Класифікація і будова екскаватора

Екскаватори -- це землерийні машини, призначені для розроблення і навантаження ґрунту. Вони з'явилися на початку XIX ст. Першим був паровий екскаватор, створений 1836 р. механіком В. Отісом у СШЛ (рис. 1).

Рис. 1. Паровий екскаватор В. Отіса

Завдяки своїй універсальності екскаватори залишаються основними машинами для розроблення ґрунту і донині. Головним параметром екскаватора в місткість його робочого органа, що виражається в кубічних метрах.

Нині промисловість випускає екскаватори місткістю ковша від кількох десятих до кількох сотень кубічних метрів.

Великі екскаватори застосовують для відкритих гірничих розробок корисних копалин. їх називають кар'єрними екскаваторами. Найменші серед них -- навісні екскаватори, призначені для різних допоміжних робіт.

Особливістю всіх одноківшевих екскаваторів є стаціонарність робочого процесу, яка передбачає розроблення ґрунту в зоні стоянки машини доти, доки із зони дії ковша не буде вилучений весь потрібний ґрунт. Після цього екскаватор переміщується па нову стоянку, виробляючи черговий елемент вибою.

До будівельних екскаваторів належать машини малих і середніх розмірів місткістю ковша до 4 м . Майже всі вони гідравлічні (дизельні з гідравлічним приводом) і забезпечуються двома чи трьома видами змінного робочого устаткування -- прямою і зворотною лопатами і драглайном.

Ходовою частиною екскаваторів може бути автомобіль або трактор (для машин малої місткості ковша, рис. 2, обладнаний спеціальним твердим ходовим пневмоколісним або гусеничним візком.

Рис 2. Трактор, обладнаний навісним устаткуванням:

1 - базовий колісний трактор; 2 - бульдозерне обладнання; 3 - поворотний стовпчик; 4 - екскаваторне устаткування; 5 -- виносні опори

Екскаватори на пневматичних колесах забезпечуються для роботи виносними опорами. Деякі з них як допоміжне устаткування мають також бульдозерний відвал, який під час роботи викопує функції задніх виносних опор. Екскаватори можуть забезпечуватися змінним робочим устаткуванням, зокрема стріловим краповим, у разі встановлення якого вони перетворюються на стрілові самохідні крани, і змінними робочими органами (рис. 8): грейферним ковшем, копровим устаткуванням, розпушувальним зубом, що установлюється замість ковша, різними скребками для робіт, пов'язаних із плануванням і засипанням траншей, і спеціальними профільними ковшами для риття траншей і каналів при гідромеліоративних роботах.

Одноківшевий екскаватор -- універсальна машина, проте найдорожча серед машин для виконання земляних робіт. Тому використовувати його економічно доцільно не завжди і тільки з основними видами робочого устаткування за умови максимального використання його можливостей. Найефективнішими видами робочого устаткування є пряма і зворотна лопати. Завдяки жорсткому зв'язку ковша вони дають змогу розробляти найтвердіші ґрунти, па що й розрахована потужність і міцність машини. Якщо екскаватори застосовуються в слабких ґрунтах, то доцільно обладнувати їх ковшами більшої місткості чи встановлювати спеціальне навантажувальне устаткування також зі збільшеним ковшем. У протилежному разі технічні можливості екскаватора цілком не використовуються, що збільшує вартість робіт.

Навантаження па механізми екскаватора при розробленні ґрунтів мають різко змінний характер з великим діапазоном зміни. Для зменшення динамічних навантажень у механізмах і металоконструкціях робочого устаткування безпосередньо за маховиком двигуна внутрішнього згоряння встановлюють гідродинамічний трансформатор. Завдяки застосуванню цього трансформатора поліпшуються характеристика приводу екскаватора і коефіцієнт використання потужності двигуна.

Оскільки між ведучого частиною гідротрансформатора (а отже, і маховиком двигуна) і веденою його частиною (зв'язаною з робочим органом) жорсткого зв'язку немає, динамічні навантаження зменшуються. Наявність гідротрансформатора при краповому устаткуванні дає змогу змінювати швидкості вантажу в широких межах (від максимальної швидкості до повного зупинення) тільки через зміну частоти обертання вала двигуна.

Рис. 3. Змінні робочі органи одноківшевого екскаватора:

а -- ковші прямої І зворотної лопат; 6 -- ківш драглайна; в, г -- планувальні ковші; д~ грейферний ківш; е -- навантажувальний ківш; є -- профільний ківш; ж -- розпушувальний зуб; з -- гіпсова підвіска.

Залежно від використовувань робочого часу для власне копання ґрунту ділять на дві великі групи: безперервної дії -- багатоковшеві і періодичної (циклічного) дії -- одноківшові. Багатоковшеві екскаватори обидві операції -- копання ґрунту і його переміщення -- виконують одночасно; одноківшові ці операції виконують послідовно, перериваючи копання на час переміщення ґрунті. Таким чином, робочий час машини, протягом якого вибирають грунт, і продуктивність, багатоковшевих екскаваторів вище, ніж одноківшових. Незважаючи не це, одноківшові екскаватори поширені ширше унаслідок їх універсальності, тобто можливості застосовувати їх як не земляних, так і на навантажувально-розвантажувальних роботах найважчих, у тому числі скельних (з попереднім вибухом), ґрунтах. Застосування багатоковшевих екскаваторів обмежено: в основному їх використовують при ритті траншей і здобичі нерудних матеріалів в кар'єрах з однорідними ґрунтами без кам'яних включень. За способом переміщення екскаватори сухопутні і плавучі. По конструкції ходового пристрою сухопутні екскаватори підрозділяють на гусеничні, колісні і крокуючі (останнє застосовують тільки в одноківшових екскаваторах).

По типу вживаного основного (первинного) двигуна сучасні екскаватори бувають дизельними або електричними. Вибір двигуна визначається умовами, в яких працюватиме екскаватор, Так, дизелі використовують на екскаваторах там, де машину потрібно порівняно часто перевозити з місця на місце» наприклад на будівництві нафто- і газопроводів, залізних і шосейних доріг, цивільному будівництві і т.п.

На екскаваторах, постійно працюючих в одному місці, наприклад г кар'єрах по здобичі нерудних матеріалів, вигідно застосовувати електродвигуни, які простіше і дешевше в експлуатації.

По приводу механізмів розрізняють екскаватори одномоторні, у який; асі робочі механізми приводяться одним або декількома двигунами, що працюють на один вал, і багатомоторні, у яких робочі механізми приводяться декількома двигунами, незалежно працюючими один від одного

У нас всі будівельні одноківшові екскаватори з механічним приводом випускають одномоторними. Багатомоторний привід застосовують на будівельних гідравлічних екскаваторах.

По типу силових передач руху від двигуна до робочих механізмів будівельні екскаватори діляться на механічні і гідравлічні.

У механічних екскаваторів рух передається безпосередньо від первинного двигуна до всіх механізмів за допомогою валів, шестерень, черв'ячних пар, ланцюгових і інших механічних передач (механічна трансмісія).

Одноківшові екскаватори за призначенням ділять на три основні групи: будівельні універсальні, призначені для земляних і навантажувально-розвантажувальних робіт в будівництві; кар'єрні -- для роботи в кар'єрах на розробці рудних і вугільних родовищ, а також скельних порід; видобувні -- для розробки корисних копалин (вуглецю, руди) відкритим способом. До останньої групи відносяться також і могутні крокуючі екскаватори драглайни, що використовуються на гірських роботах для перекидання верхніх шарів порід у вироблений простір, а також на будівництві крупних гідротехнічних споруд.

Окрім цих основних груп випускають ще спеціальні екскаватори, призначені для використовування в певних специфічних умовах: підземні -- для підземної розробки корисних копалин при великій потужності пласта, тунельні -- для вантаження висадженої породи при проходці тунелів, торф'яні -- для здобичі торфу і ін.

В справжньому підручнику описані що випускаються вітчизняною промисловістю найпоширеніші (масою до 22 т) одноківшові універсальні будівельні екскаватори.

Ходовий пристрій сприймає і передає на підставу (грунт) навантаження від маси машини і навантаження, виникаючі при роботі, а також забезпечує пересування екскаватора.

Ходовий пристрій екскаваторів буває наступних типів:

Г -- гусеничне з мінімально допустимою опорною поверхнею гусениць;

ГУ -- гусеничне із збільшеною опорною поверхнею гусениць, призначене для роботи на ґрунтах з низькою несучою здатністю;

П -- пневмоколісне, дозволяючи збільшити мобільність екскаватора, полегшити і прискорити його перекидання власним ходом з одного будівельного об'єкту на іншій;

Ш -- спеціальне шасі автомобільного типу, відмінне від типу П тим, що, окрім двигуна, встановленого на поворотній частині екскаватора, на шасі встановлений більш могутній двигун, що забезпечує пересування екскаватора з великою швидкістю; ходовий пристрій типу Ш має міцну і низьку спеціальну раму, відмінну по конструкції від рами шасі вантажного автомобіля;

А -- шасі вантажного автомобіля;

Тр -- тракторне (звичайно використовують пневмоколісні трактори).

Поворотна частина складається з поворотної платформи з механізмами і силовим устаткуванням і робочого устаткування.

Поворотна платформа спирається через спеціальний роликовий опорно-поворотний пристрій на раму ходового пристрою і може повертатися щодо нього в горизонтальній площині. Одна і та ж поворотна платформа може бути встановлений на ходові пристрої різних типів.

Залежно від кута повороту поворотної платформи в горизонтальній площині екскаватори називають повно поворотними або неповно поворотними.

Поворотна частина повно поворотного екскаватора може обертатися навкруги вертикальної осі на необмежений кут. У машин цього типу (мал. 9, а) на поворотній платформі встановлені двигун я основні робочі механізми, а також укріплено робоче устаткування.

Неповно поворотними виготовляють лише невеликі екскаватори на базі тракторів (рис. 4, б).

Рис. 4

У цих екскаваторів відсутня поворотна платформа, а робоче устаткування укріплено за допомогою поворотної колонки безпосередньо на ходовому пристрої, щодо якого воно обертається на обмежений кут.

Робочим устаткуванням називається комплекс вузлів екскаватора, робочий орган (наприклад; ківш, крюк або грейфер, за допомогою якого копають грунт, піднімають вантаж, захоплюють сипкі і кускові матеріали), що містить, і забезпечуючи його дію в зоні роботи екскаватора.

По виду конструктивного виконань робочого устаткування екскаватори бувають з гнучкою підвіскою, жорсткою і телескопічною стрілою. У екскаваторів з гнучкою підвіскою стріла, а іноді і робочий орган (наприклад, ківш) підвішені на канатах, якими приводяться в дію.

Універсальний будівельний екскаватор має звичайно декілька видів робочого устаткування, якими він може працювати залежно від умов експлуатації. Ці види робочого устаткування можуть легко замінюватися одне іншим, тому вони називаються знімними.

Робочий цикл екскаватора складається з наступних операцій:

1. Власне копання ґрунту (зрізання ґрунту і заповнення ним ковша).

2. Виведення ковша з ґрунтом із забою, щоб забезпечити можливість безперешкодного повороту платформи.

3. Переміщення заповненого ґрунтом ковша до місця розвантаження, для чого або повертають платформу з робочим устаткуванням (у повно поворотних), або тільки робоче устаткування (у неповно поворотних машин).

4. Розвантаження ґрунту з ковша у відвал або транспортний засіб.

5. Переміщення ковша {поворот платформи} до забою.

6. Опускання ковша для підготовки до наступної операції копання.

Використана література:

1. Волков Д. П., Николаев С. Н. Повышение качества строительных машин. М., 1984.

2. Домбровский Н. Г., Гальперин М. И. Строительные машины. М., 1985.

3. Добронравов С. С, Дронов В. Л. Машины для городского строительства. М., 1985.

4. Машины для земляных работ / Под ред. Н. Г. Гаркави. М., 1982.

5. Машины для транспортирования строительных грузов; Справочное пособие по строительным машинам / Под ред. С. П. Епифанова, М. В. Казаринова и И. А. Онуфрисва. М., 1985.

6. Фиделев А. С, Чубук Ю. Ф. Строительные машины. Киев, 1979.