Одноковшовые экскаваторы
Одноковшовые экскаваторы - это землеройная машина, которая в течение цикла одним ковшом режет грунт, заполняет им ковш, переносит на небольшое расстояние и нагружает в транспортные средства или сбрасывает в отвал.
Они появились в начале XIX в. Первым был паровой экскаватор, созданный 1836 механиком В. Отисом в США. Благодаря своей универсальности экскаваторы остаются основными машинами для разработки почвы и по сей день. Главным параметром экскаватора является вместимость его рабочего органа, выражается в кубических метрах.
Рисунок 2.1– Одноковшовый экскаватор – прямая лопата.
Сейчас промышленность выпускает экскаваторы емкостью ковша от нескольких десятых до нескольких сотен кубических метров.
Большие экскаваторы применяют для открытых горных разработок полезных ископаемых. Их называют карьерными экскаваторами. Наименьшие из них - навесные экскаваторы, предназначенные для различных вспомогательных работ.
Особенностью всех одноковшовых экскаваторов является стационарность рабочего процесса, которая предусматривает разработку грунта в зоне стоянки машины до тех пор, пока из зоны действия ковша не будет удален весь необходимый грунт. После этого экскаватор перемещается на новую стоянку, изготовляя очередной элемент забоя.
К строительным экскаваторампринадлежат машины малых и средних размеров вместимостью ковша до 4 м3. Почти все они гидравлические (дизельные с гидравлическим приводом) и обеспечиваются двумя или тремя видами сменного рабочего оборудования - прямой и обратной лопатами и драглайном.
Ходовой частью экскаваторов может быть автомобиль или трактор (для машин малой вместимости ковша, оборудованный специальным твердой ходовой пневмоколесной или гусеничной тележкой).
Экскаваторы на пневматических колесах обеспечиваются для работы выносными опорами. Некоторые из них как вспомогательное оборудование должны также иметь бульдозерный отвал, который во время работы выполняет функции задних выносных опор.
Экскаваторы могут обеспечиваться переменным рабочим оборудованием, в частности стрелочным краповым, в случае установления которого они превращаются на стреловые самоходные краны, со сменными рабочими органами: грейферным ковшом.
Одноковшовый экскаватор универсальная машина, однако самая дорогая среди машин для производства земляных работ.
Рисунок 2. 2 - Переменные рабочие органы одноковшового экскаватора: а - ковш прямой и обратной лопат; 6 - ковш драглайна, в, г - планировочные ковши; д - грейферный ковш; е - погрузочный ковш; ё - профильный ковш; ж - разрыхлительный зуб; з - крюковая подвесная
Поэтому использовать его экономически целесообразно не всегда и только с основными видами рабочего оборудования при максимальном использовании его возможностей. Наиболее эффективными видами рабочего оборудования являются прямая и обратная лопаты. Благодаря жесткой связи ковша они позволяют разрабатывать твердые грунты, на что и рассчитана мощность и прочность машины. Если экскаваторы применяются в слабых грунтах, то целесообразно оборудовать их ковшами большей вместимости и устанавливать специальное погрузочное оборудование также с увеличенным ковшом. В противном случае технические возможности экскаватора полностью не используются, что увеличивает стоимость работ.
Рабочее оборудование гидравлических экскаваторов выполняют в основном по двум принципиальным схемам шарнирно-рычажной и телескопической.
Одним из основных видов рабочего оборудования является обратная лопата, состоящая из стрелы рукояти ковша и гидроцилиндров соответственно подъему стрелы, повороту рукояти и ковша.
Основную часть стрелы используют для установления сменного оборудования других видов, например прямой лопаты с неповоротным ковшом.
Грейферное оборудование подвешивают к рукояти обратной лопаты. Смыкание и размыкание челюстей ковша грейфера осуществляют гидроцилиндром (ковш можно вращать в плане механизмом поворота). С продлевающими вставками глубина копания может увеличиваться до 14 м, а с телескопическими - до 25 м. Преимуществом жестко подвешенного грейфера есть возможность нажатия на почву при врезке челюстей, что важно при разработке плотных грунтов.
Экскаватор с рабочим оборудованием погрузчика предназначен для разработки рыхлых почв и I - II категорий и погрузки сыпучих и дробленых материалов выше уровня стоянки машины. Вместимость ковша погрузчика, как правило, в 1,5 - 2 раза превышает емкость ковша прямой лопаты.
Кинематическая схема рабочего оборудования позволяет перемещать режущую кромку ковша по горизонтальной плоскости на длину до 2 м, что важно при планировочных работах. Следует отметить, что при использовании погрузочного оборудования для надлежащего заполнения ковша можно возвращать его после проникновения в разрабатываемый материал.
Рисунок 2.3 - Схема рабочего оборудования гидравлических экскаваторов: а - прямая лопата с неповоротным ковшом; б - прямая лопата с поворотным ковшом; в - обратная лопата; г - грейфер д - погрузчик; е - с телескопической стрелой: ё - неповоротная обратная лопата; ж - механизм поворота с гидроцилиндрами; з - выносная опора.
Гидравлические экскаваторы могут оснащаться буровым и краповым оборудованием, а также различными грузозахватными устройствами.
При создании системы гидропривода одноковшовых экскаваторов учитывают следующие факторы: технологические возможности экскаватора с различным оборудованием; рациональное сочетание различных движений для достижения высокой производительности и удобного управления; максимально возможное использование мощности установленного двигателя при высоком КПД гидропривода; возможность автоматизации процесса управления; стоимость изготовления и эксплуатации гидропривода. Эти и другие факторы способствуют созданию таких систем гидропривода, применяемых на экскаваторах различных размерных групп.
Для высокопроизводительного использования экскаватора нужно:
• правильно выбрать размеры забоя и положение в нем экскаватора, транспортных средств или отвала грунта (высота забоя должна быть такой, чтобы одним черпанием заполнялся ковш, а угол поворота на разгрузку с целью уменьшения времени поворота - минимальным);
• обеспечить экскаватор нужным количеством транспортных средств, чтобы сделать невозможным простой экскаватора;
• обеспечить достаточную квалификацию машиниста экскаватора для четкого выполнения отдельных операций с обязательным сочетанием их по времени;
• при разработке легких и средних почв применять ковш больших размеров(для снижения себестоимости работ).
Многоковшовый экскаватор - самоходная землеройная машина непрерывного действия, которая разрабатывает грунт с помощью ковшей, расположенных на шарнирно-пластинчатом цепи или роторе.
Первые многоковшовые экскаваторы появились в начале XVI в. и применялись для очистки судоходных каналов. Поскольку это было задолго до изобретения двигателя, они приводились в движение ходовыми колесами, потом лошадьми.
Рабочий орган многоковшового экскаватора состоит из ряда ковшей, движущихся друг за другом, благодаря чему копание грунта одним ковшом совпадает по времени с его транспортировкой и разгрузкой другими ковшами. Ковши современного экскаватора могут крепиться к бесконечной цепи или размещаться по окружности ротора. В соответствии с этим рабочий орган и экскаватор называют цепным или роторным.
Цепные экскаваторы поперечного копания имеют производительность до 150 м3 / ч, а вместимость ковшей - 20, 30 и 50 л. их применяют для добычи песка, гравия, глины и при вскрышных работах, а также для рытья каналов и планирования откосов. Глубина копания достигает 4 м.
Цепные экскаваторы поперечного копания, имеющих рабочее оборудование с жестко направленным ковшом закрепленным на цепи, применяют для работы в однородных почвах или на планировании откосов. Экскаваторы с свободно провисающим ковшевой цепью используют для разработки грунтов с каменистыми вкраплениями.
Карьерные экскаваторы непрерывного действия имеют жесткую ковшовую раму и перемещаются по рельсам. Экскаваторы, предназначенные для мелиоративных работ, имеют раздвижной гусеничный ход для передвижения по двум берегам канала и свободно-провисающую ковшовую цепь.
Цепные экскаваторы продольного копания имеют производительность до 160 м3 / ч при глубине разрабатываемой траншеи до 3,5 м. Рабочее оборудование цепного экскаватора состоит из шарнирно закрепленной ковшевой рамы , по которой движется замкнутая цепь 2 со скребками 8 или ковшами. Движение от двигателя к ковшевой цепи передается через редуктор и цепную передачу 5 до двух звездочек 6, размещенных на концах торсионного вала 7. При разгрузке ковшей в верхнем положении почву высыпается в бункер 4, из которого попадает на ленточный конвейер и далее на бровку разрабатываемой траншеи. Чтобы увеличить ширину разрабатываемой траншеи, к ковшам через один следует прикреплять съемные расширители.
Рисунок 2. 4 - Схемы экскаваторов поперечного копания: а - нижнего копания с жестко рифмованной ковшевой цепью и боковой разгрузкой почвы через бункер; б - нижнего копания со свободно провисающей ковшевой цепью и центральной разгрузкой почвы; в - верхнего копания с жестко рифмованной ковшевой цепью и отвальным конвейером; г - с шарнирной ковшевой рамой для рытья и очистки каналов, д - с двумя ковшевимы рамами и отвальным конвейером.
Рисунок 2.5 - Цепной скребковый экскаватор продольного копания
В траншейном роторном экскаваторе ковши размещены на внешнем колесе-роторе 5. Ротор, установлений на раме 6, приводится в оборот от трактора 1 через цепную передачу 3. Глубину копания регулируют механизмом 2 подъема-опускания ротора. Если ковши размещаются в верхнем положении, то почву из них высыпается и попадает на ленточный конвейер 4, который выносит почву в сторону. Для зачистки дна траншеи от почвы предназначено устройство 7. Предполагается выпуск гусеничных и пневмоколесных цепных и роторных машин с глубиной копания 1,3; 1,6; 2; 2,5; 3,5; 4 и 6 м при ширине от 0,12 ... 0,25 до 1,6 ... 2,1 м.
Экскаваторы радиального копания с ротором, расположенным на стреле, применяют на вскрышных работах, в карьерах строительных материалов, для разработки больших котлованов и выемок, прокладки каналов, возведения насыпей и дамб. Карьерные роторные экскаваторы (рис.7, б) имеют диаметр роторного колеса 1,6 ... 16,6 м и вместимость ковшей 16 ... 4000л, а производительность их составляет 80 ... 8000 м3 / год при высоте разрабатываемого забоя 5 ... 70 м.
Рабочим органом роторных экскаваторов является ковши, размещенные на роторе 8, которые устанавливаются на стреле 9. В процессе копания вращающийся ротор вместе со стрелой и поворотной платформой перемещается по дуге окружности на угол 90 ... 120 ° на поворотном устройстве 11. Затем поворотную платформу поворачивают в обратном направлении, а экскаватор предварительно перемещают па величину, необходимую для получения заданной толщины стружки срезается ковшами.
Рисунок 2.6 - Роторный экскаватор: а - продольного копания; б - карьерный
Грунт из ковшей высыпается на приёмный конвейер 10, из которого переходит на конвейер 12 и далее в отвал или транспорт. Строительные роторные экскаваторы имеют меньшие размеры и массу, достаточную маневренность , их производительность составляет 250 ... 550 м3 / год при высоте копання 5,0 ... 7,5 м и глубине копания, ниже от уровня стоянки на 2,0 ... 3,5 м.
Для повышения производительности многоковшовых экскаваторов необходимо тщательно подбирать толщину стружки соответствующего пути резания и скорости движения для максимального наполнения ковшей; применять ковши повышенной емкости при разработке более мягких пород; обеспечивать полное опорожнение ковшей и не допускать просыпания грунта; своевременно подавать транспортные средства и выполнять передвижения путей.