3.7.4. Экскаваторы с гидравлическим приводом

Гидравлический привод позволяет преобразовать крутящий момент, передаваемый от приводного двигателя к рабочему и хо­довому оборудованию экскаватора, с помощью рабочей жидкости без громоздких механических передач. Благодаря более совер­шенной кинематике рабочего оборудования, малой скорости, большому усилию, реализуемому гидроцилиндром и при одинако­вом с механическим экскаватором шасси, гидравлические экска­ваторы имеют большую вместимость ковша, значительно расши­ренные и улучшенные технологические возможности. Нормализация и унификация элементов уменьшают номенклату­ру запасных частей для парка эксплуатируемых машин, что в свою очередь приводит к сокращению времени, необходимого на техническое обслуживание, улучшению условий труда и повыше­нию его производительности. Использование гидропривода позво­ляет получить на зубьях ковша усилия, в 3-4 раза превышающие усилия, развиваемые подобным оборудованием канатных машин той же мощности и массы. Это резко расширяет область их при­менения.

Конструктивно-кинематическая схема рабочего оборудова­ния гидравлического экскаватора обеспечивает жесткую передачу усилия при любом движении ковша, а следовательно точность движения рабочего органа и возможность изменения скорости его движения, что недостижимо при использовании канатных систем. Ввиду того, что рабочие цилиндры должны перемещаться вместе с рабочими органами, подвод трубопроводов к цилиндрам в основном осуществляется гибкими шлангами. Сложное силовое управление механическими передачами при этом заменяется легким управле­нием золотниками, изменяющими направление движения жидко­сти, подаваемой насосом высокого давления в рабочие цилиндры. Механическим передачи, насчитывающие в экскаваторах тысячи деталей, заменяются несколькими десятками гидравлических элементов. Отсюда следует, что главной особенностью гидравличе­ского экскаватора является малое количество элементов транс­миссии и механизма привода рабочего оборудования.

Устройство экскаваторов. Гидравлические экскаваторы мо­гут работать с различным рабочим оборудованием: прямая лопата, погрузочное оборудование, обратная лопата, грейфер. На рис.3.15 приведены схемы экскаваторов с различным оборудованием. Экс­каватор состоит из поворотной платформы, противовеса, кабины, стрелы, гидроцилиндров подъема и опускания стрелы, опорно- поворотной платформы и ходового устройства. На опорно- поворотной платформе монтируется двигатель внутреннего сгора­ния, гидростанция, кабина с вынесенными в нее рукоятками и педалями управления. Спереди кабины шарнирно крепится рабо­чее оборудование. Для обеспечения устойчивости устанавливается противовес. Поворот платформы осуществляется при помощи гид- родвигателя. К ней крепится подвижная часть центрального мас­ляного коллектора, через который рабочая жидкость попадает к гидромоторам ходового устройства.

На колесных экскаваторах устанавливают аутригеры, обес­печивающие разгрузку ходового устройства при выполнении ра­бочих операций, улучшение устойчивости машины.

Экскаваторы с гидравлическим приводом могут производить разработку грунтов I-IV категории, а иногда и выше. Погрузочная лопата может разрабатывать грунт путем срезания ступенчатой стружки, копания на месте путем поворота ковша выше или ни­же уровня стояния, выполнять планировку площадки.

Обратная лопата, как и погрузочная могут копать грунт за счет движения ковша по любой траектории путем поворота ков­ша, рукояти, стрелы или совмещая эти движения. Обратной ло­патой возможно производить разработку грунта как выше уровня стояния, так и ниже.

Работа выше уровня стояния позволяет повысить разру­шающую способность лопаты вследствие возможности увеличения силы копания как за счет массы рабочего оборудования, так и за счет массы скалываемого грунта.

Работа обратной лопатой ниже уровня стояния начинается рытьем траншеи или котлована с постепенным его углублением, а затем выполняемая работа наклонными стружками, реже — вер­тикальными стружками сразу на всю глубину. Разгрузку ковша обратной лопаты выполняют обычно его поворотом: лобовая стен-

Рис.3.15. Схемы экскаваторов с различными видами рабочего оборудования: а — прямая лопата; б — обратная лопата; в — драглайн; г — кран; д — грейфер; е — погрузчик; ж — копер;

а — боковой драглайн; и — планировщик; к — гидромолот; л — корчеватель; м — дизель-молот; н — захватное оборудование с рыхлителем; о — рыхлитель

ка при этом наклоняется на 50-55° к горизонту. В липких грун­тах приходится встряхивать ковш для полной разгрузки или применять более сложный ковш с принудительной разгрузкой.

О

Рис.3.16. Конструкции ковшей обратной лопаты: а — обратной лопаты; б — обратной лопаты для траншейных работ; в — погрузочные; г — планировочные; д — трапецеидальные для канав

сновные конструкции ковшей обратных лопат показаны но рис.3.16. Как правило, все такие ковши имеют полукруглую фор­му, в отличие от более прямоугольных прямых лопат. Это объяс­няется тем, что ковши обратной лопаты двигаются по более поло­гим траекториям и стружка, перемещаясь по такому ковшу, имеет меньшее сопротивление перемещению. При копании пря­мой лопатой в конце процесса наполнения траектория движения ковша более крутая, и грунт осыпается в ковш под действием соб­ственного веса.

Достаточно широко применяют грейферное и захватное обо­рудование. Для мягких материалов применяют захваты без зубь­ев, а для более прочных — с зубьями, много лопастные для кам­ней и штучных твердых грузов: для выполнения

сельскохозяйственных работ используют вилочные захваты. Грейферы применяют также при копании колодцев, наращивая при этом рабочий орган.

На гидравлических экскаваторах может устанавливаться крановое оборудование (зачастую к задней стенке ковша крепят крюк), гидравлические и пневматические молоты для разрушения камней, дорожной одежды, скал; сверла для бетона и скал; рых­лящие зубья, трамбовки, оборудование для свайных работ, валки леса, срезки деревьев, уборки дворов, стрижки кустарника, скол­ки льда и др.

Определение производительности экскаваторов. В отечест­венной литературе принято различать три вида производительно­сти: теоретическую, техническую и эксплуатационную. Ряд зару­бежных авторов вводят понятие базовой производительности. Теоретическая производительность — это конструктивно­расчетная производительность машины. Расчетным путем ее оп­ределить сложно.

Под базовой производительностью понимают определенную экспериментальным путем производительность сравнительно но­вой машины срок эксплуатации которой не превышает 2500 ма­шино-часов, замеренную в следующих условиях: угол поворота рабочего оборудования для разгрузки 90°, разгрузка производится в отвал, высота или глубина копания является оптимальной, нет пространственных ограничений на строительной площадке, стрела установлена в среднее положение, квалификация оператора нор­мальная, состояние режущей кромки и зубьев хорошее, работа идет непрерывно в течение одного часа.

Техническая производительность отучается от базовой тем, что учитывает технические факторы, влияющие на ее повышение или уменьшение.

Эксплуатационная производительность (часовая, сменная, месячная или годовая) отличается от технической влиянием ква­лификации оператора и использованием рабочего времени.

Теоретическая производительность одноковшовых экскава­торов определяется по формуЛе

П = V_rn,

где V_r — геометрическая вместимость ковша, м³; п — теоретиче­ски возможное число циклов в час.

п - 3600/Тц, где Гц — продолжительность одного цикла, с.

Базовая производительность, определенная для экскавато­ров, оборудованных прямой и обратной лопатой, приведена на рисунке 3.17-3.20.

Для экскаваторов с другим типом рабочего оборудования ба­зовая производительность может определяться по формуле

П_б* = Пб/Г

поп>

где iC_non — поправочный коэффициент, учитывающий изменение производительности.

Техническая производительность, м³/ч, определяется по формуле

^тех ~ ,

где f = /i/2/3/4/5/б; /1 — коэффициент, учитывающий глубину или высоту копания; /2 — коэффициент, учитывающий угол поворота рабочего оборудования при разгрузке; /3 — коэффициент, учиты­вающий условия разгрузки; /4 — коэффициент, учитывающий состояние режущей кромки и зубьев ковша; /₅ — коэффициент, учитывающий установку стрелы; /₆ — коэффициент, учитываю­щий тип транспортного средства. Эксплуатационная производи­тельность определяется по формуле

П-э ⁼ П_Тех^в/7>

где к_ъ — коэффициент использования машины по времени; /7 — коэффициент, учитывающий квалификацию оператора.

При определении базовой производительности эксперимен­тально определяют производительность машины при фиксирован­ных условиях.

Рис.3.17. Базовая Рис.3.18. Базовая

производительность производительность

гидравлических экскаваторов гидравлических экскаваторов

с рабочим оборудованием прямая с рабочим оборудованием

лопата обратная лопата

Значение базовой производительности для гидравлических и канатно-блочных экскаваторов с рабочим оборудованием (обрат­ная лопата, прямая лопата и погрузочный ковш) представлено на рисунках 3.17-3.20.

Рис.3.20. Базовая производительность канатно- блочных экскаваторов, оборудованных прямой лопатой; 8* — для плохо взорванной породы

Рис.3.19. Базовая производительность гидравлических экскаваторов с рабочим оборудованием погрузочный ковш

Классификация грунтов по трудности разработки представ­лена в табл.3.1, а их плотность и коэффициент разрыхления — в табл.3.2.

Таблица 3.1