Изучение конструкций и определение технико-эксплутационных показателей экскаваторов

Поворотная  платформа выполнена в виде рамной конструкции, способной неограниченно вращаться относительно нижней рамы. Для ее уравновешивания при работе экскаватора в хвостовой части платформы размещен чугунный противовес и, кроме того, - насосно-силовая установка и другие наиболее тяжелые агрегаты. В передней части платформа оборудована стойками-пилонами 8 (рис. 2, а) для шарнирного соединения с ней стрелы, а также проушинами для установки одного 9 или двух 19 (рис. 2, б) гидроцилиндров привода стрелы. Кабину машиниста 15 с органами управления устанавливают с одной стороны поворотной платформы.

Обычно в приводах рукояти и ковша устанавливают по одному гидроцилиндру. В приводе же стрелы могут быть как один (обычно для экскаваторов малой мощности 2-й и 3-й, иногда 4-й размерных групп), так и два гидроцилиндра (на экскаваторах 4 - 6-й размерных групп).

Рабочее оборудование обратная лопата (см. рис. 2, а и б) включает последовательно соединенные между собой шарнирами стрелу 10, рукоять 14 и ковш 13. Стрела, кроме того, шарнирно соединена с поворотной платформой. Вместе с последней элементы рабочего оборудования образуют шарнирно-рычажный четырехзвенный механизм, позволяющий занимать ковшу и режущим кромкам его зубьев различные положения в пределах рабочей зоны экскаватора на всех операциях его рабочего цикла. Рабочее оборудование обратная лопата предназначено для разработки грунтов в основном ниже уровня стоянки экскаватора.

Стрела может быть моноблочной и составной (рис. 3), состоящей из двух секций: корневой 1, шарнирно соединенной с поворотной платформой, и удлиняющей 3, соединяемой с корневой секцией болтами или шарниром и ригелем 2, перестановкой которого в проушины 4 на удлиняющей секции можно изменять расстояние между концевыми шарнирами стрелы.

Чаще составными стрелами комплектуют универсальные экскаваторы. При замене рабочего оборудования обратной лопаты на прямую сохраняют только корневую секцию, а удлиняющую секцию либо используют в качестве рукояти прямой лопаты, соответственно перемонтировав ее, либо заменяют новой.

Моноблочная стрела (рис. 2) коробчатого поперечного сечения, обычно с разнесенными шарнирами для соединения с поворотной платформой и вилкой на противоположном конце, в ее головной части, для соединения с рукоятью. Стрелу поднимают и опускают одним (рис. 2, а) или двумя (рис. 2, б и 3) гидроцилиндрами. Рукоять, также коробчатого поперечного сечения, приводится гидроцилиндром 11 (рис. 2). На экскаваторах можно устанавливать рукояти различной длины и удлиняющие секции стрелы.

Ковш в форме емкости, открытой с одной стороны, с зубьями на его передней стенке, или без них (для разработки легких грунтов), соединен с рукоятью шарнирно в ее головной части и приводится шарнирно установленным одним концом на рукояти гидроцилиндром 12 непосредственно (рис. 2, а) или через шарнирно-рычажный механизм (рис. 2, б), состоящий из коромысла 18 и тяги 20 и выполняющий функцию мультипликатора. Для предупреждения заклинивания ковшей в траншее на их боковых стенках устанавливают, кроме того, подрезные зубья 17. Кроме обычных экскавационных ковшей (основных, широких и узких) на экскаваторе могут быть установлены ковши для дренажных работ по форме профиля очищаемой выемки.

Копают грунт либо поворотом рукояти при фиксированном на ней ковше - от дна выемки вверх, либо поворотом ковша при фиксированных стреле и рукояти, либо совместным поворотом рукояти и ковша. В конце операции копания для предотвращения от просыпания грунта из ковша на следующей транспортной операции ковш подворачивают к рукояти, после чего рабочее оборудование поднимают стреловым гидроцилиндром. Поворотное движение платформы начинают после того как рабочее оборудование будет выведено из выемки. Одновременно с подъемом стрелы маневровыми движениями рукояти и ковша добиваются установки последнего в конце поворота платформы в положение выгрузки.

Разгружают грунт отворотом  ковша от рукояти. Различают разгрузку в отвал и в транспортное средство. В первом случае эта операция не требует полной остановки платформы - разгрузку начинают в конце поворотного движения в прямом направлении и заканчивают в начале возвратного вращения. Во втором же случае, во избежание просыпания грунта при его разгрузке, требуется четкая координация ковша относительно кузова транспортного средства. Для этого платформу останавливают и включают на возвратное вращение только после полной выгрузки ковша. Разгрузка в транспортное средство требует большего времени чем разгрузка в отвал, а следовательно, она менее производительна по сравнению с последней.

После разгрузки ковша  операция возврата рабочего оборудования на исходную позицию для следующего рабочего цикла аналогична операции транспортирования грунта на разгрузку, но выполняется в обратной последовательности указанных движений.

На гидравлический экскаватор для разработки грунтов, выше уровня стоянки навешивают рабочее оборудование прямая лопата (рис. 4, а), состоящее из стрелы 1, рукояти 3 и ковша 5. Стрела обычно короче, чем у обратной лопаты. Привод стрелы обеспечивается двумя гидроцилиндрами 8, а рукояти - гидроцилиндром 2.

Относительно рукояти ковши могут быть поворотными (рис. 4, а) и неповоротными (рис. 4, б).

Поворотный ковш может изменять свое положение относительно рукояти для установки требуемого угла резания, а также для выгрузки грунта с помощью гидроцилиндра 4 рис. 4, а), коромысла 7 и тяги 6.

Неповоротные  ковши устанавливают на рукояти с постоянным углом резания, который может быть изменен заменой тяги 10 (рис. 4, б) соответствующей длины. В нижней части корпуса ковша на шарнире 11 установлено откидывающееся днище 13, закрываемое подпружиненной щеколдой 15. Для разгрузки грунта посредством гидроцилиндра 9 через рычаг 12 и цепь 14 щеколду выдергивают из гнезда на корпусе, после чего днище открывается под действием собственной силы тяжести. Захлопывается днище автоматически при опускании ковша в нижнее положение для начала копания.

На некоторых  моделях устанавливают также челюстные ковши (рис. 4, в), состоящие из шарнирно соединенных между собой двух челюстей - корпуса 18 и днища 17. В режиме копания и транспортирования грунта челюсти сомкнуты, а для разгрузки грунта они размыкаются гидроцилиндром 16, вмонтированным в днище ковша.

Экскаватор с рабочим  оборудованием прямая лопата разрабатывает  грунт движением ковша снизу (от уровня стоянки экскаватора) вверх (до верхнего обреза забоя). Максимальная кинематическая высота копания реализуется лишь в случае маневровых движений. Из-за опасности обрушения грунта из образующихся навесов (козырьков) копать на этой высоте нельзя. При копании на максимальном вылете ковша козырьки образуются уже начиная с высоты оси пяты стрелы. Соблюдая требования безопасности, высоту забоя можно довести до 2/3 максимальной кинематической высоты. Хотя кинематика рабочего оборудования позволяет разрабатывать грунт ниже уровня стоянки экскаватора, реализовать это удается крайне редко - лишь на последней по ходу движения позиции экскаватора, так как отрытая перед ним выемка не позволяет экскаватору перемещаться вперед "на забой".

Копают грунт поворотом рукояти относительно стрелы, а толщину грунтовой стружки регулируют кратковременными перемещениями стрелы "на забой" или от него. В случае поворотных и челюстных ковшей возможна разработка грунта поворотом ковша. Структура рабочего цикла такая же, как и у экскаватора с рабочим оборудованием обратная лопата.

Неполноповоротные экскаваторы (рис. 5) изготовляют, в основном, на базе пневмоколесных тракторов небольшой мощности и фронтальных погрузчиков. Это мобильные малогабаритные землеройные машины с большим количеством (до 25) сменных видов рабочего оборудования. Наиболее эффективно их использовать в стесненных условиях, а также при небольших объемах рассредоточенных земляных работ.

Основным рабочим органом обычно служит унифицированный ковш прямой и обратной лопат вместимостью 0,2...0,3 м³. Сменными являются узкий и специальный ковши для рытья узких траншей, погрузочные ковши вместимостью 0,2...0,6 м³, крановая подвеска грузоподъемностью 0,3...0,8 т, грейфер вместимостью 0,2...0,3 м³, однозубый рыхлитель, гидравлический молот, грузовые вилы, буровое оборудование, захват для укладки бордюрных камней, оборудование обратная лопата со смещенной осью копания для рытья траншей вблизи зданий и сооружений и т. п. Рабочее оборудование заменяется машинистом непосредственно на строительном объекте.

Рабочее оборудование 11, состоящее из стрелы, рукояти и ковша, вместе с гидроцилиндрами привода этих элементов смонтировано на поворотной колонке 10, установленной на раме 9 базового трактора. Поворот колонки вместе с рабочим оборудованием на 90° в каждую сторону обеспечивается двумя гидроцилиндрами 5, приводящими цепь 4, охватывающую звездочку 3, жестко посаженную на вал колонки. Применяются также реечные и рычажные механизмы поворота. Для разработки грунта машину устанавливают на две выносные опоры 2 и смонтированный на дышле 6 бульдозерный отвал 7, управляемые гидроцилиндрами 1 и 8.

Экскаваторы непрерывного действия

Экскаваторами непрерывного действия называют землеройные машины, непрерывно разрабатывающие грунт с одновременной погрузкой его в транспортное средство или укладкой в отвал. Рабочий орган экскаватора непрерывного действия оборудован несколькими ковшами, скребками или резцами, поочередно отделяющими грунт от массива. Их закрепляют на едином рабочем органе - роторе или замкнутой цепи, располагая с определенным постоянным шагом.

Грунт разрабатывают  в процессе двух независимых движений: относительного - непрерывного перемещения ковшей или заменяющих их рабочих органов по замкнутой траектории относительно несущей рамы и переносного - перемещением рамы вместе с рабочими органами, называемого подачей. Для отсыпки грунта используют специальное транспортирующее устройство, чаще - ленточный конвейер, на который грунт поступает из ковшей или заменяющих их рабочих органов.

Однотипность рабочих  движений предопределяет автоматизацию процесса и, как следствие, облегчение управления, которое сводится к начальной настройке экскаватора на определенный режим в соответствии с технологическими требованиями и характеристикой разрабатываемого грунта, наблюдению за его работой и оперативному ручному управлению в экстремальных ситуациях, например, для остановки рабочего органа при встрече с непреодолимым препятствием, для изменения режимов рабочих движений и т. п. По этому показателю экскаваторы непрерывного действия имеют преимущество перед одноковшовыми экскаваторами, управление рабочим процессом которых требует постоянного участия машиниста в течение каждого экскавационного цикла. Вторым важным преимуществом этих экскаваторов перед одноковшовыми является более полное использование во времени установленной мощности энергосиловой установки и, как следствие, при прочих равных условиях, более высокая техническая производительность.

Экскаваторы непрерывного действия классифицируют по признакам:

по назначению или виду выполняемых работ - траншейные — для отрывки и засыпки траншей, карьерные - для добычи строительных материалов в карьерах, строительно-карьерные - для массовых земляных работ в строительстве;

по типу рабочего органа - роторные и цепные;

по способу копания - продольного, когда относительное и переносное движение совершается в одной плоскости, и поперечного копания - в противном случае.

Остальные классификационные признаки являются общими для строительных машин (по типу привода, ходового устройства и др.).

Траншейными экскаваторами называют землеройные машины непрерывного действия с рабочим органом продольного копания, применяемые для отрывки траншей - выемок большой протяженности по сравнению с размерами их поперечных сечений.

По типу рабочего органа различают роторные и цепные траншейные экскаваторы. У роторного экскаватора ковши располагают с равным шагом по периферии рабочего органа - ротора, а у цепных - на замкнутой ковшовой цепи. Роторные экскаваторы применяют для разработки траншей ограниченной глубины (до 3 м) в связи с тем, что дальнейшее увеличение этого параметра требует увеличения диаметра ротора и связанной с этим габаритной высоты, предельные значения которой регламентированы условиями безопасного передвижения экскаватора при его перебазировании на новый строительный объект под мостами, эстакадами, линиями электропередач и т. п. Цепные рабочие органы любой длины при их переводе в транспортное положение располагаются почти горизонтально без увеличения габаритной высоты. Поэтому цепные экскаваторы могут разрабатывать траншеи любой практической глубины. Отечественная промышленность выпускает цепные экскаваторы для разработки траншей глубиной до 6 м. Траншейные экскаваторы эффективно применять для разработки однородных грунтов до IV категории включительно. Крупные каменистые включения снижают ресурс этих машин, приводят к частым отказам, простоям и дополнительным затратам на ремонтно-восстановительные работы. Специальные роторные траншейные экскаваторы способны разрабатывать также мерзлые грунты.

Являясь машиной непрерывного действия, траншейный экскаватор наиболее полно реализует свои технологические возможности при разработке траншей большой протяженности с возможно меньшим количеством пионерных выемок для ввода рабочего органа в траншею, которые обычно дорабатывают до полного профиля одноковшовыми экскаваторами.

Главным параметром траншейного экскаватора является глубина отрываемой траншеи, входящая в его индекс.

В индексе траншейных экскаваторов (рис. 6) первые две буквы ЭТ означают экскаватор траншейный, а третья – тип рабочего органа (Ц – цепной, Р – роторный). Первые две цифры индекса обозначают наибольшую глубину отрываемой траншеи (в дм), третья – порядковый номер модели. Первая из дополнительных букв после цифрового индекса (А, Б, В и т.д.) означает порядковую модернизацию машины, последующие – вид специального климатического исполнения (ХЛ – северное, Т – тропическое, ТВ – для работы во влажных тропиках).

Например, ЭТР-254 обозначает экскаватор траншейный роторный четвертой модели для разработки траншей глубиной до 2,5 м; ЭТЦ-165А - экскаватор траншейный цепной пятой модели, глубина траншей до 1,6 м, первая модернизация.

Основными параметрами служат масса экскаватора, мощность двигателя и др.

Траншейный  экскаватор состоит из двух частей - тягача и рабочего оборудования, соединенных между собой по полуприцепной (большинство роторных экскаваторов) или навесной (малые модели роторных экскаваторов, их модификации, цепные экскаваторы) схемам.