиральная машина, холодильник. Сельскохозяйственные машины (трактор, комбайн и др.) помогают человеку в уборке урожая. Компьютер для человека - информационная и вычислительная машина.
В конструкцию машины входит много различных механизмов. Механизм - это устройство для преобразования одного вида движения в другой. В качестве примера рассмотрим винтовой механизм, применяемый в переднем и заднем зажимах столярного верстака (рис. 52).
В винтовом механизме вращательное движение рукоятки 2 преобразуется в прямолинейное движение ходового винта вместе с прижимным бруском 3 (рис. 52, а). На рисунке 52, б показана кинематическая схема винтового механизма.

Кинематическая схема - это условное обозначение различных передач и деталей, входящих в эту передачу.

Механизмы и машины состоят из множества различных деталей, например, в автомобиле их больше 15 тысяч, а в самолете - больше миллиона. Некоторые детали применяются почти во всех машинах (болты, гайки, шайбы и др.). Они называются деталями общего назначения . Другие детали, например корпуса машин, станины станков, являются деталями специального назначения. В таблице 3 показаны некоторые типовые детали машин .
Детали механизмов связаны одна с другой различными способами. Если они не могут перемещаться относительно друг друга, то такая связь называется неподвижной . Неподвижными являются соединения деталей с помощью винтов и гаек (резьбовые соединения), с помощью сварки и др.
Если детали могут перемещаться одна относительно другой, то такая связь между деталями называется подвижной .

Разновидность подвижной связи - шарнирное соединение (табл. 4).

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

Ознакомление с устройством различных механизмов
1. Осмотрите винтовой механизм переднего зажима столярного верстака. Разберитесь, каким образом вращательное движение рукоятки преобразуется в прямолинейное движение прижимного прутка.
2. Рассмотрите зубчатый механизм дрели и определите, для какой цели он служит.

• Машина, механизм, винтовой механизм, кинематическая схема, детали общего и специального назначения, связи подвижные и неподвижные.

1. Что называют машиной?

2. Что называют механизмом?

3. Какие машины вы знаете?

4. Назовите типовые детали машин.

5. Где применяются винтовые механизмы и как они работают?

А.Т. Тищенко, П.С.Самородский, В.Д.Симоненко, Н.П.Щипицын,Технология 5 класс
Отправлено читателями с интернет-сайта

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

В современной технике используется большое количество самых разнообразных устройств, приборов и машин, которые предназначаются для того, чтобы передавать энергию и движение при помощи специальных механизмов. Именно по этой причине те инженеры, специализацией которых является конструирование, эксплуатация и разработка технологий изготовления технических изделий, должны обладать всеми необходимыми знаниями относительно их энергетики и механики. Это означает, что им необходимо иметь полное представление о том, какими бывают механизмы, при помощи каких методов производится их силовой, кинематический и метрический расчет, а также о тех динамических процессах, которые протекают в ходе их функционирования. Общая теория механизмов и машин как раз и объединяет в себе все эти вопросы.

Интересные машины и механизмы

В технике машинами называют такие механические устройства, которые выполняют некую полезную работу, связанную с различными преобразованиями энергии или осуществлением процесса производства. Каждая машина имеет в своей конструкции рабочий (исполнительный) орган, приводимый в действие посредством системы механизмов машиной-двигателем.

Механизм , это некоторая совокупность неподвижных и подвижных деталей, за счет которых обеспечивается преобразование и передача сил и движений, в результате чего выполняется полезная работа.

Все механизмы состоят из отдельных тел, которые именуются звеньями . Каждое из них представляет собой одну или несколько деталей, которые соединены между собой неподвижно. Любой механизм состоит из подвижных звеньев и хотя бы одного неподвижного звена . Из них ведущим называется то, к которому в результате приложения моментов сил и внешних сил сообщается движение. Ведомыми именуются звенья, к которым передается движение. Например, в таком устройстве, как машинные тиски, ведущим звеном является рукоятка, ведомым – подвижная губка. Корпус и присоединенная к нему неподвижная губка составляют неподвижное звено . В большинстве случаев механизмы представляют собой составные части кинематических схем машин, но могут иметь и самостоятельное применение (таковыми, к примеру, являются механизмы тахометров, арифмометров, часов и т.п.).

Основным признаком, который отличает механизм или машину от сооружения, является то, что в них отдельные составные части находятся в движении. Что касается отличия механизма от машины, то оно состоит в том, что сам по себе механизм ни преобразует различную энергию, ни совершает никакой самостоятельной полезной работы.

В теории машин и механизмов используются главным образом положения теоретической механики и ее законы. Кроме того, предметом ее изучения являются методы исследования разнообразных механизмов и машин, а также строгие научные основы их построения. Необходимо также отметить, что теория машин и механизмов представляет собой приложение к вопросам машиностроения, и одновременно с этим непосредственное продолжение теоретической механики, поскольку в ней активно используются методы динамического, кинематического и структурного анализа и синтеза.

ЭКСКАВАТОРЫ

Основное назначение экскаваторов - копание и перемещение грунта посредством ковша или механизма непрерывного действия (цепного или роторного). Исходя из этого, экскаваторы подразделяют на одноковшовые, периодического действия, и на экскаваторы непрерывного действия.

Одноковшовые, в свою очередь, бывают строительные универсальные для земляных работ и карьерные для разработки карьеров.

Основными частями строительных экскаваторов являются ходовая часть (колесная или гусеничная), поворотная платформа с силовой установкой и сменное рабочее оборудование. Классифицируют одноковшовые экскаваторы по следующим признакам:

— по типу рабочего оборудования - на шарнирно-рычажные (рис. 1) и телескопические (рис. 2);

— по типу ходовой части - на гусеничные (рис. 3) и пневмоколесные (рис. 4);

— по конструкции подвески рабочего оборудования - на гидроцилиндрах (жесткая подвеска - рис. 5) и канатных полиспастах (гибкая подвеска — рис. 3, 4);

— по конструкции опорно-поворотного устройства - на полноповоротные (рис. 3, 4) и неполноповоротные (рис. 6);

— по виду привода - одномоторные и многомоторные, причем это могут быть как механический, так и электрический приводы.

Рисунок 1. : 1 - опорно-поворотный механизм; 2 - ходовое устройство; 3 - выносная опора, 4 - поворотная платформа; 5 - двигатель; 6, 8, 9 - гидроприводы; 10 - рукоять; 11 - ковш (обратная лопата); 12 - бульдозерный отвал; 13 - кабина машиниста

Рисунок 2. : 1 - опорно-поворотное устройство; 2 - ходовая часть; 3 - выносная опора; 4 - поворотная платформа; 5 - телескопическая стрела; 6 - гидроцилиндры; 7 - ковш (обратная лопата); 8 - кабина машиниста

Рисунок 3. : 1 - поворотная платформа; 2 - стойка двуногая; 3 - трос стрелоподъемный; 4 - передняя стойка; 5 - рукоять; 6 - кабина; 7 - подъемные тросы; 8 - стрела; 9 - гусеничная ходовая часть; 10 - ковш (обратная лопата); 11 - тяговый трос; 12 - устройство опорно-поворотное

Рисунок 4.: 1 - опорно-поворотное устройство; 2 - ковш (обратная лопата); 3 - стойка; 4 - трос подъема стрелы; 5 - стойка передняя; 6 - кабина машиниста; 7 - тросы подъемные; 8 - стрела; 9 - рукоять; 10 - ходовое устройство; 11 - тяговый трос; 12 - поворотная платформа

Рисунок 5.: 1 - гусеничное ходовое устройство; 2 - ось поворотной платформы; 3 - кабина машиниста; 4 - поворотная платформа; 5 - ковш (прямая лопата); 6, 8, 9 - гидроприводы; 7 - стрела; 11 - рукоять

Рисунок 6.: 1 - отвал; 2 - гидропривод отвала; 3 - двигатель; 4 - поворотная колонна; 5, 6, 7 - гидроцилиндры; 8 - тяга; 9 - унифицированный ковш; 10 - рукоять; 11 - стрела; 12 - гидроцилиндры выносных опор; 13 - выносные опоры; 14 - звездочки; 15 - втулочно-роликовая цепь; 16 - гидроцилиндры поворотного механизма; 17 - рама

Экскаваторы с гибкой подвеской рабочего оборудования (канатные полиспасты) подразделяются на имеющие рабочее оборудование с прямой лопатой (рис. 7) и имеющие оборудование с обратной лопатой (рис. 8). Выбор конкретной модификации экскаватора диктуется характером выполняемых работ, их особенностями, и правильное определение (классификация) необходимой в данном случае машины значит очень много.

Рисунок 7.: 1 - стрела; 2 - рукоять; 3 - ковш; 4, 5, 6 - гидроприводы; h к - глубина копания; R к - радиус копания; Н в - высота выгрузки; R в - радиус подъема ковша

Рисунок 8. : 1 - стрела; 2, 3, 8 - гидроприводы; 4 - ковш (обратная лопата); 5 - рукоять; 6 - составное колено стрелы; 7 - тяга; 9 - промежуточная вставка; Н к - глубина копания; R к - радиус копания; Н в - высота выгрузки; R в - радиус подъема ковша

Помимо классификации экскаваторов, надо хорошо знать и их индексацию, чтобы не произошло ошибки в эксплуатационных возможностях машины. В этом нам поможет рис. 9. Первые буквы всегда будут обозначать классификацию - в данном случае: ЭО (экскаватор одноковшовый). Далее следуют четыре основные цифры индекса: размерная группа экскаватора, ходовое устройство (тип), конструкция рабочей подвески и порядковый номер конкретной машины. На рисунке дана подробная расшифровка четырех основных цифр индекса, но на некоторых моментах все, же надо остановиться.

Рисунок 9.

Для каждой размерной группы обычно указывается несколько вместимостей ковшей - основного и сменных повышенной вместимости, причем, для последних предусмотрены меньшие линейные параметры и более слабые грунты, чем при работе с основным ковшом. Основным считается ковш, которым экскаватор может разрабатывать грунт IV категории на максимальных линейных рабочих параметрах (глубина и радиус копания, радиус и высота выгрузки и т. п.).

Вместимость основных ковшей экскаваторов составляет: для 2-й размерной группы - 0,25-0,28 м 3 ; 3-й - 0,40-0,65 м 3 ; 4-й- 0,65-1,00 м 3 ; 5-й - 1,00-1,60 м 3 ; 6-й - 1,60-2,50 м 3 ; 7-й - 2,50-4,00 м 3 .

Тип ходового устройства указывается цифрами с 1 по 9: 1 - гусеничное (Г); 2 - гусеничное уширенное (ГУ); 3 - пневмоколесное (П); 4 - специальное шасси автомобильного типа (СШ); 5 - шасси грузового автомобиля (А); 6 - шасси серийного трактора (Тр); 7 - прицепное ходовое устройство (Пр); 8, 9 - резерв. Конструктивное исполнение рабочего оборудования указывается цифрами: 1 (с гибкой подвеской), 2 (с жесткой подвеской), 3 (телескопическое). Последняя цифра индекса означает порядковый номер модели экскаватора. Первая из дополнительных букв после цифрового индекса (А, Б, В и т.д.) означает порядковую модернизацию данной машины, последующие - вид специального климатического исполнения (С или ХЛ - северное, Т - тропическое, ТВ - для работы во влажных тропиках). Например, индекс ЭО-5123ХЛ расшифровывается так: экскаватор одноковшовый универсальный, 5-й размерной группы, на гусеничном ходовом уст ройстве, с жесткой подвеской рабочего оборудования, третья модель в северном исполнении. Экскаватор оборудуется основным ковшом вместимостью 1,0 м 3 , соответствующим 5-й размерной группе, и сменными - вместимостью 1,25 и 1,6 м 3 .

Помимо перечисленного навесного оборудования экскаваторы с канатными полиспастами могут оснащаться подвеской драглайна (рис. 10, фрагмент «А»), крановым оборудованием (фрагмент «Б»), грейдерным оборудованием (фрагмент «В»).

Рисунок 10. : А - оснащение подвеской драглайна; Б - оснащение крановым оборудованием; В - оснащение грейдерным оборудованием

Экскаваторы с жесткой подвеской рабочего оборудования (на гидроцилиндрах) могут быть оснащены гидромолотами (рис. 11). Гидромолот навешивается вместо ковша обратной лопаты и соединяется с рукоятью посредством быстросъемного крепления. Сам гидромолот приводится в действие от насосов гидросистемы экскаватора, что обеспечивает оптимальное использование мощности и снижение затрат. В последнее время все большее применение получают малогабаритные мини- и микроэкскаваторы (рис. 12). Они могут отрыть котлованы, траншеи, выполнить работу в труднодоступных местах. В коттеджном в дачном строительстве они незаменимы. К ним имеется большой выбор быстросъемного сменного рабочего оборудования.

Рисунок 11. : 1 - стрела; 2, 3, 6 - гидроцилиндры; 4 - рукоять; 5 - гидромолот

Рисунок 12. : 1 - ковш; 2 - стрела; 3 - секционные гидрораспределители; 4 - место машиниста; 5 - двигатель; 6 - гидробак; 7 - задний упор; 8 - рукоять; 9 - средние опоры; 10 - ведущие колеса; 11 - гидромоторы; 12 - рама; 13 - шестеренный насос; 14 - задние ведомые колеса

Отдельной группой стоят траншейные экскаваторы. Их главное назначение - подготовка подземных коммуникаций открытым способом. Производительность траншейных экскаваторов выше, чем одноковшовых. Это и понятно: они постоянно передвигаются в рабочем режиме.

Состоят траншейные экскаваторы из трех базовых частей: тягача, рабочего оборудования и оборудования для регулировки положения всех рабочих органов. На рис. 13 и 14 показаны скребковый одноцепной экскаватор на базе колесного трактора и траншейный двухцепной на базе гусеничного тягача. Индексация траншейных экскаваторов схожа с одноковшовыми, но имеет свои особенности. Рассмотрим это на примере индексации наиболее распространенных моделей: гусеничных траншейных экскаваторов с комбинированным приводом (рис. 15). Первые две буквы, как и у одноковшовых экскаваторов, обозначают тип машины - экскаватор траншейный (ЭТ), но третья буква обозначает уже тип рабочего органа (Ц - цепной, Р - роторный). Первые две цифры индекса обозначают наибольшую глубину отрываемой траншеи (в дм), третья - порядковый номер модели. Первая из дополнительных букв после цифрового индекса (А, Б, В и т.д.) означает порядковую модернизацию машины, последующие - вид специального климатического исполнения (ХЛ - северное, Т - тропическое, ТВ - для работы во влажных тропиках). Например, индекс ЭТЦ-252А обозначает: экскаватор траншейный цепной, глубина копания 25 дм, вторая модель - 2, прошедшая первую модернизацию - А.

Рисунок 13. : 1 - гидроподъемный механизм; 2 - приводной вал; 3 - дополнительная рама; 4 - наклонная рама; 5 - сменный консольный зачистной башмак; 6 - втулочно-роликовая цепь; 7 - шнек винтового конвейера; 8 - трехступенчатый редуктор; 9 - гидромеханический замедлитель хода; 10 - вал отбора мощности; 11 - отвал

Рисунок 14. : 1 - гидроцилиндр; 2 - рычаг; 3 - поперечный ленточный конвейер; 4 - ведущие звездочки цепей; 5 - пластинчатые цепи; 6 - режущие ножи; 7 - наклонная рама; 8 - натяжные звездочки цепей; 9 - промежуточные ролики

Рисунок 15.

ПОГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫЕ МАШИНЫ

Основная цель этих машин и механизмов - работы по перемещению различных грузов. Обычно это самоходные универсальные машины на базе, как правило, колесных транспортных средств. В них тоже применяются быстросъемные рабочие приспособления - захваты, ковши, крановое навесное оборудование и т.д.

Подразделяются погрузчики на ковшовые, вилочные и многоковшовые (непрерывного действия). В городском, дачном и коттеджном строительстве наиболее распространены фронтальный погрузчик (рис. 16), бульдозер-погрузчик (рис. 17), и, конечно же, малогабаритный погрузчик (рис. 18). Фронтальные погрузчики обеспечивают разгрузку ковша вперед в пределах заданной высоты. Основной ковш (1 м 3) имеет прямую режущую кромку со съемными зубьями.

Рисунок 16. : 1 - кабина; 2 - двигатель; 3 - редуктор отбора мощности; 4 - ведущие мосты; 5 - шасси с шарнирно сочлененной рамой; 6 - гидроцилиндр стрелы; 7 - стрела; 8 - ковш; 9 - коромысло; 10 - гидроцилиндр поворота ковша; 11 - тяги

Рисунок 17. : 1 - ковш; 2 - устройство смены рабочих органов; 3 - стрела; 4, 5 - гидроцилиндры; 6 - базовый трактор; 7 - отвал-планировщик; 8 - тяги; 9 - несущая рама

Рисунок 18. : 1 - суппорт; 2 - стрела; 3 - гидроцилиндры поворота суппорта; 4 - рычаги; 5 - тяги; 6 - гидроцилиндры подъема; 7 - полупортал

Бульдозер-погрузчик наряду с погрузочно-разгрузочными работами может осуществлять планировку площадок, засыпку ям, снесение небольших холмов. В качестве основного сменного оборудования используется гидроуправляемый отвал и ковш объемом 0, 38 м 3 или 0,5 м 3 .

Малогабаритные погрузчики предназначены для выполнения работ в особо стесненных условиях. Они имеют большой выбор сменного оборудования и успешно применяют зачистной ковш, обратную лопату, грузовую стрелу, вилы, гидромолот, бур, бульдозерный отвал, траншеекопатель. Погрузчик может совершить разворот на месте на 180° при ширине зоны до 4 метров, не более.

МАШИНЫ ДЛЯ РАБОТЫ С БЕТОНАМИ И РАСТВОРАМИ

По своему функциональному назначению эти машины и механизмы бывают трех видов: первые готовят бетонные и растворные смеси, вторые доставляют растворы на стройплощадку, третьи - укладывают и уплотняют смеси и растворы.

К первому виду относится смесители различных модификаций: это и смесительные машины непрерывного действия, смесители циклического характера работы, смесители весельного, турбулентного типов, работающие на гравитационном или принудительном принципах смешивания, стационарные и передвижные смесители.Наиболее современным и мобильным представителем этого вида машин является показанный на рис. 19 автобетоносмеситель. Он готовит бетонную смесь в пути следования к объекту, непосредственно на объекте и, будучи уже загруженным качественной смесью, активирует (перемешивает) ее в пути следования. Оптимальная температура для работы этих машин - от -30° до +40°.

Рисунок 19. Автобетоносмеситель (готовый замес - 4 м 3) : 1 - шасси КАМАЗа; 2 - дозировочно-промывочный бак; 3 - механизм вращения барабана; 4 - смесительный барабан; 5 - загрузочная воронка; 6 - разгрузочная воронка; 7 - складной лоток; 8 - поворотное устройство; 9 - рама смесителя; 10, 12 - рычаги управления оборудованием; 11 - контрольно-измерительные приборы

Ко второму виду относятся все машины для транспортирования приготовленных смесей. Это в основном специализированные автотранспортные средства: авторастворовозы, автобетоновозы, уже упомянутые нами автобетоносмесители (т.к. они совмещают в себе и функцию доставки растворов).
Сюда же относятся и автобетононасосы (рис 20).

Рисунок 20.: 1 - шасси КАМАЗа; 2 - опорно-поворотное устройство; 3 - поворотная колонна; 4 - распределительная стрела; 5, 7, 11 - гидроцилиндры двустороннего действия; 6 - гидробак; 8 - бетононасос; 9 - бетоновод; 10 - бак для воды; 12 - компрессор; 13 - гибкий шланг; 14 - приемная воронка; 15 - рама стрелы; 16 - выносные гидравлические опоры

Автобетононасос предназначен для подачи смеси с осадкой конуса в пределах 6-12 см как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Это мобильные транспортные средства с гидравлическим приводом бетононасоса и шарнирно сочлененной стрелы с бетоноводом. Устройство бетононасоса - поршневое. Дальность подачи смеси по горизонтали - до 300 м и по вертикали - до 70 м.

К третьему типу относятся вибраторы различных конструкция и модификаций. Их основная цель - вытеснение воздуха, содержащегося в растворе и ликвидация всех пустот между опалубкой и арматурой. Наибольшее распространение в строительстве получили пневматические и электрические вибраторы с круговыми колебаниями. По способу воздействия на смесь различаются поверхностные, наружные и глубинные вибраторы.

Поверхностные вибраторы воздействуют на раствор через корытообразную прямоугольную площадку (рис. 21, фрагмент «А»). Наружные вибраторы воздействуют через опалубку или любую другую форму, к которой прикрепляются снаружи (рис. 21, фрагмент «Б»). Глубинные вибраторы погружаются непосредственно в раствор (рис. 21, фрагмент «В»).

Рисунок 21. : А - поверхностный вибратор; Б - наружный вибратор; В - глубинный вибратор; 1 - корпус вибратора; 2 - корытообразная площадка; 3 - опалубка; 4 - цилиндрический вибронаконечник; 5 - раствор

МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАЙНЫХ РАБОТ

Рассказывая об экскаваторах в строительных процессах, мы касались возможности применения навесного оборудования для использования экскаваторов в свайных работах. Но для этого существует и специальные установки.

При монтаже фундаментов применяется два вида свай - готовые (забивные) и буронабивные, устройство которых осуществляется в скважинах непосредственно на стройплощадке. В обоих случаях задействуются копровые и сваебойные установки, показанные на рис. 22 и 23. На них навешивается сменное оборудование: свайные молоты, вибромолоты, вибропогружатели. Копровые и сваебойные установки монтируются на базе самоходных машин (тех же экскаваторов).

Рисунок 22. : 1 - нижняя опора; 2 - сваи; 3 - шнековый бур; 4 - привод для бурения; 5 - лебедка; 6 - гидромолот; 7 - решетчатая стрела; 8 - копровая мачта; 9 - грузовая лебедка; 10 - крюковая подвеска; 11 - оголовок; 12 - гидроцилиндры; 13 - гидравлический экскаватор; 14 - гидроцилиндр установки мачты

Рисунок 23. 1 - базовая машина; 2 - стрела; 3 - мачта; 4 - рабочий инструмент; 5 - забиваемая свая

Таблица 1. Механизмы для разработки грунта

Назначение и типы механизмов	Основной параметр
	Наименование	Величина
Экскаваторы одноковшовые на тракторном шасси	Емкость ковша, м 3		ЭО-2621В-2; ЭО-2621-3
Экскаваторы одноковшовые полноповоротные пневмоколесные			ЭО-3322Б-2; ЭО-3322Д
			ЭО-3323; ЭО-3532
Экскаваторы одноковшовые полноповоротные гусеничные
			ЭО-3221; ЭО-3122
			ЭО-4112; ЭО-4111Г
			ЭО-4125; ЭО-5111Б
Экскаваторы непрерывного действия роторные	Глубина разработки, м
Экскаваторы непрерывного действия траншейные	Глубина разработки, м
			ЭТЦ-252; ЭТЦ-252А
Буровые машины
Скреперы самоходные	Емкость ковша, м 3
Скреперы прицепные и полуприцепные
			Д3-149-5; Д3-77-А-1; Д3-172-1-03
Бульдозеры с рыхлителем, бульдозеры-погрузчики, бульдозеры с неповоротным отвалом	Мощность, кВт
			Д3-42; Д3-42Г;
			Д3-42Г-1; Д3-110В; Д3-171,5-07; Д3-116В; Д3-177А; Д3-117А; ДЗ-109Б; Д3-109Б-1
			Д3-171,1-03; Д3-171,5-07
			Д3-132-1; Д3-126В-2

Различают производительность землеройной техники теоретическую, техническую и эксплуатационную.

Теоретическая производительность «П о » представляет собой производительность, обеспечиваемую конструктивными возможностями машины при непрерывной работе (табл. 2).

Таблица 2. Теоретическое число циклов в 1 минуту

Примечание: число циклов в 1 минуту определяется для нормальных условий (нормальная высота забоя, средняя расчетная скорость подъемного каната, угол поворота платформы, равный 90°, и выгрузка в отвал).

Техническая производительность П т является наибольшей производительностью в данных условиях грунта и забоя за час непрерывной работы:

где К ц - коэффициент продолжительности цикла; К т - коэффициент влияния грунта, учитывающий степень наполнения ковша и влияние разрыхления грунта.

Эксплуатационная производительность зависит от использования экскаватора по времени с учетом неизбежных простоев в процессе работы (техническое обслуживание, простои по организационным причинам, перемещение машин, подготовка забоя и т.д.)

где К в - коэффициент использования экскаватора по времени в течение смены.

Обычно К в принимают равным 0,75 при работе в транспорт и 0,9 при работе в отвал.

Производительность многоковшового экскаватора может быть определена по формуле

где q - емкость ковша; V - скорость ковшовой цепи в м/с; t - шаг ковша; К н - коэффициент наполнения ковшей, равный в среднем 0,8; К р - коэффициент, учитывающий разрыхление грунта, принимается равным 0,7-0,9; К в - коэффициент использования экскаватора по времени, равный при хорошей организации работ 0,8—0,9 (табл. 3).

Таблица 3. Механизмы для свайных работ

Назначение и типы механизмов	Основной параметр
	Наименование	Величина
Дизель-молоты трубчатые	Масса ударной части, кг
Дизель-молоты штанговые
Копры универсальные на рельсовом ходу	Полезная высота, м
Копры самоходные
Копровое навесное оборудование
Устройства для срезки свайных оголовников	Сечение срезаемых свай, см
Установка для устройства буронабивных свай	Глубина бурения, диаметр обсадных труб, м

Производительность бетономешалки может быть определена по формуле

где N - число замесов в 1 час; G - емкость барабана по загрузке в л; F - коэффициент выхода бетона 0,67 (табл. 4).

Таблица 4. Механизмы для бетонных работ

Назначение и типы механизмов	Основной параметр
	Наименование	Величина
Бетоносмесители гравитационные	Объем готового замеса, л
			СБ-1БГ; СБ-91Б
Бетоносмесители принудительного действия
Автобетоносмесители	Вместимость, м 3		СБ-159А; СБ-82-1А; СБ-92В-1
	Производительность, м 3 /ч		СБ-126Б-1; СБ-126Б; СБ-170-1
Установки бетоносмесительные			СБ-109А (автомат.) СБ-145-2; СБ-145-4
Установки бетоносмесительные циклического действия
Вакуумные комплексы
Вибраторы общего назначения электромеханические	Синхронная частота колебаний, Гц		ИВ-10А; ИВ-106; ИВ-105; ИВ-99А; ИВ-101А; ИВ-92А
Вибраторы глубинные электромеханические	Диаметр корпуса		ИВ-117; ИВ-95; ИВ-102

Для получения производительности грузоподъемного оборудования в весовых единицах необходимо число подъемов в час умножить на вес поднимаемого груза.

Что касается других вспомогательных машин и механизмов, то их данные приведены для штукатурных работ в табл. 6, для кровельных работ - в табл. 7, для малярных работ - в табл. 8, для устройства полов - в табл. 9.

Таблица 5. Грузоподъемные механизмы

Назначение и типы механизмов	Основной параметр
	Наименование	Величина
Башенные краны	Грузоподъемность, т		КБ403А; КБ-103Б; КБ-100.3А-1; КБ-100.3Б; КБ-308А
			КБ-309ХЛ; КБ-408; КБ-504
			КМБ-401П; КБ-674А; КБ-676А
Краны стреловые самоходные:			КС-2651К; КС-2561К-1; КС-2571А-1; КС-3575А
автомобильные
			КС-3578; КС-4561А; КС-4572; КС-4573
			КС-4574; КС-4562
автомобильного типа			КС-6471; КС-6471А
пневмоколесные
гусеничные			РДК-250; ДЭК-252
			МКГ-40; СКГ-401
			СКГ-631; ДЭК-631
Подъемники грузовые			ПГМ-7613; ПГМ-7623; ПГМ-7633
Краны стреловые переносные полноповоротные	Тоже, кг (чел.)

Таблица 6. Механизмы для штукатурных работ

Назначение и типы механизмов	Основной параметр
	Наименование	Величина
Растворосмесители	Объем готового замеса, л		СО-133; СО-23В; СО-46Б; СО-26Б
	Объем, м 3
Растворонасосы	Производительность, м 3 /ч		СО-48В; СО-167; СО-49В
Агрегаты штукатурные
			СО-50А; СО-50Б
Станции штукатурные
Ручные штукатурно-затирочные машины			СО-86Б; СО-112Б

Таблица 7. Машины для кровельных работ

Назначение и типы механизмов	Основной параметр
	Наименование	Величина
Агрегаты для перекачивания битумных мастик	Производительность, м 3 /ч
			СО-100А; СО-194
Устройство для раскатки рулонных материалов	Ширина прикатываемого материала, мм
Машины для удаления воды	Производительность, л/мин

Таблица 8. Механизмы для малярных работ

Назначение и типы механизмов	Основной параметр
	Наименование	Величина
Агрегаты окрасочные	Производительность, л/мин
Смесители	То же, л/ч
Агрегаты шпатлевочные и малярные	Тоже, м 3 /ч
	То же, л/ч
	То же, л/мин
Диспергаторы	То же, кг/ч
Установка для нанесения малярных составов	Тоже, кг/ч
Краскотерки	Тоже, кг/ч
Мелотерки
Станции малярные	То же, м 3 /ч
Машины для шлифования шпатлевки

Таблица 9. Машины для устройства полов

Назначение и типы механизмов	Основной параметр
	Наименование	Величина
Машины для шлифования деревянных полов	Производительность, м 2 /ч
Машины паркетно-шлифовальные
Виброрейки
Машины для заглаживания и шлифования бетонных полов

1.1. Структура машин и механизмов

Большинство современных машин создается по схеме:

Машина – устройство, осуществляющее механические движения, необходимые для выполнения рабочего процесса с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека.

Механизм является составной частью машины и представляет собой совокупность взаимосвязанных деталей и узлов, обеспечивающих выполнение заданных функций.

Привод состоит из двигателя и передаточного механизма. Он предназначен для обеспечения кинематических и силовых характеристик исполнительного механизма.

Передаточный механизм предназначен для передачи энергии от двигателя к исполнительному механизму с преобразованием вида и направления движения, а также изменения кинематических и силовых характеристик.

Исполнительный механизм предназначен для выполнения непосредственно рабочего процесса (обработка, транспортировка, перемешивание и др.).

1.2. Простые передачи. Основные характеристики
и расчетные зависимости

Необходимость введения передаточного механизма обусловлена способностью выполнения им различных функций:

Передача энергии (мощности);

Преобразование (уменьшение или увеличение) сил или моментов сил;

Преобразование (уменьшение или увеличение) скорости движения звеньев;

Преобразование вида движения (вращательное в поступательное или наоборот) и изменение направления движения;

Разделение потоков движения от двигателя к нескольким исполнительным органам рабочей машины.

Среди передаточных механизмов широкое применение получили передачи вращательного движения , которые можно разделить на две основные группы:

Передачи, основанные на использовании сил трения (фрикционные, ременные);

Передачи, основанные на использовании зацепления (зубчатые, червячные, винтовые, цепные).

Рассмотрим простые передачи зацеплением, каждая из которых содержит два подвижных звена (валы с закрепленными на них зубчатыми колесами), совершающих вращательное движение, и одно неподвижное звено (опоры валов). На рис. 1.1 представлен внешний вид передач и варианты изображения на структурных схемах.

Коническая передача

Червячная передача

Цилиндрические передачи характеризуются параллельным расположением осей зубчатых колес а и b и отличаются расположением зацепления: с внешним зацеплением и с внутренним зацеплением. В конической передаче оси зубчатых колес а и b пересекаются . В червячной передаче оси червяка а и червячного колеса b перекрещиваются .

Основной кинематической характеристикой передаточных механизмов является передаточное отношение U , которое представляет собой соотношение угловых скоростей w или частот вращения n входного (ведущего) а и выходного (ведомого) b звеньев. При этом обозначение передаточного отношения имеет два индекса, указывающие направление передачи движения от звена а к звену b :

.

Частота вращения n связана с угловой скоростью w соотношением:

, об/мин.

Передачи, уменьшающие скорость вращения, называются редукторами . В них передаточное отношение реализуется за счет соотношения диаметров d или числа зубьев Z ведомого b и ведущего а зубчатых колес в зацеплении:

.

Таким образом, редукторы уменьшают скорость вращения в передаточное число раз за счет соотношения чисел зубьев зацепляемых колес:

.

При этом ведущее зубчатое колесо в цилиндрических и конических передачах, имеющее меньшее число зубьев, называют шестерней , а ведомое – колесом .

Вращающий момент в редукторах увеличивается в передаточное число раз с учетом потерь на трение, оцениваемых коэффициентом полезного действия η :

.

Коэффициент полезного действия (h) – это отношение полезной мощности Р n на выходном звене, расходуемой на реализацию полезной работы в производственном или технологическом процессе, к мощности на входном звене, затраченной двигателем :

.

КПД учитывает потери мощности на преодоление сил трения в кинематических парах и является важным критерием оценки эффективности использования энергии и технического совершенства механизма.

При решении задач можно использовать следующие значения КПД для различных передач: цилиндрическая – η = 0,97; коническая – η = 0,96; червячная – η = 0,95 (1 – U / 200), где U – передаточное отношение в червячной передаче.

1.3. Многоступенчатые передаточные механизмы

При необходимости реализации передаточного отношения, величина которого превышает рекомендуемые пределы для отдельных передач, используют последовательное расположение передач (ступеней) в передаточном механизме.

В этом случае общее передаточное отношение (U общ) и общий КПД (h общ) многоступенчатого передаточного механизма определяют как произведение передаточных отношений и КПД всех его ступеней (передач):

,

где m – количество ступеней в механизме.

Передаточное отношение одной или группы ступеней m – ступенчатого механизма характеризует способность изменять частоту вращения n и вращающий момент Т при передаче движения между ведущим i и ведомым k звеньями рассматриваемой части механизма:

.

Полезную мощность на выходном валу механизма (Р вых , Вт) рассчитывают по зависимости:

,

где Т вых , Нм и n вых , об / мин – соответственно вращающий момент и частота вращения выходного вала механизма.

Требуемую (расчетную) мощность двигателя () определяют с учетом потерь в узлах трения механизма:

По расчетной мощности и частоте вращения подбирают по каталогу стандартный электродвигатель, имеющий ближайшее большее значение мощности .

1.4. Примеры решения задач

Задача 1. Провести структурный, кинематический и силовой анализ изображенного на рис. 1.2 привода, содержащего электродвигатель и редуктор.

Заданы параметры :

– числа зубьев , , , , , ;

– частота вращения вала двигателя об/мин;

– вращающий момент на выходном валу редуктора Нм.

Решение

Структурный анализ. Трехступенчатый передаточный механизм образован путем последовательного присоединения трех отдельных передач.

Первая ступень – цилиндрическая передача с внешним зацеплением; оси шестерни 1 и колеса 2 параллельны.

Вторая ступень – коническая передача; оси шестерни 3 и колеса 4 пересекаются.

Третья ступень – червячная передача; оси червяка 5 и червячного колеса 6 перекрещиваются.

Оси входного I и выходного IV валов перекрещиваются.

Кинематический анализ.

– первой ступени: ;

– второй ступени: ;

– третьей ступени: ;

– механизма: .

Определяем частоту вращения каждого вала механизма, учитывая, что зубчатые колеса закреплены на валах и имеют с ними одинаковые скорости:

Об/мин (по условию задачи);

об/мин;

об/мин;

об/мин.

Силовой анализ. Определяем вращающие моменты на каждом валу:

Нм (по условию задачи);

Нм.

КПД червячной передачи определяем по зависимости:

Нм;

Нм.

Таким образом, частота вращения валов уменьшается ступенчато в передаточное число раз ( об/мин; об/мин; об/мин; об/мин), а вращающие моменты увеличиваются (с учетом КПД) в передаточное число раз ( Нм; Нм; Нм; Нм).

Рассчитываем полезную мощность по выходному валу редуктора:

Вт = 2,5 кВт.

Требуемая (расчетная) мощность двигателя:

кВт,

По каталогу подбираем стандартный электродвигатель 4А100S4 с частотой вращения об/мин и мощностью кВт.

Задача 2. Провести кинематический анализ привода (см рис. 1.2 в задаче 1), используя другие исходные данные.

Заданы параметры:

– числа зубьев: , , , ;

– частота вращения вала двигателя: об/мин;

– частота вращения вала III редуктора: об/мин.

Решение

Определяем передаточные отношения:

– первой ступени: ;

– третьей ступени: ;

– общее передаточное отношение первой и второй ступеней:

;

– передаточное отношение второй ступени определяем, учитывая, что :

;

– всего механизма: .

Определяем частоту вращения каждого вала механизма:

Об/мин (по условию задачи);

об/мин;

об/мин (по условию задачи);

об/мин.

Таким образом, редуктор уменьшает частоту вращения вала двигателя в 120 раз (с 3000 об/мин до 25 об/мин), изменяя её ступенчато: в первой ступени в 3 раза (с 3000 об/мин до 1000 об/мин), во второй ступени в 2 раза (с 1000 об/мин до 500 об/мин) и в третьей ступени в 20 раз (с 500 об/мин до 25 об/мин).

Контрольные вопросы

1. Что такое привод, передаточный механизм, исполнительный механизм? Для чего они предназначены?

2. Какие функции может выполнять передаточный механизм?

3. Назовите простые передачи зацеплением и нарисуйте их структурные схемы. Какое взаимное расположение осей ведущего и ведомого звеньев характерно для каждой из передач?

4. Что такое передаточное отношение? Как оно характеризует передаточный механизм?

5. Что такое редуктор? Какие функции передаточного механизма он может выполнять? Как требуемое передаточное отношение реализуется в редукторах? Изобразите на схеме: цилиндрический редуктор с передаточным отношением ; конический редуктор с .

6. Составьте все возможные зависимости, по которым можно рассчитать передаточное отношение.

7. Что такое коэффициент полезного действия (КПД)? Как он характеризует передаточный механизм? Какие эксплуатационные параметры рассчитывают с учетом КПД?

8. Для чего предназначены многоступенчатые передаточные механизмы? Как определить общее передаточное отношение и общий КПД?

9. Решите задачу. Провести структурный, кинематический и силовой анализ изображенного на рис. 1.3 редуктора.

Заданы параметры:

– числа зубьев , , , ;

– частота вращения валов

– вращающий момент

Рис. 1.3

Нм.

Определите:

а) количество ступеней в механизме;

б) тип передачи в каждой ступени;

в) передаточное отношение каждой ступени;

г) частоту вращения валов I и II;

д) вращающий момент на валах I, III, IV;

е) общее передаточное отношение;

ж) общий КПД;

з) мощность полезную и затраченную;

и) расположение осей входного I и выходного IV валов.

Ответы: а) 3; б) 1-Ч, 2-К, 3-Ц; в) 15, 2, 4; г) 200 и 100; д) 10, 253, 983; е) 120; ж) 0,82; з) 2,57 и 3,14; и) перекрещиваются.

2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ СТАТИКИ

2.1. Сила и момент силы.
Пара сил и момент пары сил

Статика – это раздел механики, в котором изучают условия равновесия звеньев механизма под действием сил.

Сила (F , Н) – мера механического взаимодействия твердых тел. Силу представляют в виде вектора , действие которого характеризуется точкой приложения (например, т. А), направлением по линии действия и величиной F (рис. 2.1).

Рис. 2.1 Рис. 2.2

Пара сил (рис. 2.2) – система параллельных сил (), равных по модулю (F 1 = F 2) и направленных в противоположные стороны ().

Момент силы ( , Нм) относительно точки (например т. О ) – это произведение численной величины силы F на плечо h – кратчайшее расстояние от точки до линии действия силы (см. рис. 2.1):

Момент пары сил(сосредоточенный момент) (m, Hм) определяется как произведение величины одной из сил на плечо пары h – расстояние между линиями действия сил (см. рис. 2.2):

.

Рис.6

На рис. 2.3 показаны возможные обозначения сосредоточенного момента m на схемах.

Вращающий момент (Т, Нм) – момент силы, действие которого сопровождается поворотом звена (рис. 2.4, а ).

Изгибающий момент (М,Нм) – момент силы, действие которого сопровождается изгибом звена (рис. 2.4, б ).

2.2. Связи и их реакции

Любой элемент конструкции или звено механизма является несвободным телом, перемещения которого в пространстве ограничивают другие тела, называемые связями . Связь, препятствующая перемещению несвободного тела, действует на него силой, называемой реакцией связи .

Направление реакций связей определяют на основании следующих правил:

1. Реакция связи прикладывается в точке контакта соприкасающихся поверхностей и направлена в сторону, противоположную тому направлению, в котором ограничивается перемещение.

2. Если связь ограничивает перемещение одновременно по нескольким направлениям, то направление реакции неизвестно и ее представляют в виде составляющих, направленных вдоль осей выбранной системы координат.

Рассмотрим направление реакций для основных видов связей (рис. 2.5).

Контакт гладких поверхностей (рис. 2.5, а ). Реакция направлена по общей нормали к соприкасающимся поверхностям.

Контакт гладких поверхностей с угловыми точками и заострениями (рис. 2.5, б ). Реакция направлена по нормали к гладкой поверхности.

Нерастяжимая нить (рис. 2.5, в ). Реакции и направлены вдоль нитей к точкам подвеса.

Шарнирно-подвижная опора (рис. 2.5, г ). Реакция перпендикулярна опорной поверхности.

Шарнирно-неподвижная опора (рис. 2.5, д ). Направление реакции неизвестно. Представлена в виде неизвестных составляющих и .

Жесткая заделка (рис. 2.5, е ). В такой опоре может быть три составляющих реакции: , и опорный момент .

2.3. Условия равновесия плоской системы сил

Твердое тело находится в состоянии равновесия, если оно неподвижно относительно рассматриваемой системы отсчета.

Для равновесия твердого тела под действием произвольной системы сил необходимо и достаточно, чтобы главный вектор и главный момент этой системы относительно любой точки О тела были равны нулю:

Главный вектор системы сил равен геометрической сумме всех сил системы:

Главный момент системы сил равен сумме моментов всех сил относительно выбранного центра приведения 0:

.

В результате условия равновесия имеют вид:

.

При решении практических задач используется аналитический метод решения векторных уравнений, согласно которому проекция суммы векторов на какую-либо ось равна сумме проекций слагаемых векторов на ту же ось .

В связи с этим представленные выше условия равновесия для плоской системы сил могут быть записаны в виде трех независимых уравнений равновесия твердого тела относительно прямоугольной системы координат XY:

.

Твердое тело находится в равновесии, если алгебраическая (с учетом знака) сумма проекций всех сил на каждую из координатных осей равна нулю и алгебраическая сумма моментов всех сил относительно любой точки О плоскости XY равна нулю.

Для определения величины и направления реакции связи необходимо произвести следующие действия:

1) заменить внешние связи на их реакции, изобразив на силовой схеме их возможное направление;

2) из уравнений равновесия системы сил определить величину неизвестных реакций;

3) если в результате вычислений какая-либо реакция получается отрицательной, нужно изменить на схеме ее направление на противоположное;

4) произвести контрольную проверку правильности определения реакций как по величине, так и по направлению, используя дополнительно одно из уравнений равновесия, например уравнение моментов относительно не рассматриваемой ранее точки плоскости.

При составлении уравнений равновесия удобно использовать следующие положения:

– проекция вектора силы на ось равна произведению модуля (величины) силы на косинус угла между линией действия силы и осью, взятому со знаком плюс, если направления вектора и оси совпадают, или минус, если они противоположны:

– момент силы берется со знаком плюс, если он действует в направлении движения часовой стрелки, и со знаком минус, если наоборот.

2.4. Пример решения задач

Задача. На рис. 2.6 изображена балка на двух шарнирных опорах А и С, нагруженная плоской системой внешних сил и моментов:

Н; Н; Нм;

Размеры участков балки:

Требуется определить величину и направление векторов реакций опор и .

Решение

Изобразим на силовой схеме предположительное направление реакций опор и – оба вектора направлены вверх.

Определим величину и направление реакций и , используя уравнения равновесия плоской системы сил.

Составим уравнение моментов сил относительно опоры С , считая действие момента по направлению движения часовой стрелки положительным (со знаком «плюс»):

Реакция = 400 Н , направлена вниз.

Составим уравнение проекций всех сил на вертикальную ось Y , считая направление вектора вверх положительным (со знаком «плюс»):

Знак «минус» свидетельствует о неправильно выбранном направлении . Меняем на схеме направление вектора на противоположное.

Реакция = 200 Н , направлена вниз.

Проверяем правильность решения, используя дополнительное уравнение моментов сил относительно любой неопорной точки, например точки В :

Полученный в результате вычислений «ноль» свидетельствует о правильности определения реакций и как по величине, так и по направлению.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение силы. Чем характеризуется действие силы?

2. Как определить момент силы относительно точки?

3. Дайте определение пары сил. Как найти момент пары сил? Как он обозначается на схемах?

4. Дайте определение вращающего и изгибающего моментов.

5. Что называется связью, реакцией связи?

6. Сформулируйте правила определения направления реакций связей.

7. Что называется главным вектором и главным моментом системы сил? Как они определяются?

8. Сформулируйте условия равновесия плоской системы сил; напишите уравнения равновесия.

9. Решите задачу. На рис. 2.7 изображена балка на двух шарнирных опорах В и D, нагруженная силами Н, Н и сосредоточенным моментом Нм. Размер м. Определить величину и направление реакций опор и и произвести проверку.

Ответ: Н, направлена вверх; Н, направлена вниз.

3. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
СОПРОТИВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ

3.1. Прочность, жесткость, устойчивость

Работоспособность конструкции зависит от прочности, жесткости и устойчивости составляющих ее элементов.

Прочность – способность конструкции и ее элементов воспринимать нагрузку без разрушения.

Жесткость – способность конструкции и ее элементов сопротивляться деформации, то есть изменению первоначальной формы и размеров под действием нагрузок.

Устойчивость – способность конструкции и ее элементов сохранять начальную форму упругого равновесия.

Большинство деталей механизмов рассчитывают на прочность, решая три основные задачи:

Определение рациональных размеров;

Определение безопасных нагрузок;

Выбор наиболее подходящих материалов.

При этом реальную конструкцию заменяют расчетной схемой, а результаты расчетов проверяют экспериментально.

3.2. Метод сечений. Внутренние силовые факторы

Внешние силы , действующие на элементы конструкций, разделяют на активные (нагрузки) и реактивные (реакции связей). Они вызывают появление внутренних сил сопротивления. Если внутренние силы превзойдут силы сцепления отдельных частиц материала, произойдет разрушение данного элемента конструкции. Следовательно, для оценки прочности изучаемого объекта необходимо знать внутренние силы и закон их распределения по объекту. Для решения этих задач используют метод сечений . Рассмотрим в равновесии элемент конструкции произвольной формы (рис. 3.1), нагруженный системой внешних сил . В любом сечении этого элемента будут действовать внутренние силы, которые необходимо определить. Для этого мысленно рассечем рассматриваемый объект произвольно выбранным сечением на две части: А и Б.

На каждую из этих частей будут действовать внешние силы и и внутренние силы в сечении , уравновешивающие действие отсеченной части:

; .

Следовательно, внутренние силы, возникающие в рассматриваемом сечении, равны сумме внешних сил, действующих на одну из отсеченных частей.