Строительные машины 2 Принципы устройства (стр. 28 из 45)

Рсум = Рр + Ртр1 + Рпр + Рзап

(8.9)

ЭКСКАВАТОРЫ

Экскаваторы предназначены для разработки горных пород и грунтов. Различают экскаваторы: одноковшовые, которые после отделения грунта от массива рабочим органом (ковшом) подают его на сравнительно небольшие расстояния в отвалы или в транспортные средства; многоковшовые роторные и цепные экскаваторы, у которых во взаимодействии с грунтом находятся всегда несколько ковшей. По характеру привода различают экскаваторы с механическим и гидравлическим приводом.

Одноковшовые экскаваторы с механическим (гибким) приводом. В соответствии с назначением одноковшовые экскаваторы разделяются на следующие группы:

1) экскаваторы-краны для строительных и строительно-карьерных работ малой мощности с емкостью ковша 0,1—1,75 м³; средней мощности с емкостью ковша 2—4 м³; большой мощности с емкостью ковша 4,5—6 м³;

2) экскаваторы карьерные средней и большой мощности с емкостью ковша

2—20 м³, применяемые для разработки крепких пород с погрузкой в транспорт;

3) вскрышные экскаваторы-лопаты большой мощности с емкостью ковша 6—15 м³, предназначенные для разработки крепких пород с погрузкой в отвал;

4) шагающие драглайны средней и большой мощности с емкостью ковша 4—100 м³, которые используют для открытых горных работ и крупных гидротехнических сооружений, с погрузкой в отвал;

5) туннельные и шахтные лопаты и погрузчики с укороченным оборудованием с емкостью ковша 0,5—1 м³;

6) башенные экскаваторы с емкостью ковша 0,5—10 м³ для разработки выемок и карьеров;

7) плавучие неполноповоротные лопаты с емкостью ковша 0,25— 20 м³ и грейферные экскаваторы на понтонах для дноуглубительных работ и сооружения каналов в тяжелых каменистых грунтах.

Строительные экскаваторы малой мощности наиболее универсальны. В зависимости от вида выполняемых работ они могут иметь следующее

Рис. 8.18. Вилы сменного рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов:

а — прямая лопата; б — обратная лопата; в — драглайн; г — кран; д — грейфер; е — струг; ж — корчеватель; з — копер

оборудование (рис. 8.18): ковш — прямую лопату (обычно основную) для копания грунта выше уровня стоянки экскаватора; ковш — обратную лопату для копания грунта ниже уровня стоянки экскаватора, ковш драглайна для разработки выемок и сооружения насыпей, грейфер для рытья небольших котлованов и погрузочных работ; крановое оборудование; копер для забивки свай.

Для этих экскаваторов применяют и другие виды оборудования: трамбовки, ломы для разрушения покрытий и мерзлых грунтов, оборудование для бурения и т. д.

Экскаваторы со стандартным оборудованием прямой или обратной лопатой целесообразны при разработке (с погрузкой в транспорт) выемок и котлованов в тяжелых и скальных грунтах при возможности удобного отвода или отсутствия грунтовых вод. Очень тяжелые, мерзлые и скальные грунты нужно дробить взрывами так, чтобы средние размеры кусков не превышали

0,3—0,4 ширины ковша. Использовать одноковшовые экскаваторы в легких и средних грунтах целесообразно только тогда, когда нельзя применить скреперы и многоковшовые экскаваторы.

Экскаваторы с оборудованием драглайна применяют в основном для сооружения насыпей и выемок по бестранспортной схеме работы в отвал во всех грунтах, особенно при наличии грунтовых вод, кроме скальных.

Машины с ковшом емкостью более 3 м³ применяют в скальных грунтах.

Экскаваторы с оборудованием грейфера используют для разработки глубоких котлованов с отвесными стенками, особенно при

Рис. 8.19. Схема одноковшового экскаватора с прямой лопатой:

/ — ходовая часть; 2 — поворотная платформа; 3 — стреловой канат; 4 — подъемный канат; 5 — стрела; 6 — рукоять; 7 — ковш

наличии грунтовых вод, при работе под водой в любых грунтах, в том числе взорванных, и при перегрузочных работах.

Экскаваторы, имеющие два-три вида сменного оборудования (чаще всего прямая лопата, драглайн и кран), называются полууниверсальными.

Процесс работы экскаватора, оборудованного прямой лопатой, показан на рис. 8.19. Рукоять с ковшом 7 опускается к подошве забоя (положение /), затем перемещением рукояти вдоль оси осуществляют внедрение ковша в грунт, одновременно ковш поднимают подъемным канатом 4. При этом рукоять поворачивается вокруг оси напорного вала (точка О). Толщину стружки С выбирают таким образом, чтобы при выходе ковша из забоя он был наполнен «с шапкой» (положение ///). После наполнения ковша производят втягивание рукояти с ковшом, одновременно поворачивают платформу и выдвигают рукоять для установки над местом разгрузки.

Стрела шарнирно соединена с поворотной платформой. Во время работы положение стрелы не изменяется. Поднимают и опускают стрелу перед началом работы с помощью стрелоподъемного механизма и поли-спастного устройства. Канат полиспастного устройства стрелового каната проходит через блоки, закрепленные на конце стрелы и на двуногой стойке. Ковш вместе с рукоятью независимо от подъема стрелы поднимается с помощью главной лебедки, от барабана которой канат проходит через блоки, закрепленные на конце стрелы и на ковше. Этот канат называют подъемным.

Ковши могут быть глухими и с открывающимся днищем. В последнем случае экскаваторы имеют механизм, который позволяет открывать днище ковша при его разгрузке. Этот механизм состоит из лебедки, каната и рычажной системы на рукояти ковша.

Таким образом, цикл работы экскаватора с любым оборудованием состоит из следующих операций: 1) рабочего хода — наполнения ковша грунтом с помощью подъемного и напорного или тягового механизма, перемещения ковша к месту выгрузки и выгрузки грунта; 2) холостого хода — перемещения пустого ковша от места выгрузки грунта обратно к месту копания; 3) перемещения экскаватора на новую позицию.

Элементы цикла работы экскаватора рассмотрим более подробно на примере работы прямой лопаты.

Наполнение ковша является основной операцией, определяющей производительность экскаватора. При подъеме под напором ковш внедряется в грунт, срезая слой грунта (стружку). В малосвязных, сыпучих и разрыхленных грунтах ковш захватывает грунт не стружкой, а порциями и кусками.

Объем грунта в заполненном ковше зависит от сечения срезаемой стружки и длины, на которой она срезается. Проекция этой длины на вертикаль называется высотой копания Н_к. Так как форма траектории в процессе последовательных резов не меняется, то длину горизонтального сечения стружки можно приближенно принять постоянной по всей высоте копания. Толщина снимаемой стружки в направлении напора переменна и достигает максимального значения С_mах на высоте напорного вала. Приближенно объем грунта в ковше (м³)

q, = bCmaxHkkpkн

(8.11)

где b — ширина срезаемой стружки (обычно ширина ковша), м; k_p — коэффициент разрыхления (kp »1,1¸1,3); kн — коэффициент наполнения ковша; для экскаваторов величина его может достигать 1¸1,2.

Следовательно, максимальное сечение стружки (м), необходимое для заполнения ковша при kн = 1, составит:

C_max= q / b H_kk_p

(8.12)

Продолжительность копания составляет примерно 30—35% от общего времени цикла. Чтобы не увеличивать продолжительность цикла, ковш перемещают на выгрузку при повороте. Для этого требуется согласовать скорости и ускорения всех движений ковша при минимальных углах поворота (порядка 40°). Продолжительность выгрузки в зависимости от вязкости грунта, емкости ковша, а также места выгрузки грунта составляет

1—8 с. Открывание ковша для выгрузки должно совмещаться по времени с поворотом ковша. Емкость кузова должна быть не менее 4—5 емкостей ковша при автотракторном транспорте и 8—10 емкостей ковша при железнодорожном.

После выработки участка забоя экскаватор перемещается для разработки нового. Поскольку выдвижение рукояти на полный вылет уменьшает возможное усилие копания, разработку каждого участка забоя ведут таким образом, чтобы последняя стружка срезалась при рукояти, выдвинутой не больше чем на 60—80% от ее общего хода (меньше в более тяжелых грунтах), который у строительных экскаваторов колеблется от 2 до 5 м. Величина передвижки экскаватора для разработки каждого элемента забоя 1,2¸4 м. Продолжительность передвижки составляет 15¸40 с. Ее приходится увеличивать на слабых грунтах, а также при плохой планировке пути перед экскаватором. Поэтому необходимо обеспечивать хорошую планировку пути, для чего нужна правильная разработка забоя самим экскаватором.

Кинематическая схема экскаватора следующая: цепь управления рабочим оборудованием, в которую входят механизм подъема ковша или тяговый механизм (для драглайна), механизм внедрения ковша в грунт (напорный механизм), механизмы перемещения ковша к месту выгрузки и обратно в забой, механизм, способствующий выгрузке (открывание днища ковша); цепи управления перемещением машины.

В зависимости от вида привода экскаваторы делятся на два типа: одномоторные (дизельные, электрические или дизель-электрические) и многомоторные (дизель-электрические, дизель-гидравлические).

На рис. 8.20, а изображена одна из простых схем — кинематическая схема экскаватора с прямой лопатой и одномоторным приводом. Кинематическая цепь привода главной лебедки подъема ковша состоит из зубчатого редуктора 2, приводимого в движение двигателем /, и зубчатой передачи 3. Барабан 4 лебедки, свободно посаженный на валу, приводится во вращение фрикционной муфтой 5. На барабане установлен тормоз 6. На этом же валу размещен свободно возвратный барабан 7, на который наматывается канат от барабана механизма напора. Барабан 7 приводится во вращение фрикционной муфтой 5 и затормаживается тормозом 6, так же как барабан 4. На том же валу закреплена коническая муфта 8 привода механизма открывания днища ковша.