Землерийно-транспортні машини
Землерийно-транспортні машини призначені для відділення ґрунту від масиву і переміщення його до місця укладання. Особливістю робочого процесу цих машин є те, що копання ґрунту відбувається внаслідок переміщення самої машини під дією тягового зусилля, що розвиває її рушієм.
Землерийно-транспортні машини ділять на ножові (бульдозери і автогрейдери), ковшові (скрепери) і з додатковим транспортуючим органом (грейдери-елеватори і струги).
Землерийно-транспортні машини використовуються в основному в дорожнім гідротехнічнім і аеродромнім будівництві для планувально-профілювальних робіт у рівнинній місцвості на ґрунтах без великих кам'яних включень.
Бульдозери. Бульдозер складається з колісного або гусеничного трактора, обладнаного керованим відвалом з ножем для пошарового зрізання, переміщення та розрівнювання ґрунту. Ґрунт зрізується ножем, збирається перед відвалом і переміщається по поверхні робочої площадки при пересуванні бульдозера. Переміщення ґрунту волоком по ґрунті дуже енергоємний процес, що супроводжується великими втратами, тому вважається припустимим тільки на дуже малі відстані (10-20 м), при яких він найбільш економічний.
Бульдозери призначені для грубого планування площадок і укосів, зворотного засипання котлованів і траншей, штабелювання і розподілення по поверхні різних сипучих матеріалів і щебня. Разом з тим простота конструкції, твердість робочого органу, низька вартість і значні тягові зусилля, що розвивають бульдозером, визначили його широке застосування як для земляних робіт, так і для різноманітних допоміжних робіт з розчищення площадок від валунів, пнів, для валки дерев і т.д.
По способу кріплення відвала бульдозери ділять на неповоротні і поворотні. У перших відвал нерухомо закріплений перпендикулярно до поздовжньої осі трактора, у других положення відвала в плані може бути змінено. При косому розташуванні відвала ґрунт, зрізаний передньою стороною відвала, переміщаючись по ньому, відсипається із протилежної сторони, як це показано на рис. 11.2,б.
Рис. 11.2. Схема роботи бульдозера:
а - з відвалом, розташованим під прямим кутом до напрямку руху (неповоротний відвал); б - з похило розташованим відвалом (поворотний відвал);
1-бічні валики; 2- гілка сходження траєкторії часток ґрунту; 3-гілка спадання;
v -кут захвату
Робоче встаткування бульдозера з неповоротним відвалом складається з відвала, штовхаючої рами і механізму керування (рис 11.3,а).
Відвал являє собою тверду зварену конструкцію коробчатого перетину. Уздовж нижньої кромки переднього вигнутого по окружності листа прикріплені ножі. З тильної сторони відвал посилений ребрами і оснащений вушками для приєднання до балок штовхаючої рами. З боків відвала приварені щоки.
Штовхаюча рама, зв'язує відвал з базовою машиною і передає йому робоче зусилля. Просторова жорсткість робочому встаткуванню надається розкосами, установленими в горизонтальній і вертикальній площинах.
Рис. 11.3. Бульдозери:
а - з неповоротним відвалом; б - з поворотним відвалом;1 - трактор; 2 - механізм керування; 3 - відвал; 4, 5 - ножі; 6 - штовхаюча рама; 7 - переставні розкоси;
8 - відвал у поверненому положенні; 9 - відвал, установлений з перекосом
У легких бульдозерів відвал і штовхаюча рама виконуються, як правило, у вигляді цільної звареної конструкції.
У більшості конструкцій бульдозерів довжина і положення вертикальних розкосів можуть змінюватися, що дозволяє змінювати нахил відвала в вертикальній площини, тобто змінювати кут різання. Іноді замість розкосів установлюють гідравлічні циліндри. У цьому випадку положення відвала можна змінювати в процесі роботи машин. При незалежному регулюванні довжини кожного з розкосів і універсальності шарнірів, що зв'язують поздовжні бруси з базовою машиною, кут нахилу відвала може змінюватися в поздовжній і поперечній вертикальних площинах.
Бульдозери з поворотним відвалом (мал. 11.3,б) зазвичай мають відвал більшої довжини, чим машини з неповоротним відвалом. Це пояснюється тим, що відвал у поверненому положенні повинен перекривати поперечні габарити базової машини. Умови роботи поверненого відвала вимагають іншого обрису його торців і не допускають установки щік. Такий відвал являє собою тверду коробчату металоконструкцію, що складається з вигнутого по окружності листа, посиленого ребрами. З тильної сторони відвала посередині приварений підп'ятник, у який входить кульова п'ята штовхаючої рами. Кінці відвала з'єднуються з штовхаючою рамою розкосами. Для керування відвалом застосовується канатна або гідравлічна система. У наш час практично всі бульдозери мають гідравлічне керування.
Гідравлічне керування відвалом (на рис. 11.4 показана спрощена схема) виконується у вигляді об'ємної гідростатичної передачі і складається з масляного бака, насоса, розподільних і допоміжних пристроїв, виконавчих гідроциліндрів і з'єднуючих їх трубопроводів. Насос, як правило, шестеренний, приводиться в дію від вала відбору потужності трактора або від колінчатого вала двигуна.
Чотирьохпозиціний золотниковий розподільник дозволяє одержати чотири варіанти з'єднання гідросистеми: «підйом», «опускання», «плаваюче» і «замкнено». Застосовуються гідроциліндри подвійної дії, що дозволяють робити примусове заглиблення відвала в ґрунт.
Рис.11.4. Спрощена схема гідравлічного
керування відвалом бульдозера:
1- золотниковий розподільник;
2- гідронасос;
3- масляний бак;
4- гідроциліндр;
5- відвал
Робочий цикл бульдозера з відвалом, установленим під прямим кутом до напрямку робочого переміщення, складається з операцій відділення від масиву, нагромадження і транспортування ґрунту, укладання та розрівнювання його, а також і зворотного переміщення машини у вибій.
Продуктивність бульдозера визначається відношенням обсягу ґрунту, розробленого за один робочий цикл, до тривалості циклу. Тривалість циклу складається з інтервалів часу окремих операцій.
Час, що витрачається на відділення від масиву і нагромадження ґрунту, залежить від перетину зрізу ґрунту та швидкості, з якої виконується ця операція. Для скорочення цього часу необхідно збільшувати товщину зрізу, форсуючи двигун. Важкі ґрунти доцільно попередньо рихлити.
Оптимізація процесу роботи забезпечується установкою на бульдозері апаратури системи автоматичного керування «Автоплан-1» і «Автоплан-II». Ця апаратура дає можливість бульдозеру працювати в режимі автоматичної стабілізації поздовжнього ухилу або найкращого використання тягового зусилля (і потужності).
Скрепери. Скрепер - це землерийно-транспортна машина для пошарового зрізання, переміщення і пошарового укладання ґрунту при зведенні насипів, гребель, при плануванні будівельних майданчиків, великих каналів, при розробці виїмок та при розкривних роботах на кар'єрах корисних копалин.
Робочим органом скрепера є встановлений на пневматичних колесах самозавантажувальний і саморозвантажувальний ківш. Промисловість випускає причіпні, напівпричіпні і самохідні скрепери.
Причіпні скрепери можуть бути одноосьовими і двохосьовими і працюють у зчепленні з гусеничними і рідше з колісними тракторами. У причіпних скреперах сила ваги скрепера та ґрунту, що перебуває в ньому, сприймається ходовою частиною самого скрепера. Трактор може легко відокремлюватися від скрепера й використатися з іншими причіпними машинами.
У напівпричіпних скреперах частина сили ваги скрепера і ґрунту, що перебуває в ньому, передається трактору, що працює зі скрепером, збільшуючи силу зчеплення його рушія із ґрунтом.
У самохідних скреперах трактор-тягач є органічною частиною скрепера, його енергетичною базою. У самохідних скреперів з механічною передачею енергії колесам ведучими можуть бути тільки два колеса самого тягача, що знижує тягові можливості, або (при установці другого двигуна на задню частину скрепера) всі колеса. Найбільше поширення одержали самохідні скрепери з дизель-електричним приводом, у яких привод коліс здійснюється за допомогою електричних мотор-коліс, що одержують живлення від дизель-генераторної установки одноосьового тягача. Різні компоновочні схеми скреперів наведені на мал. 11.5.
По способу завантаження ковша розрізняють скрепери з вільним завантаженням (за рахунок тягового зусилля) і з примусовими, що виконується завантажувальними пристроями.
По способу керування скрепери можуть бути з канатноблочним, електроканатним і з гідравлічним керуванням. По способу розвантаження розрізняють скрепери з вільним, напівпримусовим і примусовим розвантаженням. Найбільше застосування мають причіпні і самохідні скрепери з вільним завантаженням, примусовим вивантаженням і гідравлічним керуванням. Один з таких скреперів показаний на рис. 11.6.
Робочим органом скрепера є відкритий зверху ківш. Схема його наведена на рис. 11.7, а. Ківш складається з жорстко зв'язаних між собою бічних стінок 2 і днища 3, посилених балками твердості, що виконують одночасно і функції рами скрепера. Передня частина днища оснащена ножовою системою, що призначена для зрізання ґрунту. У передній частині ківш закривається шарнірно прикріпленою до нього передньою заслінкою 1, а позаду оснащений рухомою задньою стінкою 4, яка призначена для виштовхування з ковша ґрунту при розвантаженні скрепера. На рис. 11,7,б показані схеми роботи ковша на початку завантаження (I), наприкінці завантаження (//), у процесі транспортування (///) і при розвантаженні ковша (IV).
Як видно із цих схем, для заповнення ківш опускається своєю передньою частиною на ґрунт, передня заслінка піднімається і в щілину, що утворилася між ножем і передньою заслінкою під дією сили тяги починає надходити ґрунт. У міру заповнення ковша ґрунтом опір пересуванню стружки зростає, тому для повного заповнення ковша необхідно збільшити міцність стружки, збільшивши її товщину. Із цією метою скрепер повинен працювати на мінімальній швидкості і одержати додаткову силу тяги від штовхача через буферний пристрій, яким оснащені всі самохідні та причіпні скрепери.
Рис. 11.5. Компоновочні схеми скреперів:
1 - причіпний двохосьовий; 2 - причіпний одноосьовий; 3 - причіпний двохосьовий з колісним тягачем; 4 - напівпричіпний; 5 - самохідний на базі одноосьового тягача з механічною передачею; 6 - двомоторний з механічною передачею; 7 - самохідний дизель-електричний (з моторколесами); 8 - самохідний двухковшовий дизельелектричний; 9 - причіпний з елеваторним завантаженням; 10 - самохідний з елеваторним завантаженням
Рис.11.6. Скрепер:
1- одноосьовий тягач; 2- тягова рама; 3- механізм підйому ковша; 4- передня заслінка ковша; 5- механізм підйому заслінки; 6- ківш; 7- буферний пристрій;
8- ніж
Рис. 11.7. Схема ковша та його завантаження і вивантаження:
1 - передня заслінка; 2 - бічна стінка ковша; 3 - днище; 4 - задня стінка;
/ - початок завантаження; // - кінець завантаження; /// - транспортне положення;
IV - розвантаження
Після заповнення ковша передня заслінка опускається, закриваючи його, а сам він піднімається, переходячи в транспортне положення. Транспортування виконується на максимально можливих швидкостях, що залежать від рельєфу місцевості. Після закінчення транспортування піднімається передня заслінка ковша і у щілину, що утворилася, між днищем і заслінкою починає висипатися ґрунт. Оскільки це відбувається в процесі руху скрепера, то ґрунт відсипається шаром, товщина якого залежить від висоти підйому ковша. Повністю ґрунт відаляється з ковша завдяки висуванню вперед його задньої стінки.
При роботі в слабких і пухких ґрунтах не вдається заповнити такий ківш ґрунтом, навіть застосовуючи штовхач. Тому для роботи в слабких ґрунтах випускаються скрепери із примусовим завантаженням, при якій ґрунт у ківш після його зрізання.ножем переміщується спеціальним завантажувальним пристроєм. Найбільше поширення для цієї мети одержали скребкові конвеєри, установлювані в передній частині ковша. Такі скрепери не мають потреби в штовхачах і можуть мати порівняно малу силу тяги.
Скрепери застосовуються при дальності транспортування ґрунту від 100 м до 3 - 5 км. При дальності менш 300 м доцільні причіпні скрепери, що мають мінімальну вартість, а при більшій- самохідні, які володіють високими (до 60 км/год) транспортними швидкостями, що не уступають швидкостям руху землевозів і самоскидів. Скреперні розробки ґрунту зазвичай економічніше екскаваторних з перевезенням самоскидом.
Автогрейдери. Автогрейдер (рис. 11.8)-це самохідна, в основному тривісна, колісна землерійно-транспортна машина з ножовим робочим органом для профілювальних і точних планувальних земляних робіт.
Основна рама 2 виконана у вигляді вигнутої опуклістю нагору хребтової балки круглого або прямокутного перетину, що переходить у задній частині в плоску конструкцію підмоторної рами. На підмоторній рамі встановлені двигун, агрегати трансмісії, механізми керування та кабіни грейдериста.
Передньою частиною основна рама автогрейдера опирається за допомогою головки на передній міст. Зв'язок рами з мостом шарнірний. Він дозволяє мосту нахилятися щодо рами у вертикальній площині.
Заднім кінцем рама опирається на задні осі, які виконуються у вигляді двох окремих мостів, пов'язаних з основною рамою за допомогою балансирної підвіски або балансирних візків 1, що дозволяє колесам міняти своє положення відповідно до нерівностей поверхні, поліпшуючи прохідність машини.
У першій частині під основною рамою за допомогою універсального (кульового) шарніра укріплена тягова рама 5, задня частина якої рухомо пов'язана з основною рамою правим і лівим механізмом підйому робочого органа 8 і механізмом виносу тягової рами 7. Роздільна дія механізмів підйому забезпечує поворот тягової рами навколо поздовжньої осі і одночасно - підйом або опускання її заднього кінця. Відповідно до цього змінюється положення відвала грейдера, прикріпленого до рами поворотним колом.
Відвал 4 являє собою тверду балку коробчатого перетину, що складається з вигнутого по радіусі основного листа, посиленого із задньої сторони коробкою. Уздовж передньої нижньої крайки і по торцях до відвала прикріплюються ножі, що мають зазвичай двохстороннє заточення. Це дозволяє перевертати їх після зношування однієї з ріжучих крайок. По торцях відвала передбачається можливість установки подовжувачів та укісників. Оскільки відвал кріпиться до кронштейнів поворотного кола, його можна переставляти, розташовуючи ассиметрично щодо осі поворотного кола, і регулювати кут різання. На автогрейдері зазвичай встановлюється бульдозерне 6 і розпушувальне встаткування. Показані на рисунку зуби розпушувача 3 дозволяють рихлити ґрунт при зворотному русі автогрейдера, що працює за човниковою схемою.
Рис.11.8. Загальний вигляд автогрейдера:
1- балансир рушія;
2- основна рама;
3- розпушувач заднього руху;
4- відвал;
5- тягова рама;
6- бульдозерний відвал;
7- механізм виносу тягової рами;
8- механізм підйому робочого органу.
Автогрейдери бувають легкі, середні і важкі. Довжина відвала в них відповідно дорівнює 3000, 3700 і 4200 мм, а потужність двигуна - до 90, від 90 до 150 і більше 150 к. с.
Ходова частина автогрейдера складається з ведених і ведучих коліс. Ведені колеса вільно обертаються на осях, сприймають частину сили ваги і використовуються як напрямні. Ведучим колесам передається крутний момент від двигуна і вони, взаємодіючи з опорною поверхнею, розвивають силу тяги, необхідну для подолання корисних і шкідливих опорів, що виникають при роботі автогрейдера.
Тягові якості автогрейдерів залежать від числа привідних колісних осей, потужності двигуна та маси машини. Число осей прийнято характеризувати колісною формулою АХБХВ, де А - число осей з керованими колесами, Б - число привідних колісних осей і В - загальне число осей. Найпоширенішими є автогрейдери з колісними формулами 1X2X3 і 1X3X3.
Одноковшеві ескаватори
Одноковшеві екскаватори - землерийні машини, призначені для розробки і навантаження ґрунту. Вони з'явилися на початку XIX століття. Першим був паровий екскаватор, створений в 1836 р. механіком В. Отисом у США (рис. 11.9). Завдяки своїй універсальності екскаватори залишаються основними машинами для розробки ґрунту і донині. Головним параметром екскаватора є місткість його робочого органа, що вимірюється в кубічних метрах.
У цей час промисловість випускає екскаватори з місткістю ковша від декількох десятих до декількох сотень кубічних метрів.
Більші екскаватори застосовуються для відкритих гірських розробок корисних копалин. Їх називають кар'єрними екскаваторами. Найменші - навісні екскаватори - служать для різних допоміжних робіт.
Основне робоче обладнання — пряма лопата, зворотна лопата, драглайн.
За призначенням одноківшеві екскаватори поділяються на будівельні, універсальні, кар 'єрні, розкривні та спеціальні.
Одноківшеві екскаватори класифікуються також за конструктивними ознаками. За типом ходової частини розрізняють екскаватори гусеничні, пневмоколісні, крокуючі, рейкові, крокуючо-рейкові, плавучі; за силовою частиною привода — одно- й багатодвигунні, електричні, з двигуном внутрішнього згоряння, дизель-електричні; за типом трансмісії — з механічною, гідравлічною та електричною трансмісією; за системою керування — з гідравлічним, пневматичним та електричним керуванням.
Робоче обладнання буває з гнучкою підвіскою (канатне)-, жорсткою підвіскою й телескопічне.
Особливістю всіх одноковшевих екскаваторів є стаціонарність робочого процесу, при якій розробка ґрунту виконується в зоні стоянки машини доти, поки із зони дії ковша не буде вилучений весь необхідний ґрунт. Після цього екскаватор переміщається на нову стоянку, виробляючи черговий елемент вибою.
До будівельних екскаваторів відносяться машини малих і середніх розмірів з місткістю ковша до 4 м3. Майже всі вони є гідравлічними (дизельними з гідравлічним приводом) і забезпечуються двома або трьома видами змінного робочого устаткування - прямої і зворотною лопатою та драглайном.
Пряма лопата (рис. 11.10, а) служить для розробки ґрунту вище рівня стоянки екскаватора, тому ківш у процесі копання рухається нагору від екскаватора. Зворотною лопатою (рис. 11.6, б) ґрунт розробляється нижче рівня стоянки.
Ківш у цьому випадку рухається нагору убік екскаватора. У більшості будівельних екскаваторів робоче устаткування прямої лопати може трансформуватися в устаткування зворотної лопати шляхом перестановки його деталей (стріли, рукояті і циліндрів) із заміною ковша.
Рис. 11.9. Паровий екскаватор В. Отиса
Рис. 11.10. Будівельні екскаватори:а. - пряма лопата; б - зворотна лопата; в - драглайн;1 - ходова частина; 2 - поворотна платформа із силовою установкою і кабіною керування; 3 - стріла; 4 - рукоять; 5, - ковші; 6 - циліндри керування стрілою, рукояттю і ковшем;7 - тяговий канат; 8 - розвантажувальний канат;
9 – піднімальний канат
Рис. 11.11. Трактор, обладнаний навісним устаткуванням:
1 - базовий колісний трактор; 2 - бульдозерне устаткування; 3 - поворотна колонка; 4 - екскаваторне устаткування; 5 - виносні опори
Драглайн призначений для розробки ґрунту теж нижче рівня стоянки (рис. 11.10, в), але радіус дії робочого устаткування драглайна значно більше через більш довгу стрілу. У той же час працювати він може тільки в м'яких ґрунтах без великих кам'яних включень, тому що впровадження ковша в ґрунт можливо лише за рахунок ваги самого ковша, підвішеного на канаті.
Ходовою частиною екскаваторів можуть бути автомобіль і трактор (для машин малої місткості ковша, мал. 11.11) і спеціальний жорсткий ходовий пневмоколісний або гусеничний візок. Екскаватори на пневматичних колесах забезпечуються для роботи виносними опорами. Деякі з них забезпечуються як допоміжним устаткування ще й бульдозерним відвалом, що виконує під час роботи функції задніх виносних опор: У якості змінного робочого устаткування екскаватори можуть забезпечуватися стріловим крановим устаткуванням, при установці якого перетворюються в стрілові самохідні крани, і змінними робочими органами (мал. 11.12): грейферним ковшем, копровим устаткуванням, зубом розпушувача, що установлюється замість ковша, різного роду шкребками для робіт із планування та засипання траншей і спеціальними профільними ковшами для розробки траншей і каналів при гідромеліоративних роботах.
Рис.11.8. Змінні робочі органи одноковшевого екскаватора:
а – ковші прямої і зворотної лопати; б – ківш драглайна; в, г – планувальні ковші;
д – грейферний ківш; е – ківш навантажувача; ж – профільний ківш; з – зуб розпушувача; і – гакова підвіска
Одноковшевий екскаватор, будучи універсальною машиною, у той же час є і найбільш дорогою з машин для виконання земляних робіт. Тому його використання економічно доцільно далеко не завжди і тільки з основними видами робочого устаткування при максимальному використанні його можливостей. Найбільш ефективними видами робочого устаткування є пряма та зворотна лопата. Вони дозволяють завдяки жорсткому зв'язку ковша розробляти найбільш міцні ґрунти, на що ы розрахована потужність і міцність машини. Якщо необхідно застосовувати екскаватори в слабких ґрунтах, то доцільно заміняти в них ковші на ковші більшої місткості або встановлювати спеціальне навантажувальне устаткування також зі збільшеним ковшем. У противному випадку технічні можливості екскаватора повністю не використаються, що здорожує вартість робіт.
В останні роки широке застосування одержало змінне грейферне робоче устаткування на довгій напірній штанзі, призначене для розробки глибоких траншей і виїмок різної конфігурації в плані в ґрунтах середньої міцності, у тому числі із вмістом валунно-галькових включень. Воно призначено для розробки виїмок під палі, для зведення без розробки котлованів підземної частини різних будинків, протифільтраційних траншейних завіс у греблях та інших спорудженнях, що виконуються по методу «стіна в ґрунті».
Грейферне устаткування на напірній штанзі встановлюється на базовій частині стріли і складається з напірної штанги з ковшем, що переміщається в напрямному корпусі за допомогою механізму переміщення. Напрямний корпус кріпиться до стріли екскаватора шарнірно та може бути повернутий відносно неї для перекладу в транспортне положення, при якому штанга займає горизонтальне положення. Грейферний ківш має стабілізатори для фіксації напрямку при його русі в траншеї. Це устаткування дозволяє відривати вертикальні траншеї глибиною до 20 м при ширині, рівній ширині ковша.
Робочий цикл одноковшевого екскаватора, обладнаного прямою лопатою після його установки у вибої, складається з наступних операцій: опускання ковша до підошви вибою; підйому ковша з одночасним притисненням його зубів до стінки вибою, при якому відбувається копання й заповнення ковша ґрунтом; відведення ковша від стінки й повороту екскаватора до місця вивантаження ґрунту; вивантаження ґрунту у відвал або в транспортний засіб завдяки відкриванню днища або повороту ковша; повороту екскаватора у вихідне положення (убік вибою). Аналогічний робочий цикл і з іншими видами робочого устаткування.
Ківш переміщається в просторі після виведення з вибою для установки над місцем розвантаження при сполученні за часом роботи циліндрів стріли і рукояті, а копання здійснюється при одночасній або почерговій дії циліндрів робочого устаткування, тобто копання можливо при повороті тільки ковша, а також повороту ковша та рукояті одночасно. Таке сполучення операцій дозволяє зменшити тривалість циклу і підвищити продуктивність екскаватора. Для скорочення тривалості циклу варто зменшити кут повороту на розвантаження, установивши транспортні засоби ближче до місця забору ґрунту.
Після розробки ґрунту, розташованого в зоні дії робочого устаткування, екскаватор пересувається на нову стоянку.
Для роботи в природних умовах (наприклад, розробка траншеї біля стіни будинку) застосовується спеціальне робоче устаткування зворотної лопати з так званою зміщеною віссю копання (рис. 11.13). Це здійснюється або зсувом усього робочого устаткування разом з поворотною колонкою стосовно осі базової машини (рис. 11.13, а), або зсув площини обертання рукоятки щодо площини стріли (рис, 11.13,6). У першому випадку поворотна колонка встановлюється на спеціальній каретці, що переміщується поперек базової машини, а в другому - рукоять із ковшем установлюється на спеціальній вставці, що може повертатися щодо стріли, зміщаючи площину обертання рукояті. Таким екскаватором, що випускають як у нас, так і за кордоном, можна при необхідності робити розробку траншеї в безпосередній близькості до будинку.
До одноковшевих екскаваторів відносяться і екскаватори-планувальники (рис. 11.14), призначені для планування та зачищення під проектну відмітку поверхонь земляних споруджень (у тому числі укосів, насипів і каналів). Екскаватори-планувальники є універсальними машинами з телескопічним робочим устаткуванням (стрілою), що забезпечує переміщення ковша по прямолінійній траєкторії за рахунок поступального руху стріли. Планування поверхонь відбувається при установці стріли паралельно планованої поверхні. Телескопічна стріла цього екскаватора шарнірно прикріплена до поворотної платформи, разом з нею може повертатися навколо вертикальної осі поворотного кола, нахилятися, підніматися і обертатися навколо своєї поздовжньої осі, перетворюючи ківш, прикріплений до її кінця, внаслідок повороту в ківш прямої або зворотної лопати. Такий екскаватор може успішно застосовуватися на всіх видах земляних робіт. Телескопічність його робочого обладнання дозволяє вионувати роботи в досить стиснутих умовах, у тому числі усередині приміщення через віконний або дверний проріз. Екскаватори випускаються на гусеничному, пневматичному ході та на шасі автомобіля. Для планувальних робіт вони забезпечуються широкими ковшами без зубів і скребками, що установлюються замість основного ковша.
Рис. 11.13. Схема роботи екскаватора із зміщеною віссю копання:
а – при зміщенні робочого устаткування; б - при зміщенні рукояті відносно стріли; 1 - рукоять; 2 - стріла; 3 – зміщююча колонка; 4 - поворотна вставка; в - зміщення
Рис. 11.14. Екскаватор-планувальник:
1 - ходова частина; 2 - поворотна платформа із приводом і кабіною;
3 - телескопічна стріла; 4 - ківш
Практично всі одноковшеві будівельні екскаватори, що випускають у нас і за кордоном мають дизельний двигун і гідравлічний привід об'ємного типу, у якому для поворотного та ходового механізмів застосовуються двигуни ротаційного типу (аксіально-поршневі гідромотори), а для керування важільними системами робочого устаткування і виносних опор - гідроциліндри (двигуни зворотно-поступальної дії).
Для високопродуктивного використання екскаватора необхідно:
правильно вибрати розміри вибою й положення в ньому екскаватора, транспортних засобів або відвала ґрунту (висота вибою повинна дозволяти одним черпанням заповнювати ківш, а кут повороту на розвантаження, для зменшення часу повороту, бути мінімальним) ;
забезпечити екскаватор необхідною кількістю транспортних засобів, щоб виключити простій екскаватора чекаючи транспорту;
забезпечити достатню кваліфікацію машиніста екскаватора для чіткого виконання окремих операцій з обов'язковим сполученням їх за часом;
при роботі в легких і середніх ґрунтах установлювати збільшеного розміру ківш (для зниження собівартості робіт).
Багатоковшеві екскаватори
Перші багатоковшеві екскаватори з'явилися на початку XVI в. (рис. 11.15) і застосовувалися для очищення судноплавних каналів. Тому що це було задовго до винаходу двигуна, вони приводилися в рух ступальними колесами, потім кіньми.
Робочий орган багатоковшевого екскаватора складається з ряду ковшів, що рухаються один у слід іншому, завдяки чому копання ґрунту одним ковшем сполучається за часом з його транспортуванням і розвантаженням іншими ковшами. Ковші сучасного екскаватора можуть кріпитися до нескінченного ланцюга або розташовуватися по окружності ротора. Відповідно до цього робочий орган і сам екскаватор одержують назву ланцюгового або роторного.
Головна особливість багатоковшевих екскаваторів полягає в безперервності робочого процесу, що досягає сполученням мінімум двох безперервних рухів: поступального руху ковшового ланцюга або обертового руху ротора і переміщення робочого органа щодо ґрунтового масиву. У більшості випадків переміщення робочого органа відбувається в результаті переміщення самого екскаватора. При збігу напрямку переміщення робочого органа із площиною, у якій відбувається рух ковшів, екскаватор одержує назву екскаватора поздовжнього копання або траншейного, тому що результатом його роботи є траншея (рис. 11.16, а, б).
Рис. 11.15. Фламандська землечерпалка, що приводилася в дію людьми
(початок XVI в.):
1 і 2 - ступальные колеса; 3 - стріла; 4 - ворот для підйому та опускання стріли;
5 - понтон
Рис.11.16. Конструктивні схеми багатоковшевих екскаваторів:
а - ланцюгового траншейного; б - роторного траншейного; в - - роторного кар'єрного; 1 - ковшовий ланцюг; 2 - відвальний конвеєр; 3 – ротор
\
Якщо ж напрямок руху перпендикулярно площини (рис. 11.16,в), то екскаватор одержує назву роторного кар'єрного екскаватора (поперечного копання).
Траншейні екскаватори відносяться до будівельних машин і призначені в основному для розробки траншей під різні трубопроводи, кабелю і стрічкові фундаменти. Екскаватори поперечного копання зазвичай випускаються більших розмірів і застосовуються в основному для розкривних робіт і при відкритій розробці корисних копалин.
При однаковій потужності продуктивність багатоковшевих екскаваторів в 1,5-2 рази більше, ніж в одноковшевих внаслідок безперервності процесу. У той же час зусилля різання, що розвиває багатоковшевим екскаватором, значно нижче зусиль, що розвивають одноковшевим, тому що в першого одночасно бере участь велика кількість ковшів. В наслідок цього багатоковшеві екскаватори використовуються в основному для роботи в м'яких ґрунтах і без кам'янистих включень. Треба однак відзначити, що в цей час промисловість випускає й спеціальні роторні траншеєкопачі для роботи в мерзлих ґрунтах.
Ківш багатоковшевого екскаватора (рис. 11.17) відкритий попереду й зверху і кріпиться до пластинчастого ланцюга або ротора бічними стінками. На передній стінці ковша укріплені зуби. Ківш розвантажується, перевертаючись під час руху. Висипаний з нього ґрунт по лотку попадає на стрічку конвеєра та переноситься у відвал або в транспорт.
Рис.11.17. Ківш багатоковшевого екскаватора
Робота багатоковшевого екскаватора починається з опускання робоочого органа на ґрунт. Після його заглиблення на необхідну глибину включається ходовий механізм і машина, переміщаючись, залишає за собою траншею повного профілю. Ширина траншеї при цьому буде дорівнює ширині ковша, а її стінки вертикальні. При роботі в слабких ґрунтах і значній глибині траншеї її стінки можуть обрушуватися. Щоб уникнути цього конструкціями ряду траншейних екскаваторів передбачена розробка траншей трапецевидного профілю. Для цього на екскаваторах установлюються допоміжні пристрої, що обрушують ґрунт із верхньої частини стінок траншеї. Грунт, що осипається на дно траншеї, підхоплюється ковшами та відсипається у відвал разом із знову зрізаним. Такими пристроями можуть бути активні зубчасті ланцюги, похило розташовані праворуч і ліворуч відносно робітника органа, або конічні фрези. У деяких конструкціях екскаваторів цю ж функцію обвалення виконує сам ковшевий ланцюг або ротор. Для цього спеціальним механізмом робочий орган під час роботи постійно нахиляється вправо і уліво на необхідний кут.
Крім того, для меліоративних робіт випускаються спеціальні екскаватори (гідромеліоративні) із двухроторним робочим органом і з ножовим ротором та укісниками, а для очищення каналів - екскаватори поперечного копання з телескопічною гусеницею (рис. 11.18). Основним параметром траншейного екскаватора є максимальна глибина траншеї, а для екскаватора поперечного копання - місткість його ковша, л, і продуктивність.
Найбільшу глибину траншеї дозволяють одержати ланцюгові екскаватори, тому що через транспортні габарити не можна робити ротори дуже великих розмірів. У той же час роторні екскаватори мають більшу довговічність і твердістю конструкції, можуть працювати в більш щільних ґрунтах.
Рис. 11.18. Гідромеліоративні екскаватори:
а - двухроторний; б - з ножовим ротором та укісниками