Лекция 14. Роторные траншейные экскаваторы

Роторные траншейные экскаваторы представля­ют собой навесное или полуприцепное к переобо­рудованному гусеничному трактору или специаль­ному тягачу землеройное оборудование и предназ­начены для разработки траншей прямоугольного и трапецеидального профиля в однородных немерзлых грунтах I...IV категорий, не содержа­щих крупных каменистых включений (до 300 мм), а также в мерзлых грунтах при различной глубине промерзания верхнего слоя.

Глубина отрываемых ЭТР траншей определяется диаметром ротора. Увеличение глубины копания связано со значительным возрастанием диаметра и массы ротора и поэтому рациональный предел глубины копания для ЭТР не превышает 3 м. Передача энергии от дизеля тягача к основным исполнительным механизмам (ро­торному колесу, отвальному конвейеру, гусе­ничному движителю) и вспомогательному обору­дованию (механизмам подъема рабочего органа и конвейера) осуществляется с помощью механи­ческой, гидравлической или электромеханической трансмиссии.

Промышленность выпускает роторные траншей­ные экскаваторы ЭТР-134, ЭТР-204А, ЭТР-223А, ЭТР-224А, ЭТР-253А и ЭТР-254А. Экскаваторы ЭТР-204А и ЭТР-223А способны разрабатывать мерзлые грунты с промерзанием на глубину до 1м, ЭТР-224А – до 1,2м, ЭТР-134 – до 1,3м, ЭТР-253А и ЭТР-254А – до 2,5м.

.

Рис. 50. Экскаватор ЭТР-134:

а-общий вид; б-кинематическая схема привода рабочего органа

Экскаватор ЭТР-134 на базе трактора 1 модели ТТ- 4 (рис. 50) предназначен для рытья траншей и щелей шириной 0,28м и глубиной до 1,3м в мерзлых и плотных грунтах. Навесное рабочее оборудование экскаватора включает дисковый ротор с гидравлическим приводом, раму 8 с зачистным устройством 10 и гидравлический механизм подъема – опускания ротора. Ротор состоит из диска 13, на котором с помощью зубодержателей 11 установлены 18 зубьев 12, разрабатывающих грунт и выносящих его на поверхность. Ротор установлен на опоре 14 рамы и приводится во вращение от высокомоментного гидромотора 6 через зубчатый редуктор 7. Выход­ная шестерня 16 редуктора входит в зацепление с зубчатым венцом 9, жестко прикрепленным к диску ротора.

Рабочий орган не имеет специального оборудо­вания для транспортирования разработанного грунта; вынесенный зубьями на поверхность грунт отодвигается в обе стороны от бровки траншеи плужками 15 рамы 8 и располагается валиком вдоль отрываемой траншеи. Подъем и опускание рабочего органа осуществляется гидравлическим подъемным механизмом, включающим два гидро­цилиндра 3, раму 4 и телескопические тяги 5. Рабочие скорости экскаватора при копании траншей обеспечиваются гидромеханическим ходоуменьшителем и бесступенчато регулируются в диапазоне 10...480 м/ч.

Для получения транспортных скоростей пере­движения машины (2,2...9,8 км/ч) используется тракторная коробка передач. Привод насосов гидросистемы экскаватора и гидромотора ходоуменьшителя осуществляется от раздаточной коробки 2. Ряд узлов трансмиссии экскаваторов ЭТР-134 и ЭТЦ-252А унифицирован.

Экскаваторы ЭТР-204А, ЭТР-223А, ЭТР-224А предназначены для рытья траншей прямоугольно­го и трапецеидального профиля в грунтах I...IV категорий, а также в мерзлых грунтах при глубине промерзания верхнего слоя не более 1,0...1,2 м. Они представляют собой группу максимально унифицированных машин с одинаковой кинемати­ческой схемой и механическим приводом рабочего органа, которые различаются между собой в основном размерами разрабатываемых траншей и базируются на тягаче, выполненном с использованием узлов трактора Т-130МГ.

Экскаватор ЭТР-204А (рис. 51, а) состоит из гусеничного тягача 1 и навесного рабочего органа для рытья траншей и отброса грунта, шарнирно соединенных между собой в вертикальной плоскости. Рабочий орган машины – опираю­щийся на четыре пары роликов 13 жесткий ротор 12 с 14 ковшами 11, внутри которого помещен поперечный двухсекционный ленточный конвейер 10, состоящий из горизонтальной и наклонной (откидной) секций. Позади ротора установлен зачистной башмак 9 для зачистки и сглаживания дна траншей. У тягача уширен и удлинен гусеничный движитель для повышения устойчиво­сти и проходимости машины и исключения возможного обрушения стенок траншеи при движении над ней тягача.

В трансмиссию тягача включен гидромеханиче­ский ходоуменьшитель для бесступенчатого регулирования рабочих скоростей движения машины при копании траншей. На тягаче установлена дополнительная рама 2 с разме­щенными на ней механизмами привода 7 и подъема – опускания рабочего органа.

Рис. 51. Экскаватор ЭТР-204А:

а-одщий вид; б-схема механизма подъема рабочего органа и откидной части конвейера

Рис. 52. Ротор экскаваторов ЭТР-204А, ЭТР-223А, ЭТР-224А

Рама имеет две наклонные направляющие 14, по которым с помощью пары гидроцилиндров 3 и двух пластинчатых цепей 4 гидравлического подъемно­го механизма перемещаются ползуны 15 передне­го конца рамы 8 рабочего органа при переводе его из транспортного положения в рабочее и наобо­рот. Подъем и опускание задней части рабочего органа (рис. 51, б) осуществляются парой гидроцилиндров 5, штоки которых шарнирно прикреплены к верхней части стоек 16, связанных с задним концом рамы 8 цепями 6. При копании траншей задняя часть рабочего органа находится в подвешенном состоянии. Установка откидной части ленточного конвейера в наклонное рабочее положение и опускание ее при транспортировке машины производятся гидроцилиндром 19 через полиспаст 17 с траверсой 18. Изменением угла наклона откидной части конвейера достигается различная дальность отброса грунта в сторону от траншеи.

Роторное колесо состоит из двух кольцевых обечаек 6 (рис. 52), связанных между собой ковшами 1 и поперечными стяжками 3. Каждый ковш открыт с двух сторон и имеет в передней части карманы 4 для крепления сменных зубьев 5, а в задней – цепное днище 2, способствующее лучшей разгрузке ковша, особенно при разра­ботке вязких и увлажненных грунтов. С наружной стороны колец ротора приклепаны секции круго­вых зубчатых реек 7, находящиеся в постоянном зацеплении с двумя ведущими шестернями 8 механизма привода роторного колеса. В зависи­мости от грунтовых условий ковши ротора оснащаются сменными зубьями-клыками двух типов: с наплавкой передней режущей грани для разработки немерзлых грунтов и армированных твердосплавными износостойкими пластинами для мерзлых. Специальная расстановка зубьев на ковшах позволяет вести разработку тяжелых и мерзлых грунтов крупным сколом и обеспечива­ет хорошую наполняемость ковшей при работе в легких грунтах.

Привод ходового устройства экскаватора при движении на рабочих скоростях осуществляется от гидромеханического ходоуменьшители, вклю­чающего насос 7 (рис. 53) переменной производительности, гидромотор 18 и понижаю­щий редуктор. Гидрообъемный привод ходоуменьшителя выполнен по схеме гидронасос – гидромо­тор. Вращение от гидромотора через понижающие передачи раздаточного редуктора 6 передается сначала на средний, а затем на нижний валы коробки передач 2 тягача, далее через коническую передачу 20, бортовые фрикционы 3 и бортовые редукторы 4 на ведущие звездочки 21 гусеничного движителя.

Скорость рабочего хода в диапазоне от 10 до 300 м/ч регулируется изменением производитель­ности насоса 7. При передвижении машины на транспортных скоростях (от 1,5 до 6,2 км/ч) крутящий момент от дизеля 1 передается ведущим звездочкам 21 гусениц 5 через главную муфту сцепления, тракторную коробку передач 2, коническую пару 20, бортовые редукторы 4 и фрикционы 3. Привод ротора 13 осуществля­ется от вала отбора мощности тягача через раздаточный редуктор 6, конический редуктор 9 с дифференциальным механизмом, цепные шарнирные передачи 10 и консольные односту­пенчатые редукторы 11. От редукторов 11 движе­ние передается полувалам привода ротора, на которых закреплены приводные шестерни 17, зацепляющиеся с зубчатым венцом 14 ротора. В трансмиссию привода ротора включена предохранительная муфта 8 предельного момента.

Роторное колесо может вращаться с двумя скоростями (0,13 и 0,16 с^-1) вперед и с одной скоростью назад. Пониженная частота вращения ротора необходима при разработке талых грунтов с крупными каменистыми включениями и мерзлых грунтов. Привод верхнего и нижнего барабанов отвального конвейера 12 обеспечивается индивидуальными гидромоторами 15, питающимися через гидрораспределитель от насоса 19. Для натяжения ленты конвейера барабаны снабжены винтовыми натяжными устройствами 16.

Рис. 53. Кинематическая схема экскаваторов ЭТР204А, ЭТР-223А, ЭТР-224А

Экскаватор ЭТР-253А предназначен для рытья траншей под магистральные трубопроводы диа­метром до 1420мм в талых грунтах III...IV категорий, а также в мерзлых грунтах. Экскаватор (рис. 54) состоит из базового дизель-электрического трактора 1 ДЭТ-250М и полупри­цепного рабочего органа, шарнирно соединенных между собой в вертикальной и горизонтальной плоскостях с помощью узла сопряжения 4. На тракторе установлен генератор 2 с приводом от вала отбора мощности тягача, питающий током электродвигатели привода ротора и отвального ленточного конвейера. Ротор 9 с ковшами опирается на две пары поддерживающих и две пары направляющих роликов и получает вращение от индивидуального электродвигателя 10 через редуктор 13 с дифференциалом и реечное зацепление. Дифференциал равномерно распреде­ляет нагрузку между правым и левым реечным зацеплением.

Привод ротора снабжен предохранительной муфтой предельного момента 11. Рабочий орган оснащен двумя ножевыми откосниками 12 для рытья траншей трапецеидального сечения и опи­рается на заднюю опору 8 с двумя пневматически­ми колесами. Задняя опора имеет подборный щит с уширителями для зачистки дна траншей от грунта. Подъем и опускание рабочего органа и фиксация его в заданном положении обеспечи­ваются гидроцилиндрами 3.

Ленточный складывающийся конвейер 6 состо­ит из двух частей - горизонтальной секции, расположенной внутри ротора, и наклонной отвальной секции, подвешенной на гидроци­линдрах 7. Конвейер имеет два ведущих барабана с приводом от индивидуальных электродвигателей 5 через планетарные редукторы. На откидной секции установлены два электродвигателя, а на горизонтальной – один. В транспортном положе­нии откидная секция конвейера опускается вниз. Гидроцилиндры рабочего оборудования питаются от аксиально-поршневого насоса базового тракто­ра.

Рис. 54. Экскаватор ЭТР-253А

Экскаватор ЭТР-254А предназначен для рытья траншей прямоугольного и трапецеидального профиля в талых грунтах I...IV категорий и мерзлых грунтах с промерзанием на всю глубину траншеи и прочностью до 420 ударов ударника ДорНИИ под магистральные газонефтепроводы диаметром 1220 и 1420мм, а с применением сменного оборудования — под трубопроводы диа­метром 720, 820, 1020мм. Тягач экскаватора выполнен с использованием узлов тракторов К-701 и Т-100М. Полуприцепной к тягачу рабочий орган включает раму, ротор с двумя рядами ковшей, отвальный ленточный конвейер, заднюю опору с пневмоколесами и зачистным устройством. Ротор имеет механический привод от силовой установки базового тягача. Привод механизма подъема – опускания ротора – гидравлический и обслуживается насосами гидроси­стемы базового трактора.

Эксплуатационная производительность роторных траншейных экскаваторов по выносной способности (м³/ч)

где n – частота вращения ротора, с^-1; m – число ковшей; q – вместимость ковша, л; К_в – коэффициент использования машины по времени (К_в=0,7...0,85); К_н – коэффициент наполнения (К_н = 0,9…1,1); К_р – коэффициент разрыхления грунта (К_р=1,1...1,4).

Мощность двигателя траншейного экскаватора расходуется одновременно на копание и подъем грунта рабочим органом, привод отвального конвейера и передвижение машины.

Мощность, расходуемая на копание грунта (кВт),

где П_т – техническая производительность экска­ватора, м³/ч; К_к – удельное сопротивление копанию, зависящее от категории разрабатываемого грунта, кПа; приближенно для грунтов I категории К_к=100 кПа, II – К_к=200 кПа, III – К_к=300 кПа, IV – К_к=400 кПа.

Мощность, расходуемая на подъем грунта до уровня разгрузки (кВт):

– для ковшового рабочего органа

– для скребкового рабочего органа с учетом дополнительной затраты мощности на трение грунта о грудь забоя

где ρ – плотность грунта, т/м³; приближенно для грунтов I категории ρ = 17 т/м³ ; II – ρ = 18 т/м³, III – ρ = 10 т/м³; IV – ρ = 20 т/м³; Н_т – глубина траншеи, м; g – ускорение свободного падения, м/с²; Н_о – высота подъема грунта от поверхно­сти земли до уровня разгрузки, м; f – коэффициент трения грунта о грунт; β – угол наклона груди забоя к горизонту.

Мощность, необходимая для привода рабочего органа (кВт),

где η_т – КПД трансмиссии привода рабочего органа; η_р – КПД рабочего органа.