Экскаваторы

Экскаваторы

Активное строительство  железнодорожных полотен в 30-х  годах XIX века и нехватка рабочих  сподвигли американца Отиса в 1832—1836 гг. изобрести первый одноковшовый экскаватор. Позднее появились многоковшовые  экскаваторы или абзетцеры, которые  имели огромные размеры и передвигались по рельсам, выкапывая желобы породы. С ними работало множество специальных машин, среди которых заметен путепередвигатель, передвигавший многочисленные рельсы экскаватора. В Советском Союзе было построенно три абзетцера, два из которых немецкого производства, работавших с начала 1960 годов до распада СССР, на добыче фосфоритов в Лопатинском руднике. На данный момент все три машины не функционируют и проданы на утилизацию, в руднике работает лишь один маленький абзетцер, добывающий фосфориты в ограниченных количествах.

Экскаватор состоит  из основной рамы, силового оборудования, трансмиссии, ходового оборудования, рабочего оборудования и транспортера. На нижней раме смонтированы двигатель с баком  для горючего, коробка передач, механизм подъема ковшовой рамы, транспортер, рычажное управление. Верхняя рама имеет изогнутые направляющие, на верхние полки которых опираются ролики, поддерживающие ковшовую раму, на нижние полки изогнутых швеллеров опираются ролики коваговой рамы. Кроме того, на верхней раме расположены блоки полиспаста подъема и опускания ковшовой рамы и промежуточный вал цепной передачи на поперечный вал ковшовой цепи.

Для производства работ ковшовую раму опускают на грунт  и включают ковшовую цепь. Перемещающиеся ковши зубьями разрабатывают грунт. Срезанный грунт ковшами поднимается в бункер. При огибании цепей вокруг звездочек верхнего поперечного вала происходит перегрузка грунта на ленточный транспортер. При достаточном заглублении ковшей лебедку механизма подъема затормаживают и включают механизм передвижения экскаватора, передающий вращение ведущим звёздочкам гусеничного хода. 

1. Классификация  многоковшовых экскаваторов

Экскаваторы являются основным типом землеройных погрузочно-разгрузочных машин, главным образом для разработки мягких горных пород в массиве или скальных в раздробленном состоянии. Основной рабочий орган экскаватора – ковш‚ но благодаря широкой номенклатуре навесного оборудования (грейферы‚ погрузочные ковши‚ гидромолоты‚ гидроножницы и др.) экскаватор становится машиной универсальной. Различают одноковшовые (механическая лопата, драглайн и др.) и многоковшовые (цепные и роторные) экскаваторы. Кроме того экскаваторы классифицируются по типу основного двигателя (дизельные или электрические), по типу способа перемещения (сухопутные и плавучие). Также различают колёсные и гусеничные экскаваторы.

В зависимости  от направления движения режущей  кромки ковша по отношению к направлению  движения машины различают экскаваторы  продольного, поперечного и радиального копания.

Экскаваторы продольного  копания:

- Роторный экскаватор  продольного копания

- Малогабаритный  цепной экскаватор продольного  копания

У экскаваторов продольного копания направление  движения режущей кромки ковша совпадает  с направлением движения машины. Применяются для разработки узких траншей.

Экскаваторы поперечного  копания.

- Цепной экскаватор  поперечного копания

У экскаваторов поперечного копания направление  движения режущей кромки ковша перепендикулярно направлению движения машины. Применяются  для разработки котлованов, копания каналов, добычи полезных ископаемых.

Экскаваторы радиального  копания.

Перемещение рабочих  органов производится поворотной телескопической  стрелой.

В зависимости  от способа закрепления ковшей различают  цепные и роторные экскаваторы:

Цепные экскаваторы.

Ковши закреплены на бесконечной цепи. Отвал грунта производится непосредственно из ковшей. Форма направляющей цепи обычно задает профиль копания.

Роторные экскаваторы.

Характеристики  роторных экскаваторов

диаметр роторных колёс — до 18м

вместимость ковша  — до 12500л

производительность  — более 10000м3/ч

высота разработки — до 50м

глубина копания  — до 25м

Применение роторных экскаваторов вскрышные и добычные работы верхним или нижним черпанием  удаления породы в отвал селективная  выемка маломощных пластов и разносортных пропластков полезного ископаемого рытьё каналов и траншей погрузка горной породы транспортировка вскрышных пород и полезных ископаемых складирование материалов

Рабочие инструменты  роторных экскаваторов

ротор с приводом

стрела ротора с конвейером

кабина управления

надстройка

отвальная стрела с конвейером

поворотная платформа  с приводом поворота экскаватора

опорно-поворотное устройства

ходового оборудования

Классификация роторных экскаваторов

вскрышные роторные экскаваторы

добычные роторные экскаваторы

Роторный экскаватор радиального копания

Ковши закреплены на жестком роторе. Отвал грунта может производиться как непосредственно  из ковшей, так и посредством транспортера.

Быстроходная  траншейная машина - роторный экскаватор военного назначения

Землеройные машины с рабочими органами специального типа

Плужко-роторный экскаватор (218) предназначен для рытья  за один проход канала трапецеидального сечения глубиной до 1,2 м, шириной  по дну 0,4—0,8 м и шириной поверху  до 4—4,4 м. Рабочий орган экскаватора состоит из плужка 7 и двух раздвижных роторов 2, находящихся под углом друг к другу, приводимых во вращение от вала отбора мощности трактора / через трансмиссию 6. Каждый ротор диаметром 3,5 м вращается с окружной скоростью 2—3 .и/сек.

Ковш ротора не имеет боковых стенок; резание  и перемещение грунта осуществляется кромкой ковша. При рабочем ходе экскаватора его рабочий орган  опирается на опорную лыжу; подъем в транспортное положение происходит при помощи гидроцилиндров.

Скорость передвижения экскаватора во время работы составляет 0,15—1 км/ч и зависит от группы грунта и величины заглубления ротора.

В транспортном положении экскаватор перемещается с объекта на объект со скоростью 2,6—29,9 км/ч. Техническая производительность в грунтах I и II группы 1500 мг/ч.

Шнеко-роторный экскаватор (219) на гусеничном тягаче предназначен для рытья каналов глубиной до 3 м, шириной по дну от 1,5 до 2,5 м  и поверху от 7,5 до 11,5 лг в зависимости  от соотношения заложения откосов  канала.

Рабочий орган экскаватора состоит из ротора, имеющего 12 ковшей емкостью 250 л каждый, с двухлепестковыми полукруглыми режущими кромками, и двух конусных шиековых откосообразователей. Для транспортирования открытого грунта служат два ленточных конвейе-pav, на которые грунт подается ковшами ротора. Конвейеры работают одновременно и отсыпают грунт по обе стороны отрываемого в полный профиль канала.

Механизмы шнеко-роторного  экскаватора имеют привод от индивидуальных электродвигателей. Силовая установка  экскаватора состоит из дизеля М-603А мощностью 490 л. с, и генератора ГСД85-7-6А мощностью 462 ква, напряжением 400 в.

Рытье каналов  выполняется при рабочей скорости тягача от 52 до 488 м/ч. Транспортная скорость 0,8-—2,4 км/ч.

Шнеко-роторный экскаватор обеспечивает производительность до 1500 м3/ч.

Котлованокопатель с многоковшовым рабочим органом (220) применяется для рытья котлованов небольших размеров под опоры  контактной сети и линий связи.

Котлованокопатель состоит из базового трактора, на котором  установлена поворотная платформа с двуногой стойкой и стрелой с направляющей рамой. Для обеспечения вертикальности направляющей рамы служит тяга. На направляющей раме 6 перемещается вверх и вниз рабочий орган. Подъем и опускание рабочего органа осуществляется канатным полиспастом, подвижной блок которого закреплен на раме рабочего органа, а неподвижный — в головной части направляющей рамы. Канат подъемного полиспаста наматывается на барабан лебедки, установленной на поворотной платформе. Привод рабочего органа машины состоит из электродвигателя, редуктора и цепной передачи. Положение направляющей рамы во время работы фиксируется винтовым домкратом. Грунт, поднятый ковшами, сбрасывается в сторону от котлована ленточным конвейером.

Многоковшовый котлованокопатель может рыть котлованы прямоугольной формы размером в плане 0,7x0,9 м, глубиной до 3,6 м. Максимальный вылет стрелы 6,3 м.

Скорость движения ковшовой цепи 0,5 м/сек, скорость поворота поворотной платформы с рабочим  органом 1 об/мин. Время, необходимое  для рытья одного котлована максимальной глубины в грунтах II группы, составляет 6—8 мин.

Более мощным многоковшовым  цепным траншейным экскаватором ЭТЦ-401 можно рыть траншеи глубиной до 4 м и шириной 0,8—1,2 м. На экскаваторе  предусмотрена установка шнеков-откосообразоватёлей. При их применении профиль траншеи получается комбинированным: низ траншеи имеет очертания прямоугольника с шириной основания 1,2 м, высотой 0,8 м, откуда начинаются откосы; общая глубина отрываемой траншеи составляет 4 м при ширине траншеи поверху 3,8 м.

Наличие гидромотора в трансмиссии экскаватора позволяет осуществлять бесступенчатое изменение скоростей рабочего хода в пределах 3,4— 122 м/ч.

Крутящий момент на приводной вал IX ковшовой цепи передается от вала VII раздаточной коробки через  цепную передачу VIII. От раздаточной коробки (вал XVII) также цепной передачей приводится во вращение червячная лебедка полиспаста подъема и опускания ковшовой рамы.

Ленточный транспортер, обеспечивающий удаление вынутого из траншеи грунта, приводится в движение двумя гидромоторами НПА-64 через зубчатую и цепную передачи. Масло к гидромоторам подается гидронасосом, установленным на валу.

От приводного вала IX вращение на шнеки откосообразователя передается двумя цепными передачами (валы X, XI) и бортовыми коническими  редукторами XII, на которых установлены пружинно-кулачковые муфты, отключающие редукторы при возникновении перегрузок.

Скорость ковшовой цепи постоянная и составляет 0,755 или 1,07 м/сек. Максимальная скорость движения транспортерной ленты 2,5 м/сек. Экскаватор имеет четыре транспортные скорости от 1,25 до 7,6 км/ч.

Рисунок 1 – конструкция  экскаватора многоковшового

Для выполнения всех возможных видов земляных работ выпускаются экскаваторы различного конструктивного производства. Их можно разделить на две большие группы: одноковшовые и многоковшовые. Одноковшовые экскаваторы получили большое распространение в строительстве, в связи с тем, что они более универсальны, чем многоковшовые.

Многоковшовые экскаваторы (экскаваторы непрерывного действия) выполняют все рабочие  операции по копанию, перемещению и  выгрузке грунта одновременно. Пока часть  ковшей или ножей режет грунт, другие перемещают его, а третьи - выгружают. При работе этих машин нет ярко выраженного повторяющегося цикла рабочих операций. Один цикл плавно переходит в другой. Одноковшовые экскаваторы (экскаваторы цикличного действия) все операции по копанию грунта, выгрузке, его перемещению выполняют последовательно и циклично: сначала заполняют ковш грунтом, затем поворачивают загруженный ковш, в конце поворота выгружают грунт из ковша (в отвал или транспортные средства) и, наконец, возвращают порожний ковш в начальное положение для загрузки. Далее этот цикл операций повторяется

По конструктивному  решению многоковшовые траншейные экскаваторы подразделяются на цепные и роторные. Рабочим органом цепных экскаваторов является замкнутая ковшовая цепь, обегающая ковшовую раму, а  роторных — колесо с закрепленными  на наружной поверхности ковшами.

Благодаря высоким  скоростям резания грунта роторные экскаваторы производительнее цепных. Наибольшая теоретическая производительность наиболее распространенных типоразмеров цепных траншейных экскаваторов составляет 108—155 м3/ч, а роторных — 185—1200 м3/ч.

Рисунок 2 – Виды экскаваторов многоковшовых

По трудности  разработки многоковшовыми траншейными  экскаваторами грунт подразделяются на две группы. По назначению многоковшовые экскаваторы разделяются на траншейные, карьерные и ирригационные; по способу работы — на экскаваторы продольного копания и экскаваторы поперечного копания. На открытых горных работах применяются полноповоротные роторные экскаваторы большой производительности.