Экскаваторы. Рабочее оборудование, характеристики, назначение, устройство, расчет производительности

Очевидно, что каждый вид работы требует применения приспособленных  для этого экскаваторов и предназначенного для каждого конкретного случая рабочего оборудования. Под рабочим  оборудованием подразумеваются  те узлы машины, при помощи которых экскаватор непосредственно копает грунт (ковш, стрела, рукоять с системой их привода). Играет определенную роль в этих случаях также тип ходовой части машин: снабжен ли экскаватор гусеничным ходом, дающим машине возможность доступа в любое место строительной площадки при отсутствии подъездных путей и при плохих грунтовых условиях или имеет он пневмоколесную ходовую часть, хотя и обладающую худшей проходимостью, но позволяющую быстро перемещать машину с объекта на объект. Для выполнения определенных работ имеет значение вид привода рабочего оборудования. Так, экскаваторы с гидравлическим приводом более производительны, лучше приспособлены для планировочных, отделочных операций, однако машины с канатной подвеской более применимы при отрывке и углублении каналов с помощью ковша-драглайна, при земляных работах на значительном удалении от машины. И, конечно, большую роль при аренде экскаватора играет возможность поворота рабочего оборудования или, иными словами, наличие у них поворотной платформы, которая создает широкие возможности для выгрузки грунта и прочих работ.

Таким образом, особенности  конкретных видов земляных работ, которые  необходим/) выполнить экскаватору, — например, вырыть котлован, траншею, канал, спланировать поверхность площадки или перегрузить строительные материалы, а также объем грунта, предполагаемого к выемке, и грунтовые условия на объекте диктуют применение экскаваторов с определенными рабочим оборудованием, ходовой частью и типом привода рабочего оборудования.

Для выполнения всех возможных  видов земляных работ выпускаются  экскаваторы различного конструктивного  исполнения. Их можно разделить на две большие группы: одноковшовые и многоковшовые.

Одноковшовые экскаваторы (их называют иногда экскаваторами цикличного действия) все операции по копанию грунта, его перемещению и выгрузке выполняют последовательно и циклично: сначала заполняют ковш грунтом, затем поворачивают загруженный ковш, в конце поворота выгружают грунт из ковша (в отвал или транспортные средства) и, наконец, возвращают порожний ковш в начальное положение для загрузки. Далее этот цикл операций повторяется.

Многоковшовые экскаваторы (их называют также экскаваторами  непрерывного действия) выполняют все  рабочие операции по копанию, перемещению и выгрузке грунта одновременно. Пока часть ковшей или ножей режет грунт, другие перемещают его, а третьи — выгружают. При работе этих машин нет ярко выраженного повторяющегося цикла рабочих операций.

Однаковшовые экскаваторы  получили большее распространение в строительстве, чем многоковшовые, в связи с тем, что обладают большей универсальностью.

Универсальность – это  способность экскаватора выполнять  разнообразные земляные работы, начиная  от сооружения траншей, котлованов, каналов и кончая отсыпкой насыпей и дамб, а также вести погрузочно-разгрузочные работы. Конечно, все это экскаватор может выполнять только с помощью различного сменного рабочего оборудования.

 

 

Расчет производительности

 

К основным факторам, влияющим на производительность экскаватора, относятся следующие:

• трудность разработки горной массы, которая оценивается категорией породы и ее состоянием. При разработке, например, влажной глинистой породы, которая налипает на ковш, уменьшается полезный объем последнего и увеличивается продолжительность цикла из-за более длительной разгрузки ковша. В зимних условиях плохо раздробленный мерзлый грунт также снижает коэффициент наполнения ковша;
• технические данные, состояние и надежность экскаватора;
• квалификация машиниста;
• качество забоя, оцениваемое его высотой, условиями подхода транспорта к месту погрузки, освещенностью;

организация работ, зависящая  от достаточности транспортных средств, состояния дорог, своевременного снабжения  топливом, энергией, запасными частями  и т.п.

Настоящий стандарт распространяется на карьерные роторные экскаваторы для открытых горных работ и устанавливает единые методы определения расчетной теоретической, эффективной и эксплуатационной производительности, применяемые для сравнительной оценки технического уровня.

1. Максимальную расчетную  теоретическую производительность  по разрыхленной горной массе  (Q_теор1) в кубических метрах в час рассчитывают по формулам

 

Q_теор1=0,06Ч(g_к + 0,5 g_п)ЧS_max; (1)

Q_теор1=3600ЧF_лЧn_лЧK_н, (2)

 

где g_к - вместимость ковша (черт. 1);

g_п - вместимость подковшового пространства (черт. 1);

S_max - число опорожнений ковша;

v_л - скорость ленты конвейера, м/с;

K_н=0,9 (коэффициент загрузки ковша);

F_л - расчетная площадь поперечного сечения транспортируемого материала на ленте, м².

Расчетную ширину ленты определяют по формуле

В=0,9 В_л - 50, (3)

где В_л - ширина ленты, мм.

 

Черт. 1

 

Из двух значений производительностей, полученных по формулам (1) и (2), принимают меньшее.

2. Теоретическую производительность  по разрыхленной горной массе  (Q_тeop2) в кубических метрах в час рассчитывают по формулам:

при заданном удельном усилии капания линейном (для трапециевидной формы ковша)

 

Q_тeop2= Ј Q_тeop1, (4)

 

где a=

(D - диаметр роторного  колеса по режущим кромкам  ковшей, м;

r - плотность горной  массы, т/м³;

f - коэффициент разрыхления  горной массы в ковшах);

 

b=0,102 K₁

 

(K₁ - удельное усилие копания, линейное, Н/см;

i - число промежуточных  режущих кромок между соседними  ковшами);

 

c=K₁Ч0,162ЧDЧS_max (1 + i)Чr₁ - 232 N_p

 

(r₁ - радиус закругления режущих кромок ковшей в плоскости периметра резания (черт. 2), м;

N_p - мощность привода роторного колеса, кВт);

 

Черт. 2

 

при заданном удельном усилии копания поверхностном

 

Q_тeop2= Ј Q_тeop1 (5)

 

где K_F - удельное поверхностное усилие копания, Н/см².

3. Эффективную производительность (Q_э) в кубических метрах в час рассчитывают по формуле

 

 

Q_э= ,

 

где K_заб - коэффициент забоя, характеризующий потери времени на выполнение вспомогательных технологических операций при отработке расчетного забоя, определяемый по формуле

 

K_заб= , (6)

 

где Т_э - необходимое время непосредственной экскавации при отработке блока с производительностью Q_тeop2, ч;

Т_вс - расчетное время на выполнение операций при отработке блока (остановка и реверсирование механизма поворота в конце каждой стружки, переходы от стружки к стружке, от слоя к слою и от одного блока к другому), ч;

K_у - коэффициент управления, характеризующий изменение фактической средней производительности экскавации по сравнению с теоретической и дополнительные потери времени из-за увеличения, по сравнению с расчетной, длительности вспомогательных технологических операций при отработке блока.

Для ориентировочных  расчетов значения коэффициента управления K_у равны:

0,75...0,85 - для экскаваторов, не оборудованных автоматической  системой управления;

0,85...0,95 - для экскаваторов, оборудованных автоматической системой  управления.

Расчет при эксплуатации экскаватора

 

 

Q_э=V_б/t_б, (7)

 

где V_б - объем блока, отработанного роторным экскаватором, м³;

t_б - время отработки блока, ч.

Эксплуатационную производительность (Q_экс) в кубических метрах в час рассчитывают по формулам

 

Q_э=Q_эЧK_т.и,

 

где K_т.и - коэффициент технического использования по РД 50-650; при эксплуатации экскаватора

 

Q_э=V_б/t_к, (7)

 

где t_к - календарный фонд времени за вычетом организационных простоев, периода перегонов роторного экскаватора из-за перестройки технологической схемы, а также периода не свойственных работ (перевалка, зачистка трассы и т.д.), ч.

При работе роторного  экскаватора в составе комплекса  горно-транспортного оборудования календарный фонд времени определяют без учета всех простоев (аварийных, технологических, организационных и т.д.), связанных с другими машинами комплекса в часах.

 

 

Список литературы

 

1. http://stroy-technics.ru/jekskavatory/
2. Беркман И. Л. Универсальные одноковшовые строительные экскаваторы / И. Л. Беркман, А. В. Раннев, А. К. Рейш. — М., Машиностроение, 1977 г.
3. Краткий справочник машиниста экскаватора / под. ред. А. Ф. Яковлева, М. Машиностроение — 1972 г.
4. Экскаваторы и стреловые самоходные краны. Каталог справочник. – М.: АО «Машмир», 1998.
5. Баловнев В. Дорожно-строительные машины и комплексы – М.-Омск, СибАДИ, 2001.

6. Гальперин М.И., Домбровский Н.Г. Строительные машины: учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1980. - 344 с.