ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭКСКАВАТОРАХ

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ

Глава I
§ 1

Классификация и основные части экскаваторов

Экскаваторами называются землеройные машины, предназначенные для копания и перемещения грунта. Все экскаваторы в зависимости от использования рабочего времени для собственно копания грунта делят на две большие группы: непрерывного действия - многоковшовые и периодического (цикличного) действия-одноковшовые. Многоковшовые экскаваторы обе операции - копание грунта и его перемещение - выполняют одновременно; одноковшовые эти операции выполняют последовательно, прерывая копание на время перемещения грунта. Таким образом, рабочее время машины, в течение которого выбирают грунт, и производительность многоковшовых экскаваторов выше, чем одноковшовых. Несмотря на это, одноковшовые экскаваторы распространены шире вследствие их универсальности, т. е. возможности применять их как на земляных, так и на погрузочно-разгрузочных работах в самых тяжелых, в том числе скальных (с предварительным взрыванием), грунтах. Применение многоковшовых экскаваторов ограничено: в основном их используют при рытье траншей и добыче нерудных материалов в карьерах с однородными грунтами без каменных включений.

По способу перемещения экскаваторы бывают сухопутные и плавучие.

По конструкции ходового устройства сухопутные экскаваторы подразделяют на гусеничные, колесные и шагающие (последнее применяют только в одноковшовых экскаваторах). *

По типу применяемого основного (первичного) двигателя современные экскаваторы бывают дизельными или электрическими. Выбор двигателя определяется условиями, в которых будет работать экскаватор. Так, дизели используют на экскаваторах там, где машину нужно сравнительно часто перевозить с места на место, например на строительстве нефте- и газопроводов, железных и шоссейных дорог, гражданском строительстве и т. п.

На экскаваторах, постоянно работающих в одном месте, например в карьерах по добыче нерудных материалов, выгодно применять электродвигатели, которые проще и дешевле в эксплуатации.

По приводу механизмов различают экскаваторы одномоторные, у которых все рабочие механизмы приводятся одним или несколькими двигателями, работающими на один вал, и многомоторные, у которых рабочие механизмы приводятся несколькими двигателями, независимо работающими друг от друга.

В СССР все строительные одноковшовые экскаваторы с механическим приводом выпускают одномоторными. Многомоторный привод применяют на строительных гидравлических экскаваторах.

По типу силовых передач движения от двигателя к рабочим механизмам строительные экскаваторы делятся на механические и гидравлические.

У механических экскаваторов движение передается непосредственно от первичного двигателя ко всем механизмам с помощью валов, шестерен, червячных пар, цепных и других механических передач (механическая трансмиссия).

У гидравлических экскаваторов роль трансмиссии выполняют гидронасос (один или несколько), трубопроводы и гидродвигатели (гидромоторы или гидроцилиндры). В трубопроводах циркулирует рабочая жидкость, передающая энергию от насосов к гидродвигателям, которые приводят рабочие механизмы в движение.

Кроме перечисленных признаков классификации, экскаваторы каждой из групп отличаются друг от друга назначением, размерами и мощностью.

Одноковшовые экскаваторы по назначению делят на три основные группы: строительные универсальные, предназначенные для земляных и погрузочно-разгрузочных работ в строительстве; карьерные - для"работы в карьерах на разработке рудных и угольных месторождений, а также скальных пород; вскрышные - для разработки полезных ископаемых (угля, руды) открытым способом. К последней группе относятся также и мощные шагающие экскаваторы-драглайны, используемые на горных работах для перекидки верхних слоев пород в выработанное пространство, а также на строительстве крупных гидротехнических сооружений.

Кроме этих основных групп выпускают еще специальные экскаваторы, предназначенные для использования в определенных специфических условиях: подземные - для подземной разработки полезных ископаемых при большой мощности пласта, туннельные - для погрузки взорванной породы при проходке туннелей, торфяные - для добычи торфа и др.

В настоящем учебнике описаны выпускаемые отечественной промышленностью наиболее распространенные (массой до 22 т) одноковшовые универсальные строительные экскаваторы.

Одноковшовый экскаватор (рис. 1) состоит из следующих основных частей: ходового устройства 1У поворотной части и рабочего оборудования.

Ходовое устройство воспринимает и передает на основание (грунт)" нагрузки от массы машины и нагрузки, возникающие при работе, а также обеспечивает передвижение экскаватора.

Ходовое устройство экскаваторов бывает следующих типов:

Г - гусеничное с минимально допустимой опорной поверхностью гусениц;

ГУ - гусеничное с увеличенной опорной поверхностью гусениц, предназначенное для работы на грунтах с низкой несущей способностью;

П-"пневмоколесное, позволяющее увеличить мобильность экскаватора, облегчить и ускорить его переброску собственным ходом с одного строительного объекта на другой;

Ш - специальное шасси автомобильного типа, отличающееся от типа П тем, что, кроме двигателя, установленного на поворотной части экскаватора, на шасси установлен более мощный двигатель, обеспечивающий передвижение экскаватора с большой скоростью; ходовое устройство типа Ш имеет прочную и низкую специальную раму, отличающуюся по конструкции от рамы шасси грузового автомобиля;

А - шасси грузового автомобиля;

Тр - тракторное (обычно используют пневмоколесные тракторы).

Поворотная часть состоит из поворотной платформы 2 с механизмами и силовым оборудованием и рабочёго оборудования 3.

Поворотная платформа опирается через специальное роликовое опорно-поворотное устройство на раму ходового устройства и может поворачиваться относительно него в горизонтальной плоскости. Одна и та же поворотная платформа может быть установлена на ходовые устройства различных типов.

В зависимости от угла поворота поворотной платформы в горизонтальной плоскости эскаваторы называют полноповоротными или неполноповоротными.

Поворотная часть полноповоротного экскаватора может вращаться вокруг вертикальной оси на неограниченный угол. У машин этого типа (рис. 2, а) на поворотной платформе установлены двигатель и основные рабочие механизмы, а также /креплено рабочее оборудование.

Неполноповоротными изготовляют лишь небольшие экскаваторы на базе тракторов (рис. 2, 6).

У этих экскаваторов отсутствует поворотная платформа, а рабочее оборудов ние укреплено с помощью поворотной колонки непосредственно на ходовом устройстве, относительно которого оно вращается на ограниченный угол.

1 Схема одноковшового экскаватора:
1 - ходовое устройство,
2 - поворотная платформа,
3 - рабочее оборудование

2 Полноповоротный экскаватор Э-652Б с механическим приводом на гусеничном ходу с гибкой подвеской рабочего оборудования (а) и неполноповоротный экскаватор ЭО-2621А с гидравлическим приводом на базе трактора с жесткой подвеской рабочего оборудования (6)

Рабочим оборудованием называется комплекс узлов экскаватора, содержащий рабочий орган (например, ковш, крюк или грейфер, с помощью которого копают грунт, поднимают груз, захватывают сыпучке и кусковые материалы) и обеспечивающий его действие в зоне работы экскаватора.

Основной рабочий орган экскаватора - ковш - предназначен для копания, удерживания при перемещении и разгрузки грунта или другого материала. Копанием называется одновременное срезание грунта и заполнение им ковша. Срезаемая часть грунта называется стружкой (рис. 3).

По виду конструктивного исполнения рабочего оборудования экскаваторы бывают с гибкой подвеской, жесткой и телескопической стрелой. У экскаваторов с гибкой подвеской стрела, а иногда и рабочий орган (например, ковш) подвешены на канатах, которыми приводятся в действие.

У экскаваторов с жесткой подвеской стрела и остальные элементы рабочего оборудования соединены шарнирно друг с другом и приводятся в действие гидроцилиндрами.

С телескопической стрелой выпускают экскаваторы-планировщики, у которых выдвижение и втягивание стрелы являются рабочими движениями.

Универсальный строительный экскаватор имеет обычно несколько видов рабочего оборудования, которыми он может работать в зависимости от условий эксплуатации. Эти виды рабочего оборудования могут легко заменяться одно другим, поэтому они называются сменными.

Рабочее оборудование с жесткой подвеской (шарнирно-рычажное) и с телескопической стрелой применяют только на гидравлических экскаваторах.

Рабочий орган к рабочему оборудованию также крепят гибкой или жесткой связью. На рис. 4 показаны различные крепления рабочего органа у разных видов рабочего оборудования с гибкой (канатной) подвеской.

Рабочий процесс одноковшового экскаватора состоит из рабочего цикла, г. е. разработки и перемещения грунта, и передвижения экскаватора к забою, после того как с места стоянки экскаватора станет неудобно или невозможно продолжать дальнейшую разработку грунта. Во время передвижения экскаватора работа не производится, поэтому время, затрачиваемое на передвижки, следует максимально сокращать.

Рабочий цикл экскаватора состоит из следующих операций:

1. Собственно копание грунта (срезание грунта и заполнение им ковша).

2. Выведение ковша с грунтом из забоя, чтобы обеспечить возможность беспрепятственного поворота платформы.

3. Перемещение заполненного грунтом ковша к месту разгрузки, для чего или поворачивают платформу с рабочим оборудованием (у полноповоротных), или только рабочее оборудование (у неполноповоротных машин).

4. Разгрузка грунта из ковша в отвал или в транспортное средство.

5. Перемещение ковша (поворот платформы) к забою.

6. Опускание ковша для подготовки к следующей операции копания.

До конца 60-х годов в нашей стране в основном выпускали полноповоротные экскаваторы с механическим приводом и гибкой подвеской рабочего оборудования. В девятой пятилетке (1970-1975 гг.) быстро развивалось производство гидравлических экскаваторов с жесткой подвеской рабочего оборудования (рис. 5-7). Такое расширение выпуска гидравлических экскаваторов определяется целым рядом их конструктивных, технологических и экономических преимуществ по сравнению с экскаваторами с механическим приводом.

Одноковшовые экскаваторы

Экскаватор (от лат. excavato – долблю) - землеройная машина, предназначенная для копания грунта с последующей его выгрузкой в отвал или в какие-либо транспортные средства.

Одноковшовый экскаватор - землеройная машина циклического действия для разработки (копания), перемещения и погрузки грунта.

Рабочим органом является подвижный ковш, закреплённый на стреле, рукояти или канатах. Ковш загружается за счет перемещения относительно разрабатываемого грунта. При этом корпус экскаватора относительно грунта остается неподвижным - тяговое усилие создаётся механизмами экскаватора. Это отличает экскаватор от скрепера и погрузчика, где тяговое усилие при загрузке ковша создаётся перемещением корпуса машины.

Одноковшовый экскаватор - наиболее распространённый тип землеройных машин, применяемых в строительстве и добыче полезных ископаемых.

Экскаваторы пришли на смену землекопам, механизировали их трудоемкий ручной труд и значительно повысили производительность земляных работ. Вместимость ковшей современных строительных экскаваторов может достигать 2-4 м.

Экскаваторы предназначены :

Для разработки выемок и насыпей;

Для рытья котлованов, каналов, траншей;

При сооружении дамб и расчистке территорий,

На вскрышных работах и в карьерах,

При перегрузке сыпучих строительных материалов

При планировочных работах и во многих других случаях.

Каждый вид работы требует применения оборудования, приспособленного для этого экскаватора и предназначенного для каждого конкретного случа

Применение . Область их применения в строительстве практически не ограничена. Там, где есть доступ для этой машины, земляные работы будут выполнены с высоким темпом и качеством.

Для каких конкретно работ предназначены экскаваторы? Их можно использовать при рытье котлованов, каналов, траншей, разработке выемок и насыпей, сооружении дамб и расчистке территорий, на вскрышных работах и в карьерах, при перегрузке сыпучих строительных материалов и планировочных работах и во многих других случаях.

Экскаваторы могут вести разработку грунта как выше уровня площадки, на которой они стоят, так и ниже этого уровня. Они могут действовать в стесненных условиях и разрабатывать грунт под слоем воды, выгружать выкопанный грунт в транспортные средства и отсыпать его на значительное расстояние от места копания в отвал, могут окончательно отделывать уклон и поверхность стенок траншей и котлованов, а также с достаточной точностью планировать горизонтальную поверхность строительной площадки или дна траншей и котлованов.

Очевидно, что каждый вид работы требует применения приспособленных для этого экскаваторов и предназначенного для каждого конкретного случая рабочего оборудования.

Однаковшовые экскаваторы получили большее распространение в строительстве, чем многоковшовые, в связи с тем, что обладают большей универсальностью.

Универсальность - это способность экскаватора выполнять разнообразные земляные работы, начиная от сооружения траншей, котлованов, каналов и кончая отсыпкой насыпей и дамб, а также вести погрузочно-разгрузочные работы. Конечно, все это экскаватор может выполнять только с помощью различного сменного рабочего оборудования.

Классификация. Одноковшовые экскаваторы классифицируются по типу шасси, типу привода, типу рабочего оборудования, возможности поворота рабочего оборудования относительно опорной поверхности.

- По возможности поворота рабочего оборудования относительно опорной поверхности

а). Полноповоротные

Рис.Схема полноповоротного экскаватора

Рабочее оборудование, приводы, кабина машиниста и двигатель устанавливаются на поворотной платформе, которая в свою очередь устанавливается на шасси посредством опорно-поворотного устройства (ОПУ), и может поворачиваться относительно него в любую сторону на любой угол. Части гидросистемы шасси и поворотной платформы полноповоротных экскаваторов соединены с применением коллектора, что позволяет производить неограниченное количество полных оборотов в одну сторону.

б). Неполноповоротные

Рис. Схема неполноповоротного экскаватора

на шасси колесного трактора:

1. Рама экскаватора, закрепленная на тракторе;

2. Поворотная колонка;

3. Стрела;

4. Рукоять;

5. Гидроцилиндр привода стрелы;

6. Гидроцилиндр привода рукояти;

7. Гидроцилиндр привода ковша;

9. Вариант установки ковша в положение обратной лопаты;

10. Сменный грузовой крюк;

11. Бульдозерный отвал;

12. Выносные опоры.

Рабочее оборудование закрепляется на шасси с помощью поворотной колонки. На многих машинах подобного типа поворотная колонка монтируется на поперечных направляющих, что позволяет перемещать ее вместе с рабочим оборудованием вправо-влево с последующей жесткой фиксацией для более удобного положения рабочего оборудования. Поворот рабочего оборудования осуществляется на угол 45-90 градусов от начального положения. Двигатель, механизмы, кабина машиниста размещены на неповоротном шасси. В настоящее время неполноповоротными выполняются экскаваторы, навешиваемые на тракторы.

- По типу шасси

а). Навешиваемые на тракторы

Рис. Экскаватор, навешенный на трактор «Беларусь».

Рис. Тракторный экскаватор зарубежного производства.

В качестве базового шасси используется трактор, чаще всего колёсный. Неполноповоротное экскаваторное оборудование устанавливается сзади (реже сбоку) трактора, на специальной раме. Наиболее распространенными являются экскаваторы, навешиваемые на тракторы класса 1,4. Характерный объём ковша - 0,2-0,5 м³. Применяются для выполнения небольших землеройных или погрузочных работ, чаще всего при ремонте инженерных сетей. Конструкция рабочего оборудования позволяет оперативно переставлять ковш для работы прямой или обратной лопатой. Ковш может заменяться грейфером, грузовыми вилами или крюком. Для привода используется двигатель базового трактора. Привод рабочего оборудования гидравлический. Благодаря относительно высокой скорости хода могут оперативно прибывать к месту выполнения работ, расположенных на расстоянии 20-30 км от места базирования. Трактор с навешенным экскаваторным оборудованием может использоваться также для выполнения транспортных и бульдозерных работ.

б). На автомобильном шасси

Рис. Экскаватор ЭОВ-4421 (Кирасир) на шасси КрАЗ-255.

Рис. Экскватор UDS на шасси Татра-141

В качестве базового шасси используется грузовой автомобиль, чаще всего повышенной проходимости. Обладают высокой скоростью перемещения. Применяются в случаях, когда требуется высокая мобильность: в военном деле (инженерные войска, дорожные войска), при выполнении спасательных операций, при строительстве дорог, очистке каналов. Рабочее оборудование - преимущественно - обратная лопата. Выпускаются экскаваторы с телескопической стрелой и поворотным ковшом, позволяющим оперативно переходить от прямой лопаты к обратной. Для привода может использоваться как двигатель базового автомобиля, так и отдельный двигатель, установленный на поворотной платформе.

в). Пневмоколёсные

Рис. Современный пневмоколёсный экскаватор

с гидравлическим приводом.

Рис. Пневмоколёсный экскаватор 50-х - 60-х годов с канатным приводом

Экскаваторы имеют собственное специальное шасси, опирающееся на колёса с пневматическими шинами. Выполняются чаще всего полноповоротными. Для повышения устойчивости и предотвращения сползания при загрузке ковша имеют выносные опоры. Имеют скорость хода до 30 км/ч. Могут буксироваться грузовыми автомобилями со скоростью до 40 км/ч. Проходимость по слабым грунтам ограниченная. Выпускаются в широком диапазоне размерных групп - от микроэкскаваторов с объемом ковша 0,04 м³ до тяжёлых колёсных экскаваторов - с объёмом ковша до 1,5 м³ . В связи со спецификой выполняемых работ: разработка котлованов, траншей, планировочные работы - рабочее оборудование - преимущественно обратная лопата. Могут использоваться с грейфером, челюстным захватом, гидравлическим молотом для рыхления грунта. Получили широкое распространение при выполнении различных видов строительных и ремонтных работ.

Привод колёс шасси может осуществляться как от двигателя рабочего оборудования через механические или гидравлические передачи (гидромоторы), так и от отдельного двигателя.

г). Гусеничные

Рис. Современный гусеничный экскаватор

Рис. Экскаватор DEMAG Bagger - один из самых крупных в своем классе

Экскаваторы имеют собственное специальное шасси с гусеничным движителем. Выполняются полноповоротными. Обладают высокой проходимостью и малым удельным давлением на грунт при большой массе. Могут работать на слабых и переувлажнённых грунтах, в том числе на торфоразработках. Имеют скорость хода 2-15 км/ч. К месту работ перевозятся тягачами на специальных тралах.

Рабочий диапазон объёмов ковша весьма широк: от миниэкскаваторов с объёмом ковша 0,04 м³ до карьерных с объёмом ковша 10 м³ . Имеются также особо тяжёлые карьерные гусеничные экскаваторы с объёмом ковша 26 м³ производства фирмы DEMAG (Германия).

Рабочее оборудование: прямая лопата, обратная лопата, драглайн. Может использоваться с грейфером, челюстным захватом, гидравлическим молотом для рыхления грунта. Получили широкое распространение в строительстве и при добыче полезных ископаемых. Ряд моделей гусеничных и пневмоколёсных экскаваторов имеют унифицированную поворотную платформу и рабочее оборудование.

Д). Шагающие. Шага́ющий экскава́тор - экскаватор на шагающем ходу, обычно с оборудованием драглайна. Применение гидравлического шагающего (в отличие от гусеничного) движителя позволяет снизить нагрузку на грунт (масса машин может достигать сотен и даже тысяч тонн) и повысить надёжность.

Рис. Шагающий экскаватор:

а – общий вид; б – вид ходового устройства.

Поворотная платформа с оборудованием шагающего экскаватора установлена на опорной плите. С поворотной платформой связаны лапы, которые при работе экскаватора подняты (не касаются грунта). При передвижении экскаватора лапы опираются на грунт. При этом опорная плита отрывается от грунта. Экскаватор передвигается на один шаг вперед (для некоторых моделей возможно движение назад). После этого лапы поднимаются и возвращаются в исходное положение. На шагающем ходу выпускают крупные карьерные экскаваторы с объёмом ковша 15 м³ - 40 м³ и вылетом стрелы до 65 м - 150 м . Рабочее оборудование - драглайн. Шагающими экскаваторами выполняются вскрышные работы (расчистка залежей полезных ископаемых от пустой породы), а также добыча полезных ископаемых и перемещение их в отвал (высотой до 40 м ). Погрузка полезных ископаемых шагающими экскаваторами в транспортные средства осуществляться не может.

е). Железнодорожные.

В качестве шасси экскаватора используется железнодорожная платформа. Применяются для ремонтных работ на железной дороге. Имеют объём ковша до 4 м³. Поворотная платформа и оборудование часто унифицировано с гусеничными экскаваторами.

ж). Плавучие.

Рис. Плавучий одноковшовый экскаватор - земснаряд.

Рабочее оборудование (драглайн или грейферное) установлено на понтоне. Применяются для погрузочно-разгрузочных работ, добычи песка, гравия из водоемов, дноочистительных и дноуглубительных работ. От плавучих кранов, оборудованных грейферами, плавучие экскаваторы отличаются меньшей высотой и упрощённой конструкцией стрелы.

По типу двигателя.

а). Паровые экскаваторы - в качестве двигателя используется паровая машина. Были распространены в начале 20-го века. В настоящее время не выпускаются. Моментно-скоростные характеристики паровой машины и рабочего оборудования экскаватора хорошо согласовываются, что упрощает механические передачи.

Рис. Паровой экскаватор.

б). Экскаваторы с двигателями внутреннего сгорания - наиболее распространённый тип. Экскаватор имеет собственный двигатель, чаще всего дизельный. Это обеспечивает автономность работы. Диапазон мощности двигателей, устанавливаемых на современные экскаваторы весьма широк (см. размерные группы).

Моментно-скоростные характеристики двигателя внутреннего сгорания и рабочего оборудования экскаватора несогласованы. Это требует применения на механических экскаваторах согласующих передач (редукторов, гидротрансформаторов). У гидравлических экскаваторов согласование обеспечивается гидравлическими передачами.

в). Электрические экскаваторы - для привода рабочего оборудования используеются электрические двигатели, получающие энергию от внешней сети или от собственного дизель-электрического агрегата. Электрический привод с питанием от внешней сети применяется для карьерных экскаваторов. Такие экскаваторы экономичны и не загрязняют атмосферу карьера. Электрический привод с питанием от собственного дизель-электрического агрегата применяется в плавучих экскаваторах.

г). Экскаваторы, работающие во взрывоопасной среде (в шахтах) первичного двигателя не имеют. Их гидравлическое оборудование питается жидкостью высокого давления от внешней маслостанции.

По типу механических передач (приводов рабочего оборудования):

а). С групповым механическим канатным приводом (механические);

Лебёдки механического экскаватора.

Тяговое усилие к рабочим органам передаётся посредством канатов (или цепей), движимых лебёдками. Привод лебёдок осуществляется от двигателя экскаватора посредством механических передач (зубчатых, цепных, фрикционных, червячных).

Универсальный экскаватор с механическим приводом оборудуется трехбарабанной лебёдкой. Стреловой барабан лебёдки используется для привода (подъёма и опускания) стрелы. Подъёмный барабан используется для подъёма ковша (или возврата рукояти при работе обратной лопатой). Тяговый барабан используется для подтягивания ковша к экскаватору (при работе драглайном, обратной лопатой). При работе прямой лопатой тяговый барабан связан с механизмом напора рукояти.

Механический канатный привод широко применялся на экскаваторах в прошлом. В современных моделях его применение сокращается по следующим причинам:

Экскаваторы с механическим канатным приводом имеют сложную конструкцию и содержат большое число быстроизнашивающихся изделий (накладки фрикционов, ленты тормозов, канаты).

Канатный привод обеспечивает ограниченное число независимых перемещений элементов рабочего оборудования;

Канатный привод технически сложно сделать автоматизированным;

Канатный привод не обеспечивает полной фиксации элементов рабочего оборудования в заданном положении.

На современных моделях канатный механический привод применяется только для драглайна или грейфера.

Рис. Лебёдки механического экскаватора

б). С индивидуальным электрическим приводом лебедок (электромеханические);

Тяговое усилие к рабочим органам передаётся посредством канатов (или цепей), движимых лебёдками. Привод каждой лебёдки и вспомогательных механизмов осуществлется индивидуальным электрическим двигателем. Такой привод применяется на тяжелых карьерных (в том числе и шагающих) и промышленных экскаваторах.

в). С гидравлическим приводом;

В экскаваторах с гидравлическим приводом (гидравлические экскаваторы) усилие на элементах рабочего оборудования создается гидроцилиндрами и гидродвигателями. Двигатель экскаватора приводит во вращение гидравлический насос, создающий давление рабочей жидкости в напорной магистрали гидросистемы. Через систему гидрораспределителей полости гидроцилиндров (гидродвигателей) соединяются с рабочей или сливной магистралями гидросистемы, что обеспечивает перемещение рабочего оборудования. В нейтральном положении (при запертых полостях гидроцилиндров) положение рабочего оборудования фиксируется. Для транспортировки экскаватора с помощью буксира предусмотрена возможность перевода гидроцилиндра стрелы и гидромотора механизма поворота в нейтральный транспортный ("плавающий") режим.

Индексация .

Стуктура индекса одноковшовых универсальных экскаваторов.

В числителе указаны маса экскаваторов, навесных на тракторе.

Технические характеристики.

Таблица 1

Основные характеристики одноковшовых универсальных экскаваторов 2–4-й размерных групп

Устройство. Экскаватор может быть различного конструктивного исполнения, в зависимости от предназначения.

Рабочее оборудование – это узлы машины, при помощи которых экскаватор непосредственно копает грунт (ковш, стрела, рукоять с системой их привода). В этих случаях также играет определенную роль тип ходовой части машин: снабжен ли экскаватор гусеничным ходом или имеет он пневмоколесную ходовую часть, позволяющую быстро перемещать машину с объекта на объект. Также важна возможность поворота рабочего оборудования или, иными словами, наличие у них поворотной платформы, которая создает широкие возможности для выгрузки грунта и прочих работ. Соответственно, особенности конкретных видов земляных работ, которые необходимо выполнить экскаватору, применение экскаваторов с определенным рабочим оборудованием, ходовой частью и типом его привода.

Рис.а. Рабочее оборудование экскаватора - обратная лопата:

1 – поворотная рама; 2 – кабина машиниста; 3 и 4 – нижняя основная и верхняя удлиняющая части стрелы; 5 и 6 – гидроцилиндры рукояти и ковша; 7 – рукоять; 8 – рычаг ковша; 9 – ковш; 10 – тяга; 11 – гидроцилиндр стрелы; 12 – стрела;

Рис.б. Рабочее оборудование экскаватора – прямая лопата:

1 – стрела; 2 – рукоять; 3 – тяга; 4 – зуб ковша; 5 – ковш; 6 – петля днища ковша; 7 -10 - гидроцилиндры; I - II – положение ковша прикопании.

Д о п о л н и т е л ь н о

Рабочее оборудование одноковшового экскаватора.

Рабочее оборудование одноковшовых экскаваторов - совокупность рабочего оборудования одноковшового экскаватора.

Базовая машина одноковшового экскаватора обеспечивает функционирование различного рабочего оборудования. Последнее может выполняться сменным. Рабочее оборудование для копания грунта называют основным, а рабочее оборудование для выполнения других операций - дополнительным.

Основное рабочее оборудование.

А). Прямая лопата

Рис. Схема рабочего цикла гидравлического экскаватора с прямой лопатой.

Рис. Карьерный экскаватор с прямой лопатой и канатным приводом.

Прямая лопата - основное рабочее оборудование для разработки (копания) грунта выше уровня стоянки экскаватора. Ковш прямой лопаты закреплен на рукояти. Рукоять в свою очередь шарнироно закреплена на стреле. Стрела шарнирно закреплена на поворотной платформе машины. У гидравлических экскаваторов ковш на рукояти закреплён подвижно - разгрузка ковша обеспечивается его опрокидыванием с помощью гидроцилиндра. У механических экскаваторов положение ковша относительно рукояти в процессе работы не меняется - разгрузка ковша выполняется при открывании его днища. Копают грунт в направлении от экскаватора. Прямая лопата обеспечивает наибольшее усилие копания и наибольшую производительность (за счёт минимального количества операций в одном цикле копания). Применяется для добычи полезных ископаемых и погрузочных работ.

Рабочий цикл экскаватора с прямой лопатой состоит из следующих операций:

Поворот платформы - по окончании загрузки ковша выполняется поворот платформы с рабочим оборудованием экскаватора. Ковш перемещается к месту разгрузки. Его положение относительно поворотной платформы машины не изменяется.

Подъём стрелы - перед разгрузкой ковша выполнятеся подъём стрелы экскаватора для увеличения погрузочной высоты.

Разгрузка ковша - на гидравлических экскаваторах осуществляется поворотом ковша относительно рукояти (опрокидыванием). На механических экскаваторах выполняется открывание днища ковша.

Б). Обратная лопата

Рис. Схема работы гидравлического экскаватора с обратной лопатой

Обратная лопата - основное рабочее оборудование для разработки (копания) грунта ниже уровня стоянки экскаватора. Применяется при копании котлованов, траншей, при планировании откосов и отсыпке насыпей. Может применяться для погрузочных работ. При работе обратной лопатой грунт копают в направлении к экскаватору. Гидравлические экскаваторы с обратной лопатой могут разрабатывать грунт и выше уровня своей стоянки, правда с меньшей эффективностью чем прямая лопата.

В зависимости от типа применяемых приводов рабочий цикл обратной лопаты различаются.

Для гидравлических экскаваторов с независимым приводом стрелы, ковша и рукояти:

а). Заглубление стрелы в котлован с одновременным позиционированием рукояти;

в). Выглубление стрелы с одновременным разворотом рукояти и поворотом ковша для предотвращения высыпания грунта.

д). Разгрузка ковша его поворотом относительно рукояти.

Для механических экскаваторов с двухканатным приводом рукояти, зависимым положением стрелы и фиксированным положением ковша:

а). Заглубление стрелы и рукояти в котлован (выполняется растормаживанием подъемного каната);

в). Выглубление стрелы и рукояти из котлована (выполняется натяжением подъемного каната при натянутом и заторможенном тяговом канате);

г). Поворот платформы с рабочим оборудованием;

д). Разгрузка ковша поворотом рукояти относительно стрелы в направлении от экскаватора (выполняется натяжением подъемного каната при одновременном разматывании тягового каната).

Обратная лопата является наиболее универсальным рабочим оборудованием. Обеспечивает высокую точность позиционирования ковша, как относительно грунта, так и относительно транспортного средства, в которое производится погрузка грунта.

В). Экскаваторы с ротатором ковша.

Ряд моделей экскаваторов, например UDS-114 (производства Чехословакии), оснащается устройством переворота ковша (ротатором), позволяющим оперативно переходить из режима прямой лопаты в режим обратной лопаты.

Г). Планировщик откосов.

Разновидность обратной лопаты, предназначенной для планирования откосов в дорожном, мелиоративном и ландшафтном строительстве. Планировшик откосов обеспечивает перемещение режущей кромки ковша относительно грунта по прямой, направленной под заданным углом к горизонту. Для этого на гидравлический экскаватор устанавливается система автоматизированная управления (гидравлическая или электронная), обеспечивающая согласованное движение стрелы, рукояти и ковша. В качестве планировщика откосов нашли применение экскаваторы с телескопической стрелой.

Струг также используется для планировочных работ. Устанавливается на механические экскаваторы. Предлставляет собой стрелу, по которой канатом перемещается тележка, с закреплённым на ней ковшом. Угол планирования определяется углом наклона стрелы. Накравление копания стругом можно изменять перестановкой ковша относительно тележки.

Е). Драглайн.

Драглайн - рабочее оборудование с ковшом, гибко подвешенным на канатах. Применяется для разработки грунта ниже уровня стоянки экскаватора. Грунт копают в направлении к экскаватору. Применяется при разработке котлованов, отсыпки насыпей, добычи полезных ископаемых, дноуглубительных работ на водоёмах.

Драглайн имеет наибольшие радиус и глубину копания, а также наибольшую погрузочную высоту по сравнению с другими типами рабочего оборудования.

Для работы с драглайном гидравлического экскаватора на него устанавливают двухбарабанную главную лебедку с приводом от гидросистемы.

Переоборудования базовой машины механического экскаватора при работе драглайном не требуется.

Ж). Грейфер.

Грейфер используется для разработки узких глубоких котлованов (колодцев), выполнения погрузочно-разгрузочных работ. Грейферами могут оборудоваться как гидравлические, так и механические экскаваторы.

У гидравлических экскаваторов грейфер закрепляется на рукояти вместо ковша и имеет гидравлический привод челюстей. Грейфер может закрепляться и на напорной штанге, обеспечивающей его заглубление в котлован на 6 метров (для экскаваторов, выпускаемых в СНГ) и более. Напорная штанга представляет собой телескопическую стрелу, монтируемую на экскаватор вместо рукояти.

У механических экскаваторов грейфер подвешивается на канатах.

Рис. Двухчелюстный грейфер

Рис. Экскаватор с грейфером

З). Дополнительное рабочее оборудование:

Рыхлитель;

Рис. Экскаватор KOMATSU с рыхлителем

Сменное рабочее оборудование, предназначенное для рыхления твёрдого (мёрзлого) грунта, разрушения строительных конструкций, асфальто-бетонного покрытия.

Рыхлитель для механических экскаваторов представляет собой монолитный стальной груз, нижняя часть которого выполнена клинообразной или пикообразной. Подвешивается на канате. При работе рыхлитель поднимается за счёт натяжения каната на высоту порядка 3-6 метров и свободно падает на грунт (при расторможенном канате). Масса клинового рыхлителя в зависимости от размерной группы экскаватора составляет 0,5 - 6 т.

На гидравлических экскаваторах устанавливается молот-рыхлитель с гидравлическим приводом. Принцип его действия аналогичен отбойному молотку. Монтируется на вместо ковша.

В качестве рыхлителя может применяться дизель-молот, монтируемый на стреле экскаватора.

Свайный копёр;

Рис. Экскаватор со свайным копром

Подъёмный кран;

В связи с тем, что базовая машина экскаватора и подъёмного крана имеют сходную конструкцию - ряд моделей экскаваторов может комплектоваться крановым оборудованием. Так как скорость вертикального перемещения груза у крана должна быть в несколько раз меньше чем скорость подъёма ковша экскаватора, подъёмный канат запасовывают через полиспаст.

Манипулятор;

Рис. Экскаватор CATERPILAR с манипулятором осуществляет демонтажные работы с помощью ножниц для резки железобетона

Манипулятор представляет собой захват, монтируемый вместо ковша, используемый при монтажных и демонтажных работах. В настоящее время ряд фирм в России и за рубежом выпускает специальные машины-манипуляторы на базе одноковшовых экскаваторов. Такие машины имеют больший, чем у экскаваторов вылет стрелы и более сложную гидравлическую систему, обеспечивающую позиционирование захвата в трех плоскостях.

Корчеватель пней;

Экскаватор с гидравлической дробилкой;

Рис.Экскаватор с гидравлической дробилкой

Одноковшовые экскаваторы могут использоваться для корчевания пней. На гидравлических экскаваторах для этой цели вместо ковша устанавливается челюстный захват (см. статью грейфер). Для корчевании захват подводят к пню, разводят челюсти, заглубляют их в грунт, под корневую систему пня. Далее сводят челюсти захвата и, подъёмом стрелы, выдергивают пень. Всем этим процессом управляет один машинист.

При корчевании пней механическими экскаваторами к тяговому и подъёмному канатам прицепляется специальный якорь. Машинист экскаватора подводит якорь к пню, а помощник вручную заглубляет лапу якоря под корень пня. После этого осуществляется натяжение тягового каната при ослабленном подъемном, при этом якорь зацепляется за пень. Одновременным натяжением двух канатов происходит вырывание пня.

Работа. Одноковшовые экскаваторы (их называют иногда экскаваторами цикличного действия) все операции по копанию грунта, его перемещению и выгрузке выполняют последовательно и циклично: сначала заполняют ковш грунтом, затем поворачивают загруженный ковш, в конце поворота выгружают грунт из ковша (в отвал или транспортные средства) и, наконец, возвращают порожний ковш в начальное положение для загрузки. Далее этот цикл операций повторяется.

Многоковшовые экскаваторы (их называют также экскаваторами непрерывного действия) выполняют все рабочие операции по копанию, перемещению и выгрузке грунта одновременно. Пока часть ковшей или ножей режет грунт, другие перемещают его, а третьи - выгружают. При работе этих машин нет ярко выраженного повторяющегося цикла рабочих операций.

Однаковшовые экскаваторы получили большее распространение в стро-

ительстве, чем многоковшовые, в связи с тем, что обладают большей универсальностью. Универсальность – это способность экскаватора выполнять разнообразные земляные работы, начиная от сооружения траншей, котлованов, каналов и кончая отсыпкой насыпей и дамб, а также вести погрузочно-разгрузочные работы. Конечно, все это экскаватор может выполнять только с помощью различного сменного рабочего оборудования.

Рабочую зону экскаватора, включая место стоянки транспортных средств, называют забоем , перемещение экскаватора при разработке грунта - проходкой . Забои бывают:

Лобовыми (при применении обратной лопаты - торцевыми),

И боковыми.

Проходки бывают:

Продольными,

И поперечными.

В зависимости от количества проходок по высоте выемки различают одно -, двух - и трехъярусную разработку грунта.

Рабочий цикл экскаватора имеет пять основных операций:

1.набор грунта;

2.перемещение ковша;

3.разгрузка ковша в отвал или транспортное средство;

4.обратный поворот для набора грунта;

5. опускание ковша для последующего набора грунта.

Для уменьшения времени цикла экскаваторщики при нагрузке грунта в транспортное средство совмещают четвертую и пятую операции, при отсыпании грунта в отвал - вторую и третью.

Производительность экскаватора и других землеройных и землеройно-транспортных машин можно повысить в результате следующих мероприятий:

Сокращение цикла экскавации;

Совмещая рабочие операции;

Уменьшая угол поворота стрелы при разгрузке;

Разрыхляя грунт в период перерывов в подаче транспорта и т.д.;

Увеличение объема грунта, разрабатываемого за один цикл;

В случае применения ковшей повышенной вместимости, более полного их заполнения ("с шапкой") и т.д.;

Увеличение коэффициента Кв в процессе сокращения простоев (своевременное проведение профилактических работ, представление фронта работ, доставка горюче-смазочных материалов и др.).

Производство работ экскаваторами.

Рис. Схемі забоев єкскаватора с прямой лопатой:

а – лобовой забой; б – боковой забой.

Рис. Схема для расчётов размеров забоя экскаватора с прямой лопатой:

О – точка стояния экскаватоа для разработки элемента забоя; О 1 – стоянка экскаватора после перемещения на величину l n /

Таблица 2

Рис.Схемы размещения продольных проходок в выемке:

а – лучеобразная; б – параллельная; в – комбинированная (ломанная);

1 – пионерная траншея; 2, 3, 4, 5, 6, 7 – проходки.

Рис. Разбивка поперечного сечения выемки на проходки:

1 – ось движения экскаватора; 2 – ось движения транспортных средств.

Основными представителями выемочнопогрузочных машин, эксплуатируемых на открытых горных работах, являются экскаваторы. Главным качественным признаком любого экскаватора служит наличие экскавируюшего (копающего) рабочего органа.

Экскаваторы классифицируют по следующим признакам: конструкции рабочего органа - одно- и многоковшовые, фрезерные; принципу действия - цикличного и непрерывного.

Важнейшим видом рабочих органов экскаваторов является ковш, конструкция которого обеспечивает разработку горных пород, различающихся как по прочности, так и по размерам кусков разрыхленной горной массы.

Одноковшовые экскаваторы, отличающиеся простым конструктивным исполнением, характеризуются относительно малой производительностью ввиду цикличности работы.

Рабочий цикл одноковшового экскаватора складывается из последовательных операций: наполнения ковша (черпания), перемещения его к месту разгрузки (транспортирования), разгрузки и перемещения порожнего ковша к месту черпания для воспроизведения нового цикла. В отличие от них многоковшовые экскаваторы, у которых все элементы рабочего цикла осуществляются одновременно (совмещено), являются машинами непрерывного действия.

К машинам непрерывного действия относят и экскаваторы, оборудованные фрезерным рабочим органом (рис. 3.1.1), применяющимся при разработке прочных (коэффициент крепости f< 15) и однородных по структуре пород.

По назначению и роду выполняемой работы экскаваторы подразделяются на следующие типажи: вскрышные; карьерные; карьерно-строительные.

Вскрышные экскаваторы предназначены для разработки покрывающих месторождение полезного ископаемого пород и перемещения их в отвал. Они отличаются увеличенными линейными размерами рабочего оборудования по сравнению с другими типами экскаваторов. Применяют следующие типы вскрышных экскаваторов: шагающие типа ЭШ (рис. 3.1.2), роторные типа ЭР (рис. 3.1.3), цепные (рис. 3.1.4), а также вскрышные лопаты типа ЭВГ (экскаватор вскрышной гусеничный) - рис. 3.1.5.

Шагающие экскаваторы имеют гибкую связь ковша с приводом (dragline), что позволяет путем снижения нагруженности стрелы увеличить вылет ковша до 80...100 м. Кроме того, использование шагающего хода, отличающегося простотой конструкции при относительно большой опорной поверхности, обеспечивает возможность применения шагающих экскаваторов при разработке пород с малой несущей способностью.

Шагающие экскаваторы характеризуются малой массой, возможностью как нижнего, так и верхнего черпания, лучшей проходимостью и маневренностью. Они отличаются большой универсальностью, обеспечивающей их широкое использование в сложных горно-геологических условиях и при разработке как слабых, так и полускальных (предварительно разрыхленных) пород.

Роторный экскаватор представляет собой самоходный агрегат непрерывного действия, экскавирующий породу ковшами, установленными на роторном колесе (роторе), и оборудованный транспортирующими устройствами.

Вскрышные роторные экскаваторы типа ЭР в определенных горно-геологических условиях (однородные нескальные горные породы осадочного происхождения, без применения буровзрывных работ перед экскавацией) являются наиболее эффективными выемочно-погрузочными машинами по ряду показателей: производительности, энергозатратам и др.

Цепной экскаватор оборудуется установленной на ковшовой раме бесконечной цепью с ковшами, размеры которой соответствуют размеру отрабатываемого забоя. Двигаясь по забою, ковши зачерпывают горную породу и транспортируют ее к приемному желобу перегрузочного устройства.

Цепные экскаваторы отличаются возможностью работ как верхним, так и нижним черпанием, а также способностью отработки весьма тонких пластов; обеспечивается качественная планировка рабочего горизонта под любым углом залегания. Недостатком цепных экскаваторов является относительно большая масса ковшовой рамы и экскаватора в целом.

Вскрышные лопаты оснащены рабочим оборудованием типа «прямая лопата» с жестким креплением ковша на выдвижной рукояти. Ввиду высокого расположения центра масс экскаватора требуется использовать систему горизонтирования поворотной платформы. Характеризуются вскрышные лопаты большой массой экскаватора при относительно (по сравнению с ЭШ) небольших размерах рабочей зоны.

Вскрышные экскаваторы типа ЭВГ не производятся в РФ ввиду относительно низкой эффективности их применения по сравнению с другими вскрышными экскаваторами.

Карьерные экскаваторы предназначены для ведения добычных работ и отличаются относительно небольшими линейными размерами оборудования при его повышенной прочности; характеризуются большими силовыми возможностями и малой продолжительностью рабочего цикла (до 25 с), что обеспечивает эффективность их применения при разработке полускальных и скальных пород.

В горно-добывающей промышленности используют следующие типы карьерных экскаваторов:

Механические лопаты (мехлопаты) типа ЭКГ (экскаватор карьерный гусеничный) - рис. 3.1.6;

Гидравлические экскаваторы типа ЭГ с погрузочным рабочим оборудованием (рис. 3.1.7) и типа ЭГО, оборудованный обратной лопатой (рис. 3.1.8);

Роторные экскаваторы с повышенными силовыми характеристиками типа ЭРП (рис. 3.1.9).

Мехлопаты типа ЭКГ характеризуются способностью работать в разнообразных условиях, в том числе в особо тяжелых (при большом выходе негабаритных кусков размером до 1,5 м и более). Они оборудованы прямой лопатой, что обеспечивает возможность реализации больших сил на зубьях ковша (до 25 % веса экскаватора) при верхнем черпании.

Основным недостатком мехлопат является низкий КПД ввиду больших затрат энергии на подъем груженого ковша и рукояти при черпании.

Применение экскаваторов с гидроприводом в условиях открытых горных работ обусловлено рядом технических и технологических преимуществ этих машин по сравнению с мехлопатами.

Первоначально главным преимуществом гидропривода в экскаваторостроении считали более простую и надежную передачу мощности к рабочему оборудованию (РО) с помощью гидроцилиндров, а к приводу поворота и хода - компактными гидродвигателями. При этом упрощается конструкция экскаватора благодаря исключению передаточных устройств (редукторов, лебедок, канатно-блочных устройств и т.д.), а также обеспечивается возможность реализации всей установленной мощности привода в каждом из рабочих механизмов, повышаются интенсивность рабочих движений и производительность экскаватора в целом.

Кроме того, изменение конструктивной схемы РО путем последовательного соединения элементов (стрелы, рукояти и ковша), образующих совместно с гидроцилиндрами главные рабочие механизмы (механизмы поворота стрелы, рукояти и ковша), обеспечило повышение технологических возможностей экскаватора ввиду высокой кинематической подвижности РО и, соответственно, высокой эффективности управления рабочим органом - ковшом. В этом случае можно реализовать разнообразные траектории движения ковша и вершины режущей кромки - с постоянным углом резания, по границе массив - развал породы и т.д. Также может производиться селективная разработка сложноструктурных месторождений полезных ископаемых, например отработка забоя сверху вниз наклонными по напластованию слоями.

Кроме того, гидравлическим экскаватором можно разрабатывать забой большей высоты (при равных с мехлопатой размерах рабочих зон) вследствие врезки ковша в средней части забоя (при условии высокого качества подготовки горной массы).

Начиная с середины 50-х гг. XX в. гидравлические экскаваторы малой единичной мощности (строительные или универсальные) получают широкое распространение. Российская Федерация явилась одним из пионеров создания таких экскаваторов.

Использование в гидравлических карьерных экскаваторах погрузочного рабочего оборудования позволило выявить значительно более важное преимущество - возможность реализации больших сил на зубьях ковша при горизонтальной (пологой) траектории движения вершины режущей кромки во время внедрения ковша в развал горной породы. Силы на зубьях ковша сопоставимы с весом экскаватора и ограничиваются сцепным весом. При этом существенно возрастает вместимость ковша (в 2-3 раза) и, соответственно, производительность экскаватора при одинаковых массах гидравлического экскаватора и мехлопаты.

Гидравлические экскаваторы типа ЭГО характеризуются относительно большими размерами рабочей зоны; обеспечивают высокую эффективность селективной выемки маломощных крутопадающих пластов.

Широкое распространение получили технологические схемы совместной работы гидравлических экскаваторов с прямой и обратной лопатами. Данная схема обеспечивает значительное увеличение спаренного забоя и, в конечном счете, позволяет существенно повысить технико-экономические показатели благодаря сокращению количества транспортных горизонтов и снижению объема горных работ.

Роторные экскаваторы типа ЭРП благодаря оригинальной конструкции цельнометаллического ротора и укороченной стреле реализуют повышенные силы копания, их применяют в системах поточной безвзрывной разработки полускальных пород.

Карьерно-строительные экскаваторы отличаются использованием различного сменного рабочего оборудования (прямой и обратной лопат, грейфера, крана и т.д.), малой массой и высокой маневренностью.

Параметрические ряды экскаваторов предусматривают получение необходимых градаций параметров при сохранении конструктивного и геометрического подобия.

Параметрические ряды одноковшовых экскаваторов составлены по главному параметру - вместимости ковша Е, м3. Так, параметрический ряд мехлопат в соответствии с рядом предпочтительных чисел R5 предусматривает следующие модели: 3,2; 5; 8; 12,5 и 20 м3.

Параметрические ряды многоковшовых экскаваторов назначают по теоретической производительности 0Т, м3/ч. Для роторных экскаваторов типа ЭР параметрический ряд включает в себя следующие модели: 630, 1250, 2500, 5000 и 10000 м3/ч.

В целом типы экскаваторов определяются технологическими схемами работ и отличаются большим числом конструктивных схем, моделей и модификаций.

Классификация экскаваторов

Экскаваторами называются землеройные машины, предназначенные для копания и перемещения грунта. Все экскаваторы делят на две большие группы: непрерывного действия - многоковшовые и периодического (цикличного) действия - одноковшовые.

Экскаваторы непрерывного действия обе операции - копание грунта и его перемещение - выполняют одновременно; экскаваторы периодического действия выполняют эти операции последовательно, прерывая копание на время перемещения грунта. Таким образом, рабочее время машины, в течение которого выбирают грунт, больше у экскаваторов непрерывного действия и производительность их выше, чем производительность экскаваторов периодического действия. Несмотря на это, шире распространены одноковшовые экскаваторы, преимущество которых заключается в их универсальности, т. е. возможности применения как на земляных, так и на погрузочно-разгрузочных работах и в любых самых тяжелых, в том числе скальных (с предварительным взрыванием), грунтах. Многоковшовые экскаваторы используют в основном при рытье траншей и добыче нерудных материалов в карьерах в однородных грунтах, не имеющих каменных включений.

Как одноковшовые, так и многоковшовые экскаваторы бывают сухопутными и плавучими.

Сухопутные экскаваторы имеют гусеничное, пневмоколесное и шагающее (последнее применяют только в одноковшовых экскаваторах) ходовое оборудование.

Механизмы экскаватора приводятся в движение дизелями, карбюраторными, паровыми или электрическими двигателями. Подавляющее большинство современных экскаваторов оборудовано дизелями и электрическими двигателями как наиболее экономичными. Реже применяют карбюраторные двигатели.

Выбор двигателя определяется условиями, в которых будет работать экскаватор. Так, на экскаваторах, работающих на строительстве железных и шоссейных дорог, то есть там, где машину нужно сравнительно часто перевозить с места на место, используют дизели. На экскаваторах, постоянно работающих в одном и том же месте, например в карьерах по добыче нерудных материалов» на угольных разрезах и т. п., выгодцо применять электродвигатели, так как электричество - наиболее дешевый вид энергии. Кроме того, упрощается обслуживание и отпадает необходимость в постоянном снабжении машины топливом.

Поэтому на экскаваторах с ковшами емкостью до 3 м3 чаще устанавливают дизели, а на экскаваторах большей мощности - электрические двигатели.

Если все механизмы экскаватора приводятся в движение от одного двигателя, такой привод называется одномоторным. Если в экскаваторе каждый механизм (или некоторые из механизмов) приводится в движение отдельным двигателем (обычно электрическим), такой привод называется многомоторным.

В СССР одноковшовые экскаваторы с одномоторным приводом изготовляли с ковшами емкостью до 2,5-3 м3, за рубежом - до 4-4,5 м3. В настоящее время готовят к производству экскаваторы

с дизель-электрическим многомоторным приводом, на которых устанавливают ковши емкостью 1,6 м3 (Э-1602). Кроме того, началось производство экскаваторов с многомоторным гидравлическим приводом, где применяют ковши емкостью 0,25 м3 (Э-2513 и Э-2514), и готовится производство гидравлических экскаватороз с ковшом емкостью 0,4-0,5 м3.

Распространение многомоторного привода в частности объясняется тем, что механизмы экскаватора выполняют в виде отдельных агрегатов, которые легко могут быть установлены при сборке машин и заменены во время их ремонта (при агрегатном методе ремонта). Кроме того, такая конструкция позволяет применять на разных машинах одинаковые или почти одинаковые (унифицированные) узлы, что даст возможность наладить крупносерийное специализированное производство их и уменьшить номенклатуру запасных частей.

Для передачи движения от двигателя к рабочим механизмам используют следующие виды привода:
– механический, когда движение передается при помощи валов, шестерен, червячных пар, цепных передач;
– гидравлический объемный, где роль привода выполняют гидронасос (один или несколько), маслопроводы и гидромоторы (или’ гидроцилиндры);
– в маслопроводах циркулирует жидкость, передающая энергию от насосов к гидромоторам (или гидроцилиндрам), приводящим рабочие механизмы в движение; этот способ основан на свойстве жидкости не сжиматься;
– гидродинамический, где для передачи энергии используют тур-бомуфты или турботрансформаторы; его применяют обычно в сочетании с механическим для плавной работы механизмов и автоматического регулирования скорости движения в зависимости от величины нагрузки (с увеличением нагрузки скорость движения рабочих механизмов уменьшается и наоборот);
– электрический, применяемый на экскаваторах с многомоторным приводом в сочетании с механическим; этот привод дает возможность машинисту по желанию регулировать скорость движения механизмов экскаватора, автоматически изменять скорость в зависимости от нагрузок, а также совмещать рабочие движения;
– смешанный, состоящий из приводов двух видов, например механического и электрического.

Механический привод наиболее распространен, поэтому его наличие на экскаваторе никак не оговаривается в названии машины, а указывается обычно только тип двигателя, например дизельный одноковшовый экскаватор с ковшом емкостью 0,5 м3. Если же применяют привод другого вида, то это указывают в названии экскаватора, например дизель-электрический экскаватор, то есть экскаватор с дизельным силовым оборудованием и электрическим приводом..

Все сказанное относится как к экскаваторам периодического действия (одноковшовым), так и к экскаваторам непрерывного действия (многоковшовым).

Таким образом, экскаваторы различают:
1) по способу перемещения (плавучие и сухопутные);
2) по типу силового оборудования (с»дизелем, карбюраторным, электрическим или паровым двигателем);
3) по количеству двигателей (одномоторные, многомоторные);
4) по виду привода (механические, гидравлические объемные, гидродинамические, электрические, смешанные);
5) по типу ходового оборудования сухопутных экскаваторов (гусеничные, пневмоколесные).

Кроме перечисленных признакрв классификации, каждая из групп экскаваторов отличается более мелкими признаками - размерами, мощностью, назначением.

Одноковшовые экскаваторы делят по назначению на три основные группы: – строительные, с ковшами емкостью до 3 м3, предназначенные для земляных и погрузочно-разгрузочных работ в строительстве;
– карьерные, с ковшами емкостью от 2 до 8 м3, предназначенные для работы в карьерах на разработке рудных и угольных месторождений, а также скальных пород;
– вскрышные, с ковшами емкостью свыше 6 м3, предназначенные в частности для разработки верхних слоев пород (вскрыши), покрывающих пласты полезных ископаемых (угля, руды).

Вскрышные экскаваторы отличаются удлиненным рабочим оборудованием, что дает возможность отваливать грунт на большое расстояние от места выработки. К этой группе машин относятся также и мощные шагающие экскаваторы - драглайны, используемые на горных работах для перекидки верхних слоев пород в выработанное пространство, а также на больших гидротехнических строительствах.

Одноковшовые экскаваторы следует различать по использованию их с различными видами рабочего оборудования.

Универсальными экскаваторами называются машины, имеющие не менее четырех видов сменного рабочего оборудования. Строительные экскаваторы обычно выпускают универсальными, причем один вид рабочего оборудования может быть заменен другим в процессе эксплуатации.

Специальными называют экскаваторы, имеющие только о чин вид рабочего оборудования. Их, как правило, выпускают с ковшами емкостью свыше 6 м3, однако специальными могут быть и экскаваторы с ковшами меньшей емкости (например, подземные).

В настоящей книге описаны выпускаемые отечественной промышленностью одноковшовые строительные сухопутные экскаваторы, полноповоротные и неполноповоротные.

Рис. 1. Схема одноковшового экскаватора:
1 - ходовое оборудование, 2 - поворотная платформа,

Экскаватором называется машина, служащая для механической добычи нетвердых или размельченных горных пород (рис. 2).

Наряду с отделением части породы от массива, экскаватор перемещает добытую породу на некоторое расстояние до транспорта, или до отвала, если добываемая порода сбрасывается в отвал на месте (при рытье котлованов, при заготовке глины в конуса или гряды).

Постройка первого одноковшового экскаватора относится к 1836 году. Несколько позже, в 1860 году, был сконструирован многоковшовый экскаватор.

В дореволюционной России первый одноковшовый экскаватор появился много позднее-в 1900 году. Незначительное количество таких экскаваторов было выпущено для разработки песчаных карьеров железнодорожного ведомства. Многоковшовые же экскаваторы в тот период у нас совершенно не изготовлялись.

В Советском Союзе экскаваторостроение получило мощное развитие.

По способу действия и расположению рабочего снаряда экскаваторы делятся на следующие основные классы: одноковшовые, кабельные, многоковшовые.

По способу передвижения в рабочем состоянии они подразделяются на экскаваторы с рельсовым и гусеничным ходом.

За последние годы промышленность тяжелого машиностроения стала выпускать сверхмощные одноковшовые экскаваторы, перемещающиеся в рабочем состоянии при помощи шагающего механизма.

Многоковшовые экскаваторы строятся также и пловучими (так называемые землечерпалки) для работ по углублению рек, каналов и прочих водоемов. Одной из разновидностей таких землечерпалок являются драги, применяемые в золотодобывающей промышленности.

Рис. 2. Одноковшовый экскаватор на гусеничном ходу.

Экскаваторы приводятся в действие электромоторами постоянного или переменного тока, паровыми машинами или двигателями внутреннего сгорания.

К атегория: - Эксплуатация экскаваторов

Экскаватор - это специализированный механизм для разрабатывания грунта. Область использования: строительная индустрия, горнодобывающая промышленность, ирригация.

Классификация землеройной техники

Экскаваторный парк отличаются характерными признаками — габаритами, мощностью, предназначением и другими техническими параметрами.

Тип ходовой части

Различают несколько основных групп:

• гусеничные;
• шагающие;
• колёсные;
• рельсовые;
• плавучие;
• комбинированное шасси.

По режиму эксплуатации

В зависимости от характера работы все землеройные механизмы делятся на два больших класса.

Экскаватор с непрерывным процессом работы

Имеет в своей конструкции несколько ковшей, что позволяет ему одновременно выполнять операции по выемке и перемещению грунта.

Полезно знать! Разработка породы может проводиться в горизонтальной, вертикальной плоскости, по кругу.

Используются на однородных грунтах. Их применение ограничивается устройством углублений, где требуется перебазировка отвальной земли к поверхности. С их помощью производится устройство канав, траншей, каналов. Делятся на роторные и цепные. Исполнительный орган первой группы представляет собой вращающееся колесо, на котором размещаются ковши.

На цепных экскаваторах они закрепляются на подвижной конструкции, представляющей собой набор рыхлителей, подрезных элементов, выгребных скребков.

Наличие значительного числа ковшей обеспечивает непрерывность процесса, оптимизирует необходимые усилия, уменьшает нагрузки, повышает производительности земляных работ.

Траншеи бывают прямоугольными, в виде трапеции, ступенчатыми и достигают в глубину 4 м при ширине до 2 м. Отвальный грунт складируется в стороне от траншеи.

Цепные многоковшовые траншейные экскаваторы применяются в районах залегания мягких грунтах группы без наличия крупных включений. Роторные модификации применяются для вскрышных работ в открытых карьерах.

Экскаватор с циклическим характером действия

Оснащается одним ковшом. Разработка и выемка грунта выполняется последовательно. Механизмы такой конструкции применяются при смешанных почвах с каменными включениями твердых горных пород. Представляют собой более унифицированный сегмент техники по сравнению с многоковшовым вариантом.

По эксплуатационному предназначению

Землеройная техника делятся по группам:

• карьерная;
• вскрышные - для эксплуатации в местах поверхностной добычи полезных ископаемых и твердых горных пород;
• шахтные комбайны - для подземных работ;
• строительная универсальная.

Модель привода рабочего органа

Имеет несколько модификаций:

• гидросистемы - наиболее многочисленная категория, а главное достоинство заключается в возможности активно использовать навесное оборудование в виде гидромолотов, пробойников, специализированных захватов, перфораторов;
• дизель-электрические машины - вес от нескольких десятков до сотен тонн;
• электроприводные агрегаты - суперэкскаваторы с питанием от линий электропередач.

По силовому оборудованию

Выбор двигателя зависит от условий, в которых будут эксплуатироваться механизмы. В карьерной технике чаще применяются электродвигатели. Это объясняется относительной дешевизной электроэнергии. При сооружении автомагистралей рационально использование дизельных установок.

Если исполнительные механизмы экскаватора приводятся в действие одним двигателем, такой привод называют одномоторным, а при наличии отдельной силовой установки для каждой группы оборудования - многомоторным.

Особенности одноковшовых экскаваторов

Самый распространенный класс. Их группирование имеет свои принципы и ряд признаков.

Индекс размерного класса

• номер 0-8: от особо легкой до особо тяжелой - масса от 3 до 160 т;
• по мощности; 10 - 800 л.с.;
• объем ковша: 0,1 - 10 м 3 .

Техника тяжелее 8 класса относится к сверхтяжелым экземплярам. Проектируется по индивидуальным заказам.

По типу конструкции, несущей ковш

1. Качающаяся мачта - жесткий элемент. К ней тросами крепится ковш. Переворачивания рабочего органа производится при помощи системы стальных канатов. Такая схема получила название драглайн. Применяется на моделях шагающих экскаваторов, которые используются при вскрышных и добывающих работах. Грейфер плавучих вариантов и погрузчиков тоже подвешивается на мачтах.
2. Телескопическая стрела по устройству похожа на стрелу автокрановых установок. Применяется редко. Используется на экскаваторах, где нет необходимости в обеспечении повышенной жесткости стрелового элемента при производстве работ.
3. Шарнирная стрела характеризуется повышенным коэффициентом прочности и подвижности. Применяется на тяжелых образцах экскаваторов.
4. Ломающаяся стрела - применяется в паре с гидроприводом на большинстве универсальных экскаваторов.

По типу рабочего органа

1. Простой ковш (вариант - наличие откидного дна).
2. Прямая лопата — для экскавации грунта выше горизонта расположения экскаватора.
3. Обратная лопата — оборудование по разработке почвы ниже механизма при устройстве котлованов, траншей, выемок.
4. Грейфер - состоит из двух половин, которые опускают на грунт, а при подъеме они захватывают грунт и захлопываются. Применяется на рыхлых, сыпучих категориях почвы.
5. Драглайн (волокуша) - срезает грунт при протягивании по касательной к плоскости земли.

Малые механизмы

Типичный представитель такого класса - это компактный одноковшовый экскаватор на гусеничном ходу с ломающейся стрелой и гидроприводной системой. Общая масса до 1500 кг с ковшом до 0,15 куб. м. Отвалом не комплектуется, но имеют солидный комплект доп. оборудования.

Полезная информация! Есть малютки, с двигателем до 50 см 3 .

Благодаря экономичности, универсальности и способности работать в стесненных условиях, приобретают популярность в строительстве. Сегодня растет спрос на землеройные машины с небольшим ковшом на пневмоколесном ходу, обладающих повышенной маневренностью для оперативной передислокации с одного объекта на другой.

Экскаваторы-исполины

Узкопрофильные задачи для специализированной техники послужили толчком к созданию супермощных прототипов. Это относится к шагающим экскаваторам. Для шасси используется опорная плита, которая перемещается по площадке с помощью гидромоторов. Размещенное на ней экскаваторное оборудование обладает уникальной производительностью. Яркий пример - это одноковшовые драглайны с объемом ковша до 100 м 3 . Длина стрелы колеблется в пределах до 130 м. Стоит отметить и роторные модификации, в которых рабочий орган в виде колеса с набором ковшей диаметром до 18 м. Глубина разрабатывания грунта достигает 45 м, а высота - 38 м. Масса составляет до 15000 т. Такие рабочие габариты позволяют проводить широкий охват обрабатываемой площадки. Средняя скорость перемещения составляет до 450 м в день.

Техническая справка! Подобные образцы создавались в 80-90 годы и функционируют по сегодняшний день. Это свидетельствует о надежности таких экскаваторов.

Особенность шагающей землеройной техники - совмещение свойств циклических машин и многоковшовых моделей.

Итоги

Богатый набор видов экскаваторов, обладающих специфическим режимом эксплуатации, типом силового агрегата, характером технологического оборудования дает возможность выбрать подходящую модификацию для разрабатывания грунтов 1-6 категории и различного алгоритма использования.

Статья подготовлена специалистами компании «Сфера». Информации о