Лекция 9.Экскаваторы.

Экскаваторы по типам

	Гусеничные экскаваторы от 6 до 70 тонн		Колесные экскаваторы
	Экскаваторы-планировщики		Экскаваторы-погрузчики
	Карьерные экскаваторы (ЭШ, ЭКГ, ЭР, ЭДГ)		Траншейные экскаваторы и машины
	Тросовые экскаваторы (драглайны)		Мини-экскаваторы до 6 тонн
	Перегружатели		Экскаваторы и машины для демонтажных работ
	Нестандартные экскаваторы (экскаваторы-амфибии, мобильные шагающие экскаваторы, драглайны, др.)

Назначение и области применения экскаваторов

Экскаваторами называются землеройные машины, предназначенные для копания грунта с последующей его выгрузкой в отвал или в какие-либо транспортные средства, например автосамосвалы.

Экскаваторы пришли на смену землекопам, механизировали их трудоемкий ручной труд и значительно повысили производительность земляных работ. Вместимость ковшей современных строительных экскаваторов может достигать 2—4 м.

Экскаваторщик, управляя из кабины рабочим оборудованием машины, выполняет работу многих сотен землекопов. А если учесть, что можно обогревать воздух в кабине в холодное время года или, наоборот, охлаждать в жаркий период, защищать экскаваторщика от действия прямых солнечных лучей, пыли, дождя и снегал то становятся очевидными преимущества условий его труда перед прежними на земляных работах. Помимо этого машины могут быть снабжены собственными источниками света для освещения места работы в темное время. Фактически с помощью экскаватора удалось полностью механизировать труд землекопа.

В настоящее время ни одна стройка в стране не обходится без экскаваторов. Их высокая производительность, способность работать в любых условиях, надежность, качество и разнообразие выполняемых ими земляных работ обеспечили этим машинам широкое применение в различных областях народного хозяйства. Недаром парк этих машин в нашей стране или, иными словами, общее количество экскаваторов, находящихся в ведении различных строительных организаций, составляет более 500 000. Однако потребность в них в связи с большим строительством в последние пятилетки так велика, что ежегодно на заводах изготавливается более 40000 экскаваторов.

Для каких конкретно работ предназначены экскаваторы? Их можно использовать при рытье котлованов, каналов, траншей, разработке выемок и насыпей, сооружении дамб и расчистке территорий, на вскрышных работах и в карьерах, при перегрузке сыпучих строительных материалов и планировочных работах и во многих других случаях.

Область их применения в строительстве практически не ограничена. Там, где есть доступ для этой машины, земляные работы будут выполнены с высоким темпом и качеством.

Экскаваторы могут вести разработку грунта как выше уровня площадки, на которой они стоят, так и ниже этого уровня. Они могут действовать в стесненных условиях и разрабатывать грунт под слоем воды, выгружать выкопанный грунт в транспортные средства и отсыпать его на значительное расстояние от места копания в отвал, могут окончательно отделывать уклон и поверхность стенок траншей и котлованов, а также с достаточной точностью планировать горизонтальную поверхность строительной площадки или дна траншей и котлованов.

Очевидно, что каждый вид работы требует применения приспособленных для этого экскаваторов и предназначенного для каждого конкретного случая рабочего оборудования. Под рабочим оборудованием подразумеваются те узлы машины, при помощи которых экскаватор непосредственно копает грунт (ковш, стрела, рукоять с системой их привода). Играет определенную роль в этих случаях также тип ходовой части машин: снабжен ли экскаватор гусеничным ходом, дающим машине возможность доступа в любое место строительной площадки при отсутствии подъездных путей и при плохих грунтовых условиях или имеет он пневмоколесную ходовую часть, хотя и обладающую худшей проходимостью, но позволяющую быстро перемещать машину с объекта на объект. Для выполнения определенных работ имеет значение вид привода рабочего оборудования. Так, экскаваторы с гидравлическим приводом более производительны, лучше приспособлены для планировочных, отделочных операций, однако машины с канатной подвеской более применимы при отрывке и углублении каналов с помощью ковша-драглайна, при земляных работах на значительном удалении от машины. И, конечно, большую роль при использовании экскаваторов играет возможность поворота рабочего оборудования или, иными словами, наличие у них поворотной платформы, которая создает широкие возможности для выгрузки грунта и прочих работ.

Таким образом, особенности конкретных видов земляных работ, которые необходим/) выполнить экскаватору, — например, вырыть котлован, траншею, канал, спланировать поверхность площадки или перегрузить строительные материалы, а также объем грунта, предполагаемого к выемке, и грунтовые условия на объекте диктуют применение экскаваторов с определенными рабочим оборудованием, ходовой частью и типом привода рабочего оборудования.

Для выполнения всех возможных видов земляных работ выпускаются экскаваторы различного конструктивного исполнения. Их можно разделить на две большие группы: одноковшовые и многоковшовые.

Одноковшовые экскаваторы (их называют иногда экскаваторами цикличного действия) все операции по копанию грунта, его перемещению и выгрузке выполняют последовательно и циклично: сначала заполняют ковш грунтом, затем поворачивают загруженный ковш, в конце поворота выгружают грунт из ковша (в отвал или транспортные средства) и, наконец, возвращают порожний ковш в начальное положение для загрузки. Далее этот цикл операций повторяется.

Многоковшовые экскаваторы (их называют также экскаваторами непрерывного действия) выполняют все рабочие операции по копанию, перемещению и выгрузке грунта одновременно. Пока часть ковшей или ножей режет грунт, другие перемещают его, а третьи — выгружают. При работе этих машин нет ярко выраженного повторяющегося цикла рабочих операций.

Однаковшовые экскаваторы получили большее распространение в строительстве, чем многоковшовые, в связи с тем, что обладают большей универсальностью. Универсальность – это способность экскаватора выполнять разнообразные земляные работы, начиная от сооружения траншей, котлованов, каналов и кончая отсыпкой насыпей и дамб, а также вести погрузочно-разгрузочные работы. Конечно, все это экскаватор может выполнять только с помощью различного сменного рабочего оборудования.

Рис. 1. Компоновка экскаватора а – основные части; б – экскаватор в сборе; 1- рабочее оборудование; 2 капоты; 4 – силовая трансмиссия (гидроаппаратура); 5 – кабина; 6 — основная рама (поворотная платформа) ; 7 – ходовая часть

Универсальность экскаватора предполагает, кроме того, возможность его работы в любых условиях, даже самых тяжелых, таких, например, как работа в предварительно взорванных скальных грунтах.

Многоковшовые экскаваторы не являются универсальными машинами. Они используются в основном на каком-то одном конкретном виде работ, например для отрывки траншей определенного профиля, т.е. определенной глубины и ширины. К тому же эти машины очень чутки к свойствам разбрасываемого грунта, они с успехом работают лишь на однородных несвязных грунтах без каменных включений.

Познакомимся теперь на примере одноковшового полноповоротного экскаватора с его основными частями. Так как эта машина предназначена для копания грунта, то в ее конструкции предусмотрены (рис. 1) такие узлы, как рабочее оборудование с ковшом, силовая трансмиссия, приводящая в действие рабочее оборудование, двигатель (силовая установка), являющийся основным источником энергии на машине, кабина с сиденьем машиниста, рычагами, педалями и пультом управления, платформа, предназначенная для установки и соединения друг с другом в единую систему двигателя, трансмиссии и рабочего оборудования, и ходовая часть, с помощью которой экскаватор передвигается по грунту, капоты, закрывающие двигатель и силовую трансмиссию. О конкретном конструктивном решении каждого узла будет сказано в следующих главах. Рис. 1 дает лишь первое представление о принципиальном конструктивном решении любого экскаватора в целом независимо от его типа и назначения. Эти узлы характерны для всех экскаваторов.

Группа одноковшовых экскаваторов объединяет несколько типов машин, отличающихся конструктивным исполнением основной платформы, рабочего оборудования и его крепления: универсальные полноповоротные одноковшовые экскаваторы, навесные одноковшовые экскаваторы и одноковшовые экскаваторы с телескопической стрелой.

Группа многоковшовых экскаваторов в свою очередь состоит из двух типов машин, отличающихся конструкцией рабочего органа — цепных и роторных.

Общая компоновка экскаваторов

В задней части поворотной платформы установлен двигатель. Как правило, он устанавливается поперек продольной оси машины. Однако есть экскаваторы и с продольным расположением двигателя. Применяются на экскаваторах в основном двигатели внутреннего сгорания — дизели, которые запускаются из кабины машиниста при помощи стартера. В некоторых случаях возможен запуск дизеля и не из кабины.

Помимо дизельного на экскаваторах может применяться электрический привод с помощью электромотора, подключенного к внешнему источнику электроэнергии силовым электрокабелем. Можно в качестве привода экскаватора использовать также дизель-электрическую установку, которая состоит из дизельного двигателя и подсоединенного непосредственно к нему генератора, служит для питания электромоторов, установленных на механизмах машины. Это разнообразие применяемых силовых устройств в целом мало влияет на компоновку машины.

Пространство на поворотной платформе между двигателем и рабочим оборудованием используется для установки узлов силовой трансмиссии. Если мы имеем дело с канатной машиной, то в этом пространстве устанавливаются лебедки привода подъемного и напорного механизма (ковша, рукояти и стрелы). У гидравлического экскаватора это пространство заполнено элементами гидросистемы, а именно масляным баком, гидрораспределителями, регулирующими подачу гидрожидкости к различным частям машины, масляным радиатором, предназначенным для охлаждения масла, системой трубопроводов.

Вся поворотная платформа, с установленным на ней оборудованием, накрывается сверху капотами. Они создают не только хороший эстетический вид машины, но и позволяют глушить шум от двигателя и силовой трансмиссии. Кроме того, капоты защищают двигатель и трансмиссию от пыли, дождя и солнечных лучей, способствующих их нагреву.

В капотах, как правило, предусмотрены прорези и окна с декоративными решетками, обеспечивающие доступ воздуха для охлаждения воды в радиаторе системы охлаждения двигателя, масла в радиаторе системы охлаждения жидкости в гидросистеме, а также для вывода выхлопной трубы и системы забора воздуха двигателя. В тех местах, где под капотом находятся механизмы, которые необходимо обслуживать, части капотов откидываются.

В передней части поворотной платформы сбоку от стрелы расположена кабина машиниста с сиденьем, рычагами и педалями управления. Имеются экскаваторы как с левым (относительно рабочего оборудования), так и с правым по ходу машины расположением кабины. Кабина может быть выдвинута за край поворотной платформы, чтобы улучшить обзор места копания и выгрузки грунта. Машинист экскаватора должен видеть ковш во всех его положениях, за исключением таких, когда ковш заглублен в массив грунта или находится на дне глубокой траншеи. От того, насколько удобно наблюдать машинисту за ковшом со своего места, зависят условия его труда и утомляемость в течение смены.

Кабины могут быть изолированными от капотов и объединенными с ними. Для того чтобы одноковшовый универсальный полноповоротный экскаватор имел возможность передвигаться, он снабжен гусеничной или колесной ходовой частью.

Поворотная платформа экскаватора, на которой смонтированы рабочее оборудование, двигатель, силовая трансмиссия и кабина управления, закреплена на раме, ходовой части с помощью специального шарикового или роликового поворотного круга. Благодаря ему обеспечивается возможность легкого поворота платформы относительно ходовой тележки экскаватора. Угол поворота, естественно, не ограничен. На старых моделях экскаваторов установлены круги с упрощенными несколькими роликоопорами.

Поворотная платформа экскаватора со всем установленным на ней оборудованием смонтирована на раме ходовой части не произвольно, а таким образом, чтобы вес всех узлов и частей платформы, расположенных за осью поворотного круга (в задней части платформы), превышал вес рабочего оборудования и частей платформы, расположенных перед осью поворотного круга. Это позволяет преодолевать силы сопротивления, возникающие на зубьях ковша при копании грунта. Для гарантированного перевешивания задней части платформы над передней сзади платформы устанавливаются дополнительные противовесы, как правило, отлитые из чугуна или стали.

Экскаваторы на гусеничном ходу в основном более тяжелые, чем экскаваторы того же типоразмера на колесах, имеют жесткую, без амортизации, опору на грунт и, следовательно, более устойчивы при работе. Пневмоколесной машине при копании грунта необходимо дополнительно обеспечивать жесткую связь с грунтом, так как прогиб шин не позволит при работе машины создать на ковше усилие, требующееся для резания грунта, и вызовет колебания всей машины,

поэтому колесные одноковшовые полноповоротные экскаваторы снабжаются специальными откидными опорами, которые называют аутригерами. С их помощью вывешивают колеса над грунтом во время работы экскаватора. Как правило, на машине устанавливается не менее двух аутригеров, равномерно по обеим сторонам машины.

Одноковшовые универсальные полноповоротные экскаваторы снабжены ковшами емкостью от 0,4 до 2,5 м и имеют мощность двигателя порядка 73-184 кВт.

Многоковшовые экскаваторы

Многоковшовые экскаваторы (рис. 6) правильней было бы называть экскаваторами непрерывного действия, так как конструкция рабочего органа этих машин не всегда содержит ковши, у некоторых экскаваторов вместо ковшей применены режущие ножи со скребками или просто сменные ножи.

Однако во всех этих случаях назначение ковшей, ножей и скребков одно и то же: отрезать от массива стружки грунта, перемещать срезанный грунт. Любой из этих режущих органов можно рассматривать как своеобразный ковш, поэтому, в отличие от одноковшовых экскаваторов, эту группу машин принято называть многоковшовыми.

Непрерывное копание грунта существенно облегчает условия труда машинистов по сравнению с условиями труда на одноковшовых экскаваторах, так как на многоковшовых экскаваторах машинисту приходится только наблюдать за ходом копания (правильностью курса, глубиной копания), и иногда изменять режим работы (направление, глубину копания). Машинист одноковшового экскаватора постоянно включает те или иные механизмы. Поэтому в последнее время у некоторых многоковшовых экскаваторов рабочий процесс стали автомагазировать, т.е. копать без вмешательства машиниста с помощью приборов автоматики.

Рис. 6. Многоковшовый цепной экскаватор ЭТЦ-161 на колесном тракторе “Беларусь”

Многоковшовые экскаваторы считаются высокопроизводительными машинами. Их производительность в ряде случаев выше одноковшовых машин, равных по мощности. Однако они имеют один существенный недостаток, из-за которого не могут соперничать с одноковшовыми экскаваторами. Этим недостатком является отсутствие универсальности: многоковшовые экскаваторы способны выполнять только определенную рабочую операцию, например по отрывке траншеи и ничего более, поэтому такие машины в строительстве, как правило, работают в комплекте с другими машинами (скреперами, бульдозерами и т.д.),

Второй недостаток многоковшовых экскаваторов состоит в том, что он способен разрабатывать только грунты, не засоренные камнями, не тяжелые для копания, однородные по структуре. Эти машины хорошо разрабатывают только пески, супеси, легкие суглинки.

Если одноковшовые экскаваторы могут копать только в стационарном положении, а перемащаются лишь с целью подхода к новому объекту, то многоковшовые экскаваторы не могут копать грунт в стационарном положении. Их рабочий орган режет грунт только при поступательном движении машины с небольшой скоростью (10—100 м/ч).

Навесные одноковшовые экскаваторы

Навесные экскаваторы (рис. 4), как правило, имеют небольшую мощность и вместимость ковша (0,15-0,25 мЗ).

Навесными экскаваторы называются потому, что их рабочее оборудование (стрела, рукоять, ковш, отвал бульдозера) навешивается на серийный колесный трактор, который в данном случае используется как базовая машина для навески. Правда, в принципе возможно изготовление для навесного экскаватора специального базового шасси, как это делают некторые зарубежные фирмы.

Навесные экскаваторы достаточно распространены в строительстве, так как являются небольшими машинами, способными выполнять самые разнообразные работы небольшого объема.

Рис. 4. Навесной экскаватор ЭО-2621А на серийном колесном тракторе “Беларусь”

Их используют в основном в городских условиях на отрывке и засыпке в ремонтных целях траншей под тепловые, газовые и другие коммуникации, расчистке после ремонта или строительства небольших участков территории стройплощадок с погрузкой мусора в автосамосвалы, на погрузке сьшучих строительных материалов.

Установка бульдозерного отвала расширяет эксплуатационные возможности навесного экскаватора. С помощью отвала экскаваторщик собирает в кучу строительный мусор, перемещает грунт, засыпает воронки и траншеи, планирует поверхность и пр. При работе с экскаваторным оборудованием отвал служит уже противовесом, способствующим копанию грунта ковшом.

Установка вместо бульдозерного отвала спереди машины погрузочного оборудования изменяет производственные возможности навесного экскаватора. Используя ковш погрузчика, можно вести погрузку сьшучих строительных материалов в автосамосвалы, убирать строительный мусор и др.

При работе с погрузочным оборудованием противовесом для устойчивости машины служит рабочее оборудование экскаватора.

Навесных одноковшовых экскаваторов выпускают в мире больше^-чем одноковшовых полноповоротных экскаваторов, причем привлекает простота изготовления этих машин и их эксплуатации.

Область применения этих машин несколько ограничена тем, что они используются в основном с оборудованием обратная лопата.

Одноковшовые экскаваторы с телескопической стрелой

Экскаваторы с телескопической стрелой (рис.5) называют иногда экскаваторами-планировщиками. Этим самым оговаривается то назначение машин, которое отличает их от рассмотренных выше. Однако экскаваторы с телескопической стрелой могут выполнять и многие другие работы, для чего они оснащены разнообразными рабочими органами.

Что такое телескопическая стрела, особенности которой характеризуют данный тип машины?

Это раздвижная стрела, состоящая из двух частей, входящих друг в друга (наподобие телескопа) и имеющих возможность в процессе обработки грунта выдвигаться, меняя общую ее длину.

Копание грунта ковшом, закрепленным на конце стрелы, ведется в основном “на себя”, т.е. при вдвижении концевой части стрелы внутрь основания стрелы. Некоторые работы (например, погрузочные) выполняют при выдвижении стрелы.

Рис. 5. Экскаватор-планировщик с телескопической стрелой ЭО-3332 на колесном ходу

Если учесть, что вся стрела при этом может еще поворачиваться вокруг своей продольной оси, то становится очевидным преимущество рабочего органа этого экскаватора по сравнению с другими. Телескопическая стрела позволяет планировать не только дно, как это может, хоть с большим трудом, но сделать, например, универсальный полноповоротный гидравлический экскаватор, но с того же положения и боковые стенки и откосы траншей и котлованов. Привод рабочего оборудования этих машин гидравлический. Общая компоновка и конструкция экскаваторов с телескопической стрелой, за исключением стрелы, похожи на компоновку и, конструкцию одноковшовых универсальных полноповоротных экскаваторов, рассмотренных выше.

Эта машина может оснащаться сменными рабочими органами различных назначения и размеров. Но в связи с тем, что копание грунта при телескопической стреле производится во время ее втягивания в сторону машины, сменные ковши работают подобно ковшу – обратной лопаты.

Вместимость ковшей экскаваторов-планировщиков не превышает 0,4 м. Их используют в основном при отделке дна и откосов, т.е. при сооружении, эксплуатации и ремонте каналов, кюветов, канав в мелиоративном, ирригационном и дорожном строительстве.

Кроме того, экскаваторы с телескопической стрелой могут использоваться на погрузке в самосвалы и разгрузке сыпучих материалов и строительного мусора.

Но этим не ограничивается область применения данных экскаваторов. В зависимости от используемых рабочих органов машина может взрыхлять грунты (рыхлителем), бурить его (буровой машиной), фрезеровать грунт (фрезой), переносить емкости с бетонной смесью.

С целью расширения эксплуатационных возможностей машины телескопические стрелы можно удлинять и менять их форму с помощью надставок и удлинителей.

Эти машины применяются как в городских, так и в сельских условиях и могут легко перебазироваться с объекта на объект своим ходом либо на трейлерах. Гусеничные машины, естественно, более проходимы, чем колесные, но последние — быстроходны.

Транспортируют экскаватор с вдвинутой стрелой.