Многоковшовый экскаватор — это самоходная землеройная ма­шина непрерывного действия, разрабатывающая грунт с помощью ковшей, размещенных на шарнирно-пластинчатой цепи или роторе.

Каждый ковш последовательно выполняет все операции, составля­ющие цикл работы одноковшового экскаватора (резание грунта,, перемещение его к месту разгрузки, разгрузка ковша и его возвра­щение в забой). Однако благодаря наличию большого количества ковшей все операции происходят одновременно и процесс получа­ется непрерывным.

Непрерывность процесса устраняет динамические нагрузки и ко­лебания в потребляемой мощности, что позволяет обеспечить более высокую, чем у одноковшовых экскаваторов, производительность при значительно меньшей сложности и металлоемкости машины и меньшем расходе электроэнергии. Преимуществом многоковшовых экскаваторов является также правильная форма разрабатываемых откосов грунта и возможность разработки глубоких выемок и вы­соких уступов. К недостаткам многоковшовых экскаваторов отно­сятся трудность использования их в зимних условиях и непригодность для разработки грунтов, имеющих включения камней, раз­меры которых превышают 0,2 ширины ковша.

Классификация. По характеру движения многоковшо­вые экскаваторы подразделяют на экскаваторы поперечного копа­ния, или карьерные (экскаватор передвигается в направлении, пер­пендикулярном плоскости движения ковшей), и на экскаваторы продольного копания, или траншейные (направление движения экскаватора совпадает с плоскостью движения ковшей). Экскава­торы могут быть с поворотными и неповоротными платформами. С поворотными платформами экскаваторы конструктивно сложнее, но более универсальны. Они могут, двигаясь по одному пути, раз­работать верхний подуступ, а повернувшить на 180° и опустив ков­шовую раму, без передвижки пути разработать нижний подуступ. Кроме того, экскаваторы с поворотными платформами могут раз­рабатывать тупики забоев.

По ходовому оборудованию многоковшовые экскава­торы бывают с гусеничным и железнодорожным оборудованием. Гусеничное оборудование обеспечивает большую маневренность и его применяют в основном у траншейных экскаваторов. Железно­дорожное оборудование обеспечивает большую устойчивость и плавность работы, и оно применяется у карьерных экс­каваторов.

По силовому оборудованию экскаваторы бывают с электрическими двигателями и с двигателями внутреннего сгора­ния (дизелями): Электрические двигатели переменного тока при­меняют у экскаваторов поперечного копания. Двигатели внутрен­него сгорания, не связанные кабелем с источниками электроснаб­жения и обеспечивающие большую маневренность, применяют у экскаваторов продольного копания.

По рабочему оборудованию многоковшовые экскавато­ры подразделяют на экскаваторы с ковшами, расположенными на роторе или на шарнирно-пластинчатых цепях. Вместимость ковшей составляет от 18 до 300 дм³ и более. Разгружаются ковши в транс­портные средства или в отвал посредством бункеров или ленточ­ных конвейеров. Карьерные экскаваторы применяют для вскрыш­ных работ и добычи полезных ископаемых [...II] категорий, глини­стых пород IV категории при отсутствии крупных каменистых включений. Их применяют также на земляных работах при соору­жении каналов, насыпей и выемок в дорожном строительстве. Экс­каваторы продольного копания используют для рытья траншей при укладке нефтяных и газовых трубопроводных магистралей, водо­проводных и канализационных сетей, кабельных линий, для созда­ния и обслуживания ирригационных систем.

В промышленности строительных материалов для добычи песка, гравия и глины применяют экскаваторы поперечного ко­пания малой мощности. Экскаватор марки ЭМ-201А (рис. 2.4) имеет ходовое, силовое и рабочее оборудование и механизмы, обе­спечивающие их работу.

 

Рис. 2.4. Схемы устройства и работы многоковшового экскаватора

Ходовое оборудование состоит из ходовой тележки 1 с дву бордными металлическими колесами 2, опирающимися нрельсы железнодорожного пути с нормальной шириной колеи (1524 мм). Пара ведших колес объединена общим валом и приводится в дви­жение индивидуальным электродвигателем через редуктор и пару цилиндрических шестерен. От вала приводных колес посредством цепной передачи приводится в движение барабан навивки кабеля, питающего двигатели электроэнергией. На ходовую тележку опи­рается платформа, на которой размещены рабочее оборудование, разгрузочные приспособления и механизмы привода и управления. Рабочее оборудование состоит из неподвижной стрелы 5, ковшовой рамы 3 с внутренним планирующим звеном, шарнирно-пластинчатой цепи с ковшами 4 и поддерживающих канатов 6. Ковшовую ра­му решетчатой конструкции крепят к платформе шарнирно, и ее можно устанавливать под углом +45° при верхнем копании и —45° при нижнем копании. Наружное планирующее звено удлиняет ков­шовую раму. При необходимости его используют для зачистки по­дошвы уступа при нижнем копании. Внутреннее планирующее звено при радиальной разработке уступа используют для удлинения ковшовой рамы, но в большинстве случаев оно служит для разра­ботки откоса параллельными слоями с попутной зачисткой подош­вы уступа под передвижку железнодорожного пути при верхнем копании.

На платформе установлены металлические конструкции, под­держивающие площадку с приводом звездочек шарнирно-пластинчатых цепей, и бункер, в который разгружаются ковши при огиба­нии приводных звездочек. Металлические конструкции расположе­ны консольно и вместе с оборудованием служат противовесом ков­шовой раме. При необходимости к ним прикрепляют контейнеры с дополнительным уравновешивающим балластом. На платформе также устанавливают кабину с устройствами управления механиз­мами передвижения экскаватора по рельсам, движения ковшовой цепи, подъема и опускания ковшовой рамы и внутреннего плани­рующего звена, механизмом открывания и закрывания затвора бункера.

Силовое оборудование экскаватора состоит из электродвигате­лей переменного тока с индивидуальным приводом каждого меха­низма, что значительно упрощает трансмиссии и систему управле­ния. При работе экскаватора шарнирно-пластинчатая цепь вместе с ковшами двигается вдоль ковшовой рамы по верхним роликам, огибает направляющие колеса на конце внешнего планирующего звена, переходит в направляющие нижней части рамы и, двигаясь к экскаватору, обеспечивает резание грунта ковшами и их напол­нение. Ковши сварные из листовой стали, неглубокие, спереди и сверху открытые, после заполнения материалом переходят на не­подвижную наклонную раму, расположенную на платформе, и под­нимаются вдоль желоба к приводным звездочкам. При огибании звездочек цепи поворачивают очередной ковш и находящийся в нем материал ссыпается в бункер.

Так как одновременно с ковшами, двигающимися вдоль ковшо­вой рамы, рама перемещается вместе с экскаватором вдоль забоя, с поверхности откоса уступа срезается слой грунта толщиной от 20 до 70 мм (в зависимости от высоты уступа). Пройдя до конца разрабатываемого участка, экскаватор начинает возвратное дви­жение, ковшовая рама опускается на толщину стружки и ковши снова срезают слой грунта. Материал постепенно накапливается в бункере и выгружается из него в транспортные средства при от­крывании затвора. Всеми механизмами управляет из кабины ма­шинист экскаватора.

Экскаватор ЭМ-201А имеет 33 ковша вместимостью по 20 дм³; шаг ковшей равен 1 м. В одну минуту опорожняется 30 ковшей, что обеспечивает производительность 36 м³/ч. Скорость ковшовой цепи 0,5 м/с, скорость передвижения экскаватора 0,05 м/с (0,18 км/ч). Экскаваторы поперечного копания ЭМ-302 и ЭМ-503 отличаются от экскаватора ЭМ-201А большими размерами и мощностью (вместимость ковшей соответственно 30 и 50 дм³, производительность 54 и 102 м³/ч), а также наличием отвальных ленточных конвейеров.

Особенностью работы многоковшового экскаватора является сложное движение его ковшей. Ковш движется со скоростью ков­шовой цепи у_ц относительно ковшовой рамы и со скоростью экска­ватора V_э вместе с ковшовой рамой вдоль забоя. Если условно представить на поверхности откоса (см. рис. 2.4) проекцию рабо­чей ветви ковшовой цепи, будет ясно, что при неподвижном экска­ваторе ковши 1...5, двигаясь к экскаватору, срезают слой грунта в виде полоски лишь до тех пор, пока не попадут на участки, срезан­ные впереди идущими ковшами. Последующие ковши совсем не бу­дут участвовать в резании грунта. При опускании ковшовой рамы образуется небольшое углубление (/) и резание прекратится, так как ширина ковшей меньше ширины ковшовой рамы.

Чтобы каждый ковш участвовал в работе резания грунта, экс­каватор должен двигаться вдоль забоя. При минимальной скорости движения экскаватора эффект резания невелик, так как лишь не­большая часть режущей кромки ковша режет грунт, а остальная движется над участком, срезанным впереди идущим ковшом (//). При очень большой скорости экскаватора относительно скорости цепи между срезанными полосками окажутся незатронутые участ­ки, что недопустимо (/V). Наилучший результат дает соотношение скоростей, при котором полоски грунта, срезанные смежными ков­шами, примыкают друг к другу (///). Это положение достигается, если результирующая скорость ковша V_к параллельна линии ММ, проходящей через крайние, противоположные точки режущих кро­мок двух смежных ковшей.

Зная величину и направление скорости цепи v_ц, направление скорости экскаватора V_э и направление результирующей скорости ковшей Vk!, посредством геометрического построения находим вели­чину скорости экскаватора из треугольника АБС:

V_э = V_цtga₁ (2.5)

Из условия построения

a₁=a, tga = b/t

где b — ширина режущей кромки ковша, участвующая в резании, м; t — шаг ковшей, м. Таким образом,

V_э = V_ц b / t (2.6)

Практически скорость экскаватора примерно в 10 раз меньше скорости ковшовой цепи.

Производительность экскаватора и способы ее повышения. Эф­фективная производительность (м³/ч) многоковшовых экскавато­ров

П=60Vnk_эk_i

где V — геометрическая вместимость ковша, м³; k_э — коэффициент экскавации грунта (k_э =0.65...0.91); k_i — коэффициент использова­ния экскаватора ( k_i =0,7... 0,9); n — число ковшей, разгружаемых в 1 мин;

n = 60v/t_ц, (2.8)

где Vц — скорость ковшовой цепи, м/с; t— шаг ковшей, м.

Для повышения производительности многоковшовых экскавато­ров необходимо тщательно подбирать толщину стружки соответственно пути резания и скоростям движения для максимального на­полнения ковшей; применять ковши повышенной вместимости при разработке более мягких пород; обеспечивать полное опорожнение ковшей и устранять просыпание грунта; своевременно подавать транспортные средства и выполнять передвижку пути.

Рис. 2.5. Роторный экскаватор

Для разработки полезных ископаемых в карьерах широко при­меняют многоковшовые роторные экскаваторы (рис. 2.5), сочетающие преимущества землеройных машин непрерывного дей­ствия с большими усилиями резания, свойственными одноковшо­вым экскаваторам. Ковши роторного экскаватора размещены на вращающемся колесе-роторе /, установленном на конце рамы 2, не­сущей также приемный ленточный конвейер. Рама поддерживается стрелой 3 и может наклоняться, перемещая ротор в вертикальной плоскости, что обеспечивает разработку уступа по высоте. Вместе с поворотной платформой 5 рама и ротор могут поворачиваться в горизонтальной плоскости. Рама может также выдвигаться вперед и подаваться назад. Поворотная платформа опирается на много­опорное гусеничное ходовое оборудование 6. Разгрузочный конвей­ер 4 подает грунт в транспортные средства или на перегружатель. Производительность крупных роторных экскаваторов достигает 100 тыс. м³/сут.