Машини для земляних робіт

Мал. 7. Одноковшовий екскаватор з робітником устаткуванням прямої лопати: а - конструктивна схема; б, в-схеми напірних механізмів; г - кинематическая схема механізму відкриття днища ковша; д - схема екскаватора з маятниковою підвіскою рукояті до стріли

Для початку екскавації машину установлюють ближче до забою і опускають ківш до рівня стоянки (мал. 8, положення). Далі, при спільній роботі механізмів підйому і натиску ковша останній переміщають по траєкторії, має вид трохоїди, заповнюючи його ґрунтом, відокремлюваним від забою.

По заповненню ковша напірний рух замінюють на поворотне, трохи відсовуючи ківш від забою, щоб при подальшому його бічному переміщенні виключити зачіпання за забій. Далі поворотом платформи переміщають ківш з ґрунтом до місця розвантаження. Залежно від взаємного того, що розташовує екскаватора і відвала або транспортного засобу звичайно одночасно з поворотним рухом наводять ківш на мету, після чого відкриттям днища його розвантажують. Далі включають поворотний рух поворотного і напірного механізмів, а барабан підйомної лебідки розгальмовують, даючи ковшу можливість вільно опуститися до рівня стоянки екскаватора. Механізми перемикають на початок копання, коли ківш займе вихідну позицію для виконання наступного робочого циклу. Нове початкове положення ковша не співпадає з попереднім. Воно залежить від прийнятої схеми копання. Так, при роботі віяловою схемою кожне нове положення б (мал. 8, би) вибирають як суміжне з попереднім. Цього досягають зсувом поворотного руху по відношенню до попереднього на кут 6. Після відробітку першого шару забою по всьому фронту, визначуваному кутом р\ початкове положення ковша 11 (див. мал. 8, а) наближають до забою, переміщаючи далі ківш з цього положення по траєкторії 2, і т.д. Після відробітку забою в межах досяжності робочого устаткування (елемента забою) екскаватор переміщають на нову стоянку.

Товщина зрізу, а отже, опір грунту копанню і поточне значення силовою установкою, що розвивається потужності залежать від напірного переміщення, яке не залишається постійним при переході від однієї траєкторії до іншої, а також при відробітку різних по висоті забоїв. При постійній швидкості цього руху, реалізовуваній екскаваторним приводом, необхідних напірних переміщень добиваються періодичним виключенням цього руху протягом копання.

Висловлене дозволяє сформулювати наступні вимоги до механізмів екскаватора. Механізм підйому ковша повинен забезпечувати підйом ковша, утримувати його у фіксованому положенні, а також забезпечувати гравітаційне опускання ковша. З цією метою для одномоторних екскаваторів його виконують у вигляді нереверсивної, а для багатомоторних екскаваторів у виді - «реверсивних лебідок, обладнаних гальмами.

Механізм напору повинен забезпечувати переміщення рукояті в прямому (на забій) і поворотному (від забою) напрямах, а також її фіксація на певному вильоті при тимчасовому відключенні натиску в процесі копання грунту і для утримання рукояті від довільного опускання під час транспортної операції. Цей механізм виконують в двох варіантах: при однобалочній рукояті - у вигляді реверсивної лебідки, при двохбалочній рукояті - у вигляді реверсивної зубчато-рейкової передачі. По першому варіанту (див. мал. 7, б) барабан 14 напірної лебідки, що приводиться в пряме або поворотне обертання від силової установки за допомогою ланцюгової передачі 15, встановлюють співісний з шарнірами п'яти стріли. Напірні канати 19, огнувши блоки 16, встановлені на стрілі в її середній частині, закріплюються в хвостовій частині рукояті, а канат поворотного руху 20- в її передній частині, у ковша. Ця канатна система забезпечує переміщення рукояті у напрямі збільшення її вильоту і в поворотному при відповідних обертаннях барабана в прямому (за годинниковою стрілкою) і поворотному напрямах.

В більшості випадків на екскаваторах з канатним натиском вільну гілку 17 підйомного каната закріплюють на напірному барабані (див. мал. 7, би), забезпечуючи цим монотонну залежність напірного зусилля від підйомного - із збільшенням опору грунту копанню зростає також зусилля в підйомному поліспасті, а отже, і в гілці 17, внаслідок чого збільшується той, що крутить, момент на напірному барабані.

Мал. 8. Схема розробки грунту одноковшовим екскаватором з робочим устаткуванням прямої лопати

Цим досягається плавна робота підйомного і напірного механізмів, легкість управління робочими рухами ковша при копанні.

При урізуванні ковша в твердий грунт з поверхні землі, а також для висунення максимально підтягнутої до головних блоків 5 рукояті з навантаженим ковшом, коли зусилля в канаті 17 недостатньо для її висунення, додатково використовують той, що крутить момент, передаваний напірному барабану ланцюговою передачею 15. По другому варіанту (див. мал. 6, в) незалежний від підйомного напірний рух рукояті передається від силової установки через систему двох ланцюгових передач 15 і 22 і пара шестерні. 23 - зубчаті рейки 21, встановлені на нижніх полицях балок рукояті. В будь-кому варіанті напірні механізми обладнали гальмами для фіксації положення рукояті щодо стріли.

Механізм повороту повинен забезпечувати пряме (на розвантаження) і поворотне (в забій) обертання поворотної платформи. З метою зниження непродуктивних витрат часу на поворотні рухи, які в середньому складають більш 2/3 тривалості робочого циклу, використовують режими прискореного розгону і гальмування. В режимі копання платформа повинна бути зафіксована в заданому положенні з метою запобігання її мимовільного обертання від неврівноважених щодо осі обертання сил, для чого в кінематичну схему приводу вводять гальмо.

Для відкриття днища ковша застосовують канатні механізми. На мал. 7, г представлена схема такого механізму для екскаватора з канатним натиском. Засув днища 8 ковша сполучений тяговим ланцюгом 32 з важелем 31, шарнірно закріпленим на рукояті 10. До важеля прикріплений канат 30, який, огинаючи блоки 29, 27 і 25, навивається на компенсуючий (напірний) барабан 14. Блоки 25 і 27 встановлені на важелі 26, який за допомогою пневмотовкача 28 може повертатися проти годинникової стрілки щодо шарніра А, натягуючи канат 30 і відкриваючи цим рухом днище ковша. Закривають днище в кінці опускання ковша на вихідну позицію різким гальмуванням підйомної лебідки.

Ходовий механізм включається в роботу рідко - тільки для пересування екскаватора на нову стоянку після відробітку елемента забою і у разі перебазування Екскаватора на новий будівельний майданчик. При цьому звичайно обмежуються малими швидкостями пересування. Більш високі швидкості використовують на машинах, часто міняючих робочі місця. Ще рідше працює стрілопідємний механізм. Його виконують у вигляді реверсивної лебідки з черв'ячним або іншим приводом, до складу якого входить спеціальна обгінна муфта, що оберігає від різкого падіння стріли, що може привести до аварії машини.

У разі одномоторного приводу передача руху окремим робочим механізмам здійснюється за допомогою зубчатих і ланцюгових пар. Для включення окремих кінематичних ланцюгів використовують фрикційні і кулачкові муфти. Наприклад, дисковою фрикційною муфтою 22 (мал. 9, а) підключають до дизеля 21 головну передачу, що складається з ланцюгової передачі 23 і системи зубчатих коліс 24, 27 і 35. Для включення барабана 39 механізму підйому ковша і ланцюгової передачі 38 напірного механізму застосовують стрічкові фрикційні муфти 41 і 36 відповідно. Ківш фіксують на заданій висоті гальмом 40, а на заданому вильоті - гальмами 37. Опускається ківш гравітаційно після розгальмовування барабана 39. Для поворотного руху рукояті при відключеній муфті 36 спочатку кулачковою муфтою двосторонньої дії 31 включають ланцюгову передачу 30, а потім конусною фрикційною муфтою 28 - вал 29 підключають до головної передачі. Тими ж муфтами включають барабан 32 для підйому стріли. Утримують стрілу в заданому положенні гальмом 33, а опускають за рахунок гравітаційних сил після розгальмовування барабана 32 при включеній головній передачі. Частота обертання барабана 32 і, отже, швидкість опускання стріли обмежуються при цьому обгінною муфтою 42, з якою барабан 32 зв'язаний ланцюговою передачею 34.

Для обертання поворотної платформи щодо центральної цапфи 11 приводять в обертання шестерню 12, яка, оббігаючи навкруги жорстко сполученого з нижньою рамою зубчатого вінця 10, захоплює за собою поворотну платформу. Для цього включають кулачкову муфту 19 і відповідно напряму обертання платформи одну з конусних фрикційних муфт 25 або 26. Поворот платформи на розвантаження ковша звичайно виконують на зниженій швидкості, встановивши блок зубчатих коліс 15 і 16 у верхнє положення і ввівши в зачіпляюче зубчаті колеса 16 і 17, а поворот в забій - на підвищеній швидкості при зачіпляюче зубчатих коліс 15 і 14. Для роботи в гальмівному режимі використовують гальмо 18.

а - одномоторного четвертої розмірної групи; 6…д - багатомоторного дизель-електричної сьомої розмірної групи.

У разі прямолінійного руху включають обидві кулачкові муфти 3 і 6 на валу 5, забезпечуючи передачу руху зірочкам гусеничних ланцюгів 1 і 8 за допомогою ланцюгових передач 2 і 7. Для зміни напряму руху одну з кулачкових муфт 3 або 6 відключають, унаслідок чого рух передаватиметься тільки одній зірочці гусеничного візка при зупиненій другій зірочці. Ходовий механізм обладнаний гальмом 4 і керованим стопорним пристроєм 9, що використовується як гальмо стоянки для утримування машини на похилих стоянках і запобігання її відкатування під час екскаваціонних робіт.

При багатомоторному приводі, особливо у разі індивідуального приводу кожного механізму окремим двигуном, кінематичні схеми істотно спрощуються. Наприклад, на дизель-електричному екскаваторі сьомої розмірної групи тільки два механізми - підйому ковша і підйому стріли - приводяться від одного електродвигуна (мал. 9, б), вся решта механізмів має індивідуальний привід. Всі електродвигуни - реверсуючі, завдяки чому відпадає необхідність в механічному реверсі. Об'єднання механізмів підйому ковша і стріли в одну приводну групу обґрунтовано вельми рідкісним використовуванням стрілопідйомного механізму. Барабани цих механізмів посаджені на один вал і включаються роздільно фрикційними муфтами. Весь привід напірного механізму із зубчато-рейковими па рами (мал. 9, е) вмонтовується на стрілі, чим забезпечується його компактність.

Мал. 10. Конструктивні схеми гідравлічної прямої лопати з неповоротним (а) і поворотним (б) ковшом

Так само компактно, в зоні шестерні, що оббігає зубчатий вінець, встановлений на платформі механізм її повороту (мал. 9, г). Ходовий механізм (мал. 9, д) виконаний у вигляді двох чотириступінчастих редукторів, швидкохідні вали яких за допомогою кулачкових муфт підключені до електродвигуна, а тихохідні вали - до провідних зірочок гусеничного візка. При прямолінійному русі екскаватора до електродвигуна підключають обидва редуктори, а при поворотах один редуктор відключають і стопорять його гальмом.

Кожний з візків ходового пристрою може також приводитися в рух незалежно від іншої власним двигуном. В цьому випадку підвищується маневреність машини. Так, при включенні одного двигуна на пряме, а іншого на поворотний рух можна забезпечити розворот екскаватора на одному місці відносно власної осі. Недоліком роздільного приводу ходових візків є підвищена сумарна настановна потужність електродвигунів в порівнянні з приводом від одного двигуна. Цю потужність призначають з умови забезпечення поворотного руху тільки одним двигуном, тоді як другий двигун, що служить для приводу зупиненої гусениці, в цьому русі не бере участь. У разі ж приводу обох гусеничних візків одним електродвигуном при зупинці однієї гусениці вся його енергія прямує на привід другої, рухається гусениці.

Елементи робочого устаткування гідравлічної повноповоротної лопати (мал. 10, а) сполучені між собою і з пілоном 2 поворотної платформи 1 шарнірно. Положення стріли 3 щодо платформи і рукояті щодо стріли регулюється гідроциліндрами 10 і 9. З'єднання ковша з рукояттю виконують в двох варіантах: жорстким за допомогою шарніра і тяги 7 і шарнірним (мал. 10, б). По першому варіанту ківш розвантажують через донну частину після відкриття днища 6 гідроциліндром 8, а по другому варіанту - поворотом ковша тим же гідроциліндром. Поворотний ківш забезпечує більш ефективну розробку грунту в кінці операції копання, його застосовують також для планування забоїв.

Структура робочого циклу гідравлічних прямих лопат така ж, як і у канатних екскаваторів з цим видом робочого устаткування, але робочі рухи істотно простіше: підйомний рух ковша забезпечується поворотом рукояті, а напірне - опусканням стріли. По характеру робочих рухів гідравлічні екскаватори мають аналоги серед канатних машин третьої розмірної групи (див. мал. 7), у яких рукоять 33 сполучена із стрілою 13 шарнірно (маятникова підвіска).

Поворотний механізм гідравлічної лопати приводиться в рух від низько-або високомоментних гідромоторів. Перший варіант структурно схожий з приводом від індивідуального електродвигуна (див. мал. 9, г) з тією відмінністю, що замість електродвигуна в цій схемі застосований гідромотор. У разі приводу від високомоментного гідромотора його вал сполучають з провідною шестернею поворотного механізму безпосередньо або через зубчату передачу з невеликим передавальним числом. Недоліком високомоментних гідромоторів в порівнянні з низькомоментними є велика маса, а перевагою - велика надійність через менше число структурних елементів і менша інерційність через відсутність швидкохідних ланок, завдяки чому поліпшуються умови розгону і гальмування поворотної платформи.

Гусеничні ходові пристрої повноповоротних гідравлічних екскаваторів обладнають, як правило, роздільним приводом на кожний гусеничний візок. Оцінка експлуатаційних якостей такого приводу була дана вище. Привід пневмоколісних ходових пристроїв виконують як одномоторним від низькомоментного гідромотора через коробку передач на задній і передній мости, так і роздільним на кожне колесо від високомоментних гідромоторів. В останньому випадку ходові якості машини істотно підвищуються.

Гідроциліндри робочого устаткування і гідромотори поворотного і ходового механізмів харчуються робочою рідиною від насосів, встановлених на поворотній платформі і що приводяться в обертання двигуном внутрішнього згоряє, звичайно дизелем. Останній розташовують в задній частині платформи, скорочуючи за рахунок цього масу противаги. До складу гідравлічної системи входять також масляні баки, розподільна, регулююча і контрольна апаратура. Існують деякі особливості екскавації грунту прямими лопатами, впливаючі на продуктивність останніх. Поєднання операцій поворотного руху екскаватора на розвантаження з маневровими рухами підйомного і напірного механізмів у канатних екскаваторів, а також поворотом стріли і рукояті - у гідравлічних, поворотного руху з розвантаженням, а також поворотного поворотного руху з опусканням ковша скорочує тривалість циклу, збільшуючи тим самим продуктивність машини. Можливість цих поєднань залежить від кваліфікації машиніста. За інших рівних умов розвантаження у відвал завжди розвантаження в транспортний засіб. В першому випадку розмір смуги розвантаження не має строгих обмежень, у зв'язку з чим цю операцію можна починати ще до закінчення поворотного руху і, не зупиняючись, перемикати його на поворотне. В другому випадку розвантаження можна починати тільки після того, як ківш буде встановлений у відповідне положення, а починати поворотний поворотний рух - після закінчення розвантаження інакше неминучі втрати (розсип) ґрунту. Щоб не пошкодити ресорну підвіску і кузов транспортного засобу, ґрунт розвантажують з невеликої висоти.

При розвантаженні скелястих ґрунтів спочатку ківш плавно опускають на дно кузова, а потім, відкривши днище, також плавно піднімають його. При відробітку низьких забоїв, коли до кінця копання ґрунт заповнює менше половини місткості ковша, доцільно доповнити його повторенням операції копання, а при більшому заповненні необхідно доводити цикл до кінця з неповним ковшом.

Для оцінки експлуатаційних можливостей прямих лопат разом з такими параметрами, як продуктивність, максимальне зусилля на зубах ковша і ін., користуються робочими розмірами (мал. 7, а).

Радіуси відлічують від осі обертання екскаватора, а висоти - від рівня його стоянки. Максимальною висотою копання оцінюють, зокрема, граничну висоту забою, який здатний розробляти екскаватор, а максимальною висотою розвантаження - граничну висоту транспортних засобів, які можуть працювати в комплекті з екскаватором.

Зворотна лопата. Одноковшові екскаватори з робочим устаткуванням зворотної лопати призначені для уривки грунту нижче за рівень стоянки (розробка котлованів, траншей). Зворотні лопати, що випускаються вітчизняною промисловістю, обмежені внерядовой місткістю ковша 1,4 м3 для канатних машин і 2 м3 - для гідравлічних. Створюються могутні кар'єрні гідравлічні зворотні лопати.

Мал. 11. Канатний одноковшовий екскаватор з робочим устаткуванням зворотної лопати

Робоче устаткування зворотної лопати включає стрілу, рукоять і ківш. Рукоять 5 (мал. 11) канатного екскаватора сполучена із стрілою 9 шарніром на кінці останньої, а ківш 6 укріплений на кінці рукояті. Окрім основних зубів, встановлених на козирку ковша, останній обладнали також підрізними бічними зубами. При розробці траншей ці зуби підрізають бічні стінки, попереджаючи заклинювання ковша.

Застосовують також ковші з напівкруглими днищами і ріжучою кромкою замість зубів. Робочі рухи ковша забезпечуються зміною довжин тягового 7 і підйомного 4 поліспастів. Останній утворений канатом і блоками, встановленими на кінці рукояті і головної частини додаткової стійки 3, що служить для відхилення підйомних канатів від стріли. Нижнім кінцем додаткова стійка шарнірно закріплена на поворотній платформі в її передній частині, а верхнім підвішена канатами до двоногої стійки. Підйомний канат навивають на барабан / підйомної лебідки, а тяговий, через блок 8 на стрілі, - на барабан 2 тягової лебідки.

Після уривки піонерной виїмки, в яку можна опустити ківш, останній встановлюють у вихідну позицію на дно виїмки (положення І). Підтягаючи далі тяговий канат і опускаючи підйомний, переміщають ківш догори, розробляючи ґрунт зубами або ріжучими кромками і заповнюючи їм ківш (положення ІІ). Після досягнення ковшем верхнього обріза виїмки при загальмованому тяговому барабані підйомним поліспастом піднімають робоче устаткування над виїмкою (положення ІІІ). В такому його положенні повертають платформу на розвантаження. Залежно від вимог, що пред'являють до розмірів смуги розвантаження, в кінці поворотного руху або дещо раніше відпуском тягового каната і вибором підйомного викидають рукоять з ковшем вперед (положення IV) і, перекидаючи ківш, розвантажують його. Поворотний поворот суміщають з опусканням робочого устаткування шляхом відпуску підйомного поліспаста (положення І). Складанням поворотних рухів стріли і рукояті ріжучі кромки ковша або його зуби можуть зайняти будь-яке положення у межах контуру ABCD.

При переобладнанні універсального екскаватора з прямої лопати на зворотну окрім установки відповідного робочого устаткування переобладнають також напірний механізм в тяговий. Стрілопідйомну лебідку використовують для установки в необхідне положення додаткової стійки.

У гідравлічних екскаваторів другої - четвертої розмірних груп зворотна лопата є основним видом робочого устаткування. Її стрілу частіше за все виконують з двох секцій - корінний 2 (мал. 12, а) і подовжуючої 4 - сполучених між собою шарніром і тягою 3. Останню можна встановлювати на подовжуючій секції в отвори / // і /// , змінюючи тим самим довжину стріли (відстань між шарнірами кріплення корінної секції до поворотної платформи і рукояті 6 до подовжуючої секції). З'єднання рукояті із стрілою і ковша 10 з рукояттю - шарнірне. Для управління поворотом стріли, рукояті і ковша використовують гідравлічні циліндри /, 5 і 7. При цьому останній управляє поворотом ковша через коромисло 8 і тягу 9. Така схема забезпечує ковшу великі кутові переміщення. На деяких екскаваторах застосовують моноблокову стрілу Г-образної форми. Залежно від міцності ґрунтів і видів виконуваних робіт її, що розробляються зворотною лопатою, обладнали ковшами 11…15 (мал. 12, б) різної місткості і форми. Зокрема, ковші для дренажних робіт 14 і для риття вузьких траншей 15 виконують в розмірах і формі профілю виїмки, що розробляється.

Робочий процес гідравлічної зворотної лопати аналогічний описаному вище для канатних екскаваторів. Відмінність полягає в способі передачі руху ковшу, яке у гідравлічних екскаваторів забезпечується гідравлічними циліндрами 1, 5 і 7. Характер руху ковша залежить від конкретних умов виконання робіт і значною мірою визначається досвідом машиніста. Частіше за весь рух стріли використовують для установки ковша в початкове положення, а також для його перекладу в транспортне положення. Для копання використовують в основному рух рукояті, а в кінці цієї операції працюють ковшом, забезпечуючи його заповнення. Рухи рукояті, а потім і ковша використовують також для розвантаження останнього. Завдяки можливості відносного руху ковша він придбаває високу маневреність, що забезпечує повне заповнення його грунтом, утримання в ньому грунту під час транспортної операції без втрат, направлене розвантаження, у тому числі в транспортні засоби, що утруднене у разі канатних зворотних лопат.

Найважливішою перевагою гідравлічних зворотних лопат перед канатними є їх здатність реалізувати на зубах або ріжучій кромці ковша великі зусилля завдяки жорсткому зчленовуванню елементів робочого устаткування між собою і з базовою частиною машини, працюючої відносно стійкості як єдине ціле. У канатних екскаваторів ці зусилля обмежені силою тяжкості тільки робочого устаткування, що притискує його до забою. Спроба збільшити зусилля на зубах ковша приводить до підйому робочого устаткування - його повороту щодо шарніра у п'яти стріли в напрямі від забою. Це дозволяє за інших рівних умов навішувати на гідравлічні екскаватори ковші більшої місткості - в середньому на 60% в порівнянні з ковшами канатних екскаваторів. Слідством цього є підвищена в такому ж відношенні продуктивність зворотних лопат. Разом з тим це приводить до важчих умов навантаження ходових пристроїв, зокрема, гусеничних, уніфікованих на деяких моделях з канатними машинами. Останнім часом в конструкціях ряду моделей повноповоротних гідравлічних екскаваторів застосовують гусеничні ходові пристрої тракторного типу з ланками з прокату, що володіють високою надійністю і великим ресурсом в порівнянні з екскаваторними гусеничними пристроями. Цим досягається уніфікація з сільськогосподарськими і дорожніми машинами, скорочуються витрати на технічне обслуговування.

Драглайн

Екскаватори з робочим устаткуванням драглайна застосовують для розробки ґрунтів переважно нижче за рівень стоянки.

Завдяки подовженій в порівнянні з іншими видами робочого устаткування стрілі драглайни працюють на більшому радіусі копання, тому їх використовують переважно на уривку великих котлованів і траншей, а також для вантаження і розвантаження сипких будівельних матеріалів. Як наголошувалося раніше, могутні крокуючі драглайни використовують для видобутку корисних копалин відкритим способом і на вскришних роботах. Вітчизняною промисловістю випускаються будівельні драглайни з ковшами 0,3…3 м3, а крокуючі драглайни - від 5,45 до 100 м3.

Робоче устаткування драглайна включає стрілу 5 (мал. 13, а) звичайно гратчастої (будівельні екскаватори), рідше вантовой (крокуючі драглайни) конструкції, по довжині значно перевищуючу стрілу лопати, ківш 7, тяговий 8 і підйомний 4 канати. Останній огинає головний блок 6 і навивається на барабан 2 підйомної лебідки. Тяговий канат прямує роликовим пристроєм / і навивається на барабан 3 тягової лебідки. Ківш підвішують до тягового каната ланцюгами 9 (мал. 13, б), а до підйомного каната - ланцюгами 13. Щоб підйомні ланцюги не перешкоджали вільному переміщенню ковша при розвантаженні, між ними ставлять розпірку 12. На ковші встановлюють також розвантажувальний канат 10, закріплюючи його одним кінцем на арці ковша, а другим - у вузлі з'єднання тягових ланцюгів з тяговим канатом. З підйомними ланцюгами розвантажувальний канат з'єднується через блок 11, встановлений у вузлі з'єднання підйомних ланцюгів з підйомним канатом.

Для початку розробки ківш опускають на грунт (положення / /' /» / «' - мал. 13, а), потім тяговим канатом при ослабленому підйомному канаті його переміщають по забою (положення // ). Після заповнення ковша, не ослабляючи тягового каната, підйомним канатом його підтягають до стріли (положення /// ), включають поворотний механізм з одночасним переміщенням ковша до голови стріли підйомним і тяговим канатами. В кінці цієї операції тяговий канат відпускають, ківш перекидається і розвантажується (положення IV). Далі поворотним поворотним рухом з одночасним відпуском підйомного і тягового канатів опускають ківш в початкове положення. За рахунок відцентрових сил, що виникають при повороті, підйомний канат відхиляється від вертикалі на кут до 20…30 °, завдяки чому досягається більший радіус занедбаності ковша в початкове положення (положення /' /'»).

Гранична форма подовжнього перетину піонерної виїмки ABCD показана на мал. 4.15, а, а з урахуванням відцентрових сил при поворотному русі - A'B'C'D. Кути нахилу до горизонту західного і вихідного укосів складають в середньому 45 і 30 ° відповідно, а довжина горизонтальної ділянки - не менше за довжину ковша. Після відробітку піонерної виїмки екскаватор переміщають від забою на нову стоянку, з якою може бути розроблена виїмка з граничним контуром A'B «C " D» і т.д., до отримання необхідної глибини Н. Максимальне значення цього розміру, а також радіусу копання обмежується завдовжки стріли і кутом вихідного укосу. Управління екскаватором зводиться до включення і відключення підйомної і тягової лебідок, а також механізму повороту. При ослабленому тяговому канаті ківш вільно висить на підйомному канаті, а при натягненні тягового каната він відновлює робоче положення за допомогою розвантажувального каната. Драглайни працюють переважно з розвантаженням у відвал. Розвантаження грунту в транспортні засоби можливе, але вона різко знижує продуктивність екскаватора через необхідність виконувати цю операцію після повної зупинки поворотного руху і знижених швидкостей останнього щоб уникнути розгойдування ковша.

На відміну від прямої і зворотної лопат, у яких ківш має жорстке з'єднання з рукояттю, у драглайнів ковші підвішують до стріли на канатах. При цьому в режимі копання ківш переміщається під дією тягового зусилля (мал. 14), долаючи опір грунту копанню і частково силу тяжкості ковша з ґрунтом (при роботі на похилих ділянках).

Мал. 14. Схема силової взаємодії ковша драглайна з ґрунтом

На початку копання порожнім ковшем момент сили його тяжкості виявляється недостатнім, щоб протистояти моменту тягового зусилля відносно ріжучих кромок зубів, унаслідок чого відбувається незначне перекидання ковша вперед з урізуванням його в ґрунт. У міру заповнення ковша ґрунтом зростає сила і плече цієї сили а відносно ріжучих кромок, унаслідок чого рух ковша щодо денної поверхні землі стабілізується. Подальше збільшення сили і переміщення центру мас ковша у напрямі до задньої стінки приводять до виглубленню ковша. Стійка робота ковша драглайна можлива при певних співвідношеннях розмірів а і h. У разі недостатньої висоти установки петель тягового каната шлях урізування ковша в ґрунт збільшується, а при великій висоті може відбутися його перекидання. Процес можна стабілізувати зміною розміру h. З цією метою петлі тягових канатів роблять переставними, встановлюючи їх у верхнє положення при роботі в легких ґрунтах і в нижнє - при роботі в щільних ґрунтах, відповідно збільшуючи або зменшуючи товщину зрізу. При цьому, природно, змінюватиметься і шлях наповнення ковша, який при роботі в легких ґрунтах кратний двом - чотирьом довжинам ковша і збільшується з підвищенням міцності грунту. Для роботи в легких ґрунтах застосовують ковші збільшеної (в 1,3… 1,5 рази) місткості без зубів або з двома зубами з напівкруглим днищем і ріжучою кромкою.

При переобладнанні будівельного універсального екскаватора з прямої лопати на драглайн замінюють його робоче устаткування, встановлюють направляюче роликовий пристрій у п'яти стріли і подібно переобладнанню в зворотну лопату - напірний механізм переобладнали в тяговий.

Мал. 15. Конструктивна схема грейферного робочого устаткування

Могутні крокуючі драглайни відрізняються від описаних великими розмірами, індивідуальним приводом робочих механізмів і ходовим пристроєм. На цих екскаваторах встановлюють електродвигуни постійного струму, живлені від мережі змінного струму високої напруги через мережний двигун змінного струму і генератори постійного струму. Крокуючі ходові пристрої забезпечують переміщення екскаватора тільки у напрямі задньої частини поворотної платформи. Тому маневрові рухи здійснюються з поворотом платформи в потрібному напрямі.

Грейфер. Грейферне робоче устаткування використовують для уривки глибоких котлованів, очищення водоймищ і каналів, а також для вантаження і розвантаження сипких матеріалів. В грейферному робочому устаткуванні з канатним управлінням (мал. 15, а) використовуються стріла драглайна 3 і щелепний ківш 6, підвішений на підтримуючому 4 і замикаючому 5 канатах. Для запобігання закручування канатів при поворотних рухах і розгойдування ковша використовують відтяжний канат 7, огинаючи блоки 2 на стрілі і що закінчується підвішеним до нього вантажем 1, вільно тим, що переміщається в направляючих стріли. Ківш складається з двох щелеп 12, шарнірно сполучених з нижньою головкою 11. Тягою 9 щелепи підвішені до верхньої головки 8. Підтримуючий поліспаст 4 закріплюється на верхній головці, а замикаючий утворює поліспаст 10, обойми якого закріплені відповідно на верхній і нижній головках. При роботі грейферний ківш може бути підвішений на підтримуючому або на замикаючому канатах. В першому випадку нижня головка разом з нижньою обоймою поліспаста опускається і щелепи розкриваються. В другому випадку через виникаючі в поліспасті зусилля його головки зближуються і щелепи закриваються.

Для роботи грейфером його ківш опускають на підтримуючому канаті на ґрунт в розкритому положенні, ослабляють підтримуючий канат, а замикаючим канатом піднімають ківш. В першій стадії цього руху щелепи ковша зближуються, захоплюючи ґрунт, а потім завантажений ґрунтом ківш підіймається з виїмки. В такому його положенні екскаватор повертають на розвантаження, а в кінці цього руху перемикають підвіску канатів, утримуючи ківш підтримуючим канатом, внаслідок чого щелепи розкриваються і ґрунт висипається з ковша. Поворотним рухом і опусканням ковша на підтримуючому канаті його встановлюють у вихідну позицію наступного робочого циклу.

В гідравлічному варіанті (мал. 15, б) робоче устаткування грейфера підвішують до рукояті зворотної лопати 13 на двох циліндрових шарнірах 14 і 15, дозволяючи ковшу зайняти прямовисне положення. Для гасіння інерційних сил при розгойдуванні ковша під час повороту платформи на пальцях цих шарнірів встановлюють фрикційні диски. Щодо вертикальної осі ківш грейфера може бути поворотним або неповоротним. Поворотний ківш володіє кращою маневреністю при копанні і на навантажувально-розвантажувальних роботах. Поворотна частина складається з порожнистої штанги 16, зв'язаної шарнірами 18 з щелепами ковша. Усередині штанги поміщається гідроциліндр 17, сполучений з нею корпусом, а штоком - з траверсом 8. Остання шарнірно сполучена з щелепами ковша тягою 9. Висунутий шток гідроциліндра відповідає закритому положенню ковша /, а що всуває - відкритому положенню // . Для роботи на великих глибинах штангу подовжують вставками.

Зусилля, які можуть бути реалізовані на щелепах канатного грейфера при захопленні ними грунту, визначаються різницею сили тяжкості ковша і зусилля натягнення замикаючого каната, тобто на розробку грунту реалізується тільки частина сили тяжкості ковша. Крім того, задовольняюча вимогам виробництва грейферних робіт завантаження ковша забезпечується при низьких швидкостях зближення щелеп при діючих на ґрунт навантаженнях, близьких по значенню до статичних. Із збільшенням цих швидкостей ківш відривається від грунту, не встигнувши заповнитися. Ці чинники істотно знижують продуктивність машини, яка складає приблизно половину продуктивності драглайна змонтованого на тій же екскаваторній базі. У гідравлічних грейферів для упровадження щелеп ковша в ґрунт використовують напірне зусилля гідроциліндра, що дозволяє розробляти більш міцні ґрунти без обмеження швидкості зближення щелеп. В порівнянні з канатними грейферами це дозволяє скоротити робочий цикл більш ніж на 30%, що за інших рівних умов в такому ж відношенні знижує матеріаломісткість цього робочого устаткування.

Навантажувачі. Гідравлічні екскаватори ефективно застосовують для вантаження роздроблених і сипких матеріалів. При завантаженні ковша останній переміщають по підошві укосу, що обсипається, працюючи на малих вильотах. За умов стійкості машини і якнайкращого використовування енергетичних параметрів її силової установки на цих роботах можна застосовувати ковші підвищеної місткості (в 1,5…2 рази більше місткості ковшів прямих лопат). Відповідно до характеру роботи змінюється і схема робочого устаткування (мал. 16, а), званого навантажувачем. Для цього звичайно використовують корінну секцію стріли зворотної лопати 1, пов'язану з підвіскою 9 ковша 7 за допомогою рукояті 3 і тяга 4. Рукоять, тяга, стріла і підвіска утворюють шарнірний чотирьохзвінник (паралелограм). Ківш сполучений з підвіскою шарнірно і може переміщатися щодо неї у вертикальній площині. Робочі рухи забезпечуються чотирма гідроциліндрами: стріловидним 10, шарнірно сполученим корпусом з поворотною платформою; двома гідроциліндрами 2 для повороту рукояті і гідроциліндром повороту ковша 5; корпусом, шарнірно сполученим з рукояттю, а штоком через важіль 8 і тягу 6- з ковшем.

Мал. 16. Робоче устаткування гідравлічного навантажувача (а) і його змінні ковші (б)

При фіксованому положенні штока гідроциліндра ковша щодо його корпусу поворотом рукояті за допомогою гідроциліндра 2 забезпечують переміщення ковша паралельно опорній поверхні екскаватора, використовуючи цей рух для заповнення ковша по підошві забою. В кінці

гідроциліндром 5 ківш повертають зубами вгору, а за допомогою гідроциліндрів 10 і 2 робоче устаткування піднімають і виносять вперед. Ці рухи починають до повороту машини на розвантаження і закінчують безпосередньо перед розвантаженням. Розвантажують ківш його поворотом зубами вниз за допомогою гідроциліндра 5. Повертають ківш в початкове положення тими ж рухами в зворотному порядку. Для виконання вантажних робіт машину обладнали широким ковшем 11 без зубів. Навантажувачі застосовують також для розробки ґрунтів. В цьому випадку їх обладнали ковшами із зубами 12 і 13.

Екскаватор-планувальник. Вживання описаних вище видів робочого устаткування, виготовленого на базі схем шарнірно-важелів гідравлічних екскаваторів, для планувальних робіт вимагає чіткої координації декількох простих рухів, з яких може бути складене прямолінійний рух ріжучої кромки ковша. Виключенням є робоче устаткування навантажувача, але з обмеженим переміщенням у напрямі планованої поверхні. Більш просто ця задача розв'язується в конструкції екскаватора-планувальника з телескопічним робочим устаткуванням, яке складається з рами стріли 2 (мал. 17, а), двох секцій стріли - нерухомої 4 і рухомої 6 і ковша 8. Раму укріплюють шарнірно на поворотній платформі, а для її переміщення у вертикальній площині використовують гідроциліндр підйому стріли /. Нерухому секцію стріли вмонтовують на рамі, забезпечуючи нею можливість повороту щодо подовжньої осі останньої. З цією метою її опирають на бандаж 3 і через вісь 9 - на задню стінку рами 11. На мал. 17, а (вигляд А) показаний один з варіантів конструктивного рішення поворотного механізму, виконаного з гідроциліндра 12 і зубчатої пари, що складається із зубчатого сектора 13 і шестерні 10. Остання жорстко закріплена на осі 9, а зубчатий сектор підвішений у верхній частині задньої стінки рами. Привідний гідроциліндр закріплений шарнірно корпусом на кронштейні задньої стінки, а штоком - на зубчатому секторі. Поворотні щодо подовжньої осі рухи нерухомої секції стріли забезпечуються відповідними поступальними рухами штока гідроциліндра. Висувна секція стріли 6 може переміщатися щодо нерухомої секції 4 за допомогою гідроциліндра 5, розміщеного усередині стріли. Ківш закріплений шарнірно на кінці рухомої секції. Він може повертатися щодо цього шарніра за допомогою гідроциліндра 7. Положення ковша в просторі замітання щодо стріли, висунення рухомої секції стріли і повороту нерухомої секції щодо власної подовжньої осі, а також повороту платформи. Для планування і зачистки поверхонь нижче за рівень стоянки екскаватора використовують подовжні переміщення стріли і при необхідності - часткові поворотні рухи ковша. Для зачистки і планування горизонтальних і злегка похилих поверхонь до цих рухів додаються підйом і опускання стріли, а для зачистки бічних стінок траншей і котлованів - ще і поворот стріли щодо її подовжньої осі. Частково останні рухи використовують також для зачистки і планування горизонтальних і похилих поверхонь. Після заповнення ковша ґрунтом щоб уникнути його розсипу при подальшій транспортній операції ківш підвертають до стріли, стрілу піднімають із забою, повертають платформу у бік розвантаження і поворотом ковша зубами або ріжучою кромкою вниз розвантажують його. Повертають ківш в початкове положення тими ж рухами в зворотному порядку.

Для планувальних і зачисних робіт застосовують широкі ковші (мал. 17, б), звичайно без зубів. Екскаватори-планувальники використовують також для виконання звичайних робіт. Основними робочими розмірами екскаватора-планувальника є максимальний радіус копання (див. мал. 17, а).

Мал. 17. Екскаватор-Планувальник

Неповноповоротні гідравлічні екскаватори на базі пневмоколісних тракторів. Для виконання невеликих розосереджених об'ємів земляних робіт в умовах частого перебазування з об'єкту на об'єкт застосовують гідравлічні екскаватори, побудовані як навісне устаткування на пневмоколісні трактори, що серійно випускаються. Окрім основних робочих органів, якими є ковши прямих і зворотних лопат, ці екскаватори комплектують змінним робочим устаткуванням грейфера, ковшового і вилки навантажувачів і крана. Як додаткове устаткування на екскаватор навішують відвал бульдозера і інші види устаткування.

Робоче устаткування // (мал. 18) підвішують до поворотної колонки 10, змонтованої на порожнистій цапфі в задній частині несучої рами 9 трактора. Поворотні рухи колонки (до 90° в кожну сторону) забезпечуються двома поперемінно працюючими гідроциліндрами 5 через ланцюг 4 і зірочку 3. Відвал бульдозера 7, керований гідроциліндром 8, змонтований на дишлі 6, шарнірно сполученому з несучою рамою 9. Для забезпечення екскаватору стійкості в робочому режимі в задній частині рами 9 по обидві її сторони встановлюють виносні опори 2. Перед екскавацією грунту гідроциліндрами / екскаватор встановлюють на виносні опори, а після закінчення робіт їх піднімають.

Техніко-експлуатаційні показники канатних і гідравлічних екскаваторів порівнюють по основних видах робочого устаткування, якими є пряма лопата для канатних і зворотна лопата - для гідравлічних машин. Місткість ковшів гідравлічних зворотних лопат в порівнянні з канатними прямими лопатами тієї ж розмірної групи в середньому на 60% більше при приблизно однаковій тривалості їх робочих циклів, масі і енергоємності.

Мал. 18. Неполноповоротний гідравлічний одноківшовий екскаватор на базі пневмоколісного трактора

Фактична енергоємність порівнюваних машин з основними ковшами складає 0,35…0,47 кВт-ч/м3 для канатних і 0,47… 0,55 кВт-ч/м3 для гідравлічних екскаваторів, а матеріаломісткість відповідно 130…230 кг/(м3/ч) і 102… 164 кг/(м3/ч). Приведені дані характеризують перспективність гідравлічних екскаваторів на відміну від канатних.

Серед канатних екскаваторів найбільшу продуктивність забезпечують прямі лопати, в порівнянні з якими продуктивність зворотних лопат складає 75…100%, а драглайнів - 70… 90%. В порівнянні з гідравлічними зворотними лопатами прямі лопати в 1,2…1,4 рази, а погрузчики - в 1,7…2 рази. Продуктивність гідравлічних грейферів складає в середньому 50…70% продуктивності зворотних лопат на тій же екскаваторній базі.

Експлуатаційні розрахунки. Необхідна потужність силової установки знаходиться з умов подолання розрахункових опорів на розрахункових швидкостях робочих рухів. Розрахункові параметри (опори і швидкості) визначають як середньо вагові з діапазону виробничих умов, в яких може працювати екскаватор. Значення цих величин вироблені практикою проектування і експлуатації одноківшових екскаваторів.

Потужність (кВт) найенергоємнішої операції копання

Використана література

1. Алексеева Т.В. Гидропривод и гидроавтоматика землеройно-транспортных машин. М., «Машиностроение», 1966.

2. Анохин А.И., Петере Е.Р., Эвентов И.М. и Xархута Н.Я. Дорожные машины (основы теории и расчета). М., Дориздат, 1950.

3. Артемьев К.А. Основы теории копания грунта скреперами. М., Машгиз, 1963.

4. Артемьев' К.А. Определение сопротивления грунта отвалу бульдозера. Сборник научных работ СибАДИ. Вып. 1. 1969.

5. Бабков В.Ф. и Гербурт-Гейбович А.В. Основы грунтоведения и механики грунтов. М., Автотрансиздат, 1956.

6. Бабков В.Ф., Бируля А.К. и Сиденко В.М. Проходимость колесных машин по грунту. М., Транспорт, 1969.

7. Баловнев В.И. Новые методы расчета сопротивления резанию грунтов. М., Росвузиздат, 1963.

8. Башта Т.М., Зайченко И.З. и др. Объемные гидравлические приводы. М., «Машиностроение», 1969.

9. Бируля А.К. К теории качения пневматического колеса по деформируемой поверхности. Труды Харьковского автомобильно-дорожного ин-та. Вып. 21. Изд. Харьковского государственного университета, 1958.

10. Бромберг А.А. и др. Машины для земляных работ. Атлас конструкций. Изд. 3, М., «Машиностроение», 1968.

11. Ветров Ю.А. Расчеты сил резания и копания грунтов. Изд. Киевского университета. 1965.

12. Волков Д.П. Динамика и прочность одноковшовых экскаваторов. М., «Машиностроение», 1965.

Страницы: 1, 2