1. Загальні відомості

Екскаваторами називаються машини, призначені для копання, черпання (екскавації) гірської маси, переміщення її на відносно невеликі відстані або для навантаження у транспортні засоби. Одноковшеві екскаватори використовуються на кар’єрах як видобувне, розкривне та відвальне устаткування.

Для механізації відкритих гірничо-видобувних робіт застосовують різні види екскаваторів, у тому числі одноковшеві. Ефективність використання екскаваторної техніки багато у чому залежить від фізико-механічних властивостей гірських порід, місця та стадії застосування.

Екскаватори з ковшем більш ніж 4 м³ відносяться до кар’єрних, їхні типи мають наступні позначення:

ЕКГ – екскаватор електричний, кар’єрний на гусеничному ходу. Числа, які стоять після дефіса вказують на вміст основного ковша в кубічних метрах (ЕКГ–5А, ЕКГ–8І, ЕКГ–12УС).

За способом екскавації відносно рівня стоянки екскаватори поділяються на «пряму» та «зворотну» лопати. «Пряма лопата» використовується для копання вище рівня стоянки екскаватора, а «зворотна» – нижче рівня стоянки. Пряма лопата використовується на м’яких, щільних та розрихлених (скальних) породах, при перевантаженні порід у відвал та у транспорт, встановлюється на рівні стоянки екскаватора або на вище розташованому уступі, а також при проходці траншей та на відвальних роботах.

ЕГ – екскаватор гідравлічний, на гусеничному ходу, пряма лопата. Числа, які стоять після дефісу – ємність основного ковша в кубічних метрах ( ЕГ–6, ЕГ–20).

ЕГО – екскаватор гідравлічний, на гусеничному ходу, зворотна лопата (ЕГО–6, ЕГО–14).

Букви А, І, М, С, додані до назви, означають модифікацію екскаватора;

У – екскаватор зі збільшеним робочим устаткуванням для верхнього навантаження.

Одноковшеві екскаватори розробляють м’які або попередньо зруйновані міцні породи і переміщують їх послідовно, перериваючи копання на час переміщення гірської породи. Одноковшеві екскаватори, завдяки своїй універсальності, стали найбільш поширеними.

2. Конструкція одноковшевих кар’єрних екскаваторів

Широке застосування на відкритих роботах знайшли одноковшеві екскаватори – пряма напірна лопата (рис.1). Конструкція екскаватора складається з: ковша 1, рукояті 2, утримуваної сідловим підшипником 3, деталями напірного механізму. Стріла опирається на поворотну платформу за допомогою шарніра 4 і підтримується за допомогою підвіски 5, стріли 8. Підйомний канат від лебідки О₁ проходить через головний блок 6 стріли й у точці В з підвіскою 7 ковша утворює рухливу ланку.

Рис.1 Конструктивні схеми прямої напірної лопати з висувною рукояттю

1 – ківш; 2 – рукоять; 3 – сідловий підшипник; 4 – п’ятковий шарнір; 5 – підвісний канат; 6 – головний блок; 7 – підвіска ковша; 8 – стріла; 9 – зубчата рейка; 10 – підтримуючий підкіс; 11 – напірна лебідка; 12 і 13 – канати управляння рукояттю; 14 – центральний блок; 15 і 16 – напівблоки

Залежно від системи напірного механізму і конструкції стріли розрізняють чотири основних типи прямої лопати:

– з зубчато-рейковим механізмом напору (рис. 1а), розташованим на стрілі 8, який передає зусилля на зубчату рейку 9 рукояті через шестерню 10 з віссю обертання О₂ і точкою контакту повзунів сідлового підшипника з рукояттю (точка А);

– з канатним механізмом напору (рис. 1б) і стрілою, яку шарнір О₂ ділить на дві частини – верхню 8 і нижню 9, підтримувану підкосом 10. Напірна лебідка 11 розташовується на платформі. Висування й повертання рукояті здійснюється канатами 12 і 13, які обгинають центральні блоки 14, закріплені на осі О₂ і напівблоки 15 і 16, закріплені на рукояті;

– з канатним механізмом напору (рис. 1в) і нерозрізною стрілою 8. Сідловий підшипник 3 і центральні блоки 14 розміщені на осі О₂ у стрілі. Висування й повернення рукояті здійснюється лебідкою 11 так само, як і на схемі, зображеній на рис. 1б;

– з канатним механізмом напору (рис. 1г) і нерозрізною двохбалочною стрілою 8. Сідловий підшипник 3 встановлений в шарнірі стійки 9, незв'язаної зі стрілою. Стійка підтримується підкосом 10. Напірна лебідка 11 розташована в передній частині платформи. Висування й повернення рукояті здійснюється так само, як на схемі, наведеній на рис. 1б.

Рукоять має три ступені рухливості. Робочі рухи ковша забезпечуються піднімальним і напірним механізмами при обертовому русі барабанних лебідок підйому та напору. Одні з найпоширеніших машин, що застосовується на відкритих гірничих роботах, є одноковшеві кар’єрні екскаватори ЕКГ–5А та ЕКГ–8І. Вони складаються з робочого обладнання, поворотної платформи, із установленими на ній механізмами (рис.2), і ходового візка.

Рис.2. Загальний вигляд і основні вузли екскаватора ЕКГ – 8І

1 – ківш ємністю 8 м³; 2 – рукоять; 3 – стріла; 4 – механізм відкривання днища ковша; 5 – підвіска ковша; 6 – канат; 7 – кабіна машиніста; 8 – установка марки екскаватора; 9 – круг роликової опори; 10 – ходовий візок; 11 – огородження; 12 – драбини підйому на екскаватор; 13 – поворотна платформа; 14 – машинне відділення; 15 – установка допоміжної лебідки; 16 – драбина, площадка двоногої стійки; 17 – двонога стійка; 18 – підвіска стріли; 19 – драбини площадки на стрілі

Розташування головних механізмів на поворотній платформі наведено на рис.3. Конструкції кар'єрних мехлопат характеризуються розташуванням мотор-генераторного перетворювального агрегату 1, як найбільш важкого у хвостовій частині платформи, що забезпечує стійкість роботи екскаватора, особливо в процесі черпання. Підйомні лебідки із приводом 11 розміщуються – у середній. Механізми повороту 3, будучи завжди кінематично пов'язаними з поворотним вінцем поворотної платформи, розташовані в задніх її частинах. Лебідка напору 6 розміщена в передній частині поворотної платформи.

Рис.3. Розташування механізмів на поворотній платформі екскаватора

1 – чотирьохмашинний перетворювальний агрегат; (А – мережний асинхронний двигун, Б – генератори підйому, В – повороту і ходу, Г – напору); 2 – трьохмашинний агрегат (Д – мережний двигун, Е, Ж – збудники генераторів постійного струму та синхронного двигуна ); 3 – механізм повороту; 4 – компресор; 5 – трансформатор власних потреб; 6 – лебідка напору; 7 – двигун механізму відчинення ковша; 8 – провушина кріплення п’яти стріли; 9 – шафа електроустаткування; 10 – кабіна машиніста; 11 – лебідка підйому; 12 – трап; 13 – вентилятор обдування двигуна

Підйомна лебідка (рис.4) екскаватора ЕКГ–8І оснащена двома двигунами 1 постійного струму із зовнішнім примусовим обдуванням. Двигуни з'єднані через муфти 2 з валом редуктора 3. Зовнішня циліндрична поверхня муфт є одночасно й шківом колодочного гальма 5. Останні встановлюються на швидкохідному валу лебідки. На вихідні вали редуктора насаджені барабани 6 і 7, до яких закріплені підйомні канати 8 (рис.2.4б). Для обмеження підйому ковша встановлюється кінцевий вимикач 9, розташований на стрілі.

Рис.4. Двохбарабанна підйомна лебідка екскаватора ЕКГ – 8І

а – загальний вигляд; б – схема запасування підйомних канатів; 1 – двигун; 2 – муфта9 3 – редуктор; 4 – огородження; 5 – гальма; 6, 7 – барабани; 8 – канат; 9 – кінцевий вимикач; 10, 11– блоки

Лебідка напору в екскаватора ЕКГ – 8І розташована в передній частині платформи. Напірні 1 (рис.5) і зворотні 2 канати, збігаючи з барабанів 3 і 4, обгинають блоки 5 і 6 на стрілі і йдуть до переднього 7 і заднього 8 напівблоків рукояті. Обертання барабанів 3 і 4 викликає осьове переміщення рукояті. Для захисту механізмів напору від стопорних навантажень передбачена муфта граничного моменту 9, що встановлена між двигуном і редуктором 10. Барабан 3 – роз’ємний, має пристрій 11 для регулювання натягу канатів механізму напору.

Рис.5. Механізм напору з канатно–поліспасною системою переміщення рукояті ЕКГ – 8И

а – схема запасовки канатів; б – кінематична схема лебідки; 1 – напірний канат; 2 – зворотній канат; 3, 4 – барабани; 5, 6 – блоки; 7, 8 – напівблоки; 9 – муфта граничного моменту; 10 - редуктор; 11 – пристрій для регулювання натягу канатів механізму напору

Механізм повороту екскаватора служить для обертання платформи з механізмами й робочим устаткування (рис.2.6). Привід повороту здійснюється двома однаковими механізмами, кожний з яких складається з електродвигуна й редуктора.

Рис.2. 6. Кінематична схема поворотного механізму екскаватору ЕКГ – 8І:

1 – гальма; 2 – електродвигун; 3 – редуктор; 4 – вінець зубчатий; 5 – 11 – шестерні редуктора

Ходовий механізм служить для переміщення екскаватора. Складається з електродвигуна 1, гальма 2, редуктора 4, бортових передач гусеничного ходу 5 (рис.2.7). Електродвигун встановлений на корпусі редуктора, прикріпленого до гусеничної рами, і з'єднаний з ним еластичною муфтою, котра одночасно служить гальмовим шківом гальма. Зубчасті передачі всіх механізмів розміщені в корпусах і пилонепроникних масляних ваннах.

Рис.2.7. Кінематична схема ходового механізму екскаватору ЕКГ – 8І:

1 – електродвигун; 2 – гальма; 3 – муфта; 4 – редуктор; 5 – бортова передача гусеничного ходу; 6 – ланцюг гусеничний; 7 – 11 – шестерні; 12 19 – підшипники

Ківш ємністю 8 м³ екскаватора ЕКГ – 8І (рис.2. 8) складається з корпуса 1, днища 2, траверси 3, зубів 4 і механізму 5 гальмування днища. Корпус ковша зварюється із чотирьох відливків. Передня стінка й зуби виготовляють із високо марганцевих стійких до стирання та навантажень сталей. На платформі встановлюють механізм відкривання днища ковша, двигун якого працює в стопорному режимі.

Технічна характеристика одноковшевих кар'єрних екскаваторів, що застосовуються на відкритих роботах, наведені у додатку 1. Вибір та розрахунок екскаватора включає в себе:

– обґрунтування та вибір екскаватора для конкретних умов експлуатації;

– розрахунок робочих параметрів – копання, підйому, навантаження, розвантаження;

– розрахунок силових вузлів екскаватора – підйомного, напірного, поворотного та ходового механізмів екскаватора, а також потужності приводних двигунів.

Рис.2.8. Зварно-литий ківщ ЕКГ – 8И (а) та його днище (б)

а: 1 – корпус; 2 – днище; 3 – треверси; 4 – зуби; 5 – механізм гальмування днища; 6 – проушина; б: 1 – днище; 2 – направляючі; 3 – засуви; 4 – кронштейни; 5 – балки; 6 – важіль; 7 – ланцюг; 8 – шайба; 9 – палець.