Одноковшовый экскаватор
Одноковшовый экскаватор — землеройная машина периодического действия для разработки (копания), перемещения и погрузки грунта. Рабочим органом является подвижный ковш, закрепленный на стреле, рукояти или канатах. Ковш загружается за счет перемещения относительно разрабатываемого грунта. При этом корпус экскаватора относительно грунта остается неподвижным - тяговое усилие создается механизмами экскаватора. Это отличает экскаватор от скрепера и погрузчика, где тяговое усилие при загрузки ковша создается перемещением корпуса машины.
Одноковшовый экскаватор - наиболее распространенный тип землеройных машин, применяемых в строительстве и добыче полезных ископаемых.
Размерные группы экскаваторов
В СССР/России используется следующая система размерных групп одноковшовых экскаваторов
| Номер размерной группы | Масса эксплуатационная, т | Мощность основного двигателя, л.с. | Объем ковша (геометрический), м3 | Класс экскаватора |
| 0 | менее 3 | 10-40 | менее 0,1 | особо легкий |
| 1 | 5-6 | 30-50 | 0,15-0,4 | легкий |
| 2 | 8-9 | 40-60 | 0,25-0,6 | легкий |
| 3 | 10-12 | 50-80 | 0,3-1,0 | средний |
| 4 | 19-30 | 80-130 | 0,65-1,6 | средний |
| 5 | 30-40 | 100-200 | 1,2-2,5 | тяжелый |
| 6 | 55-60 | 200-350 | 1,6-4 | тяжелый |
| 7 | 80-100 | 300-500 | 2,5-6,3 | особо тяжелый |
| 8 | 100-160 | 400-800 | 5-10 | особо тяжелый |
Примечания:
- Мощность двигателя может выходить за пределы, указанные в размерной группе.
- Фактический объем ковша (с "шапкой") больше геометрического на 15%-30%.
- При работе на тяжелых грунтах экскаваторы оборудуются ковшами меньшего объема.
- На железнодорожные, плавучие и шагающие экскаваторы, указанные размерные группы не распространяются.
Классификация одноковшовых экскаваторов
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
Рабочее оборудование, приводы, кабина машиниста и двигатель устанавливаются на поворотной платформе, которая в свою очередь устанавливается на шасси и может поворачиваться относительно него в любую сторону на любой угол.
Неполноповоротные
- Рама экскаватора, закрепленная на тракторе;
- Поворотная колонка;
- Стрела;
- Рукоять;
- Гидроцилиндр привода стрелы;
- Гидроцилиндр привода рукояти;
- Гидроцилиндр привода ковша;
- Ковш;
- Вариант установки ковша в положение обратной лопаты;
- Сменный грузовой крюк;
- Бульдозерный отвал;
- Выносные опоры.
Рабочее оборудование закрепляется на шасси с помощью поворотной колонки. 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
Экскаваторы, навешиваемые на тракторы
-
Экскаватор, навешенный на трактор «Беларусь» -
Тракторный экскаватор зарубежного производства
В качестве базового шасси используется трактор, чаще всего колесный. Неполноповоротное экскаваторное оборудование устанавливается сзади (реже сбоку) трактора, на специальной раме. Наиболее распространенными являются экскаваторы, навешиваемые на тракторы класса 1,4. Характерный объем ковша — 0,2-0,5 м3. 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. Благодоря 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.
Экскаваторы 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), при выполнении спасательных операций, при строительстве дорог, очистке каналов. Рабочее оборудование выполняется полноповоротным. 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
-
Современный пневмоколесный экскаватор с гидравлическим приводом -
Пневмоколесный экскаватор 50-х - 60-х годов с канатным приводом -
Пневмоколесный экскаватор ЭО-3333 производства СССР
Экскаваторы имеют собственное специальное шасси, опирающееся на колеса 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 70 км/ч. Проходимость по слабым грунтам ограниченная. Выпускаются в широком диапазоне размерных групп - от микроэкскаваторов с объемом ковша 0,04 м3 до тяжелых - с объемом ковша до 1,5 м3. 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 колес шасси может осуществляться как от двигателя рабочего оборудования через механические или гидравлические передачи (гидромоторы), так и от отдельного двигателя.
Гусеничные экскаваторы
-
Современный гусеничный экскаватор -
Экскаватор Э-303 с механическим приводом
-
Экскаватор МТП-71 с увеличенной площадью гусиниц
Экскаваторы имеют собственное специальное шасси с гусиничным движителем. Выполняются полноповоротными. Обладают высокой проходимостью и малым удельным давлением на грунт при большой массе. Могут работать на слабых и переувлажненных грунтах, в том числе на торфоразработках. Имеют скорость хода 2-15 км/ч. К месту работ перевозятся тягачами на специальных тралах.
Рабочий диапазон объемов ковша весьма широк: от миниэкскаваторов с объемом ковша 0,04 м3 до карьерных с объемом ковша 10 м3. Имеются также особо тяжелые карьерные гусеничные экскаваторы с объемом ковша 26 м3 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 пневмоколесных экскаваторов имеют унифицированную поворотную платформу и рабочее оборудование.
Шагающие экскаваторы
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 объемом ковша 15 м3 - 40 м3 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 экскаваторы
В качестве шасси экскаватора используется железнодородная платформа. Применяются для ремонтных работ на железной дороге. Имеют объем ковша до 4м3. Поворотная платформа и оборудование часто унифицировано с гусиничными экскаваторами.
Плавучие экскаваторы
Рабочее оборудование (драглайн или грейферное) установлено на понтоне. Применяются для погрузочно-разгрузочных работ, добычи песка, гравья из водоемов, дноочистительных и дноуглубительных работ.
По типу двигателя
Паровые экскаваторы - в качестве двигателя используется паровая машина. Были распространены в начале 20-го века. В настоящее время не выпускаются. Моментно-скоростные характеристики паровой машины и рабочего оборудования экскаватора хорошо согласовываются, что упрощает механические передачи.
Экскаваторы с двигателями внутреннего сгорания - наиболее распространенный 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 несогласованы. Это требует применения на механических экскаваторах согласующих передач (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.
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)
Экскаваторы с механическим канатным приводом (механические экскаваторы)
Тяговое усилие к рабочим органам передается посредством канатов (или цепей), движимых лебедками. Привод лебедок осуществляется от двигателя экскаватора посредством механических передач (зубчатых, цепных, фрикционных, червячных).
Универсальный экскаватор с механическим приводом оборудуется трехбарабанной лебедкой. Стреловой барабан лебедки используется для привода (подъема и опускания) стрелы. Подъемный барабан используется для подъема 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 не обеспечивает полной фиксации элементов рабочего оборудования в заданном положении.
На современных моделях канатный механический привод применяется только для драглайна или грейфера.
Экскаваторы с гидравлическим приводом
- См. статью Гидравлический привод
В экскаваторах с гидравлическим приводом (гидравлические экскаваторы) усилие на элементах рабочего оборудования создается гидроцилиндрами и гиродвигателями. Двигатель экскаватора приводит во вращение гидравлический насос, создающий давление рабочей жидкости в гидросистеме. Через систему гидрораспределителей полости гидроцилиндров (гидродвигателей) соединяются с напорной или сливной магистралями гидросистемы, что обеспечивает перемещение рабочего оборудования. В нейтральном положении (при запертых полостях гидроцилиндров) положение рабочего оборудования фиксируется.
В настоящее время гидравлические экскаваторы имеют преимущественное распространение.
Основное рабочее оборудование одноковшовых экскаваторов
Базовая машина одноковшового экскаватора обеспечивает функционирование различного рабочего оборудования. Последнее может выполняться сменным. Рабочее оборудование для копания грунта называют основным, а рабочее оборудование для выполнения других операций - дополнительным.
Прямая лопата
Прямая лопата - основное рабочее оборудование для разработки (копания) грунта выше уровня стоянки экскаватора. Ковш прямой лопаты закреплен на рукояти. Рукоять в свою очередь шарнироно закреплена на стреле. Стрела шарнирно закреплена на поворотной платформе машины. У гидравлических экскаваторов ковш на рукояти закреплен подвижно - разгрузка ковша обеспечивается его опрокидыванием с помощью гидроцилиндра. У механических экскаваторов положение ковша относительно рукояти в процессе работы не меняется - разгрузка ковша выполняется при открывании его днища. Копают грунт в направлении от экскаватора. Прямая лопата обеспечивает наибольшее усилие копания и наибольшую производительность (за счет минимального количества операций в одном цикле копания). Применяется для добычи полезных ископаемых и погрузочных работ.
Рабочий цикл экскаватора с прямой лопатой состоит из следующих операций:
- Загрузка ковша - выполняется поворотом рукояти относительно стрелы. Положение ковша относительно рукояти и стрелы относительно машины остается неизменным.
- Поворот платформы - по окончании загрузки ковша выполняется поворот платформы с рабочим оборудованием экскаватора. Ковш перемещается к месту разгрузки. Его положение относительно поворотной платформы машины не изменяется.
- Подъем стрелы - перед разгрузкой ковша выполнятеся подъем стрелы экскаватора для увеличения погрузочной высоты.
- Разгрузка ковша - на гидравлических экскаваторах осуществляется поворотом ковша относительно рукояти (опрокидыванием). На механических экскаваторах выполняется открывание днища ковша.
Обратная лопата
Обратная лопата - основное рабочее оборудование для разработки (копания) грунта ниже уровня стоянки экскаватора. Применяется при копании котлованов, траншей, при планировании откосов и отсыпке насыпей. Может применяться для погрузочных работ. При работе обратной лопатой грунт копают в направлении к экскаватору. Гидравлические экскаваторы с обратной лопатой могут разрабатывать грунт и выше уровня своей стоянки, правда с меньшей эффективностью чем прямая лопата.
В зависимости от типа применяемых приводов рабочий цикл обратной лопаты различатся.
Для гидравлических экскаваторов с независимым приводом стрелы, ковша и рукояти:
- Заглубление стрелы в котлован с одновременным позиционированием рукояти;
- Загрузка ковша его поворотом относительно рукояти;
- Выглубление стрелы с одновременным разворотом рукояти и поворотом ковша для предотвращения высыпания грунта.
- Поворот платформы с рабочим оборудованием;
- Разгрузка ковша его поворотом относительно рукояти.
Для механических экскаваторов с двухканатным приводом рукояти, зависимым положением стрелы и фиксированным положением ковша:
- Заглубление стрелы и рукояти в котлован (выполнятется растормаживанием подъемного каната);
- Загрузка ковша поворотом рукояти относительно стрелы в направлении экскаватора (выполняется натяжением тягового каната при расторможенном подъемном канате);
- Выглубление стрелы и рукояти из котлована (выполняется натяжением подъемного каната при натянутом и заторможенном тяговом канате);
- Поворот платформы с рабочим оборудованием;
- Разгрузка ковша поворотом рукояти относительно стрелы в напавлении от экскаватора (выполняется натяжением подъемного каната при одновременном разматывании тягового каната).
Обратная лопата является наиболее универсальным рабочим оборудованием. Обеспечивает высокую точность позиционирования ковша, как относительно грунта, так и относительно транспортного средства, в которое производится погрузка грунта.
Планировщик откосов
Разновидность обратной лопаты, предназначенной для планирования откосов в дорожном, мелиоративном и ландшафтном строительстве. Планировшик откосов обоспечивает перемещение режущей кромки ковша относительно грунта по прямой, направленной под заданным углом к горизонту. Для этого на гидравлический экскаватор устанавливается система автоматизированная управления (гидравлическая или электронная), обеспечивающая согласованное движение стрелы, рукояти и ковша. В качестве планировщика откосов нашли применение экскаваторы с телескопической стрелой.
Струг
Струг также используется для планировочных работ. Устанавливается на механические экскаваторы. Предлставляет собой стрелу, по которой канатом перемещается тележка, с закрепленным на ней ковшом. Угол планирования определяется углом наклона стрелы. Накравление копания стругом можно изменять перестановкой ковша относительно тележки.
Драглайн
- Основная статья Драглайн
Драглайн - рабочее оборудование с ковшом, гибко подвешенным на канатах. Применяется для разработки грунта ниже уровня стоянки экскаватора. Грунт копают в направлении к экскаватору. Применяется при разработке котлованов, отсыпки насыпей, добычи полезных ископаемых, дноуглубительных работ на водоемах.
Драглайн имеет наибольшие радиус и глубину копания, а также наибольшую погрузочную высоту по сравнению с другими типами рабочего оборудования.
Для работы с драглайном гидравлического экскаватора на него устанавливают двухбарабанную главную лебедку с приводом от гидросистемы.
Переоборудования базовой машины механического экскаватора при работе драглайном не требуется.
Грейфер
- Основная статья Грейфер
Грейфер используется для разработки узких глубоких котлованов (колодцев), выполнения погрузочно-разгрузочных работ. Грейферами могут оборудоваться как гидравлические, так и механические экскаваторы.
У гидравлических экскаваторов грейфер закрепляется на рукояти вместо ковша и имеет гидравлический привод челюстей. Грейфер может закрепляться и на напорной штанге, обеспечивающей его заглубление в котлован на 6 метров и более. Напорная штанга представляет собой телескопическую стрелу, монтируемую на экскаватор вместо рукояти.
У механических экскаваторов грейфер подвешивается на канатах.
Дополнительное рабочее оборудование
Рыхлитель
Сменное рабочее оборудование, предназначенное для рыхления твердого (мерзлого) грунта, разрушения строительных конструкций, асфольто-бетонного покрытия.
Рыхлитель для механических экскаваторов представляет собой монолитный стальной груз, нижняя часть которого выполнена клинообразной или пикообразной. Подвешивается на канате. При работе рыхлитель поднимается за счет натяжения каната на высоту порядка 3-6 метров и свободно падает на грунт (при расторможенном канате). Масса клинового рыхлителя в зависимости от размерной группы экскаватора составляет 0,5 - 6 т.
На гидравлических экскаваторах устанавливается молот-рыхлитель с гидравлическим приводом. Принцип его действия аналогичен отбойному молотку. Монтируется на вместо ковша.
В качестве рыхлителя может применяться дизель-молот, монтируемый на стреле экскаватора.
Свайный копер
Корчеватель пней
Одноковшовые экскаваторы могут использоваться для корчевания пней. На гидравлических экскаваторах для этой цели вместо ковша устанавливается челюстный захват (см. статью грейфер). Для корчевании захват подводят к пню, разводят челюсти, заглубляют их в грунт, под корневую систему пня. Далее сводят челюсти захвата и, подъемом стрелы, выдергивают пень. Всем этим процессом управляет один машинист.
При корчевании пней механическими экскаваторами к тяговому и подъемному канатам прицепляется специальный якорь. Машинист экскаватора подводит якорь к пню, а помошник вручную заглубляет лапу якоря под корень пня. После этого осуществляется натяжение тягового каната при ослабленном подъемном, при этом якорь зацепляется за пень. Одновременным натяжением двух канатов происходит вырывание пня.
Подъемный кран
В связи с тем, что базовая машина экскаватора и подъемного крана имеют сходную конструкцию - ряд моделей экскаваторов может комплектоваться крановым оборудованием. Так как скорость вертикального перемещения груза у крана должна быть в несколько раз меньше чем скорость подъема ковша экскаватора, подъемный канат запасовывают через полиспаст.
Манипулятор
Манипулятор представляет собой захват, монтируемый вместо ковша, используемый при монтажных и демонтажных работах.