Лекция 6. 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 промышленном и гражданском строительстве преимущественно используются 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. В индексе одноковшовых строи­тельных экскаваторов, выпущенных до 1971г., указываются номинальная для данной модели вместимость основного ковша, порядковый номер модели и модернизации. Например, Э-652Б — экскаватор с основным ковшом вместимостью 0,65 м³, модель 2, прошедшая вторую модерниза­цию.

Действующая система индексации по ГОСТ 17343-83* предусматривает следующую структу­ру индекса (рис. 15), дающего более полную характеристику эксплуатационных возможностей машины. Буквы ЭО означают – экскаватор одноковшовый универсальный.

Четыре основные цифры индекса 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...0,28м³, 3-й — 0,4...0,65м³, 4-й — 0,65...1,0м³, 5-й— 1,0...1,6м³, 6-й— 1,6...2,5м³, 7-й — 2,5...4,0м³.

Тип ходового устройства указывается цифрами с 1 по 9. Цифра 1 означает гусеничное ходовое устройство (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, Τ – тропическое, ТВ – для работы на влажных тропиках).

Рис. 15. Структура индексов одноковшовых универсальных экскаваторов

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 1,0м³, соответствующим 5-й раз­мерной группе, и сменными вместимостью 1,25 и 1,6м³.

Экскаваторы с гибкой подвеской рабочего оборудования выпускаются в соответствии с ГОСТ 17343-83* и представляют собой полнопо­воротные машины (рис. 16) с одномоторным и 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.

Рис. 16. Строительные полноприводные экскаваторы с механическим приводом и гибкой подвеской рабочего оборудования:

а-пневмоколесный ЭО-3311Д; б-гусеничный ЭО4112;

1-пневмоколесное ходовое устройство2-поворотная платформа; 3-двуногая стойка;

4-стрелоподъемный канат; 5-передняя стойка; 6-кабина машиниста; 8-стрела; 9-рукоять; 10-ковш обратной лопаты; 11-тяговый канат; 12-опорно-поворотное устройство;

13-гусинечное ходовое устройство

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. 17) 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 3-й размерной группы напорный механизм отсутству­ет), полиспасты 1 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. 17. Экскаватор с оборудованием прямой лопаты

Рис. 18. Экскаватор с оборудованием обратной лопаты

Экскаватор с оборудованием обратной лопаты (рис. 18) предназначается для рытья траншей и небольших котлованов, располо­женных ниже уровня его стоянки. Рабочее оборудование обратной лопаты состоит из ковша 6, рукояти 5, стрелы 3, передней стойки 2 и полиспастов: тягового 7, подъемного 4 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 7 и одновременном ослабле­нии натяжения подъемного полиспаста 4. Выгруз­ка грунта из ковша осуществляется поворотом рукояти от забоя при ослаблении тягового полиспаста и подъеме рабочего оборудования подъемным полиспастом.

Экскаватор с оборудованием драглайна (рис. 19) разрабатывает грунт ниже уровня своей стоянки и применяется для рытья котлованов, водоемов и траншей, а также для разработки различных выемок под водой. Сменное рабочее оборудование драглайна включает удли­ненную решетчатую стрелу 2, специальный ковш совкового типа 4 с подъемными и тяговыми цепями, стрелоподъемный полиспаст 1, подъ­емный 3, тяговый 6 и разгрузочный (опрокидный) 5 канаты и механизм наводки (систему направляющих блоков 7), тягового каната. Наполнение ковша, прижимаемого к забою собственным весом, происходит при подтягивании его к экскаватору тяговым канатом 6. Выгрузка поднятого на необходимую высоту ковша осуществляется путем его поворота при ослаблении натяжения тягового и опрокидного канатов.

Рис. 19. Экскаватор с оборудованием драглайна

Рис. 20. Экскаватор с грейферным оборудованием

Рис. 21. Экскаватор с крановым оборудованием

Экскаватор с грейферным оборудованием (рис. 20) 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 2, стрелоподъемный полиспаст 1, двухчелюстной грейферный ковш 5, подъемный 3 и замыкающий 4 канаты. Наполнение ковша происходит в резуль­тате смыкания его челюстей при натяжении замыкающего и ослаблении подъемного канатов. Разгрузка ковша осуществляется при ослаблении замыкающего каната. Для предотвращения раскачивания ковша служит канат 6.

Экскаватор с крановым оборудованием – экскаватор-кран (рис. 21, а, б) используют на различных монтажных и погрузочно-разгру­зочных работах. В комплект кранового оборудова­ния входят удлиненная решетчатая стрела 2, стрелоподъемный 1 и грузовой 3 полиспасты, крюковая подвеска или специальные устройства для захвата грузов.