
- •Содержание Лекция 1. Вводная. Машины для земляных работ
- •Взаимодействие рабочих органов машин с грунтом.
- •Лекция 2. Землеройно-транспортные машины
- •Бульдозеры
- •Лекция 3. Бульдозеры–погрузчики, рыхлители
- •Лекция 4. Скреперы
- •Лекция 5. Самоходные грейдеры (автогрейдеры)
- •Лекция 6. Экскаваторы
- •Одноковшовые строительные экскаваторы
- •Лекция 7. Исполнительные механизмы экскаваторов
- •Лекция 8. Пневмоколёсные и гусеничные гидравлические экскаваторы
- •Лекция 9. Грейферное оборудование экскаватора на напорной штанге. Оборудование рыхлителя и гидромолота
- •Лекция 10. Механизмы поворота и передвижения гидравлических экскаваторов
- •Лекция 11. Экскаваторы-планировщики
- •Лекция 12. Траншейные экскаваторы
- •Лекция 13. Цепные траншейные экскаваторы
- •Лекция 14. Роторные траншейные экскаваторы
- •Лекция 15. Машины для разработки мерзлых грунтов
- •Лекция 16. Землерезные и землеройно-фрезерные машины
- •Лекция 17. Бурильно-крановые машины
- •Лекция 18. Бурильно-крановые машины на базе трактора
- •Заключение
- •Литература
- •Вопросы к зачету по дисциплине «Машины для земляных работ»
Лекция 7. Исполнительные механизмы экскаваторов
Для осуществления рабочего процесса каждый экскаватор с одномоторным приводом имеет следующие исполнительные механизмы: главную лебедку, приводящую в действие рабочий орган при копании, стрелоподъемную лебедку для изменения угла наклона стрелы, механизм поворота платформы с рабочим оборудованием вокруг вертикальной оси, механизм передвижения, реверсивный механизм (реверс) для изменения направления движения исполнительных механизмов. Для работы с обратной лопатой, драглайном и грейфером главная лебедка имеет два канатных барабана – подъемный для подъема ковша, и тяговый для подтягивания ковшей обратной лопаты и драглайна, замыкания челюстей грейфера. При крановом оборудовании используют один подъемный барабан для подъема крюковой подвески. При работе с прямой лопатой тяговый барабан главной лебедки заменяется звездочкой цепной передачи, приводящей в действие напорный механизм для выдвижения (напора) и втягивания (возврата) рукояти с ковшом. Оба барабана лебедки свободно сидят на валу главной трансмиссии экскаватора, постоянно вращаемой двигателем, и плавно подключаются к ней индивидуальными ленточными фрикционными муфтами с пневматическим или гидравлическим управлением. Торможение барабанов обеспечивается управляемыми ленточными тормозами.
Назначение и устройство механизмов подъема стрелы, поворота платформы и передвижения экскаватора такие же, как у полноповоротных стреловых самоходных кранов с одномоторным приводом.
В состав кинематических схем экскаваторов с механическим приводом входят главная муфта (обычно фрикционная одно- или многодисковая) и главная трансмиссия, валы которой получают постоянное вращение от дизеля при включении главной муфты. Вместо главной муфты может быть установлен гидротрансформатор, позволяющий автоматически регулировать скорость рабочего органа в зависимости от действующей на него внешней нагрузки и предохраняющий двигатель и трансмиссию от перегрузок при внезапном стопорении рабочего органа. Вместе с валами главной трансмиссии вращаются жестко соединенные с ними детали – зубчатые колеса, передающие вращение от одного вала трансмиссии к другому, и ведущие элементы муфт, с помощью которых осуществляется подключение исполнительных механизмов к главной трансмиссии.
Рассмотрим в качестве примера кинематическую схему экскаваторов 4-й размерной группы Э-652Б, ЭО-4111В и ЭО-4112 (рис. 22).
Привод всех механизмов экскаватора осуществляется от дизеля 1. При включении главной фрикционной муфты сцепления 2 получают постоянное вращение элементы главной трансмиссии – четырехрядная цепная передача 3, шестерни 4, 5, 7, валы I, II, IV и жестко связанные с ними ведущие шкивы двухконусных фрикционных муфт 32 реверсивного механизма и 6 включения промежуточного вала III, а также ленты ленточных фрикционных муфт 8 и 25 включения барабанов главной лебедки. Для наполнения ковша прямой лопаты осуществляют подъем и выдвижение (напор) ковша с рукоятью, подключив к главной трансмиссии сдвоенные ведущие звездочки 10 напорного механизма и подъемный барабан 23 главной лебедки. Барабан 23 соединяется с валом IV ленточным фрикционом 25. Навиваемый на барабан подъемный канат 22 образует с головными блоками 20 стрелы 13 и блоком 21 ковша двукратный полиспаст, подтягивающий ковш к оголовку стрелы.
Рис. 22. Кинематическая схема экскаватора 652Б, ЭО-4111, ЭО-4112
Для остановки ковша и удержания его в заданном положении выключают фрикцион 25 и одновременно включают ленточный тормоз 24, которым регулируют также скорость опускания ковша, движущегося под действием собственного веса. Напорное движение ковша осуществляют включением ленточного фрикциона 8. При этом получают вращение сдвоенные звездочки 10, одна из которых соединена однорядной цепью со звездочкой 11 напорного барабана 12 на валу V, а другая – цепью со звездочкой 27 на промежуточном валу III. На вращающийся напорный барабан навиваются две ветви напорного каната 15 (а возвратный канат 14 с него свивается), огибающего направляющие блоки 16 седлового подшипника 19 и уравнительный блок 17 на конце рукояти 18, в результате чего рукоять с ковшом выдвигаются, осуществляя напор. Торможение напорного механизма обеспечивается ленточным тормозом 9. Для возврата (втягивания) рукояти с ковшом включают двуконусную фрикционную муфту 6 с одновременным выключением ленточных муфты 8 и тормоза 9, в результате чего получает вращение звездочка 27, жестко соединяемая при копании с валом III кулачковой муфтой 28.
От звездочки 27 передается движение в обратном направлении блоку звездочек 10 и напорному барабану 12. На последний будет навиваться возвратный канат 14, втягивающий рукоять с ковшом. Для подъема стрелы соединяют с главной трансмиссией стрелоподъемный барабан 29 последовательным включением двух муфт – кулачковой 28 (смещением вправо), жестко закрепляющей барабан 29 на промежуточном валу III, и конусной фрикционной 6. На барабан навивается канат стрелоподъемного полиспаста. Подъем стрелы прекращается выключением муфты 6 и включением ленточного тормоза 34, удерживающего стрелу от свободного опускания. Надежное удержание поднятой стрелы в процессе работы экскаватора обеспечивается храповым остановом 31, смонтированным на стрелоподъемном барабане. Опускание стрелы осуществляется в режиме работы двигателя машины при выключенной муфте 28. Скорость опускания стрелы ограничивается обгонной муфтой 26 на валу IV, связанной со стрелоподъемным барабаном цепной передачей 30. Механизмы поворотного и ходового устройства экскаватора приводятся в действие от вертикального вала VI реверсивного механизма с коническими шестернями 33 и 35 и двумя двуконусными фрикционными муфтами 32. При включении одной из муфт осуществляется реверсирование вала VI и соответственно изменение направления вращения платформы или передвижения машины. От вала VI вращение передается валу VII и шестерням 42 и 44, свободно вращающимся на вертикальных поворотном VIII и ходовом IX валах.
Поворот платформы с рабочим оборудованием осуществляется при включении одной из муфт реверса – кулачковой муфты 39, жестко соединяющей шестерню 42 с валом VIII, и обкатывании шестерни 43 внутри зубчатого венца 45, жестко прикрепленного к ходовой раме. Торможение поворотной платформы и фиксирование ее в заданном положении обеспечиваются ленточным тормозом 38.
Движение ходовому механизму экскаватора сообщается при включении одной из муфт реверса и кулачковой муфты 40 (муфта 39 при этом автоматически выключается), жестко соединяющей шестерню 44 с валом IX. От вала IX вращение передается через пару конических шестерен 46 горизонтальному ходовому валу X, состоящему из трех частей, соединяемых между собой двумя кулачковыми муфтами 48. При одновременном включении муфт приводятся в движение через цепные передачи 49 обе ведущие звездочки 50 гусениц 51, обеспечивая прямолинейное движение экскаватора. Для поворота экскаватора отключают от трансмиссии одну из звездочек 50 выключением соответствующей муфты 48. При этом машина поворачивается относительно отключенной гусеницы. Торможение гусениц осуществляется ленточными тормозами 47, сблокированными с муфтами 48. Неподвижность ходового устройства при работе экскаватора обеспечивается двусторонним управляемым стопором.
Скорость поворота платформы и передвижения машины изменяют попеременным введением в зацепление с зубчатыми колесами 37 и 41 блок-шестерни 36. Меньшую скорость поворота используют при работе с грейфером, драглайном и крановым оборудованием, большую — с прямой и обратной лопатой. Смену различных видов рабочего оборудования производят непосредственно на строительной площадке. При замене оборудования прямой лопаты на блок звездочек 10 главной лебедки устанавливают состоящий из двух половинок барабан 52. При крановом оборудовании на барабане 23 закрепляют подъемный канат 22. При оборудовании драглайна на барабане 52 закрепляют подъемный 22, а на барабане 23 — тяговый 53 канаты. При грейферном оборудовании на барабане 22 закрепляют подъемный канат 23, а на барабане 52 замыкающий канат 54.
Управление всеми основными механизмами экскаватора — пневматическое.
Вспомогательные механизмы (кулачковые муфты включения валов поворотного и ходового механизмов, переключения скоростей, включения лебедки подъема стрелы и главной муфты), включаемые реже, имеют рычажное управление.
Выпуск строительных экскаваторов с одномоторным приводом постоянно сокращается, и они в перспективе будут полностью заменены более совершенными и производительными гидравлическими машинами.
Одноковшовые экскаваторы с гидравлическим приводом представляют собой многомоторные полно- и неполноповоротные машины с жесткой подвеской рабочего оборудования, у которых для передачи мощности от двигателя к рабочим механизмам используется гидравлический объемный привод. Параметры гидравлических экскаваторов регламентированы ГОСТ 22894-77* «Экскаваторы одноковшовые универсальные гидравлические. Технические условия». По сравнению с механическими гидравлические экскаваторы имеют более широкую номенклатуру сменных рабочих органов, число которых постоянно растет, большее количество основных и вспомогательных движений рабочего оборудования, что значительно расширяет их технологические возможности и обеспечивает высокий уровень механизации земляных работ, особенно в стесненных условиях. В настоящее время более 80 % выпускаемых одноковшовых строительных экскаваторов являются гидравлическими.
Гидравлический привод позволяет: значительно упростить кинематику трансмиссии и рабочего оборудования; расширить номенклатуру сменного рабочего оборудования; уменьшить габариты машины; рационально совмещать рабочие операции; максимально использовать мощность силовой установки; повысить мобильность и универсальность машин и улучшить качество выполняемых работ, сообщать сменным рабочим органам движения, позволяющие выполнять земляные работы в труднодоступных местах; обеспечивать плавность движения и точную ориентацию рабочего органа; реализовать большие (в 1,5...2 раза) усилия копания; повысить производительность машин в среднем на 30...35 %; улучшить условия труда машиниста.
Различают гидравлические экскаваторы с шарнирно-рычажным и телескопическим рабочим оборудованием, для удержания и приведения в действие которого используют жесткие связи – гидравлические цилиндры. Основными рабочими движениями шарнирно-рычажного оборудования являются изменение угла наклона стрелы, поворот рукояти с ковшом относительно стрелы и поворот ковша относительно рукояти, телескопического — выдвижение – втягивание телескопической стрелы.
Гидравлические экскаваторы с шарнирно-рычажным рабочим оборудованием серийно выпускаются 2...6-й размерных групп и, за исключением экскаваторов 2-й размерной группы, выполнены полноповоротными.
Неполноповоротные гидравлические универсальные экскаваторы монтируются на базе серийных пневмоколесных тракторов класса 1,4. Они представляют собой мобильные малогабаритные землеройные машины с экскаваторным и бульдозерным оборудованием для выполнения земляных (в грунтах I…III категорий) и погрузочных работ небольших объемов на рассредоточенных объектах. Наиболее эффективно такие экскаваторы применяются в стесненных условиях.
Базовой моделью неполноповоротных экскаваторов является экскаватор ЭО-2621В, имеющий ряд модификаций. Так, например, экскаватор ЭО-2621В-2 отличается отЭО-2621В увеличенной глубиной копания, усовершенствованным управлением и большим количеством сменных видов рабочего оборудования (22 вида).
Основным рабочим органом ненолноповоротных экскаваторов служит унифицированный ковш 2 (рис. 23) прямой и обратной лопат вместимостью 0,28 м3, входящий вместе со стрелой 5, рукоятью 3 и гидроцилиндрами 4, 6, 7 подъема стрелы, поворота рукояти и ковша в комплект экскаваторного оборудования машины. Это оборудование монтируется на поворотной колонне, установленной на усиленной раме 10 базового трактора 8. Поворот колонны с рабочим оборудованием вокруг вертикальной оси в плане на 180° обеспечивается цепным поворотным механизмом, состоящим из двух попеременно работающих гидроцилиндров, втулочно-роликовой цепи и звездочки, жестко закрепленной на валу поворотной колонны. Экскаватор ЭО-2621В-3 – имеет реечный механизм поворота.
Рис. 23. Пневмоколесный неполноповоротный гидравлический экскаватор ЭО-2621В-2
Устойчивость экскаватора при работе обеспечивается двумя выносными опорами 1, управляемыми гидроцилиндрами. Спереди трактора навешен неповоротный бульдозерный отвал 9, управляемый гидроцилиндром. Неполноповоротные экскаваторы оснащаются также узким и специальным ковшами вместимостью 0,15 м3 для рытья узких траншей, погрузочным ковшом вместимостью 0,5 м3, крановой подвеской грузоподъемностью 0,5 т, жестким грейфером вместимостью 0,25 м3, однозубым рыхлителем, гидравлическим молотом, грузовыми вилами, буровым оборудованием, захватом для укладки бордюрных камней, обратной лопатой со смещенной осью копания для рытья траншей вблизи зданий и сооружений и т. п.. Смена рабочего оборудования производится машинистом непосредственно на объекте.