Технология устройства экскаваторов

Содержание

 

 

• 2 Классификация
• 2.1 По возможности поворота рабочего оборудования относительно опорной поверхности
• 2.1.1 Полноповоротные
• 2.1.2 Неполноповоротные
• 2.2 По типу шасси
• 2.2.1 Навешиваемые на тракторы
• 2.2.2 На автомобильном шасси
• 2.2.3 Пневмоколёсные
• 2.2.4 Гусеничные
• 2.2.5 Шагающие
• 2.2.6 Железнодорожные
• 2.2.7 Плавучие
• 2.3 По типу двигателя
• 2.4 По типу механических передач (приводов рабочего оборудования)
• 2.4.1 С групповым механическим канатным приводом (механические)
• 2.4.2 С индивидуальным электрическим приводом лебедок (электромеханические)
• 2.4.3 С гидравлическим приводом
• 2.4.4 Рабочее оборудование
• 3 История развития
• 4 Примечания
• 5 Литература
• 6 См. также
• 7 Ссылки

 

 

 

 

 

Введение  
 
Экскаватор – это распространенный вид землеройной техники. Она отличается своей мощностью, надежности и эффективной работоспособности экскаваторы завоевали всеобщее признание во всех странах. Экскаваторы являются незаменимым помощником в выполнении земляных работ. Предназначены экскаваторы для разработки мягких, плотных пород или твердых в раздробленном состоянии, рытья котлованов и траншей. Экскаваторы используются в строительных, дорожных и коммунальных работах. А также экскаваторы эксплуатируются в других сферах городского, промышленного, транспортного, сельского и мелиоративного строительства, лесоводства и горнодобывающей отрасли. 
 
Экскаватор считается многофункциональной техникой за счет оснащения рабочим ковшом, что позволяет выполнять множество работ.  
 
Существует несколько разновидностей экскаваторов: колесные экскаваторы, экскаваторы гусеничные, экскаваторы-погрузчики, экскаваторы-бульдозеры. 
Одноковшовый экскаватор — землеройная машина циклического действия для разработки (копания), перемещения и погрузки грунта. Рабочим органом является подвижный ковш, закреплённый на стреле, рукояти или канатах. Ковш загружается за счет перемещения относительно разрабатываемого грунта. При этом корпус экскаватора относительно грунта остается неподвижным — тяговое усилие создаётся механизмами экскаватора. Это отличает экскаватор от скрепера и погрузчика, где тяговое усилие при загрузке ковша создаётся перемещением корпуса машины.

Одноковшовый экскаватор — наиболее распространённый тип землеройных машин, применяемых в строительстве и добыче полезных ископаемых.

Одноковшовые строительные экскаваторы - универсальные машины, используемые при копании грунтов до VI категории прочности, разборке слабой и взорванной скальной породы. Они применяются для выемки из забоя и погрузке в транспорт или отвал сыпучих и крупнокусковых материалов, разрушения старых сооружений, расчистки территорий при пробивке трасс, расчистки мелиоративных и водоотводных канав, отрывке больших котлованов и протяженных траншей, сооружении грунтовых насыпей, строительстве тоннелей и мостовых переходов и на других работах. 
 
В строительстве наиболее широко применяются машины массой до 50 тонн с гидрообъемным приводом рабочего оборудования, которые обычно и относят к группе строительных экскаваторов. 
 

Классификация

Одноковшовые экскаваторы  классифицируются по типу шасси, типу привода, типу рабочего оборудования, возможности поворота рабочего оборудования относительно опорной поверхности.

 По возможности поворота  рабочего оборудования относительно  опорной поверхности

 Полноповоротные

Схема полноповоротного экскаватора

Рабочее оборудование, приводы, кабина машиниста и двигатель  устанавливаются на поворотной платформе, которая в свою очередь устанавливается  на шасси посредством опорно-поворотного  устройства (ОПУ), и может поворачиваться относительно него в любую сторону  на любой угол. Части гидросистемы шасси и поворотной платформы полноповоротных экскаваторов соединены с применением коллектора, что позволяет производить неограниченное количество полных оборотов в одну сторону.

Неполноповоротные

Схема неполноповоротного экскаватора  на шасси колесного трактора

1. Рама экскаватора, закрепленная  на тракторе; 
2. Поворотная колонка; 
3. Стрела; 
4. Рукоять; 
5. Гидроцилиндр привода стрелы; 
6. Гидроцилиндр привода рукояти; 
7. Гидроцилиндр привода ковша; 
8. Ковш; 
9. Вариант установки ковша в положение обратной лопаты; 
10. Сменный грузовой крюк; 
11. Бульдозерный отвал; 
12. Выносные опоры.

Рабочее оборудование закрепляется на шасси с помощью поворотной колонки. На многих машинах подобного  типа поворотная колонка монтируется  на поперечных направляющих, что позволяет  перемещать ее вместе с рабочим оборудованием  вправо-влево с последующей жесткой  фиксацией для более удобного положения рабочего оборудования. Поворот  рабочего оборудования осуществляется на угол 45-90 градусов от начального положения. Двигатель, механизмы, кабина машиниста  размещены на неповоротном шасси. В  настоящее время неполноповоротными выполняются экскаваторы, навешиваемые на тракторы.

 

Одноковшовые экскаваторы  обычно классифицируют по: 
- массе,  
- степени полноповоротности,  
- типу движителя,  
- типу рабочего оборудования. 
 
Полноповоротный экскаватор состоит из поворотной платформы, опорно-поворотного устройства и шасси. На поворотной платформе установлены двигатель, примыкающая к нему часть ходовой трансмиссии, кабина, системы управления, рабочее оборудование и его силовой привод. Опорно-поворотное устройство обеспечивает вращение поворотной платформы в любую сторону и на любое число оборотов. Шасси экскаватора состоит из рамы, ходового оборудования, движителя и ходовой трансмиссии. 
 
 
 
 
Неполноповоротные экскаваторы представляют собой малоразмерное экскаваторное оборудование, навешенное на

базовую машину. Сменное  оборудование навешивается на базовую  машину и снимается с нее по мере необходимости, а несменное  является основным и используется постоянно. В подавляющем большинстве случаев  базовой машиной для несменного экскаваторного оборудования является колесный трактор, к задней части  рамы которого крепится стрела с рукоятью, ковшом, исполнительными гидроцилиндрами и дополнительными механизмами. В этом случае угол поворота экскаваторного оборудования ограничен конструкцией базовой машины и не превышает 180°. Поворот экскаваторного оборудования относительно вертикальной оси обычно осуществляется гидроцилиндром, пятка которого закреплена на раме машины, а шток - на кронштейне поворотной колонки. Поворотная колонка может быть неподвижной, а может смещаться вбок относительно продольной оси машины. При этом ось отрываемой траншеи выносится к колее правого или левого заднего колеса, что удобно при выполнении земляных работ вплотную к бордюрам, стенам, и т.п.  
 
Неполноповоротные экскаваторы используются при относительно небольших сосредоточенных объемах земляных и погрузочных работ, сопряженных с частыми перебросками машин между объектами и работой в стесненных условиях. Такие условия характерны при обслуживании и ремонте тепловых, водопроводных, газовых, электрических, дренажных и коммуникационных сетей, а также озеленении, благоустройстве и содержании городских территорий. 
 
Полноповоротные экскаваторы монтируются на гусеничном или шасси. Количество моделей гусеничных экскаваторов намного больше, чем пневмоколесных, что отражает соотношение между различными условиями эксплуатации.

Гусеничный движитель  хорошо приспособлен к слабым грунтам и обеспечивает экскаватору лучшую устойчивость, повышенную проходимость, хорошую маневренность и меньшую стоимость. Но перебазировка гусеничных машин требует больших затрат времени, привлечения специальных транспортных средств и соблюдения правил перевозки, оговариваемых транспортным законодательством. 
 
Пневмоколесный движитель обеспечивает экскаватору более высокие транспортные скорости, меньший вес шасси, меньший объем работ по обслуживанию, сохранность твердых и улучшенных покрытий дорог меньший шум при передвижении. Поэтому пневмоколесные машины более эффективны при частых перебросках машин между объектами и эксплуатации их на твердых поверхностях, что более характерно для городов. Колесные машины - это, как правило, варианты гусеничных прототипов, смонтированные на пневмоколесном шасси. Вес пневмоколесных строительных экскаваторов обычно не превышает 22 тонн, поскольку габариты более тяжелых машин лишают их главного преимущества пневмоколесного движителя - мобильности. Эластичность пневмоколес обуславливает обязательное использование на пневмоколесном экскаваторе выносных опор, а также бульдозерного отвала, используемого и по прямому назначению, и как опора, и как противовес. 
 
Колесно-рельсовый, комбинированный и плавучий движители применяются в ситуациях, когда ни гусеничный, ни пневмоколесный движитель не подходят по условиям эксплуатации. 
 
Иногда одноковшовые полноповоротные экскаваторы условно делят на следующие группы: миниэкскаваторы - весом до 5 тонн, мидиэкскаваторы - весом до 8 тонн, полноразмерные строительные экскаваторы весом до 40 тонн и экскаваторы специального назначения весом более 40 тонн. 
 
Полноповоротные экскаваторы, принадлежащие к разным размерным группам, отличаются не только массой, но и другими особенностями. Так, миниэкскаваторы, как правило, монтируются на гусеничном шасси, оснащаются бульдозерным отвалом, а их рабочее оборудование может вращаться в плане относительно поворотной платформы на угол, чуть меньший ±90°. 
 
Стандартное экскаваторное оборудование состоит из шарнирно соединенных стрелы, рукояти и ковша, положение которых фиксируется и изменяется гидроцилиндрами, обеспечивающими работу экскаватора. 
 
Стрела - коробчатая сварная конструкция, усиленная накладками и ребрами жесткости в местах крепления к раме экскаватора, рукояти и штокам гидроцилиндров. Наиболее распространены моноблочные сварные стрелы, но для расширения рабочей зоны могут использоваться и двухзвенные стрелы, состоящие из двух шарнирно сопряженных балок, соединенных гидроцилиндром. При необходимости значительного увеличения вылета или высоты подъема рабочего органа используются стрелы увеличенной длины. Их применение требует удлиненного гусеничного хода и дополнительных противовесов. 
 
Рукоять - коробчатая сварная конструкция, усиленная накладками, кронштейнами и ребрами жесткости в местах крепления к стреле, ковшу и штокам гидроцилиндров. Выпускаются рукояти моноблочные и раздвижные, состоящие из двух телескопически сопряженных элементов, один из которых крепится к стреле, а второй - с рабочим органом на свободном конце, скользит внутри или по наружной грани первого с помощью гидроцилиндра. 
 
Ковш - обычный, наиболее часто используемый рабочий орган одноковшового экскаватора, разрушающий и перемещающий грунт.  
При разработке прочных и скальных грунтов используют: упрочненные ковши уменьшенной емкости; грунтов 11-111 категорий прочности - стандартной емкости; слабых грунтов и легких материалов - облегченные ковши увеличенной емкости.  
Для обычной разработки грунтов используют ковши стандартного профиля;  
для зачистных и планировочных работ - уширенные ковши;  
для прочистки и профилирования канав - профильные ковши;  
для погрузки складированных сыпучих материалов - грейферные ковши;  
для разработки грунтов, погрузки сыпучих материалов и штучных грузов нестандартной конфигурации, подгребания и разравнивания грунта - ковши с челюстным захватом.  
 
Использование набора ковшей и другого сменного оборудования (фрез, уплотнителей, гидромолотов, буров и т.п.) предполагает возможность быстрой замены одного рабочего органа другим, которая реализуется быстродействующими захватами.  
 
Быстродействующий захват устанавливается между рукоятью и рабочим органом и приводится в действие либо гидроприводом, управляемым из кабины, либо вручную. 
 
Обычно ковш имеет режущий периметр, состоящий из горизонтального и боковых вертикальных профилей, боковые стенки и днище, образованное гнутым стальным листом. Для разработки прочных грунтов используются ковши, у которых горизонтальный и боковые профили оснащены зубьями. Для копания слабых или сыпучих грунтов могут использоваться ковши с полукруглой режущей кромкой горизонтального профиля. Зубья и режущие периметры изготавливают из высокопрочных износоустойчивых сталей, а система их крепления к ковшу должна обеспечивать быструю и нетрудоемкую замену. 
 
Ковши крепятся к рукояти с помощью многозвенных рычажных механизмов, обеспечивающих ему необходимую подвижность. Обычно рабочее оборудование строительных полноповоротных и неполноповоротных экскаваторов компонуется по схеме "обратная лопата" так как в сочетании с гидроприводом она обеспечивает наибольшую универсальность машины и позволяет копать выше и ниже уровня стоянки экскаватора. Иногда конструкция рычажного механизма позволяет простой перестановкой ковша изменить компоновку рабочего оборудования строительного экскаватора на "прямую лопату", но очертания ковшей прямой и обратной лопат отличаются, поэтому использование одного и того же ковша при разных компоновках рабочего оборудования нежелательно. 
 
У карьерных экскаваторов с прямой лопатой рабочее оборудование отличается не только компоновкой, но способностью развивать большие напорные усилия на кромке ковша. 
 
 
Грейферное оборудование считается сменным и обычно поставляется по дополнительному заказу, но, так как его установка на экскаватор достаточно трудоемка, ей стараются не злоупотреблять. Грейферное оборудование с гидравлическим приводом состоит из шарнирного узла с гидравлической подводкой, подвешенного к пальцевому шарниру рукояти, и грейферного ковша с гидроцилиндром управления створками. Совмещение рабочих движений стрелы и рукояти позволяет внедрять раскрытый ковш в дно забоя со значительным напорным усилием, что расширяет диапазон грунтовых условий, в которых он может применяться.  
 
Если грейферным оборудованием разрабатывают узкие и глубокие колодцы и траншеи, в частности, при возведении инженерных сооружений методом "стена в грунте", оно подвешивается на штанге, которая крепится либо к рукояти, либо непосредственно к стреле. Штанги грейферного оборудования могут быть телескопическими, с раздвижением гидроцилиндром, либо составными, с механическим соединением секций. 
 
Экскаваторы с разрушающим рабочим оборудованием применяются при сносе зданий, ломке старых и фрезеровании ремонтируемых покрытий, без взрывной разборке скальных пород. К разрушающему оборудованию относят различные виды ножниц для бетона и металлической арматуры, гидромолоты и фрезы. 
 
Ножницы захватывают и ломают бетонные фрагменты сооружений, перекусывают металлическую арматуру толщиной до 20 мм и более. Они же используются как манипуляторы для переноски и погрузки крупных кусков строительного мусора. Экскаваторы, используемые при разборке высоких зданий, оборудуются ровными и длинными стрелами, более удобными, чем стрелы стандартной конфигурации. 
 
Гидромолоты и фрезы навешиваются на стандартные экскаваторные стрелы. Гидромолоты используются при разрушении бетонных покрытий и фундаментов, а фрезы - при послойном фрезеровании покрытий и мерзлых грунтов. 
Производительность одноковшового экскаватора может быть рассчитана по уравнениям:

 

 
где: V_k - емкость ковша (определяется по методике, рекомендованной для погрузчика);  
         k_нап - коэффициент наполнения ковша;  
         k_в - коэффициент использования времени смены;  
         Т - продолжительность рабочего цикла;  
         k_раз - коэффициент разрыхления грунта при разработке;  
         t_зап - время заполнения ковша;  
         t_noв - время поворота экскаватора с заполненным ковшом в положение выгрузки;  
         t_выг - время выгрузки ковша;  
         t_хол - время поворота экскаватора с пустым ковшом в положение заполнения ковша 
         (время холостого хода);  
         t_ман - время маневрирования в течение цикла. 
 
Продолжительность составляющих рабочего цикла зависит от емкости ковша, типоразмера экскаватора, прочности грунта, организации взаимодействия экскаватора и транспорта, квалификации оператора и условий его работы. 
 
Существуют рекомендации по рациональной организации рабочего цикла одноковшового экскаватора с обратной лопатой, в частности: 
- высота уступа, на котором расположен экскаватор, для прочных грунтов должна быть примерно равна длине рукояти, для непрочных - несколько меньше; 
- угол поворота экскаватора в течение рабочего цикла не должен превышать 15° в каждую сторону от его продольной осевой линии, либо ширина рабочей зоны должна примерно равняться ширине шасси; 
- если землевоз стоит сбоку от экскаватора, ближний к экскаватору борт его кузова при выгрузке должен находиться под сочленением стрелы и рукояти; если землевоз стоит перед экскаватором, его продольная ось должна совпадать с продольной осью экскаватора; 
- расстояние от края забоя должно быть таким, чтобы максимальное заполнение ковша происходило к моменту, когда рукоять занимает вертикальное положение; 
- подъем стрелы должен начинаться, когда в процессе копания ковш пройдет 3/4 пути, необходимого для его заполнения.

 

Одноковшовый экскаватор

 

Размерные группы

В Казахстане  используется следующая система размерных групп одноковшовых экскаваторов:

Номер размерной группы	Эксплуатационная масса, т	Мощность основного двигателя, л.с.	Объём ковша (геометрический), м³	Класс экскаватора
0	менее 3	10-40	менее 0,1	особо лёгкий
1	5-6	30-50	0,15-0,4	лёгкий
2	8-9	40-60	0,25-0,6	лёгкий
3	10-12	50-80	0,3-1,0	средний
4	19-30	80-130	0,65-1,6	средний
5	30-40	100-200	1,2-2,5	тяжёлый
6	55-60	200-350	1,6-4	тяжёлый
7	80-100	300-500	2,5-6,3	особо тяжёлый
8	100-160	400-800	5-10	особо тяжёлый

 

По типу шасси

Навешиваемые на тракторы

Экскаватор, навешенный на трактор  «Беларусь»

Тракторный экскаватор зарубежного  производства

В качестве базового шасси используется трактор, чаще всего колёсный. Неполноповоротное экскаваторное оборудование устанавливается сзади (реже сбоку) трактора, на специальной раме. Наиболее распространенными являются экскаваторы, навешиваемые на тракторы класса 1,4. Характерный объём ковша — 0,2-0,5 м³. Применяются для выполнения небольших землеройных или погрузочных работ, чаще всего при ремонте инженерных сетей. Конструкция рабочего оборудования позволяет оперативно переставлять ковш для работы прямой или обратной лопатой. Ковш может заменяться грейфером, грузовыми вилами или крюком. Для привода используется двигатель базового трактора. Привод рабочего оборудования гидравлический. Благодаря относительно высокой скорости хода могут оперативно прибывать к месту выполнения работ, расположенных на расстоянии 20-30 км от места базирования. Трактор с навешенным экскаваторным оборудованием может использоваться также для выполнения транспортных и бульдозерных работ.

На автомобильном шасси

Экскаватор ЭОВ 4421 на шасси КрАЗ-255

Экскватор UDS на шасси Татра-141

В качестве базового шасси  используется грузовой автомобиль, чаще всего повышенной проходимости. Обладают высокой скоростью перемещения. Применяются в случаях, когда требуется высокая мобильность: в военном деле (инженерные войска), при выполнении спасательных операций, при строительстве дорог, очистке каналов. Рабочее оборудование — преимущественно — обратная лопата. Выпускаются экскаваторы с телескопической стрелой и поворотным ковшом, позволяющим оперативно переходить от прямой лопаты к обратной. Для привода может использоваться как двигатель базового автомобиля, так и отдельный двигатель, установленный на поворотной платформе.

Пневмоколёсные

Современный пневмоколёсный экскаватор с гидравлическим приводом

Пневмоколёсный экскаватор 50-х - 60-х годов с канатным приводом

Экскаваторы имеют собственное  специальное шасси, опирающееся  на колёса с пневматическими шинами. Выполняются чаще всего полноповоротными. Для повышения устойчивости и предотвращения сползания при загрузке ковша имеют выносные опоры. Имеют скорость хода до 30 км/ч. Могут буксироваться грузовыми автомобилями со скоростью до 40 км/ч. Проходимость по слабым грунтам ограниченная. Выпускаются в широком диапазоне размерных групп — от микроэкскаваторов с объемом ковша 0,04 м³ до тяжёлых колёсных экскаваторов — с объёмом ковша до 1,5 м³. В связи со спецификой выполняемых работ: разработка котлованов, траншей, планировочные работы — рабочее оборудование — преимущественно обратная лопата. Могут использоваться с грейфером, челюстным захватом, гидравлическим молотом для рыхления грунта. Получили широкое распространение при выполнении различных видов строительных и ремонтных работ.