Строительные машины и оборудование

Машины с возвратно-поступательным движением рабочего органа

К этим машинам относятся отбойные молотки, перфораторы, трам­бовки, ножницы, кромкорезы, бороздоделы.

Электромолотки ручные отбойные предназначены для пробивки проемов и отверстий в кирпичных стенах, разборки бетонной клад­ки, пробивки борозд и ниш, а также рыхления твердых слежавших­ся и мерзлых грунтов, разработки котлованов, траншей и колодцев. По принципу преобразования энергии молотки подразделяются на фугальные (электромагнитные) и компрессионно-вакуумные (элек­тромеханические) . В фугальных молотках энергия питания переда­ется на рабочий орган без использования промежуточного преобра­зовательного механизма; боек в них движется под воздействием переменного магнитного поля. В компрессионно-вакуумных молот­ках энергия питания передается на - рабочий орган посредством бойка, пневматически связанного с последовательной работой пру­жины, и воздушной подушки.

Фугальный молоток (рис. 23.17) состоит из пластмассового кор­пуса 7, ударного механизма, узла крепления 3 рабочего инстру­мента и электродвигателя 14. В ударный механизм входят две маг­нитные катушки прямого 5 и обратного 8 хода, получающие им­пульсное питание через диоды в разноименные полупериоды пере­менного тока; боек 6, движущийся возвратно-поступательно по оси катушек и наносящий удары по хвостовику 4 рабочего инструмен­та. Для смягчения ударов бойка при холостом ходе служит буфер­ное устройство, состоящее из массивного буфера 9 и пружины 10. Масса буфера находится в определенном соотношении с массой бойка. Ударный механизм подвешен в корпусе машины на эластич­ных амортизаторах 11. Амортизатором снабжен и узел крепления

Рабочего инструмента. Эти амортизирующие устройства обеспечи­вают надежную вибробезопасность машины. Корпус машины имеет две рукоятки — заднюю 13, в которой расположены выключатель 12, диоды и ввод питающего кабеля, и переднюю 15 с устройством для фиксации рабочего инструмента. Молотки снабжаются ком­плектом сменных рабочих инструментов (пикой 1, переходником 2, трамбующим башмаком 16, шлямбуром 17, зубилом 18) для вы­полнения различных технологических операций.

Электрофугальные молотки развивают энергию удара до 25 Дж при частоте ударов бойка до 50 Гц и потребляемой мощности до 700 Вт. Молотки подключаются в сеть переменного тока нормаль­ной частоты (50 Гц) напряжением 220 В. Масса молотков состав­ляет 6,9 ... 21 кг. Электробезопасность молотков обеспечивается применением двойной изоляции.

Основные узлы электромеханического молотка (рис. 23.18) — пружинно-воздушный ударный механизм и привод, размещен­ные в общем корпусе. Ударный механизм, движущийся воз-" вратно-поступательно в цилиндре 7 ствола 6, включает боек 5 и связанные спиральной пружиной 9 ползун 10 и поршень 8. Между бойком и поршнем создается воздушная подушка. Ползун шар - нирно соединен с шатуном 14 кривошипно-шатунного механизма,

23—5258 345
приводимого в действие от электродвигателя 13 через цилиндриче­ский редуктор 11. При движении поршня вправо в полости между ним и бойком создаётся разрежение и боек под действием вакуума перемещается с нарастающей скоростью вслед за поршнем. При об­ратном ходе поршня скорость бойка падает до нуля в результате давления сжимаемого поршнем воздуха. Под действием образовав­шейся воздушной подушки и упругих сил пружины боек разгоня­ется и ударяет по хвостовику рабочего инструмента 1. Далее цикл повторяется.

В передней части ствола 6 установлены букса 2 с держателем инструмента и амортизатор 3. Молоток работает в ударном режи-

Ме только при нажатии на рабочий инструмент; при прекращении нажатия ма­шина автоматически пере­ходит на холостой ход в ре­зультате вскрытия компен­сационного отверстия 4 в цилиндре 7. Управление молотком осуществляется с помощью центральной 12 и боковой рукояток. Во избе­жание соударений бойка с поршнем на рабочих и пере­ходных режимах в конст-

Тромолотков используют си­стему компенсации утечек

Воздуха из рабочей камеры, что повышает вибробезопасность ма­шины. Кроме того, виброзащита электромеханических молотков до­стигается путем оптимизации рабочего цикла ударного механизма, а также установкой на кривошипе специальных противовесов, обеспечивающих гашение инерционных сил кривошипно-шатунного механизма. Отечественные электромеханические молотки разви­вают энергию удара бойка до 25 Дж при частоте ударов до 50 Г и и потребляемой мощности до 600 Вт. Масса машин до 23 кг.

Электроперфораторы предназначены для бурения отверстий различного диаметра в кирпичной кладке, бетоне, известняке и грунтах средней твердости при выполнении земляных, буровзрыв­ных, железобетонных, бетонных и дорожных работ. Перфораторы работают по принципу ударно-вращательного бурения, который ха­рактеризуется непрерывным вращением инструмента с одновремен­ным приложением статического осевого усилия Рс и ударного им­пульса Ру, возникающего за счет энергии единичного удара по хво­стовику бура (рис. 23.19,г). При этом инструмент движется по сту­пенчатой винтовой линии.

Очистка шпуров от продукта измельчения производится про­
дувкой сжатым воздухом, промывкой или пылеотсосом. Ударно - вращательное бурение позволяет существенно увеличить внедрение инструмента в разрушаемый материал и повысить машинную ско­рость бурения. От электромолотков перфораторы отличаются тем, что кроме ударного узла имеют в своей конструкции механизм вращения рабочего инструмента — бура, сверла и др. Конструкция
23.19,6) через двухступенчатый цилиндрический редуктор 5, кони­ческую передачу и пару цилиндрических шестерен 6.

В настоящее время освоен выпуск универсальных электроперфо­раторов многоцелевого назначения, работающих в четырех режи­мах: ударно-вращательном, ударном, вращательном и режиме вин - товерта, что значительно расширяет область их применения. При работе в ударно-вращательном режиме рабочий инстру­мент 1 (бур) получает вращение от электродвигателя 12 (рис. 23.19,в) через вал-шестерню 13, валик 15, шестерню 16, многодис­ковую фрикционную муфту предельного момента 3 и шестерню 2, насаженную на втулку с внутренним шестигранником, куда встав- Лей ограненный хвостовик бура. Возвратно-поступательное движе­ние инструмента в этом режиме происходит при передаче враще­ния от электродвигателя через цилиндрическую и коническую пере­дачи на кривошип 11. При вращении кривошипа поршень 8 с по­мощью шатуна 9 совершает возвратно-поступательное движение.

Возникающие при этом инерционные силы уравновешиваются дебалансом, закрепленным на кривошипе. При движении поршня в ци­линдре между ним и ударником 6 создаются последовательно разрежение и сжатие в воз­душной рабочей камере 7, которые заставля-

~'"ог 03 ~оч—os <г ют УДаРник повторять движение поршня; при ' ' ' г і этом энергия ударника через промежуточную

Рис. 23.20. График массУ 14 передается на бур. зависимостей | и а2 Работа перфоратора в ударном режиме происходит аналогично описанному выше процессу, однако рабочий инструмент (пика, зубило) имеет круг­лый хвостовик, на который не передается вращение втулки с на­саженной шестерней 2.

При работе во вращательном режиме ударник и промежу­точная масса опускаются вниз и удерживаются ловителем 5; при этом открываются отверстия над ударником для циркуляции воз­духа в рабочей камере и кожухе, что обеспечивает безударный ре­жим работы. Вращение инструмента происходит по ранее описан­ной схеме, однако благодаря укороченному хвостовику не через муфту 3, а через шестерни 2 и 16, что обеспечивает ускоренное (по сравнению с другими режимами) движение сверла.

Работа перфоратора в режиме винтоверта происходит аналогично вращательному режиму, однако благодаря удлиненно­му хвостовику крутящий момент передается через муфту 3, кото­рая обеспечивает тарированный момент затяжки. Виброизоляция оператора при работе машины обеспечивается амортизатором 4, установленным внутри корпуса 10.

Расчет компрессионно-вакуумного ударного механизма перфора­тора. Исходными данными для расчета являются энергия удара 348

Е (Дж) и частота ударов ударника п (мин-1). При заданных Е и п доударная скорость v должна обеспечить минимальные значе­ния вибрации корпуса машины при заданных длине ударного меха­низма и материала ударника (обычно г>=10 ... 15 м/с).

Безразмерная ударная скорость

І=v/(Hm), (23.24)

Где Яо — начальная длина воздушной подушки, м (давление в ра­бочей камере равно атмосферному); со — угловая скорость криво­шипа (рад/с), зависящая от трех безразмерных параметров: 1) av=poF/ (triiHati)2), где F — площадь сечения поршня, м2; р0 — атмосферное давление, Па; mi — масса бойка, кг. В оптимальных условиях ai=0,3 ..„ 0,35; 2) а2=г/Я0, где г — радиус кривоши­па, м (для машин с энергией удара до 10 Дж а2=0,4 ... 0,45, для машин с энергией удара ^10 Дж а2=0,35 ... 0,4); 3) R =—vt/v — коэффициент восстановления скорости ударника, где ит — ско­рость ударника после удара (і?=0,1 ... 0,3).

Для расчетов механизма значение | определяется по графику на рис. 23.20 при принятых ai=0,3 и R=0,3 в функции а2. Далее вычисляют основные конструктивные параметры ударного меха­низма.

Начальная длина воздушной подушки

Яо=і>/(|й)), (23.25)

Где (о — угловая скорость вращения кривошипа (со=яп/30).

Масса ударника

Mi=2Јp/t;2, (23.26)

Где Ер — расчетная энергия удара ударника (Ep=kE, где k — по­правочный коэффициент, £=1,1 ... 1,2).

Площадь сечения поршня определяется из выражения aF— ~аГПНф21ра. Подставив в эту формулу значения mi и Я0, полу­чим

F=oi2Јica/(6opo). (23.27)

Радиус кривошипа

Г=а2Я о=а2и/ (|и). (23.28)

Масса рабочего инструмента

1 +R т. =tn, —1—.

2 1 —R

Формула справедлива при условии l^m2/mi^2,5.

Трамбовки предназначены для уплотнения грунтов в трудно­доступных и стесненных условиях при засыпке пазух фундаментов, вокруг опор, трубопроводов, коллекторов, при устройстве подсыпок под полы, при уплотнении бетонных смесей, а также для планиро­вочных работ небольшого объема. Серийно выпускаемые в настоя­щее время трамбовки оборудованы пружинными ударными меха­низмами и динамическими гасителями колебаний. Такая трамбовка (рис. 23.21) состоит из электродвигателя, редуктора, преобразова­тельного кривошипно-шатунного механизма, ударного механизма пружинного типа, рабочего органа — трамбующего башмака и амортизирующей рукоятки управления.

При работе трамбовки вращение ротора электродвигателя 10 через шестерни 9, 8 и 7 передается на кривошип 5 и шатун 6, соединенный с направляющим стержнем 4. Последний совершает возвратно-поступательное движение, соприкасается со ступенчатым штоком 3, проходящим через отверстия верхнего 14 и нижнего 15 ползунов, между которыми установлена предварительно сжатая пружина. Направляющим элементом для ползунов служит ци­линдр 2, который по отношению к трамбующему башмаку 1 рас­положен с некоторым наклоном вперед, обеспечивающим самопере­движение трамбовки. При движении штока 3 вверх нижний ползун 15 увлекает, за собой башмак и дополнительно деформирует пру­жину, в которой аккумулируется энергия сжатия. При движении штока вниз происходит высвобождение энергии пружины при одно­временном разгоне башмака за счет нажатия верхнего ползуна на пружину сверху. Удар по грунту происходит при положении криво­шипа вблизи нижней мертвой точки, когда башмак обладает макси­мальной скоростью. Для предохранения деталей ударного меха­низма трамбовки от перегрузок между подвижными йолзунами и ступенчатыми штоками установлены амортизаторы.

Привод трамбовки размещен в алюминиевом корпусе 11. Ох­лаждение электродвигателя производится воздухом, продуваемым вентилятором 12. Управление трамбовкой осуществляется рукоят­кой управления 13,, связанной с корпусом шарниром и пружинным - амортизатором. Электробезопасность оператора обеспечивается за­щитно-отключающими устройствами, а виброизоляция — дебалан - сами, навешенными на кривошипных валах. Дебалансы вращают­ся синхронно-сйнфазно, что обеспечивается цилиндрической зубча­той передачей.

Ножницы ручные предназначены для прямолинейной и фасон­ной резки и раскроя листового металла, а также вырубки в нем от­верстий и окон различной конфигурации при выполнении арматур - 'ных, сварочных, кровельных, санитарно-технических, электромон­тажных и гидроизоляционных работ, а также при монтаже метал­лических и сборных железобетонных конструкций. Основным пара­метром ножниц является толщина разрезаемого материала. По конструктивному исполнению режущего инструмента различают но­жевые и вырубные ножницы.

Ножевые ножницы (рис. 23.22) используются для прямоли­нейной и фасонной резки листового проката различных металлов толщиной до 3,5 мм. Рабочим органом являются верхний подвиж­ный 2 и нижний неподвижный 1 ножи, между которыми размеща­ется разрезаемый металл. Подвижный нож прикреплен винтом к ползуну 3, совершающему возвратно-поступательное движение при вращении выходного эксцентрикового вала 4. Вал приводится в движение от электродвигателя 5 через двухступенчатый цилиндри­ческий редуктор 6. Регулировка зазора между ножами произво­дится перемещением неподвижного ножа в плоскости, перпендику­лярной плоскости реза. Сущность резки металла ножевыми нож­ницами заключается в сдвиге металла двумя ножами. Такой спо­соб резки прост и производителен и осуществляется без отходов металла. К недостаткам его относятся образование вмятин, заусен-

Цев, деформация листа, которые приводят к необходимости после­дующей правки и зачистки металла, возникновение вибрационных нагрузок, действующих на оператора, невозможность раскроя ме­талла по малым радиусам (менее 50 ... 60 мм) и внутриконтурной вырезки.

Усилие резания ножевыми ручными ножницами (Н)

Рп=-0,6Ьв'^(1+г^-), (23.29)

Где k — коэффициент, учитывающий состояние рабочих поверх­ностей ножей, толщину разрезаемого листа и прочность разре­заемого материала; <jB — временное сопротивление разрезаемого 352 материала, МПа; h — толщина разрезаемого листа, м; р — угол наклона верхнего ножа ножниц, град; z — коэффициент изгиба (2max=0,95); 6S — относительное удлинение разрезаемого мате­риала.

Производительность ножевых ножниц (м/с)

Где k' — коэффициент, учитывающий степень использования опе­ратором наибольшего усилия подачи машины (&'=0,7 ... 0,9); е — эксцентриситет выходного вала, мм; / — деформация деталей механизма головки, мм (f=l, l); п — число двойных ходов ножа в минуту; р — угол между режущими кромками ножей в верти­кальной плоскости (р=10°).

Вырубные ножницы (рис. 23.23)" состоят из электродвига­теля 6, двухступенчатого редуктора 7, кривошипно-шатуниого ме­ханизма 5, пуансона 3 и матрицы 1. Пуансон, выполненный в ви­де пустотелого цилиндра, прикреплен к ползуну 4 и совершает вместе с ним возвратно-поступательное движенце. Через отвер­стие в пуансоне проходит стержень 2, в нижней части которого закреплена матрица. Верхний конец стержня с помощью устано­вочного винта зажат в неподвижной детали, соединенной с кор­пусом клеммным зажимом. В этих ножницах используется перфо­рационная вырубка (высечка) металла. При этом с помощью пуансона и матрицы происходит следующее одно за другим от­деление металла в виде сегментов или прямоугольников (в зави­симости от формы пуансона и матрицы).

Усилие вырубки ножниц (Н)

PB=kaLlncp, (23.31)

Где k3 — коэффициент, учитывающий затупление рабочего орга­на; L — длина периметра вырубки, м; Н — толщина разрезаемого материала, м; тСр — предел прочности материала на срез, Па.

Кромкорезы предназначены для разделки кромок металла под сварку на деталях и заготовках и применяются при выполнении сварочных и монтажных работ. По конструкции они являются разновидностью вырубных ножниц. Для получения непрерывной фаски на кромкорезе установлен ограничитель подачи. Основны­ми параметрами кромкорезов являются номинальная толщина об­рабатываемого металла и наибольший размер образуемой фаски.

Бороздоделы применяются для выборки пазов и борозд в бе­тоне, железобетоне и кирпичной кладке, а также используются для сверления отверстий и выборки гнезд с помощью сверлиль­ной насадки для шлямбурных резцов. По конструкции бороздо­делы аналогичны прямым шлифовальным машинам, однако в их приводе установлен двухступенчатый редуктор. Рабочим инстру­ментом бороздоделов служат фрезы и алмазные круги. Основ­ным параметром бороздоделов является номинальная ширина и глубина прорезаемого за один проход паза.