Г Л А В А 2

ЭКСКАВАТОРЫ

Одноковшовые экскаваторы

Вскрышные работы и разработку полезных ископаемых откры­тым способом, а также земляные работы на стройках выполняют в основном экскаваторами. Экскаваторы подразделяют на одноков­шовые— машины прерывистого цикличного действия и многоков­шовые— машины непрерывного действия.

Одноковшовый экскаватор — это землеройная машина, которая в течение цикла одним ковшом режет грунт, заполняет им ковш,

Переносит его на небольшое расстояние и грузит в транспортные средства или сбрасывает в отвал.

Цикл работы одноковшового экскаватора состоит из нескольких последовательных операций. Наполнение ковша происходит во вре­мя его принудительного перемещения, когда режущая кромка или зубья ковша срезают часть грунта, расположенного на поверхности забоя. Грунт в разрыхленном состоянии поступает в ковш и посте-

Рис. 2.1. Одноковшовый экскаватор — прямая механическая лопата

пенно его заполняет. Перемещение грунта к месту разгрузки осу­ществляется в ковше при повороте платформы, что является наи­более экономичным способом перемещения. Одновременно ковш пе­ремещается и по вертикали до уровня разгрузки. Разгрузка ковша происходит вследствие падения грунта под действием сил тяжести при открывании днища или створок ковша или при его наклоне. Цикл завершается возвратом ковша в исходное положение и его подготовкой к новому рабочему движению и наполнению. По мере разработки забоя, после выполнения большого количества циклов экскаватор своим ходом перемещается ближе к забою.

Для осуществления всех операций цикла и перемещения в за­бое одноковшовые экскаваторы имеют необходимые оборудование и механизмы. У экскаватора с канатной (гибкой) подвеской рабо­чего оборудования (рис. 2.1) ходовое оборудование / служит для передвижения экскаватора и является опорой для всех его частей и механизмов. Силовое оборудование размещено на поворотной платформе; оно состоит из двигателя 2, лебедок 3 и трансмиссий. Рабочее оборудование непосредственно обеспечивает разработку грунта и состоит из ковша 5, рукояти 6, стрелы 7, системы канатов 4, подвижных и неподвижных блоков Механизмы экскаватора используя энергию двигателя, приводят в движение рабочее и ходо­вое оборудование, а также поворотную платформу, обеспечивая вы­полнение операций цикла в необходимой последовательности.

В операции резания грунта и наполнения ковша участвуют ме­ханизмы подъема и напора; в операции перемещения и разгрузки — механизм поворота платформы и механизм открывания днища ков­ша. Механизм подъема ковша обеспечивает резание грунта режу­щей кромкой или зубьями ковша при его движении вдоль поверхности забоя. На это движение требуется основная часть энергии двигателя, которая расходуется на преодоление сцепления между частицами, на разрушение породы. Механизм состоит из лебедки, каната, неподвижных блоков на конце стрелы и подвижного блока на ковше.

Одноковшовые гидравлические экскаваторы имеют жесткий подвес рабочего органа, все элементы которого приводятся в дей­ствие гидроцилиндрами и могут жестко фиксироваться в простран­стве. Гидравлический экскаватор марки ЭО-4121А (рис. 2.2) имеет ходовое, силовое и рабочее оборудование. На гусеничное ходовое оборудование / опирается поворотная платформа 2, несущая на се­бе противовес 3, силовую установку с дизельным двигателем 4, ре­дуктор, насосы и другие механизмы, прикрытые капотом 5, и ка­бину 6.

Рис. 2.2. Экскаватор ЭО-4121А — обратная лопата

К передней части поворотной платформы шарнирно при­креплены элементы рабочего оборудования, включающие базовую часть стрелы 7, верхнюю часть стрелы 8, рукоять 10 и ковш 12. Взаимное положение базовой и верхней частей стрелы в зависимо­сти от условий работы фиксируется соединительной балкой 13, а требуемая траектория движения ковша обеспечивается согласован­ной работой гидроцилиндров 9, И, 14. Опорно-поворотное устрой­ство 15 передает возникающие в процессе работы усилия и нагрузки на ходовое оборудование при любом положении поворотной платформы.

Такие экскаваторы являются универсальными и предназначены для выполнения землеройных работ в строительстве, разработки в карьерах пород 1...У1 категорий и хорошо взорванных скальных с кусками размером не более 400 мм при температурах окружаю щей среды от —40 до 40°С, а в тропическом исполнении до 55°С.

У экскаваторов рассматриваемой марки для наиболее тяжелых условий работы используют ковши вместимостью 0,65 м³; при раз­работке пород III.„IV категорий применяют более вместительные ковши в 1 м³, а для I___II категорий—1,25 м³. Экскаватор комплектуют сменным рабочим оборудованием, включающим обратную лопату, прямую лопату с жестким креплением ковша, прямую ло­пату с поворотным ковшом, грейфер и ковшовый погрузчик, что придает экскаватору универсальный характер и позволяет эффек­тивно использовать его при выполнении самых разнообразных ра­бот.

Все виды рабочего оборудования приводятся в действие еди­ной гидравлической системой, включающей в себя шестеренные на­сосы, приводимые через редукторы от двигателя, гидрораспредели­тели и трубопроводы, питающие гидроцилиндры с возвратно-посту­пательным движением рабочего органа и гидромоторы — с враща­тельным движением.

Гидравлические экскаваторы с объемным гидроприводом по сравнению с экскаваторами, имеющими канатный привод рабоче­го оборудования и механические трансмиссии от двигателя к меха­низмам, обладают значительными преимуществами. Они много про­ще конструктивно (в них исключены многочисленные зубчатые пе­редачи, муфты, тормоза и системы управления ими), а значит про­ще и дешевле в изготовлении, обслуживании и ремонте, надежнее в эксплуатации; позволяют развивать большие усилия на зубьях ковшей и разрабатывать более плотные породы, применять более вместительные ковши и увеличивать примерно в 1,5 раза произво­дительность при сходных условиях работы.

Выпуск экскаваторов в нашей стране постоянно возрастает и в 1985 г. составил 42,6 тыс. шт., из них более 75% с гидравлическим приводом, в том числе и крупные карьерные экскаваторы с ковша­ми вместимостью до 20 м-³.

Классификация. По назначению экскаваторы подразделя­ют на универсальные и специальные. Универсальные имеют разно­образное сменное рабочее оборудование с ковшом вместимостью от 0,15 до 2,5 м³ (основной наименьший ковш, рассчитанный на наиболее тяжелые условия работы). К специальным относят карь­ерные экскаваторы, оборудованные прямой лопатой с ковшом вме­стимостью от 2 до 25 м³; вскрышные экскаваторы с удлиненной стрелой и рукоятью и ковшами до 50 м³ и шагающие драглайны, из которых крупнейшим является экскаватор ЭШ-100.100 с ковшами вместимостью 80 и 100 м³ и стрелой, имеющей длину 100 м.

По ходовому оборудованию экскаваторы бывают с гу­сеничным, пневмоколесным и шагающим ходовым оборудованием, а также с автомобильным, тракторным, железнодорожным. Гусе­ничное ходовое оборудование является сложным и тяжелым, оно •быстро изнашивается, при разворотах взрыхляет грунт, но позво­ляет обеспечить низкое удельное давление на грунт, необходимую скорость передвижения и преодоление подъемов, надежно работа­ет в тяжелых условиях разработки скальных пород. Пневмоколес-ное ходовое оборудование отличается легкостью, простотой устрой­ства, обеспечивает быстрое передвижение по хорошим дорогам, но малопригодно в условиях бездорожья из-за большого удельного давления на грунт. Шагающее ходовое оборудование является кон­структивно простым и долговечным, обеспечивает весьма низкое удельное давление на грунт, позволяет изменять направление дви­жения простым поворотом платформы, но является наиболее тихо­ходным.

По силовому оборудованию (типу привода) выпуска­ют экскаваторы с дизельным и электрическим одномоторными при­водами, а также с дизель-электрическим и дизель-гидравлическим одно- и многомоторными приводами. На крупных экскаваторах — карьерных, вскрышных и шагающих драглайнах — применяют эле­ктрический многомоторный привод с питанием от внешней сети.

Электродвигатели просты по конструкции и в управлении, но зависят от внешних источников тока. Дизельные двигатели слож­нее по конструкции, а также в управлении и обслуживании, но в отличие от электродвигателей автономны. Дизель-электрический привод наиболее сложен, но сочетает достоинства электрических и дизельных, для преодоления перегрузок не требует резервной мощ­ности. Дизель-гидравлический приводит в действие масляные насо­сы шестеренного, плунжерного или лопастного типа, от которых рабочая жидкость под давлением поступает в цилиндры или гид­ромоторы исполнительных механизмов. Достоинством гидроприво­да является то, что он компактен, обладает большими передаточ­ными отношениями, позволяет легко преобразовывать вращатель­ное движение в поступательное и наоборот, а также реверсировать движение, бесступенчато регулировать скорости и усилия, автома­тически предохранять двигатель от перегрузок. Все это привело к тому, что дизель-гидравлический объемный привод, несмотря на его несколько меньший коэффициент полезного действия (КПД), получил широкое распространение и на универсальных экскавато­рах стал преобладающим.

Силовое оборудование экскаваторов размещают на платформе, которую обычно делают полноповоротной. Неполноповоротные платформы встречаются у экскаваторов, изготовленных на базе тракторов или автомобилей. Управление двигателями, трансмиссия­ми и механизмами бывает рычажным, гидравлическим, пневмати­ческим, электромагнитным и комбинированным и осуществляется экскаваторщиком из кабины управления.

По рабочему оборудованию экскаваторы могут отли­чаться тем, что некоторые их типы оснащены постоянным конструктивно-определенным видом оборудования (например, карьерные — прямой лопатой, шагающие — драглайном), тогда как другие (уни­версальные) имеют сменное рабочее оборудование и с его помощью могут выполнять разнообразные работы.

К сменному рабочему оборудованию относят прямую и обрат­ную лопаты, драглайн, грейфер, кран, копер, ковшовый погрузчик. Для выполнения специальных работ универсальные экскаваторы снабжают также и другими видами сменного оборудования: стру­гом или скребком для выполнения планировочных работ и засыпки траншей, планировщиком откосов, башенным краном, косым драг­лайном, дизель-молотом с клином для рыхления мерзлого грунта, корчевателем. Рабочее оборудование и тип экскаватора выбирают с учетом характера предусмотренных проектом работ, их объема, физических свойств грунта и других условий.

Для оптимального выбора используют каталоги заводов-изгото­вителей с характеристиками машин, ГОСТы, технические условия и другие документы. Так, например, ГОСТ 17343—83 «Экскаваторы одноковшовые универсальные канатные. Технические условия» оп­ределяет типы ходового оборудования и их индексацию, расчетную вместимость ковшей (м³) для пяти размерных групп, мощности двигателя, давление на опорную поверхность, продолжительность рабочего цикла для различных видов рабочего оборудования.

Общая индексация одноковшовых универсальных экскаваторов (рис. 2.3) в предельно сжатой форме характеризует каждую ма­шину и ее возможности. Первые две буквы ЭО — экскаватор одно­ковшовый; первая цифра — размерная группа, определяет расчет­ную вместимость ковша (м³) для наиболее тяжелых условий рабо­ты и верхний предел этого параметра; вторая цифра обозначает тип ходового устройства (гусеничного — 1, гусеничного с увеличен­ной поверхностью гусениц —2, пневмоколесного — 3 и т. д.); третья цифра характеризует особенность крепления рабочего органа (с гибкой канатной подвеской —1, с жесткой подвеской —2, телеско­пическое—3); четвертая цифра — порядковый номер модели. Да­лее следует буквенное обозначение очередной модернизации (если модернизация не проводилась, ее обозначение опускают) и, нако­нец, буквенное обозначение климатического исполнения (ХЛ —для холодного климата, Т —для тропического, ТС или ТВ — тропиче­ского сухого или тропического влажного). Основное исполнение для микроклиматических районов с умеренным климатом (У) в ин­дексе не указывают.

Например, индекс ЭО-4121А говорит о том, что речь идет о экс­каваторе одноковшовом четвертой размерной группы с расчетным ковшом вместимостью 0,65 м³, оснащенном гусеничным ходовым устройством и гидравлическим приводом, т. е, жесткой подвеской рабочего оборудования, о первой модели и первой ее модернизации, что экскаватор дан в исполнении для районов с умеренным клима­том.

Рис. 2.3. Индексация одноковшовых универсальных экскаваторов

Производительность экскаваторов и методы ее повышения. Про­изводительность одноковшовых экскаваторов определяют количеством грунта, добытого в единицу времени (она выражается в м³/ч). Различают теоретическую, техническую и эксплуатационную производительность. Теоретическая производительность является условной и равна объему грунта, который экскаватор смог бы добыть за I ч непрерывной работы при расчетной продолжительности цикла и соответствии объема каждой порции грунта, добытой за один цикл геометрической вместимости ковша. Техническая учиты­вает реальные условия работы, т. е. свойства разрабатываемого грунта, его разрыхляемость, степень заполнения ковша, особенно­сти забоя, но не учитывает простои экскаваторы. Следовательно, это наибольшая производительность, возможная в данных условиях при непрерывной работе.

Эксплуатационная производительность учитывает особенности работы за какой-либо период в конкретных условиях, в том числе и допустимые по проекту работ простои. Эксплуатационная или фактическая производительность одноковшовых экскаваторов (муч)

П = 60Vnk_nk_i/ k_p (2.1)

где V — геометрическая вместимость ковша, м³; п — фактическое количество циклов в 1 мин (для строительных и карьерных экска­ваторов п=2..4); k_к — коэффициент наполнения ковша (k_н= = 0,55...1,5); k _И — коэффициент использования экскаватора во вре­мени, равный отношению числа часов чистой работы экскаватора к продолжительности рабочих смен отчетного периода (А_и=0,7...0,8); к_р — коэффициент разрыхления грунта.

Коэффициенты наполнения ковша и разрыхления грунта зави­сят в основном от свойств грунта, а потому их отношение объеди­няют одним понятием — коэффициентом экскавации грунта к_э = = к_н/к_р, изменяющимся от 0,6 для скальных пород до 0,87 для сы­пучих (песок, суглинок, торф).