Одноковшовый экскаватор - разновидность экскаватора, землеройная машина циклического действия для разработки (копания), перемещения и погрузки грунта. Рабочим органом является подвижный ковш разного кубического объёма, закреплённый на стреле, рукояти или канатах. Ковш загружается за счёт перемещения относительно разрабатываемого грунта. При этом корпус экскаватора относительно грунта остаётся неподвижным - тяговое усилие создаётся механизмами экскаватора. Это отличает экскаватор от скрепера и погрузчика, где тяговое усилие при загрузке ковша создаётся перемещением корпуса машины.
Одноковшовый экскаватор - наиболее распространённый тип землеройных машин, применяемых в строительстве и добыче полезных ископаемых. По виду работ отмечают два основных типа экскаватора по направлению зуба ковша - обратная или прямая лопата. Экскаваторы с прямой лопатой применяются только в карьерах при загрузке горной массы в вагоны думпкара или для погрузки рудой или иной горной породой карьерных самосвалов. Отличительной особенностью такого экскаватора является открывающееся днище ковша.
Одноковшовые экскаваторы классифицируются по типу шасси, типу привода, типу рабочего оборудования, возможности поворота рабочего оборудования относительно опорной поверхности.
По возможности поворота рабочего оборудования относительно опорной поверхности
· Полноповоротные
Схема полноповоротного экскаватора
Рабочее оборудование, приводы, кабина машиниста и двигатель устанавливаются на поворотной платформе, которая в свою очередь устанавливается на шасси посредством опорно-поворотного устройства (ОПУ), и может поворачиваться относительно него в любую сторону на любой угол. Части гидросистемы шасси и поворотной платформы полноповоротных экскаваторов соединены с применением коллектора, что позволяет производить неограниченное количество полных оборотов в одну сторону.
· Неполноповоротные
Схема неполноповоротного экскаватора на шасси колесного трактора 1. Рама экскаватора, закреплённая на тракторе; 2. Поворотная колонка; 3. Стрела; 4. Рукоять; 5. Гидроцилиндр привода стрелы; 6. Гидроцилиндр привода рукояти; 7. Гидроцилиндр привода ковша; 8. Ковш в положении обратной лопаты; 9. Вариант установки ковша в положении прямой лопаты; 10. Сменный грузовой крюк; 11. Бульдозерный отвал; 12. Выносные опоры
Рабочее оборудование закрепляется на шасси с помощью поворотной колонки. На многих машинах подобного типа поворотная колонка монтируется на поперечных направляющих, что позволяет перемещать её вместе с рабочим оборудованием вправо-влево с последующей жёсткой фиксацией для более удобного положения рабочего оборудования. Поворот рабочего оборудования осуществляется на угол 45-90 градусов от начального положения. Двигатель, механизмы, кабина машиниста размещены на неповоротном шасси. В настоящее время неполноповоротными выполняются экскаваторы, навешиваемые на тракторы
По типу шасси
· Навешиваемые на тракторы
В качестве базового шасси используется трактор, чаще всего колёсный. Неполноповоротное экскаваторное оборудование устанавливается сзади (реже сбоку) трактора, на специальной раме. Наиболее распространёнными являются экскаваторы, навешиваемые на тракторы класса 1,4. Характерный объём ковша - 0,2-0,5 мі. Применяются для выполнения небольших землеройных или погрузочных работ, чаще всего при ремонте инженерных сетей. Конструкция рабочего оборудования позволяет оперативно переставлять ковш для работы прямой или обратной лопатой. Ковш может заменяться грейфером, грузовыми вилами или крюком. Для привода используется двигатель базового трактора. Привод рабочего оборудования гидравлический. Благодаря относительно высокой скорости хода могут оперативно прибывать к месту выполнения работ, расположенных на расстоянии 20-30 км от места базирования. Трактор с навешенным экскаваторным оборудованием может использоваться также для выполнения транспортных и бульдозерных работ.
· На автомобильном шасси
В качестве базового шасси используется грузовой автомобиль, чаще всего повышенной проходимости. Обладают высокой скоростью перемещения. Применяются в случаях, когда требуется высокая мобильность: в военном деле (инженерные войска, дорожные войска), при выполнении спасательных операций, при строительстве дорог, очистке каналов. Рабочее оборудование - преимущественно - обратная лопата. Выпускаются экскаваторы с телескопической стрелой и поворотным ковшом, позволяющим оперативно переходить от прямой лопаты к обратной. Для привода может использоваться как двигатель базового автомобиля, так и отдельный двигатель, установленный на поворотной платформе.
· Пневмоколесные
Экскаваторы имеют собственное специальное шасси, опирающееся на колёса с пневматическими шинами. Выполняются чаще всего полноповоротными. Для повышения устойчивости и предотвращения сползания при загрузке ковша имеют выносные опоры. Имеют скорость хода до 30 км/ч. Могут буксироваться грузовыми автомобилями со скоростью до 40 км/ч. Проходимость по слабым грунтам ограниченная. Выпускаются в широком диапазоне размерных групп - от микроэкскаваторов с объёмом ковша 0,04 мі до тяжёлых колёсных экскаваторов - с объёмом ковша до 1,5 мі. В связи со спецификой выполняемых работ: разработка котлованов, траншей, планировочные работы - рабочее оборудование - преимущественно обратная лопата. Могут использоваться с грейфером, челюстным захватом, гидравлическим молотом для рыхления грунта. Получили широкое распространение при выполнении различных видов строительных и ремонтных работ.
Привод колёс шасси может осуществляться как от двигателя рабочего оборудования через механические или гидравлические передачи (гидромоторы), так и от отдельного двигателя.
· Гусеничные
Экскаватор DEMAG Bagger. Исполнение: прямая лопата. -- Один из самых крупных в своем классе гидравлический экскаватор
Экскаваторы имеют собственное специальное шасси с гусеничным движителем. Выполняются полноповоротными. Обладают высокой проходимостью и малым удельным давлением на грунт при большой массе. Могут работать на слабых и переувлажнённых грунтах, в том числе на торфоразработках. Имеют скорость хода 2-15 км/ч. К месту работ перевозятся тягачами на специальных прицепах.
Рабочий диапазон объёмов ковша весьма широк: от миниэкскаваторов с объёмом ковша 0,04 мі до карьерных с объёмом ковша 10 мі. Имеются также особо тяжёлые карьерные гусеничные экскаваторы с объёмом ковша 26 мі производства фирмы DEMAG (Германия).
Рабочее оборудование: прямая лопата, обратная лопата, драглайн. Может использоваться с грейфером, челюстным захватом, гидравлическим молотом для рыхления грунта. Получили широкое распространение в строительстве и при добыче полезных ископаемых. Ряд моделей гусеничных и пневмоколёсных экскаваторов имеют унифицированную поворотную платформу и рабочее оборудование.
· Шагающие
Поворотная платформа с оборудованием шагающего экскаватора установлена на опорной плите. С поворотной платформой связаны лапы, которые при работе экскаватора подняты (не касаются грунта). При передвижении экскаватора лапы опираются на грунт. При этом опорная плита отрывается от грунта. Экскаватор передвигается на один шаг вперед (для некоторых моделей возможно движение назад). После этого лапы поднимаются и возвращаются в исходное положение. На шагающем ходу выпускают крупные карьерные экскаваторы с объёмом ковша 15 мі - 40 мі и вылетом стрелы до 65 м - 150 м. Рабочее оборудование - драглайн. Шагающими экскаваторами выполняются вскрышные работы (расчистка залежей полезных ископаемых от пустой породы), а также добыча полезных ископаемых и перемещение их в отвал (высотой до 40м). Погрузка полезных ископаемых шагающими экскаваторами в транспортные средства осуществляться не может.
· Железнодорожные
В качестве шасси экскаватора используется железнодорожная платформа. Применяются для ремонтных работ на железной дороге. Имеют объём ковша до 4 мі. Поворотная платформа и оборудование часто унифицировано с гусеничными экскаваторами.
· Плавучие
Рабочее оборудование (драглайн или грейферное) установлено на понтоне. Применяются для погрузочно-разгрузочных работ, добычи песка, гравия из водоемов, дноочистительных и дноуглубительных работ. От плавучих кранов, оборудованных грейферами, плавучие экскаваторы отличаются меньшей высотой и упрощённой конструкцией стрелы.
По типу двигателя
· Паровые экскаваторы
В качестве двигателя используется паровая машина. Были распространены в начале XX века. В настоящее время не выпускаются. Моментно-скоростные характеристики паровой машины и рабочего оборудования экскаватора хорошо согласовываются (паровая машина может развивать крутящий момент даже при заторможенном валу), что упрощает механические передачи.
· Экскаваторы с двигателями внутреннего сгорания
Наиболее распространённый тип. Экскаватор имеет собственный двигатель, чаще всего дизельный. Это обеспечивает автономность работы. Диапазон мощности двигателей, устанавливаемых на современные экскаваторы весьма широк (см. размерные группы).
Моментно-скоростные характеристики двигателя внутреннего сгорания и рабочего оборудования экскаватора не согласованы. В частности, двигатель внутреннего сгорания не может развивать крутящий момент при заторможенном коленчатом валу. Это требует применения на механических экскаваторах согласующих передач (муфт сцепления, редукторов, гидротрансформаторов). У гидравлических экскаваторов согласование обеспечивается гидравлическими передачами.
· Электрические экскаваторы
Для привода рабочего оборудования используеются электрические двигатели, получающие энергию от внешней сети или от собственного дизель-электрического агрегата. Электрический привод с питанием от внешней сети применяется для карьерных экскаваторов. Такие экскаваторы экономичны и не загрязняют атмосферу карьера. Электрический привод с питанием от собственного дизель-электрического агрегата применяется в плавучих экскаваторах. Как и паровая машина, электрический двигатель развивает крутящий момент при заторможенном якоре, поэтому электрическому экскаватору не нужны сложные механические передачи.
Экскаваторы, работающие во взрывоопасной среде (в шахтах) первичного двигателя не имеют. Их гидравлическое оборудование питается жидкостью высокого давления от внешней маслостанции.
По типу механических передач (приводов рабочего оборудования)
· С групповым механическим канатным приводом (механические)
Тяговое усилие к рабочим органам передаётся посредством канатов (или цепей), движимых лебёдками. Привод лебёдок осуществляется от двигателя экскаватора посредством механических передач (зубчатых, цепных, фрикционных, червячных).
Универсальный экскаватор с механическим приводом оборудуется трехбарабанной лебёдкой. Стреловой барабан лебёдки используется для привода (подъёма и опускания) стрелы. Подъёмный барабан используется для подъёма ковша (или возврата рукояти при работе обратной лопатой). Тяговый барабан используется для подтягивания ковша к экскаватору (при работе драглайном, обратной лопатой). При работе прямой лопатой тяговый барабан связан с механизмом напора рукояти.
Механический канатный привод широко применялся на экскаваторах в прошлом. В современных моделях его применение сокращается по следующим причинам:
- · экскаваторы с механическим канатным приводом имеют сложную конструкцию и содержат большое число быстроизнашивающихся изделий (накладки фрикционов, ленты тормозов, канаты).
- · канатный привод обеспечивает ограниченное число независимых перемещений элементов рабочего оборудования;
- · канатный привод технически сложно сделать автоматизированным;
- · канатный привод не обеспечивает полной фиксации элементов рабочего оборудования в заданном положении.
На современных моделях канатный механический привод применяется только для драглайна или грейфера.
· С индивидуальным электрическим приводом лебедок (электромеханические)
Тяговое усилие к рабочим органам передаётся посредством канатов (или цепей), движимых лебёдками. Привод каждой лебёдки и вспомогательных механизмов осуществляется индивидуальным электрическим двигателем. Такой привод применяется на тяжёлых карьерных (в том числе и шагающих) и промышленных экскаваторах.
· С гидравлическим приводом
В экскаваторах с гидравлическим приводом (гидравлические экскаваторы ) усилие на элементах рабочего оборудования создается гидроцилиндрами и гидродвигателями. Двигатель экскаватора приводит во вращение гидравлический насос, создающий давление рабочей жидкости в напорной магистрали гидросистемы. Через систему гидрораспределителей полостигидроцилиндров (гидродвигателей) соединяются с рабочей или сливной магистралями гидросистемы, что обеспечивает перемещение рабочего оборудования. В нейтральном положении (при запертых полостях гидроцилиндров) положение рабочего оборудования фиксируется. Для транспортировки экскаватора с помощью буксира предусмотрена возможность перевода гидроцилиндра стрелы и гидромотора механизма поворота в нейтральный транспортный («плавающий») режим.
В настоящее время гидравлические экскаваторы имеют преимущественное распространение.
Чаще всего одноковшовый экскаватор применяется для выполнения земляных работ на строительстве и разработке добычи полезных ископаемых. Это машина периодического действия. Ее главным параметром считается вместительность ковша (в кубометрах). И все потому, что ковш — это главный рабочий орган землеройной машины. Но не стоит забывать, что существует и многоковшовый экскаватор, который также применим в специфических ситуациях как на больших стройках каналов, так и карьерных работах. Благодаря экскаватору удалось существенно, в десятки раз повысить скорость добычи полезных ископаемых открытым способом и строительных работ.
По ГОСТу 17343-83 индексация одноковшовых экскаваторов новых моделей включает 4 цифры, которые говорят о:
- размерной группе машины (всего 8 позиций);
- типе ходовой системы (гусеницы или колесное шасси);
- виде подвески;
- порядковом номере модели.
Модели, выпущенные до 1970-х гг., обозначаются индексом, в котором прописаны: номинальная вместительность ковша, порядковый номер модели и ее модернизации. А буквы ЭО означают «экскаватор одноковшовый».
Главные показатели для машин с одним ковшом
Важные технические характеристики землеройной машины:
- максимальные высота и глубина копания;
- наибольший радиус производства работ;
- наибольшая возможная высота загрузки.
Чаще всего на строительных работах представлены машины, оснащаемые ковшом объемом 0,15-4,0 кубометра. На территории СПГ чаще всего выполняется разработка грунта одноковшовыми экскаваторами 4 и 5 групп (обладают вместительностью ковша 0,65 и 1 м³). Предприятия выпускают отдельные версии экскаваторов с полной автоматизацией некоторых производственных процессов.
На любой аппарат можно установить такие виды рабочего оборудования, как:
- обратную лопату;
- прямую лопату;
- грейфер;
- драглайн.
Это оборудование позволяет одноковшовой машине:
- разрабатывать;
- перемещать;
- грузить и укладывать грунт.
Одноковшовые экскаваторы делают универсальными, оснащая различными видами сменного оборудования, дающего возможность автоматизировать многие процессы, например, зачищать дно выемок или дробить большие валуны. В некоторых случаях специальные насадки позволяют уплотнять грунт на откосах или разрыхлять мерзлую почву.
Использование дополнительного обвеса для землеройных машин
Дополнительное рабочее оборудование одноковшового экскаватора позволяет очень аккуратно производить съем грунта для высокоточных планировочных работ, разрабатывать траншеи для инженерных коммуникаций, подавать материалы, грузы (выступая в роли погрузчика или крана).
Чтобы получать выемки различных конфигураций и размеров, используются профильные ковши.
Чтобы выполнить задачи по технологии «стена в грунте», вместе с землеройной машиной используют особое штанговое оборудование.
Чтобы разрыхлить мерзлый или очень плотный грунт, одноковшовые экскаваторы оснащаются гидромолотом или зубом-рыхлителем. Для погрузки и удаления крупных камней со стройплощадки на экскаваторах может применяться дополнительное спецоборудование, например, захватно-клещевое навесного типа.
Разработку грунта с помощью экскаватора выполняют только строго позиционно. Площадка, где работает землеройная техника, разрабатывается массив грунта и паркуются самосвалы, называется забоем. Забой имеет строго отведенное, отдельное место для отвала разработанного грунта. После выполнения поставленной задачи экскаватор перемещают на новое место.
Основные виды рабочего оборудования, параметры и индексация строительных экскаваторов. Производительность и пути ее повышения. Машины и оборудования для мерзлых грунтов. Применение машин с традиционными органами для разработки мерзлых грунтов. Виды специальных машин.
Общая классификация одноковшовых экскаваторов (назначение, устройство, рабочие процессы, технологические возможности, производительность, область применения). Прямая и обратная лопата, драглайн, грейфер
Одноковшовыми экскаваторами называют позиционные землеройные машины цикличного действия, оборудованные ковшовым рабочим органом. Рабочий цикл О.Э. состоит из последовательно выполняемых операций копания грунта, его перемещения в ковше к месту отсыпки, разгрузки ковша с отсыпкой грунта в отвал или транспортное средство и возвращения ковша на позицию начала следующего рабочего цикла. Это называют экскавацией. После отработки элемента забоя экскаватор перемещают на новую позицию. О.Э.классифицируют:
1-по назначению: строительные, строительно-карьерные, карьерные, вскрышные, туннельные, шахтные;
2-по виду рабочего оборудования: прямая и обратная лопата, драглайн, грейфер, планировщик;
3-по исполнению рабочего оборудования: канатные, гидравлические
4-по виду ходовых устройств: пневмоколесные (автомобильные и тракторные базы), гусеничные, шагающие;
5-по возможности вращения поворотной части: полноповоротные и неполноповоротные;
6- по числу установленных двигателей: одно- и многомоторные.
О.Э. Могут иметь крановое, сваебойное, трамбовочное и другое сменное оборудование. С одним видом рабочего оборудования – специальные, а укомплектованные сменными видами рабочего оборудования – универсальными.
Строительные экспедиторы предназначены для разработки грунта до IV категории без предварительного разрыхления, мерзлые и скальные после их разрыхления. Гидравлические экскаваторы используются в 80% в общем объеме производства.
Главным параметром ОЭ является его масса. В зависимости от массы они подразделяются на размерные группы.
Размерные группы характеризируются набором основных параметров:
1)- мощность силовой установки;
2)- вместимость ковша;
3)- усилие на его зубьях;
4)- размеры рабочей зоны;
5)- продолжительность рабочего цикла;
6)- скорости передвижения;
7)- частота вращения поворотной платформы;
8)- преодолеваемые уклоны;
9)- удельное давление на грунт;
11)- габаритные размеры и другие.
| размерная группа | масса унив-х О.Э., т | |
| О. Э. | свыше | до |
| - 6,3 | 6,3 |
Индексы. О. Э. – ЭО-0000:
1цифра – размерная группа;
2цифра – тип ходового устройства(1. гусеничные, 2. гусеничные с увеличенной опорной поверхностью, 3. пневмоколесные, 4. спец шасси автомобильного типа, 5. шасси грузового автомобиля, 6. на базе трактора);
3цифра тип подвески рабочего оборудования (1 и 2 – с гибкой и жесткой подвеской, 3 – телескопическое рабочее оборудование);
4цифра – номер модели экскаватора.
Например ЭО-4123:
Экскаватор одноковшовой, строительный, универсальный, 4 размерной группы с гусеничным ходовым устройством, с увеличенной опорной поверхностью, жесткой подвеской рабочего оборудования, третьей модели. Буквами далее – очередная модернизация и климатическое исполнение.
Техническая производительность О. Э.:
,
где q - емкость ковша;
Коэффициент наполнения;
Коэффициент разрыхления грунта;
Продолжительность рабочего цикла;
Продолжительность одной передвижки на новую позицию;
Число рабочих циклов на одной позиции.
Эксплуатационная производительность:
,
где - продолжительность периода работы экскаватора;
Коэффициент использования во времени (при односменной работе Кв=0,2-0,25).
Основные рабочие органы гидравлических экскаваторов являются ковш обратной и прямой лопат, погрузчика и грейфера.
Сменные рабочие органы: бульдозерные отвалы, однозубые и многозубые рыхлители, гидромолоты, крановые подвески, разные модификации грейферов и захватов, шнековые буры.
Экскаватор состоит из базовой части и рабочего оборудования.
Базовая часть: состоит из ходовой тележки с нижней рамой, опорно-поворотного устройства, поворотной платформы с насосно-силовой установкой, узлов гидравлической системы привода и кабины машиниста.
Рабочее оборудование – обратная лопата включает последовательно соединенные между собой шарнирами стрелу, рукоять и ковш. Оно предназначено для разработки грунтов в основном ниже уровня стоянки экскаватора.
Рабочая зона полноповоротного экскаватора – это часть пространства, ограниченного тороидальной поверхностью, радиальное сечение которой, называется осевым продольным профилем рабочей зоны.
По нему определяют рабочие размеры:
Hmax – максимальную глубину копания;
Rkcmax – радиус копания на уровне стоянки экскаватора;
Hвmax – высоту выгрузки.
Рабочее оборудование – прямая лопата – для разработки грунта выше уровня стоянки экскаватора состоит из стрелы, рукояти и ковша. Стрела короче, чем у обратной лопаты. Привод стрелы обеспечивается двумя гидроцилиндрами, а рукояти одним. Относительно рукояти ковши могут быть поворотными и неповоротными. Такой экскаватор разрабатывает грунт движением ковша снизу (от уровня стоянки экскаватора) вверх (до верхнего обреза забоя).
Рабочее оборудование – 
грейфер – используют для отрывки рабочих котлованов, очистки водоемов и каналов, для разгрузки и погрузки сыпучих материалов. Оно состоит из двухчелюстного ковша, установленного на нижнем конце штанги, подвешенной к рукояти обратной лопаты на двух цилиндрических шарнирах, позволяющих ковшу занять отвесное положение. Челюсти раскрываются гидроцилиндрами.
Для начала работы ковш с раскрытыми челюстями опускают на захватываемый материал, затем их замыкают. Ковш внедряется в материал и заполняется им. Затем его поднимают рукоятью из выемки С поворотом платформы на разгрузку. Ковш разгружают размыканием челюстей. Для рыхления прочных и мерзлых грунтов экскаваторы комплектуют оборудованием: однозубым рыхлителем, гидромолотом (разрушение скальных пород, взламывание асфальта при ремонте дорог).
Драглайном называют рабочее оборудование О. Э. с ковшом, подвешенным к стреле на подъемном канате и перемещаемым при копании грунта тяговым канатом.
Строительные драглайны с ковшами 0,3 до 3 куб.м для разгрузки грунта ниже уровня стоянки при отрывке котлованов и траншей, при подводной разработке выемок, погрузки и разгрузки сыпучих и дробленных материалов. Они работают преимущественно с разгрузкой в отвал.
Сменные рабочие органы (гидромолоты, гидротрамповки, рыхлители, вилочные захваты, грейферы, клещевые захваты, планировочные отвалы и др.) Экскаваторы – планировщики, неполноповоротные экскаваторы, мини экскаваторы (qк=0,03-0,2куб.м) в стесненных и труднодоступных местах, внутри зданий, при ремонтных работах, микро-экскаваторы (b=1м, qк=0,02куб.м)
Классификация экскаваторов непрерывного действия (Э.Н.Д.). Назначение, область применения, устройство, рабочий процесс, технологические возможности и производительность траншейных и цепных экскаваторов
Э. Н. Д. – это землеройные машины, непрерывно разрабатывающие грунт с одновременной погрузкой его в транспорт или в отвал. Рабочий орган оборудован несколькими ковшами, скребками, резцами, поочередно отделяющими грунт от массива. Их крепят на едином рабочем органе – роторе или замкнутой цепи.
Их классифицируют по:
назначению или виду выполняемых работ:
а) траншейные;
б) карьерные;
в) строительно-карьерные;
по типу рабочего органа:
а) роторные;
б) цепные (скребковый, фрезерный);
по способу копания:
а) продольного;
б) поперечного.
Роторы применяют для разработки траншей ограниченной глубины (до 3 м). Цепные глубиной до 6м и более. Их применяют для разработки однородных грунтов до IV категории. Крупные каменистые включения снижают ресурс этих машин. Для мерзлых грунтов главный параметр траншейных экскаваторов глубина отрываемой траншеи, масса и мощность двигателя.
ЭТР-254 – экскаватор траншейный роторный четвертой модели для разработки траншей глубиной 2,5м.
ЭТЦ-165 – экскаватор траншейный цепной пятой модели для разработки траншей глубиной до 1,6м.
Траншейный экскаватор состоит из двух частей – тягача и рабочего оборудования, соединенных между собой полуприцепной или навесной схемами.
Рабочее оборудование траншейного экскаватора обеспечивает отрыв от массива грунта в траншее проектной глубины и ширины с откосами или без них, полный вынос его из траншеи и отсыпку в бруствер (кавальер) рядом с траншеей. Последнюю операцию выполняет ленточный отвальный конвейер, установленный перпендикулярно продольной оси траншеи в полости ротора (на роторных экскаваторах) или на тягаче (на цепных). Для разработки узких траншей (щелей) применяют бесконвейерные скребковые фрезерные траншейные экскаваторы.