Механизация строительства

     Роторным  траншейным экскаватором (рис. 13) называется самоходная землеройная машина, оснащенная рабочим органом в виде жесткого колеса (ротора) с расположенными по его периметру ковшами и предназначенная для рытья траншей определенного профиля.

     Роторные  траншейные экскаваторы благодаря  жесткой конструкции своего рабочего органа способны разрабатывать более плотные грунты (например, разборную скалу), чем цепные.

     Роторный  траншейный экскаватор формирует траншею  прямоугольного сечения с вертикальными стенками; при оснащении его рабочего органа двумя наклоненными ножами-откосниками может разрабатывать траншею трапецеидального сечения. Производительность экскаваторов этого типа (при одних и тех же размерах траншеи и одинаковой установленной мощности двигателя) в два раза выше производительности цепных и в пять-шесть раз выше производительности одноковшовых экскаваторов.

     

Рис. 13. Типы траншейных экскаваторов: а – цепной; б – роторный с рабочим органом навесного типа; в – роторный с рабочим органом полуприцепного типа. 
 
 
 
 
 
 

     3.2.1. Роторные экскаваторы 

     3.2.1.1. Основные теоретические  сведения 

     Экскаваторами непрерывного действия ведут проходку выработок (траншей, канав), непрерывно разрабатывая и транспортируя породу в отвал или кузов транспортного средства [5, стр. 18].

     Роторные  траншейные экскаваторы непрерывного действия предназначены для открытия траншей под магистральные трубопроводы в грунтах I-1V категорий и в мерзлых грунтах с промерзанием на всю глубину траншеи и состоят из двух основных агрегатов: тягача, представляющего собой переоборудованный промышленный трактор и рабочего органа (рис.18).

     Рабочий орган экскаватора состоит из двух основных устройств: ротора и транспортера. Ротор предназначен для разработки грунта и подачи его на транспортер. Он представляет собой жесткое полое колесо с равномерно расположенными ковшами, оснащенными режущим инструментом.

Рис.14. Экскаватор траншейный роторный ЭуР-204:.

1— тягач; 2 — гидроцилиндры  подъема  рабочего органа;  3 —привод рабочего -органа; 4 — транспортер; 5 — подборный щит; 6 — откосник- 
 

     При разработке траншеи в неустойчивых грунтах к раме рабочего органа с  двух сторон крепят ножи-откосники, срезающие  грунт со стенок траншеи и придающие тем самым последним трапецеидальную форму поперечного сечения. Обрушиваемый грунт подхватывается ковшами ротора и высыпается на транспортер.

     Транспортер предназначен для удаления разработанного ротором и ножами-откосниками  грунта в отвал (бруствер). Он расположен в верхней части внутренней полости ротора перпендикулярно к продольной оси экскаватора и укреплен на раме рабочего органа. При отрытии траншеи ротор, вращаясь, разрушает зубьями грунт, который, попадая затем в ковши, поднимается ими вверх по специальному щиту, ограничивающему просыпание грунта, до места разгрузки на транспортер. Транспортер подхватывает высыпающийся из ковша грунт, разгоняет его и выбрасывает в сторону от траншеи, образуя ровный отвал.

     Подача  экскаватора обеспечивается движением  тягача на рабочих скоростях. Современные модели отечественных траншейных экскаваторов имеют 16 рабочих передач, изменяющих скорость рабочего хода в диапазоне 20-500 м/ч.

     По  конструкции рабочего органа экскаваторы разделяются на цепные многоковшовые, цепные скребковые, роторные многоковшовые и роторные бесковшовые (фрезерные).

     Главным параметром экскаватора непрерывного действия является глубина копания.

     Рабочий орган траншейного экскаватора  роторного типа оснащается сменными зубьями, которые могут быть установлены по различным схемам.

     Вместимость ковшей экскаваторов непрерывного действия измеряется в литрах.

       На  рабочих органах отечественных  траншейных роторных экскаваторов устанавливают 10-18 ковшей. На широких роторах (например, ЭТР-254) число ковшей, установленных в два ряда со смешением одного относительно другого на полшага, удваивается.

       Толщина стружки, отделяемая цепным рабочим  органом, практически постоянна по всей высоте забоя. Роторный рабочий орган отделяет стружку переменной толщины, достигающей максимального значения на уровне оси вращения ротора. Скорость движения копания рабочего органа и скорость подачи (передвижения машины) подбирают такими, чтобы независимо от глубины траншей обеспечивалось 100%-ное наполнение ковшей [22].

       Рабочая скорость передвижения экскаваторов при  копании траншей бесступенчато регулируется в широком диапазоне в зависимости от условий работы, физико-механических свойств грунтов и составляет 5...800 м/ч у цепных машин и 10...500 м/ч у роторных. 

3.2.1.2. Выбор рабочей  машины 

       Разработка  траншеи будет вестись машиной  непрерывного действия - экскаватором роторным траншейным.

       При одинаковой вместимости ковшей траншейные экскаваторы роторного типа почти  в два раза имеют большую мощность двигателя и примерно в столько  же раз большую производительность, чем экскаваторы цепного типа. Роторные экскаваторы по сравнению с цепными позволяют значительно уменьшить потери производительности от просыпания породы. Достоинством цепных экскаваторов по сравнению с роторными являются большая эффективность работы в липких и вязких породах, меньшие массы и большие глубины копания [5, стр. 22]. ,

       Производительность  траншейных экскаваторов, постоянно  передвигающихся во время работы и отделяющих грунт от массива с помощью группы непрерывно движущихся по замкнутому контуру ковшей или скребков, в 2...2,5 раза выше, чем у одноковшовых машин, при более высоком качестве работ и меньших энергозатратах на 1 м³ разработанного грунта. Причем траншейные экскаваторы способны эффективно разрабатывать как немерзлые, так и мерзлые грунты [22].

       Технические характеристики выбранного экскаватора  представлены в таблице 4 [5, стр. 21]. Внешний вид экскаватора ЭТР-204А, представлен на рисунке 5. Параметры ширины копания по дну и глубина копания удовлетворяют параметрам разрабатываемой траншеи (табл. 12, рис. 1). 

       Таблица 12

       Технические характеристики экскаватора ЭТР-204А

    Экскаватор  ЭТР-204А (рис. 21, а) [22] состоит из гусеничного  тягача 1 и навесного рабочего органа для рытья траншей и отброса грунта, шарнирно соединенных между собой в вертикальной плоскости. Рабочий орган машины,— опирающийся на четыре пары роликов 13 жесткий ротор 12 с 14 ковшами 11, внутри которого помещен поперечный двухсекционный ленточный конвейер 10, состоящий из горизонтальной и наклонной (откидной) секций. Позади ротора установлен зачистной башмак 9 для зачистки и сглаживания дна траншей. У тягача уширен и удлинен гусеничный движитель для повышения устойчивости и проходимости машины и исключения возможного обрушения стенок траншеи при движении над ней тягача. В трансмиссию тягача включен гидромеханический ходоуменьшитель для бесступенчатого регулирования рабочих скоростей движения машины при копании траншей. На тягаче установлена дополнительная рама 2 с размещенными на ней механизмами привода 7 и подъема – опускания рабочего органа. Рама имеет две наклонные направляющие14, по которым с помощью пары гидроцилиндров 3 и двух пластинчатых цепей 4 гидравлического подъемного механизма перемещаются ползуны 15 переднего конца рамы 8 рабочего органа при переводе его из транспортного положения в рабочее и наоборот. Подъем и опускание задней части рабочего органа (рис. 21, б) осуществляются парой гидроцилиндров 5, штоки которых шарнирно прикреплены к верхней части стоек 16, связанных с задним концом рамы 8 цепями 6. При копании траншей задняя часть рабочего органа находится в подвешенном состоянии. Установка откидной части ленточного конвейера в наклонное рабочее положение и опускание ее при транспортировке машины производятся гидроцилиндром 19 через полиспаст 17 с траверсой 18. Изменением угла наклона откидной части конвейера достигается различная дальность отброса грунта в сторону от траншеи.

       

Рис. 15. Экскаватор ЭТР-204: a - общий вид, б - схема механизма подъема рабочего органа и откидной части конвейера 

       Роторное  колесо может вращаться с двумя  скоростями (0,13 и 0,16 с^-1) вперед и с одной скоростью назад. Пониженная частота вращения ротора необходима при разработке талых грунтов с крупными каменистыми включениями и мерзлых грунтов.

3.2.1.3. Расчет основных  рабочих параметров

роторных  экскаваторов 

     - максимально возможная техническая производительность роторного экскаватора в м³/ч (техническая производительность траншейного экскаватора определяется возможной производительностью его рабочего органа и мощностью установленного на нем двигателя): 

     где q = 140 л = 140 дм³ = 0,14 м³ – вместимость ковша (табл. 12);

     z = 14 – количество ковшей на роторе (табл. 12);

     n = 8 об/мин – частота вращения ротора (табл. 12);

     К_н = 0,75 – коэффициент наполнения ковшей (табл. 13), для III категории грунта, для неблагоприятного случая – наименее заполненный ковш (табл. 2); 
 
 

     Таблица 13

     Значения  коэффициентов наполнения ковша

 

     К_р = 1,3 – коэффициент разрыхления грунта, по табл. 2;

     Тогда техническая производительность роторного  экскаватора: 

     - эксплуатационная производительность роторного экскаватора (Пэ):

                         П_э= П_т·К_в,                                            (40)

     где К_в = 0,5 ÷ 0,75 коэффициент использования машины во времени, принимаем для неблагоприятного случая – минимальное использование машины во времени К_в - 0,5;

     Тогда: 

     - мощность двигателя траншейного роторного экскаватора расходуется на приводы ротора, транспортера, механизма передвижения: 

     Учитывающей 20 – 25% резерва, используемого для привода систем управления, привода устройств охлаждения и др.

     Мощность двигателя траншейного роторного экскаватора расходуется на копание грунта, на подъем и разгон грунта, а также на резание грунта откосниками, т.е.: 

В формуле  42:

 –  мощность, затрачиваемая на копание грунта ротором: 

     где В = 1200 мм = 1,2 м - ширина траншеи (рис. 1);

     D_p = 3550 мм = 3,55 м - диаметр ротора по кромкам зубьев (табл. 12);