Экскаваторы - назначение и классификация

Экскаваторы (название происходит от латинских слов «ех» и caveo», означающих «откапыватель») отличаются высокими рыхлящими способностями. Транспортирующие способности их невелики и определяются радиусом действия этих машин. Экскаваторы разделяют на несколько групп по назначению и мощности. Если машина производит все операции в определенном порядке, повторяя их через некоторые промежутки веремени, она относится к машинам прерывного (цикличного) действия, если производит все операции одновременно,- машиной непрерывного действия. К экскаваторам прерывного действия относятся одноковшовые, а к экскаваторам непрерывного действия - многоковшовые, скребковые и фрезерные.

Одноковшовые и многоковшовые экскаваторы бывают сухопутные и плавучие. Сухопутные экскаваторы имеют гусеничное, пневмоколесное, рельсовое и шагающее ходовое устройство.

Все механизмы экскаватора приводятся в движение дизелями, карбюраторными, паровыми или электрическими двигателями. Наиболее экономичными являются дизельные и электрические двигатели. Выбор двигателя определяется условиями, в которых будет работать экскаватор. Так, на экскаваторах, работающих в карьере, выгодно применять электродвигатели, так как электричество - наиболее дешевый вид энергии, а при работе на строительстве дорог, где машину часто перевозят с места на место, целесообразно использовать дизельные двигатели.

Если все механизмы экскаватора приводятся в движение от одного двигателя, такой привод называют одномоторным. Если в экскаваторе каждый механизм (или группа механизмов) приводится в движение отдельным двигателем, такой привод называется многомоторным.

С целью передачи движения от двигателя к рабочим механизмам используют следующие виды приводов: – механический, когда движение передается с помощью валов, шестерен, червячных пар, цепных передач; – гидравлический объемный, где роль привода выполняют гидронасос, маслопроводы и гидромоторы (или гидроцилиндры); в маслопроводах циркулирует жидкость, передающая энергию от насосов к гидромоторам (или гидроцилиндрам), приводящим рабочие механизмы в движение; – гидромеханический, в котором для передачи энергии используют гидротрансформатор в сочетании с механической трансмиссией; – электрический, применяемый на экскаваторах с многомоторным приводом в сочетании с механическим; – смешанный, состоящий из приводов двух видов, например механического и электрического.

Таким образом, экскаваторы классифицируют: – по способу перемещения (плавучие и сухопутные); – по типу силового оборудования (с дизелем, карбюраторным, электрическим, дизель-электрическим и т. д.); – по числу двигателей (одномоторные, многомоторные); – по виду привода (механические, гидравлические, гидромеханические, электрические); – по типу ходового устройства сухопутных экскаваторов (гусеничные, пневмоколесные, рельсовые и с шагающим ходовым оборудованием).

Каждая из групп экскаваторов отличается более мелкими признаками - размерами, мощностью, назначением.

Одноковшовые экскаваторы классифицируют по назначению.

Существуют три основные группы: – строительно-универсальные - с ковшами емкостью до 3 м3, предназначенные для производства земляных работ; – карьерные - с ковшами емкостью от 2 до 8 м3, предназначенные для работы в карьерах на разработке рудных и угольных месторождений; – вскрышные - с ковшами емкостью более 6 м3, предназначенные для разработки верхних слоев пород (вскрыши).

Одноковшовые экскаваторы различают по использованию их с различными видами рабочего оборудования.

Универсальные экскаваторы предназначены для работы с различными видами сменного оборудования; прямой и обратной лопатой, драглайном, крановой стрелой с крюковой подвеской или грейфером, копром для забивки свай и т. д.

Полууниверсальные экскаваторы кроме основного рабочего оборудования имеют один или два вида дополнительного сменного оборудования (прямую лопату, обратную лопату, драглайн).

Специальные мощные экскаваторы имеют лишь один вид оборудования, например прямую лопату.

Одноковшовые экскаваторы. Одноковшовым универсальным экскаватором называется машина цикличного действия, предназначенная для выемки и перемещения грунтов и иных материалов с помощью одного из видов рабочего оборудования с одним ковшом, и для выполнения погрузочных сваебойных и прочих работ другими видами сменного рабочего оборудования.

Одноковшовые экскаваторы (рис. 72) состоят из следующих основных узлов: ходового устройства, поворотной платформы с силовым оборудованием и основными кинематическими звеньями и рабочего оборудования.

Гусеничное ходовое оборудование обеспечивает высокую проходимость и хорошую устойчивость при работе экскаватора.

В последние годы значительно возрос выпуск экскаваторов с небольшой емкостью ковша на пневмоколесном ходу, обладающих большой подвижностью и маневренностью при перемещении машины с одного объекта на другой. При работе на слабых грунтах применяют уширенное (или удлиненное) гусеничное оборудование, наличие которого уменьшает удельное давление на грунт и улучшает проходимость экскаватора.

Рис. 72. Cхемa одноковшового экскаватора

Рис. 74. Схема работы прямой лопаты

Поворотная платформа опирается через катки или специальное (шариковое или роликовое) опорно-поворотное устройство на раму ходового устройства. Платформа поворачивается в горизонтальной плоскости относительно ходовой части.

Угол поворота ходового оборудования в горизонтальной плоскости определяет возможность экскаватора быть полноповоротным или неполноповоротным. Поворотная часть полно-новоротного экскаватора может вращаться вокруг своей оси на 360°.

У этих машин на поворотной платформе смонтированы все силовые агрегаты, пульт управления, рабочие механизмы и крепится рабочее оборудование.

Рабочее оборудование включает комплекс узлов экскаватора с рабочим органом (ковш, крюк, грейфер и др.). Грунт разрабатывают ковшом, после чего перемещают к месту разгрузки в отвал или в транспортное средство. В зависимости от вида сменного оборудования применяют жесткую или гибкую подвеску рабочего органа. Характер работы определяет рабочее оборудование: прямую лопату, обратную лопату, драглайн, кран или грейфер.

Рабочий цикл экскаватора выполняется в следующей последовательности: копание грунта; перемещение заполненного грунтом ковша к месту разгрузки; разгрузка грунта из ковша в отвал или транспортирующее устройство; перемещение ковша (поворот платформы) к забою; опускание ковша для подготовки к следующей операции копания.

Система индексации одноковшовых универсальных экскаваторов. Системой индексации машин называется принцип, который заложен в структуру индекса (марки), обозначающего тот или иной экскаватор и отражающего его основную характеристику. В 1968 г. в нашей стране введена новая система индексации одноковшовых универсальных экскаваторов. Индекс экскаватора имеет четыре основные цифры, соответственно обозначающие: размерную группу машины, тип ходового устройства, конструктивное исполнение рабочего оборудования и порядковый номер модели данного типа. Таким образом, индекс экскаватора содержит сведения об его основной характеристике. Так, ЭО-3313 БТВ - экскаватор одноковшовый универсальный, 3-й размерной группы, на пневмоколесном ходовом устройстве, с канатной подвеской рабочего оборудования, 3-я модель, прошедшая вторую модернизацию, в исполнении для работы во влажных тропиках.

Прямая лопата - оборудование, предназначенное для разработки грунта выше уровня стоянки экскаватора. Прямая лопата с механическим приводом (рис. 74) состоит из следующих основных узлов: каната подъема стрелы, ковша, рукояти, стрелы, седлового подшипника. Рукоять к стрелке крепится седловым подшипником, с помощью которого рукоять поворачивается в вертикальной плоскости относительно стрелы и совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси рукоятки. При копании грунта ковшу нужно пройти положения -IV, изображенные на рис. 74. Ковш поднимается подъемным канатом, огибающим головные блоки. Напор рукоятки осуществляется напорным механизмом, которым выполняется также обратное движение (возврат) рукояти. На универсальных строительных экскаваторах применяют канатные и зубчато-реечные (напорные механизмы).

Напорные механизмы деляется на независимые, зависимые, комбинированные- Напорный механизм называется независимым, если усилие напора может быть увеличено или уменьшено независимо от величины усилия в подъемном тросе ковша, т. е. когда напорное движение рукояти с ковшом производится независимо от подъема ковша. Если величина усилия напора зависит от величины усилия в подъе/мном тросе ковша и имеется возможность только уменьшить напор, такой напорный механизм называется зависимым.

Напорный механизм называется комбинированным, когда величина усилия напора зависит от усилия в подъемном тросе, но при включении независимой части напорного механизма может быть по желанию увеличена.

Ковш прямой лопаты состоит из корпуса, откидного днища с засовом и сменных зубьев. Зубья имеют сужающийся к концу хвостовик, входящий в гнездо козырька. От выпадания зубья удерживаются в гнездах шплинтами.

Прямые лопаты в последние годы оснащают ковшами с полукруглой передней стенкой и с козырьком в виде совка без зубьев. Ковш такой конструкции значительно легче и имеет минимальное сопротивление при копании грунта, что, естественно, повышает производительность экскаватора.

На экскаваторах с прямой лопатой применяют рукояти двух типов: однобалочные (внутреннего типа) и двухбалочные (внешнего типа). Однобалочная рукоять проходит внутри стрелы, а двухбалочная - снаружи. Рукоять может совершать возвратно-поступательное движение в направляющих седловины напорного вала, а также поворачиваться вместе с седло-вым подшипником в вертикальной плоскости относительно напорного вала. Конструкция рукояти определяет конструкцию напорного механизма. В экскаваторах, выпускаемых в СССР, при однобалочной рукояти применяют канатный напорный механизм, а при двухбалочной - кремальерный напорный механизм.

Стрела прямой лопаты выполнена в виде сварной конструкции из листовой стали. Тип рукояти определяет конструкцию стрелы. Стрела бывает двухбалочной при однобалочной рукояти и однобалочной при двухбалочной рукояти.

В верхней части стрелы смонтированы на подшипниках блоки, через которые проходит канат подъема ковша и стрело-подъемный канат. Нижним концом (пятой) стрела пальцами крепится к поворотной платформе и может поворачиваться при изменении ее угла наклона. В средней части стрелы расположен напорный вал.

Обратная лопата - это оборудование, предназначенное для разработки грунтов ниже уровня стоянки экскаватора при рытье котлованов, траншей, выемок.

Обратная лопата (рис. 75) состоит из ковша, стрелы, рукояти и двуногой стойки. Ковш закреплен жестко к рукояти, шарнирно присоединенной к верхнему концу стрелы. При подтягивании каната рукоять поворачивается против часовой стрелки, ковш врезается в грунт (положение /; положения // и /// соответствуют транспортному положению и выгрузке грунта из ковша).

Рис. 75. Схема работы обратной лопаты:

Процесс экскавации грунта ковшом. Общее сопротивление экскавации R0 преодолевается активным усилием W0, направленным касательно к траектории ковша, которое может быть разложено на усилие резания и сдвига грунта WVi направленное по касательной к режущей грани ковша, и на усилие выталкивания WB, направленное нормально к режущей грани ковша.

Основными параметрами гидравлических одноковшовых экскаваторов являются: емкость ковша q, масса экскаватора С, мощность двигателя N, рабочие размеры экскаватора, а также давление и производительность насосов.

В гидроприводах экскаваторов применяются насосы постоянной производительности шестеренного и лопастного типо (с давлением 12-16МПа) и поршневые с давлением до 30 МПь а также насосы переменной производительности, преимущест венно аксиально-поршневые.

Насосы с постоянной производительностью просты по yci ройству, но не обеспечивают полного использования мощности двигателя на всех режимах. Насосы переменной производительности обспечивают более рациональный и устойчивый режим работы экскаваторов.

Производительность и технологические схемы работы одноковшовых экскаваторов. Производительность одноковшовых экскаваторов определяется многими факторами: конструкцией машины, уровнем организации производства земляных работ, состоянием и качеством грунта и забоя, квалификацией машиниста и техническим состоянием машины.

На рис. 77, б представлена схема работы драглайна при строительстве насыпи земляного полотна из резерва. Экскава-чия грунта ведется на двух захватках; на одной из них отсыпается очередной слой грунта и разравнивается бульдозером, а на Другой - свежеотсыпанный грунт уплотняется грунтоуплотняю-Щими машинами.

Многоковшовые экскаваторы. Многоковшовые экскаваторы представляют собой землеройные машины, имеющие в качестве рабочего органа многоковшовую цепь или роторное колесо с ковшами, жестко закрепленными по периметру. Они применяются: на дорожно-строительных работах; при рытье котлованов, каналов и траншей для укладки труб или для оснований установка, пульт управления, коробка передач, рабочий орган устанавливают на ходовую раму.

Примечание. Экскаваторы ЭО-1621 (Э-153А), ЭО-1627 (Э-1514) оборудуются дополнительно бульдозерным оборудованием: ширина отвала 2000 мм, высота 680 мм, глубина резания 500 мм. Экскаваторы ЭО-ЗЗПБ (Э-302) укомплектованы оборудованием драглайна со следующими параметрами: длина стрелы 7500 мм, угол наклона стрелы 40°, глубина резания 4450 мм, радиус резания 6500 и 10 100 мм, высота разгрузки соответственно 3900 и 6300 мм, рад с разгрузки соответственно 6390 и 8300 мм.

Техника эта была известна еще во времена Леонардо да Винчи, но представляла собой упрощенную модель. Благодаря прогрессу машины стали более совершенными, а виды экскаваторов и их модификации позволяют использовать строительную технику не только для разрабатывания грунта.

Классификация экскаваторов по типу ходовой части

Экскаваторы применяются для прокладки магистралей, планировки территорий, расчистке железнодорожных путей от снега. Некоторые приспособления позволяют превратить землеройную машину в погрузочно-разгрузочную технику и даже использовать в подземных шахтах.

Многообразие спецтехники благодаря различным факторам разделяют на виды. Классификация экскаваторов проводится по нескольким направлениям. Но в первую очередь выделяют машины по типу ходовой части, определяющей место применения техники:

на автомобильных и тракторных шасси базируют колесный экскаватор. Технику от других типов отличает скорость перемещения и мобильность;
высокую производительность обеспечит гусеничный экскаватор на металлическом, резиновом или комбинированном ходу. Продуктивно работают на рыхлых грунтах, но к месту действий приходится доставлять на вспомогательной технике;
среди землеройной техники выделяются и шагающие модели, перемещающиеся посредством опорных лап или башмаков. Некоторые из них оснащены стрелой ();
задействованы в горных разработках и добывающей промышленности;
модели, устанавливаемые на платформах, называют железнодорожными, и применяют их исключительно для работ на ж/д путях и прилегающей к ним территории;
имеются также экземпляры, работающие на воде – это плавучие модели, закрепленные на понтонах. С помощью данной техники производят чистку водоемов или добывают со дна песок, а также используют для расширения речных русел.

Все экскаваторы созданы для работ в определенных условиях. Это позволяет обеспечить высокую производительность каждого технологического процесса.

Какие бывают экскаваторы по эксплуатационному назначению

Проводится классификация экскаваторов и по их функциональному назначению. Эти машины снабжаются специальными приспособлениями под каждый вид работ:

классической является модель, выполняющая земляные и погрузочные процессы; такая техника оснащена механической лопатой;
траншейная техника незаменима при прокладке магистральных трубопроводов, при рекультивации земель и на мелиоративных работах;
струги необходимы для расчистки железнодорожных путей от снега;
на работах с грунтом, расположенным ниже уровня поверхности, на которой размещена техника, применяют драглайны;
с помощью планировщиков делают выемки в земляном полотне и формируют насыпи.

Наряду с машинами классических размеров, отлично функционируют и мини-экскаваторы. Они незаменимы на небольших участках, где землеройные действия выполняются малыми объемами.

Виды экскаваторов по режиму эксплуатации

Еще один фактор, определяющий вид экскаватора – режим его работы. Разделяют технику на 2 позиции: непрерывного действия (многоковшовые) и циклические (одноковшовые). Отличаются они не только навесным оборудованием, но и принципом работы.

Циклические

Техника данного типа функционирует по принципу циклического действия. Машина снабжена одним навесным оборудованием – ковшом, выполняющим последовательно разработку грунта и его выемку. Подходит для работ практически на всех типах грунтов.

Одноковшовый экскаватор – универсальная техника, приспособленная под различные типы навесного оборудования. Это позволяет чаще всего использовать именно циклические машины. В зависимости от предстоящих операций можно подобрать экскаваторы различной мощности с соответствующим объемом ковша.

По области применения определяют такую классификацию:

универсальные строительные машины – для земляных и погрузочно-разгрузочных действий;
– для разработки угольных и рудных месторождений, а также скальных пород;
вскрышные необходимы при строительстве гидротехнических сооружений, а также эффективны при добыче полезных ископаемых.

К циклическим моделям относятся также подземные, туннельные и торфяные, имеющие узкую специализацию.

Непрерывные

Техника непрерывного действия снабжена несколькими ковшами, что позволяет выполнять работы без остановок. Одновременно проводится выемка грунта и его перемещение. Благодаря обилию рабочего оборудования данный вид экскаватора способен проводить разработку в разных плоскостях – вертикально, горизонтально и даже по кругу.

Это обеспечивает высокую производительность, но только на почвах с однородной структурой. Имеется ограничение и по глубине землеройных работ. В ряде случаев потребуется дополнительное устройство для перебазировки отвальной земли к поверхности траншеи, канала или канавы (многоковшовые машины используются именно на этих работах).

Различия между экскаваторами по типу оборудования

Основной орган данной специализированной техники, наиболее распространенный – ковш. Также часто используются грейферы и крюки. По типу конструкций оборудование классифицируют таким образом:

ковш с гибкой подвеской – приводится в движение посредством канатов;
землекоп на жесткой подвеске – рабочие элементы двигаются гидроцилиндрами;
планировщики с телескопической стрелой, суть которой – втягивание и выдвижение.

Среди техники непрерывного и циклического действия имеется своя классификация экскаваторов – по типу навесного оборудования, которым и выполняются все работы.

Одноковшовые

Конструкция техники данного типа позволяет устанавливать на экскаваторе различные виды дополнительного оборудования:

прямая лопата необходима в условиях, когда разрабатываемый грунт находится выше уровня площадки, на которой установлен экскаватор. При этом не имеет значения тип почвы – приспособление универсально;
кроме рытья земли лопата используется для погрузки и выгрузки различных материалов;
лопата обратная делает выемки земли на уровне ниже плоскости размещения экскаватора. Данное устройство применяют при рытье траншей, котлованов и отсыпке насыпей. Все движения лопаты идут по направлению к экскаватору;
в двух направлениях выполняет действия струг, положение, которого необходимо переустанавливать соответственно тележке;
грейферы используют, как универсальное оборудование на различных грунтах, для всевозможных работ, в любых климатических условиях;
высокоэффективно оборудование на мерзлых грунтах и разработке твердых пород; применяется для разрушения строительных конструкций и асфальтобетона;
приспособление поможет корчевать пни и заменит собой подъемный кран;
с помощью грейферов легко выполняются и действия под водой;
для работ на больших глубинах используют драглайн, где ковш подвешен с помощью каната на стреле. Отличительной чертой этого типа техники является высокая маневренность;
на наклонных поверхностях используют телескопическое оборудование; независимо от угла наклона насыпи ковш экскаватора перемещается строго прямолинейно;
телескопическое оборудование позволяет с максимальной точностью и в кратчайшие сроки выравнивать наклонные плоскости.

Полноприводная и неполноприводная техника

Важно и место, где установлено оборудование:

Экскаватор полноповоротный

у полноповоротной техники основной механизм закреплен на подвижной платформе. В данном случае оборудование будет отклоняться на неограниченное расстояние вокруг вертикальной оси;
если оборудование закреплено на ходовой части экскаватора, у него ограниченный угол действия. Такая техника называется неполноповоротной.

Многообразие оборудования, прикрепляемого к одноковшовой землеройной технике, не только влияет на производительность, но и позволяет экономить бюджетные средства. Достаточно иметь один экскаватор и несколько разновидностей навесных приспособлений для выполнения различных технологических процессов.

Многоковшовые

Эта техника, по сравнению с одноковшовой, по своей специфике – узконаправленного типа. Поэтому и перечень прикрепляемого механизма невелик:

роторные модификации представляют собой несколько ковшей, навешанных на вращающемся колесе. Этот тип техники используют в открытых траншеях для проведения вскрышных работ;
цепные модели – это набор скребков выгребных, элементов подрезных и рыхлителей, установленных на подвижной конструкции.

Цепной вид техники применяют исключительно для рытья траншей на участках с мягким грунтом, без крупных вкраплений.

Разнообразие различного навесного оборудования, одновременно закрепленного на машинах непрерывного действия, позволяет рыть траншеи всевозможных конфигураций:

прямоугольные;
ступенчатые;
трапециевидные.

Достаточно быстро многоковшовый экскаватор выроет траншею шириной 2 м и глубиной до 4 м. При этом весь выкопанный грунт отваливается в сторону, не мешая дальнейшему процессу.

Вакуумно-всасывающее оборудование

Есть еще один вид техники специфического назначения – эти машины оснащены всасывающими устройствами. Применяются они в подземных коммуникациях и на загрязненных территориях для очистки объекта от газа, воды, песка, камней.

Строительные работы не обходятся без применения спецтехники, в том числе экскаваторов. Такой тип землеройных машин был разработан для выполнения разных работ: дробления покрытий и твердых составов, копания грунта. Область применения экскаваторов достаточно широкая. Применяются они не только в строительстве, но и на горных выработках, в карьерах, во время прокладывания новой дороги, сноса жилых зданий.

Конструктивно они состоят из силового, ходового (шасси) и рабочего оборудования. Особенность такой спецтехники в большом выборе сменного оборудования, которое представлено стрелами, копровыми мачтами, рукоятью, рыхлителями, погрузочными и экскавационными ковшами. В продаже представлены разные виды экскаваторов, которые различаются типом ходовой части, принципом работы и назначением. Но покупка экскаватора не всегда уместна в виду его высокой стоимости, поэтому часто строительная техника берется в аренду (особенно для разовых работ). Посмотреть цены на аренду строительной техники можно тут atpbud.com/ru/

Тип ходовой части

Для работы на суше используются сухопутные модели техники, ходовая часть которых оснащены пневмоколесами или гусеницей. Первые подходят для использования на тех объектах, где не предполагаются большие погружения в грунт. Вторые могут погружать ковш на большую глубину. В водных пространствах используются плавучие экскаваторы. Они оснащаются специальным землечерпательным снарядом. Если для выполнения работ предусмотрены железнодорожные пути, то рационально использовать рельсовые экскаваторы.

На объектах, которые имеют выраженные особенности рельефа, рекомендуется техника на шасси. Такая конструкция позволяет работать на крутых склонах. Есть модели с вездеходным шасси, которые можно одинаково использовать на суше, и на понтоне. Нашли свое применение и экскаваторы пневмоколесного типа которые оборудуются опускаемыми железнодорожными колесами.

Виды техники по принципу работы

Экскаваторы по принципу работы делятся на оборудование циклического, непрерывного и вакуумно-всасывающего типа. К первой группе относятся одноковшовые экскаваторы, которые могут использоваться для работы с разным грунтом, даже с тем, который имеет включения твердых пород. Они могут быть:

с прямой лопатой - подходят также для выгрузки и погрузки материалов;
с обратной лопатой - копание грунта происходит по направлению к технике (используется для рытья траншей, котлованов, отсыпки земляных насыпей);
в драглайном - ковш подвешивается на канате к стреле. Такая техника отличается высокой маневренностью, может рыть грунт на большой глубине;
с грейфером - используется для подводных работ, рытья котлованом, погрузки материалов;
с телескопическим оборудованием - используются на объектах, которые имеют наклонную поверхность.

В группу оборудования непрерывного действия входят экскаваторы, оснащенные несколькими ковшами. Они могут одновременно выполнять две задачи: копать грунт и перемещать материалы. Отличаются большой скоростью работы. Преимущество экскаваторов вакуумно-всасывающего типа в том, что они могут удалять с объекта воду, песок, камни и газы. Используются во время работы с подземными коммуникациями.

Виды экскаваторов по назначению

Выделяют три группы экскаваторов циклического действия:

универсальные строительные (решают широкий перечень задач);
вскрышные - подходят для работ на открытых месторождениях;
карьерные - используется во время работ с ископаемыми.

Назначение экскаваторов непрерывного действия:

рытье траншей (траншейные);
рытье каналов (ирригационные);
добыча нерудных материалов (карьерные).

Также принято разделять экскаваторы по силовому оборудованию на электрические и с двигателем. Последние, как правило, работают на дизельном топливе.

Одноковшовые экскаваторы

Экскаватор (от лат. excavato – долблю) - землеройная машина, предназначенная для копания грунта с последующей его выгрузкой в отвал или в какие-либо транспортные средства.

Одноковшовый экскаватор - землеройная машина циклического действия для разработки (копания), перемещения и погрузки грунта.

Рабочим органом является подвижный ковш, закреплённый на стреле, рукояти или канатах. Ковш загружается за счет перемещения относительно разрабатываемого грунта. При этом корпус экскаватора относительно грунта остается 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.

Экскаваторы пришли на смену землекопам, механизировали их трудоемкий ручной труд и значительно повысили производительность земляных работ. Вместимость ковшей современных строительных экскаваторов может достигать 2-4 м.

Экскаваторы предназначены :

Для разработки выемок и насыпей;

Для рытья котлованов, каналов, траншей;

При сооружении дамб и расчистке территорий,

На вскрышных работах и в карьерах,

При перегрузке сыпучих строительных материалов

При планировочных работах и во многих других случаях.

Каждый вид работы требует применения оборудования, приспособленного для этого экскаватора и предназначенного для каждого конкретного случа

Применение . Область их применения в строительстве практически не ограничена. Там, где есть доступ для этой машины, земляные работы будут выполнены с высоким темпом и качеством.

Для каких конкретно работ предназначены экскаваторы? Их можно использовать при рытье котлованов, каналов, траншей, разработке выемок и насыпей, сооружении дамб и расчистке территорий, на вскрышных работах и в карьерах, при перегрузке сыпучих строительных материалов и планировочных работах и во многих других случаях.

Экскаваторы могут вести разработку грунта как выше уровня площадки, на которой они стоят, так и ниже этого уровня. Они могут действовать в стесненных условиях и разрабатывать грунт под слоем воды, выгружать выкопанный грунт в транспортные средства и отсыпать его на значительное расстояние от места копания в отвал, могут окончательно отделывать уклон и поверхность стенок траншей и котлованов, а также с достаточной точностью планировать горизонтальную поверхность строительной площадки или дна траншей и котлованов.

Очевидно, что каждый вид работы требует применения приспособленных для этого экскаваторов и предназначенного для каждого конкретного случая рабочего оборудования.

Однаковшовые экскаваторы получили большее распространение в строительстве, чем многоковшовые, в связи с тем, что обладают большей универсальностью.

Универсальность - это способность экскаватора выполнять разнообразные земляные работы, начиная от сооружения траншей, котлованов, каналов и кончая отсыпкой насыпей и дамб, а также вести погрузочно-разгрузочные работы. Конечно, все это экскаватор может выполнять только с помощью различного сменного рабочего оборудования.

Классификация. 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

а). Полноповоротные

Рис.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.

б). Неполноповоротные

Рис. Схема неполноповоротного экскаватора

на шасси колесного трактора:

1. Рама экскаватора, закрепленная на тракторе;

2. Поворотная колонка;

3. Стрела;

4. Рукоять;

5. Гидроцилиндр привода стрелы;

6. Гидроцилиндр привода рукояти;

7. Гидроцилиндр привода ковша;

9. Вариант установки ковша в положение обратной 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 ее вместе с рабочим оборудованием вправо-влево с последующей жесткой 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

а). Навешиваемые на тракторы

Рис. Экскаватор, навешенный на трактор «Беларусь».

Рис. Тракторный экскаватор зарубежного производства.

В качестве базового шасси используется трактор, чаще всего колёсный. Неполноповоротное экскаваторное оборудование устанавливается сзади (реже сбоку) трактора, на специальной раме. Наиболее распространенными являются экскаваторы, навешиваемые на тракторы класса 1,4. Характерный объём 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. 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.

б). На автомобильном шасси

Рис. Экскаватор ЭОВ-4421 (Кирасир) на шасси КрАЗ-255.

Рис. Экскватор UDS на шасси Татра-141

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.

в). Пневмоколёсные

Рис. Современный пневмоколёсный экскаватор

с гидравлическим приводом.

Рис. Пневмоколёсный экскаватор 50-х - 60-х годов с канатным приводом

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 объемом ковша 0,04 м³ до тяжёлых колёсных экскаваторов - с объёмом 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 колёс шасси может осуществляться как от двигателя рабочего оборудования через механические или гидравлические передачи (гидромоторы), так и от отдельного двигателя.

г). Гусеничные

Рис. Современный гусеничный экскаватор

Рис. Экскаватор DEMAG Bagger - один из самых крупных в своем классе

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 тралах.

Рабочий диапазон объёмов ковша весьма широк: от миниэкскаваторов с объёмом ковша 0,04 м³ до карьерных с объёмом ковша 10 м³ . Имеются также особо тяжёлые карьерные гусеничные экскаваторы с объёмом 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 пневмоколёсных экскаваторов имеют унифицированную поворотную платформу и рабочее оборудование.

Д). Шагающие. Шага́ющий экскава́тор - экскаватор на шагающем ходу, обычно с оборудованием драглайна. Применение гидравлического шагающего (в отличие от гусеничного) движителя позволяет снизить нагрузку на грунт (масса машин может достигать сотен и даже тысяч тонн) и повысить надёжность.

Рис. Шагающий экскаватор:

а – общий вид; б – вид ходового устройства.

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 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 40 м ). Погрузка полезных ископаемых шагающими экскаваторами в транспортные средства осуществляться не может.

е). Железнодорожные.

В качестве шасси экскаватора используется железнодорожная платформа. Применяются для ремонтных работ на железной дороге. Имеют объём ковша до 4 м³. Поворотная платформа и оборудование часто унифицировано с гусеничными экскаваторами.

ж). Плавучие.

Рис. Плавучий одноковшовый экскаватор - земснаряд.

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.

а). 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.

Рис. Паровой экскаватор.

б). 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 несогласованы. Это требует применения на механических экскаваторах согласующих передач (редукторов, гидротрансформаторов). У гидравлических экскаваторов согласование обеспечивается гидравлическими передачами.

в). 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.

г). 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):

а). С групповым механическим канатным приводом (механические);

Лебёдки механического экскаватора.

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.

Рис. Лебёдки механического экскаватора

б). С индивидуальным электрическим приводом лебедок (электромеханические);

Тяговое усилие к рабочим органам передаётся посредством канатов (или цепей), движимых лебёдками. Привод каждой лебёдки и вспомогательных механизмов осуществлется индивидуальным электрическим двигателем. Такой привод применяется на тяжелых карьерных (в том числе и шагающих) и промышленных экскаваторах.

в). 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 полости гидроцилиндров (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.

Индексация .

Стуктура индекса одноковшовых универсальных экскаваторов.

В числителе указаны маса экскаваторов, навесных на тракторе.

Технические характеристики.

Таблица 1

Основные характеристики одноковшовых универсальных экскаваторов 2–4-й размерных групп

Устройство. Экскаватор может быть различного конструктивного исполнения, в зависимости от предназначения.

Рабочее оборудование – это узлы машины, при помощи которых экскаватор непосредственно копает грунт (ковш, стрела, рукоять с системой их привода). В этих случаях также играет определенную роль тип ходовой части машин: снабжен ли экскаватор гусеничным ходом или имеет он пневмоколесную ходовую часть, позволяющую быстро перемещать машину с объекта на объект. Также важна возможность поворота рабочего оборудования или, иными словами, наличие у них поворотной платформы, которая создает широкие возможности для выгрузки грунта и прочих работ. Соответственно, особенности конкретных видов земляных работ, которые необходимо выполнить экскаватору, применение экскаваторов с определенным рабочим оборудованием, ходовой частью и типом его привода.

Рис.а. Рабочее оборудование экскаватора - обратная лопата:

1 – поворотная рама; 2 – кабина машиниста; 3 и 4 – нижняя основная и верхняя удлиняющая части стрелы; 5 и 6 – гидроцилиндры рукояти и ковша; 7 – рукоять; 8 – рычаг ковша; 9 – ковш; 10 – тяга; 11 – гидроцилиндр стрелы; 12 – стрела;

Рис.б. Рабочее оборудование экскаватора – прямая лопата:

1 – стрела; 2 – рукоять; 3 – тяга; 4 – зуб ковша; 5 – ковш; 6 – петля днища ковша; 7 -10 - гидроцилиндры; I - II – положение ковша прикопании.

Д о п о л н и т е л ь н о

Рабочее оборудование одноковшового экскаватора.

Рабочее оборудование одноковшовых экскаваторов - совокупность рабочего оборудования одноковшового экскаватора.

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.

Основное рабочее оборудование.

А). Прямая лопата

Рис. Схема рабочего цикла гидравлического экскаватора с прямой лопатой.

Рис. Карьерный экскаватор с прямой лопатой и канатным приводом.

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 закреплён 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 счёт 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:

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.

Подъём стрелы - перед разгрузкой ковша выполнятеся подъём стрелы экскаватора для увеличения погрузочной высоты.

Разгрузка ковша - на гидравлических экскаваторах осуществляется поворотом ковша относительно рукояти (опрокидыванием). На механических экскаваторах выполняется открывание днища ковша.

Б). Обратная лопата

Рис. Схема работы гидравлического экскаватора с обратной лопатой

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 различаются.

Для гидравлических экскаваторов с независимым приводом стрелы, ковша и рукояти:

а). Заглубление стрелы в котлован с одновременным позиционированием рукояти;

в). Выглубление стрелы с одновременным разворотом рукояти и поворотом ковша для предотвращения высыпания грунта.

д). Разгрузка ковша его поворотом относительно рукояти.

Для механических экскаваторов с двухканатным приводом рукояти, зависимым положением стрелы и фиксированным положением ковша:

а). Заглубление стрелы и рукояти в котлован (выполняется растормаживанием подъемного каната);

в). Выглубление стрелы и рукояти из котлована (выполняется натяжением подъемного каната при натянутом и заторможенном тяговом канате);

г). Поворот платформы с рабочим оборудованием;

д). Разгрузка ковша поворотом рукояти относительно стрелы в направлении 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.

В). Экскаваторы с ротатором ковша.

Ряд моделей экскаваторов, например UDS-114 (производства Чехословакии), оснащается устройством переворота ковша (ротатором), позволяющим оперативно переходить из режима прямой лопаты в режим обратной лопаты.

Г). Планировщик откосов.

Разновидность обратной лопаты, предназначенной для планирования откосов в дорожном, мелиоративном и ландшафтном строительстве. Планировшик откосов обеспечивает 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 также используется для планировочных работ. Устанавливается на механические экскаваторы. Предлставляет собой стрелу, по которой канатом перемещается тележка, с закреплённым на ней ковшом. Угол планирования определяется углом наклона стрелы. Накравление копания стругом можно изменять перестановкой ковша относительно тележки.

Е). 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 водоёмах.

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.

Ж). 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 (для экскаваторов, выпускаемых в СНГ) и более. Напорная штанга представляет собой телескопическую стрелу, монтируемую на экскаватор вместо рукояти.

У механических экскаваторов грейфер подвешивается на канатах.

Рис. Двухчелюстный грейфер

Рис. Экскаватор с грейфером

З). Дополнительное рабочее оборудование:

Рыхлитель;

Рис. Экскаватор KOMATSU с рыхлителем

Сменное рабочее оборудование, предназначенное для рыхления твёрдого (мёрзлого) грунта, разрушения строительных конструкций, асфальто-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 счёт 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 копёр;

Рис. Экскаватор со свайным копром

Подъёмный кран;

В связи с тем, что базовая машина экскаватора и подъёмного 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 подъёма ковша экскаватора, подъёмный канат запасовывают через полиспаст.

Манипулятор;

Рис. Экскаватор CATERPILAR с манипулятором осуществляет демонтажные работы с помощью ножниц для резки железобетона

Манипулятор представляет собой захват, монтируемый вместо ковша, используемый при монтажных и демонтажных работах. В настоящее время ряд фирм в России и за рубежом выпускает специальные машины-манипуляторы на базе одноковшовых экскаваторов. Такие машины имеют больший, чем у экскаваторов вылет стрелы и более сложную гидравлическую систему, обеспечивающую позиционирование захвата в трех плоскостях.

Корчеватель пней;

Экскаватор с гидравлической дробилкой;

Рис.Экскаватор с гидравлической дробилкой

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, подъёмом стрелы, выдергивают пень. Всем этим процессом управляет один машинист.

При корчевании пней механическими экскаваторами к тяговому и подъёмному канатам прицепляется специальный якорь. Машинист экскаватора подводит якорь к пню, а помощник 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.

Работа. Одноковшовые экскаваторы (их называют иногда экскаваторами цикличного действия) все операции по копанию грунта, его перемещению и выгрузке выполняют последовательно и циклично: сначала заполняют ковш грунтом, затем поворачивают загруженный ковш, в конце поворота выгружают грунт из ковша (в отвал или транспортные средства) и, наконец, возвращают порожний ковш в начальное положение для загрузки. Далее этот цикл операций повторяется.

Многоковшовые экскаваторы (их называют также экскаваторами непрерывного действия) выполняют все рабочие операции по копанию, перемещению и выгрузке грунта одновременно. Пока часть ковшей или ножей режет грунт, другие перемещают его, а третьи - выгружают. При работе этих машин нет ярко выраженного повторяющегося цикла рабочих операций.

Однаковшовые экскаваторы получили большее распространение в стро-

ительстве, чем многоковшовые, в связи с тем, что обладают большей универсальностью. Универсальность – это способность экскаватора выполнять разнообразные земляные работы, начиная от сооружения траншей, котлованов, каналов и кончая отсыпкой насыпей и дамб, а также вести погрузочно-разгрузочные работы. Конечно, все это экскаватор может выполнять только с помощью различного сменного рабочего оборудования.

Рабочую зону экскаватора, включая место стоянки транспортных средств, называют забоем , перемещение экскаватора при разработке грунта - проходкой . Забои бывают:

Лобовыми (при применении обратной лопаты - торцевыми),

И боковыми.

Проходки бывают:

Продольными,

И поперечными.

В зависимости от количества проходок по высоте выемки различают одно -, двух - и трехъярусную разработку грунта.

Рабочий цикл экскаватора имеет пять основных операций:

1.набор грунта;

2.перемещение ковша;

3.разгрузка ковша в отвал или транспортное средство;

4.обратный поворот для набора грунта;

5. опускание ковша для последующего набора грунта.

Для уменьшения времени цикла экскаваторщики при нагрузке грунта в транспортное средство совмещают четвертую и пятую операции, при отсыпании грунта в отвал - вторую и третью.

Производительность экскаватора и других землеройных и землеройно-транспортных машин можно повысить в результате следующих мероприятий:

Сокращение цикла экскавации;

Совмещая рабочие операции;

Уменьшая угол поворота стрелы при разгрузке;

Разрыхляя грунт в период перерывов в подаче транспорта и т.д.;

Увеличение объема грунта, разрабатываемого за один цикл;

В случае применения ковшей повышенной вместимости, более полного их заполнения ("с шапкой") и т.д.;

Увеличение коэффициента Кв в процессе сокращения простоев (своевременное проведение профилактических работ, представление фронта работ, доставка горюче-смазочных материалов и др.).

Производство работ экскаваторами.

Рис. Схемі забоев єкскаватора с прямой лопатой:

а – лобовой забой; б – боковой забой.

Рис. Схема для расчётов размеров забоя экскаватора с прямой лопатой:

О – точка стояния экскаватоа для разработки элемента забоя; О 1 – стоянка экскаватора после перемещения на величину l n /

Таблица 2

Рис.Схемы размещения продольных проходок в выемке:

а – лучеобразная; б – параллельная; в – комбинированная (ломанная);

1 – пионерная траншея; 2, 3, 4, 5, 6, 7 – проходки.

Рис. Разбивка поперечного сечения выемки на проходки:

1 – ось движения экскаватора; 2 – ось движения транспортных средств.

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

· 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

· 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.

· Гусеничные

Экскаватор DEMAG Bagger. Исполнение: прямая лопата. -- Один из самых крупных в своем классе гидравлический экскаватор

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).

· 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

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)

· 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.