Строительные машины

пления и освобождаемый объем заполняется жидкостью. Затем процесс повторяется.

Объемный КПД в основном зависит от утечек жидкости через зазоры, образованные головками зубьев и корпусом насоса, а также между торцовыми поверхностями шестерен и боковыми стенками насоса. Кроме того, дополнительно возникают утечки по линии контакта зубьев. Максимально объемный КПД достигает 0,8–0,95. Чтобы уменьшить утечки, стремятся максимально уменьшить зазоры между шестернями и корпусом насоса. При изготовлении зубьев с высокой точностью утеч- ки по линии их контакта могут быть сведены к нулю.

Насосы с внутренним зацеплением применяют значительно реже. Они компактнее, но сложнее по конструкции и дороже насосов с внешним зацеплением.

На экскаваторах применяют шестеренные насосы с внешним зацеплением с давлением 10–14 МПа.

Шестеренные насосы и гидромоторы отличаются рядом преимуществ: просты по конструкции, малогабаритны, могут работать при высокой частоте вращения. Полный КПД большинства шестеренных насосов в рабочей зоне не превышает 0,6–0,75, что меньше полного КПД насосов других типов. Кроме того, шестеренные насосы имеют небольшой срок службы при работе с высоким давлением, поэтому их рекомендуется применять в тех гидропередачах экскаваторов, где КПД не имеет существенного значения.

Роторно-поршневые насосы и гидромоторы

Роторно-поршневые насосы и гидромоторы широко применяют в гидроприводах ряда экскаваторов как на навесных, так и на многих полноповоротных машинах. Наибольшее распространение получили ро- торно-поршневые насосы двух типов: аксиально-поршневые и радиаль- но-поршневые.

Аксиально-поршневые насосы и гидромоторы. Их кинематической основой служит кривошипно-шатунный механизм, в котором цилиндр перемещается параллельно своей оси, а поршень движется вместе с цилиндром и одновременно вследствие вращения вала кривошипа перемещается относительно цилиндра.

Аксиально-поршневые гидромоторы устроены так же, как и насосы. Различают аксиально-поршневые насосы и гидромоторы с наклонным

81

блоком и наклонным диском. На одноковшовых экскаваторах последние не применяют.

На экскаваторах ЭО-4321 для привода механизма поворота применен радиально-поршневой гидромотор, который развивает на валу большой крутящий момент и поэтому называется высокомоментным.

Гидроцилиндры

У гидроцилиндров выходным (подвижным) звеном может быть как шток или плунжер, так и корпус.

Основные параметры гидроцилиндров — внутренний диаметр, диаметр штока, ход поршня и максимальное давление, определяющее его эксплуатационную характеристику и конструкцию, в частности тип применяемых уплотнений, а также требования к качеству обработки и чистоте внутренней поверхности гидроцилиндра и наружной поверхности штока.

2.2.3. Системы и аппаратура управления гидроприводом

Система управления гидравлического экскаватора предназначена для изменения направления движения и регулирования скорости выходных звеньев (штоков, валов) гидродвигателей, а также для предохранения конструкции экскаватора от перегрузок.

Основными элементами систем управления являются регулирующие устройства (гидрораспределители, дроссели, клапаны различного типа и др.), а также механические шарнирно-рычажные и другие системы, с помощью которых машинист управляет этими регулирующими устройствами.

Для управления гидроприводом экскаватора используют устройства, посредством которых регулируют: давление в линиях и агрегатах гидропривода; направление движения потока жидкости, в том числе распределение его между гидродвигателями; подачу рабочей жидкости к гидродвигателям.

Как правило, устройства для регулирования давления действуют автоматически. Устройствами, которые регулируют направление движения и расход рабочей жидкости, управляет машинист. Изменением направления движения и расхода рабочей жидкости, подаваемой к гидродвигателю, изменяют направление и скорость движения механизма экскаватора, приводимого от этого гидродвигателя.

82

По принципу регулирования скорости различают дроссельное и объемное регулирование, причем в обоих случаях оно может быть автомати- ческим и ручным.

Âгидросистемах с дроссельным регулированием расход жидкости регулируют так называемыми дроссельными устройствами, представляющими собой гидравлические сопротивления, устанавливаемые на пути потоков жидкости. К ним могут быть отнесены и распределительные устройства (например, гидрораспределители золотникового типа),

âкоторых изменяется площадь сечения для прохода жидкости. Гидрораспределитель используют также для изменения направления потока жидкости и, соответственно, реверса движения рабочего элемента.

Системы с дроссельным регулированием обычно применяют при использовании насосов постоянной подачи и нереверсируемых автомати- чески регулируемых насосов для ручного регулирования скорости выходных звеньев гидродвигателей независимо от внешних сопротивлений их движению.

Âгидросистемах с объемным регулированием изменение расхода жидкости обеспечивается изменением рабочего объема насоса, т. е. его объемной подачи.

На большинстве экскаваторов с гидравлическим приводом применяют регулируемые насосы с нереверсируемым потоком жидкости, объемная подача которых изменяется автоматически в зависимости от нагрузки. Гидросистемы с такими насосами требуют применения гидрораспределителей. Кроме того, число устанавливаемых на экскаваторе насосов обычно меньше числа приводимых от них двигателей. Поэтому нужны распределительные устройства, направляющие поток жидкости от насоса к тому или иному гидродвигателю и используемые также для дроссельного регулирования этого потока.

На гидравлических экскаваторах применяют оба вида регулирования расхода: объемное (автоматически регулируемые насосы) и дроссельное (ручное управление гидрораспределителями).

Сопротивление перемещению золотника гидрораспределителя зависит от размеров золотника, его конструкции и условий работы в системе гидропривода. При механическом управлении гидрораспределителем движение от рукояток пульта управления к золотникам гидрораспределителя передается шарнирно-рычажной механической системой. Механическое управление дает возможность без применения каких-либо дополнительных устройств четко управлять золотником гидрораспредели-

83

теля, удерживая его в любом промежуточном положении. Таким образом, машинист может за счет дросселирования рабочей жидкости регулировать ее расход и скорость движения механизма.

На большинстве экскаваторов установлены современные рычаги управления шарнирного типа. Таким рычагом можно управлять одновременно или в определенной последовательности движением двух элементов, например стрелой и рукоятью, ковшом и поворотом платформы. Это позволяет в процессе работы экскаватора совмещать большее число операций и создает благоприятные условия для работы машиниста, так как ему не приходится переносить руку с одного рычага на другой.

Клапанная аппаратура

Механизмы и элементы гидропривода экскаваторов защищены от перегрузок предохранительными клапанами, которые ограничивают давление жидкости в системе допустимым пределом.

Предохранительные клапаны устанавливают непосредственно на насосах и гидромоторах, в гидрораспределителях, фильтрах и на трубопроводах. В последнем случае их заключают в отдельные корпуса. Они должны обеспечивать надежную работу, высокую чувствительность, стабильность давления при различных расходах жидкости и минимальные вибрации элемента клапана, открывающего и закрывающего канал, через который рабочая жидкость сливается при давлении, превышающем номинальное.

Предохранительные клапаны обычно регулируют на давление, превышающее номинальное на 10–20 %. При давлении в системе, превышающем допустимое, клапан открывается и перепускает жидкость в полость низкого давления; при давлении ниже заданного клапан надежно запирает проход жидкости в полость низкого давления.

По принципу действия предохранительные клапаны разделяют на клапаны прямого (давление жидкости действует непосредственно на запорный элемент) и непрямого действия (давление жидкости действует на вспомогательный клапан, управляющий перемещением запорного элемента).

Распределительные устройства

Распределительные устройства (гидрораспределители или распределительные блоки) предназначены для управления потоком жидкости.

84

По конструктивному исполнению их подразделяют на три основные группы: золотниковые (потоком жидкости управляют посредством возвратно-поступательного движения золотников), клапанные (путем открытия и закрытия клапанов), крановые (поворотом распределительного элемента кранового аппарата).

По числу подсоединенных каналов различают двух-, трех- и четырехходовые гидрораспределительные устройства.

По числу рабочих позиций (фиксированных положений) гидрораспределительные устройства подразделяют на двух- (одно рабочее, одно нейтральное), трех- (два рабочих и одно нейтральное), четырехпозиционные (два рабочих, одно нейтральное и одно плавающее) и т. д. По исполнению корпуса золотниковые гидрораспределители, применяемые в гидросистемах экскаваторов, бывают секционные и моноблочные.

Вспомогательное гидрооборудование

К вспомогательному гидрооборудованию относятся гидробаки, фильтры, охладители.

Гидробак — это гидроемкость, предназначенная для питания рабочей жидкостью, а также для компенсации разности объемов полостей гидроцилиндров, компенсации наружных утечек и охлаждения рабочей жидкости.

Фильтры — предназначены для очистки рабочей жидкости от посторонних примесей, состоящих из продуктов распада масла, износа деталей и других частей, попадающих в гидросистему извне.

Загрязнение рабочей жидкости в процессе работы системы гидропривода увеличивает интенсивность изнашивания трущихся деталей гидроаппаратов, снижает КПД гидропривода, повышает нагрев жидкости, нарушает регулировку, приводит к поломкам системы.

По качеству фильтрации (размерам и количеству частиц, пропущенных фильтрами) фильтры бывают грубой, нормальной, тонкой и особо тонкой очистки, пропускающие частицы размером соответственно не более 100; 10; 5 и 1 мкм. Чем меньше размеры задерживаемых фильтром частиц, тем больше сопротивление прохождению жидкости через единицу площади фильтра. Поэтому для создания необходимой пропускной способности фильтра при небольшом сопротивлении проходу жидкости нужна тем большая площадь фильтрующих элементов, чем мельче поры фильтра.

Охладители предназначены для интенсивного охлаждения рабочей жидкости, нагревающейся при прохождении сопротивления в трубопро-

85

3.ОДНОКОВШОВЫЕ ЭКСКАВАТОРЫ

ÑМЕХАНИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ

3.1.Устройство и технические характеристики экскаваторов с механическим приводом

Цикл работы экскаватора с любым землеройным типом рабочего оборудования состоит из следующих операций: наполнение ковша, подъем груженого ковша, поворот на выгрузку, выгрузка, поворот в забой, опускание ковша в забой. В процессе работы некоторые операции цикла можно совмещать, например поворот в забой и подъем или опускание ковша.

Для осуществления этих операций в конструкции экскаваторов предусмотрены следующие механизмы:

–подъемно-тяговая лебедка с подъемным и тяговым канатными барабанами (драглайн, обратная лопата, грейфер) или одним барабаном и цепной звездочкой для напора-возврата рукояти (прямая лопата);

–стрелоподъемная лебедка;

–механизм поворота;

–механизм передвижения;

–главный реверс;

–механизм открывания днища прямой лопаты.

У прямой лопаты напорный барабан при канатном или цепном напоре вращается двигателем в обе стороны. Для принудительного опускания груза на режиме двигателя подъемный барабан крана также вращается двигателем в обе стороны.

Каждый барабан снабжен фрикционным устройством (передача вращения от двигателя) и тормозом (удержание ковша или груза). Канатные барабаны часто делают разъемными и заменяют при работе с различным сменным оборудованием.

Экскаватор ÝÎ-3311Ã на пневмоколесном ходу. Назначение — земляные работы в условиях городского, сельского и дорожного

87

строительства в грунтах I–III категорий. Оборудование: прямая и обратная лопаты, драглайн.

Экскаватор ÝÎ-3211Ä оказывает малое удельное давление на грунт, поэтому рационально использовать на грунтах со слабой несущей способностью для очистки водоемов и русл небольших рек, каналов от донных наносов и растительности и др.

Сменное рабочее оборудование: обратная лопата, драглайн, кран, боковой драглайн, обратная лопата с поворотным ковшом.

Экскаваторы ЭО-652Б, ЭО-4111В, ЭО-4112 на гусеничном ходу: ÝÎ-652Á è ÝÎ-4111Â с гребневым зацеплением, ÝÎ-4112 — тракторного типа.

Назначение — производство земляных работ в грунтах I–IV категорий и разрыхленных скальных и мерзлых грунтах, для погрузки и разгрузки грузов и сыпучих материалов, а также для забивки свай.

Сменное рабочее оборудование: прямая и обратная лопаты, драглайн, грейфер, кран, сваебойное оборудование.

Экскаваторы ÝÎ-5111Á è ÝÎ-5115 на гусеничном ходу. Назначе- ние: производство земляных работ в грунтах I–IV категорий, разрыхленных скальных и мерзлых грунтах, погрузка сыпучих материалов.

Сменное рабочее оборудование: прямая и обратная лопаты, драглайн, кран, грейфер.

Экскаватор ÝÎ-2503Â на гусеничном ходу с питанием от внешней электросети напряжением 380В, а также от передвижной электростанции. Назначение: работа в грунтах I–IV категорий, разрыхленных скальных породах и мерзлых грунтах, погрузочно-разгрузочные работы в карьерах.

Сменное рабочее оборудование: прямая лопата, драглайн, кран, грейфер.

Для осуществления рабочего процесса каждый экскаватор с механи- ческим 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.

88

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.

Технические характеристики и параметры экскаваторов основных видов представлены в прил. 2.

3.2.Рабочее оборудование одноковшовых экскаваторов

ñмеханическим приводом

Экскаваторы с механическим приводом по целому ряду конструктивных, технологических и экономических показателей уступают гидравлическим экскаваторам.

Механический привод для передачи движения от двигателя к рабо- чим механизмам и органам требует применения разветвленной системы устройств, состоящих из большого количества механических элементов. Применение канатных передач усложняет кинематику рабочего оборудования и ограничивает его номенклатуру. На одномоторных экскаваторах не удается рационально расположить механизмы, так как единая трансмиссия машины предопределяет компоновку всех сборочных единиц. Отдельные механизмы и элементы передач (муфты, тормоза, цепи, канаты и др.) требуют частых регулировок или замены быстро изнашиваемых деталей. На канатных экскаваторах существенно увеличивается число мест смазывания, что повышает затраты времени на техническое обслуживание машин.

В ряде случаев канатные экскаваторы имеют и технико-экономиче- ские преимущества, в особенности с рабочим оборудованием драглайна. Для конструкции этих машин характерна своеобразная кинематика различных видов рабочего оборудования.

Рабочее оборудование

Механический привод не позволяет иметь большое количество сменных видов рабочего оборудования по сравнению с гидравлическим приводом. На экскаваторах с механическим приводом наиболее распространенными видами сменного рабочего оборудования являются прямая и обратная лопаты, драглайн, грейфер, кран, копер и некоторые другие виды.

89

Драглайн применяют при разработке грунта ниже уровня стоянки экскаватора. Глубина копания, высота разгрузки ковша и расстояние, на которое может быть заброшен ковш (радиус копания) драглайна, значи- тельно больше, чем у прямой и обратной лопат. Поэтому драглайн используют для рытья сравнительно больших котлованов и траншей, а также для отсыпки насыпей, в частности на строительстве каналов, автомобильных и железных дорог.

Грейфер применяют для разработки грунтов, расположенных ниже и выше уровня стоянки экскаватора, для погрузки и разгрузки сыпучих материалов, а также при некоторых видах земляных работ в мягких грунтах (рытье глубоких котлованов, чистке прудов и каналов).

3.2.1. Механизмы экскаваторов с гибкой подвеской

Устройство для включения и выключения механизмов

Для включения и выключения рабочих механизмов экскаваторов используют кулачковые муфты, подвижные шестерни и фрикционные механизмы открытого и замкнутого типов. Для ограничения частоты вращения рабочего механизма в одном направлении без ограничения его частоты вращения в противоположном направлении применяют противообгонные устройства.

Для включения и отключения рабочих механизмов подвижные шестерни перемещают вдоль вала по шпонке или шлицам и вводят в зацепление (или выводят из него) с неподвижной шестерней, расположенной на другом валу и зафиксированной от осевого перемещения. Ведущей может быть любая из этих шестерен.

Чтобы изменить частоту вращения ведомого вала (например, в механизмах поворота и передвижения экскаватора), применяют сдвоенные подвижные шестерни, состоящие из двух скрепленных между собой шестерен различных диаметров. Во включенном положении механизма зубья подвижной шестерни должны находиться в зацеплении с зубьями неподвижной по всей длине. Частичное включение шестерни может привести к неправильной работе и поломке зубчатой передачи. Рычаг, управляющий включением подвижной шестерни, фиксируют во вклю- ченном положении во избежание самопроизвольного выключения механизма или неполного включения шестерен.

Кулачковые муфты и подвижные шестерни нельзя включать и выключать при вращающихся валах (или вращении одного из них) и под

90