Машины и оборудование для нефтегазовых объектов

Конструктивные схемы  определяют принципиальное устройство — конструкцию машин. Кинематические схемы показывают взаимосвязи элементов механического привода. Схемы гидро- и электроприводов показывают взаимосвязи гидравлических   и   электрических   систем   в приводе. Для составления кинематических и гидравлических схем используют условные обозначения.

Основные части строительных машин (за исключением рабочего оборудования), а также их агрегаты, сборочные единицы и детали имеют много общего. Поэтому в данной главе рассмотрены общие сведения, касающиеся общих частей машин и основных технико-экономических показателей машин.

Автогрейдеры предназначают в основном для производства

планировочных работ и  профилировки земляного полотна  при строительстве автомобильных и железных дорог. Рабочим органом машины является отвал. Изменяют положение отвала в горизонтальной плоскости вращением поворотного круга. Отвал можно также наклонять и выносить в стороны для профилирования откосов при работе на косогорах. Передние колеса автогрейдера могут наклоняться относительно своей оси, что облегчает работу машины на косогорах. Задние мосты машины подвешены к основной раме посредством опорных балансиров и реактивных штанг, передний мост – посредством шкворня, обеспечивающего поворот переднего моста в вертикальной плоскости. Наличие шкворня и балансиров позволяет автогрейдеру плавно передвигаться по неровной местности.

1 – рыхлитель; 2, 5 – гидроцилиндры; 3, 12 – карданные валы; 4 – основная рама; 6 – вал рулевого колеса; 7 – кабина; 8 – двигатель; 9 – радиатор; 10 – задний мост; 11 – сцепление; 13 – коробка перемены передач; 14 – отвал; 15 – поворотный круг; 16 – рама поворотного круга; 17 – цапфа переднего моста; 18 – передний мост

 

Скрепер предназначен для послойной разработки грунта, транспортирования и послойной укладки его в земляное сооружение или отвал с разравниванием. При движении по свежеотсыпанному слою грунта скрепер одновременно частично уплотняет его. Скреперы используют в дорожном, промышленном и гидротехническом строительстве для устройства насыпей из боковых резервов, выемок с перемещением грунта в насыпь, возведения плотин, отрывки котлованов, на вскрышных, мелиоративных и ирригационных работах, в карьерах, подготавливаемых для добычи каменных материалов, и на других земляных работах при послойной разработке грунта. Скреперы могут работать на самых разнообразных грунтах, кроме заболоченных. На влажных глинах и черноземах грунты налипают на стенки ковша скрепера и забивают его. Сыпучий песок также плохо заполняет ковш и плохо выгружается из него.

Лучше всего скреперы работают на непереувлажненных супесях и суглинках, т.к. эти грунты хорошо заполняют ковш, т.е. сверх геометрической или номинальной емкости. Нельзя применять скреперы на грунтах, содержащих

крупные камни. Очень плотные  грунты требуют предварительного рыхления. Скреперами можно разрабатывать грунт до IV категории включительно. Для повышения эффективности работы скреперов с грунтами III…IV категорий их предварительно разрыхляют.

Рис. 7.14. Конструктивная схема полуприцепного скрепера:

1. – тягач; 2 – ведущие колеса; 3 – сцепное устройство; 4 – гидроцилиндры поворота; 5 – гидроцилиндр подъема ковша; 6 – гидросистема; 7 – передок; 8 – заслонка; 9 – ковш и задняя рама; 10 – задняя стенка; 11 – ведомые

колеса; 12 – буферное устройство; 13 – ножи

 

Из широко распространенных конструкций зарубежных машин и  оборудования ударного действия для разработки прочных грунтов можно отметить следующие.

Фирма “Iron of Canada” (Канада) применяет для разработки негабаритных кусков грунта свободное сбрасывание тяжелых снарядов массой до 11 т различной формы со стрел экскаваторов и кранов. Недостатком машин этого вида является трудность их обслуживания, так как при сбрасывании снарядов необходимо точно рассчитать моменты выключения сцепления и торможения. Слишком (раннее торможение может привести к обрыву каната или опрокидыванию базовой машины.

Фирма «Arrow Mfg. Со.» (США) создала машину с падающим молотом для разрушения покрытий и прочных грунтов.

Рабочее оборудование установлено  на пневмоколесном шасси с гид4 рофицированной трансмиссией, что позволяет изменять рабочую cwvi рость перемещения от 0,72 до 1,3 км/ч. Транспортная скорость маши’1 ны достигает 48 км/ч. В качестве рабочих органов применяются тяже^ лые стальные цилиндры, заостренные в нижней части, пробойника с максимальным диаметром до 90 мм.

Схема оборудования показана на рис. 37. На кронштейнах, закрепленных на базовой машине, шарнирно крепится несущая платформа, на которую через  специальные подкладки опирается  Траверса. Осью: эта траверса соединяется  с рамой, которая, в свою очередь, соединена с направляющей рамой. При переводе оборудования в транспортное положение молот стопорится в направляющей специальным устройством, а сама направляющая перемещается в крайнее положение и с помощью гидроцилиндра укладывается сбоку от водителя.

Направляющая может наклоняться  вокруг оси 5 на 9° в обе стороны  и перемещаться в поперечном направлении на расстояние 2,13 м, что позволяет разрабатывать полосу шириной до 2,4 м. Подъем молота массой 450—500 кг осуществляется гидроцилиндром через полиспаст. При максимальной высоте подъема 2,74 м энергия удара составляет около 15 кДж.

Сбоку на машине может устанавливаться  оборудование для забивки свай длиной до 3 м или оборудование для укладки  труб в траншеи.

Фирма «Arrow Construction Со.» (Англия) выпускает машину Д-500, предназначенную для разрушения покрытий, рыхления прочного грун- -та, забивки свай длиной до 1,8 м. Навесное оборудование ударного действия устанавливается на базовое шасси грузового автомобиля о одной ведущей осью, оборудованного дизельным двигателем мощностью 44 кВт.

Оборудование может работать в процессе перемещения базовой  машины. Ходоуменьшитель обеспечивает бесступенчатое регулирование рабочих скоростей в диапазоне от 0 до 7,2 км/ч. Транспортная скорость машины 41,5 км/ч. Машину обслуживает один человек. Управление оборудованием автоматическое.

Направляющая рама (сварная  каркасная) может перемещаться при  помощи гидродвигателя роликовой цепи в поперечном направлении на расстояние 1,72 м и наклоняться в вертикальной поперечной плоскости до 9° в обе стороны от оси.

Перед транспортировкой оборудование укладывается сбоку от водителя. При  поперечном перемещении направляющей рамы квадратная уплотняющая плита  с длиной стороны 30,5 см может уплотнять  с одной стоянки полосу шириной 2,4 м.

Для подъема рабочего оборудования применяется гидроцилиндр с шестикратным полиспастом. Насос гидросистемы приводится в действие непосредственно от коленчатого вала двигателя.

Фирма “Nippon Pneocmatie Mfq. Со.” (Япония) применяет оборудование для разработки покрытий, прочных грунтов, шлака и для забивки свай. В последнем случае конструкция машины немного изменяется.

Оборудование навешивается на стрелу колесного или гусеничного  экскаватора и может применяться с тремя модификациями пневмомо-лотов: УРН-200 (масса 200 кг, расход воздуха 4 м3/мин); УРН-400 (масса 400 кг, расход воздуха 6 м3/мин); УРН-600 (масса 550 кг, расход воздуха 9 м3/мин).

Фирма «Кгирр G. т. 6» (ФРГ) выпускает гидромолоты для различных машин. Например, молот НМ-400 с энергией удара 400 Дж (число ударов в минуту 500) устанавливается на экскаваторе. На рис. 38 показана схема навески молота НМ-400 на рукоять обратной лопаты экскаватора. Молот может поворачиваться относительно оси при помощи гидроцилиндра. За счет гидроцилиндра молот вместе с рукоятью поворачивается вокруг оси, а также прижимается к грунту во время работы. Гидроцилиндрами молот может поворачиваться на 270° вместе с рукоятью и стрелой вокруг оси, параллельной оси машины, и поэтому работает как в вертикальном, так и в горизонтальном положениях. Такая кинематическая схема рабочего оборудования позволяет использовать молот в любой точке зоны действия стрелы.

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет основных параметров технического средства

 

Физико-механические свойства грунтов характеризуются: механическими свойствами    его    компонентов:    прочностью    –    способностью    грунта

сопротивляться разрушению под действием внешних нагрузок; гранулометрическим составом – процентным содержанием по массе частиц различной крупности; плотностью – отношением массы к единице объема (для большинства грунтов – 1,5...2 т/м3); пористостью – отношением объема пор к общему объему грунта (в %); влажностью – процентным содержанием воды в порах грунта; связностью – способностью грунта сопротивляться разделению на отдельные частицы под действием нагрузок; разрыхляемостью – свойством грунта увеличиваться в объеме при постоянстве собственной массы (выражается коэффициентом разрыхления kр = 1,1...1,4); углом естественного откоса – углом у основания конуса, который образуется при отсыпании разрыхленного грунта с некоторой высоты; пластичностью – способностью грунта деформироваться под действием внешних сил и сохранять полученную форму после снятия нагрузки; сжимаемостью – свойством грунтов уменьшаться в объеме под действием внешней нагрузки; сопротивлением сдвигу – сцеплением частиц грунта между собой; коэффициентами трения грунта о сталь (0,55...0,65) и грунта по грунту (0,3...0,5); абразивностью – способностью грунта (породы) интенсивно изнашивать (истирать) взаимодействующие с ним рабочие органы машин; липкостью – способностью грунта прилипать к поверхности рабочих органов.

Режущими элементами рабочих  органов являются зубья или ножи (рис. 7.1, а и б). Основными параметрами ножей являются длина L, угол заострения β, угол резания δ (угол между передней гранью и касательной к траектории движения) и задний угол α (угол между задней гранью и касательной к траектории движения).

Зубья и ножи могут использоваться в сочетании с отвалом и ковшом или самостоятельно. Как самостоятельные рабочие органы зубья используются для рыхления грунта. Рабочими органами этого типа снабжены кирковщики и

рыхлители.

Рис. Рабочие органы землеройных машин:

а – зуб; б – отвал с режущим ножом; в – дисковый нож; г – ковш экскаватора с зубьями и ковш экскаватора с полукруглой режущей кромкой; д – ковш скрепера; е – рабочий орган землеройной машины с роторным рыхлителем.

Ножи в качестве самостоятельных рабочих органов служат для отделения стружки грунта от массива и подачи ее на транспортирующие органы. Примером таких рабочих органов являются дисковые ножи грейдер-элеваторов (рис. 7.1, в) и ножевые системы стругов.

Отвал с ножом служит для вырезания грунта и перемещения его по направлению движения машины или в сторону; отвал с ножом может использоваться для срезания и уборки кустарника, корчевания пней, перемещения валунов и т.п. Отвалами с ножами оборудуются бульдозеры и автогрейдеры.

Отвалы с зубьями применяются в качестве рабочих органов корчевателей. Основными параметрами отвала являются: длина L, высота В,

радиус кривизны r  и угол захвата φ (угол между отвалом  и направлением движения машины в плане).

Ковши. Основными параметрами ковша являются: емкость q, длина L, высота Н и ширина В. Ковши для скреперов (рис. 7.1, д) снабжаются ножами. Ковши для экскаваторов имеют прямую режущую кромку с зубьями или криволинейное днище и выступающую вперед сплошную режущую кромку, что значительно снижает усилие резания (рис. 7.1, г).

На рис. 7.1, е показана схема рабочего органа землеройной машины с рыхлителем  роторного  типа  (фрезой).  Разрыхленный  грунт  подрезается системой ножей по периметру забоя и, обрушиваясь, поступает на ленточный транспортер и перемещается в направлении, показанном стрелкой.

Копание грунта – сложный процесс. Упрощенно процесс копания можно представить следующим образом. При движении рабочий орган воздействует на грунт своей передней кромкой (рис. 7.2, а). Под действием рабочего органа грунт уплотняется и в нем возникают напряжения, увеличивающиеся по мере движения рабочего органа. Когда напряжения в грунте достигают значений, превосходящих сопротивление разрушению, грунт сдвигается по плоскости АА, в которой эти напряжения максимальны.

Рис. 7.2. Схемы процесса копания грунтов:

а – связного средней влажности; б – задернованного; в – песчаного; г и д – схемы сил, действующих на рабочий орган

 

Режущий орган, перемещаясь вперед, воздействует на следующий элемент грунта, и процесс повторяется. Отделенные от массива элементы грунта образуют стружку, которая перемещается по рабочей поверхности режущего органа и, в зависимости от типа рабочего органа, поступает на транспортер, внутрь ковша, или перемещается отвалом вперед и в сторону. Характер процесса копания в большой степени зависит от состава и свойств грунта. Стружка задернованного влажного грунта отрывается от массива в горизонтальной плоскости. Относительных сдвигов элементов грунта в этом случае не происходит, и грунт перемещается по ножу в виде монолитной стружки (рис. 7.2, б). Сухой несвязный грунт (песок) под действием режущего органа выпирает вверх и вперед, накапливается перед ножом и образует так называемую призму волочения (рис. 7.2, в). Призма волочения образуется и при копании связных грунтов, если перемещение срезанной стружки по рабочему органу связано с преодолением значительных сопротивлений, например при проталкивании стружки внутрь ковша скрепера в конце его наполнения.

Во время копания на рабочий орган со стороны грунта действует сила сопротивления грунта копанию, которая рассматривается как сумма реакций