Современные экскаваторы: принцип работы и особенности устройства

moskva_1.jpg Изображение к статье о спецтехнике

Экскаватор — землеройная машина для выемки и отвала грунта, которая во много раз упростила дорожные, строительные работы и добычу полезных ископаемых.

Интересно знать! В первой половине 19 века было подсчитано, что экскаваторы на паровой тяге заменяют собой труд 100 человек. С тех пор производительность техники выросла во много раз. Так, карьерный экскаватор с собственной эксплуатационной массой в 3500 тон имеет ежесуточную плановую норму выработки угля в 25000 тон.

Назначение экскаваторов

По назначению экскаваторы делятся на группы:

• Дорожно-строительные.
• Универсальные.
• Вскрышные.
• Подземные.
• Карьерные.

Восстановленная техника наряду с новой успешно решает как дорожно-строительные, так и другие задачи по выемке и перемещению грунта.

Когда экономически н оправданно приобретение новой техники, предприятия рассматривают машины с наработкой. Ресурс экскаваторов измеряется в моточасах до капитального ремонта, а технический сервис состоит из плановых ремонтов и обслуживаний. Так, универсальный одноковшовой экскаватор с наработкой после технических процедур по восстановлению и замене изношенных узлов и деталей в специализированном сервисе полностью готов к эксплуатации на объектах заказчика.

Н2: Классификация экскаваторов

Землеройная техника разделяется по ряду признаков, среди которых габариты, мощность, тип шасси и др. Основная характеристика экскаватора — это его эксплуатационная масса. Чем больше масса — тем больше полезной работы может совершить техника за единицу времени.

Таблица 1 Основные виды ковшей

Таблица 2 Классификация одноковшовых экскаваторов по массе

По типу работы машины бывают циклические и непрерывного действия. Циклические экскаваторы обычно оборудованы одним ковшом и предназначены для широкого спектра работ: копания траншей, расчистки и планирования территорий, строительства и дорожных работ.

Экскаваторы непрерывного действия — это многоковшовая техника, которая способна одновременно выполнять выемку породы и транспортировать ее к месту отвала благодаря круговой схеме работы ковшей.

Траншейный экскаватор на тракторной базе используется для прокладки электрокабелей и других коммуникаций. Этой машиной удобно прокладывать траншеи и канавы с заданной шириной и глубинной.

Как устроен экскаватор

На примере одноковшового экскаватора на пневмоколесном ходу рассмотрим устройство этой спецтехники, которая состоит из таких основных частей:

• Опорно-поворотное устройство.
• Пневмоколесное ходовое устройство.
• Выносная опора.
• Поворотная платформа.
• Силовая установка.
• Гидроцилиндры стрелы, рукояти, ковша.
• Стрела.
• Рукоять.
• Ковш.
• Кабина машиниста.
• Бульдозерный отвал.

Опорно-поворотное устройство

Опорно-поворотное устройство экскаватора позволяет платформе машины совершать полный оборот в обе стороны вокруг вертикальной оси. К прочности и надежности этого механизма предъявляются повышенные требования, поскольку он воспринимает не только собственный вес платформы с оборудованием, но также и ветровые нагрузки, и толчки во время копания.

В современных моделях экскаваторов широкое распространение получили опорно-поворотные устройства на базе опорно-поворотных кругов с шариками или роликами в виде тел качения. Такая конструкция стала использоваться вместо каткового устройства и благодаря отсутствию в ней центральной центрирующей цапфы, уменьшена масса, снижено сопротивление повороту, упрощено обслуживание и т.д.

Гидросистема

В гидросистему экскаватора входит комплект узлов, деталей и агрегатов, в том числе и таких:

• Сдвоенная регулируемая помпа с суммирующей регулировкой мощности.
• Клапанный блок.
• Распределительная аппаратура.
• Гидравлический мотор.
• Гидроцилиндры.
• Фильтры.
• Бак.
• Гидролинии.
• Соединители, фитинги, крепеж.

Крутящий момент от силовой установки экскаватора передается на вал гидронасоса и преобразуется в гидравлическую энергию, которая через клапана управления приводит в движения цилиндры стрелы, рукояти и ковша машины.

Ходовая часть

Экскаваторы с пневмоколесной ходовой имеют лучшую маневренность, чем техника на гусеничном шасси. По проходимости и преодолению уклонов, и неровностей почвы гусеничная ходовая имеет преимущества перед пневмоколесным шасси.

Ходовая часть пневмоколесного экскаватора является базой для поворотной платформы с двигателем и рабочим механизмом и состоит в том числе из таких частей:

• Несущей рамы.
• Карданного вала.
• Коробки передач.
• Откидные опоры.
• Передний и задний мост.
• Отвал.
• Колеса.

В движение экскаватор приводится с помощью гидравлической системы и гидромотора на раме. Передняя ось оснащена поворотным механизмом, а шасси комплектуется рабочей и стояночной тормозной системой.

Шасси гусеничного экскаватора выполнено в виде рамы, в средней части которой находится опора с зубчатым венцом. В нее входят в том числе такие элементы:

• Привод.
• Гидравлическое оборудование.
• Гусеницы.
• Направляющие и опорные катки.
• Механизм натяжения гусениц.
• Левый и правый закрывающие кожухи.

Направление движения гусеничного экскаватора изменяется благодаря стопору одной из гусениц, привод на которые идет от гидромотора через многоступенчатый редуктор.

Электросхема

Электросхема дизельного экскаватора состоит преимущественно из системы пуска мотора, освещения и оповещения. Основные элементы, которые входят в электрооборудование дизельной землеройной техники на примере экскаватора Э-652А:

• Генератор.
• Блок предохранителей.
• Мотор вентилятора.
• Стартер.
• АКБ.
• Амперметр.
• Выпрямитель.
• Передние, задние фонари.

Принцип работы экскаватора

Силовая установка дизельного экскаватора создает крутящий момент, который через механический привод, гидравлические линии, гидронасосы и гидромотор приводит в действие ходовую, поворотную платформу и рабочие гидроцилиндры машины на стреле, рукояти и ковше. Энергия сгорания дизельного топлива преобразуется в поступательное движение гидравлической жидкости, которая, выполнив свою роботу, перетекает назад в гидравлический бак через клапан в гидролинии.

Зная особенности устройства, виды и характеристики экскаваторов, можно выбрать машину, которая решит производственные задачи предприятия и увеличит круг выполняемых ими работ благодаря широкому наименованию навесного оборудования для различных операций.

Одноковшовые экскаваторы

Экскаватор представляет собой землеройную машину, главными функциями которой являются разработка (иными словами – копание) грунта и его последующая загрузка в отвал либо в кузов того или иного транспортного средства, к примеру, самосвала. Экскаваторы стали высокоэффективной заменой рабочим-землекопам, успешно справившись с механизацией их непростого ручного труда и внеся весомый вклад в рост производительности земляных работ.

Содержание обзора

По количеству ковшей экскаваторы делят на одноковшовые и многоковшовые. Наиболее широкое применение в строительной сфере, при разработке месторождений и в ряде других отраслей человеческой деятельности находят одноковшовые модели экскаваторов, поэтому дальше речь пойдёт только о них.

Конструкция одноковшового экскаватора

К числу базовых элементов классического одноковшового экскаватора относят ходовое устройство 1, рабочее оборудование 2 и поворотную часть 3 (рисунок 1).

Рисунок 1. Элементарная схема одноковшового экскаватора

Функциями ходового устройства 1 являются передвижение машины и передача на грунт веса самого экскаватора, а также нагрузок, которые неизбежно появляются во время работы. Рабочее оборудование – целый комплекс узлов, обязательно включающий рабочий орган (им может быть не только обычный ковш, но и грейфер, крюк либо нечто иное) и отвечающий за функционирование последнего в зоне работы экскаватора.

Поворотная часть 3 включает:

• поворотную платформу (ей бывает отведена роль основания, где располагаются перечисленные ниже узлы);
• силовой агрегат (двигатель);
• рабочее оборудование;
• основные механизмы.

Применение экскаваторов

В наши дни ни одна стройка не обходится без применения тех или иных экскаваторов. Высокий уровень производительности, надежность, возможность реализации земляных работ даже в самых непростых условиях позволяют применять данные машины в разных сферах. Одноковшовые экскаваторы успешно применяют для:

• подготовки траншей и котлованов;
• подготовки выемок, рытья каналов;
• возведения дамб; ;
• вскрышных работ;
• отсыпки насыпей с использованием боковых резервов;
• осуществления планировочных работ;
• дробления скальных пород;
• рыхления замерзшего грунта;
• погрузки и разгрузки различных материалов;
• очистки каналов во время их эксплуатации;
• обратной засыпки грунта;
• уплотнения грунта в пазухах и т.д.

Экскаватор можно брать на вооружение при разработке земли как выше уровня площадки, где он стоит на момент совершения работ, так и ниже рассматриваемого уровня.

Рисунок 2. С одноковшовым экскаватором можно легко организовать разработку грунта как выше, так и ниже уровня площадки, где он расположен

• эффективно функционировать в стесненных условиях,
• раскапывать грунт под слоем воды,
• осуществлять выгрузку выкопанной земли в кузов автомобиля,
• отсыпать его на большом расстоянии от точки разработки в отвал,
• осуществлять заключительную отделку уклона и поверхности стенок котлованов, траншей,
• с высокой точностью производить планировку горизонтальной плоскости строительных участков, дна котлованов.

Основное рабочее оборудование экскаваторов

Одноковшовый экскаватор может быть укомплектован основным (которое пускается в ход непосредственно для копания грунта) либо дополнительным рабочим оборудованием, водружаемым на базовую машину для реализации иных операций.

Прямая лопата

Основным рабочим оборудованием, которое пускают в ход при разработке грунта выше площадки, где находится экскаватор, является прямая лопата. При подобной конструкции экскаватора ковш закреплен на рукояти, которая устанавливается на стреле шарнирно. Ну а последняя шарнирно закрепляется на поворотной платформе, о которой уже шла речь ранее.

Рисунок 3. Гусеничный экскаватор с прямой лопатой во время выполнения своих непосредственных функций

В течение эксплуатации экскаватора с прямой лопатой грунт копается в направлении от машины. Данное рабочее оборудование гарантирует максимальное усилие копания грунта и наибольшую производительность (благодаря снижению до минимума числа операций, реализуемых за один цикл копания). Наиболее логичным привлечение к работе рассматриваемых здесь землеройных машин выглядит при погрузке грунта и сыпучих материалов, а также при разработке месторождений полезных ископаемых.

Классический цикл функционирования экскаватора с прямой лопатой, продемонстрированный на рисунке ниже, включает в себя ряд операций.

1. 1. Загрузка ковша, совершаемая посредством поворота рукояти относительно стрелы. При этом положение ковша относительно рукояти и положение стрелы относительно шасси остается таким, же, каким было.
2. 2. Поворот платформы совместно с рабочим оборудованием после завершения загрузки. Далее ковш направляется к пункту разгрузки. В данный временной промежуток положение ковша относительно поворотной платформы остается прежним.
3. 3. Подъем стрелы. Данная операция, предшествующая разгрузке ковша, производится с целью увеличения погрузочной высоты.
4. 4. Разгрузка ковша. На гидравлических моделях экскаваторов совершается путем поворота ковша относительно рукояти (то есть обычным опрокидыванием), а на механических – путем открывания дна ковша.

Рисунок 4. Четрые этапа рабочего цикла экскаватора типа «прямая лопата»

Обратная лопата

Обратной лопатой оборудуются экскаваторы, проектируемые для разработки грунта ниже уровня площадки, где находится машина. В ситуации с рабочим оборудованием этого типа копание грунта осуществляется в направлении к экскаватору, то есть иначе, нежели при функционировании машины с прямой лопатой. Гидравлические модели экскаваторов, «вооруженные» обратной лопатой, обладают способностью вести разработку грунта не только ниже, но и выше уровня, на котором находится базовая машина, однако делают это с меньшей производительностью, если сравнивать с прямой лопатой.

Рисунок 5. В деле мини-экскаватор с обратной лопатой

Цикл работы данных экскаваторов отличается у моделей с разным приводом. Для примера рассмотрим основные его этапы (показаны на рисунке ниже) для гидравлических машин, имеющих независимый привод рукояти, стрелы и ковша.

Рисунок 6. Основные этапы рабочего цикла экскаватора типа «обратная лопата»

1. 1. Заглубление стрелы в выемку. В то же самое время выполняется позиционирование рукояти экскаватора.
2. 2. Загрузка ковша его поворотом относительно рукояти;
3. 3. Выглубление стрелы.
4. 4. Поворот рукояти и ковша во избежание высыпания набранного грунта (совершается синхронно с выглублением стрелы).
5. 5. Поворот платформы с базирующимся на ней рабочим оборудованием.
6. 6. Разгрузка грунта.

Грейфер

При подготовке узких котлованов большой глубины, а также для погрузки и выгрузки грунта и других материалов в дело вступают экскаваторы, в которых роль рабочего органа отводится грейферу. Рабочим органом данного типа могут комплектоваться и механические, и гидравлические экскаваторы. У вторых грейфер обычно занимает место на рукояти, заменяя ковш (его челюсти при этом имеют гидропривод). В случае с механическими экскаваторами конструкция включает канаты, на которых подвешивается грейфер.

Рисунок 7. Экскаватор с грейфером в работе

Сменные рабочие органы

При необходимости реализации всевозможных специфических задач на экскаватор в качестве замены традиционному ковшу может быть установлено такое сменное рабочее оборудование, как:

• гидравлический молот (гидрорыхлитель),
• корчеватель пней,
• манипуляторный захват,
• крановое оборудование,
• ковши для производства дренажных работ,
• отвалы и мн.др.

Рисунок 8. Навесное оборудование современных экскаваторов

Огромное распространение в наши дни получили экскаваторы с гидромолотом, которые хорошо проявляют себя при рыхлении замерзшего грунта, дроблении на части негабаритных кусков горных и других твердых пород, взламывании старых асфальтных покрытий, оснований зданий, уплотнения грунта. Привод от насосов гидравлической системы базовой машины гарантирует оптимальное потребление установленной мощности и уменьшение эксплуатационных затрат.

Рисунок 9. Экскаватор с гидравлическим молотом

Перед тем как начать корчевать пни с помощью экскаватора, вместо ковша на нем ставится челюстной захват. Установка манипуляторного захвата на место основного рабочего оборудование позволяет с максимально возможной эффективностью использовать экскаватор для совершения монтажных и демонтажных работ.

Рисунок 10. Экскаватор с манипулятором в процессе реализации работ по демонтажу старой постройки

Отличия полноповоротных экскаваторов от неполноповоротных

Все модели экскаваторов принято делить на два типа: полноповоротные и неполноповоротные. В первом случае поворотная платформа, укрепленная на шасси с использованием опорно-поворотного устройства (далее – аббр. ОПУ) и служащая базой для установки рабочего оборудования, приводов, силового агрегата и кабины машиниста экскаватора, может поворачиваться относительно ОПУ по часовой стрелке и против на нее на любой желаемый угол.

Рисунок 11. Пример конструкции экскаватора полноповоротного типа

Говоря о второй группе экскаваторов (машины неполноповоротного типа), надо отметить, что здесь рабочее оборудование, держащееся на шасси с помощью поворотной колонки, способно поворачиваться лишь на ограниченный угол (находится в пределах не более 90 градусов) от начального положения. При этом двигатель, кабина и механизмы находятся на неповоротном шасси.

Рисунок 12. Пример неполноповоротного экскаватора на базе колесного трактора

Классификация экскаваторов в зависимости от типа шасси

Одной из наиболее популярных классификаций экскаваторов одноковшового типа является подразделение на несколько групп исходя из типа базового шасси.

Экскаваторы на базе трактора

В данном случае роль шасси исполняет трактор, обычно пневмоколесный. Неполноповоротное рабочее оборудование бывает размещено сзади (либо, в редких случаях, сбоку) базового трактора, на предусмотренной для этих целей раме. Как правило, такие экскаваторы «экипируются» ковшами объемом порядка 0,2-0,5 куб. метров. В нашей стране большое распространение получили тракторы с навесным экскаваторным оборудованием МТЗ. Эти машины отличаются высокой скоростью движения и компактными размерами, благодаря чему они могут легко перемещаться в общем транспортном потоке, следуя к пункту выполнения землеройных работ.

Рисунок 13. Экскаватор на базе трактора

Экскаваторы на автомобильном шасси

Нередко в роли шасси применяются грузовые машины, зачастую обладающие повышенной проходимостью. Безусловно, такой экскаватор отличается высокой скоростью передвижения, а потому эффективно проявляет себя в тех ситуациях, когда имеет место необходимость в высоком уровне мобильности, будь-то военное дело, проведение спасательных операций или, к примеру, расчистка каналов. В подавляющем большинстве случаев рабочим оборудованием машин этого типа выступает обратная лопата.

Пневмоколесные экскаваторы

Характерной особенностью этой разновидности землеройных машин является наличие собственного колесного шасси с обычными пневматическими шинами. На рынке представлены как крошечные модели, оснащенные ковшом объемом 0,04 куб. метра, так и солидные 20-тонные машины с ковшом, рассчитанным на 1,5 куб. метра. Как правило, экскаваторы на таком шасси могут набирать скорость до 30 км/ч и в большинстве своем относятся к числу «габаритных» (то есть на них можно перемещаться по обычным автодорогам без получения какого-то особого разрешения). За счет использования пневмоколесного движителя такая спецтехника не наносит повреждения асфальтному покрытию, однако по той же причине обладает невысокой проходимостью по слабым грунтам. Именно этим и обусловлено широкое распространение данных экскаваторов главным образом в населенных пунктах при проведении работ общестроительного характера.

Экскаваторы на гусеничном шасси

Такие машины по ряду эксплуатационных характеристик и сферам применения по сути являются полной противоположностью рассмотренным выше пневмоколесным экскаваторам. Минимальная скорость передвижения (в большинстве случаев не превышающая 12-15 км/ч) и недопустимость перемещения по асфальтному покрытию (в противном случае последнее неизбежно получит повреждения), обуславливают возможность транспортировки такой спецтехники при помощи машин-тягачей и прицепов особой конструкции.

Тем не менее, необходимо упомянуть о существовании малогабаритных моделей гусеничных экскаваторов, которые нередко комплектуются гусеницами, имеющими резиновые накладки, позволяющими данной технике перемещаться на малые дистанции без угрозы разрушения асфальтобетонного покрытия автомобильных дорог. В свою очередь, достоинством гусеничного движителя является то, что такие экскаваторы, даже будучи очень тяжеловесными и крупногабаритными (масса отдельных экземпляров составляет от 80 и более тонн), оказывают сравнительно невысокое удельное давление на грунт, а потому могут использоваться для проведения работ даже на торфяниках.

Прочие модели экскаваторов

Помимо широко распространенных вариантов исполнения экскаваторов, перечисленных выше, существуют и другие специфичные типы экскаваторных шасси, которые встречаются сравнительно редко. Например, особо крупногабаритные карьерные модели экскаваторов с огромными ковшами (объемом от 15 куб. метров и выше) перемещаются при помощи шагающего механизма. Громоздкая машина передвигается в нужном направлении, опираясь по очереди на опорную плиту и лапы.

Рисунок 14. Шагающие модели экскаваторов обладают более чем солидными габаритами

Экскаваторы, которые проектируются специально для выполнения ремонтно-строительных работ на железной дороге, также имеют особое шасси, в роли которого используется железнодорожная платформа. При необходимости добычи песка либо гравия со дна рек, озер, очистки дна водоемов и увеличения глубины последних к работе привлекаются плавучие экскаваторы, в которых рабочее оборудование размещается на базе понтона.

Силовые агрегаты, устанавливаемые на экскаваторах

В наши дни для выполнения земляных работ используются одномоторные и многомоторные модификации экскаваторов. В первом случае все механизмы землеройной машины имеют привод от одной силовой установки, а во втором каждый из механизмов (либо их группа) получает энергию от отдельного двигателя. Чаще всего экскаваторы оснащаются дизельными двигателями, обеспечивающими полностью автономное функционирование машин.

Иногда для приведения в действие рабочего оборудования используются электродвигатели, получающие питание от внешней электросети либо дизельного генератора, который размещен на базе экскаватора (обычно такой способ электропитания применяется на плавучих моделях). Такие модели экскаваторов отличаются экономичностью, не загрязняют воздух.

Классификация экскаваторов в зависимости от привода рабочего оборудования

Экскаваторы с гидроприводом

В большинстве своем современные экскаваторы оборудуются гидравлическим приводом. В этом случае для создания необходимого усилия на рукояти, стреле, ковше предусмотрены гидравлические двигатели и гидроцилиндры. Гидронасос, на котором лежит ответственность за поддержание нужного давления рабочей жидкости в соответствующей магистрали, получает крутящий момент, необходимый для его вращения, от двигателя экскаватора.

Механические экскаваторы

В наши дни групповой механический привод, предусматривающий передачу усилия от силовой установки к рабочим органам с помощью канатов, приводимых в движение от лебедки, используется лишь на драглайнах и грейферных экскаваторах. При этом сама лебедка работает от двигателя экскаватора, получая крутящий момент через зубчатую, червячную, цепную либо фрикционную передачу. На обычных экскаваторах механический привод сегодня практически не используется, что обусловлено рядом факторов:

• сложность конструкции, сопряженная с применением значительного количества быстроизнашивающихся деталей;
• ограниченное количество независимых перемещений узлов рабочего оборудования;
• сложность исполнения автоматизированного механического канатного привода;
• невозможность обеспечения абсолютной фиксации деталей рабочего оборудования в желаемом положении.

Электромеханические экскаваторы

Существует и еще одна категория экскаваторов, в которых, как и в описанном выше случае, для передачи тягового усилия к рабочим органам применяются канаты (цепи), движущиеся за счет лебедки. Отличие тут кроется в том, что для вращения барабана каждой лебедки применяется отдельный электромотор. Этот привод получил применение на массивных карьерных и промышленных экскаваторах.

Основные современные производители экскаваторов

Говоря о компаниях, являющихся лидерами на рынке одноковшовых экскаваторов, стоит выделить такие бренды, как Komatsu, Volvo, JCB, Caterpiilar, Daewoo, Hitachi, Liebherr, Hyundai Robex, Orenstein & Koppel, New Holland Kobelco, Doosan Infracore. Бесспорно, наиболее крупным мировым производителем экскаваторов на сегодня является компания Caterpillar, главный офис которой располагается в США. Сегодня модельный ряд техники, созданной специалистами данной компании, включает в себя:

• всевозможные модификации гидравлических экскаваторов (начиная с мини-экскаваторов, обладающих весом менее тонны, средних, тяжелых и заканчивая крупнейшим на планете 980-тонным гидравлическим экскаватором модели 6090S, объем ковша которого равен 59 куб. метрам);
• электрические модели тросовых экскаваторов с рабочим оборудованием типа «прямая лопата», комплектуемые ковшами объемом от 6,9 до 61,2 куб. метра;
• драглайны, оснащаемые ковшами от 32 до 132,5 куб. метра.

Под маркой Komatsu на рынок поставляются высокопроизводительные гусеничные экскаваторы разных размеров, колесные экскаваторы-погрузчики, оборудованные суперсовременными гидравлическими системами, мощными силовыми установками с турбонаддувом и объемными ковшами. Шведский производитель Volvo утверждает, что машины именно этой марки отличаются максимальной эффективностью. Пути достижения последней компанией были выбраны традиционные: увеличение размеров рабочей зоны, использование дизельных моторов с повышенным крутящим моментом и уменьшенной токсичностью отработанных газов, автоматизация выбора режимов разработки грунта.

Рисунок 15. Японская машиностроительная компания Komatsu Limited осуществляет выпуск высокопроизводительных экскаваторов

Одноковшовые экскаваторы сравнительно недавно появились в ассортименте британской компании JCB. Однако, несмотря на пока довольно короткую историю производства подобной техники, компании удалось занять свою нишу в соответствующем сегменте рынка. Продукция JCB является ярчайшим примером сотрудничества японских и европейских поставщиков. Экскаваторы, выпускаемые под данным брендом, оборудуются двигателями Isuzu и гидравлическим оборудованием от Sumitomo.

Конструкторам компании Daewoo, преуспевшей в различных отраслях, удалось добиться серьезных преимуществ перед предприятиями-конкурентами по ряду направлений. Экскаваторы от этого производителя обладают повышенной скоростью вращения платформы, увеличенным вылетом стрелы. Параметры рабочей зоны подобраны таким образом, чтобы машина могла с должной эффективностью выполнять возложенные на нее функции в стесненных условиях, что характерно для населенных пунктов.

Линейка оборудования Hitachi включает в себя малые, средние и большие экскаваторы на гусеничном и колесном ходу, а также модели, которые проектировались специально для разработки скальных и других тяжелых грунтов, производства работ в труднодоступных местах, при выполнении демонтажных и дноуглубительных работ. Новинки модельного ряда экскаваторной техники Hitachi комплектуются двигателями с сажевым фильтром, оснащенные инновационными системами рециркуляции отработанных газов. Все это обеспечивает максимальную чистоту выхлопных газов, отвечающую самым высоким мировым стандартам.

Рисунок 16. Гусеничный экскаватор Hitachi в процессе работы

Известный немецкий производитель спецтехники Liebherr осуществляет выпуск гидравлических экскаваторов, сочетающих в себе самые последние достижения инженерной мысли. Среди отличительных особенностей данной техники можно выделить гидрообъемный привод у гусеничных моделей, автоматическую КПП с переключением передач под нагрузкой у пневмоколесных экскаваторов, 4 стандартных режима работы для максимальной эффективности разработки грунта в любых условиях.

Что касается отечественных производителей, то здесь можно выделить такие компании, занимающиеся выпуском экскаваторов, как ЗАО «Тверской экскаватор» и АО «ТЯЖЭКС». Многие модели тверских экскаваторов оснащены отвалами, применяемыми для выравнивания участка и засыпания траншей. При покупке экскаватора клиент может заказать такие сменные рабочие органы, как гидроножницы, бревнозахват, 5-челюстной грейфер, гидравлический молот, фрезерная головка и т.д. АО «ТЯЖЭКС» на сегодня является ведущим российским поставщиком тяжелой техники для земляных работ. Компания поставляет на рынок 6 модификаций экскаваторов 5-й и 6-й размерных групп с 2-хпоточным гидравлическим приводом и мощными силовыми агрегатами ярославского завода.

Рисунок 17. Пневмоколесный представитель модельного ряда экскаваторов ОАО «Тверской экскаваторный завод»

Заключение

Представленный обзор призван дать читателям подробную информацию о классификации одноковшовых экскаваторов по целому ряду параметров, принципе работы и конструктивных особенностях данной спецтехники, основных иностранных и отечественных поставщиках экскаваторов.

Принципиальная гидравлическая схема экскаватора

Подобная конструкция специально создана для гидравлических экскаваторов, которые широко применяют в следующих сферах:

1. В горной промышленности, когда надо провести добычу полезных ископаемых, поднять грунт из ям и канав, погрузить его. Обычно в паре с гидравлическим экскаватором применяют автомобильный, конвейерный и железнодорожный транспорт, в него грузят горные или земляные породы.
2. При проведении земляных работ, направленных на добычу горных пород.
3. При разрыхлении грунтов, которые замерзли. Даже если земля промерзла до -40ºС, гидравлическая система экскаватора отлично справится с грунтом, при работах по добыче пород или рытью карьеров.

Гидравлические экскаваторы начали активно применяться с 1950-х гг. Машины умели поворачиваться вполоборота, были оборудованы обратной лопатой в качестве навесного оборудования. Позже стали выпускать полноповоротные экскаваторы, которые работали на гидравлике. Техника неоднократно доказывала свою функциональность, поэтому ее стали выпускать различные фирмы, например, Hyundai, Mitsubishi, Suzuki, Hitachi, Komatsu, Terex (Orenstein & Koppel), Liebherr, Caterpillar, Volvo CE, New Holland, Doosan (Daewoo), Ковровский, Тверской (Калининский) и Воронежский экскаваторные заводы.

Рассмотрим навесное оборудование для гидравлического экскаватора.

Для того чтобы техника успешно выполняла поставленные перед ней задачи, необходимо, чтобы функциональной была платформа экскаватора.

Гидравлическая схема экскаватора основывается на работе гидро- или электродвигателей (значительно реже), которые помогают передавать сигнал на системы вращения, вызывающие движение внутренней гидравлики и платформы. Исходным источником энергии для гидропривода выступают электрические двигатели или современные дизельные установки. Устройство гидравлических экскаваторов позволяет применять самое различное навесное оборудование.

Производятся машины, которые имеют прямые и обратные ковши. Они могут быть оборудованы фронтально опрокидывающимися или челюстными ковшами. Последние позволяют значительно сократить время работы экскаватора на участке.

Навесное оборудование гидроэкскаваторов

Гидросистемой в движение могут приводиться такие виды навесного оборудования, как:

• ковш обратной или прямой лопаты;
• грейфер;
• зуб, предназначенный для рыхления грунта;
• кран;
• механизм для выполнения захватных работ.

Для различных моделей гидроэкскаватора продаются ковши, имеющие разную емкость и ширину, которые будут подходить для выполнения тех или иных видов работ. Для гусеничных моделей выпускаются ковши емкостью 1,5 и 2,8 м³, а для пневмоколесных — 0,65 и 0, 8 м³.

Любое погрузочное оборудование работает на кинематической схеме, которая позволяет передвигать ковш прямолинейно во время внедрения в грунт.

Дополнительно на гидроэкскаваторы навешивается крановая подвеска, обладающая функцией грузозахвата. Инструменты подобного типа служат для таких работ, как:

• погрузочно-разгрузочные;
• рыхлительные;
• дробление мерзлых грунтов;
• вскрытие дорожного покрытия;
• бурение скважин;
• планирование отвалов;
• перенос камней.

Тот или иной тип оборудования, поставленного на гидравлический агрегат, применяется при строительстве различных объектов. Распространение получили универсальные гидроэкскаваторы, работающие на полноповоротной платформе.

Агрегаты передвигаются на гусеницах и способны переносить большие нагрузки. Универсальные машины можно быстро переоборудовать, провести самостоятельную регулировку системы и узлов, навесить ковш нужного объема.

Например, часто надо заменять прямые лопаты с челюстным ковшом (емкость варьируется от 8 до 14 м³) на обратные лопаты. В этом случае принцип работы гидравлического экскаватора состоит в том, чтобы работать с удлиненной рукоятью и стрелой. Гидросхема также позволяет выполнять работы на большой глубине.

Навесное оборудование по типам выполняемых работ можно поделить на несколько групп:

1. Прямая лопата подходит для того, чтобы проводить разработку земли в забое.
2. Обратная лопата нужна для того, чтобы рыть выемки, которые находятся ниже уровня стоянки агрегата.
3. Обратная лопата может выполнять работы и возле стен или других подобных конструкций. Например, с ее помощью вырываются траншеи, чьи оси не совпадают с продольной осью экскаватора.
4. Грейфер используют для проведения погрузочно-разгрузочных работ, рытья скважин и котлованов большой глубины. Устанавливаются регулируемые грейферы. При необходимости проводится диагностика оборудования и внутренних систем. Такая диагностика позволяет настроить нужное давление на грунт, чтобы ковш легко врезался в почву.
5. Челюстной ковш помогает зачерпывать породу, копать, выгружать землю.
6. Погрузчик применяется в том случае, когда возникает необходимость провести погрузку мелкокусковых и сыпучих материалов выше уровня стоянки экскаватора. Применяется погрузчик и для высыпания пород в автосамосвалы, выгрузки грунтов, в том числе и слежавшихся.

Таким образом, в нужный момент оператор может самостоятельно провести смену навесного оборудования и отрегулировать детали гидравлической системы, цилиндров, применяемых инструментов. Если при настройке ковша и стрелы возникнут проблемы, необходимо вызвать специалистов по навесному устройству.

Гидронасосы и гидромоторы

Работоспособность насоса определяет безотказность работы всего гидропривода машины. В случае его отказа, ни один из гидродвигателей не может быть приведен в действие. Гидронасосы и гидромоторы, очень часто обратимые гидромашины и имеют лишь некоторые отличия. Правда, аксиально-поршневые насосы для закрытых схем гидропривода содержат дополнительные гидроэлементы, о которых будет сказано ниже.

Читайте Шестеренные гидронасосы и гидромоторы. Пластинчатые гидронасосы и гидромоторы

Гидронасос предназначен для обеспечения перемещения рабочей жидкости в процессе преобразования механической энергии приводного двигателя внутреннего сгорания или электромотора в энергию потока рабочей жидкости, поэтому назначение насоса — нагнетание рабочей жидкости в трубопроводы. Обычно гидронасос считается источником создания давления в гидравлической системе. Однако такое определение неточно, так как для получения давления должно быть создано сопротивление потоку рабочей жидкости в виде внешней нагрузки на валу гидромотора или гидроцилиндра.

Источник фото: belrus-nn.ruОсновной параметр любого гидронасоса — это рабочий объем

Гидромотор преобразует энергию потока рабочей жидкости, развиваемую гидронасосом, в энергию вращения выходного вала для приведения в действие исполнительного механизма машин и оборудования.

Основными параметрами любого гидронасоса являются рабочий объем V, номинальное давление Рном и номинальная частота вращения nном, а производными — производительность (подача) Qном, потребляемая мощность Nном , а также полный КПД h. В гидроприводах самоходных машин применяются роторно-вращательные и роторно-поступательные насосы, которые по виду рабочих органов разделяют на:

• поршневые;
• шестеренные;
• шиберные (пластинчатые).

По углу между осями блока и поршня различают:

• аксиально-поршневые;
• радиальные.

По механизму передачи движения аксиально-поршневые гидронасосы классифицируют на следующие типы:

• с наклонным блоком;
• с наклонным диском (шайбой).

В свою очередь радиально-поршневые гидронасосы подразделяют на:

• кулачковые;
• кривошипные.

Гидронасосы могут быть выполнены с нерегулируемым и регулируемым рабочим объемом и предназначены для работы как в режиме объемного насоса, так и в режиме объемного гидромотора (насоса-мотора) с реверсивным и нереверсивным направлениями потока.

Сравнительная оценка основных параметров гидромашин различных типов показывает, что каждый тип имеет определенные конструктивные особенности, которые определяют область их использования, целесообразную с технической и экономической точек зрения.

Источник фото: hydrott.ruГидронасосы могут быть выполнены с регулируемым и нерегулируемым рабочим объемом

Шестеренные гидронасосы широко используются в мобильных машинах небольшой мощности при низком и среднем давлении в гидросистеме. Они менее требовательны к чистоте рабочей жидкости и имеют меньшую стоимость по сравнению со стоимостью гидронасосов других типов, но характеризуются более низким ресурсом по сравнению с аксиально-поршневыми насосами.

Аксиально-поршневые гидронасосы для закрытых гидропередач

Применение аксиально-поршневых гидронасосов наиболее целесообразно при среднем и высоком давлении в гидросистемах мобильных машин и цикличном характере изменения внешней нагрузки. Дополнительные устройства обеспечивают реверсирование потока и изменение подачи.

Роторные гидромоторы классифицируют (ГОСТ 17752-81) по конструкции рабочей камеры на:

• шестеренные гидромоторы;
• коловратные гидромоторы;
• винтовые гидромоторы;
• шиберные (пластинчатые) гидромоторы;
• поршневые гидромоторы,
• гидромоторы обладающие обратимостью.

По числу рабочих циклов в каждой камере за один оборот выходного вала гидромоторы разделяют на:

• гидромоторы однократного действия (одноходовые);
• гидромоторы многократного действия (многоходовые).

Аксиально-поршневые насосы имеют более высокий полный КПД, по сравнению с КПД шестеренных и пластинчатых насосов. Объемный КПД аксиально-поршневых насосов начинает заметно снижаться только при вязкости рабочей жидкости менее 10 мм 2/с, для пластинчатых насосов этот предел вязкости составляет 50-80/с, а для шестеренных — 80 мм 2/с.

Источник фото: ufa.doski.ruАксиально-поршневые насосы имеют более высокий полный КПД

При выборе предпочтительной модели из наиболее распространенных конструкций аксиально-поршневых насосов следует учитывать, что при прочих равных условиях гидронасосы с шатунной кинематикой имеют следующие преимущества:

• возможность работы в насосоном и моторном режимах в открытой и в замкнутой гидросистемах;
• высокую всасывающую способность, обеспечивающую удовлетворительное заполнение рабочего объема при широком диапозоне изменения вязкости рабочей жидкости, что особенно важно для гидроприводов самоходных машин, эксплуатируемых на открытом воздухе при широком диапозоне изменения температуры;
• относительно меньшую чувствительность к чистоте рабочей жидкости (могут надежно работать при тонкости фильтрации до 40 мкм);
• возможность встраивания регуляторов давления и расхода, а также вспомогательного насоса для питания сис темы управления и подпитки.

Аксиально-поршневые гидронасосы и гидромоторы для открытых гидравлических схем

В аксиально-поршневых гидронасосах с наклонным блоком цилиндров использована унифицированная конструкция качающих узлов, различающихся только габаритными размерами. Это создало предпосылки для организации их массового производства на автоматических и поточных линиях, основанного на принципе специализации деталей и сборочных единиц.

В гидроприводах самоходных машин наиболее часто применяют реверсивные по направлению вращения аксиально-поршневые и радиально-поршневые гидромоторы с нерегулируемым и реже с регулируемым рабочим объемом.

Источник фото: kran.asiaВ отечественных авто применяются в основном аксиально-поршневые гидромоторы

В отечественных самоходных машинах с гидроприводом применяются в основном аксиально-поршневой гидромотор с регулируемым рабочим объемом, обеспечивающие бесступенчатое изменение частоты вращения исполнительных механизмов с минимальными потерями энергии. Гидромоторы, используемые при большой частоте вращения, условно называют средне- или высокооборотными (низкомоментными). Гидромоторы, предназначенные для создания большого крутящего момента при малой угловой скорости, принято условно называть высокомоментными.

Все объявления о продаже гидрооборудования

В объемах гидроприводах самоходных машин наиболее широко применяются шестеренные гидромоторы, аксиально-поршневые гидромоторы, радиально-поршневые и реже пластинчатые гидромоторы. Тип и исполнение гидромоторов выбирают по основным параметрам с учетом назначения и условий их эксплуатации.

Источник: Московский Государственный автомобильно-дорожный институт, Министерство транспорта РФ, Главгостехнадзор России

Регулирование гидроцилиндров экскаватора

Регулирование гидроцилиндров надо проводить каждый раз, когда оператор меняет рабочее навесное оборудование, которое представлено такими видами:

• рычажно-шарнирное;
• телескопическое.

Чтобы удерживать рычажно-шарнирное устройство, применяют гидравлические цилиндры, позволяющие менять угол наклона стрелы, передвигать ковш. Телескопическое оборудование работает по принципу выдвижения или втягивания стрелы.

На машинах рычажно-шарнирного типа применяются ковши обратной и прямой лопаты, грейферный захват, погрузчик, на который можно поставить ковш требуемой емкости.

Среди особенностей рычажно-шарнирного оборудования отмечают:

• Объем ковша 0,5-4 м³, что помогает проводить земляные работы разного уровня сложности.
• Отлично помогают при монтаже, планировании или погрузке.
• Созданы на основе специальных конструктивных схем, обладающих унифицированными агрегатами и узлами.
• Передвигаются на гусеничном ходу или же пневмоколесах.
• На поворотной платформе находится силовая установка, гидропривод, кабина водителя и навесное оборудование.
• Навесное оборудование запускается при помощи силовых гидроцилиндров, поворот платформы и движение агрегата выполняется под управлением гидромоторов.

Преимущества гидравлических экскаваторов

Рассмотрим достоинства гидравлических экскаваторов:

• Развитие большой способности копать, когда ковш внедряется в породу на уровне стоянки экскаватора.
• Ковш поворачивается, если надо провести зачерпывание грунта и выгрузить его в погрузчик.
• Сокращается цикл копания, что улучшает заполняемость ковша.
• Регулировка гидроцилиндров обеспечивает селективную выемку ископаемых.
• Высокая производительность, что характерно для экскаваторов типа ЭГ, ЭО, RH, Caterpillar.
• Наличие дизельного привода, который обеспечивает мобильность и шихтовку руды.
• Небольшая масса экскаваторов, что достигается компактными размерами.
• Проведение земляных работ в ограниченных условиях, например, в городе. Для этих целей можно применять специальное навесное оборудование, которое имеет смещенную ось копания.
• Широкие возможности технологического характера благодаря установке навесного оборудования.
• Гидропривод используется на каждый отдельный механизм, что делает элементы экскаватора не привязанными к силовой установке. В результате чего конструкция машины упрощается и становится более функциональной.

Кинематическая схема рабочего оборудования позволяет быстро преобразовать вращательное движение в поступательное. Установлена бесступенчатая система регулирования скоростей. Внутренние системы позволяют передавать энергию к рабочим механизмам, что не требует задействования сложных кинематических систем.

Гидравлический привод предназначен для того, чтобы проводить унификацию и нормализовать работу узлов и агрегатов. Это значительно упрощает количество деталей, которые нужны для работы экскаваторов. Такой привод обеспечивает быструю диагностику оборудования.

Гидравлический привод позволяет проводить агрегатный ремонт гидравлики экскаваторов. Благодаря этому время простоя машины сокращается в несколько раз, увеличивается производительность, эксплуатация и расширяются функциональные возможности гидравлического экскаватора.

Экскаваторы непрерывного действия

К экскаваторам непрерывного действия относятся многоковшовые землеройные машины с рабочим органом в виде ковшовой цепи или ковшового колеса.

Экскаваторы непрерывного действия по назначению делятся на траншейные; для строительства дренажных систем; мелиоративные и канальные (для разработки, ремонта и очистки каналов) карьерные.

Траншейные экскаваторы

Траншейные экскаваторы используют для рытья траншей и щелей прямоугольного и трапециевидного профиля под трубопроводы, канализационные и теплофикационные системы, линии связи и электроснабжения, для рытья траншей под ленточные фундаменты, для выполнения гидротехнических и мелиоративных работ. Их изготавливают как экскаваторы продольного копания.

Система индексации экскаваторов непрерывного действия продольного копания имеет обозначение ЕТ — экскаватор траншейный. Тип рабочего органа означает буква Р — роторный; Л — цепной (ЕТР, ЭТЛ). Через тире записывают три цифровых обозначения (ЕТР-203А). Первые две цифры указывают на главный параметр траншейного экскаватора — глубину копания, третья цифра — это порядковый номер модели A — первая модернизация.

Траншейный экскаватор состоит из базового пневмоколесного или гусеничного тягача, который обеспечивает перемещение машины и рабочего оборудования, в состав которого входит рабочий орган для разработки и отвальный, устройство для транспортировки грунта в поперечном направлении относительно направления движения машины; оборудование для подъема и опускания рабочего органа.

Рабочее оборудование может быть навесным, прицепным или полуприцепным к базовой машине. Элементы, которые разрабатывают грунт, в цепных траншейных экскаваторов закреплены на одной или двух тяговых цепях, в роторных — на жестком колесе-роторе. Чаще всего траншейные экскаваторы оборудуют ковшами. Траншейные экскаваторы, как правило, перемещают грунт отсыпая его параллельно траншее. Траншею заданного профиля и размеров выполняют за один проход. Производительность таких экскаваторов в 2 — 3 раза выше, чем в одноковшовых, значительно выше качество работ и меньшие энергозатраты. Траншейные экскаваторы разрабатывают грунты I — III категорий, как в нормальном состоянии, так и мерзлые грунты.

Цепные экскаваторы

Конструктивная схема цепного навесного траншейного многоковшового экскаватора приведена на рис. 12.3. На базовом тягаче (рис. 1.3, a) с помощью жестких тяг 9 и рамы 2 закреплена ковшовая рама 7. В верхней и нижней частях рамы установлены ведущие 4 и натяжные 8 звездочки, их охватывают тяговые цепи 5 с закрепленными ковшами 6. В процессе работы при одновременном движении базового тягача и ковшей, каждый ковш срезает стружку постоянного сечения, которая наполняет его. В верхнем положении, обходя ведущую звездочку 4, каждый ковш опрокидывается, высыпая грунт на ленточный отвальный конвейер 3 влево или вправо; можно высыпать грунт соответственно справа или слева от траншеи.

Из рабочего положения в транспортное машина переводится гидроцилиндром 1. При втягивании штока гидроцилиндра 1, верхняя часть ковшовой рамы 7 перемещается влево, а нижняя поднимается.

Рис. 1.3 — Конструктивная схема цепного многоковшового траншейного экскаватора:

1 — гидроцилиндр подъема и опускания рабочего органа; 2 — рама; 3 — ленточный отвальный конвейер; 4,8 — ведущая и натяжная звездочки; 5-тяговая цепь; 6 — ковш; 7 — ковшовая рама 9 — жесткая тяга

Гидроцилиндром 1 регулируется глубина разработки траншеи. Если ее надо углубить, увеличивают ковшовую раму 7 и тяговые цепи и устанавливают больше ковшей. Ширина траншеи определяется размером ковшей.

Роторные экскаваторы

Роторные экскаваторы применяют для устройства траншей глубиной 1,4 — 3,0 м и шириной 0,6 — 1,2 м. Базовой машиной является трактор, рабочим оборудованием роторные колесо, оборудованное ковшами.

Роторные траншейные экскаваторы чаще всего изготавливают по полуприцепной схеме (рис. 1.4). К задней части базового трактора 1 прикрепляется вертикальная направляющая рама 4, в которой на катках передвигается передняя часть роторной рамы 8. На катках 7 установлен ротор 11, где смонтировано ковши 5. Во время работы экскаватор движется поступательно, а ротор вращается, каждый ковш срезает серповидную стружку и заполняется грунтом. Далее ковш транспортирует грунт вверх, переворачивается, высыпает грунт на ленточный конвейер, который отводит его в сторону, образуя отвал, параллельный траншеи. Чтобы грунт преждевременно не высыпался из ковша, на роторной раме закрепляют радиусную направляющую 13.

В процессе работы роторная рама передней частью опирается на базовый трактор, а задней — на пневматические колеса 9. Для зачистки и сглаживания дна траншеи устанавливают зачистной башмак 10. При копании траншеи со склонами, на роторной раме устанавливают ножевые элементы 12.

Рис. 1.4 — Роторный траншейный экскаватор:

а — конструктивная схема; б — продольный разрез стружки; в — вид со стороны рабочего органа; 1 — базовый трактор; 2 — гидроцилиндр подъема и опускания роторной рамы; 3 — цепь; 4, 8 — направляющая и роторная рамы; 5 — ковш; 6 — отвальный ленточный конвейер; 7 — каток; 9 — пневматическое колесо; 10 — зачистной башмак; 11 — ротор; 12 — ножевые элементы; 13 — направляющая роторных рам, которую поднимают и опускают гидроцилиндром 2 и цепью 3, конец которого закреплен на передней части роторной рамы.

При переводе из рабочего положения в транспортное переднюю часть роторной рамы постепенно поднимают, уменьшая глубину траншей, и пневматические колеса 9 выкатываются на поверхность. Ротор погружается в грунт под действием массы рабочего оборудования. Глубина копания зависит от диаметра ротора и не превышает 2,5 м.

В передней части ковшей устанавливают сменные зубцы. При разработке мерзлых грунтов, монтируют специальные зубцы, армированные износостойкими пластинами. При этом используют специальную схему их размещения, которая позволяет разрабатывать грунт на крутых склонах, а также это уменьшает энергоемкость процесса. Копание мерзлого грунта ведется на пониженных скоростях тягача и рабочего органа, при этом производительность экскаватора снижается в 3 — 5 раз.

Для рытья узких траншей и щелей в мерзлых грунтах применяют фрезерные машины, в которых ротор представляет собой диск с закрепленными по ободу сменными резцами.

Скорость движения рабочих органов траншейных экскаваторов не превышает 2,2 м / с, а рабочая скорость машины составляет 6 — 300 м / час. Энергия от двигателя к рабочим органам передается с помощью механической, гидравлической или электромеханической трансмиссией. Транспортная скорость таких экскаваторов составляет 0,5 — 22 км / ч, производительность 80 — 16 м3 / ч; вместимость ковша 16 — 45 литров.

Источник https://www.rbauto.ru/articles/sovremennye-ekskavatory-printsip-raboty-i-osobennosti-ustroystva/

Источник https://www.tehnoniki.ru/articles/ekskavatory.html

Источник https://retrotruck.ru/stroitelnaya/ustrojstvo-i-rabota-korobki-peredach-ekskavatora.html

Источник