Екскаватори - призначення такласифікація
Екскаватори (назва походить від латинських слів «їх» і caveo», що означають «відкопувач») відрізняються високими здібностями, що рихлять. Транспортуючі можливості їх невеликі і визначаються радіусом дії цих машин. Екскаватори поділяють на кілька груп за призначенням та потужністю. Якщо машина виконує всі операції в певному порядку, повторюючи їх через деякі проміжки часу, вона відноситься до машин перервної (циклічної) дії, якщо виконує всі операції одночасно, - машиною безперервної дії. До екскаваторів перервної дії відносяться одноковшові, а до екскаваторів безперервної дії - багатоковшові, скребкові та фрезерні.
Одноковшові та багатоковшові екскаватори бувають сухопутні та плавучі. Сухопутні екскаватори мають гусеничний, пневмоколісний, рейковий та крокуючий ходовий пристрій.
Всі механізми екскаватора рухаються дизелями, карбюраторними, паровими або електричними двигунами. Найбільш економічними є дизельні та електричні двигуни. Вибір двигуна визначається умовами, в яких працюватиме екскаватор. Так, на екскаваторах, що працюють у кар'єрі, вигідно застосовувати електродвигуни, тому що електрика - найдешевший вид енергії, а при роботі на будівництві доріг, де машину часто перевозять з місця на місце, доцільно використовувати дизельні двигуни.
Якщо всі механізми екскаватора рухаються від одного двигуна, такий привід називають одномоторним. Якщо в екскаваторі кожен механізм (або група механізмів) рухається окремим двигуном, такий привід називається багатомоторним.
З метою передачі руху від двигуна до робочих механізмів використовують такі види приводів: – механічний, коли рух передається здопомогою валів, шестерень, черв'ячних пар, ланцюгових передач; - гідравлічний об'ємний, де роль приводу виконують гідронасос, маслопроводи та гідромотори (або гідроциліндри); в маслопроводах циркулює рідина, що передає енергію від насосів до гідромоторів (або гідроциліндрів), що приводить робочі механізми руху; – гідромеханічний, у якому передачі енергії використовують гидротрансформатор разом із механічної трансмісією; - Електричний, застосовуваний на екскаваторах з багатомоторним приводом у поєднанні з механічним; - Змішаний, що складається з приводів двох видів, наприклад механічного та електричного.
Таким чином, екскаватори класифікують: - за способом переміщення (плавучі та сухопутні); – за типом силового обладнання (з дизелем, карбюраторним, електричним, дизель-електричним тощо); - За кількістю двигунів (одномоторні, багатомоторні); – на вигляд приводу (механічні, гідравлічні, гідромеханічні, електричні); – за типом ходового пристрою сухопутних екскаваторів (гусеничні, пневмоколісні, рейкові та з крокуючим ходовим обладнанням).
Кожна з груп екскаваторів відрізняється дрібнішими ознаками - розмірами, потужністю, призначенням.
Одноковшові екскаватори класифікують за призначенням.
Існують три основні групи: - Будівельно-універсальні - з ковшами ємністю до 3 м3, призначені для виробництва земляних робіт; – кар'єрні – з ковшами ємністю від 2 до 8 м3, призначені для роботи в кар'єрах на розробці рудних та вугільних родовищ; – розкривні – з ковшами ємністю понад 6 м3, призначені для розробки верхніх шарів порід (розкриви).
Одноковшові екскаватори розрізняють використання їх з різними видами робочого устаткування.
Універсальні екскаваторипризначені до роботи з різними видами змінного устаткування; прямою і зворотною лопатою, драглайном, кранової стрілою з гаковою підвіскою або грейфером, копром для забивання паль і т.д.
Напівуніверсальні екскаватори, крім основного робочого обладнання, мають один або два види додаткового змінного обладнання (пряму лопату, зворотну лопату, драглайн).
Спеціальні потужні екскаватори мають лише один вид обладнання, наприклад, пряму лопату.
Одноковшові екскаватори. Одноковшовим універсальним екскаватором називається машина циклічної дії, призначена для виїмки та переміщення ґрунтів та інших матеріалів за допомогою одного з видів робочого обладнання з одним ківшем, та для виконання навантажувальних свабільних та інших робіт іншими видами змінного робочого обладнання.
Одноковшові екскаватори (рис. 72) складаються з наступних основних вузлів: ходового пристрою, поворотної платформи з силовим обладнанням та основними кінематичними ланками та робочого обладнання.
Гусеничне ходове обладнання забезпечує високу прохідність та хорошу стійкість під час роботи екскаватора.
В останні роки значно зріс випуск екскаваторів з невеликою ємністю ковша на пневмоколісному ходу, що мають велику рухливість і маневреність при переміщенні машини з одного об'єкта на інший. При роботі на слабких ґрунтах застосовують розширене (або подовжене) гусеничне обладнання, наявність якого зменшує питомий тиск на ґрунт та покращує прохідність екскаватора.
Мал. 72. Cхема одноковшового екскаватора
Мал. 74. Схема роботи прямої лопати
Поворотна платформа спирається через катки або спеціальний (кульковий або роликовий) опорно-поворотний пристрій на ходову рамупристрої. Платформа повертається у горизонтальній площині щодо ходової частини.
Кут повороту ходового обладнання горизонтальній площині визначає можливість екскаватора бути повноповоротним або неповноповоротним. Поворотна частина повно-наворотного екскаватора може обертатися навколо осі на 360°.
У цих машин на поворотній платформі змонтовано всі силові агрегати, пульт керування, робочі механізми та кріпиться робоче обладнання.
Робоче обладнання включає комплекс вузлів екскаватора з робочим органом (ківш, гак, грейфер та ін.). Грунт розробляють ковшем, після чого переміщають до місця розвантаження у відвал або транспортний засіб. Залежно від виду змінного обладнання застосовують жорстку чи гнучку підвіску робочого органу. Характер роботи визначає робоче обладнання: пряму лопату, зворотну лопату, драглайн, кран чи грейфер.
Робочий цикл екскаватора виконується в наступній послідовності: копання ґрунту; переміщення заповненого ґрунтом ковша до місця розвантаження; розвантаження ґрунту з ковша у відвал або транспортуючий пристрій; переміщення ковша (поворот платформи) до забою; опускання ковша для підготовки до наступної операції копання.
Система індексації одноковшових універсальних екскаваторів. Системою індексації машин називається принцип, закладений у структуру індексу (марки), що означає той чи інший екскаватор і відбиває його основну характеристику. У 1968 р. у нашій країні запроваджено нову систему індексації одноковшових універсальних екскаваторів. Індекс екскаватора має чотири основні цифри, які відповідно позначають: розмірну групу машини, тип ходового пристрою, конструктивне виконання робочого обладнання та порядковий номер моделі даного типу. Таким чином,індекс екскаватора містить відомості про його основну характеристику. Так, ЕО-3313 БТВ — екскаватор одноковшовий універсальний, 3-ї розмірної групи, на пневмоколісному ходовому пристрої, з підвіскою канатної робочого обладнання, 3-я модель, що пройшла другу модернізацію, у виконанні для роботи у вологих тропіках.
Пряма лопата - обладнання, призначене для розробки ґрунту вище за рівень стоянки екскаватора. Пряма лопата з механічним приводом (рис. 74) складається з наступних основних вузлів: каната підйому стріли, ковша, рукояті, стріли, підшипника сідла. Рукоятка до стрілки кріпиться сідловим підшипником, за допомогою якого рукоять повертається у вертикальній площині щодо стріли і здійснює зворотно-поступальний рух уздовж осі рукоятки. При копанні ґрунту ковшу потрібно пройти положення IV, зображені на рис. 74. Ківш піднімається підйомним канатом, що обгинає головні блоки. Напір рукоятки здійснюється напірним механізмом, яким виконується зворотний рух (повернення) рукояті. На універсальних будівельних екскаваторах застосовують канатні та зубчасто-рейкові (напірні механізми).
Напірні механізми поділяється на незалежні, залежні, комбіновані. Напірний механізм називається незалежним, якщо зусилля напору може бути збільшено або зменшено незалежно від величини зусилля в підйомному тросі ковша, тобто коли напірний рух рукояті з ковшем проводиться незалежно від підйому ковша. Якщо величина зусилля напору залежить від величини зусилля в підйомному тросі ковша і є можливість тільки зменшити напір, такий напірний механізм називається залежним.
Напірний механізм називається комбінованим, коли величина зусилля напору залежить від зусилля в підйомному тросі, але при включенні незалежної напірної частинимеханізму може бути за бажанням збільшена.
Ківш прямої лопати складається з корпусу, відкидного днища із засувом та змінних зубів. Зуби мають звужується до кінця хвостовик, що входить у гніздо козирка. Від випадання зуби утримуються в гніздах шплінтами.
Прямі лопати в останні роки оснащують ковшами з напівкруглою передньою стінкою та з козирком у вигляді совка без зубів. Ківш такої конструкції значно легший і має мінімальний опір при копанні ґрунту, що, природно, підвищує продуктивність екскаватора.
На екскаваторах із прямою лопатою застосовують рукояті двох типів: однобалочні (внутрішнього типу) та двобалочні (зовнішнього типу). Однобалкова рукоять проходить усередині стріли, а двобалкова - зовні. Рукоятка може здійснювати зворотно-поступальний рух у напрямних сідловини напірного валу, а також повертатися разом з сідловим підшипником у вертикальній площині щодо напірного валу. Конструкція рукояті визначає конструкцію напірного механізму. В екскаваторах, що випускаються в СРСР, при однобалковій рукояті застосовують канатний напірний механізм, а при двобалковій кремальєрний напірний механізм.
Стріла прямої лопати виконана у вигляді звареної конструкції з листової сталі. Тип рукояті визначає конструкцію стріли. Стріла буває двобалкової при однобалковій рукояті та однобалочній при двобалочній рукояті.
У верхній частині стріли змонтовані на підшипниках блоки, через які проходить канат підйому ковша та стріло-підйомний канат. Нижнім кінцем (п'ятою) стріла пальцями кріпиться до поворотної платформи і може повертатися за зміни її кута нахилу. У середній частині стріли розташований напірний вал.
Зворотна лопата - це обладнання, призначене для розробки ґрунтів нижче рівня стоянкиекскаватора при копанні котлованів, траншей, виїмок.
Зворотна лопата (рис. 75) складається з ковша, стріли, рукояті та двоногої стійки. Ківш закріплений жорстко до ручки, шарнірно приєднаної до верхнього кінця стріли. При підтягуванні каната рукоятка повертається проти годинникової стрілки, ківш врізається в ґрунт (положення /; положення // та /// відповідають транспортному положенню та вивантаженню ґрунту з ковша).
Мал. 75. Схема роботи зворотної лопати:
Процес екскавації ґрунту ковшем. Загальний опір екскавації R0 долається активним зусиллям W0, спрямованим стосовно траєкторії ковша, яке може бути розкладене на зусилля різання і зсуву грунту WVi направлене по дотичній до ріжучої грані ковша, і на зусилля виштовхування WB, спрямоване нормально до ріжучої грані ковша.
Основними параметрами гідравлічних одноковшових екскаваторів є: ємність ковша q, маса екскаватора, потужність двигуна N, робочі розміри екскаватора, а також тиск і продуктивність насосів.
У гідроприводах екскаваторів застосовуються насоси постійної продуктивності шестеренного і лопатевого нібито (з тиском 12-16МПа) і поршневі з тиском до 30 МПь а також насоси змінної продуктивності, переважно аксіально-поршневі.
Насоси з постійною продуктивністю прості по yci ройству, але не забезпечують повного використання потужності двигуна на всіх режимах. Насоси змінної продуктивності забезпечують більш раціональний та стійкий режим роботи екскаваторів.
Продуктивність та технологічні схеми роботи одноковшових екскаваторів. Продуктивність одноківшових екскаваторів визначається багатьма факторами: конструкцією машини, рівнем організації виробництва земляних робіт, станом таякістю ґрунту та вибою, кваліфікацією машиніста та технічним станом машини.
На рис. 77 б представлена схема роботи драглайна при будівництві насипу земляного полотна з резерву. Екскава-ція ґрунту ведеться на двох захватках; на одній з них відсипається черговий шар ґрунту і розрівнюється бульдозером, а на Інший — свіжовідсипаний ґрунт ущільнюється ґрунтоущільнювальними машинами.
Багатоківшові екскаватори. Багатоківшові екскаватори являють собою землерийні машини, що мають як робочий орган багатоковшовий ланцюг або роторне колесо з ківшами, жорстко закріпленими по периметру. Вони використовуються: на дорожньо-будівельних роботах; при копанні котлованів, каналів і траншей для укладання труб або для основ установка, пульт управління, коробка передач, робочий орган встановлюють на ходову раму.
Примітка. Екскаватори ЕО-1621 (Е-153А), ЕО-1627 (Е-1514) обладнуються додатково бульдозерним обладнанням: ширина відвалу 2000 мм, висота 680 мм, глибина різання 500 мм. Екскаватори ЕО-ЗЗПБ (Е-302) укомплектовані обладнанням драглайну з наступними параметрами: довжина стріли 7500 мм, кут нахилу стріли 40°, глибина різання 4450 мм, радіус різання 6500 і 10 100 мм, 3 розвантаження відповідно 6390 та 8300 мм.
Швидкості руху ковшового ланцюга та машини повинні бути узгоджені з ємністю ковша та глибиною вибою, щоб ківш, проходячи шлях вибою, зміг до моменту виходу заповнитись.
Роторні траншейні екскаватори застосовують при прокладанні магістральних трубопроводів та траншей. Робочим органом цих екскаваторів є ротор. Порівняно з ланцюговими траншейними екскаваторами роторні мають вищий ККД та більшу продуктивність.