Строительные машины

Раздел: Строительство

Одноковшовые экскаваторы в основном классифицируют по следующим конструктивным признакам: назначению, виду рабочего оборудования, системе привода и виду ходового оборудования.

По назначению одноковшовые экскаваторы разделяют на строительные, строительно-карьерные, карьерные, вскрышные, шагающие и туннельные.

В зависимости от назначения одноковшовый экскаватор снабжается соответствующим рабочим оборудованием ( 137), согласно которому он получает одно из следующих названий: прямая лопата, обратная лопата, грейфер, кран, струг, засыпатель, драглайн, скребок, корчеватель, копер и др. Таким образом, область применения одноковшовых экскаваторов выходит далеко за пределы земляных работ. Оборудование прямой лопаты, драглайна, обратной лопаты и крана считается основными, так как используется наиболее часто.

1.         Строительные экскаваторы ( 138, а) являются машинами общего назначения и используются для выполнения земляных, погрузочно-разгрузочных и монтажных работ в строительстве. Экскаваторы этой группы снабжают ковшами емкостью от 0,15 до 4,0 м3.

2.         Строительно-карьерные экскаваторы ( 138, б) предназначены для выполнения земляных и монтажных работ в строительстве, а также для разработки карьеров строительных материалов Экскаваторы этой группы оснащают ковшами емкостью 2—8 м8.

3.         Карьерные экскаваторы средней и большой мощности (емкость ковша 2—20 м3) ( 138, в) предназначены для работы в карьерах, для разработки рудных и нерудных месторождений, в том числе взорванных скальных пород. Они выпускаются полууниверсальными или в виде специальных прямых лопат со стандартным и удлиненным оборудованием.

4.         Вскрышные экскаваторы с оборудованием прямая лопата (емкость ковша 6—160 м3) на четырех гусеничных тележках  ( 138, г) применяются для вскрышных работ на угольных разрезах и открытых разработках в горнорудной промышленности.

5.         Шагающие драглайны средней и большой мощности (емкость ковша 4—200 м3) для открытых горных и крупных гидротехнических работ ( 138, д).

6.         Туннельные и шахтные лопаты и погрузчики ( 138, ё) с укороченным рабочим оборудованием и ковшом, в 3—4 раза большей емкости, чем стандартный (емкость ковша 0,75—1,0 м3).

Кроме того, существуют башенные экскаваторы (емкость ковша 0,5—10 м3) на гусеничном ходу, плавучие неполноповоротные лопаты (емкость ковша 0,25—20 м3) и грейферы на понтонах для дноуглубительных работ и сооружения каналов в крепких каменистых грунтах. Эти машины пока еще в СССР не изготовляются.

Годовая выработка одноковшовых экскаваторов на I м3 емкости ковша для всех типоразмеров составляет от 120 до 350 тыс. м3. Максимальная мощность машин, приходящаяся на 1 м3 емкости ковша, составляет 120—140 л. с. Масса одноковшовых экскаваторов колеблется в пределах 1,5—13 000 т, емкость ковшей 0,05—150 м3 и более, продолжительность рабочего цикла 11—60 с, производительность от 5 до 6000—9000 м3/ч и установленная мощность 4— 30 000 кВт. Возможность изменения скорости, усилий и траекторий ковша делает эти машины наиболее универсальными.

Главным параметром или основным показателем одноковшового экскаватора является емкость его ковша, выраженная в кубических метрах.

По типу силовой установки экскаваторы разделяют на дизельные, электрические с двигателями переменного или постоянного тока, дизель-гидравлические и дизель-электрические.

Для передачи движения от двигателя к рабочим механизмам используют различные приводы:

механический, когда движение передается при помощи валов, шестерен, червячных пар, цепных передач и т. п.;

гидравлический объемный, где роль привода выполняют гидронасос (один или несколько), маслопроводы и гидромоторы (или гидроцилиндры); в маслопроводах циркулирует рабочая жидкость (масло), передающая энергию от насосов к гидромоторам (гидроцилиндрам), которые приводят рабочие механизмы в движение;

гидромеханический, где для передачи энергии служат турбо- муфты или турботрансформаторы. Этот вид привода применяют обычно в сочетании с механическим для обеспечения плавной работы механизмов и автоматического регулирования скорости движения в зависимости от величины нагрузки (с увеличением нагрузки скорость движения рабочих механизмов уменьшается, и наоборот).

По типу ходового оборудования различают экскаваторы на гусеничном ходу, на гусеничном ходу с увеличенной поверхностью гусениц, на пневмоколесном шасси, на специальном шасси, шагающие и плавучие. Наиболее распространены первые четыре типа ходового оборудования.

Рабочее оборудование является исполнительным органом, экскаватора, служащим для крепления и перемещения рабочего органа (ковша, струга, крюка и т. п.), с помощью которого копают грунт, поднимают груз, захватывают сыпучие и кусковые материалы и пр. В зависимости от назначения рабочее оборудование выпускается в различном конструктивном исполнении, с различной кинематикой. В современных экскаваторах универсального типа применяется до- тридцати видов различного сменного рабочего оборудования.

Однако, несмотря на большое разнообразие типов оборудования, по технологическому принципу оно разделяется на два вида: а) с рабочим ходом рабочего органа от машины — прямая лопата, струг, засыпатель и б) с рабочим ходом к машине — обратная лопата, драйглайн, скребок.

Экскаватор с оборудованием прямая лопата предназначается для разработки грунта, расположенного выше уровня стоянки экскаватора Прямой лопатой грунт копают движением ковша от машины.

Конструктивная схема одноковшового экскаватора с рабочим оборудованием прямая лопата показана на  139. Этот вид оборудования состоит из следующих основных узлов: ковша 9 с блоком; рукояти 10, связывающей ковш со стрелой 13 головными блоками 5; седлового подшипника 6, шарнирно установленного на напорном валу 3; механизма напора и открывания днища ковша, а также канатов или гидроцилиндров. Седловой подшипник обхватывает рукоять, позволяя ей под действием подъемного каната 5 поворачиваться вокруг напорного вала и под действием напорного механизма скользить вперед и назад. Поступательно-возвратное движение рукояти передается канатами, цепью или зубчатыми колесами с рейками 12. Ход рукояти в седловом подшипнике ограничен упорами 11 и составляет 0,6—0,7 ее длины. Длина рукояти в экскаваторах разной мощности изменяется от 2 до 8 м, доходя у мощных вскрышных машин до 30—45 м, и составляет 0,65—0,8 длины стрелы.

Ковш лопаты подвешен на подъемных канатах 5, огибающих головные блоки '8 стрелы и закрепленных на подъемном барабане 4. Стрела пятой упирается в проушины передней балки вращающейся платформы 15, а за верхний конец удерживается тягами 7 и канатами 2, запатованными через блоки двуногой стойки 14 на лебедку 1 подъема стрелы. Ковш и стрела при различных видах рабочего оборудования соединяются между собой: а) при помощи рукояти — балки, на которой жестко укреплен ковш; б) при помощи канатов — рабочего оборудования с гибкой связью или в) непосредственно.

Оборудование прямая и обратная лопаты и струг, предназначенное для наиболее тяжелых работ, имеет жесткую связь ковша и стрелы. Оборудование драглайн, скребок, грейфер, кран и корчеватель имеет гибкую связь ковша и стрелы. Гибкая связь уменьшает нагрузку на стрелу и позволяет увеличить ее длину в 1,5—2 раза, что расширяет пределы действия рабочего органа машины, т. е. увеличивает радиус R, глубину h и максимальную высоту Нтх копания, радиус Л и наибольшую высоту Нв выгрузки.

Стрела обычно подвешена на канатах под углом к горизонту 45°; этот угол при работе может изменяться в пределах 35—60°, В зависимости от типоразмера и назначения экскаватора длина стрелы может быть от 3 до 45 м и более.

Одноковшовые экскаваторы снабжаюся основным—стандартным рабочим оборудованием, предназначенным для работы в расчетных, обычно — тяжелых условиях. Помимо этого, они снабжаются и специальным оборудованием: ковшами емкостью, в 1,5—2 раза большей емкости стандартных ковшей, — для работы в мягких грунтах и удлиненными стрелами и рукоятями (обычно — с ковшами уменьшенной емкости).

Работа прямой лопаты протекает следующим образом ( 139). Ковш экскаватора, установленного в забое, опускают к его подошве (положение /). Затем ковш поднимают, поворачивая рукоять вокруг оси напорного вала 3, и одновременно выдвигают рукоять (с напором). Благодаря этому ковш при движении по забою (положения /—II) принудительно врезается в грунт, срезая при этом стружку переменного сечения, достигающего максимальной величины, когда зубья ковша находятся на одной горизонтали с осью напорного вала. Положение II ковша соответствует наибольшей высоте его подъема. После наполнения ковша платформу экскаватора с рабочим оборудованием поворачивают на необходимый угол для разгрузки грунта, ковш опорожняют (положение III) и платформу поворачивают в забой.

Суммарное время этих движений (копание, поворот на выгрузку, разгрузка и поворот в забой) составляет продолжительность рабочего цикла машины.

Когда весь грунт с данной стоянки экскаватора будет выработан, т. е. будет использован весь рабочий ход рукояти, экскаватор перемещают в сторону забоя для дальнейшей работы. Объем грунта, разработанный экскаватором с одной стоянки, называется объемом элемента забоя.

Продолжительность операции копания зависит от скорости резания грунта, толщины снимаемой стружки и высоты забоя. Скорость резания, в свою очередь, зависит от усилия на режущей кромке ковша, создаваемого двигателем экскаватора. Величина усилия на режущей кромке ковша является важнейшим параметром производительности экскаваторов с любым видом рабочего оборудования.

Передвижка экскаватора производится после выработки элемента забоя, а в тяжелых грунтах — при использовании 30—50% длины хода рукояти.

Экскаватор с оборудованием обратная лопата предназначен для разработки забоя, расположенного ниже уровня стоянки машины. В отличие от прямой лопаты грунт обратной лопатой копают движением ковша на машину. Такие экскаваторы успешно применяются в условиях любых грунтов, в том числе и слабых водоносных, для разработки небольших каналов с откосами, котлованов и узких траншей с отвесными стенками. По мере разработки забоя экскаватор передвигается назад.

Рабочее оборудование обратная лопата ( 140) состоит из ковша 1, рукояти 2, стрелы 8, гидроцилиндров или канатов и дополнительной стойки 4. Ковш жестко закреплен на рукояти, шар- нирно присоединенной к верхнему концу стрелы, что позволяет производить его разгрузку в любом месте в пределах радиуса действия экскаватора.

Подъемный полиспаст укреплен на конце рукояти, а тяговый — на ковше. Ветвь каната подъемного полиспаста с блока дополнительной стойки идет на барабан подъема 6, а ветвь тягового каната — на тяговый барабан 5 лебедки. Дополнительная стойка увеличивает угол между канатами подъемного полиспаста и стрелой, уменьшая усилие в них и износ канала и, наоборот, увеличивая рабочее усилие. Для универсальных экскаваторов малой мощности длина стрелы колеблется от 4,5 до 10 м, а длина рукояти — от 0,38 до 0,5 длины стрелы. Это соотношение позволяет копать выемки глубиной, примерно равной длине стрелы, при максимальном радиусе копания соответственно 7—12 м.

Обычно оборудование обратная лопата применяется на экскаваторах с ковшом емкостью до 3,5 м3, однако известны экскаваторы (гидравлические) с ковшом емкостью 8 м3.

Рабочий процесс копания обратной лопатой осуществляют, подтягивая к экскаватору ковш /, опущенный на грунт ( 140). Ковш перемещается при копании (положение /) включением тягового барабана 5. Верхняя часть рукояти 2 в это время отходит от экскаватора. При отпущенном тормозе подъемного барабана 6 масса рукояти и стрелы создает усилие, которое заставляет ковш внедряться в грунт. Притормаживанием барабана 6 регулируют толщину стружки грунта во время копания. Заполненный ковш поднимается включением подъемного барабана (положение //). Для разгрузки ковша отпускают тормоз тягового барабана, в результате чего ковш принимает положение III. Подъем груженого ковша обычно совмещают с поворотом платформы. Разгружают ковш по возможности на ходу.

Экскаватор с оборудованием драглайн ( 141) применяют для разработки грунта ниже уровня стоянки машины движением ковша к машине. Таким оборудованием снабжаются одноковшовые экскаваторы любой мощности. У гусеничных строительных и карьерных экскаваторов с ковшом емкостью 0,1—8 м3 оно является одним из основных, а у шагающих — единственным видом рабочего оборудования.

Оборудование драглайн состоит из ковша 1, для работы которым экскаватор оснащается решетчатой стрелой 5. Через головной блок 4 стрелы переброшен подъемный канат 8, идущий на подъемный барабан 10 главной лебедки экскаватора. Стрела под заданным углом к горизонтальной плоскости удерживается стрелоподъемным полиспастом, состоящим из подвесной траверсы 7 с подвижными блоками, системы неподвижных блоков 9 и каната 8, идущего на стрелоподъ- емную лебедку 11. Траверса 7 и головка стрелы связаны канатными тягами 6.

Ковш драглайна для резания и набора грунта должен перемещаться по забою в сторону экскаватора, что осуществляется с помощью тягового каната 12, пропускаемого через наводку 13 на второй тяговый барабан главной лебедки экскаватора.

При работе с оборудованием драглайн главная лебедка всегда имеет два барабана: один для подъемного каната, другой — для тягового.

Оборудование драглайн с ковшами емкостью 1,0—1,6 м3 применяется преимущественно для разработки мягких грунтов и грунтов средней крепости с выгрузкой в отвал, а при укороченных стрелах — с погрузкой в транспортные средства.

Мощные драглайны могут разрабатывать грунты до IV категории включительно и предварительно взорванные полускальные и скальные породы.

Глубина копания, высота разгрузки ковша и расстояние, на которое может быть заброшен ковш (максимальный радиус копания) драглайна, значительно больше, чем у прямой и обратной лопат. Поэтому драглайн используют для отрывки больших котлованов и траншей, для отсыпки насыпей на строительстве каналов и т. п. Драглайн может быть также использован и для разработки слабых и водоносных грунтов, а при необходимости —.для забора грунта под водой на глубине 1,5—3 м. Для подводного копания применяется ковш с отверстиями в боковых стенках для стока воды.

Процесс работы драглайна протекает следующим образом. Экскаватор устанавливается у бровки забоя с ковшом в положении / ( 141). Затем ковш забрасывают на грунт и тяговым канатом подтягивают к экскаватору. Если перед забрасыванием ковш подтянуть к пяте стрелы, а затем отпустить тяговый канат, то ковш можно забросить в положение II. Заброс ковша позволяет увеличить радиус действия экскаватора, что является преимуществом этого типа рабочего оборудования. Наполнение ковша происходит при движении его по забою. При этом ковш врезается в грунт под действием собственного веса и веса поступающего в него грунта.

Толщину стружки в процессе копания регулируют подъемным канатом 3 и тем же канатом поднимают груженый ковш на высоту, необходимую для его разгрузки. Разгрузочный канат 2, связывающий арку ковша с тяговым канатом 12, при подъеме ковша все время остается натянутым и не позволяет ковшу опрокинуться, удерживая его днище в горизонтальном положении. На выгрузку экскаватор поворачивается одновременно с подъемом ковша. Для разгрузки ковша освобождают тяговый канат. Ковш с грунтом под действием его более тяжелой передней части при этом опрокидывается, и грунт высыпается. Экскаватор с порожним ковшом поворачивают в забой, и рабочий цикл повторяется.

Предельным углом откоса при разработке драглайном выемки можно считать для мягких грунтов 45—50°, для грунтов средней крепости 40° и для крепких 30—35°. Поэтому экскаваторы с оборудованием драглайн применяют преимущественно для разработки зоны А ( 142), определяемой предельным углом откоса. В зонах Б и В драглайны имеют ограниченное применение.

В гидротехническом строительстве применяют преимущественно шагающие драглайны средней мощности, которые полностью вытеснили гусеничные драглайны. Они используются при сооружении крупных каналов большой протяженности. Модели большой мощности предназначаются для вскрышных работ на открытых горных выработках. Экскаваторы этого класса являются специальным типом одноковшовых землеройных машин, оснащенных только одним видом рабочего оборудования — драглайном.

Шагающие драглайны имеют ковши емкостью от 4 до 200 м3 и стрелы длиной от 40 до 125 м; масса машин — от 180 до 14 ООО т.

Рабочее оборудование шагающих драглайнов ( 143) состоит из ковша блоками 3, направляющих блоков 4 и рабочих канатов. Ковш при помощи подъемных цепей и подъемных канатов 5 подвешивается к головным блокам стрелы. Тяговые канаты 6 огибают направляющие блоки и закрепляются на барабанах тяговой лебедки.

Драглайны средней мощности имеют стрелы обычной решетчатой конструкции с независимой дополнительной подвеской в средней части стрелы. Отечественные драглайны большой мощности оборудуются стрелами мачтово-вантовой конструкции (приоритет-СССР). Ковши шагающих драглайнов имеют в большинстве случаев обычную форму и конструкцию. Силовое оборудование — постоянного тока с питанием от сети переменного тока напряжением 6 и 12 кВ и не отличается от оборудования вскрышных лопат.

Шагающие драглайны обладают весьма ценными для гидротехнического строительства качествами: повышенной проходимостью, наличием более длинных стрел и большей маневренностью по сравнению с гусеничными экскаваторами.

Повышенная маневренность шагающих драглайнов заключается в их способности изменять направление движения под любым углом с любой стоянки машины, без длительных маневров, требующихся в этом случае для многогусеничных экскаваторов. Это позволяет разрабатывать шагающим драглайном крупные выемки поперечными ходами при зигзагообразном перемещении, что д^ет возможность разработки более широких выемок при работе с отвал без повторной перевалки грунта. Последнее особенно важно при разработке выемок каналов, так как позволяет применять бестранспортный способ разработки с укладкой грунта в насыпь.

Экскаваторы с оборудованием грейфер на гибкой подвеске применяют для разработки мягких грунтов, расположенных ниже или выше уровня стоянки экскаватора, для погрузки и разгрузки сыпучих и кусковых материалов, а также для некоторых видов земляных работ в мягких грунтах (копания глубоких котлованов с отвесными стенками) и для работы под водой. Грейферное оборудование состоит из стрелы, ковша, оттяжного приспособления с грузом и системы канатов. В зависимости от конструкции грейферы могут быть одноканатными и двухканатными; на экскаваторах обычно применяют двухканатные грейферы. Гидравлические экскаваторы оборудуются грейферами на жесткой подвеске, пригодными . для разработки крепких грунтов.

Ковши грейфера для разработки грунта делаются с зубьями. Для перевалки сыпучих материалов ковш грейфера изготавливается с гладкими кромками челюстей.

Грейфером обычно снабжаются экскаваторы малой и- средней мощности с ковшами емкостью до 3 м3. При большой мощности грейфер не экономичен вследствие длительности цикла. Принципиальная схема работы экскаватора с оборудованием грейфер на гибкой подвеске приведена на  144.

Крановым оборудованием снабжаются экскаваторы с ковшом емкостью до 8 м3 при грузоподъемности до 150—200 т. Максимальная грузоподъемность экскаватора при работе краном составляет 0,5—0,65 его массы с таким оборудованием. Последнее состоит из стрелы, крюка с обоймой и канатов.

Для увеличения грузоподъемности и уменьшения максимального давления на грунт экскаваторы с крановым оборудованием снабжаются дополнительными противовесами, а часто и удлиненными гусеницами.