Промышленное и гражданское строительство

Строительные машины

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Экскаватором называют землеройную машину, выполняющую операции по отделению грунта от массива и перемещению его в отвал или транспортные средства в пределах зоны досягаемости рабочего оборудования. Экскаваторы оборудуют одним или несколькими ковшами. Б первом случае их называют одноковшовыми, во втором — многоковшовыми.

Одноковшовые экскаваторы. Рабочий процесс одноковшового экскаватора (экскавация)     состоит    из    последовательно выполняемых операций: отделения грунта <п массива, заполнения им ковша, транспортирования грунта в ковше к месту разгрузки, разгрузки грунту из ковша, возвращения последнего в забой на исходную позицию. Совокупность этих операций составляет рабочий цикл экскаватора в результате выполнения которого выдается одна порция продукции в объеме разгруженного аз ковша грунта. По этому признаку в соответствии с принятой ранее классификацией строительных иашин одноковшовые экскаваторы относят к машинам цикличного действия.

П о н а з н а че н и ю одноковшовые экскаваторы делят на строительные — для выполнения земляных работ, погрузки и разгрузки сыпучих материалов; строительно-карьерные — для выполнения работ по назначению строительных экскаваторов, а также для разработки карьеров строительных материалов и добычи полезных ископаемых открытым способом; карьерные— для работы в карьерах; вскрышные — для снятия верхнего слоя грунта или горной породы перед карьерной разработкой; туннельные и шахтные—для работы под землей при строительстве подземных сооружений и разработке полезных ископаемых.

Одноковшовые экскаваторы могут разрабатывать грунты выше 8 ( 4.8) и ниже 9 уровня своей стоянки соответственно рабочим оборудованием прямой и обратной лопат. Для увеличения рабочей зоны, например, при разработке котлованов больших размеров, на погрузочных и разгрузочных, а также на вскрышных работах на экскаваторы устанавливают рабочее оборудование драглайна 12. Для отрывки глубоких котлованов, ям, колодцев используют рабочее оборудование грейфера 10, для планировочных работ — специальное планировочное оборудование 11 и т. п. На экскаваторы может быть установлено также крановое, сваебойное и другое сменное рабочее оборудование—всего более 4(1 видов. Одноковшовый экскаватор может иметь только один вид рабочего оборудования или комплектоваться его сменными видами, устанавливаемыми на машину в зависимости от выполняемых работ. В первом   случае   экскаваторы   называют   спс-

циальными, а во втором — универсальными. К последним относится большинство строительных экскаваторов. В нашей стране более 90 % выпускаемых одноковшовых экскаваторов являются универсальными. Используемые на массовых разработках горных пород открытым способом специальные карьерные укскавато-ры имеют только один вид рабочего оборудования — прямую лопату.

Вскрышные экскаваторы имеют одинаковую с карьерными машинами базу и отличаются от последних главным образом размерами рабочего оборудования — ковшом большей вместимости, увеличенным его вылетом — расстоянием от оси вращения экскаватора до центра масс ковша. Это позволяет более полно использовать энергетические параметры силовой установки, прочностной ресурс машины и другие характеристики с целью получения наибольшей производительности на. разработке вскрышных грунтов, менее прочных по сравнению с залегающей под ними горной породой. Для работы в карьерах широко применяют мощные шагающие драглайны, которые используют как на погрузке взорванной породы, так и на вскрышных работах. Карьерные и вскрышные экскаваторы, а также шагающие драглайны относятся к горным машинам. Однако их широко используют на строительстве крупных земляных сооружений, например плотин, дамб, водохранилищ, каналов и т. п.

Одноковшовые экскаваторы различают п о и с п о л н е н и ю р а б о ч е г о о б о-р у д о в а н и я, элементы которого могут быть соединены между собой и с базой машины шарнирами и канатами или иметь жесткие шарнирные сочленения. Последние присуши гидравлическим экскаваторам. Жесткое сочленение позволяет более полно использовать массу экскаватора для реализации больших усилий на зубьях ковша, благодаря чему представляется возможным разрабатывать грунты с повышенными площадями поперечных сечений срезов, что существенно повышает производительность этих машин.

Гидравлический привод одноковшовых экскаваторов обеспечивает рабочему оборудованию большую маневренность, позволяет выбирать более рациональные рабочие движения. Благодаря существенным преимуществам перед канатными машинами гидравлические экскаваторы в общем объеме производства одноковшовых экскаваторов в нашей стране составляют более 80 %. В отдельную группу по рассматриваемому признаку выделяют экскаваторы с телескопическим оборудованием, применяемым в конструкциям экскаваторов-планировщиков Я (см.  4.8), с помощью которых выполняют планировочные, зачистные и обычные экскавашюнные работы.

Одноковшовые экскаваторы изготовляют как самоходные машины, способные передвигаться в пределах строительной площадки, а также при смене строительного объекта. Для передвижения по грунтам с пониженной несущей способностью применяют гусеничные ходовые устройства с увеличенной опорной поверхностью. При частой смене строительных объектов для придания экскаваторам большей мобильности их оборудуют лневмоколеены-ми ходовыми устройствами, используя для этого также автомобильную или тракторную базу, или специальные шасси автомобильного типа. Карьерные и вскрышные экскаваторы оборудуют, как правило, гусеничными ходовыми устройствами, а мощные драглайны — шагающим ходом С развитой поверхностью опорной рамы, что позволяет снизить удельное давление машины на грунт до допустимых значении.

П о в оз м о ж я ости в р а щ е ы и я □ о в о ротной части различают полноповоротные (с неограниченными угловыми перемещениями) и неполыогюворотные   (с ограниченными угловыми  перемешенннми)   экскаваторы.  Неполноповорот-

нымн изготовляют ЛИШЬ экскаваторы на базе пневмоколесных тракторов, все остальные одноковшовые экскаваторы изготовляют пол тгапо воротными.

П о ч и с л у у с та и о в л с н н ы х двигателе и различают одно- и многомоторные экскаваторы. К одномоторным относят также экскаваторы с несколькими двигателями, работающими на один вал. Одноковшовые строительные экскаваторы оборудуют преимущественно одномоторной силовой установкой с механическим, гидромеханическим или гидравлическим приводом. Лишь отдельные модели экскаваторов с канатной подвеской рабочею оборудования имеют многомоторный привод. Карьерные л вскрышные экскаваторы, а также шагающие драглайны оборудуют многомоторным электроприводом постоянного тока с питанием от сети высокого напряжения.

Главны.м параметром одноковшового экскаватора является вместимость ковша, которая совместно с продолжительностью рабочего цикла определяет производительность экскаватора.

В соответствии с принятой в 1968 г. системой индексации одноковшовые строительные экскаваторы обозначают индексами, состоящими из двух заглавных букв ЭО (экскаватор одноковшовый универсальный) и через дефис обязательных четырех цифр, которые соответственно определяют: размерную группу экскаватора, тип ходового устройства, конструктивное исполнение рабочего оборудования, порядковый номер модели данного типа и исполнения. Для обозначения типа ходового устройства применяют индексы: 1 — гусеничное, 2— гусеничное с увеличенной опорной  поверхностью, 3 — пневмоколесное, 4 — специальное шасси автомобильного типа. 5 — шасси грузового автомобиля, 6 — на базе трактора и т.д., а исполнения рабочего оборудования: 1 —рабочее оборудование с канатной подвеской, 2 — то же, с жесткой подвеской, 3 — то же, телескопическое. Например, ЭО-Н23 означает: экскаватор одноковшовый универсальный четвертой размерной группы (вместимость основного ковша 1,0 м ) с гусеничным ходовым устройством и жесткой гидравлической подвеской рабочего оборудования, модель 3, Буквами после цифр обозначают очередную модернизацию экскаватора А, Б, В и т. д. и специальное климатическое исполнение (ХЛ — северное, Т — тропическое, ТВ — тропическое влажное).

Строительные экскаваторы, выпущенные до 1968 г., имеют другую структуру индексов, например, Э-652Б, что означает: экскаватор одноковшовый универсальный с ковшом вместимостью 0,65 м второй модели, прошедший вторую модернизацию. Индексы карьерных и вскрышных экскаваторов строят по типу ЭГ-12 (экскаватор гидравлический с ковшом вместимостью 12 м'(), ЭШ.20/90 (экскаватор-драглайн шагающий с ковшом вместимостью 20 м3 и стрелой длиной 90 м) и т. д.

Независимо от вида рабочего оборудования, за исключением машин, изготовленных на базе пневмоколесных тракторов, все одноковшовые экскаваторы имеют структурно одинаковую базовую часть, состоящую из нижней рамы 5 (см.  4.8) с ходовым устройством 4 и поворотной платформы 2 с кабиной /, силовой установкой 7 и противовесом в. Поворотная платформа опирается на нижнюю раму и без ограничений поворачивается на ней с по мо шью о пор но-поворотного устройства 3, по конструкции и принципу работы сходного с аналогичными устройствами для башенных и автомобильных кранов   (см. гл. 3).

Прямая лопата. Как уже отмечалось ранее, рабочее оборудование прямой лопаты применяют для экскавации грунтов выше уровня стоянки экскаватора. Строительные экскаваторы с этим видом рабочего оборудования имеют ковши вместимостью до 3,2 и—с канатной и до 1,6 м3 — с гидравлической подвеской, а карьерные и вскрышные экскаваторы — до 20 м3.

Рабочее оборудование экскаватора включает стрелу, рукоять и ковш со сплошной режущей кромкой в верхней части его лобовой стенки или оснащенной зубьями, канатных экскаваторов ( 4.9. а) стрела 13 своей нижней частью (пятой) соединена цилиндрическим шарниром с поворотной платформой i в ее передней части, а верхней головной частью она подвешена канатом 4 стре-лоподъемной лебедки 2 к двуногой стойке 3. С помощью этой лебедки изменяют угол наклона стрелы к плоскости опорной поверхности экскаватора в интервале 45.,.60". Рукоять 10 с закрепленным на ней ковшом 7 опирается на стрелу через устройство /У, называемое седловьтм подшипником и позволяющее ей изменять свой вылет, а также поворачиваться относительно стрелы в одной с ней плоскости. Рукояти бывают одноболочными ( 4.9, б) при двухбалочной стреле и двух-балочными ( 4.9, в) при однобалоч-ной стреле. Ковш представляет собой прямоугольную в плане емкость, слегка расширяющуюся книзу, с открывающимся днищем 8 (см.  4.9, а), которое фиксируют в закрытом положении подпружиненным засовом, установленным внизу лобовой стенки ковша. Задней частью через проушины ковш крепят к рукояти, а его наклон к последней регулируют тягами 9, переставляя их из среднего положения в отверстия на рукояти ближе к ковшу при работе в плотных грунтах или дальше от ковша при работе в легких грунтах и в низких забоях, соответственно уменьшая или увеличивая угол резания. Через уравнительный блок 18 ( 4.9, бив), установленный на задней стенке ковша ( 4-9, б) или на коромысле 24 ( 4.9, в), ковш подвешивают к полиспасту 6 подъемной лебедки 12.

Рабочие движения канатных одноковшовых экскаваторов в режиме экскавации грунта обеспечиваются механизмами подъема ковша, напора, поворота и открывания днища ковша. Для выработки требований, предъявляемых к этим механизмам, рассмотрим рабочий процесс экскаватора.

 Толщина среза, а следовательно, сопротивление грунта копанию и текущее значение   развиваемой   силовой   установкой мощности зависят от напорного перемещения, которое не остается постоянным при переходе от одной траектории к другой, а также при отработке различных по высоте забоев. При постоянной скорости этого движения, реализуемой экскаваторным приводом, требуемых напорных перемещений добиваются периодическим выключением этого движения в течение копания.

Изложенное позволяет сформулировать следующие требования к механизмам экскаватора. Механизм по дъе м а ковша должен обеспечивать подъем ковша, удерживать его в фиксированном положении, а также обеспечивать гравитационное опускание ковша. С этой целью для одномоторных экскаваторов его выполняют в виде нереверсивной", а для многомоторных экскаваторов в виде реверсивной лебедок, оборудованных тормозами.

Механизм напора должен обеспечивать перемещение рукояти в прямом (на забой) и возвратном (от забоя) направлениях, а также ее фиксирование на определенном вылете при временном отключении напора в процессе копания грунта и для удержания рукояти от произвольного опускания во время транспортной операции. Этот механизм выполняют в двух вариантах: при однобалочной рукояти—в виде реверсивной лебедки, при двухбалочной рукояти — в виде реверсивной зубчато-реечной передачи. По первому варианту (см.  4.9, 6\ барабан 14 напорной лебедки, приводимый в прямое или возвратное вращение от силовой установки с помощью цепной передачи 15, устанавливают соосно с шарнирами пяты стрелы. Напорные канаты 19, обогнув блоки 10, установленные на стреле в ее средней части, закрепляются в хвостовой части рукояти, а канат возвратного движения 20— в ее передней части, у ковша. Эта канатная система обеспечивает перемещение рукояти в направлении увеличения ее вылета и в возвратном при соответствующих вращениях барабана в прямом (,по часовой стрелке) и возвратном направлениях.

В большинстве случаев на экскаваторах с канатным напором свободную ветвь 17   подъемного    каната    закрепляют   на

напорном барабане (см.  4.9, б), обеспечивая этим монотонную зависимость напорного усилия от подъемного — с увеличением сопротивления грунта копанию возрастает также усилие в подъемном полиспасте, а следовательно, и в ветви 17, в результате чего увеличивается крутящий момент на напорном барабане. Этим достигается плавная работа подъемного и напорного механизмов, легкость управления рабочими движениями ковша при копании.

При врезании ковша в твердый грунт с поверхности земли, а также для выдвижения максимально подпшутой к головным блокам 5 рукояти с груженым ковшом, когда усилия в канате 17 недостаточно для ее выдвижения, дополнительно используют крутящий момент, передаваемый напорному барабану цепной передачей 15. По второму варианту (см.  4.9, (?) независимое от подъемного напорное движение рукояти передается от силовой установки через систему двух цепных передач 15 и 22 и пар шестерни 23 — зубчатые рейки 21, установленные на нижних полках балок рукояти. 

М е х а и и з м п о в о р о т а должен обеспечивать прямое (на разгрузку) и возвратное (в запой) вращения поворотной платформы. С целью снижения не проичнодительных затрат времени на поворотные движения, которые в среднем составляют более !/а продолжительности рабочего цикла, используют режимы ускоренного разгона и торможения. В режиме копания платформа должна быть зафиксирована в заданном положении с целью предотвращения ее самопроизвольного вращения от неуравновешенных относительно оси вращения сил, для чего в кинематическую схему привода вводят тормоз.

Для о Т крыв а н и я д н и щ а ковша применяют канатные механизмы. На  4.9, г представлена схема такого механизма для экскаватора с канатным напором. Засов днища 8 ковша соединен тяговой цепью 32 с рычагом, щарнирно закрепленным на рукояти 10. К рычагу прикреплен канат 30, который, огибая блоки 29. 27 и 26, навивается на компенсирующий (напорный) бэрабан 14. Блоки 25 и 27 установлены на рычаге 26, который с помощью пневмотолкателя 28 может поворачиваться против часовой стрелки относительно шарнира Л, натягивая канат 30 и открывая этим движешь: днище ковша. Закрывают днище в конце опускания ковша на исходную позицию резким торможением подъемной лебедки.

X о д о в о й и е х а н и з м включается в работу редко — только для передвижения экскаватора на новую стоянку после отработки элемента забоя и в случае перебазирования 'экскаватора на новую строительную площадку. При этом обычно ограничиваются малыми скоростями передвижения. Более высокие скорости используют на машинах, часто меняющих рабочие места. Еще реже работает стрел о и о д ъ е м н ы ii механизм. Его выполняют в виде реверсивной лебедки с червячным или другим приводом, в состав которого входит специальная обгонная муфта, предохраняющая от резкого падения стрелы, что может привести к аварии машины.

 Для вращения поворотной платформы относительно центральной цапфы И приводят во вращение шестерню 12, Ktfro-рая, обегая вокруг жестко соединенного с нижней рамой зубчатого венца 10, увлекает за собой поворотную платформу. Для этого включают кулачковую муфту 19 и соответственно направлению вращения платформы одну из конусных фрикционных муфт 25 или 26. Поворот платформы на разгрузку ковша обычно выполняют на пониженно]) скорости, установив блок зубчатых колес In и 16 в верхнее положение и введя в .зацепление зубчатые колеса 16 и 17, а поворот в забой — па повышенной скорости при зацеплении зубчатых колес /5 и 14. Для работы в тормозном режиме используют тормоз !8.

Ходовой  механизм   включают   кулачковой муфтой 20 и одной из муфт 25 или 26 соответственно направлению движения — вперед или назад. Как и ранее, скорости движения регулируют положением блока зубчатых колес 15 и 16. В случае прямолинейного движения включают обе кулачковые муфты 3 и 6 на валу 5, обеспечивая передачу движении зведочкам гусеничных цепей I и 8 посредством цепных передач 2 и 7. Для изменения направления движения одну из кулачковых муфт 3 или 6' отключают, вследствие чего движение будет передаваться только одной звездочке гусеничной тележки при остановленной второй звездочке. Ходовой механизм оборудован тормозом 4 и управляемым стопорным устройством 9, используемым как стояночный тормоз для удерживания машины на наклонных стоянках и предотвращения ее откатывания во время экскавацнонных работ.

При м н о г о м о т о р п о м привод е, особенно в случае индивидуального привода каждого механизма отдельным двигателем, кинематические схемы существенно упрощаются. Например, на дизель-электрическом экскаваторе седьмой размерной группы только два механизма — подъема ковша и подъема стрелы — приводятся от одного электродвигателя ( 4.11, б), все остальные механизмы имеют индивидуальный привод. Все электродни-гатели — реверсируемые, благодаря чему отпадает необходимость в механическом реверсе. Объединение механизмов подъема ковша и стрелы в одну приводную группу обосновано весьма редким использованием стрелоподъемного механизма. Барабаны этих механизмов посажены на один вал и включаются раздельно фрикционными муфтами. Весь привод напорного  механизма   с  зубчато-реечными   парами ( 4.11, в) монтируется на стреле, чем обеспечивается его компактность. Так же компактно, в зоне шестерни, обегающей зубчатый венец, установлен на платформе механизм ее поворота ( 4.11, г). Ходовой механизм ( 4.11, д) выполнен в виде двух четырехступенчатых редукторов, быстроходные валы которых с помошью кулачковых муфт подключены к электродвигателю, а тихоходные валы — к ведущим звездочкам гусеничной тележки. При прямолинейном движении экскаватора к электродвигателю подключают оба редуктора, а при поворотах один редуктор отключают и стопорят его тормозом.

Каждая из тележек ходового устройства может также приводиться в движение независимо от другой собственным двигателем. В этом случае повышается маневренность машины. Так, при включении одного двигателя на прямое, а другого на возвратное движение можно обеспечить разворот экскаватора на одном месте относительно собственной оси. Недостатком раздельного привода ходовых тележек является повышенная суммарная установочная мощность электродвигателей по сравнению с приводом от одного двигателя. Эту мощность назначают из условия обеспечения поворотного движения только одним двигателем, в то время как второй двигатель, служащий для привода остановленной гусеницы, в этом движении не участвует. В случае же привода обеих гусеничных тележек одним электродвигателем при остановке одной гусеницы вся его энергия направляется на привод второй, движущейся гусеницы.

Элементы рабочего оборудования г и д-р а в л и ч е с к о и к о л н о п о в о р о т-ной лопаты ( 4.12, и) соединены между собой и с пилоном 2 новоротной платформы / шарнирно. Положение стрелы 3 относительно платформы и рукояти

4          относительно стрелы регулируется гидроцилиндрами  10 и 9. Соединение ковша

5          с рукоятью выполняют в двух вариантах: жестким с помощью шарнира и тяг 7 и шарнирным  ( 4.12, б). По первому варианту ковш разгружают через донную   часть   после   открывания   днища   в гидроцилиндром 8, а по второму варианту — поворотом   ковша  тем  же  гидроцилиндром. Поворотный ковш обеспечивает более эффективную  разработку  грунта  в конце  операции   копания,  его  применяют также для планировки забоев.

Структура рабочего цикла гидравлических прямых лопат такая же, как и у канатных экскаваторов с этим видом рабочего оборудования, но рабочие движения существенно проще: подъемное движение ковша обеспечивается поворотом рукояти, а напорное — опусканием стрелы. По характеру рабочих движений гидравлические экскаваторы имеют аналоги среди канатных машин третьей размерной группы (см.  4.9, д), у которых рукоять 33 соединена со стрелой 13 шарнирно (маятниковая подвеска).

Поворотный механизм гидравлической лопаты приводится в движение от низко-или высокомоментных гидромоторов. Первый вариант структурно сходен с приводом от индивидуального электродвигателя (см.  4Л1, г) с тем отличием, что «место электродвигателя в этой схеме применен гидромотор. В случае привода от высокомоментного гидромотору его вал соединяют с ведущей шестерней поворотного механизма непосредственно или через зубчатую передачу с небольшим передаточным числом. Недостатком высокомоментных гидромоторов по сравнению с низкомоментными является большая масса, а преимуществом — большая надежность из-за меньшего числа структурных элементов и меньшая инерционность из-за отсутствия быстроходных звеньев, благодаря чему улучшаются условия разгона и торможения поворотной платформы.

Гусеничные ходовые устройства полноповоротных гидравлических экскаваторов оборудуют, как правило, раздельным приводом на каждую гусеничную тележку. Оценка эксплуатационных качеств такого привода была дана выше. Привод пневмоколееных ходовых устройств выполняют как одномоторным от низкомо-ментного гидромотора через коробку передач на задний и передний мосты, так и раздельным на каждое колесо от высоко-моментных гидромоторов. В последнем случае ходовые качества машины существенно повышаются.

Гндроцилиндры рабочего оборудования и гидромоторы поворотного и ходового механизмов питаются рабочей жидкостью от насосов, установленных на поворотной платформе и приводимых во вращение двигателем внутреннего сгорания, обычно дизелем. Последний располагают в задней части платформы, сокращая за счет этого массу противовеса. В состав гидравлической системы входят также масляные баки, распределительная, регулирующая и контрольная аппаратура. Существуют некоторые особенности экскавации грунта прямыми лопатами, влияющие на производительность последних. Совмещение операций поворотного движения экскаватора на разгрузку с маневровыми движениями подъемного и напорного механизмов у канатных экскаваторов, а также поворотом стрелы и рукояти—у гидравлических, поворотного движения с разгрузкой, а также поворотного возвратного движения с опусканием ковша сокращает продолжительность цикла, увеличивая тем самым производительность машины. Возможность этих совмещений зависит от квалификации машиниста. При прочих равных условиях разгрузка в отвал всегда производительнее разгрузки в транспортное средство. В первом случае размер полосы разгрузки не имеет строгих ограничений, в связи с чем эту операцию можно начинать еще до окончания поворотного движения и, не останавливаясь, переключать его на возвратное. Во втором случае разгрузку можно начинать только после того, как ковш будет установлен в соответствующее положение, а начинать возвратное поворотное движение — после   окончания   разгрузки, иначе неизбежны потерн (просыпание) грунта. Чтобы не повредить рессорную подвеску и кузов транспортного средства, грунт разгружают с небольшой высоты.

При разгрузке скалистых грунтов сначала ковш плавно опускают на дно кузова, а затем, открыв днище, также плавно поднимают его. При отработке низких забоев, когда к концу копания грунт заполняет менее половины вместимости ковша, целесообразно дополнить его повторением операции копания, а при большем заполнении необходимо доводить цикл до конца с неполным ковшом.

Радиусы отсчитывают от оси вращения экскаватора, а высоты — от уровня его стоянки. Максимальной высотой копания оценивают, в частности, предельную высоту забоя, который способен разрабатывать экскаватор, а максимальной высотой разгрузки — предельную высоту транспортных средств, которые могут работать в комплекте с экскаватором.

Обратная лопата. Одноковшовые экскаваторы с рабочим оборудованием обратной лопаты предназначены для отрывки грунта ниже уровня стоянки (разработка котлованов, траншей). Выпускаемые отечественной промышленностью обратные лопаты ограничены внерядовой вместимостью ковша 1,4 мэ для канатных машин и 2 мэ — для гидравлических. Создаются мощные карьерные гидравлические обратные лопаты.

Рабочее оборудование обратной лопаты включает стрелу, рукоять и ковш. Рукоять 5 ( 4.13) канатного экскаватора соединена со стрелой 9 шарниром на конце последней, а ковш 6 укреплен на конце рукояти. Кроме основных зубьев, установленных на козырьке ковша, последний оборудуют также подрезными боковыми зубьями.   При   разработке   траншей   эти зубья подрезают боковые стенки, предупреждай заклинивание ковша. Применяют также ковши с полукруглыми днищами и режущей кромкой вместо зубьев. Рабочие движения ковша обеспечиваются изменением длин тягового 7 и подъемного 4 полиспастов. Последний образован канатом и блоками, установленными на конце рукояти и головной части дополнительной стойки 3, служащей для отклонения подъемных канатов от стрелы. Нижним концом дополнительная стойка шарнирно закреплена на поворотной платформе в ее передней части, а верхним подвешена канатами к двуногой стойке. Подъемный канат навивают на барабан / подъемной лебедки, а тяговый, через блок 8 на стреле,—на барабан 2 тяговой лебедки.

После отрывки пионерной выемки, в которую можно опустить ковш, последний устанавливают в исходную позицию на дно выемки (положение /). Подтягивая далее тяговый канат и опуская подъемный, перемещают ковш кверху, разрабатывая грунт зубьями или режущими кромками к заполняя им ковш (положение //). По достижении ковшом верхнего обреза выемки при заторможенном тяговом барабане подъемным полиспастом поднимают рабочее оборудование над выемкой (положение ///). В таком его положении поворачивают платформу на разгрузку. В зависимости от требований, предъявляемых к размерам полосы разгрузки, в конце поворотного движения или несколько раньше отпусканием тягового каната и выбором подъемного выбрасывают рукоять с ковшом вперед (положение IV) и, опрокидывая ковш, разгружаю]- его. Возвратный поворот совмещают с опусканием рабочего оборудования путем отпускания подъемного полиспаста (положение /).

При переоборудовании универсального экскаватора с прямой лопаты на обратную кроме установки соответствующего рабочего оборудования переоборудуют также напорный механизм 8 тяговый. Стредо подъемную лебедку используют для установки в требуемое положение дополнительной стойки.

У гидравлических экскаваторов второй—четвертой размерных групп обратная лопата является основным видом рабочего оборудования. Ее стрелу чаще всего выполняют из двух секции — коренной 2 ( 4.14, а) и удлиняющей 4 — соединенных между собой шарниром и тягой 5. Последнюю можно устанавливать на удлиняющей секции в отверстия /, // и ///, изменяя тем самым длину стрелы (расстояние между шарнирами крепления коренной секции к поворотной платформе и рукояти 6 к удлиняющей секции). Соединение рукояти со стрелой и ковша 10 с рукоятью — шарнирное. Для управления поворотом стрелы, рукояти и ковша используют гидравлические цилиндры 1, 5 и 7. При этом последний управляет поворотом ковша через коромысло 8 и тягу 9. Такая схема обеспечивает ковшу большие угловые перемещения. На некоторых экскаваторах применяют моноблочную стрелу Г-образной формы. В зависимости от прочности разрабатываемых обратной лопатой грунтов и видов выполняемых работ ее оборудуют ковшами П...15 ( 4.14, б) различной вместимости и формы. В частности, ковши для дренажных работ 14 и для рытья узких траншей /5 выполняют в размерах и форме профиля разрабатываемой выемки.

Рабочий процесс гидравлической обратной лопаты аналогичен описанному выше для канатных экскаваторов. Различие заключается в способе передачи движения ковшу, которое у гидравлических экскаваторов обеспечивается гидравлическими цилиндрами /, 5 и 7. Характер движения ковша зависит от конкретных условий выполнения работ и в значительной мере определяется опытом машиниста. Чаще всего движения стрелы используют для установки ковша в исходное положение, а также для его перевода в транспортное положение. Для копания используют в основном движение рукояти, а в конце этой операции работают ковшом, обеспечивая его заполнение. Движения рукояти, а затем и ковша используют также для разгрузки последнего. Благодаря возможности относительного движения ковша он приобретает высокую маневренность, что обеспечивает полное заполнение его грунтом, удержание в нем грунта во время транспортной операции без потерь, направленную разгрузку, в том числе в транспортные средства, что затруднено в случае канатных обратных лопат.

Важнейшим преимуществом гидравлических обратных лопат перед канатными является их способность реализовать на зубьях или режущей кромке ковша большие усилия благодаря жесткому сочленению элементов рабочего оборудования между собой  и  с  базовой частью  маши-

ны, работающей в отношении устойчивости как единое целое. У канатных экскаваторов эти усилия ограничены силой тяжести только рабочего оборудования, прижимающей его к забою. Попытка увеличить усилия на зубьях ковша приводит к подъему рабочего оборудования — его повороту относительно шарнира у пяты стрелы в направлении от забоя. Это позволяет при прочих равных условиях навешивать на гидравлические экскаваторы ковши большей вместимости — в среднем на 60 % по сравнению с ковшами канатных экскаваторов. Следствием этого является повышенная в таком же отношении производительность обратных лопат. Вместе с тем это приводит к более тяжелым условиям нагружения ходовых устройств, в частности, гусеничных, унифицированных на некоторых моделях с канатными машинами. В последнее время в конструкциях ряда моделей полноио-воротных гидравлических экскаваторов применяют гусеничные ходовые устройства тракторного типа со звеньями из проката, обладающие высокой надежностью и большим ресурсом по сравнению с экскаваторными гусеничными устройствами. Этим достигается унификация с сельскохозяйственными и дорожными машинами, сокращаются затраты на техническое обслуживание.

Драглайн. Экскаваторы с рабочим оборудованием   драглайна    применяют   для

разраооткн грунтов преимущественно ниже уровня стоянки. Благодаря удлиненной по сравнению с другими видами рабочего оборудования стреле драглайны работают на большем радиусе копания, поэтому их используют преимущественно на отрывке больших котлованов и траншей, а также для погрузки и разгрузки сыпучих строительных материалов. Как отмечалось ранее, мощные шагающие драглайны используют для добычи полезных ископаемых открытым способом и на вскрышных работах. Отечественной промышленностью выпускаются строительные драглайны с ковшами 0,3...3 м3, а шагающие драглайны — от 5,45 до 100 м3.

Рабочее оборудование драглайна включает стрелу 5 ( 4.15, а) обычно решетчатой (строительные экскаваторы), реже вантовой (шагающие драглайны} конструкции, по длине значительно превышающую стрелу лопаты, ковш 7, тяговый 8 и подъемный 4 канаты. Последний огибает головной блок 6 и навивается на барабан 2 подъемной лебедки. Тяговый канат направляется роликовым устройством / и навивается на барабан 3 тяговой лебедки. Ковш подвешивают к тяговому канату цепями 9 ( 4.35, (5), а к подъемному канату — цепями 13. Чтобы подъемные цепи не препятствовали свободному перемещению ковша при разгрузке, между ними ставят распорку 12. На ковше устанавливают также разгрузочный канат 10, закрепляя его одним концом на арке ковша, а вторым — в узле соединения тяговых цепей с тяговым канатом. С подъемными цепями разгрузочный канат соединяется через блок //, установленный в узле соединения подъемных цепей с подъемным канатом.

Для начала разработки ковш опускают на грунт, затем тяговым канатом при ослабленном подъемном канате его перемещают по забою (положение II). После заполнения ковша, не ослабляя тягового каната, подъемным канатом его подтягивают к стреле (положение III), включают поворотный механизм с одновременным перемещением ковша к голове стрелы подъемным и тяговым канатами. В конце этой операции тяговый канат отпускают, ковш опрокидывается и разгружается (положение IV). Далее возвратным поворотным движением с одновременным отпусканием подъемного и тягового канатов опускают ковш в исходное положение. За счет центробежных сил, возникающих при повороте, подъемный канат отклоняется от вертикали на угол до 20...30 °, благодаря чему достигается больший радиус заброса ковша в исходное положение  (положения /', /'").

Предельная форма продольного сечения пионерной выемки ABCD показана на  4.15, а, а с учетом центробежных сил при возвратном поворотном движении — A'B'C'D. Углы наклона к горизонту за-ходного и выходного откосов составляют в среднем 45 и 30 ° соответственно, а длина горизонтального участка — не менее длины ковша. После отработки пионерной выемки экскаватор перемещают от забоя на новую стоянку, с которой может быть разработана выемка с предельным контуром A'B"C"D" и т. д., до получения требуемой глубины Н. Предельное значение этого размера Нтаъ а также радиуса копания Rmas ограничивается длиной стрелы и углом выходного откоса. Управление экскаватором сводится к включению и отключению подъемной и тяговой лебедок, а также механизма поворота. При ослабленном тяговом канате ковш свободно висит на подъемном канате, а при натяжении тягового каната он восстанавливает рабочее положение посредством разгрузочного каната. Драглайны работают преимущественно с разгрузкой в отвал. Разгрузка грунта в транспортные средства возможна, но она резко снижает производительность экскаватора из-за необходимости выполнять эту операцию после полной остановки поворотного движения и пониженных скоростей последнего во избежание раскачки ковша.

В отличие от прямой и обратной лопат, у которых ковш имеет жесткое соединение с рукоятью, у драглайнов ковши подвешивают к стреле на канатах. При этом в режиме копания ковш перемещается под действием тягового усилия ST ( 4.16), преодолевая сопротивление грунта копанию Р„ и частично силу тяжести ковша с грунтом  GK+1   (при работе на  наклонных участках). В начале копания порожним ковшом момент силы его тяжести GKa оказывается недостаточным, чтобы противостоять моменту тягового усилия STh относительно режущих кромок зубьев, вследствие чего происходит незначительное опрокидывание ковша вперед с врезанием его в грунт. По мере заполнения ковша грунтом возрастает сила О\ + г и плечо этой силы а относительно режущих кромок, вследствие чего движение ковша относительно дневной поверхности земли стабилизируется. Дальнейшее увеличение силы GK+, и перемещение центра масс ковша в направлении к задней стенке приводят к выглублению ковша. Устойчивая работа ковша драглайна возможна при определенных соотношениях размеров а и fa*- В случае недостаточной высоты установки петель тягового каната путь врезания ковша в грунт увеличивается, а при большой высоте может произойти его опрокидывание. Процесс можно стабилизировать изменением размера h. С этой целью петли тяговых канатов делают переставными, устанавливая их в верхнее положение при работе в легких грунтах и в нижнее — при работе в плотных грунтах, соответственно увеличивая или уменьшая толщину среза. При этом, естественно, будет изменяться и путь наполнения ковша, который при работе в легких грунтах кратен двум — четырем длинам ковша и увеличивается с повышением прочности грунта. Для работы в легких грунтах применяют ковши увеличенной (в 1,3...1,5 раза) вместимости без зубьев или с двумя зубьями с полукруглым днищем и режущей кромкой.

При переоборудовании строительного универсального экскаватора с прямой лопаты на драглайн заменяют его рабочее оборудование, устанавливают направляющее    роликовое    устройство   у    пяты стрелы   и   подобно   переоборудованию   в

обратную лопату— напорный механизм переоборудуют в тяговый.

Мощные шагающие драглайны отличаются от описанных большими размерами, индивидуальным приводом рабочих механизмов и ходовым устройством. На этих экскаваторах устанавливают электродвигатели постоянного гака-, питаемые от сети переменного тока высокого напряжения через сетевой двигатель переменного тока и генераторы постоянного тока. Шагающие ходовые устройства обеспечивают перемещение экскаватора только в направлении задней части поворотной платформы. Поэтому маневровые движения осуществляются с поворотом платформы в нужном направлении.

Грейфер. Грейферное рабочее оборудование используют для отрывки глубоких котлованов, очистки водоемов и каналов, а также для погрузки и разгрузки сыпучих материалов. В грейферном рабочем оборудовании с к а н а т н.ы м управлением ( 4.17, а) используются стрела драглайна 3 и челюстной ковш в, подвешенный на поддерживающем 4 и замыкающем 5 канатах. Для предотвращения закручивания канатов при поворотных движениях   и   раскачивания   ковша   приме-

няют оттяжной канат 7, огибающий блоки 2 на стреле и заканчивающийся подвешенным к нему грузом /, свободно перемещающимся в направляющих стрелы. Ковш состоит из двух челюстей 12, шарнирно соединенных с нижней головкой 11. Тягами У челюсти подвешены к верхней головке 8. Поддерживающий полиспаст 4 закрепляется на верхней головке, а замыкающий образует полиспаст 10, обоймы которого закреплены соответственно на верхней и нижней головках. При работе грейферный ковш может быть подвешен на поддерживающем или на замыкающем канатах. В первом случае нижняя головка вместе с нижней обоймой полиспаста опускается и челюсти раскрываются. Во втором случае из-за возникающих в полиспасте усилий его головки сближаются и челюсти закрываются.

Для работы грейфером его ковш опускают на поддерживающем канате на грунт в раскрытом положении, ослабляют поддерживающий канат, а замыкающим канатом поднимают ковш. В первой стадии этого движения челюсти ковша сближаются, -захватывая грунт, 8 затем загруженный грунтом ковш поднимается из выемки.  В таком его положении экскаватор поворачивают на разгрузку, а в конце этого движения переключают подвеску канатов, удерживая ковш поддерживающим канатом, в результате чего челюсти раскрываются и грунт высыпается из ковша. Возвратным поворотным движением и опусканием ковша на поддерживающем канате его устанавливают в исходную позицию следующего рабочею цикла.

В гидравлическом варианте ( 4Л7, б) рабочее оборудование грейфера подвешивают к рукояти обратной лопаты 13 на двух цилиндрических шарнирах 14 а 15, позволяющих ковшу занять отвесное положение. Для гашения инерционных сил при раскачивании ковша во время поворота платформы на пальцах этих шарниров устанавливают фрикционные диски. Относительно вертикальной оси ковш грейфера может быть поворотным или неноворотным. Поворотный ковш обладает лучшей маневренностью при копании и на погрузочно-разгрузочных работах. Поворотная часть состоит из полой штанги 16, связанной шарнирами /5 с челюстями ковша. Внутри штанги помещается гидроцилиндр 17, соединенный с ней корпусом, а штоком - с траверсой 8. Последняя шарнирно соединена с челюстями шиша тягами 9. Выдвинутый шток гидроцилиндра соответствует закрытому положении» ковша /, а вдвинутый — открытому положению //. Для работы на больших глубинах штангу удлиняют вставками.

Усилия, которые могут быть реализованы на челюстях канатного грейфера при захвате ими грунта, определяются разностью силы тяжести ковша и усилия натяжения замыкающего каната, т. е. на разработку грунта реализуется только часть силы тяжести ковша. Кроме того, удовлетворяющая требованиям производства грейферных работ загрузка ковша обеспечивается при низких скоростях сближения челюстей при действующих на грунт нагрузках, близких по значению к статическим. С увеличением этих скоростей ковш отрывается от грунта, не успев заполниться. Эти факторы существенно снижают производительность машины, которая составляет примерно полонину  производительности  драглайна,

смонтированного на той же экскаваторной базе. У гидравлических грейферов для внедрения челюстей ковша в грунт используют напорное усилие гидроцилиндра, что позволяет разрабатывать более прочные грунты без ограничения скорости сближения челюстей. По сравнению с канатными грейферами это позволяет сократить рабочий цикл более чем на 30 %, что при прочих равных условиях в таком же отношении снижает материалоемкость этого рабочего оборудования.

Погрузчики. Гидравлические экскаваторы эффективно применяют для погрузки дробленых и сыпучих материалов. При загрузке ковша последний перемещают по подошве осыпающегося откоса, работая на малых вылетах. По условиям устойчивости машины и наилучшего использования энергетических параметров ее силовой установки на этих работах можно применять ковши повышенной вместимости (в 1,5...2 раза больше вместимости ковшей прямых лопат). В соответствии с характером работы изменяется и схема рабочего оборудования ( 4.18, а), называемого погрузчиком. Для этого обычно используют коренную секцию стрелы обратной лопаты /, связанную с подвеской .9 ковша 7 посредством рукояти 3 я тяги 4. Рукоять, тяга, стрела и подвеска образуют шарнирный четырехзвен-ник (параллелограмм). Ковш соединен с подвеской шарнирно и может перемещаться относительно нее в вертикальной плоскости. Рабочие движения обеспечиваются четырьмя гидроцилиндрами: стреловым 10, шарнирно соединенным корпусом с поворотной платформой; двумя гидроцилиндрами 2 для поворота рукояти а гидроцилиндром поворота ковша 5; корпусом, шарнирно соединенным с рукоятью, а штоком через рычаг 8 и тягу 6— с ковшом.

При фиксированном положении штока гидроцилнидра ковша относительно его корпуса поворотом рукояти посредством гидроцилиндра 2 обеспечивают перемещение ковша параллельно опорной поверхности экскаватора, используя это движение для заполнения ковша по подошве забоя. В конце этой операции, а при необходимости   и   в   процессе   ее   выполнения гидроцилиндром 5 ковш поворачивают зубьями вверх, а посредством гидроцилиндров II) и 2 рабочее оборудование поднимают и выносят вперед. Эти движения начинают до поворота машины на разгрузку и заканчивают непосредственно перед разгрузкой. Разгружают ковш его поворотом зубьями вниз с помощью гидроцилиндра 5. Возвращают ковш в исходное положение теми же движениями в обратном порядке. Для выполнения погрузочных работ машину оборудуют широким ковшом // без зубьев. Погрузчики применяют также для разработки грунтов. В этом случае их оборудуют ковшами с зубьями 12 и 13.

Экскаватор-планировщик. Применение описанных выше видов рабочего оборудования, изготовленного на базе шарнирно-рычажных схем гидравлических экскаваторов, для планировочных работ требует четкой координации нескольких простых движений, из которых может быть составлено прямолинейное движение режущей кромки ковша. Исключением является рабочее оборудование погрузчика, но с ограниченным перемещением в направлении планируемой поверхности. Более просто эта задача решается в конструкции экскаватора-планировщика с телескопическим рабочим оборудованием, которое состоит из рамы стрелы 2 ( 4.19, а), двух секций стрелы — неподвижной 4 и подвижной 6 и ковша 8.  Раму укрепля-

ют шарнирно на поворотной платформе, а для ее перемещения в вертикальной плоскости используют гидроцилиндр подъема стрелы /. Неподвижную секцию стрелы монтируют на раме, обеспечивая ей возможность поворота относительно продольной оси последней. С этой целью ее опирают на бандаж 3 и через ось 9 — на заднюю стенку рамы 11. На  4.19, а (вид А) показан один из вариантов конструктивного решения поворотного механизма, выполненного из гидроцилиндра 12 и зубчатой пары, состоящей из зубчатого сектора 13 и шестерни 10. Последняя жестко закреплена на оси 9, а зубчатый сектор подвешен в верхней части задней стенки рамы. Приводной гпдроцилиндр закреплен шарнирно корпусом на кронштейне задней стенки, а штоком — на зубчатом секторе. Поворотные относительно продольной оси движения неподвижной секции стрелы обеспечиваются соответствующими поступательными движениями штока гидроцилнндра. Выдвижная секция стрелы 6 может перемещаться относительно неподвижной секции 4 с помощью гидроцилиндра 5, размещенного внутри стрелы. Ковш закреплен шарнирно на конце подвижной секции. Он может поворачиваться относительно этого шарнира посредством гидроцилиндра 7. Положение ковша в пространстве определяется совокупностью следующих движений: его поворотного пере-

мещения относительно стрелы, выдвижения подвижной секции стрелы и поворота неподвижной секции относительно собственной продольной оси, а также поворота платформы. Для планировки и зачистки поверхностей ниже уровня стоянки экскаватора используют продольные перемещения стрелы и при необходимости — частичные поворотные движения ковша. Для зачистки и планировки горизонтальных и слегка наклонных поверхностей к этим движениям добавляются подъем и опускание стрелы, а для зачистки боковых стенок траншей и котлованов — еще и поворот стрелы относительно ее продольной оси. Частично последние движения используют также для зачистки и планировки горизонтальных и наклонных поверхностей. После заполнения ковша грунтом во избежание его просыпания при последующей транспортной операции ковш подворачивают к стреле, стрелу поднимают из забоя, поворачивают платформу в сторону разгрузки и поворотом ковша зубьями или режущей кромкой вниз разгружают его, Возвращают ковш в исходное положение теми же движениями в обратном порядке.

Для планировочных и зачистных работ применяют широкие ковши ( 4.19, б), обычно без зубьев. Экскаваторы-планировщики используют также для выполнения обычных экскавационных и погрузоч-но-разгрузочных работ. Основными рабочими размерами экскаватора-планировщика являются максимальный радиус копания Rmn (см.  4.19, а), максимальные глубиия Н'та> и высота //тая копания, а также максимальная высота разгрузки.

Неполноповоротные гидравлические экскаваторы на базе пневмоколесных тракторов. Для выполнения небольших рассредоточенных объемов земляных работ в условиях частого перебазирования с объекта на объект применяют гидравлические экскаваторы, построенные как навесное оборудование на серийно выпускаемые пневмоколесные тракторы. Кроме основных рабочих органов, которыми являются ковши прямых и обратных лопат, эти экскаваторы комплектуют сменным рабочим оборудованием грейфера, ковшового и вилочного погрузчиков и крана. В качестве дополнительного оборудования на экскаватор навешивают отвал бульдозера и другие виды оборудования.

Рабочее оборудование 11 ( 4.20) подвешивают к поворотной колонке 10, смонтированной на полой цапфе в задней части несущей рамы 9 трактора. Поворотные движения колонки (до 90° в каждую сторону) обеспечиваются двумя попеременно работающими гидроцилиндрами .5 через цепь 4 и звездочку 3. Отвал бульдозера 7, управляемый гидроцилиндром 8, смонтирован на дышле 6, шарнир-но соединенном с несущей рамой 9. Для обеспечения экскаватору устойчивости в рабочем режиме в задней части рамы 9 по обе ее стороны устанавливают выносные опоры 2. Перед экскавацией грунта гидроцилиндрами 1 экскаватор устанавливают на выносные опоры, а по окончании работ их поднимают.

Технико-эксплуатационные показатели канатных и гидравлических экскаваторов сравнивают по основным видам рабочего оборудования, которыми являются прямая лопата для канатных и обратная лопата — для гидравлических машин. Вместимость ковшей гидравлических обратных лопат по сравнению с канатными прямыми лопатами той же размерной группы в среднем на 60 % больше при примерно одинаковой продолжительности их рабочих циклов, массе и энергоемкости. Фактическая энергоемкость сравниваемых машин с основными ковшами составляет 0,35...0,47 кВт-ч/м3 для канатных и 0,47... 0,55 кВт-ч/м8 для гидравлических экскаваторов, а материалоемкость соответственно 130.. .230 кгДмУч) и 102... 164 кг/(м*/ч). Приведенные данные характеризуют перспективность гидравлических экскаваторов в отличие от канатных.

Среди канатных экскаваторов наибольшую производительность обеспечивают прямые лопаты, по сравнению с которыми производительность обратных лопат составляет 75...100 %, а драглайнов — 70... 90 %. По сравнению с гидравлическими обратными лопатами прямые лопаты производительнее в 1,2..Л,4 раза, а погрузчики — в 1,7...2 раза. Производительность гидравлических грейферов составляет в среднем 50...70 % производительности обратных лопат на той же экскаваторной базе.

Многоковшовые    экскаваторы.    Многоковшовые   экскаваторы   применяют   для отрывки траншей в трубопроводном строительстве, при прокладке подземных линий связи и электроснабжения, теплово-дов и других коммуникаций (траншейные экскаваторы); отрывки траншей с одновременной укладкой дренажных труб, отрывки мелиоративных каналов, их очистки и восстановления в процессе эксплуатации (мелиоративные экскаваторы); разработки карьеров строительных материалов и добычи полезных ископаемых (карьерные экскаваторы).

Подобно ковшу одноковшового экскаватора каждый ковш многоковшового экскаватора работает в цикличном режиме, но рабочие движения смежных ковшей смешены DO фазе. Так, если какой-либо ковш лишь начинает отрыв грунта от массива, то предшествующий ему ковш находится в промежуточной или конечной стадии этой операции, а следующий за ним ковш —в положении возврата на исходную позицию после разгрузки. Таким образом, в одно и то же время различными ковшами осуществляются операции отрыва грунта, его транспортирования, разгрузки и возврата в забой. Многоковшовые экскаваторы оборудуют, как правило, дополнительными транспортирующими устройствами, на которые разгружается грунт и которыми он отгружается непрерывным потоком в отвал, на другие перегрузочные устройства или в транспортные средства. По характеру выдачи продукции непрерывным потоком многоковшовые экскаваторы относят к машинам непрерывного действия. Их характерной особенностью является более равномерная загрузка силовых установок во времени и более высокая производительность по сравнении) с машинами цикличного действия.

Обычно все ковши многоковшового экскаватора закрепляют на едином рабочем звене — роторе (роторные экскаваторы) или замкнутой цепи (цепные экскаваторы), располагая их с одинаковым шагом. Рабочий орган роторного экскаватора может быть и бесковпювым (фрезерные экскаваторы), В этом случае зубья закрепляют непосредственно на роторе (фрезе). Фрезерные экскаваторы применяют для нарезания щелей при укладке кабелей  связи,   а  также  для  подготовки прочных грунтов перед последующей разработкой другими средствами, например путем сдвига расчлененных блоков грунта мощными бульдозерами. У цепных экскаваторов ковши могут быть заменены скребками (скребковые экскаваторы). Последние применяют для разработки узких траншей в слабых грунтах. В этом случае осыпание транспортируемого скребками грунта ограничивается боковыми стенками траншеи.

Режущие кромки ковшей (зубьев, скребков) совершают сложное движение, получаемое как результат сложения движений ковша вместе с ротором или ковшовой цепью относительно рамы, на которой они установлены (относительное движение), и рамы относительно неподвижной базовой части машины или машины в целом (переносное движение). Если относительное движение совершается в плоскости переносного движения, как, например, у траншейных экскаваторов, то этот способ разработки грунта называют продольным копанием, в противном случае копание называют поперечным, как, например, у карьерных роторных экскаваторов с неподвижной базой и вращающейся в горизонтальной плоскости стрелой, на конце которой установлен ротор с ковшами, вращающийся в вертикальной плоскости. Цепные карьерные экскаваторы также относятся к машинам поперечного копания. У них относительное движение ковшей не совпадает по направлению с перемещением в процессе экскавации всей машины, движущейся вдоль разрабатываемого карьера.

Многоковшовые экскаваторы оборудуют преимущественно гусеничными (траншейные, мелиоративные и карьерные роторные экскаваторы) или рельсо-колес-ными (цепные экскаваторы поперечного копания) ходовыми устройствами. В отдельных случаях для траншейных экскаваторов малой мощности применяют также пневмоколесный ход. Рельсо-колесные ходовые устройства обладают невысокой маневренностью, поэтому их применяют на стабильных по длине объектах значительной протяженности. По мере выработки забоя, после исчерпания маневренности рабочего оборудования рельсы перемещают на новую позицию

Траншейные экскаваторы. Траншейный экскаватор ( 4.21, а, 6) состоит из тягача, рабочего органа и отвалообразова-теля. Тягач обеспечивает экскаватору поступательное перемещение как в режиме экскавации, так и при его перебазировании. Его оборудуют ходовым устройством 5, силовой установкой 7 с передаточными механизмами и системой управления, кабиной машиниста 6. Тягач изготовляют преимущественно на базе тракторных узлов. Для снижения удельных давлений на грунт его ходовые устройства удлиняют по сравнению с тракторными, а для обеспечения продольной устойчивости наиболее тяжелые агрегаты, например, силовую установку располагают в передней части тягача. При необходимости там же устанавливают дополнительный противовес. На тягаче также монтируют раму 8 для его соединения с рабочим органом.

Рабочий орган выполняют в двух вариантах: в виде колеса (ротора) 2 с расположенными по его периферии ковшами 3 или в виде ковшовой цепи 26 ( 4.21, б). Соответственно различают роторные и цепные траншейные экскаваторы. Рабочий орган роторного экскаватора вращается в плоскости движения последнего, опираясь на раму 17 (см.  4.21, а) через опорные 15 и направляющие 19 ролики. Боковыми балками 16 рама соединена с тягачом посредством ползунов, перемещающихся с помощью гидро-цилиндров 9 и полиспаста // по направляющим 4. Установкой ползунов в требуемое положение по высоте регулируют глубину отрываемой траншеи, а для перевода рабочего оборудования в транспортное положение / применяют систему, состоящую из гидроцилиндра 10, стойки 12 и каната 13. Соединение рабочего органа с тягачом возможно и посредством колен-чато-рычажного механизма ( 4.21, в). Глубина траншеи в этом случае регулируется изменением угла между тяговыми брусьями 28 и продольными балками 16 рамы рабочего органа. Этим же механизмом рабочее оборудование переводится в транспортное положение /. Задней частью рама 16 опирается на грунт через колесную 27 или скользящую 20 (см.  4.21, а) опору, на которой устанавливают щит для зачистки дна траншеи от осыпавшегося грунта при возвратном движении опорожненных ковшей в забой. Для возможности разгрузки ковшей на отвалооб-разователь 14 их изготовляют без внутренних стенок с днищами из цепных матов, а для удержания в них грунта при перемещении ковша снизу вверх в передней части рамы 17 устанавливают цилиндрический щит 29 ( 4.21, г}.

Ковшовая цепь цепного экскаватора с помощью ведущих звездочек 25 (см.  4.21. б) перемещается по натяжному колесу 22 и поддерживающим роликам 24, установленным на ковшовой раме 23. Как и у роторного экскаватора, ковши выполняют без внутренних стенок и закрепляют их на цепи только передней частью так, чтобы при переходе через верхнее положение хвостовая часть ковша поднималась вверх для гравитацион-

ной разгрузки грунта на отвалообразова-тель (положение //). Глубину траншеи регулируют установкой в требуемое положение ползунов ковшовой рамы на направляющих 4 рамы 8 тягача. Этим же способом рабочее оборудование переводят в транспортное положение /.

Для снижения энергоемкости копания грунта зубья 30 ( 4.21, д) на ковшах как роторных, так и цепных экскаваторов устанавливают в таком порядке, чтобы по следу любого зуба перемещался зуб, расположенный на диаметрально противоположном ковше. Это обеспечивает разработку грунта с повышенной толщиной среза, близкой к критической, соответствующей минимальной энергоемкости процесса.

В неустойчивых грунтах траншеи отрывают с откосами, для чего на роторных экскаваторах по обе стороны ротора уста-

навливают ножевые откосники 1 (см.  4.21, а). Срезанный ими грунт обрушивается вниз, где он подхватывается и выносится к месту разгрузки ковшами. На цепных экскаваторах применяют активные откосники из тяговых цепей 32 ( 4.21, в) с закрепленными в их звеньях резцами. Каждая из двух цепей одним концом крепится на качающемся балансире 33, а вторым — на эксцентрично расположенном пальце 31 натяжного колеса, от которого она получает возвратно-поступательное движение- Вследствие этих движений часть грунта, находящаяся в верхней части откосов, отделяется от массива и обрушивается вниз, где, как и в случае роторных экскаваторов, захватывается ковшами и выносится на поверхность для разгрузки на отвальный конвейер.

Отвалообразователи 14 (см.  4.21, а, 6), представляющие собой ленточные конвейеры, устанавливают в полости ротора — в случае роторных экскаваторов или на тягаче — в случае цепных экскаваторов. В современных траншейных экскаваторах применяют два типа отвальных конвейеров: криволинейные 34 ( 4.21, ж), у которых рабочая ветвь конвейерной ленты изогнута по цилиндрической поверхности, и двухсекционные 21 (см.  4.21, а), состоящие из двух прямых участков, один из которых — горизонтальный — в зависимости от вида рабочего органа располагается в полости ротора или на тягаче и служит для эвакуации грунта из этой зоны, а второй — наклонный — отсыпает грунт в отвал с одной стороны траншеи. Криволинейные конвейеры используют на экскаваторах малой мощности (до 75 кВт), а двухсекционные — на экскаваторах средней и большой мощности. В зависимости от требуемой дальности отбрасывания грунта от траншеи, определяемой глубиной траншеи и боковыми уклонами дневной поверхности земли, криволинейные конвейеры устанавливают в требуемое положение путем передвижения в поперечном направлении относительно движения экскаватора. В двухсекционных конвейерах эту регулировку производят путем изменения угла наклона внешней, наклонной секции. Отвальный  конвейер   может быть  установлен  с

любой стороны экскаватора. С этой целью криволинейные конвейеры передвигают в нужное положение, как и ранее, а двухсекционные переставляют на другую сторону с помощью грузоподъемного оборудования.

Траншейные экскаваторы оборудуют автономной силовой установкой с двигателем внутреннего сгорания, обычно дизелем. В зависимости от способа передачи энергии основным рабочим механизмам различают экскаваторы с механической, электрической, гидравлической и комбинированной передачами. Первый вид передач характерен для машин малой и средней мощности (до 120 кВт), а второй и последний — для машин большой мощности. Экскаваторы с чисто гидравлическими передачами в настоящее время не выпускаются. Благодаря возможности бесступенчато изменять рабочие скорости передвижения экскаватора для привода ходового устройства весьма эффективны гидрообъемные передачи с насосами переменной подачи.

Для отрывки неглубоких и узких траншей при небольших объемах работ на одной строительной площадке и связанной с этим частой перебазировкой землеройных машин применяют цепные экскаваторы на базе п н е в м о колесных тракторов ( 4.22). Рабочий орган этих машин, навешенный на трактор в его задней части, оснащают чередующимися резцами 6 и скребками 3 соответственно для отделения грунта от массива и его выноса на поверхность. Вынесенный на поверхность грунт отодвигают в стороны от траншеи шнеками 7, которые приводятся в движение от тяговой цепи 5. Просыпавшийся на дно траншеи грунт подгребают к скребкам зачист-ным башмаком 4, укрепленным на раме рабочего органа 2. Экскаватор дополнительно оборудуют бульдозерным отвалом /.

На базе траншейных роторных экскаваторов или их тягачей изготовляют роторные траншеезасыпатели, некоторые модели шнекороторны.х каналокопателей, а также фрезерные экскаваторы. Роторные траншеезасыпатели оборудуют широкозахватными роторами. Двигаясь вдоль траншеи, траншеезасыпатель подобно роторному экскаватору разрабатывает бруствер, отсыпая грунт из ковшей на отвальный конвейер, откуда он сбрасывается в траншею. Эти машины весьма аффективны в трубопроводном строительстве для засыпки траншей С уложенным в них изолированным трубопроводам. Отсыпанный в траншею грунт предварительно измельчается и процессе его разработки ковшами и постепенно по откосу отсыпается на уложенный трубопровод, не повреждая его изоляции.

В шнекороторных к а к а л о к о-п отелях, применяемых для отрывки каналов полного профиля в мелиоративном строительстве, полностью используют тягач и рабочее оборудование траншейного роторного экскаватора. Его дооборудуют двумя шнеками / ( 4.23) и двумя (вместо одного у роторного траншеекопателя} отвалообразователямн 3. При вращении относительно своих осей ножами, закрепленными на спиральных режущих кромках 2, шнеки разрабатываю-i грунт в откосах и перемешают его вниз, где он захватывается ковшами ротора 4, разрабатывающими среднюю часть поперечного сечения канала, выносится ими на поверхность и отсыпается на отвальные конвейеры 3, разгружающие грунт в бруствер по обе стороны канала. Положение бруствера относительно оси канала регулируют наклоном к горизонту отвальных конвейеров. По сравнению с базовыми машинами эти экскаваторы имеют пониженные рабочие скорости передвижения, что связано с необходимостью разработки каналов, по площади поперечных сечений более чем в два раза превышающих размеры траншеи без увеличения мощности силовой установки базовой машины.

На базе цепных экскаваторов изготовляют экскаватор ы-д ре н о у к л а д-ч и к и ( 4.24, а), применяемые в мелиоративном строительстве для устройства закрытого дренажа, для чего цепной экскаватор дополнительно оборудуют ящиком-трубоукладчиком 5, шарнирно соединяемым с рамой 2 цепного рабочего орга-га. Трубоукладчик ( 4.24, 6) дооборудуют лотком 7 для опускания дренажных гончарных трубок в траншею и корытами 6 и 10 для укладки в них рулонов подстилающей и накрывающей дренирующей стеклоткани или армированного стекло-холста. При укладке пластмассовой трубы экскаватор оборудуют, кроме того, барабаном 1 (см.  4.24, а), навешиваемым на тягач в его передней части. На   этот   барабан   насаживают   бухту   с пластмассовой  трубой,   которая  по мере

продвижения экскаватора разматывается с барабана и поступает в трубоукладчик, а оттуда укладывается в траншею. Экскавацию грунта эти машины осуществляют как траншейные цепные экскаваторы, но с меньшей производительностью из-за необходимости точного соблюдения уклонов дна траншей и остановок машин для пополнения трубоукладчика дренирующим материалом из запасных кассет 8 и 9 { 4.24, 6), а при укладке пластмассовой трубы, кроме того, для заправки барабана новыми бухтами трубы. Для выдерживания заданных уклонов экскаватор оборудуют автоматической системой с датчиком 3 (см.  4.24, а), скользящим по копирному канату 4, натянутому по реперным столбикам рядом с отрываемой траншеей.

Среди экскаваторов траншеекопатели имеют наиболее низкие показатели удельной материалоемкости и энергоемкости: 43...63 кг/(У/ч| и 0,16...0,23 кВт'Ч/м3— для роторных; 42...86 кг/(м8/ч) и 0,27... 0.37 кВт-ч/м*— для цепных машин. По сравнению с обратными лопатами, также применяемыми для отрывки траншей, траншейные экскаваторы расходуют в 1,7...3 раза меньше энергии на отрывку каждого 1 м3 грунта при уменьшенной в 2,8...3,3 раза массе этих машин. Они отрывают выемки строго заданных проектных размеров, в то время как для получения требуемых размеров «в свету» обратными лопатами необходимо вынуть грунта в 1.5...2 раза больше расчетного. По сравнению с цепными роторные экскаваторы могут разрабатывать более прочные грунты благодаря жесткой конструкции рабочего органа. По этой же причине рабочий орган роторного экскаватора, имеющий меньше подвижных соединений по сравнению с цепным рабочим органом, в меньшей мере подвержен износу. Однако цепные экскаваторы могут разрабатывать более глубокие траншеи, в то время как роторные только до 3 м, что связано с увеличением диаметра ротора и габаритной высоты машины в ее транспортном положении.

На траншейных экскаваторах устанавливают двигатели увеличенной на 20... 25 % мощности по сравнению с расчетной, что обеспечивает им устойчивую работу в различных грунтовых условиях.

Карьерные экскаваторы поперечного копания. Применяемые в строительстве карьерные экскаваторы различают по исполнению рабочего оборудования: соответственно роторные стреловые и цепные. По направлению рабочих движений эти машины относят к экскаваторам поперечного копания.

Роторные стреловые экскаваторы предназначены для разработки грунтов I...III категорий, однородных или с наличием некрупных каменистых включений. Эти машины имеют широкую область применения: на вскрышных работах и карьерной добыче строительных материалов, разработке больших котлованов и других выемок в промышленном, транспортном и мелиоративном строительстве, возведении насыпей, дамб, плотин, на погрузочно-разгрузочных работах на складах насыпных материалов. Отечественной промышленностью выпускаются экскаваторы на базе дизель-электрических одноковшовых экскаваторов четвертой и шестой размерных групп для разработки грунта выше уровня стоянки до 7,5 м и ниже этого уровня до 3,5 м при радиусе копания до 11,5 м и технической производительности в грунтах I категории до 55(1 м /ч. По удельной энергоемкости эти машины находятся на уровне лучших экскаваторов непрерывного действия (0,22... 0,24 кВт-ч/м'1), но уступают им по удельной материалоемкости (100... 140 кг/(й*/ч). От базовых одноковшовых экскаваторов в конструкциях роторных стреловых экскаваторов сохраняют ходовые 8 ( 4.25. а) и опорно-поворотные устройства, частично или полностью платформу 11, на которой располагают силовую дизель-генераторную установку 12 (обычно в хвостовой части платформы с целью ее уравновешивания), насосную станцию 6", механизмы поворота 10, кабину 5 с органами управления и две стойки-пилоны 7. В верхней части пилонов шарнирно за-крепляют стрелу 2 с ротором / на конце и приемным ленточным конвейером S, расположенным вдоль стрелы. Для работы на уступах различных уровней стрела может поворачиваться относительно шарнира на пилоне в вертикальной плоскости посредством гидроцилиндра 4. Ротор с ковшами и тарельчатым питателем 19 ( 4.25, б) приводится во вращение от электродвигателя 17 через систему карданных валов и зубчатых передач, а приемный конвейер — мотор-барабаном 16 (см.  4.25, а). Последний представляет собой барабан со встроенным в него электродвигателем и зубчатым редуктором.   Отвальный   конвейер   13   опирается на центрально установленный подпятник 9 с индивидуальным электрическим приводом, обеспечивающим конвейеру независимый поворот в плане относительно поворотной платформы. Вертикальное положение отвального конвейера в зависимости от высоты разгрузки регулируют гидроцилиндром 15, шарнирно закрепленным на кронштейнах стоек-пилонов с возможностью соосного вращения с отвальным конвейером. Привод отвального конвейера осуществляется мотор-барабаном 14 на его дальнем конце.

Дли работы верхним копанием (выше уровня стоянки экскаватора) машину располагают перед забоем на расстоянии вылета стрелы. Отвальный конвейер устанавливают по высоте и в плане в положение разгрузки. Вертикальными перемещениями стрелы при вращающемся роторе последний заглубляют в грунт на высоту уступа. Фиксируя в этом вертикальном положении стрелу, одновременным поворотом платформы и вращением ротора при движении ковшей снизу вверх разрабатывают грунт, отделяя его от массива, вынося ковшами вверх и разгружая на тарельчатый питатель, выполненный в виде наклонного вращающегося диска 19 ( 4.25, и). С помощью скребка 20 грунт ссыпается с тарельчатого питателя на приемный ленточный конвейер, транспортируется им и перегружается в центральной части поворотной платформы на отвальный конвейер, которым выносится и разгружается в транспортное средство или в отвал. При разгрузке в транспортные средства положение отвального конвейера в плане неизменно, а при разгрузке в отвал конвейер может находиться в одном положении или поворачиваться для распределения отсыпанного грунта ровным слоем в пределах отведенной полосы. В конце поворотного перемещения платформы, ограниченного шириной захватки забоя, ротор со стрелой опускают до уровня следующего уступа и реверсивным движением поворотной платформы при прежнем направлении вращения ротора повторяют экскавацию грунта. После разработки последнего уступа, чаше всего соответствующего уровню стоянки экскаватора, машину переметают в направлении к забою на новую стоянку и повторяют землеройный процесс.

Для работы нижним копанием ковши на роторе переставляют, поворачивая их на 180", для возможности разработки грунта вращением ротора в обратном прежнему направлении. Опустив стрелу, экскавацию грунта осуществляют по описанной выше схеме для верхнего копания. Дли надежного транспортирования грунта круто наклоненным приемным конвейером используют прижимной конвейер 18 (см.  4.25. а), который устанавливают над приемным конвейером. Грунт перемешается между лентами двух конвейеров, движущимися в одном направлении.

Для добычи полезных ископаемых открытым способом, а также для вскрышных работ применяют мощные роторные комплексы производительностью до 5000 м\/ч в составе роторного экскаватора и накопительно-перегрузочных устройств с железнодорожными или автомобильными транспортными средствами на карьерно-добычных работах или транспортного отвального оборудования непрерывного действия на вскрышных работах- По своей структуре эти экскаваторы сходны с описанными выше строительными экскаваторами, но отличаются от них размерами и конструктивными решениями отдельных узлов. Фактическая, эксплуатационная производительность этих комплексов в значительной мере зависит (п типа транспортных средств, которыми в основном определяются размеры вынужденных простоев экскаватора, меньшие для отвального оборудования непрерывного действия и большие для железнодорожного транспорта, особенно одноколейного.

Цепные экскаваторы п о п е-речного копания применяют для добычи строительных материалов, в основном в карьерах кирпичных заводов. Базовая часть машины ( 4.26, о) состоит из нижней рамы, металлоконструкций надстройки, рельсо-колесного ходового устройства и механизмов привода ковшовой цепи, хода, подъема и опускания ковшовой рамы с питанием от электрической сети. В процессе работы экскаватор перемещается по рельсам вдоль разрабатываемого карьера. Рабочий орган, состоящий из П-образной ковшовой рамы, ковшовой цепи, приводного вала со звездочками, натяжных колес и поддерживающих роликов, установлен так, что его ковшовая цепь перемещается в плоскости, перпендикулярной перемещению экскаватора. Ковшовую раму подвешивают к стойке через два полиспаста. Перемещаясь вдоль забоя, экскаватор ковшами разрабатывает грунт, которым они заполняются, выносит его из забоя и отсыпает в бункер или отвальный конвейер.

Ковшовая рама состоит из четырех шар-нирно сочлененных участков: верхней и нижней рам, верхнего и нижнего планирующих звеньев. С помощью полиспастов можно получить различные конфигурации ковшовой рамы, которыми обеспечиваются необходимые схемы копания. Нижнее планирующее звено DE ( 4.26, б) используют для разработки забоя постоянной глубины параллельным нижним копанием (ниже уровня стоянки экскаватора). С этой целью верхнее планирующее звено ВС жестко соединяют с верхней рамой АВ, а ковшовую раму посредством полиспастов устанавливают в исходное положение ЛСД.Еп. После отработки карьера по всей его длине ковшовую раму опускают на толщину среза А — положение ACiDiE], после повторной проходки — до положения AC2D2E2 и т.д. до предельного положения ABCDE, которым исчерпываются кинематические возможности отработки забоя. После этого рельсовый путь отодвигают от забоя на расстояние 5, определяемое начальным и конечным положениями ковшовой рамы (0,8...2 м), и повторяют процесс.

При жестком соединении нижнего планирующего звена DE ( 4.26, в) с нижней рамой CD и изменении положения ковшовой рамы только с помощью нижнего полиспаста получаем веерную схему копания. Последовательные положения ковшовой рамы АСЕ,,, АСЕ] и т. д. до предельного АЕ показаны на  4.2*:i, в. Веерная схема проще в управлении по сравнению со схемой параллельного копания. Для ее реализации не требуется регулировать нижнее планирующее звено, а установка ковшовой рамы в требуемое положение обеспечивается одним полиспастом вместо двух. Ее существенным недостатком является переменная толщина среза по длине разрабатываемого откоса— максимальная внизу и уменьшающаяся практически до нуля в верхней части. Это приводит к неравномерному иагружению ковшей по длине разработки и снижению вследствие УГОГО производительности экскаватора. Эта схема, кроме того, не обеспечивает ровной поверхности подошвы забоя, в связи с чем при переходе на новые уступы требуется проводить дополнительные планировочные работы. Этих недостатков нет в схеме параллельного копания, однако она более сложна конструктивно и в эксплуатации. Верхнее планирующее звено ВС используют для отработки забоя верхним копанием (выше уровня стоянки экскаватора). Схема верхнего копания параллельными срезами показана на  4,26, а.

Отечественной промышленностью выпускаются цепные экскаваторы поперечного копания на глубину (высоту) до 8,5 м производительностью до 45 и3/ч при непрерывной работе. Энергоемкость разработки грунта этими машинами составляет 0,39...1,33 кВт-ч/м8, а .материалоемкость— 260...560 кг/(м3/ч).