Назначение одноковшовых экскаваторов
Одноковшовые экскаваторы по назначению делят на три основные группы: строительные универсальные, предназначенные для земляных и погрузочно-разгрузочных работ в строительстве; карьерные — предназначаются для выемки и погрузки тяжелых пород или полезного ископаемого в транспортные средства, находящиеся на одном уровне с экскаватором, или в отвал. Вскрышные лопаты и шагающие драглайны не имеют сменного оборудования и предназначены для разработки высоких забоев с перемещением горной породы в отвал или с погрузкой ее в транспортные средства. Драглайны - для разработки забоев, расположенных как ниже, так и выше горизонта установки экскаватора и перемещения породы в отвал, а также для переэкскавации отвалов.
Кроме этих основных групп выпускают еще специальные экскаваторы, предназначенные для использования в определенных специфических условиях. Подземные — для подземной разработки полезных ископаемых при большой мощности пласта, тоннельные — для погрузки взорванной породы при проходке тоннелей, торфяные — для добычи торфа и др.
Конструкции современных одноковшовых экскаваторов
Одноковшовый экскаватор состоит из следующих основных частей: ходового устройства, поворотной части и рабочего оборудования.
Ходовое устройство воспринимает и передает на основание (грунт) нагрузки от массы машины и нагрузки, возникающие при работе, а также обеспечивает передвижение экскаватора.
Ходовое устройство экскаваторов бывает следующих типов: Г — гусеничное с минимально допустимой опорной поверхностью гусениц; ГУ — гусеничное с увеличенной опорной поверхностью гусениц, предназначенное для работы на грунтах с низкой несущей способностью;
П — певмоколесное, позволяющее увеличить мобильность экскаватора, облегчить и ускорить его переброску собственным ходом с одного строительного объекта на другой;
Ш — специальное шасси автомобильного типа, отличающееся от типа П тем, что, кроме двигателя, установленного на поворотной части экскаватора, на шасси установлен более мощный двигатель, обеспечивающий передвижение экскаватора с большой скоростью; ходовое устройство типа Ш имеет прочную и низкую специальную раму, отличающуюся по конструкции от рамы шасси грузового автомобиля; А — шасси грузового автомобиля;
Тр — тракторное (обычно используют пневмоколесные тракторы). Поворотная часть состоит из поворотной платформы с механизмами и силовым оборудованием и рабочего оборудования.
Поворотная платформа опирается через специальное роликовое опорно-поворотное устройство на раму ходового устройства и может поворачиваться относительно него в горизонтальной плоскости. Одна и та же поворотная платформа может быть установлена на ходовые устройства различных типов.
В зависимости от угла поворота поворотной платформы в горизонтальной плоскости экскаваторы называют полноповоротными или неполноповоротными.
Поворотная часть полноповоротного экскаватора может вращаться вокруг вертикальной оси на неограниченный угол. У машин этого типа на поворотной платформе установлены двигатель и основные рабочие механизмы, а также укреплено рабочее оборудование.
Неполноповоротными изготовляют лишь небольшие экскаваторы на базе тракторов. У этих экскаваторов отсутствует поворотная платформа, а рабочее оборудование укреплено с помощью поворотной колонки непосредственно на ходовом устройстве, относительно которого оно вращается на ограниченный угол.
Один из главных признаков различия одноковшовых экскаваторов, определяющих их назначение и область применения, является их оборудование (исполнительный механизм). В зависимости от назначения рабочее оборудование одноковшовых экскаваторов имеет различную конструкцию и кинематику. На универсальных экскаваторах могут применяться до десяти видов сменного рабочего оборудования. Однако экскаваторы, применяемые на открытых разработках, имеют, как правило, один основной вид специализированного рабочего оборудования.
Основные виды рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов - прямая напорная лопата и драглайн, более ограниченно на открытых работах используется гидравлические прямые и обратные лопаты, ковшовые погрузчики, грейфер, струг, кран.
Существует три вида рабочего оборудования прямой лопаты: напорная прямая с выдвижной рукоятью, напорная колено-рычажная и безнапорная. Напорная лопата имеет систему принудительной подачи рукояти и ковша в забой, действующую от какого-либо привода, у безнапорной лопаты подача ковша в забой осуществляется под действием силы тяжести ковша и рукояти со стрелой (применяются только на экскаваторах с емкостью ковша до 2 м3).
Прямая напорная лопата с выдвижной рукоятью состоит из ковша 1, рукояти 2, удерживаемой седловым подшипником 3 и деталями напорного механизма. Стрела опирается на поворотную платформу с помощью пятового шарнира 4 и поддерживается с помощью подвески 5. Подъемный канат от лебедки 01 проходит через головной блок 6 стрелы и в точке В с подвеской 7 ковша образует подвижное звено.
В зависимости от системы напорного механизма и конструкции стрелы различают 4 основных типа прямой мех.лопаты:
-с зубчато-реечным механизмом напора, расположенным на стреле 8 и передающим усилие на зубчатую рейку 9 рукояти через кремальерную шестерню 10 с осью вращения О2 и точки контакта ползунов с рукоятью (т.А).
-с канатным механизмом напора с стрелой, которую шарнир О2 делит на две части - верхнею 8 и нижнюю 9 поддерживаемую подкосом 10. Напорная лебедка 11 расположена на платформе. Выдвижение и возврат рукояти производятся канатами 12 и 13, которые огибают центральные блоки 14, закрепленные на рукояти.
-с канатным механизмом капора и неразрезной стрелой 8. Седловой подшипник 3 и центральные блоки 14 укрепляются на оси 02 в стреле. Выдвижение и возврат рукояти осуществляются лебедкой 11, также как и в предыдущей схеме.
-с канатным механизмом напора и неразрезной двухбалочной стрелой 8. Седловой подшипник 3 установлен на шарнире стойки 9, не связанной со стрелой. Стойка поддерживается подкосом 10. Напорная лебедка 11 расположена в передней части платформы, выдвижение и возврат рукояти осуществляется также как и на двух предыдущих схемах. Положение рукояти в седловом подшипнике позволяет ей вращаться вокруг оси 02 крепления седлового подшипника под действием усилия в подъемном канате, а также рукоять может поступательно перемещаться в седловом подшипнике под действием напорного механизма и поворачиваться вокруг продольной оси. Таким образом, рукоять имеет три степени подвижности.
Напорные прямые лопаты предназначены для разработки массивов, расположенных, как правило, выше уровня стояния машины, и способны осуществлять черпание ниже уровня стояния на незначительную глубину, достаточную только для самоуглубления машины при проходке траншей.
Прямые колено-рычажные лопаты имеют рукоять, кинематически несвязанную со стрелой и перемещающуюся между стойками двухбалочной неразрезной стрелы. Такого рода лопаты имеют две системы подачи: зубчато-реечной и канатной.
Элементами рабочего оборудования лопаты являются: ковш, рукоять, стрела с головными блоками и пятой, балансир, подвеска ковша, седловой полиспаст, подъемный канат. У колено- рычажных лопат седловой подшипник вынесен на двуногую стойку, а подача рукояти на забой осуществляется напорной балкой, перемещаемой посредством системы подачи.
Рис. 6.1. Конструктивные схемы прямой напорной лопаты с выдвижной рукоятью
Конструктивная схема драглайна состоит из ковша с упряжью, тяговый и подъемный канаты, стрелу с направляющими, головными блоками и пятой. Для перемещения ковша служат лебедки подъема и тяги. Угол наклона стрелы во время работы обычно не меняется и определяется длиной стрелового полиспаста. Исполнительный механизм драглайна имеет два гибких звена - каната, связывающих ковш с ведущими звеньями механизма. Неподвижное звено механизма драглайна является платформа экскаватора с двуногой стойкой и стрелой. Подъемный и тяговый барабаны лебедок образуют с неподвижными звеньями вращательные пары. Механизм воспроизводит рабочие движения драглайна в результате перемещений подъемного и тягового канатов. Рабочее оборудование приспособлено к разработке грунта преимущественно ниже уровня установки, хотя может работать и выше этого уровня.
Исполнительный механизм грейфера состоит из ковша, замыкающего и поддерживающего канатов, стрелы с головными блоками. Стрела крепится в пяте на платформе. Поддерживающий канат крепится к шарниру, соединяющему тяги ковша. Канат служит для размыкания створок у ковша. Во время разгрузки под действием веса ковша и породы после ослабления замыкающего каната и передачи этих сил на поддерживающий канат средняя часть ковша опускается и створки расходятся. Неподвижным звеном исполнительного механизма является платформа экскаватора с двуногой стойкой.
Механизм воспроизводит рабочее движение грейфера в результате действия поддерживающего и замыкающего канатов, сходящих соответственно с барабанов лебедки. Рабочее оборудование грейфера предназначено для выемки породы со дна глубоких котлованов, водоемов, а также для погрузки сыпучих и мелкокусковых материалов.
Рабочий процесс одноковшового экскаватора состоит из рабочего цикла, т. е. разработки и перемещения грунта, и передвижения экскаватора к забою, после того как с места стоянки экскаватора станет неудобно или невозможно продолжать дальнейшую разработку грунта. Во время передвижения экскаватора работа не производится, поэтому время, затрачиваемое на передвижки, следует максимально сокращать. Рабочий цикл экскаватора состоит из следующих операций:
1. Собственно копание грунта (срезание грунта и заполнение им ковша).
2. Выведение ковша с грунтом из забоя, чтобы обеспечить возможность беспрепятственного поворота платформы.
3. Перемещение заполненного грунтом ковша к месту разгрузки, для чего или поворачивают платформу с рабочим оборудованием (у полноповоротных), или только рабочее оборудование (у неполноповоротных машин).
4. Разгрузка грунта из ковша в отвал или в транспортное средство.
5. Перемещение ковша (поворот платформы) к забою.
6. Опускание ковша для подготовки к следующей операции копания.
До конца 60-х годов в нашей стране в основном выпускали полноповоротные экскаваторы с механическим приводом и гибкой подвеской рабочего оборудования. В девятой пятилетке (1970—1975 гг.) быстро развивалось производство гидравлических экскаваторов с жесткой подвеской рабочего оборудования (5—7). Такое расширение выпуска гидравлических экскаваторов определяется целым рядом их конструктивных, технологических и экономических преимуществ по сравнению с экскаваторами с механическим приводом.
Одноковшовые экскаваторы относятся к машинам цикличного действия. Рабочее и силовое оборудование, передаточные механизмы, органы управления установлены на платформе. Экскаватор смонтирован на ходовой части, которая служит для его передвижения. Большинство одноковшовых экскаваторов выпускается полноповоротными — платформа поворачивается вкруговую относительно оси на опорно-поворотном устройстве, укрепленном на ходовой раме. Вес одноковшовых экскаваторов колеблется от 2,5 до нескольких десятков тонн, емкость ковшей — от 0,1 до 60—80м3, продолжительность рабочего цикла — от 11 до 70 сек, производительность — от 15 до 3500 и более м3/час. Наиболее распространены для строит, и строит.-карьерных работ Э. с ковшом емкостью 0,15—4,0м3, весом 4—160т. Средняя техническая производительность на 1 м3 емкости ковша — 150—200 м3/час.