На автогрейдери також підвішують додаткове робоче обладнання у вигляді бульдозерного відвалу 8, керованого гідромотором 7. Замість бульдозерного обладнання можна встановити киркувальник, що являє собою багатостійкове зпушувальне обладнання. Він служить для зламу дорожнього покриття при ремонті та зпушуванні щільних грунтів на глибині до 250 мм при ширині захвату 930...1400 мм. Іноді киркувальник навішують на кронштейни зі зворотнього боку основного повотного відвалу.
На основний відвал можна кріпити змінні розширювачі та подовжувачі для переміщення і планування грунту, відкисники для планування схилів насипів. Бульдозерний відвал можна замінити стрілоподібними відвалом для снігоочищення.
Перед роботою автогрейдера проводять установче переміщення відвалу. У процессі копання (планування) керування автогрейдером зводиться до вибору швидкісних режимів, витримки напряму руху машини та регулювання положення відвалу по висоті і кутові поперечного нахилу. Для планування схилів відвал можна винести вбік за габарит машини. Грунт перед відвалом автогрейдера переміщується, як і перед відвалом універсального бульдозера.
Технічна продуктивність (м3/год) автогрейдера при різанні і переміщенні грунту
, (5.13)
де S- площина перерізу стружки, яку вирізають за один прохід, м2; S=0,05...0,09 та 0,07...0,12 м2 для автогрейдерів середнього і важкого типів; L- довжина захвату, м; uр- середня робоча швидкість автогрейдера, м/хв; tp- час на розвертання машини або час холостого ходу, залежно від прийнятої схеми роботи, хв; n- кількість проходів, необхідних для різання і переміщення грунту.
Продуктивність автогрейдерів при виконанні планувальних робіт визначається так само, як і продуктивність універсального бульдозера.
Грейдер-елеватори. Як і інші ЗТМ, вони призначені для переміщення грунту. Їх застосовують для зведення насипів заввишки 1,5 м з бічних резервів, утворення повздовжніх виїмок, улаштування каналів та напіввиїмок - напівнасипів та інших подібних споруд. Грейдер-елеватори виготовляють як навісне обладнання на автогрейдери або ж частіше як причіпне обладнання до тракторів, або у вигляді самохідних машин в комплекті з одноосними тягачами.
Екскаватори.
Екскаватори - це землерийні машини, які виконують копання грунту і переміщення його у відвал або до транспортних засобів. За характером роботи розрізняють екскаватори циклічної дії (одноківшові) та безперервної дії (багатоківшові або безківшові, тобто не з ківшами, а з іншими робочими органами: шкребками, різцями і т.п.). Всі операції (копання, транспортування грунту, розвантаження, повернення ковша до забою) перші виконують послідовно, а другі - одночасно: у той час як один чи декілька ковшів копають, другі транспортують, треті - розвантажують, четверті - рухаються в забій.
Екскаватори циклічної дії універсальні, у них великі технологічні можливості, ширший діапазон різних видів виконуваних робіт, вони обладнані більшою кількістю змінних робочих органів.
Екскаватори безперервної дії призначені для проведення значних обсягів однотипових зосереджених або лінійних робіт. У такому разі вони більш продуктивні та менш металоємкісні.
Екскаватори циклічної дії (одноковшові) за призначенням поділяються на будівельні - для земляних робіт, навантаження і розвантаження сипких матеріалів; будівельно-кар’єрні - вони поєднують функції будівельних і кар’єрних екскаваторів; кар’єрні - для добування будівельних матеріалів та корисних копалин відкритим способом; розкривальні - для зняття верхнього шару грунту чи гірської породи перед кар’єрними розробками; тунельні і шахтні - для роботи під землею при будівництві підземних споруд та добування корисних копалин. Одноківшовий екскаватор з одним чи кількома (три і більше) видами робочого обладнання називають відповідно спеціальними та універсальними. Більшість екскаваторів, що виготовляють,(понад 90%)- універсальні. Розкривальні та кар’єрні екскаватори мають однакову базу й розрізняються розмірами робочого обладнання. Розкривальні екскаватори частіше розробляють менш міцні грунти, тому з метою підвищення продуктивності їх оснащують ківшами більшого вмісту і вони мають більші розміри робочого обладнання. Шахтові та тунельні екскаватори , оскільки працюють вони в тісних умовах, мають менші розміри робочого обладнання і відповідно меншу зону переміщення їх ківшів.
До будівельних належать екскаватори з ківшами вмістом від 0,25 до 4 м3. Вони розробляють грунти 1...4 категорій. Ці екскаватори - універсальні машини. Вони мають різні види змінного робочого обладнання: як землерийного, так і іншого призначення - для навантажувально-розвантажувальних робіт, монтажних, сваєбійних, планувальних та ін.
Діюча система індексації одноківшових будівельних екскаваторів передбачає позначення марки екскаватора літерами ЕО, чотирма цифрами та двома літерами (останніх може і не бути). Літери ЕО- екскаватор одноківшовий універсальний. Чотири основні цифри послідовно означають: розмірну групу машини, тип ходового обладнання, конструктивне виконання робочого обладнання (вид підвіски) та порядковий номер машини. Вісім розмірних груп екскаваторів позначаються цифрами від 1 до 8. Розмір екскаватора характеризують вага машини, потужність основного двигуна та геометричний вміст основного ковша. Цифра 1 відповідає вмісту основного ковша 0,15 м3, 2- 0,25 м3, 3- 0,4 м3,4-0,65 м3,5-1,0 м3,7- 2,5 м3,8- 4,0 м3. Основним вважається ківш, яким екскаватор може розробляти грунт 4 категорії на максимальних лінійних робочих параметрах (глибина та радіус копання, радіус та висота розвантаження та ін.).
У стандартах на екскаватори для кожної розмірної групи часто наводять декілька вмістів ківша - основного і змінних підвищеного вмісту, причому для останніх передбачено значно слабші грунти, ніж при роботі з основним ківшем.
Тип ходового обладнання вказують цифрами від 1 до 9. Цифра 1 означає гусеничне ходове обладнання, 2- гусеничне розширене, 3- пневмоколісне,4- спеціальне шасі вантажного автомобіля, 6- шасі серійного трактора, 7- причіпне ходове обладнання, 8- плавуче обладнання, 9- резерв. Конструктивне виготовлення робочого обладнання вказане цифрами 1 (з гнучкою підвіскою), 2 (з жорсткою), 3 (телескопічне). Остання цифра індексу означає порядковий номер моделі екскаватора. Перша з додаткових букв після цифрового індексу (А,Б,В і т.д.) означає порядкову модернізацію даної машини, наступні - вид спеціального кліматичного виготовлення (ХЛ- північне, Т-тропічне, ТВ- для робіт у вологих тропіках). Наприклад , індекс ЕО-5122 АХЛ розшифровується так: екскаватор одноковшовий універсальний, п’ятої розмірної групи, на гусеничному ходовому обладнанні, з жорсткою підвіскою робочого обладнання, друга модель, пройшла першу модернізацію, північне виконання. Екскаватор обладнують основним ківшем вмістом 1,25 м3, який відповідає п’ятій розмірній групі, та змінним вмістом 1,6 та 2,0 м3.
Екскаватори з гнучкою (канатно-блочна система керування робочим обладнанням) та жорсткою (гідравлічна система керування) підвіскою робочого обладнання частіше мають відповідно механічний і гідравлічний привод всіх механізмів. Жорстка підвіска дозволяє повніше використовувати вагу екскаваторів для реалізації усіх зусиль на зубах ківша.
Екскаватори з телескопічним робочим обладнанням, як правило, виготовляють з гідравлічним приводом. Вони універсальні, але малопродуктивні та дорогі. Частіше їх виробляють повноповоротними - кут повороту поворотної частини в плані не обмежений , однак навісні на автомобілі та трактори роблять неповноповоротними - кут повороту на плані 180...270°.
Екскаватори з механічним приводом частіше виготовляють по одномоторній схемі.
На рис .5.10,а показана конструктивна схема одноківшового екскаватора. Ходове обладнання 1- гусеничне, є також механізм переміщення, який забезпечує його реверсивне пересування.
На рамі ходового обладнання розміщено опорно-поворотний пристрій 2 та механізм повороту. На першому змонтована поворотна платформа 14.
На поворотній платформі закріплено ДВЗ 4, противага 3, багатобарабанна лебідка, механізми приводу і керування. Зверху все це закрито кузовом, у передній частині поворотної платформи
Рис. 5.10 Одноківшовий екскаватор з робочим обладнаням пряма лопата:
а- конструктивно схема; б,в- схеми напірних механізмів; г- схема відкривання днища ківша; 1- ходовий пристрій; 2- опорно-поворотний пристрій; 3- противага; 4- двигун внутрішнього згорання; 5,7- стріловий та підйомний поліспасти; 6- обводні блоки стріли; 8- урівнюючий блок підйомного механізму; 9- ківш; 10- днище ківша; 11- рукоять; 12- стріла; 13- напірний механізм; 14- поворотна платформа; 15,16- підйомний та стріловий барабани; 17- барабан напірної лебідки; 18- ланцюгова передача; 19- канат висування рукояті; 20- обвідні блоки напірного механізму; 21- врівнюючий блок рукояті; 22- канат повернення рукояті; 23,25- вали; 24- ланцюгова передача; 26- шестерні; 27- балка рукояті; 28,31- блоки; 29- важиль; 30- пневмоциліндр; 32- допоміжний канат відкривання днища ківша; 33- задвижка
прикріпляють робоче обладнання. Основними видами робочого обладнання механічних (канатно-блочних) екскаваторів є: пряма лопата, зворотна лопата, драглайн, грейфер, кранове обладнання. Крім того, екскаватор можна оснастити обладнанням для планування насипів і майданчиків, зпушування мерзлих і скельних грунтів, занурення свай і т.д.
Робоче обладнання пряма лопата має стрілу 12, шарнірно закріплену на поворотній платформі. У екскаваторів 2-ої і 3-ої розмірної групи рукоять 11 прикріплена до стріли шарнірно. У більших типорозмірів вона частіше пов’язана зі стрілою через сідельний підшипник, який дозволяє повертати рукоять відносно стріли й переміщувати вздовж осі (напір). У цьому випадку є спеціальний напірний механізм 13.
До рукояті нерухомо приєднано ковш 9 з днищем 10, що відкривається. Кут нахилу стріли модна змінити за допомогою стрілового поліспаста 5, канат із якого намотується на стріловий барабан 15. Піднімання і опускання ківша (поворот рукояті) здійснюється за допомогою підйомного поліспаста 7, канат із якого намотується на барабан 15.
Напірні механізми виготовляють або з канатним, або з зубчасто-рейковим приводом переміщення. На рис. 5.10,б вказано схему напірного механізму з канатним приводом та однобалковою рукояттю, стріла при цьому двобалкова. Канат, що звисає з підйомного барабана 15, охоплює блок 6, встановлений на верхній частині стріли, урівнюючий блок 8, який розташований на ківші 9, блок 6. Другий кінець цього каната закріплено на барабані 17 напірної лебідки. Цей барабан встановлено на осі стріли й приводиться в рух ланцюговою передачею 18. На барабана 17 закріплено обидва кінці каната 19. Цей канат охоплює обидва блоки 20, встановлені на осі сідельного підшипника, та урівнюючий блок 21, розміщений на рукояті.
При обертанні барабана 17 за годинниковою стрілкою канатом 19 та проти неї канатом 22 рукоять відповідно висувається і прибирається, тобто відбувається незалежне від роботи механізму піднімання ківша переміщення рукояті (незалежний напір).
При відключеній ланцюговій передачі та обертанні барабана 15 піднімається ковш (тобто, поворот рукояті). За рахунок зусиль, які виникають при копанні, другий кінець підйомного каната повертає барабан 17 і забезпечує автоматичне висування рукояті (залежний напір). При цьому реалізується певне співвідношення на зубах ківша між підйомним і напірним зусиллями. Таким чином, досягається плавна робота підйомного та напірного механізмів та легкість керування переміщеннями ківша.
Однак напірне переміщення, що створюється, не забезпечує копання грунту при оптимальному кутові різання. Фактично використовується комбінований напір, який реалізується при обертанні барабана 17 та періодичним включенням барабана 15. Тому копання, яке виконувалося в основному за схемою залежного напору, відбувається з меншими збитковими зусиллями та супровідними затратами потужності, а холості рухи здійснюються за допомогою незалежного напору, що забезпечує їх швидкість і чіткість.
Схема напірного механізму із зубчасто-рейковим приводом та двобалковою рукояттю, що охоплює однобалкову стрілу, вказана на рис. 5.10, в. За допомогою ланцюгової передачі 18 приводиться в рух вал 23, встановлений на осі стріли, а за допомогою ланцюгової передачі 24 - вал 25, який є оссю сідельного підшипника. На валу 25 закріплено шестерні 26, які перебувають у зчепленні з зубчастими рейками, встановленими на балках 27 рукояті. Ця схема забезпечує незалежний напір. Щоб створити залежний або комбінований напір, слід з’єднати між собою вали ланцюгової передачі 18 та барабана 15. У будь-якому випадку напірні механізми забезпечують гальмами для фіксації рукояті відносно стріли. Днище 10 (рис. 5.10,а) монтується на ківші 9 шарнірно і фіксується в закритому положенні підпружиненою засувкою.
Засувка 33 (рис. 5.10,г) з’єднана додатковим канатом 32, який охоплює блок 31, встановлений на осі сідельного шарніра, та блоки 28, змонтовані на ричагу 29, шарнірно-закріпленому на стрілі. Кінець каната 32 намотано на напірний барабан 17. Щоб відкрити ківш, треба пневмоциліндром 30 повернути важиль 29 проти годинникової стрілки. При цьому канат натягається і відсовує підпружинену засувку, а днище ківша під дією власної ваги опуститься.
Екскаватор з обладнанням пряма лопата працює таким чином. Його встановлюють у забої, по можливості ближче до поверхні, що розробляється. Стрілу розміщують приблизно під кутом 450, рукоять опускають униз, ківш підводять механізмом напору до підошви забою. При одночасній роботі механізмів підйому і напору призводиться піднімання ковша і копання грунту. Якщо ковш не заповнився за одне переміщення, доцільно повторити операцію копання. У верхній частині забою (у кінці підйому) за допомогою механізму напору ківш відсувають від поверхні забою і починають поворот на розвантаження. Залежно від координат положення, в якому необхідно проводити розвантаження, повертають, відсувають або втягують рукоять, у безнапірних екскаваторів проводять необхідний поворот стріли. Тоді відкривають днище ківша і висипають його вміст. Якщо грунт у ківші прилип, треба струсити ковш, попередньо розгальмувавши барабан підйомної лебідки (при цьому ківш починає падати), а тоді знову загальмувати його. Після розвантаження відбувається поворот екскаватора в забій. Розгальмувавши механізм повороту, кидають рукоять, при цьому днище б’ється об ківш, засувка закривається, фіксуючи днище у закритому положенні. Ківш повертається в попереднє положення і розпочинається новий цикл.
Кожен подальший процес копання проводиться поряд із попереднім, при цьому екскаватор розробляє дугоподібний в плані забій. Періодично ківш пересувають в бік забою або механізмом напору, або нахилом стріли, або пересуванням екскаватора.
Екскаватор із обладнанням пряма лопата призначений для розробки грунту вище рівня стоянки. Часто, щоб підготувати собі забій, такий екскаватор може копати грунт і дещо нижче рівня стоянки, однак продуктивність його при цьому буде вкрай низькою, такий екскаватор може здійснювати розвантаження у відвал або в транспортні засоби (автомобілі - самосвали).
Ківш прямої лопати підіймають при копанні, тобто не вимагаються додаткові затрати часу.
Рис. 5.11. Одноківшовий екскаватор з обладнанням зворотня лопата:
1,2- підйомний барабан та канат; 3,4- тяговий барабан та канат; 5- рукоять; 6- ківш; 7- стріла
Екскаватор з обладнанням зворотня лопата (рис. 5.11) розробляє грунти нижче рівня стоянки. Розвантаження можна також здійснювати у відвал або в транспорт, однак розвантаження в транспорт відбувається дещо складніше.
Робоче обладнання має шарнірно-закріплену на поворотній платформі стрілу 7. Остання шарнірно з’єднана з рукояттю 5, яка має нерухомий ківш 6. Лебідка має барабани 1 та 3, на які намотується підйомний 2 та тяговий 4 канати. Коли один із барабанів загальмовано, а на другому відбувається намотування або змотування канату, стріла і рукоять повертаються одночасно. Копання відбувається в основному за рахунок повернення рукояті. У кінці копання ківш підтягується до стріли, піднімається угору і відбувається поворот на розвантаження. Розвантаження відбувається шляхом повертання рукояті. Потім робоче обладнання повертається і цикл відновлюється.
Екскаватор-драглайн (рис. 5.12.) розроблює грунти нижче рівня стоянки і навіть під водою. Його використовують і для влаштування глибоких виямок, тому що глибина копання обмежена не розмірами робочого обладнання, а канатовмісткістю барабана. Драглайн обладнують решітчатою стрілою 3, шарнірно-закріпленою на поворотній платформі. Стріла утримується і повертається за допомогою барабана 1 та каната 2 (поліспасти на схемі не вказані). Ківш 5 драглайна оснащений аркою і підвішений на підйомному 4 та тяговому 7 канатах, які намотуються на барабани 10 і 8. Канати закріплюються на ківші ланцюгами. Тяговий проходить через механізм наведення 9 (систему спрямовуючих блоків і (або) роликів). На підйомному канаті закріплено блок, який охоплюється
Рис. 5.12. Одноківшовий екскаватор з обладнанням драглайн:
а- конструктивна схема; б- схема підвіски ківша; 1,2- стрілові барабан та канат; 3- стріла; 4,6- підйомний та розвантажувальний канати; 5- ківш; 7,8- тягові канат та барабан; 9- механізм наведення; 10- підйомний барабан
розвантажувальним канатом 6, один із кінців якого закріплено на арці ківша, а інший - на тяговому канаті.
Роботу з обладнанням драглайн виконують таким чином. Намотуючи на барабан підйомний канат, піднімають ківш у гору. Якщо при цьому гальмується барабан тягового каната, то ківш пересувається уздовж стріли. У верхньому положенні ківша при розгальмуванні барабана ківш, подібно до маятника, відхиляється від стріли. Розгальмувавши підйомний і тяговий барабани, можна закинути ківш, тобто збільшити радіус копання. При падінні ківш ударяється аркою і перекидається на днище. При намотуванні тягового каната на барабан ківш драглайна ковзає по грунту, тобто відбувається копання подібне до ківша скрепера. Цю операцію проводять виконують згори вниз, але можна й у горизонтальній площині.
Наприкінці копання, коли ківш наповнюється, його піднімають, намотуючи підйомний канат на барабан і пригальмовуючи тяговий барабан.
При цьому натягуються як тяговий так і розвантажувальний канати, що попереджає перекидання ківша та його розвантаження. Пізніше проводять поворот на розвантаження. Розвантаження відбувається шляхом повороту ковша при розгальмуванні тягового барабана.
Грейферне екскаваторне обладнання - єдиний вид обладнання, який дозволяє копати колодязі із вертикальними стінами. На механічному екскаваторі встановлюють канатний грейфер, який дає можливість розробляти глибокі виїмки, однак заглиблення ковша в грунт відбувається під дією ваги ковша, що не дозволяє копати тверді грунти. Тому таке обладнання часто використовуються при завантаженні сипких матеріалів. Грейферне обладнання часто монтують на короткій решітчатій стрілі.
Грейферний (щелепний) ковш (рис. 5.13) частіше підвішують на двох канатах - підйомному 1 та замикаючому 2. Ковш має дві створки (щелепи) 5, які з’єднано шарнірно, дві жорсткі тяги 4 та обойму 3 (поліспасти на рис. 5.13 не вказані). При підніманні (опусканні) за обидва канати ковш або закритий, або відкритий. При підніманні за замикаючий канат ковш закривається, за підйомний канат - відкривається.
Рис. 5.13. Схема грейферного ківша:
1,2- підйомні та замикаючий канати; 3- обойма; 4- жорсткі тяги; 5- створки ківша;
При встановленні гакової підвіски екскаватор можна використати як стріловий самохідний кран.
Екскаватори з гідравличним приводом складають більшу частину одноковшових будівельних екскаваторів, що виготовляються зараз у СНД. Їх параметри регламентовано ГОСТом 22894-77. Порівняно з механічними екскаваторами при рівній потужності двигуна гідравлічні мають приблизно на 30 відсотків меншу металоємкість і на 30 відсотків вищу продуктивність. Пояснюється це меншою металоємкістю гідрооб’ємного приводу порівняно з механічним. Окрім того, гідрооб’ємний привід забезпечує примусове переміщення робочого обладнання в будь-якому напрямі з заданими швидкостями, велику кількість основних і допоміжних рухів робочого обладнання, великі кути повороту елементів робочого обладнання, що дозволяє не лише підвищити продуктивність, а й розширити технологічні можливості.
Схема гідравлічного екскаватора з обладнанням пряма лопата показана на рис. 5.14,а. Робоче обладнання має шарнірно закріплену на поворотній платформі стрілу 2, до якої шарнірно під’єднана рукоять 4. До останньої шарнірно прикріплений ковш 6. Гідроциліндри 1, 3, 5 повертають ці елементи. Оскільки кут повороту ковша досить великий, випорожнення останнього відбувається при його повороті. Можна навішувати і широкий ківш для виконання завантажувальних робіт.
Приблизно 90 відсотків усіх гідравлічних екскаваторів виготовляють з робочим обладнанням зворотня лопата (рис. 5.14, б). Стрілу 2 цих екскаваторів виготовляють моноблочною або складовою. До неї шарнірно прикріплюють рукоять 4, а до останньої - ковш 6. Всі елементи повертаються гідроциліндрами 1, 3, 5.
На гідравлічний екскаватор можна встановити й грейферний ківш (рис. 5.14, в). У такому разі він занурюється в грунт примусово за допомогою гідроциліндрів робочого обладнання. Це дозволяє ефективно розробляти тверді грунти. Створками ковша 6 керують за допомогою гідроциліндра 7. У тих випадках, коли необхідно забезпечити велике вертикальне переміщення грейферного ковша (наприклад, при зведенні підземних споруд методом «Стіна в грунт») між рукояттю і ківшом додатково монтують телескопічну штангу.
Рис. 5.14. Основні види робочого обладнання одноківшових гідравличних екскаваторів:
а- пряма лопата; б- зворотня лопата; в- грейфер; 1- гідроциліндри підйома та опускання стріли; 2- стріла; 3- гідроциліндри повороту рукояті; 4- рукоять; 5- гідроциліндр поворота ківша; 6- ківш; 7- гідроциліндр керування створками ківша
Близько 6 % гідравлічних екскаваторів виготовляють із телескопічним робочим обладнанням. Такі екскаватори універсальніші, можуть провести планування схилів, зачищення дна, стінок котлованів та ін.
Схема телескопічного робочого обладнання екскаватора показана на рис. 5.15. На поворотній платформі шарнірно прикріплена телескопічна стріла 1. Елементи стріли можуть висовуватися гідроциліндрами (на схемі не вказано). Кут нахилу стріли у вертикальній площині змінюється гідроциліндром 2. Остання секція стріли може обертатися відносно своєї повздовжньої осі (на схемі всі переміщення елементів робочого обладнання вказано стрілочками). На стрілі шарнірно прикріплено ківш 4, який може повертатися гідроциліндром 3.
Рис. 5.15. Схема телескопічного робочого обладнання екскаватора: