Экскаватором называется землеройная машина, предназначенная для разработки (копания и перемещения) грунта, легких горных пород в массиве или скальных в раздробленном состоянии.

Экскаваторы применяются для выполнения более половины земляных работ при строительстве промышленных и гражданских зданий и сооружений, автомобильных и железных дорог, аэродромов, гидротехнических систем и нефтепроводов, в карьерах при добыче строительных материалов и полезных ископаемых. С их помощью отрывают котлованы, траншеи, каналы, а также разрабатывают выемки и насыпи и отделывают откосы и стенки.

В дорожных войсках экскаваторы являются основной землеройной машиной, применяются самостоятельно и в составе комплектов и комплексов землеройно-транспортных машин для строительства и восстановления земляного полотна, возведения насыпей и сооружения выемок, при выполнении заградительных, карьерных и погрузочно-разгрузочных работ, для инженерного оборудования районов, участвуют в работе отрядов обеспечения движения.

Рабочий процесс экскаваторов состоит из отделения грунта от массива – копания, транспортировки грунта к месту разгрузки, разгрузки и возвращения рабочего органа в положение для нового копания.

Все экскаваторы в зависимости от времени рабочего процесса делят на две большие группы: непрерывного действия – многоковшовые; периодического (циклического) действия – одноковшовые.

Многоковшовые экскаваторы обе операции (копание грунта и его перемещение) выполняют одновременно; одноковшовые – последовательно, прерывая копание на время перемещения грунта. Таким образом, рабочее время машины, в течение которого выбирают грунт, и производительность многоковшовых экскаваторов выше, чем одноковшовых. Применение многоковшовых экскаваторов ограничено особенностью их конструкции. В основном применяются при рытье траншей и добыче нерудных материалов в карьерах с однородными грунтами без каменных включений.

Одноковшовые экскаваторы являются универсальными и имеют более широкую область применения:

применяются для разработки грунтов как выше, так и ниже уровня площадки установки экскаваторов;

используются для земляных, погрузочно-разгрузочных и других видов работ, для чего комплектуются несколькими видами сменного рабочего оборудования;

применяются для разработки грунтов I-II категории без предварительного рыхления забоя, грунтов III-IV категории, в том числе мерзлых и скальных грунтов, с предварительным рыхлением забоя взрывом или с помощью рыхлителей;

используются в стеснённых условиях, при разработке грунта под водой, выгружая его в транспортные средства или в отвал.

Промышленность изготавливает различные типы экскаваторов, которые классифицируются по способу перемещения, по типу применяемого основного двигателя, по приводу механизмов, по типу силовых передач, по типу системы управления, по конструкции ходового устройства, по углу поворота поворотной платформы, по конструкции исполнения рабочего оборудования.

По способу перемещения экскаваторы бывают сухопутными и плавучими. Сухопутные экскаваторы делятся на самоходные и перемещаемые тягачом на буксире или прицепе как без разборки, так и с демонтажем отдельных элементов.

По типу применяемого основного (первичного) двигателя современные экскаваторы выпускаются с дизельными или электрическими двигателями. Дизельные двигатели используются на экскаваторах, которые приходится часто перемещать с места на место (на строительстве автомобильных и железных дорог, строительстве нефтепроводов и т. д.). Электрические двигатели используются на экскаваторах, постоянно работающих в одном месте (например, в карьерах). Они проще и дешевле в эксплуатации.

По приводу механизмов различают экскаваторы одномоторные, у которых все рабочие механизмы запускаются одним или несколькими двигателями, работающими на один вал, и многомоторные, у которых каждый рабочий механизм приводится в действие отдельным (индивидуальным) двигателем.

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

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).

Электрический тип силовой передачи отличается от гидровлического типа видом силовых механизмов – электрогенератор, силовые электросети, электродвигатель (один или несколько).

По типу системы управления различают экскаваторы с рычажно-механическим, пневматическим, гидравлическим, электрическим и комбинированным (электропневматическим, электрогидравлическим) управлением. Рычажно-механическое управление из-за большого количества недостатков на большинстве машин заменено пневматическим или гидравлическим. Пневматическое управление устанавливают на машинах с одномоторным приводом и механической трансмиссией. Гидравлическое и электрическое управление используют при соответствующих видах привода.

По конструкции ходового устройства сухопутные экскаваторы подразделяются на гусеничные, пневмоколесные, шагающие (последние применяют только в одноковшовых экскаваторах).

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 (уширенное) 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 объекта на другой; СШ – 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 СШ имеет прочную и низкую специальную раму, отличающуюся по конструкции от рамы шасси грузового автомобиля; А – шасси грузового автомобиля; Тр – тракторное (обычно используются пневмоколесные тракторы); Пр – прицепное.

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

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

Неполноповоротными изготавливают лишь небольшие экскаваторы на базе тракторов. У этих экскаваторов отсутствует поворотная платформа, а рабочее оборудование укреплено с помощью поворотной колонки непосредственно на ходовом устройстве, относительно которого оно вращается на ограниченный угол (180-270 0).

В зависимости от конструктивного исполнения рабочего оборудования одноковшовые экскаваторы бывают с гибкой, жесткой подвеской и телескопической стрелой.

Стрела, а иногда и рабочий орган (например, ковш) у экскаваторов с гибкой подвеской, подвешены на канатах, которыми приводятся в действие. Стрела и остальные элементы рабочего оборудования экскаватора с жесткой подвеской соединены шарнирно друг с другом и приводятся в действие гидроцилиндрами. К экскаваторам с телескопической стрелой относятся экскаваторы, у которых рабочий процесс сопровождается выдвижением и втягиванием стрелы.

Кроме перечисленных признаков классификации экскаваторы отличаются друг от друга конструкцией, назначением, размерами и мощностью. Одноковшовые экскаваторы в зависимости от назначения или рода выполняемой работы подразделяются на строительные, карьерные, вскрышные, специальные.

Строительные экскаваторы с ковшами вместимостью до 4 м 3 предназначаются для выполнения земляных и погрузочно-разгрузочных работ.

Карьерные экскаваторы предназначаются для работы в рудных, угольных и других карьерах.

Вскрышные экскаваторы с прямой лопатой и шагающие драглайны с ковшами вместимостью 25-160 м 3 применяются на открытых горных разработках и крупных строительных объектах (карьерах) для удаления вскрыши в отвал.

Специальные экскаваторы (туннельные, торфяные и т. д.) предназначены для использования в определенных специфических условиях.

Индексация (маркировка) одноковшовых экскаваторов, действующая в нашей стране, отражает основную их характеристику. Индексация экскаваторов основывается на размерной группе машин.

Устойчивость машин и возможность эффективного использования ковшей различных емкостей на соответствующем вылете стрелы, глубине или высоте копания определяет размерную группу экскаваторов.

Емкости ковшей приведены для ориентировки, т.к. они для данного экскаватора могут отличаться в два и более раз, в зависимости от категории разрабатываемого грунта.

Система индексации одноковшовых универсальных экскаваторов предусматривает следующую структуру индекса (рис. 6.1). Индекс экскаватора состоит из буквенных и цифровых групп.

Буквенная группа «ЭО» означает экскаватор одноковшовый. У экскаваторов войскового назначения в левой буквенной части индекса имеется буква В (ЭОВ - экскаватор одноковшовый войсковой).

Цифровая группа означает (по порядку их расположения): размерную группу; тип ходового устройства; исполнение рабочего оборудования; порядковый номер модели.

Буквы (А, Б, …) после цифр обозначают очередную модернизацию данной модели, а также ее специальное климатическое исполнение (ХЛ – северное; Т – тропическое; ТВ – для влажных тропиков).

Например, индексом ЭО-4125ХЛ обозначают экскаватор одноковшовый, полноповоротный, универсальный, IV размерной группы (вместимость основного ковша 0,65 м 3), на гусеничном ходу, с жесткой подвеской рабочего оборудования (гидравлический), 5-й модели, северного исполнения.

Наряду с рассмотренной может встречаться индексация, включающая буквенное обозначение типа неповоротной части и цифровую группу, обозначающую массу экскаватора. Например, индексом ЕК-17 обозначают экскаватор одноковшовый на пневмоколесном ходу массой 17 тонн.

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.

Экскаваторы - назначение и классификация

Экскаваторы (название происходит от латинских слов «ех» и caveo», означающих «откапыватель») отличаются высокими рыхлящими способностями. Транспортирующие способности их невелики и определяются радиусом действия этих машин. Экскаваторы разделяют на несколько групп по назначению и мощности. Если машина производит все операции в определенном порядке, повторяя их через некоторые промежутки веремени, она относится к машинам прерывного (цикличного) действия, если производит все операции одновременно,- машиной непрерывного действия. К экскаваторам прерывного действия относятся одноковшовые, а к экскаваторам непрерывного действия - многоковшовые, скребковые и фрезерные.

Одноковшовые и многоковшовые экскаваторы бывают сухопутные и плавучие. Сухопутные экскаваторы имеют гусеничное, пневмоколесное, рельсовое и шагающее ходовое устройство.

Все механизмы экскаватора приводятся в движение дизелями, карбюраторными, паровыми или электрическими двигателями. Наиболее экономичными являются дизельные и электрические двигатели. Выбор двигателя определяется условиями, в которых будет работать экскаватор. Так, на экскаваторах, работающих в карьере, выгодно применять электродвигатели, так как электричество - наиболее дешевый вид энергии, а при работе на строительстве дорог, где машину часто перевозят с места на место, целесообразно использовать дизельные двигатели.

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

С целью передачи движения от двигателя к рабочим механизмам используют следующие виды приводов: – механический, когда движение передается с помощью валов, шестерен, червячных пар, цепных передач; – гидравлический объемный, где роль привода выполняют гидронасос, маслопроводы и гидромоторы (или гидроцилиндры); в маслопроводах циркулирует жидкость, передающая энергию от насосов к гидромоторам (или гидроцилиндрам), приводящим рабочие механизмы в движение; – гидромеханический, в котором для передачи энергии используют гидротрансформатор в сочетании с механической трансмиссией; – электрический, применяемый на экскаваторах с многомоторным приводом в сочетании с механическим; – смешанный, состоящий из приводов двух видов, например механического и электрического.

Таким образом, экскаваторы классифицируют: – по способу перемещения (плавучие и сухопутные); – по типу силового оборудования (с дизелем, карбюраторным, электрическим, дизель-электрическим и т. д.); – по числу двигателей (одномоторные, многомоторные); – по виду привода (механические, гидравлические, гидромеханические, электрические); – по типу ходового устройства сухопутных экскаваторов (гусеничные, пневмоколесные, рельсовые и с шагающим ходовым оборудованием).

Каждая из групп экскаваторов отличается более мелкими признаками - размерами, мощностью, назначением.

Одноковшовые экскаваторы классифицируют по назначению.

Существуют три основные группы: – строительно-универсальные - с ковшами емкостью до 3 м3, предназначенные для производства земляных работ; – карьерные - с ковшами емкостью от 2 до 8 м3, предназначенные для работы в карьерах на разработке рудных и угольных месторождений; – вскрышные - с ковшами емкостью более 6 м3, предназначенные для разработки верхних слоев пород (вскрыши).

Одноковшовые экскаваторы различают по использованию их с различными видами рабочего оборудования.

Универсальные экскаваторы предназначены для работы с различными видами сменного оборудования; прямой и обратной лопатой, драглайном, крановой стрелой с крюковой подвеской или грейфером, копром для забивки свай и т. д.

Полууниверсальные экскаваторы кроме основного рабочего оборудования имеют один или два вида дополнительного сменного оборудования (прямую лопату, обратную лопату, драглайн).

Специальные мощные экскаваторы имеют лишь один вид оборудования, например прямую лопату.

Одноковшовые экскаваторы. Одноковшовым универсальным экскаватором называется машина цикличного действия, предназначенная для выемки и перемещения грунтов и иных материалов с помощью одного из видов рабочего оборудования с одним ковшом, и для выполнения погрузочных сваебойных и прочих работ другими видами сменного рабочего оборудования.

Одноковшовые экскаваторы (рис. 72) состоят из следующих основных узлов: ходового устройства, поворотной платформы с силовым оборудованием и основными кинематическими звеньями и рабочего оборудования.

Гусеничное ходовое оборудование обеспечивает высокую проходимость и хорошую устойчивость при работе экскаватора.

В последние годы значительно возрос выпуск экскаваторов с небольшой емкостью ковша на пневмоколесном ходу, обладающих большой подвижностью и маневренностью при перемещении машины с одного объекта на другой. При работе на слабых грунтах применяют уширенное (или удлиненное) гусеничное оборудование, наличие которого уменьшает удельное давление на грунт и улучшает проходимость экскаватора.

Рис. 72. Cхемa одноковшового экскаватора

Рис. 74. Схема работы прямой лопаты

Поворотная платформа опирается через катки или специальное (шариковое или роликовое) опорно-поворотное устройство на раму ходового устройства. Платформа поворачивается в горизонтальной плоскости относительно ходовой части.

Угол поворота ходового оборудования в горизонтальной плоскости определяет возможность экскаватора быть полноповоротным или неполноповоротным. Поворотная часть полно-новоротного экскаватора может вращаться вокруг своей оси на 360°.

У этих машин на поворотной платформе смонтированы все силовые агрегаты, пульт управления, рабочие механизмы и крепится рабочее оборудование.

Рабочее оборудование включает комплекс узлов экскаватора с рабочим органом (ковш, крюк, грейфер и др.). Грунт разрабатывают ковшом, после чего перемещают к месту разгрузки в отвал или в транспортное средство. В зависимости от вида сменного оборудования применяют жесткую или гибкую подвеску рабочего органа. Характер работы определяет рабочее оборудование: прямую лопату, обратную лопату, драглайн, кран или грейфер.

Рабочий цикл экскаватора выполняется в следующей последовательности: копание грунта; перемещение заполненного грунтом ковша к месту разгрузки; разгрузка грунта из ковша в отвал или транспортирующее устройство; перемещение ковша (поворот платформы) к забою; опускание ковша для подготовки к следующей операции копания.

Система индексации одноковшовых универсальных экскаваторов. Системой индексации машин называется принцип, который заложен в структуру индекса (марки), обозначающего тот или иной экскаватор и отражающего его основную характеристику. В 1968 г. в нашей стране введена новая система индексации одноковшовых универсальных экскаваторов. Индекс экскаватора имеет четыре основные цифры, соответственно обозначающие: размерную группу машины, тип ходового устройства, конструктивное исполнение рабочего оборудования и порядковый номер модели данного типа. Таким образом, индекс экскаватора содержит сведения об его основной характеристике. Так, ЭО-3313 БТВ - экскаватор одноковшовый универсальный, 3-й размерной группы, на пневмоколесном ходовом устройстве, с канатной подвеской рабочего оборудования, 3-я модель, прошедшая вторую модернизацию, в исполнении для работы во влажных тропиках.

Прямая лопата - оборудование, предназначенное для разработки грунта выше уровня стоянки экскаватора. Прямая лопата с механическим приводом (рис. 74) состоит из следующих основных узлов: каната подъема стрелы, ковша, рукояти, стрелы, седлового подшипника. Рукоять к стрелке крепится седловым подшипником, с помощью которого рукоять поворачивается в вертикальной плоскости относительно стрелы и совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси рукоятки. При копании грунта ковшу нужно пройти положения -IV, изображенные на рис. 74. Ковш поднимается подъемным канатом, огибающим головные блоки. Напор рукоятки осуществляется напорным механизмом, которым выполняется также обратное движение (возврат) рукояти. На универсальных строительных экскаваторах применяют канатные и зубчато-реечные (напорные механизмы).

Напорные механизмы деляется на независимые, зависимые, комбинированные- Напорный механизм называется независимым, если усилие напора может быть увеличено или уменьшено независимо от величины усилия в подъемном тросе ковша, т. е. когда напорное движение рукояти с ковшом производится независимо от подъема ковша. Если величина усилия напора зависит от величины усилия в подъе/мном тросе ковша и имеется возможность только уменьшить напор, такой напорный механизм называется зависимым.

Напорный механизм называется комбинированным, когда величина усилия напора зависит от усилия в подъемном тросе, но при включении независимой части напорного механизма может быть по желанию увеличена.

Ковш прямой лопаты состоит из корпуса, откидного днища с засовом и сменных зубьев. Зубья имеют сужающийся к концу хвостовик, входящий в гнездо козырька. От выпадания зубья удерживаются в гнездах шплинтами.

Прямые лопаты в последние годы оснащают ковшами с полукруглой передней стенкой и с козырьком в виде совка без зубьев. Ковш такой конструкции значительно легче и имеет минимальное сопротивление при копании грунта, что, естественно, повышает производительность экскаватора.

На экскаваторах с прямой лопатой применяют рукояти двух типов: однобалочные (внутреннего типа) и двухбалочные (внешнего типа). Однобалочная рукоять проходит внутри стрелы, а двухбалочная - снаружи. Рукоять может совершать возвратно-поступательное движение в направляющих седловины напорного вала, а также поворачиваться вместе с седло-вым подшипником в вертикальной плоскости относительно напорного вала. Конструкция рукояти определяет конструкцию напорного механизма. В экскаваторах, выпускаемых в СССР, при однобалочной рукояти применяют канатный напорный механизм, а при двухбалочной - кремальерный напорный механизм.

Стрела прямой лопаты выполнена в виде сварной конструкции из листовой стали. Тип рукояти определяет конструкцию стрелы. Стрела бывает двухбалочной при однобалочной рукояти и однобалочной при двухбалочной рукояти.

В верхней части стрелы смонтированы на подшипниках блоки, через которые проходит канат подъема ковша и стрело-подъемный канат. Нижним концом (пятой) стрела пальцами крепится к поворотной платформе и может поворачиваться при изменении ее угла наклона. В средней части стрелы расположен напорный вал.

Обратная лопата - это оборудование, предназначенное для разработки грунтов ниже уровня стоянки экскаватора при рытье котлованов, траншей, выемок.

Обратная лопата (рис. 75) состоит из ковша, стрелы, рукояти и двуногой стойки. Ковш закреплен жестко к рукояти, шарнирно присоединенной к верхнему концу стрелы. При подтягивании каната рукоять поворачивается против часовой стрелки, ковш врезается в грунт (положение /; положения // и /// соответствуют транспортному положению и выгрузке грунта из ковша).

Рис. 75. Схема работы обратной лопаты:

Процесс экскавации грунта ковшом. Общее сопротивление экскавации R0 преодолевается активным усилием W0, направленным касательно к траектории ковша, которое может быть разложено на усилие резания и сдвига грунта WVi направленное по касательной к режущей грани ковша, и на усилие выталкивания WB, направленное нормально к режущей грани ковша.

Основными параметрами гидравлических одноковшовых экскаваторов являются: емкость ковша q, масса экскаватора С, мощность двигателя N, рабочие размеры экскаватора, а также давление и производительность насосов.

В гидроприводах экскаваторов применяются насосы постоянной производительности шестеренного и лопастного типо (с давлением 12-16МПа) и поршневые с давлением до 30 МПь а также насосы переменной производительности, преимущест венно аксиально-поршневые.

Насосы с постоянной производительностью просты по yci ройству, но не обеспечивают полного использования мощности двигателя на всех режимах. Насосы переменной производительности обспечивают более рациональный и устойчивый режим работы экскаваторов.

Производительность и технологические схемы работы одноковшовых экскаваторов. Производительность одноковшовых экскаваторов определяется многими факторами: конструкцией машины, уровнем организации производства земляных работ, состоянием и качеством грунта и забоя, квалификацией машиниста и техническим состоянием машины.

На рис. 77, б представлена схема работы драглайна при строительстве насыпи земляного полотна из резерва. Экскава-чия грунта ведется на двух захватках; на одной из них отсыпается очередной слой грунта и разравнивается бульдозером, а на Другой - свежеотсыпанный грунт уплотняется грунтоуплотняю-Щими машинами.

Многоковшовые экскаваторы. Многоковшовые экскаваторы представляют собой землеройные машины, имеющие в качестве рабочего органа многоковшовую цепь или роторное колесо с ковшами, жестко закрепленными по периметру. Они применяются: на дорожно-строительных работах; при рытье котлованов, каналов и траншей для укладки труб или для оснований установка, пульт управления, коробка передач, рабочий орган устанавливают на ходовую раму.

Примечание. Экскаваторы ЭО-1621 (Э-153А), ЭО-1627 (Э-1514) оборудуются дополнительно бульдозерным оборудованием: ширина отвала 2000 мм, высота 680 мм, глубина резания 500 мм. Экскаваторы ЭО-ЗЗПБ (Э-302) укомплектованы оборудованием драглайна со следующими параметрами: длина стрелы 7500 мм, угол наклона стрелы 40°, глубина резания 4450 мм, радиус резания 6500 и 10 100 мм, высота разгрузки соответственно 3900 и 6300 мм, рад с разгрузки соответственно 6390 и 8300 мм.

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.

По затратам энергии при выполнении работ вручную на первом месте стоит работа косца, на втором ― землекопа. Объёмы же земляных работ были огромны во все времена, а теперь вообще колоссальны. Стройки, дороги, карьеры... Да тут не то, что каждого взрослого, а и подростков надо приставить поголовно к лопатам. Поэтому землеройные работы практически везде механизированы. Выполняют эти работы экскаваторы (" excavo " лат. " долблю "). Объём работы экскаватора несоизмерим с ручным трудом, как бы ни изгалялись острословы о двух солдатах из стройбата, заменяющих экскаватор.

Многообразие экскаваторов

Если вспомнить, что разработкой землеройных машин для рытья каналов занимался ещё полтысячи лет тому назад Великий Леонардо, то понятно: за это время создано столько различных модификаций экскаваторов, что классификация будет иметь разветвлённый вид. Экскаваторы отличаются друг от друга по:

Виду ходовой части (шины, гусеницы, рельсы и т.д.);

Типу эксплуатации (для строек, шахт, карьеров и т.д.);

Силовому приводу (электрические, дизельные);

По принципу работы (непрерывно или периодически работающие).

Естественно, сочетаний этих характеристик великое множество, отсюда и огромное число модификаций.

Во что обут экскаватор?

По дорогам с любым покрытием, а если нет покрытия, то по грунтам любого типа свободно пройдут экскаваторы с гусеничным ходовым механизмом . Если исключить экскаваторы, работающие в городской инфраструктуре, то подавляющее большинство оставшихся будет иметь гусеничный ход. Такие экскаваторы легко пройдут по рыхлой почве, по болотистым торфяникам при мелиорации, по захламленному бездорожью лесозаготовок и т.д.

Экскаваторы на пневноколёсах хорошо зарекомендовали себя в городах, где гусеницы попросту раздробят асфальт. Пневмоколёса и асфальт оставят в покое, и хорошо амортизируют, и при движении не гремят.

Шагающий экскаватор не имеет ни колёс, ни гусениц. Снизу у него опорная плита, на которой он располагается при работе. Для передвижения экскаватора служат опорные башмаки на гидроцилиндрах: поднялся на них, перенёс себя и снова опустился на опорную плиту. Скорость такого передвижения ― до 80 м/час.

Экскаваторы рельсового хода чаще всего используются в горнодобывающих карьерах. Обычно это цепные экскаваторы, автомобилям под погрузку удобнее заезжать снизу под экскаватором между широко расположенными рельсами. Это пространство называется порталом, потому и экскаватор считается портальным.

Землеройное устройство с ковшом можно установить на всевозможные шасси, потому иногда экскаватор имеет автомобильный, вездеходный, тракторный ход .

Уже не вызывает удивления комбинированное шасси : некоторые пневмоколёсные экскаваторы снабжены железнодорожными колёсными парами, опускаемыми в случае передвижения по рельсам.

Есть даже плавучие экскаваторы , чаще называемые земснарядами .

Принципы работы экскаваторов

Обычно одноковшовые экскаваторы являются экскаваторами циклического действия: набрал ковш ― перенёс ― высыпал. Далее цикл повторяется.

Траншейные и роторные стреловые экскаваторы являются механизмами непрерывного действия. Траншейные мы видим чаще, все помнят лёгкие экскаваторы, служащие для прокладки кабеля. Роторный экскаватор имеет много ковшов, закреплённых на большое вращающееся колесо.

Земснаряды набирают песок под водой за счёт вакуумно-всасывающих устройств.

Нельзя сказать, что какой-то один способ или принцип является лучшим или универсальным. Каждый конкретный случай требует конкретной техники. Как не будешь заготавливать речной песок одноковшовым экскаватором, так и не будешь рыть котлован для маленького пруда на даче роторным.

Зависимость выбора экскаватора от условий эксплуатации

Начнём со строительной площадки. Пожалуй, никак нельзя умалить значение колёсных экскаваторов для стройки. Да, если приходится производить объёмные разработки грунта, то лидировать будут гусеничные экскаваторы. Но в городских условиях у них больше минусов, чем плюсов: колёсные экскаваторы мобильнее ― они имеют большую скорость передвижения, и появляется возможность очень быстрой переброски с одного объекта на другой. Кроме того, в городе гусеничные экскаваторы ― враги асфальта, для их перемещения нужны тралы, что удорожает любой проект.

Шахтные экскаваторы отличаются небольшими размерами, что неоценимо в замкнутых пространствах. Наиболее часто они применяются в подземных горизонтальных выработках для погрузки горных пород, для этих же целей ― в тоннелях.

Так как карьер ― уже подготовленная территория для выработки полезных ископаемых открытым способом (а это значит, что никаких пространственных помех для экскаваторов нет), то для повышения рентабельности карьера желательно, что бы они как можно больше смогли вскрыть, перенести и загрузить пород из карьера. Потому применяются в карьерах разные экскаваторы, главное, чтобы их ковш был повместительнее:

• - драглайны, у которых нет жёсткого соединения стрелы с ковшом. Ковш удерживается цепью, другая цепь подтягивает или же отпускает ковш;
• - карьерные гусеничные, обладающие повышенной проходимостью;
• - гидравлические, которые лучше применять на вскрышных работах, ведь из-за того, что жидкость не сжимается, на породу передаётся любое усилие без потерь, наоборот с возможностью его увеличить;
• - роторные, не допускающие при работе даже малейших сбоев подачи полезных ископаемых.

Что движет экскаватором?

Передвижение и возможность работы любому экскаватору обеспечивает двигатель. Всё начиналось с парового двигателя, потом появились дизельные, карбюраторные и электрические. Намного чаще других на экскаваторы устанавливаются дизельные и электрические двигатели. Причина проста: названные виды наиболее экономичны. Какой из них выбрать? Это зависит от конкретной ситуации. Отличительная черта дизельного экскаватора ― мобильность. Если надо много перемещаться по объекту строительства или за его пределы, нужен дизельный экскаватор. При работе с небольшими перемещениями рентабельнее применять электроэкскаваторы, как использующие самую дешёвую на сегодняшний день энергию. Работа в карьерах соответствует этим требованиям. То есть, можно проследить ещё одну тенденцию: лёгкие и мобильные экскаваторы с небольшим ковшом ― дизельные, тяжёлые ― электроэкскаваторы. Сейчас идёт разработка новых моделей электроэкскаваторов ― лёгкие экскаваторы, работающие от аккумуляторных батарей. Причём машинист такого экскаватора скорее не машинист, а оператор: он может управлять машиной с помощью планшета, как находясь на сидении экскаватора, так и рядом с экскаватором.

Применение и значение экскаваторов

В первую очередь экскаватор ― землеройная машина. Поэтому преимущественно его работой является выемка и перенос грунта. Причём выемку грунта они могут производить не только на площадках, где находятся сами, но и на площадках уровнем ниже или выше. Для них не проблема выемка грунта из-под слоя воды. Выкопанный грунт они могут загружать в средства транспортировки (вагоны, автомобили, баржи и т.д.). При отсутствии транспорта экскаватором в любом удобном удалённом месте можно отсыпать грунт в отвал. Рытьё каналов и котлованов, создание насыпей и выемок, создание дамб и расчистку территорий экскаваторами производят быстро и качественно. Строительные площадки экскаватором можно спланировать с большой точностью, особенно машинами с гидравлическим приводом. Все вышеуказанные работы можно проводить не только с грунтом, но и с любыми другими сыпучими строительными материалами.

Экскаваторы позволили полностью механизировать земляные работы, заменив людей. Что уж говорить о карьерных экскаваторах, одним ковшом заполняющими полувагоны, если обыкновенный строительный экскаватор за одно движение переносит 1- 4 м 3 земли.

Самый-самый...

Понятно, что экскаватор с большим ковшом более производителен, чем его меньшие собратья. Были среди экскаваторов и такие, которые собирались в единственном экземпляре.

Размеры и характеристики самого большого в мире экскаватора впечатляют. Создала и собрала его немецкая компания ThyssenKrupp Fordertechnik в 1978 году. Стоил он около 100 млн.евро, а собирали его 5 лет. Работает он до сих пор в ФРГ в угольном разрезе в Гамбахе и выдаёт на-гора бурый уголь.

Работает этот роторный ковшовый экскаватор по 20 часов в сутки. За это время он производит 240000 м 3 угля. Размеры экскаватора: ширина ― 46 м , длина ― 240 метров , высота ― 96 метров . Вес этого монстра составляет 13,5 тыс. тонн. Стрела, имеющая длину 200 метров , заканчивается ротором с ковшами, объём каждого из них -- 6,6 м 3 .

Конечно, такие объёмы (240 тыс. м 3 /сутки) загрузить и вывезти сложно. Да это и не нужно, такие экскаваторы нужны для вскрышивания, а во вскрышенной массе более половины ненужной "пустой" породы.

Усовершенствование и разработка модификаций экскаваторов продолжается непрерывно. Причин более чем достаточно: улучшение качества работ, повышенный спрос, связанный с увеличением объёмов строительства и добычи полезных ископаемых открытым способом, новые условия и новые технологии проведения работ.