Изучение конструкций и определение технико-эксплутационных показателей экскаваторов

В качестве базовых тягачей  для малых моделей траншейных экскаваторов используют обычно гусеничные или колесные тракторы с необходимым переустройством. Тягачи средних и тяжелых моделей экскаваторов изготовляют преимущественно из тракторных узлов и деталей, сохраняя при этом принципиальную схему тракторного движителя, но по сравнению с базовыми тракторами уширяя колею и удлиняя базу. Вместе с широкими башмаками этим достигается уменьшение давления на грунт (50...80 кПа), что позволяет этим машинам работать в грунтах с пониженной несущей способностью.

Рабочее оборудование траншейного  экскаватора обеспечивает отрыв  от массива грунта в траншее проектной  глубины и ширины с откосами или  без них, полный вынос его из траншеи  и отсыпку в бруствер (кавальер) рядом с траншеей. Последнюю операцию обычно выполняет ленточный отвальный конвейер, установленный перпендикулярно продольной оси траншеи в полости ротора (на роторных экскаваторах), или на тягаче (на цепных экскаваторах). Для разработки узких траншей (щелей) применяют также безконвейерные скребковые и фрезерные траншейные экскаваторы.

Рабочее оборудование роторного траншейного экскаватора (рис. 7, а) состоит из рабочего колеса - ротора 6, установленного на поддерживающих 5 и направляющих 11 роликах рабочей рамы 14, закрепленной на раме обечайки 13, ножевых откосников 12, зачистного щита 10, задней опоры 9 и отвального конвейера 4. Несущими элементами ротора служат два кольца 20 (рис. 7, б), расположенные в параллельных плоскостях, с закрепленными по периферии ковшами.

На широких роторах  ковши устанавливают в два ряда со смещением одного ряда относительно другого на половину шага ковшей, обеспечивая этим более равномерную нагрузку на ротор при копании грунта. Ковш состоит из арки 19 с установленными в ее передней части зубьями или без них и днища 18 из переплетенных в двух направлениях цепей. Ковши открыты в лобовой части для поступления в них грунта и с внутренней стороны для разгрузки.

Все операции рабочего процесса ротора выполняются при его непрерывном вращении в сочетании с поступательным движением тягача. При движении ковшей вдоль груди забоя снизу вверх они разрабатывают грунт и заполняются им. От просыпания грунта внутрь ротора предохраняет неподвижно установленная на рабочей раме обечайка 13 (рис. 7, в) с верхним краем в начале зоны разгрузки. По достижении ковшами этой зоны грунт разгружается в открывшуюся внутреннюю полость ротора на отвальный конвейер 4, а далее последним - в бруствер с одной стороны траншеи (рис. 7, г). Цепные днища ковшей, благодаря подвижности цепных звеньев от собственного веса, способствуют более полному опорожнению ковшей.

Для эффективной разработки грунта зубья на ковшах устанавливают по схеме (рис. 7, д), реализующей метод "крупного скола", заключающийся в том, что в пределах каждой из двух или трех одинаковых групп последовательно расположенных на роторе ковшей каждый зуб 21 перемещается по своей полосе, следуя за зубом предшествующей группы в той же полосе. Так, при двухгрупповой расстановке и при 14 - ковшовом роторе по следу зубьев 1-го ковша перемещаются лишь зубья 8-го ковша, по следу 2-го ковша - зубья 9-го ковша и т. д. По ширине передней кромки зубья расставлены примерно с одинаковым шагом. Для повышения износостойкости зубьев их передние грани упрочнены износостойкими наплавками или напайками из вольфрамокобальтовых пластин состава ВК15, по твердости соизмеримых с оксидом кремния, входящего в состав большинства грунтов.

Ножевые откосники устанавливают  с двух сторон ротора наклонно в продольном и поперечном направлениях, закрепляя их неподвижно на кронштейнах рамы. При движении экскаватора они срезают грунт в зоне откосов (рис. 7, г), который обрушается вниз, захватывается ковшами и выносится на разгрузку.

Отвальные ленточные  конвейеры имеют два конструктивных варианта: с цилиндрической поверхностью рабочей ветви конвейерной ленты - криволинейные, устанавливаемые на малых моделях экскаваторов, и двухсекционные (рис. 7, г), у которых одна секция - горизонтальная - является приемной, а вторая - наклонная - отвальной, устанавливаемой под требуемым углом к приемной секции с помощью гидроцилиндра. Двухсекционные конвейеры устанавливают на средних и тяжелых экскаваторах. При переводе экскаватора в транспортное положение криволинейный конвейер устанавливают симметрично продольной оси экскаватора, а отвальную секцию двухсекционного конвейера откидывают вниз, уменьшая этим габаритную ширину рабочего оборудования. Скорость движения конвейерной ленты не превышает 5 м/с.

Установленный в задней части рабочей рамы зачистной  щит 10 (рис. 7, а) служит для профилирования дна траншеи и его зачистки от осыпавшегося грунта из неполностью разгруженных возвращающихся в забой ковшей. Обычно его соединяют с задней опорой, выполненной в виде сдвоенного колеса или лыжи. Для частичной разгрузки задней опоры при разработке тяжелых, включая мерзлые, грунтов тяжелые модели роторных траншейных экскаваторов дополнительно оборудуют лыжами 8, управляемыми гидроцилиндрами 7, или колесными опорами с каждой стороны рабочей рамы с опиранием их на бровки траншеи.

Для соединения рабочего оборудования с тягачом используют сцепное устройство в виде ползунов, перемещающихся по направляющим, установленным на тягаче, либо в виде плоского коленчато-рычажного механизма 15 с опорно-поворотным устройством 16 или без него. Для установки рабочего оборудования на требуемую глубину траншеи, а также для его перевода из рабочего I положения в транспортное II и наоборот используют гидравлические цилиндры 1 и 3. Опорно-поворотное устройство позволяет экскаватору работать на закруглениях без заклинивания ротора в траншее, а также при поворотных движениях экскаватора с полуприцепным рабочим оборудованием в транспортном положении.

Роторные траншейные экскаваторы оборудуют автономной дизельной силовой установкой 17. Для передачи движения исполнительным механизмам (ходовому устройству, ротору, отвальному конвейеру и вспомогательным устройствам для подъема рабочего оборудования и отвальной секции двухсекционного конвейера, установки дополнительных опор) применяют механические, гидромеханические и электрические трансмиссии. Для передвижения на транспортных скоростях обычно используют многоскоростную реверсивную коробку передач базового трактора, а для передвижения на рабочих скоростях к ней подключают ходоуменьшитель, работающий как понижающий редуктор. В гидромеханическом варианте привод ходового устройства в рабочем режиме обеспечивается гидромотором, питаемым рабочей жидкостью от регулируемого насоса. Эта схема обеспечивает бесступенчатое регулирование скоростей в нескольких диапазонах при совместной работе коробки передач и ходоуменьшителя и позволяет выбирать рациональные скоростные режимы в зависимости от категории разрабатываемых грунтов.

Ротор приводится через механическую трансмиссию на тягаче, две двухступенчатые цепные передачи 2 и две открытые зубчатые пары шестерня - зубчатый венец ротора с каждой стороны последнего. Движение отвальному конвейеру передается от приводного вала ротора через систему цепных передач. Применяется также индивидуальный привод ротора и отвального конвейера от электродвигателей, питаемых электроэнергией от приводимого дизелем генератора переменного тока. Для привода вспомогательных механизмов используют обычно объемный гидропривод с нерегулируемыми насосами.

У цепных экскаваторов (рис. 8, а) отвальный конвейер 4 расположен на тягаче 1, а рабочее оборудование 7 соединено с тягачом по навесной схеме с помощью тяг 3 и 5 и может быть установлено в транспортное или рабочее положение на требуемую глубину траншеи гидроцилиндром 2. Рабочее оборудование состоит из рамы, двух ведущих звездочек или приводного граненого барабана, устанавливаемых в верхней части рамы, двух натяжных колес в ее нижней части и огибающей их опирающейся на ролики замкнутой длиннозвенной цепи, на которой с определенным шагом закреплены ковши или заменяющие их рабочие органы. В последнее время в качестве рабочих органов используют комбинированные рабочие элементы (рис. 8, б) из скребков 10 и установленных на арках 8 зубьев 9. Зубья отделяют грунт от массива, а следующий за ними скребок выносит его из траншеи. В пределах траншеи выносимый из нее грунт блокирован от просыпания лобовой и боковыми стенками, а по выходе из траншеи он перемещается в лотке 6 (рис. 8, а), из которого отсыпается на отвальный конвейер. Комбинированные рабочие органы более эффективны по сравнению с применявшимися прежде ковшами, склонными к залипанию.

Для разработки узких траншей применяют скребковые экскаваторы (рис. 9, а) на базе пневмоколесных тракторов, рабочее оборудование которых 2 включает приводную 6 (рис. 9, б) и натяжную 10 звездочки, огибающую их цепь 9 с закрепленными на ней резцами 8 и скребками 7 и приводимый скребковой цепью через звездочку 4 винтовой конвейер 5 с двумя шнеками противоположной направленности. Резцы установлены попарно - первым следует узкий резец, оставляющий после себя узкую прорезь, за ним - расширяющий резец.

Отделенный резцами  от массива грунт выносится из траншеи скребком, где он отодвигается от бровок траншеи на обе ее стороны шнеком (рис. 9, в). Дно траншеи зачищается щитом 1 (рис. 9, а). Устанавливают рабочее оборудование в рабочее или в транспортное положения гидроцилиндром 3.

 

3. Основные параметры и технико-эксплутационные показатели экскаваторов

Техническую производительность (м³/ч) одноковшовых экскаваторов как наибольшую среднюю производительность за 1 ч работы определяют по формуле:

,      (1)

где - вместимость ковша, м³; - коэффициент его наполнения (1,0…1,3); - коэффициент разрыхления грунта (см. табл. 2); - продолжительность рабочего цикла, с; - продолжительность одной передвижки экскаватора на новую позицию, с; - число циклов за час работы, .

Грунты, разрабатываемые машинами, классифицируют по трудности разработки по 8 категориям (табл. 2):

I категория - песок, супесь, мягкий суглинок средней крепости влажный и разрыхленный без включений;

П категория - суглинок без  включений, мелкий и средний гравий, мягкая влажная или разрыхленная глина;

III категория - крепкий суглинок, глина средней крепости влажная или разрыхленная, аргиллиты и алевролиты;

IV категория - крепкий суглинок, крепкая и очень крепкая влажная глина, сланцы, конгломераты;

V категории - сланцы, конгломераты, отвердевшие глина и лесс, очень крепкие мел, гипс, песчаники, мягкие известняки, скальные и мерзлые породы;

VI категория - ракушечники и конгломераты, крепкие сланцы, известняки, песчаники средней крепости, мел, гипс, очень крепкие опоки и мергель;

VII категория - известняки, мерзлый грунт средней крепости;

VШ категория - скальные и мерзлые породы, очень хорошо взорванные (куски не более 1/3 ширины ковша).

Таблица 2

Характеристики грунтов

Категория грунта	Плотность, кг/м3	Число ударов плотномера ДорНИИ	Коэффициент разрыхления	Удельное сопротивление, кПа
				резанию	копанию при работе:
					прямыми и обратными лопатами	драглайнами	экскаваторами непрерывного действия
							роторными поперечного копания	цепными поперечного копания	траншейными
I	1200-1500	1-4	1,08-1,17	12-65	18-80	30-120	40-130	50-180	70-230
II	1400-1900	5-8	1,14-1,28	58-130	70-180	120-250	120-250	150-300	210-400
III	1600-2000	9-16	1,24-1,3	120-200	160-280	220-400	200-380	240-450	380-660
IV	1900-2200	17-35	1,26-1,37	180-300	220-400	280-490	300-550	370-650	650-800
V	2200-2500	36-70	1,3-1,42	280-500	330-650	400-750	520-760	580-850	700-1200
VI	2200-2600	71-140	1,4-1,45	400-800	450-950	550-1000	700-1200	750-1500	1000-2200
VII	2300-2600	141-280	1,4-1,45	1000- 3500	1200- 4000	1400- 4500	18б0- 5000	2200- 5500	2000- 6000
VIII	2500-2800	281-560	1,4-1,6	-	220-250	230-310	-	-	-

Продолжительность рабочего цикла определяют суммарным временем, затрачиваемым на выполнение операций с учетом совмещения отдельных рабочих движений. Так, например, если поворот платформы на разгрузку ковша выполняется одновременно с маневровыми движениями рабочего оборудования и при этом продолжительность маневровых движений покрывается временем поворота платформы, то в расчет принимается только время поворотного движения.

Эксплуатационная  производительность (м³/сутки, м³/мес., м³/год)

,       (2)

учитывает продолжительность  периода работы экскаватора  (ч) и его использование во времени (при односменной работе = 0,8...0,85).

При расчете технической  производительности гидравлического  экскаватора с рабочим оборудованием обратная лопата по формуле (1) продолжительность рабочего цикла (с) определяют как

,      (3)

где - время (с), затрачиваемое соответственно на копание грунта, поворот платформы с груженым ковшом на разгрузку, собственно разгрузку ковша, поворот платформы с порожним ковшом в возвратном направлении и опускание рабочего оборудования от уровня стоянки экскаватора до положения начала следующего рабочего цикла.

Маневровые движения рабочего оборудования для установки  ковша в положение разгрузки  обычно совмещаются с поворотом  платформы на разгрузку, а поэтому  затрачиваемое на эти движения время в расчетах не учитывается, поскольку оно покрывается временем поворотного движения. По той же причине не учитывается время маневровых движений рабочего оборудования при повороте платформы к забою. Опускают же рабочее оборудование в забой ниже уровня стоянки экскаватора обычно после прекращения поворотного движения.

Пример 1. Определение составляющих продолжительности рабочего цикла.

Требуется определить продолжительность рабочего цикла пневмоколесного гидравлического одноковшового экскаватора с рабочим оборудованием обратная лопата по следующим исходным данным: мощность двигателя кВт; средний суммарный КПД привода рабочего оборудования ; вместимость ковша м³; разрабатываемый грунт - суглинок; удельное сопротивление грунта копанию кПа; угол поворота платформы на разгрузку рад; средние скорости вращения поворотной платформы в прямом с^-1 и возвратном с^-1 направлениях.

Средняя работа операции копания при расчетном коэффициенте наполнения ковша, равном коэффициенту разрыхления грунта, составит:

= 150 · 0,5 = 75 кДж.