Какие механизмы в современных машинах. Основные понятия теории механизмов и машин

Просмотр: эта статья прочитана 5345 раз

Rar Выберите язык... Русский Украинский Английский

Краткий обзор

Полностью материал скачивается выше, предварительно выбрав язык

Одной из задач современной теории механизмов является изучение и систематизация громадного наследства, накопленного практическим машиностроением в виде различных механизмов, применяемых в самых разнообразных машинах, приборах и устройствах. Анализ этого материала по видам механизмов показал, что вся работа по их систематизации должна быть разбита на несколько этапов. Первый этап — сборники, включающие механизмы, применяемые в самых различных отраслях машиностроения. Следующий этап — сборники, посвященные отдельным отраслям машиностроения, например, механизмы точной механики, механизмы металлорежущих станков, механизмы авиадвигателей и т. д.

При отборе механизмов автор в основном дал схемы и описания механизмов общего назначения, или механизмов, применяемых в самых различных отраслях машиностроения. Но отдельные механизмы целевого, отраслевого направления были также включены в справочник как представляющие интерес не только для данной узкой отрасли, но и для других отраслей машиностроения. Эти механизмы выделены в отдельную подгруппу — механизмов целевых устройств. Кинематические пары и подвижные соединения даны автором не в схематическом, а в конструктивном изображении, с тем, чтобы облегчить конструктору процесс проектирования механизма. Автором был использован обширный материал на русском и иностранных языках.

С целью большей наглядности и удобства пользования настоящим справочным руководством при изображении механизмов, были взяты в основу не установленные соответствующими стандартами условные изображения звеньев и элементов кинематических: пар, а схематические обозначения, носящие пол у конструктивный характер, т. е. звенья и элементы кинематических пар изображались в виде условных стержней, ползунов, кулис и т. д., обладающих только приблизительно теми соотношениями размеров, которыми они могли бы обладать при их конструктивном оформлении.

Далее, в процессе обработки материала в большинстве случаев приходилось отказываться от точного изображения отдельных деталей механизмов, как это принято в чертежах конструкций, так как это потребовало бы введения в чертеж ряда дополнительных частностей, имеющих важное конструктивное значение, но затемняющих основное восприятие той формы движения, которая данным механизмом может быть воспроизведена. Особенно это относится к деталям рам, подшипников, стоек, к упорным кольцам, втулкам и т. д. Более того, некоторые условности, применяемые в современных чертежах конструкций в части разрезов, проекций, штриховки, изображения резьб, пунктиров и т. д., не всегда принимались во внимание, так как строгое их соблюдение нанесло бы ущерб ясности восприятия читателями кинематики и структуры механизмов.

Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи. Выполнен выбор материала, расчет допускаемых напряжений, расчет на контактную и изгибную прочность.

Пример решения задачи на изгиб балки
В примере построены эпюры поперечных сил и изгибающих моментов, найдено опасное сечение и подобран двутавр. В задаче проанализировано построение эпюр с помощью дифференциальных зависимостей, провелен сравнительный анализ различных поперечных сечений балки.

Пример решения задачи на кручение вала
Задача состоит в проверке прочности стального вала при заданном диаметре, материале и допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры крутящих моментов, касательных напряжений и углов закручивания. Собственный вес вала не учитывается

Пример решения задачи на растяжение-сжатие стержня
Задача состоит в проверке прочности стального стержня при заданных допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры продольных сил, нормальных напряжений и перемещений. Собственный вес стержня не учитывается

Применение теоремы о сохранении кинетической энергии
Пример решения задачи на применение теоремы о сохранение кинетической энергии механической системы

Определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения
Пример решение задачи на определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения

Определение скоростей и ускорений точек твердого тела при плоскопараллельном движении
Пример решения задачи на определение скоростей и ускорений точек твердого тела при плоскопараллельном движении

Определение усилий в стержнях плоской фермы
Пример решения задачи на определение усилий в стержнях плоской фермы методом Риттера и методом вырезания узлов

Применение теоремы об изменении кинетического момента
Пример решения задачи на применение теоремы об изменении кинетического момента для определения угловой скорости тела, совершающего вращение вокруг неподвижной оси.

Лек­ция 1

Теория механизмов и машин - есть наука, изучающая строение, кинематику и динамику машин и механизмов в связи с их анализом и синтезом.

Анализ – исследование структурных, кинематических и динамиче­ских свойств механизмов. Имеется некоторый готовый механизм, свойст­ва которого исследуются.

Синтез – проектирование механизмов с заданными структурными, кинематиче­скими и динамическими свойствами, для осуществления требуе­мых движений. Таким об­разом, при синтезе механизма мы имеем задачу обратную анализу: по заданным свойст­вам спроектировать меха­низм.

Теория механизмов и машин – наука о наиболее общих методах исследования машин и механизмов и проектирования их для заданных ус­ловий работы.

Введём некоторые основные понятия, используемые при изучении курса теории механизмов и машин.

Машина – это устройство, осуществляющее определённые движения или опера­ции для выполнения полезной работы или преобразования энер­гии.

Машина представляет собой искусственно созданную человеком совокупность материальных средств, которая воспроизводит его трудо­вые функции. Машина заменяет человека не только в его физическом, но и в умственном труде, облегчает этот труд и увеличивает производи­тельность труда.

Все машины можно разделить на следующие основные виды:

энергетические машины – преобразующие различные виды энергии (электродви­гатели, генераторы, пневмодвигатели, гидродвигатели и др.);

технологические машины – предназначены для преобразования размеров, свойств, формы или состояния материала (металлообрабатываю­щие станки, прокатные станы, ткацкие станки и др.);

транспортные машины – предназначены для перемещения материалов (автомоби­ли, тепловозы, самолёты, краны, подъёмники);

информационные машины – предназначены для получения и преобразования ин­формации (арифмометры, механические интеграторы, бухгалтерские машины). Электрон­ная вычислительная машина, строго говоря, не является машиной. Название машина сохранено за ней в порядке исторической преемственности.

Для машины характерны три основных признака:

2) наличие подвижных частей;

3) выполнение полезной работы.

Кинематической основой всех машин является механизм.

Механизм – это устройство, предназначенное для преобразования и передачи движения (например, редуктор).

В отличие от машины механизм непосредственно не выполняет полезной ра­боты. Механизм характеризует два основных признака:

1) искусственное происхождение;

2) наличие подвижных частей.

Во всех вопросах кинематики и расчётов машин, где не учитываются силы и энергия, понятие машина и механизм отождествляются.

При анализе механизма используют не реальные чертежи деталей механизма, а его кинематическую схему.

Кинематическая схема механизма – представляет собой абстрактное (услов­ное) изображение механизма, выполненное в виде связанных между собой отрезков пря­мых линий и других условных обозначений.

Детали механизма заменяются их условными изображениями в соответствии с ГОСТ 2770-68. Поскольку движение любого тела может быть охарактеризовано движением отрезка прямой линии с ним связанного, то звенья механизма могут на кинематической схеме изображаться в виде отрезков прямых линий.

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

Содержание статьи

МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ, механические устройства, облегчающие труд и повышающие его производительность. Машины могут быть разной степени сложности – от простой одноколесной тачки до лифтов, автомобилей, печатных, текстильных, вычислительных машин. Энергетические машины преобразуют один вид энергии в другой. Например, генераторы гидроэлектростанции преобразуют механическую энергию падающей воды в электрическую энергию. Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию бензина в тепловую, а затем в механическую энергию движения автомобиля ДВИГАТЕЛЬ ТЕПЛОВОЙ; ТУРБИНА) . Так называемые рабочие машины преобразуют свойства или состояние материалов (металлорежущие станки, транспортные машины) либо информацию (вычислительные машины).

Машины состоят из механизмов (двигательного, передаточного и исполнительного) – многозвенных устройств, передающих и преобразующих силу и движение. Простой механизм, называемый полиспастом (см . БЛОКИ И ПОЛИСПАСТЫ) , увеличивает силу, приложенную к грузу, и за счет этого позволяет вручную поднимать тяжелые предметы. Другие механизмы облегчают работу, увеличивая скорость. Так, велосипедная цепь, входящая в зацепление со звездочкой, преобразует медленное вращение педалей в быстрое вращение заднего колеса. Однако механизмы, увеличивающие скорость, делают это за счет уменьшения силы, а увеличивающие силу – за счет уменьшения скорости. Увеличить одновременно и скорость и силу невозможно. Механизмы могут также просто изменять направление силы. Пример – блок на конце флагштока: чтобы поднять флаг, тянут за шнур вниз. Изменение направления может сочетаться с увеличением силы или скорости. Так, тяжелый груз можно приподнять, нажимая на рычаг вниз.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ

Основной закон.

Хотя механизмы и позволяют получить выигрыш в силе или скорости, возможности такого выигрыша ограничиваются законом сохранения энергии. В применении к машинам и механизмам он гласит: энергия не может ни возникать, ни исчезать, она может быть лишь преобразована в другие виды энергии или в работу. Поэтому на выходе машины или механизма не может оказаться больше энергии, чем на входе. К тому же в реальных машинах часть энергии теряется из-за трения. Поскольку работа может быть превращена в энергию и наоборот, закон сохранения энергии для машин и механизмов можно записать в виде

Работа на входе = Работа на выходе + Потери на трение.

Отсюда видно, в частности, почему невозможна машина типа вечного двигателя: из-за неизбежных потерь энергии на трение она рано или поздно остановится.

Выигрыш в силе или скорости.

Механизмы, как указывалось выше, могут применяться для увеличения силы или скорости. Идеальный, или теоретический, выигрыш в силе или скорости – это коэффициент увеличения силы или скорости, который был бы возможен в отсутствие потерь энергии, обусловленных трением. Идеальный выигрыш на практике недостижим. Реальный выигрыш, например в силе, равен отношению силы (называемой нагрузкой), которую развивает механизм, к силе (называемой усилием), которая прикладывается к механизму.

Механический КПД.

Коэффициентом полезного действия машины называется процентное отношение работы на ее выходе к работе на ее входе. Для механизма КПД равен отношению реального выигрыша к идеальному. КПД рычага может быть очень высоким – до 90% и даже больше. В то же время КПД полиспаста из-за значительного трения и массы движущихся частей обычно не превышает 50%. КПД домкрата может составлять лишь 25% из-за большой площади контакта между винтом и его корпусом, а следовательно, большого трения. Это приблизительно такой же КПД, как у автомобильного двигателя. См . АВТОМОБИЛЬ ЛЕГКОВОЙ.

КПД можно в известных пределах повысить, уменьшив трение за счет смазки и применения подшипников качения.

ПРОСТЕЙШИЕ МЕХАНИЗМЫ

Простейшие механизмы можно найти почти в любых более сложных машинах и механизмах. Их всего шесть: рычаг, блок, дифференциальный ворот, наклонная плоскость, клин и винт. Некоторые авторитетные специалисты утверждают, что на самом деле можно говорить всего лишь о двух простейших механизмах – рычаге и наклонной плоскости, – так как нетрудно показать, что блок и ворот представляют собой варианты рычага, а клин и винт – варианты наклонной плоскости.

Рычаг.

Это жесткий стержень, который может свободно поворачиваться относительно неподвижной точки, называемой точкой опоры. Примером рычага могут служить лом, молоток с расщепом, тачка, метла.

Рычаги бывают трех родов, различающихся взаимным расположением точек приложения нагрузки и усилия и точки опоры (рис. 1). Идеальный выигрыш в силе рычага равен отношению расстояния D E от точки приложения усилия до точки опоры к расстоянию D L от точки приложения нагрузки до точки опоры. Для рычага I рода расстояние D E обычно больше D L , а поэтому идеальный выигрыш в силе больше 1. Для рычага II рода идеальный выигрыш в силе тоже больше единицы. Что же касается рычага III рода, то величина D E для него меньше D L , а стало быть, больше единицы выигрыш в скорости.

Блок.

Это колесо с желобом по окружности для каната или цепи. Блоки применяются в грузоподъемных устройствах. Система блоков и тросов, предназначенная для повышения грузоподъемности, называется полиспастом. Одиночный блок может быть либо с закрепленной осью (уравнительным), либо подвижным (рис. 2). Блок с закрепленной осью действует как рычаг I рода с точкой опоры на его оси. Поскольку плечо усилия равно плечу нагрузки (радиус блока), идеальный выигрыш в силе и скорости равен 1. Подвижный же блок действует как рычаг II рода, поскольку нагрузка расположена между точкой опоры и усилием. Плечо нагрузки (радиус блока) вдвое меньше плеча усилия (диаметр блока). Поэтому для подвижного блока идеальный выигрыш в силе равен 2.

Более простой способ определения идеального выигрыша в силе для блока или системы блоков – по числу параллельных концов каната, удерживающих нагрузку, как это нетрудно сообразить, взглянув на рис. 2.

Уравнительные и подвижные блоки можно сочетать по-разному для увеличения выигрыша в силе. В одной обойме можно установить два, три или большее число блоков, а конец троса можно прикрепить либо к неподвижной, либо к подвижной обойме.

Дифференциальный ворот.

Это, в сущности, два колеса, соединенные вместе и вращающиеся вокруг одной оси (рис. 3), например, колодезный ворот с ручкой.

Дифференциальный ворот может давать выигрыш как в силе, так и в скорости. Это зависит от того, где прилагается усилие, а где – нагрузка, поскольку он действует как рычаг I рода. Точка опоры расположена на закрепленной (фиксированной) оси, а поэтому плечи усилия и нагрузки равны радиусам соответствующих колес. Пример такого устройства для выигрыша в силе – отвертка, а для выигрыша в скорости – шлифовальный круг.

Зубчатые колеса.

Система двух находящихся в зацеплении зубчатых колес, сидящих на валах одинакового диаметра (рис. 4), в какой-то мере аналогична дифференциальному вороту . Скорость вращения колес обратно пропорциональна их диаметру. Если малая ведущая шестерня A (к которой приложено усилие) по диаметру вдвое меньше большого зубчатого колеса B , то она должна вращаться вдвое быстрее. Таким образом, выигрыш в силе такой зубчатой передачи равен 2. Но если точки приложения усилия и нагрузки поменять местами, так что колесо B станет ведущим, то выигрыш в силе будет равен 1/2, а выигрыш в скорости – 2.

Наклонная плоскость.

Наклонная плоскость применяется для перемещения тяжелых предметов на более высокий уровень без их непосредственного поднятия. К таким устройствам относятся пандусы, эскалаторы, обычные лестницы, а также конвейеры (с роликами для уменьшения трения).

Идеальный выигрыш в силе, обеспечиваемый наклонной плоскостью (рис. 5), равен отношению расстояния, на которое перемещается нагрузка, к расстоянию, проходимому точкой приложения усилия. Первое есть длина наклонной плоскости, а второе – высота, на которую поднимается груз. Поскольку гипотенуза больше катета, наклонная плоскость всегда дает выигрыш в силе. Выигрыш тем больше, чем меньше наклон плоскости. Этим объясняется то, что горные автомобильные и железные дороги имеют вид серпантина: чем меньше крутизна дороги, тем легче по ней подниматься.

Клин.

Это, в сущности, сдвоенная наклонная плоскость (рис. 6). Главное его отличие от наклонной плоскости в том, что она обычно неподвижна, и груз под действием усилия движется по ней, а клин вгоняют под нагрузку или в нагрузку. Принцип клина используется в таких инструментах и орудиях, как топор, зубило, нож, гвоздь, швейная игла.

Идеальный выигрыш в силе, даваемый клином, равен отношению его длины к толщине на тупом конце. Реальный выигрыш клина, в отличие от других простейших механизмов, трудно определить. Сопротивление, встречаемое им, непредсказуемо меняется для разных участков его «щек». Из-за большого трения его КПД столь мал, что идеальный выигрыш не имеет особого значения.

Винт.

Резьба винта (рис. 7) – это, в сущности, наклонная плоскость, многократно обернутая вокруг цилиндра. В зависимости от направления подъема наклонной плоскости винтовая резьба может быть левой (A ) или правой (B ). Сопрягающаяся деталь, естественно, должна иметь резьбу такого же направления. Примеры простых устройств с винтовой резьбой – домкрат, болт с гайкой, микрометр, тиски.

Поскольку резьба – наклонная плоскость, она всегда дает выигрыш в силе. Идеальный выигрыш равен отношению расстояния, проходимого точкой приложения усилия за один оборот винта (длины окружности), к расстоянию, проходимому при этом нагрузкой по оси винта. За один оборот нагрузка перемещается на расстояние между двумя соседними витками резьбы (a и b или b и c на рис. 7), которое называется шагом резьбы. Шаг резьбы обычно значительно меньше ее диаметра, так как иначе слишком велико трение.

КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Комбинированный механизм состоит из двух или большего числа простых. Это не обязательно сложное устройство; многие довольно простые механизмы тоже можно считать комбинированными. Например, в мясорубке имеются ворот (ручка), винт (проталкивающий мясо) и клин (нож-резак). Стрелки наручных часов поворачиваются системой зубчатых колес разного диаметра, находящихся в зацеплении друг с другом. Один из наиболее известных несложных комбинированных механизмов – домкрат.

Домкрат (рис. 8) представляет собой комбинацию винта и ворота. Головка винта подпирает нагрузку, а другой его конец входит в резьбовую опору. Усилие прилагается к рукоятке, закрепленной в головке винта. Таким образом, расстояние усилия равно длине окружности, описываемой концом ручки. Длина окружности дается выражением 2p r , где p = 3,14159, а r – радиус окружности, т.е. в данном случае длина ручки. Очевидно, что чем длиннее ручка, тем больше идеальный выигрыш в силе. Расстояние, проходимое нагрузкой за один оборот ручки, равно шагу резьбы. В идеале можно получить очень большой выигрыш в силе, если длинную ручку сочетать с малым шагом резьбы. Поэтому несмотря на малый КПД домкрата (около 25%) он дает большой реальный выигрыш в силе.

Выигрыш в силе, создаваемый комбинированным механизмом, равен произведению выигрышей отдельных механизмов, входящих в его состав. Так, идеальный выигрыш в силе (ИВС) для домкрата равен отношению длины окружности, описываемой ручкой, к шагу резьбы. Для входящего в состав домкрата ворота ИВС равен отношению длины окружности, описываемой ручкой (расстояние усилия), к длине окружности винта (расстояние нагрузки). Для винта домкрата ИВС равен отношению длины окружности винта (расстояния усилия) к шагу резьбы винта (расстоянию нагрузки). Перемножая ИВС отдельных механизмов домкрата, получаем для комбинированного механизма

ИВС = (Окружность ручки/Окружность винта) ґ

(Окружность винта/Шаг резьбы) = (Окружность ручки/Шаг резьбы).

Для более сложных комбинированных механизмов вычислить ИВС труднее. Поэтому для них обычно указывают лишь реальный выигрыш.

механические устройства, облегчающие труд и повышающие его производительность. Машины могут быть разной степени сложности – от простой одноколесной тачки до лифтов, автомобилей, печатных, текстильных, вычислительных машин. Энергетические машины преобразуют один вид энергии в другой. Например, генераторы гидроэлектростанции преобразуют механическую энергию падающей воды в электрическую энергию. Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию бензина в тепловую, а затем в механическую энергию движения автомобиля (см. также ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ; ДВИГАТЕЛЬ ТЕПЛОВОЙ; ТУРБИНА). Так называемые рабочие машины преобразуют свойства или состояние материалов (металлорежущие станки, транспортные машины) либо информацию (вычислительные машины).

Машины состоят из механизмов (двигательного, передаточного и исполнительного) – многозвенных устройств, передающих и преобразующих силу и движение. Простой механизм, называемый полиспастом (см . БЛОКИ И ПОЛИСПАСТЫ), увеличивает силу, приложенную к грузу, и за счет этого позволяет вручную поднимать тяжелые предметы. Другие механизмы облегчают работу, увеличивая скорость. Так, велосипедная цепь, входящая в зацепление со звездочкой, преобразует медленное вращение педалей в быстрое вращение заднего колеса. Однако механизмы, увеличивающие скорость, делают это за счет уменьшения силы, а увеличивающие силу – за счет уменьшения скорости. Увеличить одновременно и скорость и силу невозможно. Механизмы могут также просто изменять направление силы. Пример – блок на конце флагштока: чтобы поднять флаг, тянут за шнур вниз. Изменение направления может сочетаться с увеличением силы или скорости. Так, тяжелый груз можно приподнять, нажимая на рычаг вниз.

Попов С.А. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин . М., 1986