5.4.2. 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 [2].
Рис. 3.4. 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, рукояти, ковша; 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
Различают гидравлические экскаваторы с шарнирно-рычажным (рис. 5.4, а, б) и телескопическим (рис. 5.4, 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 двухстороннего действия, а поворот платформы и передвижения машины – от индивидуальных гидромоторов. К основным видам сменного рабочего оборудования относятся прямая и обратная лопаты, грейфер и погрузчик.
Рис. 5.5. Сменные рабочие органы гидравлических экскаваторов
В качестве сменных рабочих органов гидравлических экскаваторов при выполнении обычных земляных работ используют ковши 1…3 обратных (рис. 5.5) 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 и погрузки крупнокусковых материалов и камней 10, погрузочные ковши большой вместимости 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 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 шпунтов и скважин и т. п.
В комплект оборудования обратной лопаты (рис. 5.6, 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. 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 Hк и радиус Rк копания (а также высоту выгрузки Hв), 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. 5.6, б), позволяющую устанавливать рукоять 5 с гидроцилиндром под углом в плане к продольной оси стрелы 1. Вставка обеспечивает смещение оси копания до 1,5 м относительно продольной оси машины. Оборудование со смещённой осью копания является одним из преимуществ гидравлических экскаваторов.
Рис. 5.6. Рабочее оборудование обратной лопаты
Рис. 5.7. Рабочее оборудование прямой лопаты
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. 5.7): 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 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.
Грейфер применяют для рытья котлованов, траншей, колодцев и при погрузочно-разгрузочных работах. Особенно эффективно использование такого оборудования при копании глубоких выемок, а 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. 5.8) состоит из составной стрелы 1, рукояти 3 и гидроцилиндров 2,7, используемых от обратной лопаты, двухчелюстного грейферного ковша 6 с гидроцилиндрами 5, для замыкания и открывания челюстей и механизма 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.
Рис. 5.8. Рабочее оборудование грейфера
Грейферное оборудование на напорной штанге (рис. 5.9) применяют для разработки узких и глубоких (до 20 м) траншей с вертикальными стенками в грунтах Ι…ΙV 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.
Рис. 5.9. Грейферное оборудование для возведения сооружений методом «стена в грунте»:
а – общий вид; б – кинематическая схема механизма перемещения штанги
Способом «стена в грунте» можно возводить без отрывки котлована подземную часть промышленных и гражданских зданий и сооружений, стены насосных станций, тоннели метрополитенов неглубокого заложения, колодцы коллекторов, борта каналов и т.п.
Грейферное оборудование устанавливают на базовой части стрелы экскаваторов 5-й размерной группы. Оно включает в себя напорную штангу 5, грейферный ковш 3, направляющий корпус 4 с механизмом перемещения штанги, рычажный механизм 2, гидроцилиндры подьема-опускания штанги и наклона штанги в поперечной плоскости. Направляющий корпус шарнирно соединён с кронштейном, относительно которого может быть повернут двумя гидроцилиндрами в вертикальной плоскости на угол 90° вдоль продольной оси экскаватора.