Αργύρης Δέντσορας Επίκουρος Καθηγητής ΔΟΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ. Πανεπιστημιακές Παραδόσεις

Transcript

1 Αργύρης Δέντσορας Επίκουρος Καθηγητής ΔΟΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Πανεπιστημιακές Παραδόσεις ΠΑΤΡΑ 2003

2 ΟΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ i ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1 ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΟΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ 5 Εισαγωγή 5 Κατηγορίες δοµικών µηχανών 6 Μέγεθος δοµικών µηχανών 8 Συντήρηση δοµικών µηχανών 9 Γενική θεωρία των οµικών Μηχανών 10 Χαρακτηριστικά των υλικών 10 Αντιστάσεις κίνησης 12 Αντιστάσεις κύλισης 13 Αντιστάσεις βάρους (κλίση επιφανείας) 14 Αντιστάσεις λόγω της δύναµης του αέρα 15 Συνολική αντίσταση κίνησης 16 Η δύναµη πρόσφυσης 16 Κίνηση, έλξη και ρυµούλκηση στις δοµικές µηχανές 17 Παραγωγικότητα και συντελεστές παραγωγικότητας δοµικής µηχανής 19 Συντελεστής πραγµατικού χρόνου λειτουργίας 20 Συντελεστής υψοµέτρου 20 Συντελεστής συνθηκών εργασίας 23 Συντελεστής οργάνωσης εργοταξίου 23 Συντελεστής παραγωγικότητας 23 Κανονική παραγωγικότητα 24 Πραγµατική παραγωγικότητα 24 Θεωρητική παραγωγικότητα και λειτουργικά χαρακτηριστικά.μ. 24 Χρόνοι λειτουργίας της δοµικής µηχανής 27 ΤΥΠΟΙ ΟΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ Εισαγωγή 31 Σταθεροποιητές εδαφών 33 Σταθεροποίηση εδαφών Υλικά και µέθοδοι 33 Αρχή λειτουργίας και χρήσεις των σταθεροποιητών εδαφών 36 Είδη και λειτουργικά χαρακτηριστικά των σταθεροποιητών 37

3 ii ΟΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Συµπυκνωτές εδαφών 41 Η συµπύκνωση εδαφών 41 Η στατική συµπύκνωση 44 Η δυναµική συµπύκνωση 47 υναµική συµπύκνωση µε κρούσεις 47 υναµική συµπύκνωση µε δονήσεις 48 Αρχές λειτουργίας και υπολογισµοί - Είδη και χρήσεις των συµπυκνωτών 51 Η παραγωγικότητα του συµπυκνωτή 52 Μηχανές στατικής συµπύκνωσης 53 Μηχανές δυναµικής συµπύκνωσης 55 Μηχανές απόξεσης εδαφών 59 Η απόξεση εδαφών 59 Αρχές λειτουργίας και υπολογισµοί - Είδη και χρήσεις των αποξεστών 60 Η παραγωγικότητα του αποξέστη 64 Σταθερός χρόνος 64 Μεταβλητός χρόνος 65 Προωθητές εδαφών 67 Λειτουργική περιγραφή - Χρήσεις των προωθητών εδαφών 67 Τα µέρη του προωθητή 67 Χρήσεις των προωθητών 73 Παραγωγικότητα των προωθητών και αντιστάσεις εκσκαφής και προώθησης 73 Υπολογισµός της παραγωγικότητας 73 Η διάρκεια του κύκλου εργασίας 74 Σταθερός χρόνος 74 Μεταβλητός χρόνος 75 Οι αντιστάσεις λόγω εκσκαφής και προώθησης του εδάφους 75 Φάση εκσκαφής και προωθήσεως 76 Φάση προωθήσεως 77 Φάση επιστροφής 77 Εκσκαφείς 79 Λειτουργικές περιγραφές Είδη και χρήσεις των εκσκαφέων 79 Εισαγωγή 79 Το σύστηµα κίνησης του εκσκαφέα 81 Ερπυστριοφόροι εκσκαφείς 81 Τροχοφόροι εκσκαφείς 82 Το σύστηµα κίνησης του σκάφους 83

4 ΟΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ iii Ο εκσκαπτικός µηχανισµός και το εκσκαπτικό εργαλείο 84 Μηχανισµός µετωπικού φτυαριού (front shovel) 85 Μηχανισµός αντεστραµµένου φτυαριού (backhoe shovel) 86 Άλλοι τύποι εκσκαπτικών µηχανισµών 88 Το σύστηµα στήριξης των τροχοφόρων εκσκαφέων 91 Μέθοδοι και γεωµετρία εκσκαφής Παραγωγικότητα των εκσκαφέων 93 Οι µέθοδοι εκσκαφής 93 Γεωµετρία εκσκαφής Πεδίο λειτουργίας 94 Ικανότητα φόρτωσης του εκσκαφέα 96 Η παραγωγικότητα του εκσκαφέα 98 ιαµορφωτές (Ισοπεδωτές) εδαφών 101 Λειτουργικές περιγραφές Είδη και χρήσεις των διαµορφωτών (ισοπεδωτών) 101 εδαφών Εισαγωγή 101 Τύποι και χρήσεις διαµορφωτών Τα διάφορα συστήµατα 102 Ο κοπτήρας των διαµορφωτών 104 Η παραγωγικότητα του διαµορφωτή εδαφών 106 Φορτωτές 107 Λειτουργικές περιγραφές Είδη και χρήσεις των φορτωτών 107 Εισαγωγή 107 Το σύστηµα κίνησης του φορτωτή 108 Ερπυστριοφόροι φορτωτές 108 Τροχοφόροι φορτωτές 109 Η εκφόρτωση του κάδου 109 Η µετωπική εκφόρτωση Μετωπικοί εκφορτωτές 109 Η εκφόρτωση υπό γωνία Αρθρωτοί (σπαστοί) φορτωτές 111 Ο κάδος του φορτωτή Φορείς και υποδοχείς φορτίων 113 Οι τσάπες φορτωτές 115 Η παραγωγικότητα των φορτωτών 117 Ο βαθµός πλήρωσης του κάδου 117 Χρόνος κύκλου εργασίας φορτωτή 118 Σταθερός χρόνος 118 Μεταβλητός χρόνος 119 Μεταφορικά οχήµατα 121 Λειτουργικές περιγραφές Είδη και χρήσεις των µεταφορικών οχηµάτων 121 Εισαγωγή 121 Το πλαίσιο των µεταφορικών οχηµάτων Αρθρωτά µεταφορικά οχήµατα 122

5 iv ΟΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Ο φορέας του φορτίου (καρότσα) Εκφόρτωση και ανατροπή 124 Η παραγωγικότητα των µεταφορικών οχηµάτων 127 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ - ΠΗΓΕΣ 129

6 ΟΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Πρόλογος Οι δοµικές µηχανές χρησιµοποιούνται κατά την εκτέλεση δοµικών εργασιών και συνεισφέρουν ουσιαστικά στην πρόοδο και την ολοκλήρωση των εργασιών αυτών. Η ανάπτυξη νέων τεχνολογιών στους τοµείς των ηλεκτροµηχανολογικών συστηµάτων και της πληροφορικής έδωσε τεράστια ώθηση στον τοµέα παραγωγής δοµικών µηχανών µε αποτέλεσµα σήµερα να έχουµε στην διάθεσή µας σύγχρονα, παραγωγικά, ασφαλή και κυρίως οικονοµικά δοµικά µηχανήµατα και συστήµατα. Σχήµα 1. Σύγχρονος ερπυστριοφόρος εκσκαφέας και τροχοφόρος φορτωτής της εταιρίας Caterpillar. Η χρήση των δοµικών µηχανών και συστηµάτων αφορά την συντριπτική πλειοψηφία των κατηγοριών των εκτελούµενων δοµικών εργασιών καθώς και την πλειονότητα των εργοταξίων. Στις µέρες µας είναι ιδιαίτερα σπάνιο φαινόµενο η χρήση αποκλειστικά χειρονακτικής εργασίας για την εκτέλεση µιας δοµικής εργασίας. Ακόµη και σε έργα ιδιαίτερα µικρής κλίµακας χρησιµοποιείται σχεδόν

7 2 ΟΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ πάντοτε τουλάχιστον µία δοµική µηχανή που συνεισφέρει σε παραγωγικότητα, τελική ποιότητα και κόστος. Η γενικευµένη χρήση των δοµικών µηχανών είναι πλέον γεγονός και αυτό οφείλεται σε προφανή προσφερόµενα πλεονεκτήµατα όπως η αυξηµένη παραγωγικότητα, η υψηλή τελική ποιότητα, το χαµηλό κόστος κατασκευής, η λειτουργική αξιοπιστία κλπ. Η ανάπτυξη και η εξέλιξη των δοµικών µηχανών είναι συνυφασµένη µε την ανθρώπινη παραγωγική και κατασκευαστική δραστηριότητα. Έτσι, από ιστορική άποψη, οι πρώτες δοµικές µηχανές εµφανίζονται αρκετά νωρίς, έχουν ιδιαίτερα απλή µορφή και χρησιµοποιούνται στα πρώτα δοµικά έργα που επιχειρεί ο άνθρωπος. Η λειτουργία τους βασίζεται στις αρχές της µηχανικής (τροχός, κεκλιµένο επίπεδο, µοχλοί, κλπ.) και χρησιµοποιούν ως πηγές παροχής ισχύος την δύναµη των ανθρώπων και των ζώων 1. Μεγάλη ανάπτυξη κατά την πρώιµη αυτή περίοδο γνωρίζουν οι ανυψωτικές δοµικές µηχανές. Με την πάροδο του χρόνου και την ανάπτυξη της επιστήµης και της τεχνολογίας κατασκευάζονται νέες δοµικές µηχανές που παρέχουν περισσότερες δυνατότητες. Σηµαντικό σηµείο καµπής αποτελεί η εισαγωγή του ατµού στις µηχανές που σηµατοδοτεί, ανάµεσα σε άλλα, το πέρασµα στην βιοµηχανική εποχή. Έτσι κατασκευάζονται ατµοκίνητες δοµικές µηχανές όπως είναι τα ατµοκίνητα µεταφορικά οχήµατα, οι ατµοκίνητοι εκσκαφείς, οι σύνθετες ατµοκίνητες ανυψωτικές διατάξεις κλπ. Η ουσιαστική ώθηση όµως δίνεται όταν αρχίζουν να χρησιµοποιούνται και στις δοµικές µηχανές οι κινητήρες εσωτερικής καύσης που αυξάνουν τροµακτικά την ικανότητά τους, την αυτονοµία και την λειτουργική τους αξιοπιστία. Η εφαρµογή της τεχνολογίας του ηλεκτρισµού και η πρόοδος που συντελείται σε όλη την διάρκεια του 20 ου αιώνα στην ανάπτυξη των υδραυλικών και πνευµατικών συστηµάτων ισχύος επαυξάνουν και επιταχύνουν την εξέλιξη. Σήµερα, οι προαναφερθείσες τεχνολογικές εξελίξεις συµπληρώνονται µε την πρόοδο στον τοµέα της πληροφορικής. Οι σύγχρονες δοµικές µηχανές διαθέτουν πλέον ολοκληρωµένα κυκλώµατα και µικροεπεξεργαστές που ρυθµίζουν την λειτουργία τους, αυξάνουν την κινηµατική και εν γένει λειτουργική τους ακρίβεια, ελέγχουν την κατανοµή ισχύος και διευκολύνουν τις διαδικασίες διάγνωσης βλαβών και προληπτικής συντήρησης. Είναι σίγουρο ότι στο µέλλον θα υπάρξουν και άλλες γενικότερες τεχνολογικές εξελίξεις που θα βρουν την εφαρµογή τους και στον χώρο των δοµικών µηχανών. Οι παρούσες συνοπτικές σηµειώσεις έχουν σαν στόχο την εισαγωγή του φοιτητή στο αντικείµενο των δοµικών µηχανών και την εξοικείωσή του µε αυτό. Ως 1 Η προσπάθεια κατά την περίοδο αυτή επικεντρώνεται στην ανακάλυψη και κατασκευή δοµικών µηχανών που απαιτούν λιγότερο ανθρώπινο ή ζωικό έργο που πάντα όµως αντισταθµίζεται από απώλεια στην απόσταση εφαρµογής της δύναµης

8 ΟΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ 3 σηµειώσεις δεν µπορεί παρά να προσφέρουν µια γενική διαπραγµάτευση του αντικειµένου το οποίο είναι ιδιαίτερα εκτεταµένο. Ταυτόχρονα αποτελούν ένα ερέθισµα και µία πρωτόλεια πηγή αναφοράς για όλους εκείνους που θα ήθελαν να ασχοληθούν σχολαστικότερα πιθανόν λόγω επαγγελµατικής εµπλοκής στο µέλλον. Οι σηµειώσεις είναι χωρισµένες σε δυο µεγάλες ενότητες. Η πρώτη ενότητα αναφέρεται γενικά στα κοινά χαρακτηριστικά των δοµικών µηχανών και επιχειρεί την διατύπωση κάποιων αρχών γενικής ισχύος. Περιλαµβάνει ταξινοµήσεις, κατηγοριοποιήσεις και γενικές αναφορές. Η δεύτερη ενότητα αναφέρεται µέσω ξεχωριστών κεφαλαίων στους επί µέρους τύπους των δοµικών µηχανών και περιλαµβάνει την χρήση, τεχνικά χαρακτηριστικά, ειδικές αναφορές και ειδικούς υπολογισµούς, κλπ.

9 4 ΟΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ