Устройство рабочего оборудования

В экскаваторах с гидравлическим приводом (гидравлические экскаваторы) усилие на элементах рабочего оборудования создается гидроцилиндрами и гидродвигателями. Двигатель экскаватора приводит во вращение гидравлический насос, создающий давление рабочей жидкости в напорной магистрали гидросистемы. Через систему гидрораспределителей полости гидроцилиндров (гидродвигателей) соединяются с рабочей или сливной магистралями гидросистемы, что обеспечивает перемещение рабочего оборудования. В нейтральном положении (при запертых полостях гидроцилиндров) положение рабочего оборудования фиксируется.

Рабочее оборудование – это узлы машины, при помощи которых экскаватор непосредственно копает грунт (ковш, стрела, рукоять с системой их привода). В этих случаях также играет определенную роль тип ходовой части машин: снабжен ли экскаватор гусеничным ходом или имеет он пневмоколесную ходовую часть, позволяющую быстро перемещать машину с объекта на объект. Также важна возможность поворота рабочего оборудования или, иными словами, наличие у них поворотной платформы, которая создает широкие возможности для выгрузки грунта и прочих работ. Соответственно, особенности конкретных видов земляных работ, которые необходимо выполнить экскаватору, применение экскаваторов с определенным рабочим оборудованием, ходовой частью и типом его привода.

Основными видами рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов являются:

● обратная лопата;

● прямая лопата;

● драглайн;

● и грейфер.

Обратная лопата является основным рабочим оборудованием для гидравлических экскаваторов 2-й - 5-й размерных групп. Экскаватор с обратной лопатой предназначен для разработки грунтов I -III категории и предварительно разрыхленных мерзлых и прочных грунтов ниже уровня стоянки экскаватора и выполнения погрузо-разгрузочных работ в интервале температур от -40 до +40° С.

При работе обратной лопатой реализуются большие усилия копания, так как отпор грунта воспринимается не только массой рабочего оборудования, но и массой всей машины. Кроме того, улучшена наполняемость ковша и точность выгрузки за счет поворота его относительно рукояти, возможно применение широкого спектра удлиненных стрел и рукоятей и профильных ковшей для очистки кюветов, каналов и т.д.

По конструктивному исполнению обратную лопату с гидроприводом выпускают нескольких разновидностей, но основными ее сборочными элементами является моноблочная (Г образная) или составная стрела 6, рукоять 8, ковш 10 обратной лопаты и гидроцилиндры 11, 7, 9 подъема стрелы, поворота рукояти и ковша.

Рис.33. Экскаватор гидравлический с обратной лопатой:

1 - ходовая тележка; 2 - поворотная платформа; 3 - силовая установка; 4 – труба

выхлопных газов; 5 - кабина; 6 - стрела; 7, 9, 11 - гидроцилиндры рукояти,

ковша и стрелы; 8 - рукоять; 10 - ковш.

Стрела обратной лопаты сварена из листовой легированной стали. Она шарнирно закреплена в проушинах поворотной платформы, к которой присоединены также гидроцилиндры 11 подъема стрелы. Штоки гидроцилиндров шарнирно соединены со стрелой, при выдвижении штоков изменяется угол наклона стрелы по отношению к платформе.

Рукоять шарнирно подвешена в головной части стрелы. В ее задней части шарнирно закреплен шток гидроцилиндра 7 поворота рукояти. С другой стороны гидроцилиндр связан со стрелой. Выдвижение или втягивание штока гидроцилиндра обеспечивает поворот рукояти относительно стрелы по часовой или против часовой стрелки. В передней части рукояти шарнирно установлен ковш 10, который свободно может поворачиваться при помощи гидроцилиндра, 9. Для увеличения угла поворота ковша гидроцилиндр связан с ним специальным шарнирным многозвенником.

Обратную лопату снабжают сменными ковшами различной формы и вместимости. Ковши обратной лопаты чаще всего изготавливают сварной конструкции без открывающегося днища.

Рис.34. Экскаваторное оборудование «обратная лопата»:

1 – шарнир крепления стрелы к раме поворотной платформы; 2 – гидроцилиндр поворота стрелы; 3 – моноблочная стрела; 4 – гидроцилиндр поворота рукояти;

5 – рукоять; 6 – гидроцилиндр поворота ковша; 7 – двуплечий рычаг; 8 – тяга;

9 – ковш; 10 – шарнир крепления гидроцилиндра к раме поворотной платформы.

При установке на экскаваторах составной стрелы основная и удлиняющая ее части соединяются между собой шарнирно, но для исключения их поворота друг относительно друга между ними устанавливают дополнительную тягу. Тяга имеет несколько фиксированных положений, что позволяет при необходимости изменять угол между основной в удлиняющей частями стрелы.

Разрабатывают грунт поворотом рукояти относительно стрелы или поворотом ковша относительно рукояти.

Рис.35. Рабочее оборудование экскаватора - обратная лопата:

1 – поворотная рама; 2 – кабина машиниста; 3 и 4 – нижняя основная и верхняя

удлиняющая части стрелы; 5 и 6 – гидроцилиндры рукояти и ковша; 7 – рукоять;

8 – рычаг ковша; 9 – ковш; 10 – тяга; 11 – гидроцилиндр стрелы; 12 – стрела;

Обратная лопата экскаватора с механическим (канатным) приводом несколько отличается от обратной лопаты экскаватора с гидравлическим приводом.

Рис.36. Гусеничный экскаватор 3-й размерной группы с механическим приводом и рабочим оборудованием "обратная лопата":

1 - ходовое устройство; 2 - поворотная платформа; 3 - стойки; 4, 6 - канаты;

5 - стойки блоков; 7 - рукоять; 8 - тяги реактивные; 9 - ковш обратной

лопаты; 10 - канат тяговый.

Ковш 9 к рукояти 7 крепится неподвижно, что достигается установкой реактивных тяг 8 между задней стенкой ковша и рукоятью. Рабочие движения ковша обеспечиваются изменением длин тягового 10 и подъемного 6 полиспастов.

Рис.37. Схема работы гидравлического экскаватора

с обратной лопатой.

Рис.38. Основные рабочие параметры экскаватора

на гусеничном ходу.

Рис.39. Экскаватор ЭОВ-4421:

1 – базовая машина КрАЗ-255Б; 2 – гидравлические выносные опоры

(аутригеры); 3 – обвязочная рама; 4 – поворотная платформа; 5 – силовая

установка; 6 – стрела; 7 – рукоять; 8 – ковш обратной лопаты; 9 – передняя

стойка.

Прямая лопата широко применяется гидравлических экскаваторах 4-й - 6-й размерных групп и на экскаваторах с механическим приводом. Ею разрабатывают грунты I -III категории в интервале температур от -40 до +40 °С

Рис.40. Гидравлический экскаватор с прямой лопатой:

1 - ходовая тележка; 2 - противовес; 3 - силовая установка; 4 -кабина;

5, 8, 9 - гидроцилиндры стрелы, ковша и рукояти; 6 - стрела; 7 - рукоять;

10 - ковш; 11 - платформа.

Основными элементами рабочего оборудования являются стрела 6, рукоять 7, ковш 10 и гидроцилиндры: подъема стрелы 5, поворота рукояти 9 и поворота ковша 8. На экскаваторе могут устанавливаться как поворотные, так и неповоротные ковши. Поворотные значительно расширяют возможности экскаватора, обеспечивая помимо разработки грунта планировку забоя. В случае установки неповоротного ковша гидроцилиндр 8 служит для открывания днища ковша при выгрузке грунта.

Рис.41. Рабочее оборудование экскаватора – прямая лопата:

1 – стрела; 2 – рукоять; 3 – тяга; 4 – зуб ковша; 5 – ковш; 6 – петля днища

ковша; 7-10 - гидроцилиндры; I-II – положение ковша при копании.

Рис.42. Схема рабочего цикла гидравлического

экскаватора с прямой лопатой.

Драглайн предназначен для разработки грунтов мягких и средних пород преимущественно ниже уровня стоянки экскаватора. Благодаря удлиненной решетчатой стреле драглайн может работать на большом радиусе копания, поэтому он применяется при отрывке больших котлованов, рытье каналов в ирригационном строительстве и выполнении погрузо-разгрузочных работ на сыпучих материалах. Это единственный вид рабочего оборудования, который монтируется исключительно на экскаваторах с механическим приводом.

Драглайн по схеме работы напоминает скрепер навешенный на стрелу экскаватора.

Экскаваторы-драглайны обладают большим радиусам действия и глубиной копания.

Рис.43. Схема драглайна

1 - наводка; 2 - канат; 3 - блок; 4 - канат; 5 - стрела;

6 - блок; 7 - канат; 8 - ковш драглайна; 9 - канат.

Рабочее оборудование включает стрелу решетчатого типа, ковш драглайна 8, тяговый 9 и подъемный 7 канаты. Подъемный канат огибает головной блок 6 стрелы и навивается на барабан подъемной лебедки. Тяговый канат направляется роликовым устройством (наводкой) 1 и навивается на барабан тяговой лебедки. Ковш подвешен к тяговому и подъемному канатам при помощи цепей, причем между ветвями подъемных цепей установлена распорка, обеспечивающая свободное перемещение ковша при разгрузке. Для того чтобы ковш разгрузить, его опрокидывают, ослабляя разгрузочный канат.

Грейфер применяют для отрывки котлованов, траншей, колодцев и выполнения погрузо-разгрузочных работ.

Экскаваторы, оборудованные грейферами, используют при разработке мягких и сыпучих грунтов при вертикальных укрепленных стенках глубоких котлованов.

Грейферы, используемые на экскаваторах с гидравлическим приводом, имеют жесткую подвеску. Это позволяет создавать необходимые усилия напора при врезании и эффективно разрабатывать плотные грунты.

Рис.44. Рабочее оборудование грейфера

1 - базовая часть стрелы; 2 - тяга; 3 - гидроцилиндр рукояти; 4 – головная

часть стрелы; 5 - рукоять; 6 - поворотная головка; 7 - рама; 8 - ползун;

9 - тяги; 10 - челюсть ковша; 11 - зубья ковша; 12 - оси.

Для навески грейфера используют базовую 1 и головную часть 4 стрелы, связанные тягой 2, и рукоять 5 обратной лопаты. Ковш грейфера состоит из двух челюстей 10 с зубьями 11 и двух тяг 9. В механизм подвески ковша входит рама 7, поворотная головка 6, гидроцилиндр расположенный внутри рамы, и ползун 8. Ширина челюстей ковша зависит от условий использования. Грейферный ковш в зависимости от условий поворота в плане может крепиться к рукояти тремя способами: неповоротным, неполноповоротным и полноповоротным. При любом виде соединения ковш может раскачиваться в продольном и поперечном направлениях.

При копании исходное положение челюстей грейферного ковша - разомкнутое Необходимое напорное усилие создается гидроцилиндрами 3 управления рукоятью. Замыкаются челюсти гидроцилиндром, расположенным внутри рамы. Поворотная головка обеспечивает поворот ковша в горизонтальной плоскости на 180°, что повышает эксплуатационные возможности оборудования.

При отрывке глубоких (до 30 м) колодцев применяют грейферное оборудование на напорной штанге, разработанное для экскаваторов 5-й и 6-й размерных групп.

При оборудовании грейфером экскаватора с механическим приводом на нем монтируют удлиненную решетчатую стрелу. Челюсти ковша замыкают тяговым канатом, а высоту изменяют подъемным канатом.

Рис.45. Схема грейфера с механическим приводом

1, 2 - барабаны; 3 - тяговый канат; 4 - подъемный канат; 5 - стрела;

6 - тяги челюстей ковша; 7 - грейфер; 8 - оттяжка.

Недостаток грейферного оборудования с канатным управлением заключается в том, что плотность разрабатываемого грунта зависит от его массы, поэтому основная область их применения погрузо-разгрузочные работы на сыпучих материалах.

Работа. 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.

Рабочую зону экскаватора, включая место стоянки транспортных средств, называют забоем, перемещение экскаватора при разработке грунта - проходкой.

Забои бывают:

● лобовыми (при применении обратной лопаты - торцевыми),

● и боковыми.

Проходки бывают:

● продольными,

● и поперечными.

В зависимости от количества проходок по высоте выемки различают одно -, двух - и трехъярусную разработку грунта.

Рабочий цикл экскаватора имеет пять основных операций:

1.набор грунта;

2.перемещение ковша;

3.разгрузка ковша в отвал или транспортное средство;

4.обратный поворот для набора грунта;

5. опускание ковша для последующего набора грунта.

Для уменьшения времени цикла экскаваторщики при нагрузке грунта в транспортное средство совмещают четвертую и пятую операции, при отсыпании грунта в отвал - вторую и третью.

Производительность экскаватора и других землеройных и землеройно-транспортных машин можно повысить в результате следующих мероприятий:

■ сокращение цикла экскавации;

■ совмещая рабочие операции;

■ уменьшая угол поворота стрелы при разгрузке;

■ разрыхляя грунт в период перерывов в подаче транспорта и т.д.;

■ увеличение объема грунта, разрабатываемого за один цикл;

■ в случае применения ковшей повышенной вместимости, более полно-

го их заполнения ("с шапкой") и т.д.;

■ увеличение коэффициента К_в в процессе сокращения простоев (свое-

временное проведение профилактических работ, представление

фронта работ, доставка горюче-смазочных материалов и др.).

Рис.46. Схемы забоев экскаватора с прямой лопатой:

а– лобовой забой; б – боковой забой.

А б

Рис.47. Схемы проходок экскаватора с обратной лопатой:

а – торцовая проходка; б – боковая проходка.

Рис.48. Схемы лобовых (торцовых) проходок драглайна:

а – поперечно-челночным способом; б – продольно-челночным способом.

Таблица 5

Рациональная грузоподъёмность автосамосвалов,т

Дальность перемещения грунта, км	Вместимость ковша тэкскаватор, м3
0,4	0,65		1,25	1,6	2,5	4,6
0,5	4,5	4,5				―	―
						―	―
1,5

Рис.49. Разработка забоя экскаватором,оборудованным прямой лопатой:

а – лобовая проходка с погрузкой грунта на обе стороны забоя; б – то же, с двухсторонней погрузкой грунта в автотранспорт, перемещающийся по верху забоя; в – широкая лобовая проходка с погрузкой грунта в автотранспорт, перемещающийся по подошве забоя; г – боковая проходка с погрузкой грунта в автотранспорт.

Рис.50. Разработка глубокой выемки:

1 – поперечными проходками скрепера; 2 – продольными проходками

скрепера; 3 – прямой лопатой; 4 – драглайном; I-XII – проходки.

Рис.51. Разработка выем ок обратной лопатой:

а – боковой закрытой проходкой с одинаковой крутизной откосов;

б – то же, с разной крутизной откосов; в – боковой открытой проходкой.

Рис.52. Разработка забоя экскаватором, оборудованным

обратной лопатой, лобовой проходкой:

а – с загрузкой грунта в транспорт; б – в отвал.

Рис.53. Разработка забоя экскаватором, оборудованным драглайном:

а – лобовой; б – боковой проходкой с погрузкой грунта в автотранспорт.

Рис.54. Простые схемы вскрышных работ:

а – одной проходкой; б – двумя проходками; в – двумя

проходками в односторонний отвал; г – четырьмя проходками.

Рис.55. Применение грейфера на канатной подвеске:

а – засыпка пазух; б – разработка котлована под опускной колодец; 1 – грунт

для засыпки пазух; 2 – слои грунта, уплотняемые трамбовками; 3 – шпальная

клетка; 4 – насыпь.