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 м³ - на гусеничном. Экскаваторы с ковшом 0,65 м³ выпускают с различным видом ходового оборудования. ГОСТ 30067-93 «Экскаваторы одноковшовые универсальные гидравлические» регламентирует разделение экскаваторов на размерные группы по массе, вместимости ковша и мощности двигателя.

Самый легкий экскаватор с ковшом 0,25 м³ представляет собой навесное оборудование на базовом колесном тракторе мощностью 44 кВт. С увеличением вместимости ковша расширяются эксплуатационные возможности машин: увеличиваются радиус их действия, глубина разработки, усилие копания.

Экскаваторы выпускаются с набором сменного оборудования. Наибольшее распространение получили обратная и прямая лопата, погрузчик и грейфер. 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 = 89 q. 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, так как 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 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 подвеской рабочего органа имеют механический или дизель-электрический привод (у мощных машин) и блочно-канатный механизм управления рабочим оборудованием. Строительные экскаваторы выпускаются с ковшом 0,4; 0,65; 1,0 и 2,5 м³.

Полноповоротные экскаваторы монтируются на гусеничном или пневмоколесном шасси. Количество моделей гусеничных экскаваторов намного больше, чем пневмоколесных, что отражает соотношение между различными условиями эксплуатации.

Гусеничный движитель лучше приспособлен к грунтам с малой несущей способностью и обеспечивает экскаватору лучшую устойчивость к опрокидыванию и протаскиванию, повышенную проходимость по неровной местности и на слабых грунтах, большую маневренность в стесненных условиях и меньшую стоимость. Но перебазировка гусеничных машин требует больших затрат времени, привлечения специальных транспортных средств и соблюдения правил перевозки, оговариваемых транспортным законодательством.

Пневмоколесные машины более эффективны при частых перебросках машин между объектами и эксплуатации их на твердых поверхностях, выдерживающих достаточно высокое удельное давление, что наиболее характерно для городов.

Пневмоколесный движитель обеспечивает экскаватору более высокие транспортные скорости; меньшую массу шасси; меньший объем работ по обслуживанию; сохранность твердых и улучшенных покрытий дорог; меньший шум при передвижении. Колесные машины - это, как правило, варианты гусеничных прототипов, смонтированные на пневмоколесном шасси. Масса пневмоколесных строительных экскаваторов обычно не превышает 22 т, по - скольку габариты более тяжелых машин лишают их главного преимущества - мобильности. Эластичность пневмоколес обуславливает обязательное использование на пневмоколесном экскаваторе выносных опор, а также бульдозерного отвала, используемого и по прямому назначению, и как опора и противовес.

Колесно-рельсовый, комбинированный и плавучий движители применяются в ситуациях, когда ни гусеничный, ни пневмоколесный движитель не подходят по условиям эксплуатации.

Полноповоротные экскаваторы, принадлежащие к разным размерным группам, отличаются не только массой, но и другими особенностями. Так, мини-экскаваторы (рис. 4), как правило, монтируются на гусеничном шасси, оснащаются бульдозерным отвалом, а их рабочее оборудование может вращаться в плане относительно поворотной платформы на угол, чуть меньший ±90 град.

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 (м³/ч) одноковшового экскаватора:

П_э = n·q·К _н· К _в / К _р;

где: q – вместимость ковша, м³; К _н – коэффициент наполнения ковша (К _н = 1÷1,3); К _р – коэффициент разрыхления грунта (К _р = 1,15÷1,4); К _в–коэффициент использования экскаватора по времени в течение рабочей смены; n – число циклов за час работы, n = 3600/ Т _ц (где Т _ц – продолжительность цикла работы экскаватора, с).

Как и у других машин цикличного действия, производительность пропорциональна главному параметру q и обратно пропорциональна продолжительности Т _ц цикла:

Т _ц= t _к+ t _пв+ t _в+ t _пз; где: t _к, t _пв, t _в, t _пз – соответственно продолжительность копания, поворота на выгрузку, выгрузки, и поворота в забой, с.

Коэффициент наполнения ковша зависит от вида оборудования и плотности и влажности грунта.

Наибольшее наполнение ковша у прямой и обратной лопаты. В песках К _н = 1,02, а в глинах – 1,18. Во влажных грунтах его значение равно соответственно 1,15÷1,35. Вместе с тем в мокрых глинистых грунтах коэффициент наполнения снижается на 10÷15%. Для драглайна величина К _р меньше на 10÷15%, чем для прямой и обратной лопаты.

Продолжительность рабочего цикла у экскаваторов с жесткой подвеской рабочего оборудования меньше на 5...15% в связи с меньшим временем выполнения рабочих операций (особенно набора ковша) гидроприводом 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 замены рабочего оборудования. Важную роль играет правильный подбор экскаваторных комплектов. Рациональное соотношение вместимости ковша в 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 1 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(вместимость ковша)/Q(грузоподъемность самосвала) равно примерно 1:10. Это значит, что в комплекте с экскаваторами с ковшом 0,65 м3 целесообразно использовать автосамосвалы МАЗ грузоподъемностью 7 т, с ковшом 1 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=П_э/П_а, где: П_э и П_а - где Пэ, Па – соответственно среднечасовая производительность экскаватора и автосамосвала.

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, рукоятки и ковша, внедрение приборов и систем контроля за его положением, а также к снижению времени на замену рабочих органов. Емкости сменных ковшей выбирают исходя из объемной массы разрабатываемого грунта и грузовой характеристики экскаватора.

Для повышения надежности и долговечности 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.