Одноковшовые строительные экскаваторы.
Строительными называют одноковшовые универсальные экскаваторы с основными ковшами вместимостью 0,25..2, 5 м, оснащаемые различными видами сменного рабочего оборудования. Строительные экскаваторы предназначены для земляных работ в грунтах 1...4 категорий. С помощью, унифицированною сменного рабочего оборудования (до 40 видов) они могу; выполнять также погрузочно-разгрузочные, монтажные, сваебойные, планировочные, зачистные и другие работы.
Основными частями строительных экскаваторов являются гусеничное или пневмоколесное ходовое устройство, поворот пая платформа (с размещенными на ней силовой установкой, механизмами, системой управления и кабиной машиниста) и сменное рабочее оборудование. Поворотная платформа опирается на ходовое устройство через унифицированный роликовый опорно-поворотный круг и может поворачиваться относительно него в горизонтальной плоскости.
Индексация. В индексе одноковшовых строительных экскаваторов, выпущенных до 1971 г., указываются номинальная для данной модели вместимость основного ковша, порядковый номер модели и модернизации. Например, Э-6.У2В - экскаватор с основным ковшом вместимостью 0,65 м3, модель 2 прошедшая вторую модернизацию.
Действующая система индексации но ГОСТ 17343-83 предусматривает следующую структуру индекса, дающего более полную характеристику эксплуатационных, возможностей машины. Буквы ЭО означают - экскаватор
одноковшовый универсальный. Четыре основные цифры индекса последовательность означают размерную группу машины, тип ходового устройства, конструктивное исполнение рабочего оборудования
(вид подвески) и порядковый номер данной модели. Восемь размерных групп экскаваторов обозначается цифрами I — 8. Размер экскаватора характеризуют масса машины и мощность основного двигателя, а также геометрическая вместимость основного ковша.
Вместимость основных ковшей экскаваторов составляет: для 2-й размерной группы - 0,25...0,28 м3 , 3-й - 0,4...0,65 м3 , 4-й - 0,65...1,0 м3, 5-й -: ,0... 1,6 м3, 6-й -1,6.. .2,5 м3, 7-й - 2,5.. .4,0 м3.
Тип ходового устройства указывается цифрами 1 — 9. Цифра 1 означает гусеничное ходовое устройство (Г), 2 - гусеничное уширенное (ГУ), 3 -пневмоколесное (11), 4 - специальное шасси автомобильного типа (Г!П), 5 -шасси I ручного автомобиля (А), 6 - шасси серийного трактора (Тр), 7 - прицепное ходовое устройство (Пр.), 8, 9 - резерв. Конструктивное исполнение рабочего оборудования указывается цифрами 1 (с гибкой подвеской), 2 (с жесткой подвеской), 3 (телескопическое). Последняя цифра индекса означает 1'орядковмй номер модели экскаватора. Первая из дополнительных букв после цифрового индекса (А, Б, В и т.д.) означает порядковую модернизацию данной машины, последующие - вид климатического исполнения (С или ХЛ – северное, Т - тропическое, ТВ -для работы во влажных тропиках). Например, индекс ЭО--5123ХЛ расшифровывается так: экскаватор одноковшовый универсальный, 5-й размерной группы, на гусеничном ходовом устройстве, с жесткой подвеской рабочего оборудования, третья модель в северном исполнении. Экскаватор оборудуется основным ковшом вместимостью 1м, соответствующим 5-й размерной группе, и сменными вместимостью 1,25 и 1,6 м3.
Экскаваторы с жесткой подвеской рабочего органа. К ним относятся экскаваторы с гидравлическим приводом, которые преобладают в экскаваторном парке; отличаются универсальностью, обеспечивают большие (по сравнению с механическими) усилия копания и практически исключают затраты ручного труда на финишных операциях. В этой группе различают экскаваторы на пневмоколесном и гусеничном ходу. Главным параметром является вместимость ковша, она определяет производственные возможности и в
первую очередь производительность экскаватора. Чем больше ковш, тем более мощной делают машину. В результате приходится увеличивать ее массу. Типоразмерный ряд наиболее распространенных гидравлических экскаваторов имеет вместимости ковша: 0,25; 0,5; 0,65; 1,0; 1,6 и 2,5 м3. Из них первые два типоразмера экскаваторов 0,25 и 0,5 м3 выпускаются на пневмоколесном ходу, а последние три: 1,0; 1,6 и 2,5 м" - на гусеничном. Экскаваторы с ковшом 0,65 м выпускают с различным видом ходового оборудования.
Самый легкий экскаватор с ковшом 0,25 м3 представляет собой навесное оборудование на базовом колесном факторе мощностью 44 кВт, С увеличением вместимости ковша расширяются эксплуатационные возможности машин, увеличиваю им радиус их действия, глубина разработки, усилие копания.
Экскаваторы выпускаются с набором сменного оборудования. Наибольшее распространение получили обратная и прямая лопата, погрузчик и грейфер (рис. 4). Для повышения универсальности применения в разных группах каждый экскаватор имеет несколько сменных ковшей обратной лопаты, погрузчика и грейфера разной вместимости. Это позволяет более полно использовать силовую установку машины. Между требуемой мощностью силовой установки N, кВт, экскаватора на гусеничном ходу и его главным параметром - вместимостью ковша q имеет место зависимость N=89q. Мощность силовой установки пневмоколесных экскаваторов должна быть еще выше на 25...30% для обеспечения необходимых скоростей передвижения и повышения мобильности машины.
Рабочее оборудование гидравлического экскаватора с наиболее распространенным ковшом - обратная лопата состоит из стрелы, которая включает верхнюю и нижнюю шарнирно соединенные части рукояти и ковша Такой механизм позволяет совершать отдельные рабочие операции стрелой, рукоятью и ковшом, а также сочетать их в технологически требуемой последовательности. При этом реализуются значительные усилия копания, т. к. отбор грунта воспринимается не только массой рабочего оборудования, но и массой всей машины; улучшается управление ковшом. Рабочее оборудование шарнирно крепится к поворотной платформе.
На поворотной платформе расположены также дизель, гидронасос с ограничителем расхода рабочей жидкости, механизм поворота и противовес. Принцип действия механизма поворота состоит в передаче вращения от гидромотора к планетарному редуктору, который увеличивает крутящий момент и уменьшает частоту вращения платформы. Поворотная платформа опирается на ходовое оборудование.
Гидропривод ходового оборудования - пневмоколесного или гусеничного хода - состоит из гидромоторов, редукторов, тормозного устройства и ходовой рамы. Гидроцилиндры всех механизмов экскаватора в основном унифицированы и отличаются только ходом поршня. Экскаваторы с гибкой под веской рабочего органа (рис. 5) имеют механический или дизель - электрический привод (у мощных машин) и блочно-канатный механизм правления рабочим оборудованием.
Экскаватор состоит из поворотной платформы, на которой расположены двигатель, кабина и механизмы управления; главного редуктора с лебедками, фрикционами и тормозами и рабочего оборудования.
Экскаваторы выпускают с рабочим оборудованием прямой, обратной лопаты, драглайна, крана и грейфера. Основное отличие экскаваторов состоит в применении механической трансмиссии, которая включает: главную лебедку подъема ковша, лебедку подъема стрелы, механизм реверса, фрикционные муфты сцепления, зубчатые и цепные передачи.
В наборе оборудования механических экскаваторов следует выделить драглайн. Это рабочее оборудование отличается большим радиусом действия и глубиной копания. Оно состоит из стрелы (удлиненной решетчатой конструкции), тягового, подъемного и стрелового канатов, ковша с подвеской. Такая канатная система позволяет реализовать основное преимущество драглайна даже перед гидравлическими экскаваторами - возможность работать в глубоких выемках и планировать откосы с большими рабочими отметками.
Эксплуатационная производительность, м'/ч, одноковшового экскаватора
Пэ = n q Кн КВ/КР,
где n число циклов за час работы; n = 3600/ Тц (где Тц -продолжительность цикла работы экскаватора, с); - вместимость ковша, м3; Кн - коэффициент наполнения ковша (Кн 1...1,3), КВ - коэффициент использования экскаватора по времени в течение рабочей смены; Кр -коэффициент разрыхления грунта (Кр = 1,15. ..1,4).
Как и у других машин цикличного действия, производительность пропорциональна главному параметру я и обратно пропорциональна продолжительности Тц цикла:
Тц = tк +tпВ +tВ +tпз,
где tк ,tпВ ,tВ ,tпз - соответственно продолжительность копания, поворота на выгрузку, выгрузки и поворота в забой,с.
Коэффициент наполнения ковша зависит от вида оборудования, плотности и влажности грунта. Наибольшее наполнение ковша у прямой и обратной лопаты. В песках Кн = 1,02, а в глинах - 1,18. Во влажных фунтах его значение равно соответственно 1,15. ..1,35. Вместе с тем в мокрых глинистых фунтах коэффициент наполнения снижается на 10. 15% Для драглайна величина Кр меньше на 10... 15%, чем для прямой и обратной лопаты Продолжительность рабочего цикла у экскаваторов с жесткой подвеской рабочего оборудования меньше на 5 15%, гак как время, затрачиваемое на выполнение рабочих операций (особенно набора ковша) гидроприводом, меньше по сравнению с механическим приводом. Однако реализация данного преимущества возможна лишь при повышении качества изготовления элементов гидросистемы. Время цикла обратной лопаты больше, чем прямой, до 20...25%, а у драглайна еще больше примерно на 25...30%, чем у прямой лопаты, соответственно меньше производительность. Вместе с тем делать вывод о том, какое сменное оборудование эффективнее, необходимо с тщательным учетом особенности объекта. Каждое оборудование имеет свою область рационального применения Например, прямая лопата в принципе непригодна для разработки мокрых выемок и котлованов.
Пути повышения производительности одноковшовых экскаваторов состоят в сокращении за счет рациональных технологических схем продолжительности цикла, правильном выборе и при необходимости своевременной замене рабочего оборудования. Важную роль играет правильный подбор экскаваторных комплектов. Рациональное соотношение вместимости ковша и грузоподъемности автосамосвалов сокращает время технологических перерывов на замену транспортных средств при работе экскаватора с погрузкой грунта.
Формирование комплектов машин заключается в выборе в соответствии с технологическими схемами моделей и количества комплектующих машин, обеспечивающих по своим параметрам наиболее эффективное выполнение заданного на объекте объема работ. Этому требованию наиболее полно соответствует критерий - минимальный размер приведенных удельных затрат на I
м3 конечной продукции.
На выбор моделей и числа автосамосвалов влияют два противоположно действующих фактора. С увеличением грузоподъемности уменьшаются простои экскаватора для смены автосамосвалов, растет его выработка. Вместе с тем лишние автосамосвалы увеличивают стоимость комплекта. Рациональное соотношение q/Q равно примерно 1:10. Это значит, что в комплекте с экскаваторами с ковшом 0,65 м целесообразно использовать автосамосвалы МЛЗ грузоподъемностью 7 т, с ковшом I м3 — КамАЗ и КрАЗ грузоподъемностью 9.. 12 т, а с ковшом 2,5 м3 —автосамосвалы БелАЗ, 25 т.
Количество автосамосвалов может быть примерно определено по формуле
N = Пз /Па где Пз,Па — соответственно среднечасовая производительность экскаватора и автосамосвала (табл.5),
Примечание. Числитель–первая группа, знаменатель–третья.
В зарубежном, как и в отечественном, экскаваторостроении большинство моделей гидравлических экскаваторов имеют шарнирно-сочлененное рабочее оборудование обратной лопаты, состоящее из моноблочной либо составной стрелы с комплектом сменных рукоятей и ковшей. В набор сменного рабочего оборудования экскаватора включают как моноблочную, так и составную стрелы. Применяют и конструкции шарнирно-сочлененного рабочего оборудования, позволяющие с помощью дополнительных гидромеханизмов изменять геометрические параметры.
Ряд моделей гидравлических экскаваторов имеет телескопическое рабочее оборудование, обеспечивающее выполнение не только землеройных, но и планировочных работ.
Совершенствование технологических возможностей гидравлических экскаваторов направлено на увеличение углов поворота стрелы, рукояти и ковша, внедрение приборов и систем контроля за его положением, а также снижение времени на замену рабочих органов. Емкости сменных ковшей выбирают исходя из объемной массы разрабатываемого грунта и грузовой характеристики экскаватора.
Чтобы повысить надежность и долговечность рабочего оборудования, используют стали повышенной прочности для изготовления стрелы и рукояти, износостойкие стали для ковша. Установка литых элементов, вваренных в металлоконструкции в местах наибольших нагрузок, применение закаленных хромированных деталей в кинематических парах в сочетании с их уплотнением позволяют значительно повысить срок службы рабочего оборудования и упростить его техническое обслуживание.
Траншейные экскаваторы
Траншейные экскаваторы представляют собой самоходные землеройные машины непрерывного действия с многоковшовым и бесковшовым (скребковым) рабочим органом, который при поступательном движении разрабатывает сзади себя за один проход траншею определенной ширины, глубины и профиля с одновременной транспортировкой фунта в сторону от траншеи. Производительность траншейных экскаваторов, постоянно передвигающихся во время работы и отделяющих грунт от массива с помощью группы непрерывно движущихся по замкнутому контуру ковшей или скребков, в 2 2,5 раза выше, чем у одноковшовых машин, при этом качество работ тоже выше, а энергозатраты на 1 м3 разработанного грунта меньше. Причем экскаваторы этого типа способны разрабатывать не мерзлые и мерзлые груты. Главным параметром экскаваторов является номинальная глубина отрываемой траншеи
Каждый траншейный экскаватор состоит из трех основных частей: базового пневмоколесного или гусеничного тягача, обеспечивающего поступательное движение (подачу) машины; рабочего оборудования, включающего рабочий орган для копания траншей и поперечное (к продольной оси движения машины) отвальное устройство для эвакуации разработанного грунта в отвал или транспортные средства; вспомогательного оборудования для подъема-опускания рабочего органа и отвального устройства.
Классификация и индексация. Траншейные экскаваторы классифицируют по следующим основным признакам: по типу рабочего органа - на цепные (ЭТЦ) и роторные (ЭТР); по способу соединения рабочего оборудования с базовым тягачом - с навесным и полуприцепным рабочим оборудованием; по типу ходового устройства базового тягача - на гусеничные и пневмоколесные; по типу привода - с механическим, гидравлическим, электрическим и комбинированным приводом. Наибольшее распространение получили машины с комбинированным приводом.
В индексе траншейных экскаваторов первые две буквы ЭТ означают - экскаватор траншейный, а третья - тип рабочего органа (Ц - цепной, Р - роторный). Первые две цифры индекса обозначают наибольшую глубину отрываемой траншеи, дм, третья - порядковый номер модели. Первая из дополнительных букв после цифрового индекса (А, Б, В и т.д.) означает порядковую модернизацию машины, последующие - вид специального климатического исполнения (ХЛ - северное, Т - тропическое, ТВ - для работы во влажных тропиках). Например, индекс ЭТЦ-252А обозначает: экскаватор траншейный цепной, глубина копания 25 дм, вторая модель - 2, прошедшая первую модернизацию - А.
Рабочим органом цепных экскаваторов является однорядная или двухрядная свободно провисающая бесконечная цепь, огибающая наклонную раму и иссушая на себе ковши или скребки.
Рабочим органом роторных экскаваторов является жесткий ротор (колесо) с
ковшами или скребками, вращающимися на роликах рамы. Ширина отрываемых рабочими органами ЭТЦ и ЭТР траншей прямоугольного профиля зависит от ширины ковша или скребка и расположения на них режущих элементов. На один и тот же базовый тягач могут быть навешены сменные рабочие органы с различной шириной и количеством ковшей (скребков) для рытья траншей с различными параметрами профиля. Для траншей трапецеидального профиля рабочие органы ЭТЦ и ЭТР оборудуют активными и пассивными откосообразователями.
Машины данного типа сконструированы так, чтобы устранить недостатки циклической экскавации, при которой в течение только около 30% рабочего времени идет разработка грунта, а остальное время расходуется на маневры рабочим органом и перемещение машины в забое. Принципиальная особенность конструкции заключается в совмещении операций резания, транспортирования и разгрузки грунта.
Наибольшее распространение получили экскаваторы продольного копания. Они предназначены для разработки траншей под кабели связи и трубопроводы, каналов и других выемок с однотипным поперечным сечением. Рабочее оборудование траншейного цепного экскаватора (рис. 6) -цепь с ковшами или скребками - приводится в действие ведущей звездочкой Экскаватор, имеет механический или гидравлический привод, а базовой машиной служа! трактор, тягач или железнодорожная дрезина. У траншейных роторных экскаваторов ковши укреплены на колесе (роторе).
При прохождении ковшей через верхнюю часть цени или ротора грунт разгружается на конвейер или другие отвальные устройства и поступает в отвал или на транспортные средства. Рабочий орган траншейного экскаватора - ковш имеет форму, соответствующую прямоугольному или трапецеидальном сечению траншей, что позволяет ликвидировать финишные операции и снизить затраты труда на отделочных работах.
При малой ширине траншеи, а также для траншейной укладки кабеля вместо ковшей применяют скребки. Они выносят грунт из траншеи или щели на поверхность.
В сторону от траншеи грунт сдвигается шнековым устройством.
В экскаваторе предусмотрено управление рабочим оборудованием. Ковшовую цепь или ротор с помощью гидродвигателя опускают на грунт или поднимают в транспортное положение. Конвейер можно сдвигать на правую или левую сторону экскаватора для подачи грунта в нужную сторону траншеи. Длина конвейера 2 ..4 м. Экскаваторы оборудованы также автоматическими устройствами для контроля и регулирования глубины траншеи. Траншейные цепные экскаваторы позволяют механизировать не только земляные работы, но и укладку дренажных труб и фильтрующего материала при устройстве дренажей. Для этой цели к базовому тягачу крепят дополнительное оборудование - барабан с бухтой пластмассовой дренажной трубки. По мере продвижения экскаватора дренажная трубка сматывается и укладывается на дно траншеи. Заданный уклон дна и дренажной трубки выдерживается с помощью электрогидравлической системы управления и копирной проволоки. Основным эксплуатационным недостатком цепных экскаваторов является повышенный износ цепей.
Траншейные роторные экскаваторы (рис. 7) имеют по сравнению с цепными более высокий КПД и большую производительность, т. к. условия работы ковшей на роторе более благоприятные, чем на цепи. Однако для разработки траншей одинаковой глубины габаритные размеры ротора должны быть больше, чем цепной рабочий орган, поэтому масса и размеры экскаватора увеличиваются Применяются они на устройстве линейных земляных сооружений большой протяжённости, чтобы уменьшить число перебазировок между объектами
Роторная конструкция рабочего оборудования, обеспечивающая высокую производительность, используется в экскаваторах радиального копания. Предназначенных для производства вскрышных и добычных работ в карьерах строительных материалов, в мелиоративном строительстве и других особо крупных объектах. Экскаватор имеет шарнирно-подвижную стрелу с ротором, которая может подниматься, опускаться и поворачиваться вместе с поворотной илаIформой машины. Ковши разрабатывают фунт и разгружают
его отвальный конвейер. С конвейера грунт подается в отвал или на транспортные средства (железнодорожный карьерный транспорт или автосамосвалы большой грузоподъемности). Промышленность выпускает экскаваторы с диаметром роторного колеса до 16,5м я вместимостью ковша до 4000 л. Высота разрабатываемого забоя - до 70 м. В карьерах применяют и экскаваторы поперечного копания. Рабочее оборудование этих машин — жестко направленная ковшовая цепь при перемещении экскаватора по дну или по верхней отметке карьера разрабатывает откосы и подает грунт на отвальный конвейер.
Рис. 5 Траншейный цепной экскаватор:
1 – двигатель;2 – кабина;3 – гидропривод;4 – трансмиссия;5 – механизм подъема и опускания рабочего органа;6 – конвейер;7 – облицовка экскаватора;8 – рабочий орган
Технические характеристики экскаваторов приведены в табл.7
Рис. 6 Траншейный роторный экскаватор:
1 – базовый трактор;2 – электрооборудование;3 – привод генератора;4 – гидроцилиндр подъема рабочего органа;5 – электродвигатель привода конвейера;6 – конвейер;7 – гидроцилиндр подъема конвейера;8 – поддерживающие ролики;9 – задняя опора рабочего органа с шинами;10 – направляющие ролики;11 – установка привода ротора
Таблица 7
Технические характеристики экскаваторов непрерывного действия.
Модель | Базовый трактор | Мощность двигателя, кВт | Размеры траншеи, м | Рабочая скбрость, м/ч | Масса, т 1 | |
глубина | ширина | |||||
Экскаваторы траншейные цепные | ||||||
ЭТЦ-165А | МТЗ-82 | 1,6 | 0,2 | 20.. .800 | 5,8 | |
ЭТЦ-252 | ТТ-4 | 2,5 | 2,8 | 5. .150 | 18,6 | |
ЭТЦ-208В | Т-130МГ | 0,6 | 125.. 340 | 24,2 | ||
Экскаваторы траншейные роторные | ||||||
ЭТР-134 | ТТ-4 | 1,3 | 0,28 | 20…640 | 18,3 | |
ЭТР-223А | Т-130МГ | 2,2 | 1,5 | 10…300 | ||
ЭТР-253А | ДЭТ-250М | 2,5 | 3,2 | 20… 350 | 61,8 |
Экскаваторы поперечного и радиального копания имеют наиболее высокую производительность среди землеройных машин, однако, область их применения узкоспециализирована. Они применяются при выполнении больших объемов работ в карьерах и крупных выемках. Это объясняется недостаточной мобильностью, т к. для перебазировки даже небольших машин между объектами необходим частичный демонтаж при погрузке на трейлер.
Эксплуатационная производительность экскаваторов непрерывного действия, м /ч:
Пэ = 3,6vцqkКнКВ/ Тк Кр,
где vц - скорость движения ковшовой цепи или ротора, м/с; qk -вместимость ковша, л; Кн ,Кр - соответственно коэффициенты наполнения ковшей и разрыхления фунта, КВ - коэффициент использования многоковшового экскаватора по времени в течение рабочего дня; Тк - расстояние между ковшами (шаг ковшей), м. Производительность определяется в основном техническими характеристиками экскаватора: скоростью движения и параметрами рабочего оборудования. Например, вместимость ковшей роторного экскаватора ЭТР-100, применяемого в строительстве, — 100 л, высота разрабатываемого забоя до 7,5 м, наибольший радиус копания 11,5 м. Ротор диаметром 3,9 м имеет девять ковшей, частота его вращения до 10 мин"1. Коэффициент наполнения ковшей 0,8...1,1. Производительность - до 500 м3/ч.
Однако способы повышения производительности связаны в первую очередь с улучшением использования высокопроизводительной машины. Относительно низкий КВ =0,6 связан со значительными потерями рабочего времени, которые объясняются особенностями конструкции машин и технологии непрерывной разработки фунтов. Рабочие органы машины работают в абразивной среде, воспринимают значительные усилия и требуют больших затрат времени на техническую эксплуатацию. Машины имеют большие габаритные размеры, что усложняет процессы перебазировок
Сложности возникают и при разработке грунта с погрузкой в транспортные средства, особенно в автосамосвалы. Для поддержания непрерывного процесса работы экскаватора автомобили должны становиться под погрузку несколько единиц, что приводит уже к потерям рабочего времени на транспортных операциях и, как следствие, увеличению себестоимости разработки грунтов. Поэтому для транспортирования грунта от роторных экскаваторов лучше применять железнодорожные составы или конвейеры. Эти обстоятельства и объясняют тот факт, что экскаваторы поперечного и радиального копания находят применение в основном на крупных объектах в промышленности строительных материалов и погрузочно-разгрузочных работах. Их доля в общем объеме земляных работ не превышает 5%.
Имеются также ограничения по грунтам, экскаваторы плохо разрабатываю! плотные фунты выше III группы, мерзлые и содержащие крупные каменные включения.
Например, траншейный роторный экскаватор ЭТР-1001 имеет длину 28 м, массу 78 т и ширину гусеничного хода 5 м. Поэтому даже самые легкие роторные экскаваторы целесообразно применять при объеме работ на объекте не менее 20 тыс. м.
Рис.5.Экскаваторы с гибкой подвеской рабочего органа:
а – прямая лопата; б – обратная лопата; в- драглайн; г – грейфер; Rk Hk наибольший радиус и глубина копания; RB HB - радиус и высота выгрузки.
3. ХРОНОМЕТРАЖ РАБОЧЕГО ЦИКЛА.
Хронометраж рабочего процесса строительных машин - это точное измерение продолжительности рабочего цикла машины, которое выполняется в реальных условиях эксплуатации. Его проводят для определения реальной производительности строительной машины при производстве работ.