Землеройные машины
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Землеройные машины
К землеройным машинам относятся экскаваторы всех типов. Они обеспечивают отделение грунта от массива и перемещение его в пределах зоны, определяемой типом рабочего оборудования.Экскаваторы подразделяются на, две большие группы: универсальные одноковшовые и многоковшовые.
Одноковшовые экскаваторы
Предназначены для разработки грунта с последующей выгрузкой его в транспортное средство или в отвал. Легкие и средней плотности грунты разрабатываются экскаваторами без предварительного рыхления, а прочные, скальные и мерзлые грунты - с предварительным.При комплектовании экскаваторов сменным рабочим оборудованием сфера их применения значительно расширяется. Они могут использоваться для выполнения погрузочных, сваебойных, буровых и других видов работ.
Одноковшовые экскаваторы относятся к машинам циклического действия. Рабочий процесс включает операции набора грунта, поворота груженого ковша, к месту выгрузки, выгрузки грунта в транспортное средство или в отвал и установки ковша и исходное положение. Совокупность указанных операций - рабочий цикл.
Одноковшовые экскаваторы классифицируют по назначению, конструкции ходового устройства, виду и подвеске рабочего оборудования, типу рабочих органов и другим признакам.
По назначению одноковшовые экскаваторы разделяют на строительные, строительно-карьерные, карьерные, вскрышные и туннельные. Строительные и строительно-карьерные экскаваторы являются универсальными и применяются для выполнения различных работ в строительстве (отрывка котлованов и траншей, разработка карьеров строительных материалов, выполнение погрузочных и других работ). Карьерные экскаваторы используют для добычи полезных ископаемых открытым способом; вскрышные - для снятия верхнего слоя грунта или горной породы при подготовке карьеров к разработке; туннельные - для работы под землей при строительстве подземных сооружений и добычи полезных ископаемых.
У одноковшовых экскаваторов могут быть различные типы ходового устройства: гусеничное, пневмоколесное, шагающее, рельсового типа, специальное и комбинированное. Для строительных экскаваторов наиболее характерным является гусеничное и пневмоколесное ходовое устройство.
По виду рабочего оборудования экскаваторы делятся на прямую и обратную лопаты, драглайн, грейфер. Дополнительно может монтироваться буровое, сваебойное, крановое и другие виды оборудования. Подвеска рабочего оборудования может быть жесткой (экскаваторы с гидравлическим приводом) и гибкой (на канатных полиспастах).
Конструктивные особенности рабочих органов определяются их назначением. По основному назначению применяются рабочие органы ковшового, грейферного и рыхлительного типов, однако следует отметить, что экскаваторы, являясь наиболее универсальными из всех строительных машин, имеют более сорока видов сменного рабочего оборудования.
По возможности поворота платформы экскаваторы подразделяют на полно- и неполноповоротные. На полноповоротных экскаваторах поворот рабочего оборудования в плане не ограничен. Неполноповоротные экскаваторы выпускают в качестве навесного рабочего оборудования на колесном тракторе, поэтому угол по ворота поворотной колонки ограничен и составляет 150 - 240°. Для расширения производственных возможностей в настоящее время за рубежом освоен выпуск полноповоротных экскаваторов с поворотной колонкой.
Все одноковшовые экскаваторы, за исключением неполноповоротных, независимо от вида рабочего оборудования и типа подвески имеют одинаковую структурную базу (рис.15), включающую поворотную платформу 5, силовую установку 2, опорно-поворотное устройство 6, ходовое устройство 8, противовес 1, кабину оператора 3, рабочее оборудование 4, 7 и механизмы передвижения и поворота.
Рис.15. Базовая часть одноковшового экскаватора и основные виды сменного рабочего оборудования
1 - противовес; 2 - силовая установка; 3 - кабина; 4, 7 - труба выхлопных газов; 5 - поворотная платформа; 6 - опорно-поворотное устройство; 8 - ходовое устройство.
Наибольшее распространение получили ходовые устройства гусеничного и пневмоколесного типов, реже - на базе автомобиля.
Ходовое устройство гусеничного типа, предназначено для передвижения экскаватора в пределах строительной площадки. Оно состоит из рамы и соединенных с ней двух гусеничных тележек. При передислокации с объекта на объект гусеничные экскаваторы перевозят на специальном прицепе при помощи автотягача.
Пневмоколесное ходовое оборудование обеспечивает большую мобильность: при передислокации с объекта на объект экскаватор может перемещаться своим ходом или на жесткой сцепке за тягачом (при этом должен быть отключен привод ведущих колес и гидроцилиндр управления поворотом передних колес). Поскольку жесткость пневмоколесного ходового оборудования невысока, при работе обязательно нужно использовать выносные опоры для разгрузки колеси увеличения опорного контура.
Поворотная платформа предназначена для размещения на ней силовой установки с основными механизмами экскаватора, кабины машиниста с системой управления и другого оборудования. Она воспринимает все нагрузки, возникающие в процессе работы, а также нагрузки от расположенного на платформе оборудования. Поворотные платформы выпускают сварными или комбинированными (сварно-литыми).
Рама механизма передвижения и поворотная платформа экскаватора соединены между собой опорно-поворотным устройством. Оно унифицировано с опорно-поворотными устройствами стреловых кранов и обеспечивает неограниченный поворот в обе стороны платформы с размещенными на ней механизмами и рабочим оборудованием.
Отличительной особенностью неполноповоротных экскаваторов является отсутствие поворотной платформы. Рабочее оборудование крепится к поворотной колонке, которая и обеспечивает его поворот на угол 150 - 240°.
Механизм передвижения обеспечивает перемещение экскаватора в пределах строительной площадки (для гусеничного) и передислокацию с объекта на объект (для пневмоколесного ходового устройства). Механизм передвижения гусеничных экскаваторов с гидравлическим приводом включает гидромотор и редуктор, выходной вал которого при помощи муфты соединен с ведущей звездочкой гусеничной тележки. У многих экскаваторов редуктор механизма передвижения унифицирован с редуктором механизма поворота. Привод гусеничных тележек осуществляется раздельно, что в два-три раза сокращает затраты времени при перемещении в забое и повышает мобильность экскаватора.
Механизм передвижения пневмоколесных гидравлических экскаваторов состоит из гидромотора, коробки передач, карданных валов привода переднего и заднего мостов и главной передачи. Передний мост включается автоматически при переходе на пониженную передачу. В последнее время распространение получил индивидуальный привод колес пневмоколесных экскаваторов при высокомоментных гидромоторах через ступичные редукторы. Такая конструкция ходового устройства обеспечивает повышенную проходимость и широкий диапазон скорости перемещения.
Механизм передвижения гусеничных экскаваторов с механическим приводом - часть трансмиссии машины. Конечным звеном его является горизонтальный вал, на консолях которого жестко закреплены звездочки, цепной передачей связанные с ведущими звездочками гусеничных тележек. Включается и выключается механизм передвижения при помощи муфт.
Элементы трансмиссии механизмов хода и поворота выполнены таким образом, что при перемещении экскаватора невозможно включить поворот, и наоборот.
Трансмиссия механизма передвижения у пневмоколесных экскаваторов с механическим приводом и пневмоколесных гидравлических экскаваторов не отличается, только силовой поток передается не от гидромотора, а от двигателя внутреннего сгорания.
Механизм поворота полноповоротного гидравлического экскаватора, включает низкомоментный гидромотор с редуктором, закрепленный на поворотной платформе. На выходном валу редуктора установлена шестерня, находящаяся в зацеплении с зубчатым венцом опорно-поворотного круга. Для уменьшения габаритных размеров механизма поворота, в последнее время стали применять редукторы планетарного типа.
Механизм поворота неполноповоротного экскаватора представляет собой два гидроцилиндра, штоки которых связаны втулочно-роликовой цепью, охватывающей звездочку поворотной колонки. Гидроцилиндры закреплены вдоль продольных лонжеронов рамы базового трактора, колонка поворачивается при переменном перемещении штоков.
Рабочее оборудование. Как указывалось ранее, наиболее часто на универсальных экскаваторах применяют прямую и обратную лопаты, драглайн, грейфер, рыхлительное оборудование.
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 (рис.16) 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.16. 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. Верхний пояс ковша имеет усиление. В районе режущей кромки передней стенки приварены карманы для установки зубьев, количество которых зависит от ширины ковша и вида работ, для которых они предназначены. Нередко зубья устанавливают и на боковых стенках, преимущественно при разработке грунта в траншеях. Эти зубья подрезают стенки траншеи, исключая заклинивание в ней ковша. Передняя стенка в нижней части имеет перфорацию для удаления воды при разработке переувлажненных грунтов.
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.
Обратная лопата экскаватора с механическим (канатным) приводом (рис.17) несколько отличается от обратной лопаты экскаватора с гидравлическим приводом.
Рис.17. 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 (рис.17) 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.
Прямая лопата (рис.18) 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 выше уровня стоянки.
Рис.18. 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.
Прямая лопата работает следующим образом. Подавая рабочую жидкость в гидроцилиндры управления стрелой и рукоятью, их поворачивают таким образом, чтобы ковш занял первоначальное положение для копания (у основания забоя). Набирается грунт поворотом рукояти относительно оси ее крепления на стреле. Толщину срезаемой стружки регулируют гидроцилиндрами стрелы, опуская или поднимая ее относительно поворотной платформы на необходимую высоту. После наполнения ковша грунтом поднимают стрелу и выводят коню из забоя. Поворотом платформы вместе с рабочим оборудованием груженый ковш перемещают к месту выгрузки. При необходимости одновременно с поворотом ковш гидроцилиндрами стрелы и рукояти поднимают на необходимую высоту, для выгрузки грунта гидроцилиндром 8 поворачивают ковш или открывают днище неповоротного ковша. Затем ковш возвращают в исходное положение и рабочий цикл повторяется. Для сокращения времени цикла поворот в исходное положение совмещают с опусканием ковша. Во избежание создания аварийных ситуаций следует помнить, что совмещение операций копания и поворота ковша на выгрузку категорически запрещено.
В качестве стрелы прямой лопаты используют нижнюю часть основной стрелы обратной лопаты, а в качестве рукояти ее верхнюю удлиняющую часть.
Рукоять шарнирно прикреплена к стреле. К середине рукояти приварен кронштейн с тремя отверстиями для крепления штока гидроцилиндра рукояти. Наличие отверстий позволяет при необходимости изменять высоту копания и высоту выгрузки за счет переустановки штока.
Ковш прямой лопаты отличается от ковша обратной лопаты наличием открывающегося днища для выгрузки грунта. В остальном их конструкции принципиальных отличий не имеют.
У экскаваторов с механическим приводом (рис.19) стрела 5 пятой шарнирно крепится к поворотной платформе. Головной частью она подвешена канатом стрелоподъемной лебедки к двухногой стойке.
Рис.19. Механический экскаватор с прямой лопатой
1 - ходовое устройство; 2 - поворотная платформа; 3 - силовая установка; 4 - седловой подшипник; 5 - стрела; 6 - рукоять; 7 - ковш.
При помощи стрелоподъемной лебедки изменяется положение стрелы в плоскости опорной поверхности экскаватора в пределах 45 - 60 . Рукоять 6 с жестко закрепленным на ней ковшом 7 опирается на стрелу при помощи устройства 4, называемого седловым подшипником, который позволяет ей совершать возвратно-поступательное движение и поворачиваться относительно оси крепления.
Днище у ковша открывающееся с подпружиненной защелкой. Закрывается днище при установке ковша в исходное положение.
Рабочие движения одноковшовых экскаваторов с механическим приводом обеспечиваются механизмами подъема ковша, напора, поворота и открывания днища.
Рабочий процесс механического экскаватора с прямой лопатой принципиально не отличается от рабочего процесса экскаватора с гидроприводом, однако имеются отличия в составе операции набора грунта.
Ковш в исходное положение устанавливают совместной работой напорного и подъемного механизмов. При наматывании на барабан возвратного каната при одновременном сматывании напорного рукоять перемещается в седловом подшипнике вместе с ковшом по направлению к платформе. Одновременно при расторможенном подъемном канате рукоять вместе с ковшом под действием силы тяжести поворачивается относительно оси седлового подшипника и устанавливается в исходное положение.
Грунт набирают совместным действием механизма подъема ковша и механизма напора при стационарном положении стрелы под углом 45 - 6О° к горизонту. Толщину стружки регулируют выдвижением рукояти относительно седлового подшипника в сторону забоя, а силы сопротивления копанию преодолеваются усилием в подъемном канате.
Механизм напора в механических экскаваторах может быть канатным или реечным. В первом случае на экскаваторе монтируется двухбалочная стрела и однобалочная рукоять, во втором случае - наоборот.
Разновидностью прямой лопаты является погрузочное оборудование на базе экскаватора с гидроприводом (рис.20).
Рис.20. Погрузочное оборудование на базе гидравлического экскаватора
1 - стрела; 2, 9, 14 - гидроцилиндры привода рукояти, ковша и стрелы соответственно; 3 - рукава высокого давления; 4, 5 - оси крепления гидроцилиндра и рукояти к стреле; 6 - тяга; 7 - рукоять; 10 - треугольник; 11, 12 - оси крепления гидроцилиндра и треугольника к ковшу; 13 - ковш погрузчика.
Погрузчик работает выше уровня стоянки машины; движение ковша направлено от экскаватора в сторону забоя или отвала материалов. Кинематическая схема подвески рабочего оборудования обеспечивает движение ковша по прямолинейным горизонтальным траекториям на уровне стоянки на длине более 2 м, что позволяет выполнять операции по планировке поверхности. Вместимость ковша погрузчика в 1,5 - 2 раза больше ковша прямой лопаты, что повышает производительность при выполнении погрузочных работ.
В качестве стрелы 1 использована основная стрела обратной лопаты. Рукоять 7 шарнирно 8 закреплена на стреле и вместе с тягой 6 и подвеской 10 ковша образует шарнирный четырехзвенник, с помощью которого ковш движется по прямолинейной горизонтальной траектории.
Подъем и опускание стрелы, поворот рукояти и ковша 13 производят гидроцилиндрами 14, 2 и 9 соответственно.
Грейфер (рис.21) применяют для отрывки котлованов, траншей, колодцев и выполнения погрузо-разгрузочных работ. Грейферы, используемые на экскаваторах с гидравлическим приводом, имеют жесткую подвеску. Это позволяет создавать необходимые усилия напора при врезании и эффективно разрабатывать плотные грунты.
Рис.21. 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 или возведении сооружений методом "стена в грунте" 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 (рис.22). Челюсти ковша замыкают тяговым канатом, а высоту изменяют подъемным канатом.
Рис.22. 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.
Драглайн (рис.23) предназначен для разработки грунтов 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.
Рис.23. 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.
Рабочий процесс состоит из нескольких операций. При повороте экскаватора в сторону выработки после разгрузки грунта из ковша барабан тягового каната растормаживается и под действием центробежных сил ковш забрасывается на максимально возможное расстояние. Навивая тяговый канат на барабан, ковш начинают подтягивать к экскаватору. Под действием силы тяжести ковша передняя (режущая) его кромка внедряется в грунт, срезая стружку определенной толщины. Путь для заполнения ковша в среднем равен длине пяти ковшей. По окончании набора грунта барабан тяговой лебедки затормаживают и включают привод подъемной лебедки. Затем ковш подтягивают к стреле, одновременно может выполняться поворот на выгрузку. Драглайны работают преимущественно с разгрузкой в отвал, так как разгрузка в транспортное средство значительно снижает производительность из-за того, что эту операцию необходимо производить после полной остановки поворотного движения и понижения скорости поворота для предотвращения раскачивания ковша. При достижении точки выгрузки растормаживают тяговый барабан, канат сматывается с барабана, разгрузочный канат ослабляется и ковш опрокидывается. Экскаватор поворачивается в исходное положение, цикл повторяется.
В отличие от прямой и обратной лопат, ковши которых соединены с рукоятью, ковш драглайна подвешивают к стреле на канатах. Это ограничивает возможности драглайна по разработке плотных грунтов, так как заглубление зависит только от силы тяжести ковша.
Для экскаваторов, особенно с гидравлическим приводом, разработан целый спектр сменных рабочих органов. Наиболее распространены ковши обратной лопаты как основного рабочего оборудования. Для одной и той же модели экскаватора выпускают ковши различной вместимости, конфигурации и конструкции.
Ковши обратной лопаты для обычных земляных работ (рис.24, а, б, в), как правило, сварной конструкции с зубьями по режущей кромке. Количество зубьев зависит от ширины ковша 11 вида работ, для которых он предназначен.
Рис.24. Основное сменное рабочее оборудование гидравлического экскаватора
а, б, в, - ковши обратных лопат; г - ковш для дренажных работ; д - ковш для рытья узких траншей; е - ковш для планировочных работ; ж - зачистной ковш; з, и, к - погрузочные ковши; л - бульдозерный отвал; м - многозубый рыхлитель; н - крановая подвеска; о - однозубый рыхлитель; п - устройство для бокового смещения ковша.
Для рытья продольных дренажных каналов и узких траншей применяют ковши, представленные на рис.24 , д. Ковши для зачистных и планировочных работ (рис.24 , ж) широкие и чаще всего без зубьев. Режущая часть таких ковшей выполнена в виде плоского ножа, приваренного к днищу и боковым стенкам. Задняя стенка имеет цилиндрическую форму, что улучшает условия заполнения и разгрузки.
Погрузочные ковши (рис.24, и, к) по ширине меньше планировочных, а по высоте больше. При погрузке кусковых материалов погрузочные ковши могут оснащаться зубьями, которые устанавливают на болтах. Боковые стенки таких ковшей дополнительно укрепляются ребрами жесткости.
Для засыпки ям и траншей применяют рабочий орган отвального типа (рис.24 л), а для рыхления прочных и мерзлых грунтов, взламывания асфальтовых покрытий, а также корчевания пней - многозубые или однозубые рыхлители (рис.24, м, о).
Экскаваторы могут использоваться в качестве грузоподъемных устройств. Для выполнения такого рода работ устанавливают крановую подвеску (рис.24, н), для погрузочных работ - грейферные или захватные рабочие органы. При работе вблизи фундаментов существующих зданий и других сооружений машина может оснащаться специальной надставкой (рис.24, п), обеспечивающей смещение ковша относительно продольной оси стрелы.
Основным параметром, определяющим функциональное назначение экскаватора, является его производительность.
Экскаваторы непрерывного действия
Это землеройные машины, выполняющие все операции технологического цикла (разработку грунта, транспортировку его на поверхность и выгрузку в отвал или транспортное средство) одновременно.Наиболее широко экскаваторы непрерывного действия применяют для отрывки протяженных выработок прямоугольного (траншеи) и трапециедального (каналы) сечений в грунтах I - IV категорий без крупных (до 200 мм) каменистых включений. Глубина выработок может достигать 0,5 - 4 м (в отдельных случаях - до 6 м) при ширине по дну 0,25 - 2 м с заложением откосов от 1 : 1 до 1 : 2.
Совместно с другими видами машин и вспомогательного оборудования экскаваторы непрерывного действия образуют технологические комплексы, предназначенные для выполнения различных видов работ при строительстве нефте- и газопроводов, оросительных и осушительных каналов, устройстве дренажных систем, закрытых напорных водоводов, добыче и переработке нерудных строительных материалов, строительстве подземных кабельных линий связи и электропередач, других коммуникаций.
Экскаваторы непрерывного действия классифицируют по назначению, типу рабочего органа и характеру его перемещения в пространстве.
Для экскаваторов непрерывного действия принята буквенно-цифровая индексация. Буквенная часть индекса характеризует тип рабочего органа: ЭТР - рабочий орган роторного типа; ЭТЦ - рабочий орган цепного типа. Две первые цифры отражают глубину копания, дм, третья - порядковый номер модели; для экскаваторов роторных стреловых первые три цифры - вместимость ковша, л, четвертая - порядковый номер модели; для экскаваторов поперечного копания первые две цифры - вместимость ковша, л, третья - порядковый номер модели. При модернизации после цифр добавляют буквы по порядку русского алфавита.
Например, индекс ЭТР-252А обозначает: экскаватор траншейный роторный с глубиной копания до 25 дм, вторая модель, первая модернизация.
Цепные траншейные экскаваторы разрабатывают траншеи с ровными стенками и днищем в траншеи для укладки инженерных коммуникаций, не требующие дополнительных работ по зачистке и планировке. Отвалы грунта располагаются в непосредственной близости от кромки траншей, что удобно для ее последующей засыпки.
Экскаваторы смонтированы на колесных или гусеничных тракторах. Рабочее оборудование включает рабочий орган, отвальный транспортер и дополнительное оборудование.
Рабочий орган может быть скребкового или ковшового типа.
Цепной траншейный экскаватор ЭТЦ-165А с рабочим органом скребкового типа (рис.25) смонтирован на базе колесного трактора и предназначен для отрывки траншей в грунтах I - III категории под укладку кабеля или трубопроводов небольшого диаметра. В состав рабочего оборудования входит шнековый конвейер, установленный сзади трактора, и бульдозерный отвал в передней части.
Рис.25. Экскаватор траншейный цепной ЭТЦ-165А
1 - отвал бульдозера; 2 - механизм подъема и опускания рабочего органа;3 - редуктор привода рабочего органа; 4 - дополнительная рама рабочего органа; 5 - рабочий орган; 6 - зачистной башмак; 7 - рабочая цепь; 8 - шнековый конвейер; 9 - трактор.
Рабочий орган экскаватора ЭТЦ-165А (рис.26) представляет собой сварную металлическую раму 7, на которой установлены шнеки 1 и натяжное устройство 6 с амортизатором, предохраняющим от перегрузок рабочую цепь 4. Цепь установлена на ведущей 5 и ведомой звездочках и опирается на ролики 3, закрепленные на раме 7.
Рис.26. Рабочий орган траншейного экскаватора
1 - шнековый отвалобразователь; 2 - корпус подшипника; 3 - поддерживающий ролик; 4 - рабочая (скребковая) цепь; 5 - ведущая звездочка; 6 - натяжное устройство; 7 - рама.
Рабочие скорости набираются с помощью дополнительно встроенного в трансмиссию базового трактора гидромеханического ходоуменьшителя.
Бульдозерный отвал экскаватора может поворачиваться в поперечной плоскости на угол до 45 в обе стороны и выдвигаться в сторону за колесо трактора, что позволяет повышать производительность обратной засыпки траншеи при движении экскаватора параллельно траншее.
У экскаваторов типа ЭТЦ-165А высокая маневренность и мобильность, что позволяет использовать их в стесненных условиях и на больших строительных объектах, где требуются частые перестановки машины.
Среди цепных траншейных экскаваторов наибольшее распространение получил экскаватор ЭТЦ-252А (рис.27), смонтированный на базе трелевочного трактора ТТ-4.
Рис.27. Экскаватор ЭТЦ-252А
1 - силовая установка; 2 - кабина; 3 - гидросистема; 4 - трансмиссия; 5 - механизм подъема и опускания рабочего органа; 6 - конвейер; 7 - лоток; 8 - рабочий орган; 9 - скребок.
Он предназначен для отрывки траншей под укладку водопроводных и канализационных труб, кабеля и других инженерных коммуникаций в талых грунтах I - III категорий с каменистыми включениями не более 200 мм, в грунтах сезонного промерзания па глубину до 2,5 м, а при установке дополнительной вставки до 3,5 м. Для рытья траншей с наклонными стенками в обрушивающихся грунтах на рабочий орган устанавливают специальные откосообразователи. При определенных условиях экскаватор может использоваться для отрывки траншей при строительстве лен точных фундаментов.
Рабочий орган экскаватора ЭТЦ-252А (рис.28) обеспечивает разработку и вынос грунта из забоя, а также придает траншее необходимый профиль.
Рис.28. Рабочий орган экскаватора ЭТЦ-252А
1-4, 6, 7 - скребки; 5 - тяговая цепь; 8 - ведущий (турасный) вал; 9 - рама; 10 - поддерживающие ролики; 11 - дополнительная вставка для увеличения глубины траншеи до 3,5 м; 12 - натяжное устройство; 13 - ограничитель; 14 - цепные откосообразователи; 15 - качающаяся траверса (балансир).
Все узлы и детали рабочего органа смонтированы на раме 9. Приводной вал 8 передает движение рабочей цепи 5 со скребками 1 - 4, 6, 7, которые разрыхляют грунт и выносят его из забоя на отвальный конвейер. На передней кромке скребков установлены рыхлящие зубья. Рациональная схема расстановки зубьев позволяет снизить динамические нагрузки на рабочий орган и цепь за счет обеспечения равномерности разработки грунта. Провисание холостой ветви цепи уменьшается благодаря установке на раме поддерживающих роликов 10. Для придания траншее трапецеидального профиля с шириной по верху до 2,8 м и по низу до 1 м на раме закрепляются цепные откосообразователи 14, соединенные балансиром 15.
Натяжное устройство 12 состоит из винтов с гайками и пружин и предназначено для обеспечения необходимого натяжения рабочей цепи и предохранения рабочего органа от поломок в результате кратковременных перегрузок. Ограничитель 13 формирует профиль отрываемой траншеи и обеспечивает устойчивую работу рабочего органа (исключает боковые уводы рамы рабочего органа).
Для увеличения глубины копания до 3,5 м раму удлиняют вставкой 11 с двумя парами поддерживающих роликов, двумя скребками уширителей и отрезков цепей откосообразователей, тяговой цепи и соединительных звеньев.
Грунт в отвал подают конвейером 6 (см. рис.28). Установку конвейера изменяют в зависимости от правой или левой выгрузки. В транспортное положение его секции складывают при помощи лебедки.
Привод рабочего органа и транспортного передвижения экскаватора ЭТЦ-252А механический. Привод конвейера осуществляется от двух гидромоторов. Рабочее передвижение экскаватора обеспечивается гидромеханической трансмиссией с бесступенчатым регулированием в четырех диапазонах скоростей.
Рабочий процесс цепного траншейного экскаватора заключается в установке машины по оси траншеи, переводе рамы ковшовой цепи в рабочее положение при помощи механизма подъема рабочего органа и заглубление его в грунт при вращении ведущего (турасного) вала привода цени. После заглубления включается продольное перемещение на выбранной рабочей скорости. Режущая кромка ковшей (скребков), оснащенная зубьями, разрыхляет грунт, который поступает в ковши и выносится ими на поверхность. Поскольку ковши к рабочей цепи крепятся в одной точке, при огибании ведущей звездочки они занимают вертикальное положение и грунт ссыпается на конвейер. Для улучшения разгрузки ковшей на раме ковшовой цепи может устанавливаться скребок.
Рабочий орган принимает участие в сложном движении, слагаемом из поступательного движения машины и движения вдоль забоя по направляющим ковшовой рамы. При этом каждый следующий ковш (скребок) повторяет путь предыдущего с некоторым смещением, так что стружка получается равной толщины по всей длине забоя.
Экскаваторы-дреноукладчики выполнены на базе цепных траншейных экскаваторов. Доработка сводится к установке кассеты для дренажных труб и конвейера для одновременной полной обратной засыпки траншеи, монтажу системы автоматического поддержания заданного уклона дна траншеи на основе контактных (копирный трос) или бесконтактных (лазерных) систем, а также оснащению технологическим оборудованием для изоляции труб фильтрующим материалом. Дреноукладчики обеспечивают уклон дрен 0,001 - 0,01, отклонение средней линии уложенной дрены от проектного уклона - не более 0,0005, отклонение дренажной линии от ее средней линии - не более 3 см для зоны орошения и не более 2 см для зоны осушения. Рабочий орган экскаватора-дреноукладчика оснащен ковшами.
Роторные траншейные экскаваторы предназначены для отрывки траншей в грунтах I - III групп под инженерные коммуникации, нефте- и газопроводы, дренаж. Они могут использоваться для оконтуривания котлованов, выемок и на других работах. Эти экскаваторы преимущественно применяют на линейно протяженных объектах с большим объемом земляных работ, когда не требуется частых передислокаций.
По способу соединения рабочего оборудования с тягачом роторные траншейные экскаваторы разделяют на навесные и полуприцепные. У полуприцепных экскаваторов рабочий орган спереди опирается на тягач, а сзади - на дополнительную пневмоколесную опору.
Конкретные модели и модификации роторных траншеекопателей могут отличаться конструктивным исполнением отдельных элементов рабочего оборудования (например, грунтометатели вместо конвейера) при сохранении общего принципа построения.
Роторные траншейные экскаваторы имеют некоторые преимущества перед цепными. Рабочий процесс отличается меньшей энергоемкостью ввиду отсутствия цепей, работающих в абразивной среде. У них более высокая производительность благодаря повышенному числу ссыпок, обеспечиваемому равномерностью вращения ротора и лучшими условиями разгрузки ковшей.
Однако у роторных экскаваторов большие (по сравнению с цепными) габаритные размеры и масса.
Роторный траншейный экскаватор (рис.29) в обычном исполнении представляет собой самоходную машину, состоящую из двух частей - тягача и рабочего оборудования.
Рис.29. Экскаватор траншейный роторный
1 - тягач;2, 3 - механизмы подъема задней и передней частей рабочего оборудования; 4, 6 - рамы; 5 - конвейер; 6 - конвейер; 7 - зачистное устройство; 8 - ротор; 9 - гусеничная тележка.
У тягача 1 смещенная кабина управления. Платформа в зад ней части предназначена для размещения на ней ротора в транспортном режиме. В качестве тягача используют чаще всего перекомпонованные тракторы или специальные тягачи с удлиненным гусеничным ходовым устройством 9 и узлами промышленных тракторов.
Рабочее оборудование включает ротор 8 с ковшами, конвейер 5, раму ротора 6, зачистное устройство 7, ножевой откосообразователь.
Ротор состоит из двух колец, соединенных ковшами, и установлен на опорных катках рамы. По внутренней окружности колец ротора на винтах закреплены зубчатые сегменты со специальным профилем зуба, которые находятся в зацеплении с зубчатыми колесами вала привода ротора. В рабочее и транспортное положение ротор переводится при помощи механизма подъема рабочего оборудования, состоящего из двух гидроцилиндров 2 и шарнирно-рычажной системы 3, связывающей раму ротора с монтажной рамой 4.
К раме ротора жестко крепится зачистное устройство. Оно формирует дно траншеи и является дополнительной опорой для рабочего оборудования. Конструктивно зачистное устройство представляет собой изогнутый по сложной кривой стальной лист, повторяющий по высоте профиль отрываемой траншеи и усиленный ребрами жесткости. Нижняя часть зачистного устройства имеет опорную поверхность в виде лыжи или металлического катка. Дно траншеи зачищается передней кромкой, выполненной в виде и ножа.
Привод механизма передвижения, вращение ротора и конвейера осуществляются от двигателя базовой машины при помощи механической или гидромеханической трансмиссии. Для оптимальных условий работы в различных грунтовых условиях трансмиссия обеспечивает несколько скоростей перемещения экскаватора и вращения ротора или их бесступенчатое изменение.
Рабочий процесс роторных траншеекопателей включает несколько операций: экскаватор располагают по оси траншеи и при отключенном механизме перемещения при помощи механизма подъема 2, 3 ротора переводят его в рабочее положение; включают выбранную рабочую скорость перемещения и одновременно привод вращения ротора; используя гидроцилиндры механизма 2, заглубляют ротор на проектную глубину; ковши ротора, оснащенные зубьями, разрыхляют грунт, который попадает внутрь ковшей и поднимается на поверхность; при прохождении верхней точки грунт из ковшей ссыпается на ленту конвейера и разгружается в отвал.
Поскольку ротор участвует в сложном движении, складывающемся из поступательного вместе с тягачом и вращательного относительно собственной оси, стружка срезаемого грунта имеет серповидную форму, причем сечение увеличивается от дна траншеи к дневной поверхности.
Основными направлениями дальнейшего совершенствования экскаваторов непрерывного действия является повышение их эксплуатационных характеристик (производительности и надежности), расширение универсальности и области применения.
Производительность как одна из важнейших эксплуатационных характеристик может быть повышена путем увеличения единичной мощности силовых установок для привода рабочего оборудования и совершенствования рабочих процессов разработки в транспортирования грунта.
За последние пять лет мощность экскаваторов непрерывного действия возросла в среднем на 20 %, а для отдельных категорий (экскаваторы-каналокопатели) - на 30-40 %.
Совершенствование рабочих процессов предполагает комплексное воздействие на грунт рабочими органами интенсифицирующего действия, применение инерционного способа разгрузки ков шей, использование эффекта обрушения грунта. Принятие указанных мер ведет не только к увеличению производительности, но и к снижению удельных показателей применения.
Надежность экскаваторов непрерывного действия повышают за счет использования современных комплектующих изделий и материалов, более совершенных конструктивных решений, а также высокого уровня их унификации.
Расширение универсальности и области применения экскаваторов непрерывного действия достигается использованием различных видов сменного рабочего оборудования (например, для раз работки мерзлых грунтов, отрывки широких или узких траншей и т.д.).
При проектировании и эксплуатации экскаваторов непрерывного действия различают техническую производительность для каждой категории грунтов и техническую производительность, усредненную по категориям грунта.
Техническая производительность экскаваторов непрерывного действия для грунтов одной группы Пт, м³/ч составляет
Пт = vxF
vx - рабочая скорость хода экскаватора, м³/ч; F - площадь поперечного сечения выемки, м².
При определении технической производительности усредненной по категориям грунтов, учитывают долю грунта каждой категории в общей выработке машин и производительность по каждой категории.
