3.3. Экскаваторы

Экскаватор — это самоходная землеройная машина с основным рабочим органом в виде одного ковша или группы ковшей, произво­дящая разработку (копание) грунта и перемещение его на сравни­тельно небольшие расстояния в транспортные средства или непо­средственно в отвалы. Экскаватор состоит из рабочего оборудования для копания и перемещения грунта, ходового устройства — для пе­редвижения машины и силовой установки — для приведения в дей­ствие всех механизмов экскаватора.

62

В зависимости от числа ковшей различают одноковшовые (пери­одического действия) и многоковшовые, или скребковые (непрерыв­ного действия), экскаваторы.

3.3.1. Одноковшовые строительные экскаваторы

Строительными называют одноковшовые универсальные экскава­торы с ковшами вместимостью 0,25—4 м³, оснащаемые различными видами сменного рабочего оборудования. Строительные экскаваторы предназначены для земляных работ в грунтах I—IV групп. При помо­щи унифицированного сменного рабочего оборудования (до 40 видов) они могут выполнять также погрузочные, монтажные, сваебойные, планировочные, зачистные и другие работы.

Основными частями строительных экскаваторов являются ходо­вое устройство, поворотная платформа (с размещенными на ней си­ловой установкой, механизмами, системой управления и кабиной машиниста) и сменное рабочее оборудование.

Рабочее оборудование обеспечивает заполнение, рабочего органа разрабатываемым или загружаемым материалом, его перемещение в вертикальной плоскости к месту выгрузки и выгрузку. Оно включа­ет стрелу, рукоять и ковш. Стрелу рабочего оборудования монтиру­ют на поворотной платформе шарнирно в проушинах.

Ходовое устройство предназначено для восприятия и передачи на опорную площадку силы тяжести экскаватора и сил взаимодействия рабочего органа с грунтом, стопорения машины в забое при ее рабо­те, маневрирования экскаватора в забое и перемещения его по ходу работ. Ходовое устройство включает в себя раму, гусеничный или ко­лесный движитель и механизм их привода и стопорения. На раму ходового устройства через унифицированный роликовый опорно-поворотный круг опирается поворотная платформа. Опорно-поворот­ный круг позволяет вращать платформу с рабочим оборудованием.

Рабочий цикл одноковшового экскаватора при разработке грунтов состоит из следующих последовательно выполняемых операций: ко­пание грунта, подъем наполненного ковша из забоя, поворот ковша на разгрузку, разгрузка грунта в транспортные средства или в отвал, возврат порожнего ковша в исходное положение. В процессе работы возможно совмещение отдельных операций (например, таких, как подъем и опускание ковша с поворотом его в плане), что позволяет сократить продолжительность цикла.

Строительные экскаваторы классифицируют по следующим призна­кам: 1) по типу ходового устройства — на гусеничные (на нормальном

63

и уширенном гусеничном ходу), пневмоколесные, на специальном шасси, на базе автомобиля или трактора (рис. 3.19); 2) по типу при­вода — на дизельные (механические), электрические с питанием от внешней сети, дизель-электрические и гидравлические; 3) по количе­ству приводных двигателей — на одномоторные (привод всех меха­низмов экскаватора осуществляется от одного двигателя через ме­ханическую трансмиссию или гидрообъемную передачу) и много­моторные (привод каждого механизма экскаватора осуществляется от индивидуального гидравлического или электрического двигате­ля); 4) по конструкции поворотной части — на полноповоротные (по­ворот платформы с рабочим оборудованием обеспечивается на 360°) и неполноповоротные (угол поворота рабочего оборудования в пла­не ограничен 180-270°); 5) по способу подвески рабочего оборудо­вания — с гибкой подвеской (при помощи канатных полиспастов) (рис. 3.20) и с жесткой подвеской (при помощи гидроцилиндров) (рис. 3.21); 6) по виду исполнения рабочего оборудования — с шар-нирно-рычажным и телескопическим рабочим оборудованием.

Рис. 3.19. Классификация экскаваторов по типу ходового устройства:

а — гусеничный; б — гусеничный с увеличенной поверхностью гусениц; в пневмоколесный; г — на специальном шасси; д — на базе трактора

64

Система индексации экскаваторов. Действующая система индекса­ции предусматривает следующую структуру индекса (рис. 3.22). Бук­вы ЭО означают «экскаватор одноковшовый универсальный».

Рис. 3.20. Строительные полноповоротные экскаваторы с механическим приводом и гибкой подвеской рабочего оборудования:

а — пневмоколесный третьей размерной группы; б — гусеничный четвертой раз­мерной группы; 1 — пневмоколесное ходовое устройство; 2 — поворотная плат­форма; 3 — двуногая стойка; 4 — стрелоподъемный канат; 5 — передняя стой­ка; б — кабина машиниста; 7 — подъемный канат; 8 — стрела; 9 — рукоять; 10 — ковш обратной лопаты; 11 — тяговый канат; 12 — опорно-поворотное устройство; 13 — гусеничное ходовое устройство

65

Рис. 3.21. Строительные полноповоротные экскаваторы с гидравлическим приводом и жесткой подвеской шарнирно-рычажного рабочего

оборудования:

а — пневмоколесный с обратной лопатой вместимостью 0,65 м³; б — гусеничный с прямой лопатой вместимостью 1,6 м³; 1 — бульдозерный отвал; 2— рукоять; 3 — гидроцилиндр ковша; 4 — гидроцилиндры рукояти; 5 — стрела; б — каби­на машиниста; 7 — силовая установка; 8 — поворотная платформа; 9 — аутри­геры; 10— ходовое устройство; 11 — гидроцилиндры стрелы; 12 — ковш; 13 —опорно-поворотный круг

66

Рис. 3.22. Структурная схема индексации одноковшовых универсальных

экскаваторов:

Г—- гусеничное ходовое устройство с минимально допускаемой поверхностью гусениц; ГУ— гусеничное ходовое устройство с увеличенной поверхностью гу­сениц; П — пневмоколесное ходовое устройство; СШ — специальное шасси ав­томобильного типа; А — шасси грузового автомобиля; Т_р — трактор; /7_р — при­цепное ходовое устройство; /7_л — плавучее ходовое устройство

Далее четыре основные цифры индекса последовательно означа­ют: размерную группу машины, тип ходового устройства, конструк­тивное исполнение рабочего оборудования (вид подвески) и поряд­ковый номер данной модели. Восемь размерных групп экскаваторов обозначаются цифрами с 1 до 8. Размер экскаватора характеризуют

67

масса машины и мощность основного двигателя, а также вмести­мость основного ковша. В настоящее время серийно выпускаются экскаваторы 2—6-й размерных групп. Вместимость основных ковшей экскаваторов составляет: для 2-й размерной группы — 0,25—0,28 м³; 3-й - 0,40-0,65 м³; 4-й - 0,65-1,00 м³; 5-й - 1,00-1,60 м³; 6-й -1,60-2,50 м³; 7-й - 2,50-4,00 м³.

Тип ходового устройства указывается цифрами с 1 по 9: 1 — гусе­ничное (Г); 2 — гусеничное уширенное (ГУ); 3 — пневмоколесное (П); 4 — специальное шасси автомобильного типа (СШ); 5 — шасси грузового автомобиля (А); 6 — шасси серийного трактора (Т ); 7 — прицепное ходовое устройство (П_р ); 8, 9 — резерв. Конструктивное использование рабочего оборудования указывается цифрами: 1 (с гиб­кой подвеской), 2 (с жесткой подвеской), 3 (телескопическое). Пос­ледняя цифра индекса означает порядковый номер модели экскава­тора. Первая из дополнительных букв после цифрового индекса (А, Б, В и т. д.) означает порядковую модернизацию данной маши­ны, последующие — вид специального климатического исполнения (С или ХЛ — северное, Т — тропическое, ТВ — для работы во влаж­ных тропиках). Например, индекс ЭО-5123ХЛ расшифровывается так: экскаватор одноковшовый универсальный, 5-й размерной груп­пы, на гусеничном ходовом устройстве, с жесткой подвеской рабоче­го оборудования, третья модель в северном исполнении. Экскаватор оборудуется основным ковшом вместимостью 1,0 м³, соответствую­щим 5-й размерной группе, и сменными вместимостью 1,25 и 1,6 м³.

Экскаваторы с механическим приводом (см. рис. 3.20) представля­ют собой полноповоротные машины с гибкой подвеской рабочего оборудования (рукоять 9 с ковшом 10 подвешены на канатном по­лиспасте 7, стрела 8— на полиспасте 7).

Основными видами сменного рабочего оборудования таких ма­шин являются прямая лопата, обратная лопата, драглайн, кран и грейфер (рис. 3.23).

Экскаватор с рабочим оборудованием прямой лопаты (рис. 3.23, а) разрабатывает грунт в забое, расположенном выше уровня стоянки машины. В комплект оборудования прямой лопаты входят стрела, рукоять, ковш, напорный механизм (у экскаваторов с ковшами вме­стимостью до 0,4 м³ напорный механизм отсутствует), седловой под­шипник, подъемный и стрелоподъемный полиспасты. При копании ковш движется снизу вверх и от экскаватора.

Экскаватор с оборудованием обратной лопаты (рис. 3.23, б) пред­назначается для рытья траншей и небольших котлованов, располо­женных ниже уровня его стоянки. При копании ковш движется

68

Рис. 3.23. Основные виды сменного рабочего оборудования строительных

экскаваторов с механическим приводом

сверху вниз к экскаватору. Врезание ковша в грунт происходит под действием силы тяжести рабочего оборудования.

Экскаватор с оборудованием драглайна (рис. 3.23, г) разрабатывает грунт также ниже уровня своей стоянки и применяется для рытья траншей для различных коммуникаций в водонасыщенных грунтах и под водой. Копание грунта происходит в результате подтягивания ковша к экскаватору тяговым канатом.

Экскаватор с крановым оборудованием — экскаватор-кран (рис. 3.23, в) используют на различных монтажных и погрузочно-разгру-зочных работах. В комплект кранового оборудования входят удли­ненная решетчатая стрела, стрелоподъемный и грузовой полиспасты, грузовой крюк или специальные устройства для захвата грузов.

Экскаватор с грейферным оборудованием (рис. 3.23, д) применя­ют при погрузке и выгрузке сыпучих и мелкокусковых материалов, очистке траншей и котлованов от обрушившегося грунта и снега, для рытья колодцев водозаборов и узких глубоких котлованов в легких грунтах, а также для рытья траншей под водой. Грейфер­ное оборудование включает удлиненную решетчатую стрелу, грей­ферный ковш, подъемные и замыкающие канаты и блоки. Ковш состоит из двух челюстей, шарнирно соединенных изнутри попере­чиной с обоймой подвижных блоков полиспаста замыкающего ка­ната, а снаружи — четырьмя тягами, объединенными поперечиной, к которой крепят подъемный канат. Копание грунта производится

69

в результате смыкания челюстей ковша при натяжении замыкающего каната.

На строительстве сетей и сооружений водоснабжения и канализа­ции наиболее распространены универсальные строительные экскава­торы с ковшами вместимостью 0,4—0,65 м³, основным рабочим обо­рудованием которых является обратная лопата.

Экскаваторы Э-302Б, Э-303Б (ЭО-3111В) и Э-304В (ЭО-3211Б) с ковшом вместимостью 0,4 м³ предназначены для разработки грунтов I—IV групп и представляют собой группу унифицированных полно­поворотных машин с механическим приводом, имеющих одинаковую конструкцию сменного рабочего оборудования и поворотных плат­форм. Экскаватор Э-302Б на пневмоколесном ходу (см. рис. 3.20, а) обладает высокой маневренностью и мобильностью. Особенно успеш­но экскаватор Э-302Б применяют на работах в стесненных условиях при строительстве подземных коммуникаций в городских условиях. Экскаватор Э-303Б на нормальном гусеничном ходу предназначен для работы в обычных грунтовых условиях, а экскаватор повышенной про­ходимости Э-304Б на уширенном и удлиненном гусеничном ходу — для работы на слабых, переувлажнённых и заболоченных грунтах.

Экскаваторы оснащаются унифицированной лопатой (прямой и обратной) и драглайном вместимостью по 0,4 м³, грейфером вмести­мостью 0,35 м³ и крановым оборудованием грузоподъемностью до 5 т.

В водопроводном строительстве также широко применяется полно­поворотный универсальный экскаватор на гусеничном ходу Э-652Б с ковшом вместимостью 0,65 м³ и в частности при производстве зем­ляных (в грунтах I—IV групп), монтажных и погрузочно-разгрузоч-ных работ.

Сменное рабочее оборудование машины: прямая и обратная лопа­ты вместимостью 0,65 м³, грейфер вместимостью 0,65 м³, драглайны вместимостью 0,8 м³ и крановое оборудование грузоподъемностью до Ют.

Привод всех механизмов экскаватора осуществляется от дизеля мощностью 82 л. с. (60 кВт). Движение вала дизеля передается через главную фрикционную муфту сцепления.

Экскаваторы с гидравлическим приводом. Одноковшовые экскава­торы с гидравлическим приводом представляют собой полно- и непол-ноповоротные машины с жесткой подвеской рабочего оборудования, у которых для передачи мощности от двигателя к рабочим механизмам используется гидравлический объемный (статический) привод.

Параметры гидравлических экскаваторов регламентированы Го­сударственным стандартом — ГОСТ, в котором для каждой размер-

70

ной группы приведено несколько вместимостей ковшей. Примене­нием гидравлических универсальных экскаваторов, технологичес­кие возможности которых значительно выше машин с механичес­ким приводом, обеспечивается высокий уровень механизации зем­ляных работ. Гидравлические экскаваторы имеют более широкую номенклатуру сменных рабочих органов, число которых постоянно растет, большее число основных и вспомогательных движений ра­бочего оборудования.

К настоящему времени уже 80 % выпускаемых в стране универ­сальных экскаваторов с ковшами вместимостью до 1 м³ являются гид­равлическими.

Гидравлический привод позволяет: значительно упростить кине­матику трансмиссии и рабочего оборудования машины; уменьшить габариты машины; рационально совмещать рабочие операции; мак­симально использовать мощность силовой установки; повысить мо­бильность и универсальность машин и улучшить качество выполня­емых работ; сообщать сменным рабочим органам движения, позво­ляющие выполнять земляные работы в труднодоступных местах; обеспечивать плавность движения и точную ориентацию рабочего органа; реализовать большие (в 1,5—2 раза) усилия копания; улуч­шить условия труда машиниста.

Перечисленные преимущества обеспечивают повышение произ­водительности гидравлических экскаваторов по сравнению с механи­ческими в среднем на 30—35 %.

По виду исполнения рабочего оборудования различают гидравли­ческие экскаваторы с шарнирно-рычажным и телескопическим ра­бочим оборудованием.

Для удержания и приведения в действие шарнирно-рычажного рабочего оборудования используют жесткие связи — гидравлические цилиндры. Основные рабочие движения шарнирно-рычажного обо­рудования в вертикальной плоскости: изменение угла наклона стре­лы, поворот рукояти с ковшом относительно стрелы и поворот ков­ша относительно рукояти. Основным рабочим движением телеско­пического рабочего оборудования является выдвижение и втягивание телескопической стрелы.

Гидравлические полноповоротные универсальные экскаваторы с шарнирно-рычажным рабочим оборудованием (см. рис. 3.21) оснаще­ны ковшами вместимостью 0,5-4,0 м³ и предназначены для земляных работ в грунтах I—IV групп. При помощи сменного рабочего обору­дования они могут выполнять также погрузочные, монтажные, пла­нировочные и другие работы. Современные полноповоротные машины

71

созданы на базе единых конструктивных схем и широкой унифика­ции агрегатов и узлов. Они состоят из ходового гусеничного или пневмоколесного устройства 10, поворотной платформы 9 с разме­щенными на ней силовой установкой 7, узлами гидропривода и ка­биной машиниста 6 и сменного рабочего оборудования.

Привод рабочего оборудования полноповоротных экскаваторов осуществляется от силовых гидроцилиндров двустороннего действия, а поворот платформы и передвижение машины — от индивидуальных гидромоторов.

Силовые гидроцилиндры сообщают движение элементам рабочего оборудования в вертикальной плоскости. При их помощи осуществ­ляется подъем и опускание стрелы 5 (гидроцилиндры 11), поворот рукояти 2 относительно стрелы (гидроцилиндры 4), поворот ковша 12 относительно рукояти (гидроцилиндр 3) (см. рис. 3.21).

Основными видами сменного рабочего оборудования являются прямая и обратная лопаты, грейфер и погрузчик со сменными ков­шами различной формы и вместимости.

Экскаватор с рабочим оборудованием прямой лопаты (рис. 3.24) разрабатывает грунт в забое, расположенном выше уровня стоянки машины. В комплект оборудования прямой лопаты входят: стрела J, рукоять 2, ковш 1 с зубьями и гидроцилиндры 4 и 5 подъема стре­лы и поворота рукояти. При копании ковш движется снизу вверх и от машины в сторону забоя. Оборудование прямой лопаты выпол­няется в двух вариантах: с жестко закрепленным на рукояти ковшом (рис. 3.24, я) и с поворотным ковшом (рис. 3.24, б), присоединенным к рукояти шарнирно. Открывание днища 7 жестко закрепленного ковша осуществляется короткоходовым гидроцилиндром 6. Для привода поворота ковша используется гидроцилиндр 8. За счет по­ворота ковша улучшается его наполнение и повышается точность выгрузки. Поворотный ковш — одно из преимуществ гидравличес­ких экскаваторов.

Прямой лопатой с поворотным ковшом можно производить так­же планирование забоя. Вместимость основных ковшей прямой ло­паты: 0,65; 0,8; 1,0; 1,6; 2,5 м³.

Экскаватор с оборудованием обратной лопаты (рис. 3.25) предназна­чен для рытья выемок, расположенных ниже уровня его стоянки. Рабо­чее оборудование обратной лопаты состоит из ковша 1 стрелы 4, 7, ру­кояти 8 и гидроцилиндров 2, 3, 5 подъема стрелы, поворота рукояти и ковша. Разработка грунта производится как поворотом ковша от­носительно рукояти, так и поворотом рукояти относительно стрелы. При копании ковш движется сверху вниз, от забоя к экскаватору.

72

Рис. 3.24. Рабочее оборудование гидравлического экскаватора с прямой

лопатой

Ковш обратной лопаты не имеет открывающегося днища и может по­ворачиваться относительно рукояти 8 при помощи гидроцилиндра 2, Поворотом ковша осуществляется не только копание, но и выгрузка грунта, а также зачистка основания забоя. Передняя стенка ковша имеет зубья, число которых зависит от его ширины. Ковши, предназ­наченные для рытья траншей, могут иметь зубья на боковых стенках. Обратная лопата со сменными ковшами различной вместимости и формы является основным видом рабочего оборудования пневмо-колесных и гусеничных машин 2-4-размерных групп. Вместимость основных ковшей обратной лопаты составляет 0,5 и 0,65 м³ у се­рийных пневмоколесных экскаваторов и 0,5; 0,66; 1,0; 1,25; 1,6 м³ — У гусеничных.

73

На полноповоротных экскаваторах применяют два вида стрел: не­разъемную и составную изменяемой длины, состоящую из двух частей — основной 4 и удлиняющей 7. Части составной стрелы соединены меж­ду собой шарниром и тягой 6. Установкой тяги в различные положения на удлиняющей части стрелы достигается изменение длины стрелы. Составная стрела дает возможность изменять глубину Н и радиус R копания (а также высоту выгрузки Н ), что в сочетании со сменными профильными ковшами различной вместимости позволяет расширить область применения экскаватора и использовать его с максимальной производительностью в различных грунтовых условиях.

74

Для выполнения работ вблизи стен и других сооружений, а так­же для рытья траншей, ось которых не совпадает с продольной осью машины, в оборудовании обратной лопаты применяют устройства, позволяющие поворачивать рукоять в плане вместе с гидроцилинд­ром влево или вправо на определенный угол (рис. 3.26). Такое рабо­чее оборудование является одним из преимуществ гидравлических экскаваторов. Для установки рукояти 2 под углом к продольной оси стрелы 7 применяется специальная промежуточная вставка 3, кото­рая обеспечивает смещение оси копания до 1,5 м относительно про­дольной оси машины.

Экскаватор с грейферным оборудованием (рис. 3.27) применяют при погрузочно-разгрузочных работах, рытье колодцев и глубоких котлованов.

Рис. 3.26. Схема смещения оси копания гидравлическим экскаватором с обратной

лопатой

75

На экскаваторах с гидравлическим приводом устанавливают же­стко подвешенные грейферы 7, у которых необходимое давление на

грунт при врезании создается принудительно при помощи гидроци­линдров рабочего оборудования 2, 3, 4_, 5, 6, 7, 8. Это позволяет эф­фективно разрабатывать плотные грунты независимо от массы грей­фера. Вместимость грейферных ковшей пневмоколесных машин со­ставляет 0,5 и 0,65 м³, гусеничных — 0,5, 0,65 и 1,0 м³

Для глубокого копания колодцев до 30 м, траншей и котлованов в оборудовании грейфера используют удлиняющие промежуточные вставки.

Экскаватор с оборудованием погрузчика (рис. 3.28) применяют для погрузки сыпучих и мелкокусковых материалов выше уровня стоян­ки машины, экскавации и погрузки в автосамосвалы (или отсыпки в отвал) неслежавшихся грунтов I—II категорий, а также легких пла­нировочных работ на уровне стоянки экскаватора. Вместимость ос­новных погрузочных ковшей 1 пневмоколесных экскаваторов состав­ляет 0,65 и 0,80 м³, гусеничных — 1,5 и 2,8 м³.

Экскаваторы могут оснащаться крановой подвеской 2, 3, 4, 5, 6 с различными грузозахватными приспособлениями для выполнения

76

Рис. 3.28. Гидравлический экскаватор с рабочим оборудованием погрузчика

погрузочно-разгрузочных и монтажных работ, рыхлительным обору­дованием для разработки мерзлых грунтов и взламывания дорожных покрытий, оборудованием для бурения шпуров и скважин, планиро­вочными отвалами, клещами для камней, гидромолотами и т.п.

Нагрузки, действующие на рабочее оборудование при работе, а также масса поворотной части машины передаются на ходовое уст­ройство через опорно-поворотный круг.

Полноповоротные экскаваторы с шарнирно-рычажным рабочим органом (см. рис. 3.21) имеют следующие основные параметры: глу­бина копания обратной лопатой Н_к до 7,3 м, грейфером —до 10,6 м; наибольший радиус копания обратной лопаты — 10,8 м, прямой — 8,9 м; высота копания прямой лопатой до 9,65 м; наибольшая высота выгрузки обратной лопаты Н_в = 5,5 м, прямой — 5,1 м; минимальная продолжительность рабочего цикла прямой лопаты 20 с, обратной — 24 с; максимальное усилие на зубьях ковша до 18800 кгс (184,2 кН); мощ­ность силовой установки до 190 л. с. (140 кВт); масса машины до 34 т.

Гидравлические неполноповоротные универсальные экскаваторы с шарнирно-рычажным рабочим оборудованием являются в настоящее время основными землеройными машинами. Отечественные непол­ноповоротные экскаваторы оснащаются ковшами вместимостью 0,25-0,5 м³ и монтируются на базе серийных пневмоколесных тракторов с двигателями мощностью 60-80 л. с. (44-59 кВт). Они представляют со­бой мобильные малогабаритные землеройные машины, которые пред­назначаются для выполнения земляных (в грунтах I—III групп) и погру­зочных работ небольших объемов на рассредоточенных объектах. Применение таких экскаваторов наиболее целесообразно в стесненных

77

условиях. Экскаваторы (рис. 3.29) оснащаются быстросменным уни­фицированным рабочим оборудованием прямой или обратной 9 лопаты (последняя применяется значительно чаще) вместимостью 0,25 м³, грейферным ковшом вместимостью 0,3 м³ погрузочным ков­шом вместимостью 0,5 м³, а также крановой подвеской грузоподъем­ностью 1,5 т, вилами и бульдозерным отвалом. Отвал 7, управляемый гидроцилиндром 2, навешивается впереди трактора. Устойчивость экскаватора при работе обеспечивается выносными гидравлически­ми опорами — аутригерами 14.

Наличие универсального рабочего оборудования позволяет ис­пользовать неполноповоротные экскаваторы для рытья и засыпки небольших котлованов, колодцев, неглубоких каналов, траншей для подземных коммуникаций, погрузки сыпучих и мелкокусковых ма­териалов; выполнения различных монтажных работ; погрузки-раз­грузки штучных грузов; укладки трубопроводов; установки опор и

Рис. 3.29. Неполноповоротный гидравлический экскаватор с ковшом вместимостью 0,25 м³ на базе колесного трактора:

1 — бульдозерный отвал; 2 — гидроцилиндр отвала; 3 — дизельный двигатель; 4 — кабина машиниста; 5 — гидрораспределители; б — поворотная колонна; 7 — гидроцилиндр подъема-опускания стрелы; 8 — гидроцилиндр поворота ковша; 9 — ковш; 10 — рукоять; 11 — стрела; 12 — гидроцилиндр рукояти; 13 — гидро­цилиндры выносных опор; 14 — опорные башмаки выносных опор; 15— пово­ротный механизм; 16— рама; 17— гидронасосы; 18 — бак гидросистемы

78

колонн; производства легких зачистных и планировочных работ; очистки строительных площадок и дорог от снега и строительного мусора.

Рабочее оборудование неполноповоротного экскаватора — стрела 7/, рукоять 10 и ковш 9— монтируется на центральной поворотной колонне 6, установленной на усиленной раме 16 базового трактора. Для привода рабочего оборудования применяются гидроцилиндры двустороннего действия 7, 8 и 12. Гидроцилиндр 7 поднимает и опус­кает стрелу /7, гидроцилиндре 12 поворачивает рукоять 10, гидроци­линдр 8 поворачивает ковш обратной лопаты 9 или открывает ковш прямой лопаты.

Колонна 6 с рабочим оборудованием может поворачиваться вок­руг вертикальной оси в плане на 180° при помощи цепного поворот­ного механизма 15. Последний состоит из двух гидроцилиндров, вту-лочно-роликовой цепи и звездочки, жестко закрепленной на валу поворотной колонны.

Неполноповоротные навесные гидравлические экскаваторы име­ют следующие параметры: наибольший радиус копания прямой и обратной лопат — 4,7—5,0 м; глубину копания обратной лопатой — до 3,0 м, грейфером — до 3,5 м; высоту копания прямой лопатой — до 4,6 м; наибольшую высоту выгрузки обратной лопаты — 2,2 м, пря­мой — 3,3 м; максимальное усилие на зубьях ковша — до 2570 кгс (26,2 кН); максимальную продолжительность цикла прямой и обратной лопат— 15-17 с; максимальную производительность — до 60 м³/ч; массу машины — до 5,7 т.

Ниже рассмотрим некоторые примеры применяемых одноковшо­вых экскаваторов с механическим и гидравлическим управлением.

На рис. 3.30 показаны гусеничные экскаваторы ЭО-4112 с меха­ническим приводом и ЭО-5111Б с гидродинамическим приводом.

Экскаватор ЭО-4112 (рис. 3.30, а) может быть оборудован: прямой лопатой, обратной лопатой с универсальной стрелой и с Г-образной стрелой, драглайном, грейфером, рыхлителем и сваебойным оборудо­ванием. Для прямой и обратной лопат экскаваторы оснащают ковшами 0,65 м³ с прямоугольной режущей кромкой и зубьями, а также ковша­ми 0,8 м³ прямой лопаты и драглайна с полукруглой режущей кромкой.

Экскаватор ЭО-5111Б (рис. 3.30, б) отличается применением гид­родинамического привода, в котором между дизелем и трансмисси­ей установлен гидротрансформатор, обеспечивающий ряд преиму­ществ машине. На нем может быть установлено сменное рабочее обо­рудование прямой и обратной лопат, драглайна, крана и грейфера. Вместимость наиболее распространенных ковшей лопат — 1,0 м³.

79

Рис. 3.30. Экскаватор ЭО-4112 с механическим приводом и оборудованием

прямой лопаты (а) и ЭО-5111Б с гидродинамическим приводом

и оборудованием грейфера (б)

Пример гусеничного одноковшового экскаватора с механическим приводом и оборудованием крана показан на рис. 3.31. Его исполь­зуют в основном при погрузочно-разгрузочных работах. На монтаж­ных работах его применяют редко, так как механизмы экскаватора не обеспечивают большого диапазона изменения скоростей рабочих движений крана (подъема груза, поворота, опускания груза).

80

Экскаватор ЭО-3323 (рис. 3.32, а) универсальный, одноковшо­вый, предназначен для разработки котлованов, траншей и карье­ров в грунтах I—IV групп, погрузки и разгрузки сыпучих материа­лов, разрыхленных скальных пород и мерзлых грунтов (размер кусков не более 20 см). Рабочее оборудование обратной лопаты включает в себя: стрелы моноблочной конструкции, основную и удлиненную рукояти и сменные рабочие органы. К ним относят­ся ковш 0,5 м³ для работы с основной и удлиненной рукоятью, а также ковши 0,63 и 0,8 м³ для работы с основной стрелой. Рабочее оборудование прямой лопаты: стрела, рукоять и сменные рабочие органы — ковши 0,63 и 0,8 м³. К экскаватору имеется также рабочее оборудование гидромолота со сменными наконечниками (для рыхления мерзлых грунтов, дробления камней и взламывания дорожных покрытий) или трамбовочными плитами (для уплотнения грунтов.

Экскаватор ЭО-4125 (рис. 3.32, б) относится к гидравлическим эк­скаваторам второго поколения и должен полностью заменить экска­ватор ЭО-4124А. Он оснащен рабочими органами: обратная лопата с

81

Рис. 3.32. Гидравлические пневмоколесный экскаватор ЭО-3323 (а) и гусеничный экскаватор ЭО-4125 (б) с оборудованием обратная лопата

82

составной или моноблочной стрелой и ковшами 0,8 и 1,0 м³ с глуби­ной копания 7,3 м и при тяжелых грунтах V и VI групп и 1,25 м³ — для разработки легких грунтов (I—III групп); прямая лопата с ковшами 1,0 и 1,2 м³; погрузчик с ковшами 1; 1,45 и 1,6 м³; грейфер для отрыв­ки колодцев, траншей и котлованов с ковшами 0,6; 0,75 м³. Кроме этих, данный экскаватор оснащается профильным (до 1,0 м³) и зачистным (1,25 м³) ковшами обратной лопаты, однозубым рыхлителем, гидромолотом, захватно-клещевым рабочим органом с трехзубым рыхлителем.

Экскаваторы ЭО-5124 и ЭО-6123 (рис. 3.33), относящиеся соот­ветственно к 5-й и 6-й размерным группам, являются наиболее мощными из универсальных гусеничных полноповоротных экска­ваторов. Их производительность в 1,5-2,3 раза выше, чем экскава­торов 4-й размерной группы. Кроме традиционных видов рабочего оборудования, они оснащены глубинным грейфером и буровым обо­рудованием.

Вместимость ковша экскаватора ЭО-5124 — 1,6 м³, а ЭО-612 -2,5 м³. Экскаваторы ЭО-5124 имеют силовую установку, в которой применены гидронасосы с управляемой производительностью, рабо­тающие на холостых оборотах дизеля с малой подачей. Рабочие дви­жения экскаватора плавно регулируются.

Экскаваторы ЭО-6123 в большой степени унифицированы с экс­каваторами ЭО-5124. Отличием является применение в первом элек­трических двигателей силовой установки, питающихся от внешней электросети переменного тока напряжением 380 В. При отсутствии внешней сети такого напряжения к экскаватору может придаваться дизель-генераторная установка.

На универсальных гидравлических экскаваторах наиболее час­то применяют обратную и прямую лопаты, грейфер, рыхлители гидромолот, погрузчик и сменные рабочие органы для различных работ.

Примеры такого погрузочного и грейферного оборудования применительно к распространенному экскаватору ЭО-4124А, имеющему основной ковш 0,6 м³, представлены на рис. 3.34 и 3.35 соответственно.

Погрузчик (рис. 3.34), как и прямая лопата, работает выше уров­ня стояния машины движением ковша «от себя». Объем ковша по­грузчика в 1,5-2 раза больше объема ковша прямой лопаты, что по­зволяет существенно повысить производительность экскаватора. Ки­нематическая схема этого вида рабочего оборудования обеспечивает Движение режущей кромки отвала по прямолинейной горизонтальной

83

Рис. 3.33. Гидравлические гусеничные экскаваторы ЭО-5124 (а) и ЭО-6123 (б)

с оборудованием прямая лопата:

1 - ходовая тележка; 2 - противовес; 3 - капот; 4 — кабина; 5,8,9— гидро­цилиндры стрелы, ковша и рукояти; б - стрела; 7- рукоять; 10 — ковш; 11 —поворотная платформа

84

1 — стрела; 2, 9, 14 — гидроцилиндры; 3, f 5 — трубопроводы подвода жидкости

к гидроцилиндрам; 4, 8, 11, 12— пальцы; 5— ось крепления рукояти; 6 — тяга;

7 — рукоять; 10 — подвеска ковша; 13 — ковш; 16 — поворотная платформа

траектории на уровне стояния на длине от 2 м и более, что позволя­ет экскаватору осуществлять планировку площадки.

Грейферное оборудование на гидравлических экскаваторах (рис. 3.35) обычно устанавливается жестко, когда в отличие от канатной подвески позволяет создать необходимое давление грейфером на грунт и независимо от массы грейфера эффективно разрабатывать плотные грунты.

Экскаваторы с телескопическим рабочим оборудованием (экскаваторы-планировщики) (рис. 3.36) получают все большее распространение. Ос­новным рабочим движением их является выдвижение и втягивание те­лескопической стрелы при копании, планировании и транспортирова­нии грунта в ковше после экскавации. Гидравлический привод рабочего

85

Рис. 3.35. Рабочее оборудование грейфера к универсальным гидравлическим экскаваторам:

1,7 — гидроприводы; 2 — рукоять; 3 — головная часть стрелы; 4 — гидроцилиндр рукояти; 5, 11 — тяги; 6 — базовая часть стрелы; 8 — поворотная го­ловка; 9 — рама; 10 — ползун; 12 — челюсть ковша; 13 — зубья ковша; 14 — оси

Рис. 3.36. Общий вид полноповоротного экскаватора-планировщика на

гусеничном ходу

оборудования обеспечивает прямолинейное движение рабочего органа при изменении длины телескопической стрелы, подъем и опускание

86

стрелы, поворот ковша относительно оси его подвески и вокруг про­дольной оси стрелы, поворот стрелы с рабочим органом в плане.

Экскаваторы с телескопическим рабочим оборудованием предназ­начены для производства земляных работ в грунтах I—IV групп и имеют до 30 видов быстросъемных рабочих органов и приспособле­ний. К основным видам сменного рабочего оборудования относятся экскавационные ковши вместимостью 0,25, 0,4 и 0,65 м\ планиро­вочные и погрузочные ковши, отвалы, двухчелюстные захваты и уд­линители стрелы.

Малая габаритная высота экскаваторов с телескопическим рабочим оборудованием позволяет использовать их в труднодоступных местах и закрытых помещениях.

Наиболее эффективно эти машины используются при планирова­нии наклонных поверхностей каналов, насыпей и выемок земляно­го полотна, расположенных ниже уровня стоянки экскаватора. По­этому их обычно называют экскаваторами-планировщиками.

Современные экскаваторы-планировщики обеспечивают строи­тельство каналов глубиной до 2,5 м с любым заложением откосов и до 3,5 м с заложением до 1: 1,5.

Экскаватор-планировщик (см. рис. 3.36) состоит из трех основных частей: ходового устройства 6, поворотной платформы 4 (с располо­женными на ней силовой установкой /, узлами гидропривода, каби­ной машиниста 2) и телескопического рабочего оборудования 3. По­воротная платформа 4 опирается на раму ходового оборудования 6 через роликовое опорно-поворотное устройство 5.

Телескопическое рабочее оборудование серийных отечественных экскаваторов выполнено по единой принципиальной схеме и состо­ит (рис. 3.37) из телескопической стрелы треугольного сечения, смен­ного рабочего органа и механизмов выдвижения (втягивания) стре­лы, подъема (опускания) стрелы, поворота ковша относительно соб­ственной оси и продольной оси стрелы.

Телескопическая стрела состоит из двух секций — неподвижной наружной 2, шарнирно прикрепляемой к поворотной платформе экс­каватора, и подвижной внутренней 4, передвигающейся внутри на­ружной секции и несущей на переднем конце рабочий орган 6. Под­вижная секция опирается на неподвижную при помощи роликов, которые обеспечивают соосное положение обеих секций. Опорные ролики перекатываются по направляющим секций и имеют две оси вращения — вертикальную и горизонтальную.

Выдвижение (втягивание) стрелы осуществляется при помощи одного длинноходового гидроцилиндра 3 с односторонним штоком,

87

Рис. 3.37. Принципиальная схема экскаватора с телескопическим рабочим

оборудованием:

1 — гидроцилиндр подъема-опускания стрелы; 2 — наружная неподвижная часть стрелы; 3 — гидроцилиндр выдвижения-втягивания стрелы; 4 — подвижная внут­ренняя часть стрелы; 5 — гидроцилиндр поворота ковша; 6 — ковш; 7 — гидро­цилиндр поворота стрелы вокруг собственной оси

гидроцилиндром с двусторонним штоком и двукратным канатно-блочным мультипликатором (рис. 3.38, б) или двумя последователь­но расположенными гидроцилиндрами (рис. 3.38, я), гильзы которых жестко соединены между собой фланцами, а штоки шарнирно кре­пятся к секциям стрелы. Ход телескопической стрелы у отечествен­ных машин составляет 2,75-3,65 м, усилие втягивания стрелы — 5,6-9 тс (56-90 кН).

Подъем (опускание) телескопической стрелы производится двумя параллельно установленными гидроцилиндрами / (рис. 3.37) двусто­роннего действия. Корпуса гидроцилиндров шарнирно крепятся к по­воротной платформе, а штоки — к стреле при помощи сферических подшипников. Максимальные углы наклона стрелы вверх и вниз для отечественных экскаваторов соответственно равны 22-25 и 45-50°.

88

Рис. 3.38. Конструктивно-кинематические схемы механизмов выдвижения-втягивания телескопических стрел:

а — с двумя последовательно расположенными гидроцилиндрами (система «Тандем»), установленными на полноповоротных экскаваторах; б — с гидроци­линдром и канатно-блочным мультипликатором, установленными на неполноповоротных машинах; ) — наружная часть стрелы; 2 — внутренняя выдвижная часть стрелы; 3 — гидроцилиндр выдвижения-втягивания стрелы; 4 — опорные ролики; 5 — промежуточная опора; 6 — канат; 7 — блок; 8 — гидроцилиндр по­ворота ковша; 9 — ковш

Поворот телескопической стрелы с рабочим органом вокруг соб­ственной оси осуществляется гидроцилиндром непосредственно или через зубчатое передаточное устройство. У некоторых моделей экс­каваторов угол поворота стрелы достигает ±180°, что позволяет ис­пользовать рабочие органы двустороннего действия, например ковш с однозубым рыхлителем или ковш с зубьями, расположенны­ми с двух сторон. Принудительный поворот ковша относительно оси подвески при его наполнении и разгрузке производится гидроци­линдром 5 (см. рис. 3.37), головка штока которого служит одной из

89

точек подвески ковша. Максимальный угол поворота рабочего органа отечественных экскаваторов 116°.

Экскаваторы-планировщики могут быть полноповоротными и неполноповоротными. Полноповоротные экскаваторы выпускаются на гусеничном и пневмоколесном ходовых устройствах, неполноповоротные — на шасси автомобильного типа.

Отечественные экскаваторы-планировщики имеют следующие основные параметры: наибольшая глубина копания (с удлинителями стрелы) Н_к— до 5,9 м; радиус копания R_к — до 8,1 м; высота выгруз­ки Н_в — до 4,4 м; минимальная продолжительность цикла обратной лопаты — t _min = 21-23 с; максимальная техническая производитель­ность обратной лопаты П_т — до 68,5 м³/ч; мощность силовой установ­ки — до 75 л. с. (55 кВт); масса машины — до 18,4 т.

Основные направления развития конструкций экскаваторов-пла­нировщиков следующие: расширение номенклатуры быстросъемных рабочих органов, увеличение хода подвижной секции стрелы и углов поворота стрелы.

Э ксплуатационная производительность одноковшового экскава­тора (в м³/ч)

де q — вместимость ковша, м; К_н — коэффициент наполнения ковша (К_н= 0,9-1,2); К_н = q'/q (где q'— объем разрыхленного грунта в ковше перед разгрузкой); К_р — коэффициент разрыхления грун­та (К_р = 1,15-1,4); п — число циклов за час работы; n = 3600/t (где t — продолжительность одного рабочего цикла, с); К_в— коэффициент использования экскаватора по времени (в зависимости от типа экс­каватора и условий работы (К_в~ 0,65-0,80).

Продолжительность рабочего цикла t (в с) при совмещении от­дельных операций

где t_к, t_пв , t_в и t_пз— соответственно продолжительность копания, поворота на выгрузку, выгрузки и поворота в забой, с. Мощность, расходуемая на копание грунта (в кВт),

90

где А — удельная энергоемкость копания, Дж/м³; (А_уд = 2-10⁵ Дж/м³ — для грунтов III категории, А = 2,5-10⁵ Дж/м³ —- для грунтов IV ка­тегории); t_K— продолжительность копания, с [ориентировочно t_K = = (0,25—0,35)t_ц]; Ƞ_д — коэффициент использования номинальной мощности двигателя при копании (Ƞ_д⁼ 0,75-0,85); Ƞ_п — КПД приво­да и рабочего оборудования (для экскаваторов с механическим приво­дом Ƞ_п= 0,6-0,65, то же с гидравлическим приводом т Ƞ_п = 0,5-0,65).