7. Одноковшовые экскаваторы. Геометрические, технологические параметры и параметры безопасной работы.

При комплексной механизации земляных работ ведущими машинами являются одноковшовые экскаваторы, которыми вы­полняется свыше 60 % общего объема таких работ. В жилищ­ном и гражданском строительстве большинство земляных работ, связанных с экскавацией (выемкой) грунта, осуществляется од­ноковшовыми экскаваторами, что объясняется их универсально­стью, пригодностью для разработки любых грунтов: мягких, скальных и мерзлых (после рыхления), грунтов с включениями валунов и т. п. Одноковшовые экскаваторы могут вести и под­водную разработку грунтов.

По назначению одноковшовые экскаваторы делят на строи­тельные и строительно-карьерные, карьерные, вскрышные, для открытых горных и крупных гидротехнических работ, туннель­ные и шахтные.

Строительные и строительно-карьерные экскаваторы, являю­щиеся универсальными машинами, имеют массу 2—250 т и ос­нащены ковшами емкостью 0,1—6 м³. С их помощью производят обширный комплекс строительных работ, в первую очередь земляные работы в грунтах I—VI групп.

Параметры, учитываемые при рациональной организации ра­бочего места экскаватора, могут быть разделены на геометри­ческие, технологические и безопасной работы.

Геометрические параметры — это размеры рабочих органов и ряда габаритов экскаваторов: радиус вращения зад­ней (хвостовой) части поворотной платформы, длина стрелы и длина рукояти; высота напорного вала; координаты пяты стрелы и углы ее наклона; длина и ширина ходовых устройств и т. д. К геометрическим параметрам относятся также приводимые в технической документации максимальная кинематическая вы­сота подъема ковша, наибольшая кинематическая глубина опу­скания ковша и др. (рис. 10).

Технологические параметры экскаватора обеспечи­вают правильную установку его относительно места разработки и откосов выемок, наименьший угол поворота ковша на вы­грузку, ширину разработки, правильную установку автотранс­порта и т. д. Технологические параметры определяются анали­тическими или графоаналитическими методами с использова­нием параметрических схем экскаваторов.

Параметры безопасной работы — это допустимая крутизна откосов, исключающая их обрушение; допустимое рас­стояние от машины до откоса, исключающее опрокидывание ма­шины; допустимое расстояние между экскаватором и движу­щимся самосвалом, исключающее возможность травм; расстоя­ние между поворачивающимся ковшом и откосом или строением и т. д.

Из различных видов рабочего оборудования наиболее рас­пространены прямая и обратная лопаты, драглайн и грейфер.

Рис. Рабочие размеры экскаваторов

с прямой и обратной лопатами

R_k -радиус копания- H_B - высота выгрузки;

R_B-раднуе выгрузки; H_k—глубина копания

Рис.Параметры забоя гидравли­ческого экскаватора, оборудованного обратной лопатой (а), прямой ло­патой (б) и грейфером (в)

Рабочее оборудование одноковшовых экскаваторов выбирается в зависимости от характера выполняемых работ (табл.).

Экскаваторы с гидравлическим приводом имеют значительно большую номенклатуру сменного рабочего оборудования и рабо­чих органов, что намного расширяет технические возможности

Таблица. Область применения сменного оборудования одноковшовых экскаваторов по видам и условиям работы

	Емкость ковша, м1, при
Оборудование	группе	грунта	Вид работ
	1-Ш	1V-VI
Прямая лопата	0,25—2,5	0,65—3,0	Разработка котлованов
			и резервов с погрузкой грун-
			та в транспортные средства
Обратная лопата	0,25—2,5	0,65-3,0	Разработка котлованов,
II драглайн			траншей и резервов с погруз-
			кой грунта в транспортные
			средства и укладкой его в от-
			вал
Грейфер	0,5—1,5	0,5—1,5	Разработка глубоких вые-
			мок с вертикальными стен-
			ками, добыча песка и гра-
			вия из-под воды
Телескопическое	0,25—0,4	0,4—0,65	Планировка откосов,
оборудование			расчистка каналов

экскаваторов при устройстве земляных сооружений и способ­ствует сокращению ручного труда на зачистных и планировоч­ных работах.

На рис. 12 представлено устройство телескопического пла­нировочного оборудования.

Отсутствие громоздких механических передач и возможность рациональной компоновки агрегатов намного улучшают (на 50—60%) весовые показатели. Повышенная мощность силовых установок, значительно большие (в 2—3 раза) усилия резания и увеличение в 1,25—1,6 раза емкости ковшей по сравнению

а-а

Рис.Устройство телескопического планировочного оборудования

t—поворотная платформа; 2. 6 в 7 — гидроцилиндры; 3 — обойма; 4 — наружная часть стрелы; 5 — внутренняя часть стрелы; S — ковш; В — цапфы

с экскаваторами с механическим приводом способствуют суще­ственному возрастанию производительности.

К одноковшовым строительным экскаваторам могут быть от­несены экскаваторы-планировщики и одноковшовые погруз­чики.

Экскаваторы-планировщики — это одноковшовые гидравли­ческие экскаваторы с телескопическим оборудованием, получив­шие довольно широкое распространение вследствие большой универсальности. Телескопическое рабочее оборудование таких экскаваторов совершает не менее четырех движений: наклон стрелы в вертикальной плоскости, выдвижение стрелы, поворот ковша или всей стрелы относительно ее продольной осн и пово­рот ковша в вертикальной плоскости. По технологическим воз­можностям экскаваторы-планировщики намного снижают долю ручного труда при земляных работах.

На рис. 13 представлен общий вид экскаватора-планиров­щика с телескопическим планировочным оборудованием.

Погрузчик (рис. 14), как и прямая лопата, работает выше уровня стоянки машины движением ковша от себя (от машины в сторону забоя или отвала материалов). Емкости ковша по­грузчика в 1,5—2 раза больше емкости ковша прямой лопаты, что существенно повышает производительность экскаватора. Кинематическая схема данного вида рабочего оборудования обеспечивает движение режущей кромки отвала по прямолиней­ной горизонтальной траектории на уровне стоянки на длине от 2 м и более; это позволяет планировать площадку, на которой стоит машина.

Новая система индексации одноковшовых универсальных экскаваторов (ЭО) предусматривает структуру индекса машин, приведенную в приложении 6. Системой индексации (марки­ровки) одноковшовых экскаваторов называется принцип, зало­женный в структуру индекса (марки), обозначающего машину и отражающего ее основную характеристику. Четыре цифры ин­декса обозначают (по порядку их расположения): первая — размерную группу, вторая — тип ходового устройства, третья — исполнение рабочего оборудования и четвертая — порядковый номер данной модели. Буквы (А, Б, В, ...) обозначают очеред­ную модернизацию данной машины, а также ее специальное климатическое исполнение (ХЛ, Т, ТВ). Например, индексы ЭО-3322А обозначают экскаватор одноковшовый универсальный третьей размерной группы, на пневмоколесном ходовом устрой­стве с жесткой (шарнирно-рычажной) подвеской рабочего оборудования, второй модели, прошедший первую модерниза­цию. В настоящее время наиболее распространены в строи­тельстве экскаваторы второй—четвертой размерных групп, при этом наряду с гидравлическими экскаваторами применяют экс­каваторы с механическим приводом.

В приложении 7 даны технико-экономические показатели одноковшовых строительных экскаваторов.

Экскаваторы непрерывного действия

Экскаваторы непрерывного действия все операции по реза­нию, транспортировке и разгрузке грунта производят одновре­менно и непрерывно. Благодаря такому совмещению машины непрерывного действия обладают более высокой производитель­ностью, чем экскаваторы цикличного действия (одноковшовые экскаваторы). Однако они менее универсальны и могут успешно применяться при достаточно большом объеме однотипных ра­бот, сосредоточенных в одном месте или на значительном про­тяжении. Экскаваторы непрерывного действия работают в грун­тах до III категории включительно. Они могут захватывать камни, объем которых равен емкости ковша или высота которых не превышает высоту плужкового или фрезерного режущего органа, но бесперебойная их работа возможна только при не­больших размерах твердых включений (не более одной четверти ширины ковша или одной трети высоты плужкового или фре­зерного рабочего органа).

Экскаваторы непрерывного действия различают по типу ра­бочего органа и характеру перемещения его в пространстве.

По типу рабочего органа экскаваторы подразделяют на цеп­ные многоковшовые, цепные скребковые, роторные многоков­шовые и роторные бесковшовые (фрезерные).

По характеру движения рабочего органа различают экска­ваторы продольного, поперечного и радиального копания. У первых направление движения рабочего органа (ротора, ков­шовой цепи) совпадает с направлением движения машины. У вторых направление движения рабочего органа (ковшовой цепи) перпендикулярно направлению движения машины. У тре­тьих рабочие органы проворачиваются относительно базы ма­шины (роторные стреловые экскаваторы).

По типу ходового оборудования различают экскаваторы на гусеничном, пневмоколесном и рельсовом ходу.

Экскаваторы продольного копания применяют при рытье траншей, каналов и других протяженных выемок. В отличие от одноковшовых экскаваторов они обеспечивают рытье выемок без дополнительных доработок.

Экскаваторы, поперечного копания используют в карьерах строительных материалов, в гидротехническом и мелиоратив­ном строительстве для отрытня и планировки каналов и т. п.

Экскаваторы радиального копания (роторные стреловые экскаваторы) предназначены для выполнения вскрышных ра­бот и т. п.

К экскаваторам продольного копания относятся траншей­ные экскаваторы, экскаваторы-дреноукладчики и экскаваторы-каналокопатели.

Траншейные экскаваторы — наиболее распространенный тип экскаваторов продольного копания — по виду оборудования под­разделяются на цепные со скребковым рабочим органом, цепные многоковшовые, роторные многоковшовые и роторные бесков­шовые (фрезерные).

Принцип действия цепных экскаваторов заключается в сле­дующем. На одной или двух бесконечных цепях укреплены ковши, скребки или плужки, расположенные на определенном расстоянии один от другого. Цепи получают движение от при­водных звездочек и огибают холостые звездочки или бара­баны, имеющие подвижные оси для регулирования натяжения цепей. Ковши многоковшовых экскаваторов, открытые спе­реди и сверху, при работе срезают слой грунта и поднимают его на высоту приводных звездочек. При огибании их ковши разгружаются и грунт поступает на отвальные устрой­ства.

Промышленность выпускает семь типоразмеров траншейных цепных экскаваторов (ЭТЦ) с наибольшей глубиной копания 1,2; 1,6, 2,5; 4; 6 м при ширине траншей по дну от 0,2 до 0,8 м без уширителя, от 0,4 до 1,2 с уширителем и 1,8 при двух ря­дах ковшей. При разработке траншей трапецеидального сече­ния на рабочем органе закрепляют цепные и шнековые откосо-образователи.

Цепные экскаваторы новых моделей проектируют на основе широкой унификации агрегатов, узлов и деталей; экскаваторы снабжены прибором для автоматического соблюдения задан­ного уклона дна траншеи. Датчиком сигнала служит копирная проволока, правильность положения которой проверяют ниве­лирными приборами. Вдоль проволоки перемещается шуп, по­дающий сигнал на механизм подъема ковшовой рамы. В по­следние годы в качестве датчиков начали использовать свето­вые лучи, в частности лазерные. Предусмотрена возможность смещения ковшовой рамы в сторону от оси экскаватора, что позволяет при необходимости производить рытье траншей вдоль дорог и заборов, у стен домов.

На рис. 15 представлена компоновка экскаватора ЭТЦ-252.

У скребковых экскаваторов скребки срезают и транспорти­руют грунт из забоя на поверхность земли, где он сдвигается на одну или обе стороны цепи шнековыми либо скребковыми транспортерами (рис. 16).

Рабочий орган роторного траншейного экскаватора пред­ставляет собой колесо, оборудованное по наружной поверхно­сти ковшами с зубьями, а внутри — транспортером, установлен­ным в поперечном направлении к оси движения машины. При подходе ковшей в верхнее положение грунт под действием силы тяжести разгружается на транспортер и отбрасывается им в отвал.

Роторные траншейные экскаваторы (ЭТР) благодаря жест­кой конструкции рабочего органа более надежны в работе и могут успешно разрабатывать крепкие и мерзлые грунты. Они допускают большую, чем у цепных, скорость движения ковшей, поскольку роторное колесо выдерживает по сравнению с ковшовой цепью гораздо более высокие динамические нагрузки; в связи с этим такие экскаваторы более производительны.

Компоновка экскаватора ЭТЦ-252

I — силовая установка; 2 — управление; 3 — гидропри­вод;

4 — трансмиссия; 5 — механизм подъема и опус­кания рабочего

органа; 6 — конвейер; 7 — лоток; 8 — рабочие орган

Рис. Схема цепного траншейного экскаватора

со скребковым рабочим органом

а — вид сбоку; б — ковшовая рама и отвальный механизм

1 — ковшовая раня; 2 — скребковая цепь: 3 — шнековые отвалообраэовагели. 4 — рама; 5 — ось красного вала; 6 — трактор; 7 — гидроцнлиндр подъемного отвала;

8 — отвал

Коэффициент полезного действия роторных экскаваторов выше, чем цепных, цепи которых испытывают значительное тре­ние в абразивной среде. В результате процесс разработки грунта роторными экскаваторами менее энергоемок. Роторными экскаваторами во избежание чрезмерного увеличения диаметра роторного колеса можно разрабатывать траншеи глубиной до 3 м, а цепными — глубиной 6—8 м и более.

Такие экскаваторы применяют главным образом на линей­ных объектах большой протяженности (строительство магист­ральных трубопроводов, линий связи и др.) преимущественно вне населенных пунктов, когда не требуется частая их пере­броска с участка на участок.

Промышленность выпускает пять типоразмеров роторных траншейных экскаваторов с глубиной копания 1,2; 1,6; 2; 2,2 и 2,5 м при ширине траншей по дну от 0,4 до 1,8 м.

Рабочим органом экскаваторов поперечного копания явля­ется ковшовая цепь и иногда цепь, оснащенная скребками. Цепные экскаваторы применяют для разработки строительных материалов (песка, гравия, глины), очистки мелиоративных ка­налов, профилировки их дна и откосов.

Экскаваторы поперечного копания различают: по взаимному расположению экскаватора и забоя (верхнего и нижнего копа­ния), способу подачи рабочего оборудования на забой (параллельного и радиального или веерного резания), конструкции рабочего оборудования (с жестко направляемой ковшовой цепью и свободно провисающей цепью), типу ходового обору­дования {на рельсовом я гусеничном ходу).

Схемы экскаваторов поперечного копания показаны на рис. 17.

Рабочее оборудование с жестко направляемой ковшовой цепью используют для работы в однородных грунтах или при планировке откосов; оно обеспечивает наиболее чистую отделку откосов и точную выработку профиля. Экскаваторы со свободно провисающей ковшовой цепью применяют при разработке грун­тов с каменистыми включениями.

Экскаваторы поперечного копания чаще всего выполняют неповоротными в плане. Наряду с неповоротными цепными экс­каваторами, рабочее оборудование которых может изменять свое положение только в вертикальной плоскости, выпускают экскаваторы с оборудованием, поворачивающимся относительно ходового оборудования вокруг вертикальной оси.

Роторные экскаваторы поперечного копания имеют поворот­ную конструкцию рабочего оборудования и могут разрабаты­вать забой при любом положении ротора в плане и по высоте по отношению к ходовому устройству (рис. 18).

Роторные стреловые экскаваторы предназначены для про­изводства земляных работ в грунтах I и II категорий с камени­стыми включениями, размеры которых не превышают ширины ковша. Их используют на вскрышных и добычных работах в карьерах строительных материалов, разработке крупных котлованов и выемок в промышленном и транспортном строительстве, погрузочно-разгрузочных работах на крупных скла­дах насыпных материалов, а также в мелиоративном строи­тельстве при прокладке каналов, возведении насыпей, дамб и плотин.

По сравнению с вскрышными и добычными роторными экс­каваторами строительные роторные экскаваторы имеют мень­шую массу и могут работать нижним копанием, т. е. ниже уровня стоянки, что особенно важно при работе в переувлаж­ненных грунтах.

В связи с большой эффективностью роторных экскаваторов на базе унифицированных узлов и агрегатов гусеничных одно­ковшовых экскаваторов с ковшами емкостью 0,65; 1,0; 1,25 и 1,6 м^э был организован выпуск роторных строительных экска­ваторов с ковшами емкостью до 150 л и технической произво­дительностью до 750 м³/ч, примерно в три раза превышающей производительность соответствующих одноковшовых экскавато­ров. Вместе с тем следует учитывать, что роторные экскаваторы эффективны в основном при непрерывных землеройно-транс-портных процессах. Если же грунт перевозится автосамосва­лами, то дискретность их погрузки снижает преимущества ро­торных экскаваторов, поэтому в комплекте с автосамосвалами применяют главным образом одноковшовые экскаваторы,