Принцип работы экскаватора
Устройство, технические характеристики и работа экскаваторов
Одноковшовый экскаватор (рис. 6.2) в большинстве случаев состоит из неповоротной 1 и поворотной части 2, связанных между собой опорно-поворотным устройством 3.
Неповоротная часть с механизмами передвижения или базовым транспортным средством является опорной базой экскаваторов. На нее через опорно-поворотное устройство опирается поворотная платформа, вращение которой осуществляется механизмом поворота.
Поворотная часть состоит из поворотной платформы с механизмами и силовым оборудованием и рабочего оборудования.
Рис. 6.2. Одноковшовый строительный экскаватор:
1 – неповоротная часть; 2 – поворотная часть; 3 – опорно-поворотное устройство; 4 – стрела; 5, 8, 9 – гидроцилиндры; 6 – ковш; 7 – рукоять; 10 – кабина
Поворотная платформа выполнена в виде рамы. На ней установлено рабочее оборудование и привод, который с помощью силовой установки и трансмиссии приводит в движение рабочее оборудование, а в некоторых случаях и ходовое устройство. В передней части рамы поворотной платформы размещена кабина 10 с органами управления машиной.
Кроме того, на поворотной платформе размещены механизм поворота, элементы гидро- и электрооборудования.
Поворотная платформа опирается через специальное роликовое опорно-поворотное устройство на раму ходового устройства и может поворачиваться относительно него в горизонтальной плоскости. Одна и та же поворотная платформа может быть установлена на ходовые устройства разных типов.
Силовая установка, состоящая из дизеля и приводимой им во вращение насосной установки, размещается, как правило, в задней части поворотной платформы. Подача рабочей жидкости к гидромоторам и тормозам механизмов хода и/или гидрофицированным опорам осуществляется через центральный коллектор.
Механизмы и агрегаты, расположенные на поворотной платформе, закрыты капотами. Впереди платформы в проушинах кронштейнов устанавливаются стрела и гидроцилиндры стрелы рабочего оборудования. Сзади для уравновешивания экскаватора крепится противовес.
В настоящее время большинство экскаваторов имеет электрический или дизельный приводы.
На основании устанавливается поворотная платформа, несущая стрелу.
Нижний конец стрелы опирается (через шарниры) на эту платформу, а верхний удерживается в рабочем положении канатным подвесом, опорой которого служат треугольные рамы, тоже закрепленные на платформе.
Стрела может быть рассчитана на работу с ковшом прямой или обратной лопаты, ковшом драглайна, грейферным ковшом или работу с грузоподъемным крюком. Универсальный одноковшовый экскаватор.
Экскаватор такого типа легко перестраивается на любой вид работ путем замены переднего рабочего оборудования.
Все основные параметры таких экскаваторов (вылет стрелы, размеры гусеничных опор, габариты, мощность привода, линейные скорости, вместимость ковша, грузоподъемность, вид двигателя) стандартизованы.
Как правило, они выпускаются с бензиновыми или дизельными двигателями, но может быть предусмотрен и электропривод.
Карьерные и добычные одноковшовые экскаваторы
Такие машины рассчитаны на самые тяжелые условия эксплуатации.
Они проектируются как механические лопаты, допускающие переоборудование в драглайн.
Основой такой системы служит двигатель-генераторный агрегат, в котором электродвигатель переменного тока механически связан с отдельными электрогенераторами, питающими приводы разных групп оборудования.
Частоты вращения и вращающие моменты приводов регулируются изменением тока возбуждения электрогенераторов и электродвигателей.
Вскрышные механические лопаты
Для таких экскаваторов характерны большие радиусы черпания и разгрузки (более 100 м) и большая вместимость ковша (90 м3 и более).
От малых универсальных и карьерных экскаваторов, перемещающихся на двух жестко закрепленных гусеничных тележках, они отличаются конструкцией гусеничного хода.
Каждый из четырех углов их основания опирается на двухленточную гусеничную тележку.
В одном из них основными узлами являются одноканатная двухбарабанная лебедка, рукоять круглого сечения и канатный напорный механизм, закрепленный на поворотной платформе.
Подъемный механизм сбалансирован, так что при опускании ковша поднимается противовес, а опусканием противовеса облегчается поднятие ковша при срезании грунта.
В другом варианте используется трехканатная лебедка без противовеса.
Стреле, рукояти и напорному механизму придается особая конструкция с промежуточным шарниром, обеспечивающая независимость подвеса.
Напорный механизм, закрепленный на треугольной или портальной ферме, воздействует на двухзвенную рукоять, которая поддерживается и направляется подвижным жестким звеном.
Драглайн
Экскаватор-драглайн (как и обратная лопата) разрабатывает грунт ниже уровня стояния машины.
Его ковш подвешен на подъемном канате, а черпание осуществляется подтягиванием «на себя» вторым, тяговым канатом.
Ковш врезается в грунт под тяжестью собственного веса.
Такое устройство позволяет разрабатывать даже крепкую скальную породу, разрыхленную взрывом.
Благодаря своим большим рабочим размерам (глубине черпания, радиусу и высоте разгрузки) драглайн особенно подходит для строительства каналов и дамб, подводного черпания, разработки россыпных месторождений и месторождений требующих раздельной выемки покрывающей породы и промышленной руды. Производительность драглайна зависит от глубины черпания и высоты подъема, а также от рабочего угла поворота стрелы.
Технические характеристики экскаваторов
Современные машины отличаются по многим параметрам, в зависимости от модификации и прямого предназначения.
Основная классификация проводится по следующим параметрам:
Все эти показатели могут комбинироваться в различных вариациях, в связи с чем разработано огромное количество модификаций рассматриваемой техники.
Гусеничный ход
Что такое экскаватор на гусеницах? Это машина, которая пройдет по дорогам с любым покрытием, а также без него. Подавляющее большинство самоходной экскаваторной техники помещается именно на базу с гусеничным ходом. Исключение составляют аналоги, работающие в черте города. Рассматриваемые модели легко преодолеют рыхлый грунт, торфяники, бездорожье, лесные и каменные препятствия.
Другие типы шасси
Экскаваторы на пневматических колесах отлично зарекомендовали себя для работы в городских условиях. Гусеничные аналоги здесь не подходят, поскольку будут просто разрушать асфальтовое покрытие. Колесные модели не только щадяще относятся к дорожному оформлению, но и отлично амортизируют, а также имеют минимальный уровень шума.
Что такое экскаватор шагающего типа? Подобная модификация лишена гусениц или колес. В нижней части агрегата находится опорная плита, служащая площадкой при работе. Перемещается машина при помощи специальных гидравлических башмаков. Она поднимается на них, переносит себя и снова опускается на опорную плиту. Скоростной режим передвижения может составлять до 80 км/ч.
Экскаваторы на рельсовом ходу обычно эксплуатируются в горнодобывающих выработках. Цепные модели размещаются на рельсах, широко расположенных между собой. Эта дистанция называется порталом, в него удобно заезжать грузовикам под погрузку.
Землеройные универсальные устройства можно монтировать практически на любое шасси. Комбинированные модификации могут оснащаться колесами и железнодорожными опускаемыми парами при необходимости передвижения по рельсам. Имеются плавучие аналоги (земснаряды).
Принцип действия
Одноковшовые вариации работают в циклическом режиме: набрал – перенес – высыпал.
К приспособлениям непрерывного действия относятся роторные и траншейные экскаваторы.
К первым моделям причисляются агрегаты с несколькими ковшами, которые закреплены на большом вращающемся колесе.
В качестве примера траншейного аналога можно привести легкие агрегаты для прокладки кабеля.
Земснаряды набирают песок под водой по вакуумно-всасывающему принципу.
Невозможно определить один оптимальный и универсальный способ работы. Все зависит от вида добываемого материала и окружающих условий. В каждом определенном случае требуется конкретный вид техники.
Особенности
Шахтные экскаваторы имеют компактные габариты, что актуально в замкнутых пространствах. Как правило, они используются в горизонтальных выработках под землей и в тоннелях для отгрузки горных пород.
В открытом карьере эксплуатируются модификации, которые могут обеспечить максимальное перемещение и погрузку материала. На таких работах применяются несколько типов машин. Главное требование к ним – чтобы ковш экскаватора был максимально вместительным. Среди карьерных моделей:
Силовые установки
Первые машины работали от парового двигателя, затем на смену им пришли дизельные, бензиновые и электрические моторы.
Наиболее популярными силовыми агрегатами считаются дизельный и электропривод. Это обусловлено их экономичностью.
Дизельный вариант отличается мобильностью. Такая техника позволяет много перемещаться по обрабатываемому объекту и за его пределами. Если процесс предполагает передвижение на небольшие расстояния, разумнее использовать электрический аналог. Для карьерных выработок как раз подойдет именно такая техника.
Ведется разработка легких экскаваторов, которые питаются от аккумуляторных батарей. При этом машина управляется оператором дистанционно либо традиционным способом.
Применение
Что такое экскаватор и зачем он нужен?
Прежде всего, рассматриваемая техника – это землеройная машина, основной задачей которой является выемка, перенос грунта и породы.
При этом экскаваторы могут работать не только на площадках, где находятся, но и на участках, уровнем ниже или выше.
Кроме того, материал может добываться без проблем из-под слоя воды.
Полученную породу техника загружает в транспортировочные единицы (машины, баржи, вагоны).
При необходимости грунт можно отсыпать в отвал.
Гидравлический экскаватор позволяет быстро и качественно обеспечить рытье каналов, траншей, котлованов, расчистку территории с максимальной точностью. Рассматриваемые машины дали возможность полностью механизировать земляные работы, облегчив существенно труд людей.
Обыкновенная строительная модель способна за один подход перенести до 4 кубов земли или песка.
Экскаваторы на строительной площадке
Данный вид строительной техники выполняет копание и перемещение грунта посредством ковша или механизма непрерывного действия (цепного или роторного).
Исходя из этого требования экскаваторы подразделяются:
Основными частями строительных экскаваторов тягач камаз являются ходовая часть (колесная или гусеничная), поворотная платформа с силовой установкой и сменное рабочее оборудование.
Деление по типу ходового устройства
Тип ходового устройства указывается цифрами с 1 по 9:
Обозначение конструкции рабочей подвески.Конструктивное исполнение рабочего оборудования указывается цифрами: 1 – с гибкой подвеской (канатные полиспасты); 2 – с жесткой подвеской (гидроцилиндры); 3 – телескопическое.
Гибкая подвеска рабочего оборудования подразделяется на:
Выбор определенной модификации экскаватора диктуется характером выполняемых работ, их особенностями и правильное определение необходимой в каждом конкретном случае машины значит очень много.
Жесткая подвеска рабочего оборудования дает возможность оснастить экскаватор гидромолотом, который навешивается вместо ковша. Сам гидромолот приводится в действие от насосов гидросистемы экскаватора, что обеспечивает оптимальное использование мощности и снижение затрат.
Экскаваторы с канатными полиспастами могут оснащаться подвеской драглайн, крановым оборудованием, грейфером.
Условия применения различного рабочего оборудования.Экскаваторы с оборудованием прямой лопаты и с разгрузкой в транспортные средства или отвал целесообразно применять для рытья котлованов, преимущественно в крепких, каменистых и скальных породах и грунтах, а также в устойчивых грунтах средней крепости.
Оборудование обратной лопаты используется для рытья узких траншей (шириной 0,7-1,5 м и глубиной до 8 м), особенно с вертикальными стенками для прокладки сетей канализации, устройства фундаментов в крепких и каменистых грунтах, а также сооружения небольших котлованов.
Рабочее оборудование экскаватора-драглайна состоит из стрелы и ковша, подвешенного к стреле при помощи подъемного и тягового канатов. Выемку грунта драглайн производит, как правило, ниже уровня установки экскаватора; ковши применяются различной емкости – в скальных предварительно разрыхленных породах допускается работа драглайна при емкости ковша свыше 10 м3. Продолжительность цикла обычно на 10-20% больше, чем при работе экскаватора с оборудованием прямой лопаты. С оборудованием драглайна работает до 40% одноковшовых экскаваторов.
Грейфер.
Грейфер – грузозахватное приспособление экскаваторов, подъемных кранов, погрузчиков и монорельсовых тележек, снабженное поворотными челюстями для захвата груза.
Грейферы применяют для перегрузки и транспортирования на небольшие расстояния сыпучих и кусковых грузов, лесоматериалов и др.
Наиболее распространены грейферы для сыпучих грузов емкостью 0,8-1,5 куб.м.
Грейфер для лесоматериалов (бревен, балансов, дров и т.д.) по устройству аналогичен грейферу для сыпучих грузов, но имеет челюсти специальной конструкции – каждая состоит из двух когтей, отогнутых вниз и соединенных балкой.
Применение грейферов позволяет полностью автоматизировать операции захвата и освобождения различных грузов.
Отличие траншейных экскаваторов от одноковшовых
Главное назначение траншейных экскаваторов – выемка грунта при строительстве подземных коммуникаций. Их производительность выше, чем одноковшовых.
Индексация траншейных экскаваторов схожа с одноковшовыми, но имеет свои особенности. Например, индекс ЭТЦ-252А обозначает: экскаватор траншейный цепной, глубина копания 25 дм, вторая модель – 2, прошедшая первую модернизацию – А. То есть цифры в данном случае уже отражают и конкретные характеристики машины.
Можно ли использовать экскаватор для погрузо-разгрузочных работ
При необходимости можно. Но лучше использовать погрузчик. Впрочем, есть машины, оснащенные оборудованием и для экскавации, и для погрузки. Конечно же, погрузочный ковш имеет большую вместимость.
Мини-экскаваторы
Очень малые габаритные размеры, низкое давление на опорную поверхность при высокой проходимости и маневренности позволяют использовать такие мини-машины внутри станций метрополитена, в подвалах и на этажах высотных жилых и административных зданий, в трюмах судов, в морских и речных портах.
Достоинством мини-экскаваторов является быстрое выполнение работ небольших объемов на объектах, удаленных друг от друга, благодаря возможности их транспортировки в кузове грузовых автомобилей, а также установки и работы на очень малых стройплощадках.
При их помощи отрывают водоотводные канавы (кюветы) вдоль загородных автомобильных дорог, скважины для стоек ограждений, опор линий электропередач, траншеи различного поперечного сечения для прокладки сетей, небольшие траншеи и котлованы для оснований фундаментов зданий и сооружений, осуществляют строительство очистных сооружений, бассейнов, благоустройство скверов, парков, садов, выполняют строительство спортивных площадок.
Некоторые модели мини-экскаваторов способны эффективно и быстро выполнять следующие работы: в комплектации с отбойным молотком применяться для разрушения старых зданий и сооружений; в комплектации с обычным или двустворчатым ковшом – для многопрофильных земляных и погрузочных работ; в комплектации с управляемым вращающимся ковшом – для работ в саду, мелиоративных и лесопосадочных работ.
Есть модели мини-экскаваторов, которые оснащаются дополнительным навесным оборудованием: ковш, планирующий ковш, подвижный ковш, двустворчатый ковш, бур.
Устройство и принцип работы современных экскаваторов
Как классифицируются агрегаты
Экскаваторы, оборудованные рабочим органом с одним ковшом, подразделяются на категории:
Как устроен экскаватор
Общее устройство землеройного экскаватора включает в себя:
На поворотной платформе смонтирован двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Мотор имеет систему жидкостного охлаждения. Привод вентиляторов охлаждения автоматический, но имеется клавиша принудительного включения. Для увеличения мощности и снижения расхода топлива применяется установка турбокомпрессоров. Двигатель приводит в действие рабочие механизмы экскаватора посредством гидравлической или электрической трансмиссии. Механические трансмиссии применяются на устаревшей технике.
На экскаваторах с механическим приводом применяются лебедки, которые непосредственно управляют движением стрелы. На машинах встречаются лебедки с 1 или 2 валами. 1-вальным считается узел, у которого подъемный и тяговый барабаны установлены на единый вал. Если барабаны лебедки разнесены по валам, то она называется 2-вальной. Подобные механизмы устанавливаются на больших экскаваторах.
Привод лебедок выполняется валами через редуктор или цепью, осуществляется от главного вала трансмиссии. Для включения применяются многодисковые фрикционные муфты, для остановки — ленточные тормоза. Трос укладывается на барабан в один или несколько слоев в зависимости от длины.
Конструкция мини-экскаватора не отличается от принципов, заложенных в полноразмерной технике. Разница заключается в упрощении конструкции гидравлики и применении малогабаритного дизельного двигателя. Рабочее место оператора расположено в закрытой кабине, оборудованной системами вентиляции и обогрева.
Устройство экскаватора погрузчика отличается от вышеописанного механизма. Рабочий ковш расположен на шарнирной стреле в передней части стандартного колесного трактора. Погрузочное оборудование имеет гидравлический привод, управление которым осуществляется из кабины оператора.
Трактор построен по классической схеме — двигатель и коробка передач являются частью несущей конструкции. Спереди установлен подрамник, служащий для опоры двигателя и переднего моста. На задней части машины устанавливается экскаваторная стрела или иное землеройное оборудование, оснащенное гидравлическим приводом. Стрела может поворачиваться на фиксированный угол. При рытье котлованов и траншей техника перемещается своим ходом.
Опорно-поворотное устройство
Экскаваторы, смонтированные на шасси тракторов, поворачиваются при помощи гидравлических цилиндров. На полноповоротной технике имеется гидравлический или электрический привод, выполняющий поворот платформы с рабочим оборудованием вокруг неподвижной ходовой части.
Опорно-поворотное устройство экскаватора обеспечивает вращение платформы вокруг вертикальной оси. К прочности узла предъявляются повышенные требования, поскольку оно обеспечивает удержание платформы на ходовой части в процессе работы экскаватора. В конструкции поворотного устройства применяются тела вращения в форме катков или шариков.
Катки применяются на старых моделях экскаваторов. Недостатком конструкции является зазор между телом вращения и рабочей поверхностью погона, который приводит к раскачиванию платформы в процессе поворота. Шариковые устройства лишены этого недостатка. Кроме того, шариковый поворотный погон имеет меньший вес и сниженное сопротивление вращению. Тела вращения устанавливаются в шариковой конструкции в 1 или 2 ряда.
Поворотный механизм представляет собой 2 кольца, которые зафиксированы между собой болтовыми соединениями. Механизм жестко прикреплен к поворотной платформе. Расположенные внутри шарики разделены сепаратором, который предотвращает заклинивание узла в ходе работы.
На поворотной части устанавливается зубчатый венец, предназначенный для поворота платформы. Для поворота применяется аксиально-поршневой двигатель, оснащенный зубчатым рабочим валом. Возможно применение механических редукторов, увеличивающих крутящий момент. Регулировка скорости вращения осуществляется изменением давления масла, подаваемого в гидравлический двигатель. Платформа удерживается от случайного поворота тормозами с механическим и гидравлическим приводом.
Гусеничные экскаваторы разворачиваются при помощи гусениц и тормозных механизмов. В зависимости от радиуса поворота используется подтормаживание одной гусеницы с различным усилием.
Гидросистема
Гидросистема экскаватора работает от аксиально-поршневых или шестеренных насосов, установленных на двигателе машины. Привод насосов выполняется через повышающий редуктор. На двигателе может иметься небольшой насос, используемый для работы гидравлических усилителей управления. Насос имеет привод от шестерен газораспределительного механизма.
Запас рабочей жидкости расположен в расходном баке, оборудованном системой очистки масла от примесей. В качестве рабочей жидкости применяется специальное масло, приспособленное к работе в аксиально-поршневых установках и не разрушающее резиновые элементы магистралей. Различают летнее и всесезонное масла, отличающиеся температурой застывания.
Жидкость подается из бака в насос, а затем поступает к гидравлическому распределителю. Для связи узлов гидросхемы применяются гибкие шланги и металлические трубопроводы. Установленные на них муфты соединяют узлы в общую магистраль, обеспечивая герметичность конструкции. Распределитель оснащен золотниковыми клапанами, которые подают жидкость к гидрооборудованию. Отработавшее масло поступает в радиатор, а затем, пройдя через фильтры, возвращается в бак.
В гидравлике установлены предохранительные клапаны, защищающие систему от повышенного давления. Применяются перепускные клапаны, которые отводят часть жидкости в емкости с пониженным давлением. Регулировка потока выполняется дросселями и золотниками, которые перекрывают сечение магистралей. На некоторых механизмах применяется гидравлический замок, предотвращающий обратный отток жидкости. Такие клапаны применены на выносных опорах.
Для работы стрелы применяются гидравлические цилиндры 2-стороннего действия. Цилиндры применяются для разворота стрелы, изменения угла установки рукояти, управления движением ковша. На штоках цилиндров имеется проушина, которая соединяется с управляемыми узлами.
Гидравлика используется в качестве трансмиссии экскаватора. На ведущих колесах или звездочках установлены аксиально-поршневые двигатели. Скорость движения машины зависит от рабочего давления в гидросистеме. Давление регулируется числом оборотов двигателя, а также гидрораспределителем. Рулевое управление оснащено усилителем, подключенным к общей или к отдельной магистрали. С помощью гидравлики функционируют тормозные механизмы на колесах и рабочих органах.
Ходовая часть
Ходовая часть предназначена для движения техники и передачи нагрузок от узлов и рабочего оборудования на опорные поверхности.
Существует 2 варианта ходовой части:
Колесная ходовая часть состоит из 2 мостов, оснащенных приводом. Передняя ось оборудована подвижными кулаками, обеспечивающими поворот экскаватора при движении. В конструкции управляемого моста применяются стабилизаторы, обеспечивающие поперечную устойчивость машины. Преимуществом машин на пневматическом ходу является высокая скорость движения, позволяющая перемещать экскаватор между строительными площадками без дополнительного транспорта.
На колесной технике встречаются тормоза, оборудованные пневматическим приводом. В качестве источника сжатого воздуха используется компрессор, установленный на двигателе. От пневматики работают механизмы блокировки дифференциала и подключение переднего моста. При буксировке экскаватора пневматическая система подключается в выводу тормозной системы тягача.
Привод колес выполняется индивидуальными гидромоторами или от единого двигателя и раздаточной коробки. Коробка связана с мостами карданными валами. Подвеска колес отсутствует. В приводах мостов используются дифференциалы с возможностью принудительной блокировки. В ступицах колес установлены планетарные редукторы, позволяющие увеличить крутящий момент.
Гусеничные машины оснащаются механизмами для изменения колеи, позволяющими увеличить устойчивость машины. Для работы на болотистой местности применяются расширенные гусеницы, которые устанавливаются на штатные катки и ведущие колеса. Гусеничные экскаваторы имеют малую скорость движения, поэтому их перевозят на специальных трейлерах.
На устаревших экскаваторах для привода ведущих звездочек используется цепная передача, которая не отличается надежностью. В качестве двигателей на такой технике могут применяться электроустановки. Источником электроэнергии является тяговый генератор или внешнее устройство. Индивидуальные гидравлические двигатели обеспечивают повышенную маневренность и надежность в работе.
Электросхема
Электрическая схема экскаватора использует в качестве отрицательного проводника корпус машины. Рабочее напряжение электрооборудования в цепи составляет 12 или 24 В. Источниками тока являются генератор, установленный на двигателе, и аккумуляторная батарея.
Главным назначением электрической системы служит запуск двигателя и освещение рабочего пространства вокруг машины в темное время суток.
Электрические приводы имеют система вентиляции кабины машиниста, контрольно-измерительные приборы и внешняя световая сигнализация. На экскаваторах, работающих в условиях низких температур, устанавливаются автономные подогреватели. Устройства прогревают двигатель и кабину до комфортной температуры.
Принцип работы экскаватора
Техника, оснащенная одним ковшом, выполняет работу циклично, из-за этого деятельность осуществляется прерывисто. При этом обеспечивается универсальность машины, экскаватор может применяться для погрузочных и разгрузочных работ. Установленный на экскаваторах цилиндр стрелы может работать от гидравлики, а также переключаться в плавающий режим, позволяющий нагружать ковш весом оборудования. Активация плавающего режима выполняется машинистом по необходимости путем нажатия на педаль.
Схема работы экскаватора выглядит следующим образом:
Принцип работы экскаватора с непрерывным действием основан на движении нескольких ковшей, которые автоматически отбрасывают грунт в сторону, формируя отвал. Рабочие элементы установлены на ротор или цепь. Цепные экскаваторы используют навесной или полуприцепный рабочий орган. Привод цепной звездочки выполняется механическим или гидравлическим способом. Глубина копания и усилие создаются при помощи гидравлического механизма. Выкопанный грунт подается на конвейерную ленту, которая отводит его в сторону.
