Лекция 10

Было:

ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ: общие сведения; скреперы; автогрейдеры

ЭКСКАВАТОРЫ

Экскаваторы представляют собой самоходные землеройные машины, предназначенные для копания и перемещения грунта. Различают одноковшовые экскаваторы периодического (цикличного) действия с основным рабочим органом в виде ковша определенной вместимости и экскаваторы непрерывного действия с многоковшовыми, скребковыми и фрезерными (бесковшовыми) рабочими органами. Одноковшовые экскаваторы осуществляют работу отдельными многократно повторяющимися циклами, в течение которых операции копания и перемещения грунта выполняются раздельно и последовательно. В процессе работы машина периодически перемещается на небольшие расстояния для копания очередных объемов грунта. Экскаваторы непрерывного действия копание и перемещение грунта осуществляют одновременно и непрерывно. Производительность таких экскаваторов выше, чем одноковшовых, затрачивающих около 2/3 рабочего времени на перемещение грунта и рабочего оборудования.

По назначению одноковшовые экскаваторы делят на строительные универсальные для земляных и погрузочно-разгрузочных работ в строительстве, карьерные для разработки карьеров строительных материалов, рудных и угольных месторождений и вскрышные для разработки полезных ископаемых открытым способом. Экскаваторы непрерывного действия по назначению делят на машины продольного копания для рытья протяженных выемок прямоугольного и трапецеидального профиля — траншей под трубопроводы и коммуникации различного назначения (траншейные экскаваторы), каналов и водоводов (каналокопатели), поперечного копания для карьерных, планировочных и мелиоративных работ, радиального копания для вскрышных и карьерных работ большого объема.

В городском строительстве преимущественно используют одноковшовые строительные и траншейные экскаваторы.

ОДНОКОВШОВЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ ЭКСКАВАТОРЫ

Строительными называют одноковшовые универсальные экскаваторы с основными ковшами вместимостью 0,25...2,5 м³, оснащаемые различными видами сменного рабочего оборудования. Строительные экскаваторы предназначены для земляных работ в грунтах I...IV категорий. С помощью унифицированного сменного рабочего оборудования (до 40 видов) они могут выполнять также погрузочно-разгрузочные, монтажные, сваебойные, планировочные, зачистные и другие работы.

Основными частями строительных экскаваторов являются гусеничное или пневмоколесное ходовое устройство, поворотная платформа (с размещенными на ней силовой установкой, механизмами, системой управления и кабиной машиниста) и сменное рабочее оборудование. Поворотная платформа опирается на ходовое устройство через унифицированный роликовый опорно-поворотный круг и может поворачиваться относительно него в горизонтальной плоскости.

Рабочий цикл одноковшового экскаватора при разработке грунтов состоит из следующих последовательно выполняемых операций:

копание грунта (заполнение ковша грунтом), подъем ковша с грунтом из забоя, поворот ковша к месту разгрузки, разгрузка грунта из ковша в отвал или в транспортные средства, поворот порожнего ковша к забою и опускание его в исходное положение для следующей операции копания .В процессе работы отдельные операции цикла можно совмещать (например, подъем или опускание ковша с поворотом его в забой), что позволяет сокращать продолжительность цикла.

Классификация

Одноковшовые строительные экскаваторы классифицируют по следующим признакам:

по типу ходового устройства — на гусеничные с нормальной и увеличенной опорной поверхностью гусениц, пневмоколесные, на специальном шасси автомобильного типа, на шасси грузового автомобиля или трактора;

по типу привода — с одномоторным (механическим и гидромеханическим) и многомоторным (гидравлическим и электрическим) приводом;

по исполнению опорно-поворотного устройства — на полноповоротные (угол поворота рабочего оборудования в плане не ограничен) и неполноповоротные (угол поворота рабочего оборудования в плане ограничен 270°);

по способу подвески рабочего оборудования — с гибкой подвеской на канатных полиспастах и с жесткой подвеской с помощью гидроцилиндров;

по виду исполнения рабочего оборудования — с шарнирно-рычажным и телескопическим рабочим оборудованием.

Кроме перечисленных признаков строительные экскаваторы различаются между собой размерами, массой, мощностью и вместимостью ковшей.

К основным параметрам одноковшовых экскаваторов относятся: вместимость ковша, продолжительность рабочего цикла, радиусы копания и выгрузки, высота и глубина копания, высота нагрузки, преодолеваемый экскаватором уклон пути, конструктивная и эксплуатационная массы машины, среднее давление на грунт у гусеничных машин и нагрузка на одно ходовое колесо у пневмоколесных, колея и база ходового устройства.

Индексация. Действующая система индексации предусматривает следующую структуру индекса), дающего более полную характеристику эксплуатационных возможностей машины.

ЭО – ОО ОО О О

Буквы ЭО означают — экскаватор одноковшовый универсальный.

Четыре основные цифры индекса (OO ОО) последовательно означают: ‑ размерную группу машины, ‑ тип ходового устройства, ‑ конструктивное исполнение рабочего оборудования (вид подвески) и ‑ порядковый номер данной модели.

Восемь размерных групп экскаваторов обозначаются цифрами с 1 по 8. Размер экскаватора характеризуют масса машины и мощность основного двигателя, а также геометрическая вместимость основного ковша. В настоящее время серийно выпускаются экскаваторы 2…6-й размерных групп. В стандартах на экскаваторы для каждой размерной группы обычно приводятся несколько вместимостей ковшей — основного и сменных повышенной вместимости, причем для последних предусмотрены меньшие линейные параметры и более слабые грунты, чем при работе с основным ковшом. Основным считается ковш, которым экскаватор может разрабатывать грунт IV категории на максимальных линейных рабочих параметрах (глубина и радиус копания, радиус и высота выгрузки и т. п.). Вместимость основных ковшей экскаваторов составляет: для 2-й размерной группы - 0,25... 0,28 м³; 3й-0,40...0,65 м³; 4-й - 0,65...1,00 м³; 5‑й-1,00...1,60 м³; 6-й - 1,60...2,50 м³; 7-й - 2.50...4.00 м³

Тип ходового устройства указывается цифрами с 1 по 9: 1 — гусеничное (Г); 2 —гусеничное уширенное (ГУ); 3 — пневмоколесное (П); 4 — специальное шасси автомобильного типа (СШ); 5 — шасси грузового автомобиля (А); 6 — шасси серийного трактора (Тр); 7 — прицепное ходовое устройство (Пр); 8,9 — резерв.

Конструктивное исполнение рабочего оборудования указывается цифрами: 1 (с гибкой подвеской), 2 (с жесткой подвеской), 3 (телескопическое).

Последняя цифра индекса означает порядковый номер модели экскаватора. Первая из дополнительных букв после цифрового индекса (А, Б, В и т. д.) означает порядковую модернизацию данной машины, последующие— вид специального климатического исполнения (С или ХЛ — северное, Т— тропическое, ТВ — для работы на влажных тропиках). Например, индекс ЭО-5123ХЛ расшифровывается так: экскаватор одноковшовый универсальный, 5-й размерной группы, на гусеничном ходовом устройстве, с жесткой подвеской рабочего оборудования, третья модель в северном исполнении. Экскаватор оборудуется основным ковшом вместимостью 1,0 м³, соответствующим 5-й размерной группе, и сменными вместимостью 1,25 и 1,6 м³.

Рис.120. Строительные полноповоротные экскаваторы с механическим приводом и гибкой подвеской рабочего оборудования: а — пневмоколесный третьей размерной группы; б — гусеничный четвертой размерной группы; 1 — пневмоколесное ходовое устройство; 2 — поворотная платформа; 3 — двуногая стойка; 4 — стрелоподъемный канат; 5 — передняя стойка; 6 — кабина машиниста; 7 — подъемный канат; 8 — стрела; 9 — рукоять; 10 — ковш обратной лопаты; 11 ‑ тяговый канат; 12 — опорно-поворотное устройство; 13 — гусеничное ходовое устройство

Экскаваторы с гибкой подвеской рабочего оборудования представляют собой полноповоротные машины (рис.120) с одномоторным я многомоторным (дизель-электрическим) приводом. На поворотной платформе таких машин смонтирована двуногая опорная стойка, несущая стрелоподъемный полиспаст. Промышленность выпускает строительные экскаваторы с одномоторным приводом 3...5 размерных групп, с многомоторным приводом — 6-й размерной группы.

Основными видами сменного рабочего оборудования таких экскаваторов являются прямая и обратная лопаты, драглайн, грейфер и кран. Кроме указанных видов экскаваторы оснащаются также оборудованием для погружения свай и шпунта, планировки и зачистки площадок и откосов, засыпки траншей, корчевания пней, рыхления мерзлых и скальных грунтов, взламывания дорожных покрытий, разрушения старых фундаментов зданий и стен и т.п.

Экскаватор с рабочим оборудованием прямой лопаты (рис.121,а) разрабатывает грунт в забое, расположенном выше уровня стоянки машины. В комплект оборудования прямой лопаты входят стрела 6, рукоять 4 с седловым подшипником, ковш 3 с открывающимся днищем, напорный механизм 5 (у экскаваторов 2-й и 3-й размерных групп напорный механизм отсутствует), полиспасты 7 и 2 подъема стрелы и ковша. Наполнение ковша происходит при подъеме его полиспастом 2 и выдвижении рукояти в сторону забоя напорным механизмом, регулирующим толщину стружки. Выгрузка ковша осуществляется открыванием его днища.

Рис.121. Основные виды сменного рабочего оборудования строительных экскаваторов с механическим приводом

Экскаватор с оборудованием обратной лопаты (рис.121,б) предназначается для рытья траншей и небольших котлованов, расположенных ниже уровня его стоянки. Рабочее оборудование обратной лопаты состоит из ковша 8, рукояти 4, стрелы 6, передней стойки 7 и полиспастов: тягового 9, подъемного 2 и стрелового 1 (для удержания передней стойки). Наполнение ковша, врезаемого в грунт под действием веса рабочего оборудования, происходит при подтягивании его к экскаватору тяговым полиспастом 9 и одновременном ослаблении натяжения подъемного полиспаста 2. Выгрузка грунта из ковша осуществляется поворотом рукояти от забоя при ослаблении тягового полиспаста и подъеме рабочего оборудования подъемным полиспастом.

Экскаватор с оборудованием драглайна (рис.121,в) разрабатывает грунт ниже уровня своей стоянки и применяется для рытья котлованов, водоемов и траншей, а также для разработки различных выемок под водой а также для погрузки и разгрузки сыпучих и дробленых строительных материалов.. Драглайном называют рабочее оборудование одноковшового экскаватора с ковшом, подвешенным к стреле на подъемном канате и перемещаемым при копании грунта тяговым канатом. Драглайном принято также называть экскаватор с одноименным рабочим оборудованием. Сменное рабочее оборудование драглайна включает удлиненную решетчатую стрелу 10, специальный ковш совкового типа 12 с подъемными и тяговыми цепями, стрелоподъемный полиспаст 1, подъемный 11, тяговый 14 и разгрузочный (опрокидной) 13 канаты и механизм наводки (систему направляющих блоков 15) тягового каната. Наполнение ковша, прижимаемого к забою собственным весом, происходит при подтягивании его к экскаватору тяговым канатом 14. Выгрузка поднятого на необходимую высоту ковша осуществляется путем его поворота при ослаблении натяжения тягового и опрокидного канатов.

Мощные шагающие драглайны используют для добычи полезных ископаемых открытым способом и на вскрышных работах. Отечественная промышленность выпускает строительные драглайны с ковшами вместимостью 0,3...3 м³, а шагающие — с ковшами 5...100 м³.

Рабочее оборудование (рис.122) включает стрелу 10 обычно решетчатой (для строительных экскаваторов), реже вантовой (для шагающих драглайнов) конструкции, по длине значительно превышающую стрелу лопаты, и ковш 5, перемещаемый тяговым 6 и подъемным 2 канатами, с которыми он соединен посредством цепей 8 и 4. Тяговый канат направляется блочно-роликовым устройством 7 и навивается на барабан тяговой лебедки. Подъемный канат огибает головной блок 7 и навивается на барабан подъемной лебедки.

Грунт разрабатывают перемещением ковша тяговым канатом вдоль забоя (положения I, II, III, рис.123), после чего ковш поднимают подъемным канатом, подтягивая его к стреле (положение IV) и перемещая затем к ее головной части с одновременным поворотом платформы. При этих перемещениях ковш удерживается в положении, исключающем просыпание грунта, за счет разгрузочного каната 9 (рис.122), огибающего блок 3 и соединенного одним концом с тяговым канатом, а вторым — закрепленного на арке

Рис. 122. Драглайн

ковша. При разгрузке ковша отпускают тяговый канат, вследствие чего он опрокидывается зубьями вниз (положение V, рис.123). При пионерной выемке форма забоя определяется контуром ABCD или 'В'С'D при действии центробежных сил в процессе вращательного движения поворотной платформы. После отработки пионерной выемки экскаватор перемещают на новую позицию, с которой может быть разработана выемка с предельным контуром А'В"С"D" и т.д. до получения требуемой глубины Н. Предельное значение этого размера Н_max, а также радиуса копания R_max ограничивается длиной стрелы и углом выходного (внутреннего) откоса.

Рис.123. Рабочий процесс драглайна

Драглайны работают преимущественно с разгрузкой в отвал. Разгрузка грунта в транспортное средство возможна, но она резко снижает производительность экскаватора из-за необходимости выполнять эту операцию после полной остановки поворотного движения и пониженных скоростей последнего во избежание раскачки ковша.

Для эффективной разработки различных по прочности грунтов петли для крепления к ковшу тяговых цепей делают переставными, устанавливая их в верхнее или нижнее положения при разработке соответственно легких и прочных грунтов. Такой регулировкой достигается определенная толщина стружки — большая для легких, меньшая — для прочных грунтов. В отличие от лопат, регулирующих толщину стружки напорным усилием, ковш драглайна лишен такой возможности — прижимающим его к забою является только нормальное усилие, являющееся частью его веса. При этом толщина стружки оказывается меньше, чем у лопат, в связи с чем для наполнения ковша соизмеримой с ковшами лопат вместимости требуется больший путь его перемещения по забою.

При переоборудовании строительного универсального одноковшового экскаватора с прямой лопаты на драглайн заменяют его рабочее оборудование, устанавливают направляющее блочно-роликовое устройство у пяты стрелы и переоборудуют напорный механизм в тяговый.

Мощные шагающие драглайны отличаются от описанных большими размерами и массой, индивидуальным приводом рабочих механизмов и ходовым оборудованием. Основные механизмы этих экскаваторов приводятся в движение электродвигателями постоянного тока, питаемыми от сети переменного тока высокого напряжения через сетевой двигатель переменного тока и генераторы постоянного тока.

Экскаватор с крановым оборудованием — экскаватор-кран (рис.121,г) используют на различных монтажных и погрузочно-разгрузочных работах. В комплект кранового оборудования входят удлиненная решетчатая стрела 10, стрелоподъемный 1 и грузовой 2 полиспасты, крюковая подвеска или специальные устройства для захвата грузов.

Экскаватор с грейферным оборудованием (рис.121,д) применяют при погрузке и выгрузке сыпучих и мелкокусковых материалов, очистке траншей и котлованов от обрушившегося грунта и снега, для рытья колодцев и узких глубоких котлованов в легких грунтах, а также для рытья траншей под водой. Грейферное оборудование включает удлиненную решетчатую стрелу 10, двухчелюстной грейферный ковш 17, подъемный 11 и замыкающий 16 канаты. Наполнение ковша происходит в результате смыкания его челюстей при натяжении замыкающего и ослаблении подъемного канатов. Разгрузка ковша осуществляется при ослаблении замыкающего каната.

В городском строительстве наиболее широко применяют полноповоротные строительные экскаваторы с механическим приводом 3...5 размерных групп на пневмоколесных и гусеничных ходовых устройствах. Основным рабочим оборудованием таких машин является обратная лопата.

Экскаваторы с гидравлическим приводом. 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. 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 городской застройки.

Различают гидравлические экскаваторы с шарнирно-рычажным (рис.124,а, б) и телескопическим (рис.124,в) 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 и втягивание телескопической стрелы.

Гидравлические полноповоротные экскаваторы с шарнирно-рычажным рабочим оборудованием созданы на базе единых конструктивных схем, широкой унификации агрегатов и узлов и серийно выпускаются 3...6-й размерных групп. Привод сменного рабочего оборудования таких экскаваторов осуществляется от гидроцилиндров двустороннего действия, а поворот платформы и передвижение машины— от индивидуальных гидромоторов. К основным видам сменного рабочего оборудования относятся прямая и обратная лопаты, грейфер и погрузчик.

Рис.124. Одноковшовые гидравлические полноповоротные экскаваторы с жесткой подвеской рабочего оборудования: а, б — шарнирно-рычажного; в — телескопического; 1 — опорно-поворотное устройство; 2 — пневмоколесное ходовое устройство; 3 — выносная опора; 4 — поворотная платформа; 5 — силовая установка; 6, 8, 9 ‑ гидроцилиндры стрелы; 7 — стрела; 10 — рукоять; 11 ‑ ковш обратной лопаты; 12 — бульдозерный отвал; 13 — кабина машиниста; 14 — гусеничное ходовое устройство; 15 — ковш прямой лопаты; 16 — телескопическая стрела

В качестве сменных рабочих органов гидравлических экскаваторов при выполнении обычных земляных работ используют ковши 1...3 обратных (рис.125) и прямых 4 лопат различной вместимости, ковши для дренажных работ 5 и рытья узких траншей 6, ковши с зубьями и со сплошной режущей кромкой для планировочных 7 и зачистных 8 работ, двухчелюстные грейферы для рытья траншей и котлованов 9 ипогрузки крупнокусковых материалов и камней 10, погрузочные ковши большой вместимости для погрузочных работ 11...13, бульдозерные отвалы 14 для засыпки ям, траншей и небольших котлованов, захваты для погрузки труб и бревен 15, крановую подвеску 16 для различных грузоподъемных и монтажных работ, многозубые 17 и однозубые 18 рыхлители для рыхления мерзлых и плотных грунтов и взламывания асфальтовых покрытий, пневматические, гидравлические 19 и гидропневматические 20 молоты многоцелевого назначения со сменными рабочими инструментами для разрушения скальных и мерзлых грунтов, железобетонных конструкций, кирпичной кладки и фундаментов, дорожных покрытий, дробления негабаритов горных пород, трамбования грунтов, погружения свай и шпунта, бурами для бурения шпуров и скважин и т. п. В комплект оборудования обратной лопаты (рис.126,а) входят: стрела (моноблочная Г‑образной формы или составная 1, 6 изменяемой длины), рукоять 5, поворотный ковш 4 и гидроцилиндры 2, 3, 8 подъема стрелы, поворота рукояти и ковша. Копание грунта производят поворотом ковша относительно рукояти и поворотом рукояти относительно стрелы. Копание можно осуществлять только поворотом ковша относительно неподвижной рукояти, что позволяет вести работы в стесненных условиях, а также в непосредственной близости от подземных коммуникаций.

Рис.125. Сменные рабочие органы гидравлических экскаваторов

Рис.126. Рабочее оборудование обратной лопаты

Поворотом ковша производят не только копание, но и выгрузку грунта, а также зачистку основания забоя. Толщину срезаемой при копании стружки регулируют путем подъема или опускания стрелы. Составная стрела дает возможность изменять глубину H_к и радиус R_к копания (а также высоту выгрузки H_в) что в сочетании со сменными профильными ковшами различной вместимости позволяет расширить область применений экскаватора и использовать его с максимальной производительностью в различных грунтовых условиях.

Основная 1 и удлиняющая 6 части составной стрелы соединены шарниром и тягой 7, установкой которой в различные положения на удлиняющей части достигается изменение длины стрелы. На основную часть стрелы устанавливают оборудование прямой лопаты, грейфера и погрузчика. При работе вблизи фундаментов зданий и других сооружений, а также при копании траншей, ось которых не совпадает с продольной осью экскаватора, в оборудовании обратной лопаты применяют специальную промежуточную вставку 9 (рис.126,б), позволяющую устанавливать рукоять 5 с гидроцилиндром под углом в плане к продольной оси стрелы 7. Вставка обеспечивает смещение оси копания до 1,5 м относительно продольной оси машины. Оборудование со смещенной осью копания является одним из преимуществ гидравлических экскаваторов.

Прямая лопата с поворотным ковшом широко применяется на экскаваторах 4...6-й размерных групп и предназначена для разработки грунта как выше (преимущественно), так и ниже уровня стоянки машины, а также для погрузочных работ. Оборудование прямой лопаты включает (рис.127): стрелу 1, рукоять 2, ковш 3 и гидроцилиндры 4, 5, 6 подъема стрелы, поворота рукояти и ковша. Копание грунта осуществляется поворотом рукояти и ковша, движущегося от машины в сторону забоя. Толщину стружки регулируют подъемом или опусканием стрелы. При разгрузке ковш поворачивают гидроцилиндром 4. Прямой лопатой с поворотным ковшом можно производить планирование и зачистку основания забоя.

Погрузчик применяют для погрузки сыпучих и мелкокусковых материалов выше стоянки экскаватора, разработки и погрузки в транспортные средства (или отсыпки в отвал) грунтов 1...11 категорий, а также планировочных работ на уровне стоянки машины. Вместимость ковша погрузчика в 1,5...2 раза больше вместимости ковша обратной лопаты, что значительно повышает производительность экскаватора при использовании его на погрузочных работах.

Рис.127. Рабочее оборудование прямой лопаты

Рис.128. Рабочее оборудование погрузчика

В комплект погрузочного оборудования (рис.128) входят: стрела 1, рукоять 4, ковш 3 и гидроцилиндры 2, 5, 7 подъема стрелы, поворота рукояти и ковша. Кинематическая схема погрузчика обеспечивает горизонтальное движение ковша от экскаватора при внедрении его в грунт или штабель материала и планировочных работах. После внедрения в разрабатываемый материал возможен поворот ковша для лучшего его заполнения гидроцилиндром 2, которым поворачивают поднятый на заданную высоту ковш при разгрузке.

Грейфер (рис.129) применяют для рытья котлованов, траншей, колодцев и при погрузочно-разгрузочных работах. Особенно эффективно использование такого оборудования при копании глубоких выемок, а

Рис.129. Рабочее оборудование грейфера

также в стесненных условиях. На гидравлических экскаваторах устанавливают жестко подвешенные грейферы у которых необходимое давление на грунт при врезании создается принудительно с помощью гидроцилиндров рабочего оборудования. Это позволяет эффективно разрабатывать плотные грунты независимо от массы грейфера. Грейфер шарнирно крепят к рукояти обратной лопаты вместо ковша таким образом, чтобы было возможно его продольное и поперечное раскачивание. Оборудование грейфера (рис.129) состоит из составной стрелы 1, рукояти 3 и гидроцилиндров 2, 7, используемых от обратной лопаты, двухчелюстного грейферного ковша б с гидроцилиндрами 5 для замыкания и открывания челюстей и механизмом 4 поворота ковша в плане. Челюсти ковша в исходном положении раскрыты. Наполнение его происходит при смыкании челюстей гидроцилиндрами 5. Необходимое напорное усилие создается опусканием стрелы. Разгружают ковш размыканием челюстей. Для глубокого копания колодцев до 30 м,

траншей и котлованов в оборудовании грейфера используют удлиняющие промежуточные вставки.

Грейферное оборудование на напорной штанге (рис.129) применяют для разработки узких и глубоких (до 20 м) траншей с вертикальными стенками в грунтах I...IV категорий с каменистыми включениями размером до 200 мм при возведении подземных сооружений способом «стена в грунте», а также для разработки выемок под сваи в промышленном, городском и сельском строительстве.