Если забой расположен выше уровня стоянки экскаватора, то применяется прямая лопата. Она используется для вскрытия и разработки песчаных, гравийных, глиняных и других карьеров, добычи полезных ископаемых, сооружения выемок и насыпей при различных работах. Прямой лопатой грунт копают в направлении от экскаватора. Днище ковша открывается в момент разгрузки и захлопывается автоматически при опускании ковша в нижнее положение.

Как для прямой, так и для обратной лопаты одна и та же модель экскаватора имеет ковши различной емкости, конфигурации и конструкции. Существуют специальные ковши для работы в липких и влажных грунтах. У ковшей для планировочных и зачистных работ значительная ширина, а режущая кромка у них, как правило, без зубьев.

Погрузочные ковши в отличие от планировочных меньше по ширине, но больше по высоте. На некоторых моделях машин применяются ковши е зубьями с двух сторон. С помощью такого ковша можно работать обратной лопатой ниже уровня стоянки и прямой — выше уровня стоянки машины.

Другое рабочее оборудование — драглайн, ковш которого подвешен на канатах и имеет форму совка, открытого сверху и спереди. Работает драглайн следующим образом. Ковш опускают на дно котлована, а затем подтаскивают его к машине тяговым канатом. При этом ковш наполняется грунтом. Наполненный ковш с помощью подъемного каната поднимают, и одновременно платформа поворачивается к месту разгрузки ковша. После разгрузки платформу со стрелой снова поворачивают к забою и ковш опускают. Глубина копания, высота выгрузки ковша и расстояние, на которое ковш может быть заброшен, значительно больше, чем у прямой и обратной лопат. Поэтому драглайны используются для рытья больших котлованов и траншей, отсыпки насыпей при строительстве железнодорожного полотна и автомобильных дорог»

Для разработки грунтов как выше, так и ниже уровня стоянки экскаватора, а также для погрузки и разгрузки сыпучих материалов применяется рабочее оборудование, называемое грейфером. Им выполняют также работы по рытью глубоких котлованов, ям, очистке прудов и каналов. Для набора грунта ковш падает в раскрытом виде вниз, врезается в грунт. После включения тягового барабана челюсти ковша закрываются и с захваченым грунтом ковш поднимается на канате вверх. Когда платформу со стрелой поворачивают к месту разгрузки, канат, удерживающий ковш закрытым, ослабляют, «челюсти» раскрываются и грейфер разгружается.

Недостаток подвешенного на канатах грейфера в том, что невозможно разрабатывать плотные грунты массы его недостаточно, чтобы врезаться в грунт. Грейферы выпускаются трех типов: легкие, средние и тяжелые. Однако следует отметить, что чем тяжелее грейфер, тем меньше грунта он может поднять при определенной устойчивости данного экскаватора. Этого недостатка лишены экскаваторы с гидравлическим приводом. В них грейферы жестко подвешены к рукояти, что дает возможность создать необходимое давление на грунт при врезании без увеличения массы грейфера.

Применяются грейферы двухчелюстные и с большим числом челюстей, их число и форма зависят от вида перегружаемого материала. Однако принципиальная схема работы не отличается от схемы двухчелюстного грейфера.

Кран используется для погрузки штучных грузов или монтажных работ, производимых выше или ниже уровня стоянки машины. Для специальных работ краны имеют различные захваты.

Гидравлические экскаваторы снабжены новым эффективным видом рабочего оборудования — гидромолотом, с помощью которого разрушают бетонные основания, старую кирпичную кладку, рыхлят мерзлые грунты и каменистые включения.

Для забивки свай применяется копер. Забивает их свободно падающая баба, которая ходит в особой направляющей раме.

Все экскаваторы в зависимости от угла поворота по воротной платформы в горизонтальной плоскости делятся да полно поворотные и неполноповоротные. Поворотная часть полноповоротного экскаватора может вращаться вокруг вертикальной оси на неограниченный .угол, .У, машин этого тлпа, на поворотной платформе установлен двигатель и основные рабочие механизмы, шами вместимостью 0,5—2,5 м3. Отличительная особенность представленных одноковшовых экскаваторов — единая кинематическая схема гидравлического привода. Все экскаваторы предназначены для работы при температуре окружающего воздуха от +40 до —40° С.

Основное направление совершенствования конструкций гидравлических экскаваторов — улучшение основных показателей (предусматривается снижение удельной металлоемкости, увеличение емкости ковшей, радиусов и глубины копания грунта, уменьшение продолжительности цикла, улучшение проходимости и транспортабельности); повышение универсальности машин благодаря расширению номенклатуры сменного рабочего оборудования и рабочих органов. Так, на экскаваторах ЭО-3322Б и ЭО-4121А число видов сменного рабочего оборудования и рабочих органов превысило 20 наименований.

Наибольшим спросом пользуется оборудование обратной лопаты с набором сменных ковшей и рукоятей. Например, фирма «Поклейн» (Франция) последние три года 95% экскаваторов поставляет с оборудованием обратной лопаты. При этом число моделей с моноблочной и составной стрелой примерно одинаковое (соответственно 42 и 51%). Моноблочная стрела предназначена специально для работы обратной лопатой. Она обеспечивает большую глубину и радиус копания. Основными недостатками составной стрелы (по сравнению с моноблочной) следует считать трудоемкость ее изготовления и большую массу.

Ряд экскаваторостроительных фирм, главным образом западно-германских, в набор сменного рабочего оборудования экскаватора включают как моноблочную, так и составные стрелы. Некоторые фирмы наряду с этим снабжают свои экскаваторы короткой стрелой типа «лебединая шея» с выдвижной рукоятью.

Простота крепления ковша гидравлического экскаватора к рукояти делает возможным применение широкой номенклатуры сменных ковшей. На экскаваторах фирм США, например, используется 3—5 ковшей различной ширины (и емкости) для обычных грунтов и 3— 5 усиленных ковшей — для крепких грунтов. Большинство западноевропейских фирм и многие США применяют ковши обратной лопаты с глубоким вырезом боковых стенок, что облегчает их внедрение в грунт и уменьшает массу ковша.

Помимо ковшей, номенклатура сменных видов рабочего оборудования и рабочих органов включает статические и гидроударные рыхлители, обрушители, взла-мыватели, косилки, буры, вакуумные захваты, цепные траншеекопатели, телескопические крановые стрелы с лебедками, гидравлические канатные драглайны и другие устройства. В оборудование прямого копания на экскаваторах массой более 30 т устанавливаются раскрывающиеся поворотные ковши и облегченные моноблочные стрелы. На некоторых моделях гидравлических экскаваторов имеется телескопическое рабочее оборудование, способное выполнять не только землеройные, но и планировочные работы.

Стремление снизить затраты времени и труда при замене рабочих органов привело к созданию специальных подвесок. Однако машинист все равно должен выходить из кабины и работать вручную. Поэтому в настоящее время создаются специальные конструкций крепления рукояти к рабочему органу, используя которые, машинист может заменить рабочий орган, не выходя из кабины.

При необходимости частой замены или при их поочередной работе в одном рабочем цикле эффективно применение сдвоенного рабочего органа. Например, на экскаваторе «Поклеим 220» применена совмещенная установка ковша с рыхлителем. Негативная сторона применения сдвоенных рабочих органов — увеличение массы экскаватора.

Постоянно совершенствуется ходовое оборудование. Созданы машины на гусеничном ходу тракторного типа, ресурс которых до первого капитального ремонта в 2— 3 раза больше. Это особенно важно для машин, передвигающихся своим ходом на большие расстояния, например при строительстве трубопроводов. В нашей стране машины такого типа начали выпускаться в 1980 г.

Фирмы «Акерман» (Швеция), «Катерпиллер» (США) и др. выпускают экскаваторы с раздвижным гусеничным ходом, позволяющим изменять ширину колеи. Так, например, на моделе экскаватора Cat 245/56 т гусеницы раздвигаются на 406 мм.

При совершенствовании систем гидропривода основное внимание уделяется переходу от систем низкого давления с нерегулируемыми насосами к системам с регулируемыми насосами высокого давления (24—40 МПа).

Создаются системы автоматического и дистанционного управления механизмами экскаваторов. Фирмы «Комацу» и «Хитачи» изготовляют экскаваторы с системой радиоуправления. Эту систему применяют в том случае, когда управление из кабины нежелательно или невозможно (например, подводные работы или работы в условиях высоких температур).

Специалисты считают, что полностью автоматизировать работу экскаваторов нецелесообразно. Управлять ими в ближайшее время будут машинисты, работу которых облегчат автоматизированные системы. И а пример, для качественного рытья траншей с заданным уклоном начнут применять лазерные системы управления. Известны также приборы и приспособления для измерения глубины копания. Имеется ряд патентов на управление рабочим оборудованием с помощью копира, установленного в кабинете оператора. Однако применение всех этих приборов на одноковшовых экскаваторах носит пока единичный характер.

Многоковшовые экскаваторы. Это машина непрерывного действия. Выемка грунта производится с помощью ковшей, расположенных равномерно на роторе или бесконечной цепи.

В настоящее время в СССР и за рубежом многоковшовые экскаваторы находят все более широкое применение. Это объясняется рядом их преимуществ по сравнению с одноковшовыми экскаваторами. Например, при производительности свыше 100—150 м3/ч многоковшовые экскаваторы имеют меньшую металлоемкость, и это преимущество тем заметнее, чем больше машина. Многоковшовые цепные экскаваторы, разрабатывая и убирая грунт, оставляют поверхность забоя ровной, с почти окончательной отделкой откосов, с точным профилем поперечного сечения, в то время как одноковшовые машины разрабатывают глубокие выемки рядом уступов.

В то же время многоковшовый экскаватор может работать на сравнительно мягких грунтах (глина, суглинок), не имеющих крупных минеральных включений, а одноковшовый разрабатывает почти все грунты (при предварительном дроблении — даже скальный).

Как отмечалось выше, из всего семейства многоковшовых экскаваторов будут рассмотрены только траншейные. Они используются для рытья траншей под га-зо- и нефтепроводы или укладки водопроводных и канализационных труб, для рытья и очистки оросительных и осушительных каналов, а также для производства дренажных работ в сельскохозяйственном и дорожном строительстве.

Рабочее оборудование любого траншейного экскаватора располагается сзади по ходу машины. Это ковши или скребки, опорная рама с гусеничным или пневмо-колесным ходовым оборудованием (для работ на железных дорогах изготовляются специальные конструкции траншейных экскаваторов на рельсовом ходу) и двигатель с трансмиссией для привода всех механизмов машины.

Если у экскаватора ковши расположены на бесконечной цепи, огибающей ковшовую раму, то он называется цепным экскаватором. Ковши, открытые спереди и сверху, передвигаясь вместе с цепью, захватывают грунт и переносят его. При огибании ведущей звездочки ковши разгружаются в бункер или транспортер.

В роторных экскаваторах ковши укреплены по окружности колеса (ротора). При вращении колеса ковши захватывают грунт и разгружают его на транспортер машины. Из бункера или транспортера грунт выгружается в отвал или в транспорт.

Рабочий орган может располагаться различно относительно направления движения машины. У экскаваторов продольного копания цепь или ротор движутся в
плоскости движения самой машины, поперечного копания — в плоскости, перпендикулярной к направлению движения. Имеются экскаваторы с угловым расположением рабочего органа.

Области применения цепных и роторных траншейных экскаваторов обычно различны. Цепные роют траншеи под кабели, канализационные трубопроводы, линии связи и др. глубиной до 7,5 м и шириной от 0,05 до 3,6 м. За последние годы получили широкое распространение цепные траншейные экскаваторы малых моделей и экскаваторы-малютки с глубиной копания до 0,5 м.

В то время как область применения цепных траншейных экскаваторов ограничивается сравнительно мягкими грунтами, роторные траншейные экскаваторы копают траншеи в ломовых глинах и суглинках со щебнем при глубине промерзания верхнего слоя до 1 м. Такой экскаватор ЭТР-223 на базе трактора Т-130.1.Г-1 был представлен на выставке «Стройдормаш-81». Экскаватор ЭТР-134А, также демонстрировавшийся на выставке, предназначен для рытья траншей прямоугольного сечения и нарезания щелей в мерзлых грунтах. Он снабжен устройством для принудительного заглубления рабочего органа в грунт.

Производительность роторных траншейных экскаваторов (при тех же размерах ковшей) в 1,5—2 раза больше производительности цепных траншейных экскаваторов, так как у них более высокие скорости резания и лучшие условия разгрузки ковшей.

Роторные экскаваторы более надежны в эксплуатации, поскольку имеют большую жесткость и прочность ротора и крепления ковшей. Однако по сравнению с цепными их применение ограничивается определенной глубиной и шириной траншей.

У роторных траншейных экскаваторов почти всегда навесные рабочие органы установлены на специальном тягаче с выдвинутыми вперед двигателем для уравновешивания расположенного позади машины рабочего оборудования. В ряде конструкций зарубежного производства предусматривается возможность поперечного смещения ротора. Это позволяет рыть траншеи у стен зданий, заборов и других строений. Траншейные экскаваторы производятся в основном в СССР, США, Англии и ФРГ.

По какому пути пойдет совершенствование траншейных экскаваторов? Увеличится ширина рабочего оборудования и глубина копания; будут созданы экскаваторы для работы в условиях низких температур; разрабатываются специальные цепные и роторные экскаваторы для строительства оросительных каналов и мелиоративных систем; начинают применяться системы автоматического регулирования глубины и направления рытья траншей и каналов.

Экскаваторы представляют собой самоходные землеройные машины цикличного (одноковшовые) и непрерывного (многоковшовые) действия. Одноковшовые экскаваторы способны разрабатывать грунты всех категорий. Мерзлые и скальные грунты подвергаются при этом предварительному рыхлению. Многоковшовые экскаваторы в основном разрабатывают грунты до третьей категории без крупных каменистых включений. В настоящее время созданы многоковшове экскаваторы с повышенным усилием резания, способные разрабатывать грунты всех категорий. Основными видами земляных работ, выполняемых экскаваторами, являются рытье траншей и котлованов, устройство каналов, насыпей и дамб, производство вскрышных работ и др. Универсальные одноковшовые экскаваторы, кроме того, могут производить планировочные, погрузочные, монтажные, сваебойные и другие работы при помощи сменного рабочего оборудования.

Одноковшовые экскаваторы классифицируют:

1. По конструкции и принципу действия:

По виду рабочего оборудования (рис. 101): прямая лопата, обратная лопата, грейфер, драглайн, копер, кран стреловой, струг И планировщик откосов, корчеватель, траншеезасыпатель, скребок, рыхлитель мерзлых грунтов, башенный кран. Экскаваторы, имеющие первые четыре вида рабочего оборудования, называются универсальными, два любых из них — полууниверсальными, а один — специальным. Специальные экскаваторы изготовляют с ковшами объемом 4—6 м3 и более. Кроме того, по направлению движения рабочего органа рабочее оборудование подразделяется на две группы. К первой группе относятся экскаваторы с рабочим ходом ковша, направленным в сторону забоя: лопата, струг, засыпатель на базе струга. Ко второй группе относятся экскаваторы с рабочим ходом ковша, направленным от забоя к машине: обратная лопата, драглайн, скребок.

Рис. 1. Виды рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов
а — прямая лопата; б — обратная лопата; в — грейфер; г — драглайн; д — копер; е — кран стреловой; ж — струг и планировщик откосов; з— корчеватель; и — траншее-засыпатель; к — скребок; л — рыхлитель мерзлых грунтов; м. — башенный кран

По объему ковша: с ковшами малого объема (0,15— 1 м3), с ковшами среднего объема (1,25—4,6 м3), с ковшами большого объема (5—100 м3).

По подвеске рабочего оборудования различают экскаваторы с гибкой и жесткой подвеской. К первым относятся экскаваторы с канатной, а ко вторым — с гидравлической подвеской рабочего оборудования.

По типу привода, количеству двигателей и типу передач. Привод на экскаваторах может быть от двигателя внутреннего сгорания (дизеля), от электродвигателя и от дизель-электрической установки. Количество двигателей может быть один или несколько. В соответствии с ГОСТ 15134—69 экскаваторы называют одно-двигательными, если все рабочие механизмы приводятся одним или даже двумя двигателями, работающими на один вал. К многодвигательным экскаваторам относятся такие, у которых рабочие механизмы приводятся несколькими независимо работающими двигателями. Многодвигательные экскаваторы, у которых каждый рабочий механизм приводится от отдельного двигателя, называют экскаваторами с индивидуальным приводом механизмов. Экскаваторы могут иметь также и инди-видуально-групповой привод.

Передачи (трансмиссии) в экскаваторах могут быть механическими, гидрообъемными, гидромеханическими, электрическими, электродинамическими и смешанными. В механической передаче движение от силовой установки к исполнительному органу передается с помощью зубчатых, цепных, клиноременных и канатных передач. В гидрообъемной передаче жидкость от насосов под давлением поступает к гидродвйгателям или гидроцилиндрам, от которых приводятся в движение рабочее оборудование и механизмы экскаватора. В гидродинамической передаче используют гидромуфты и гидротрансформаторы, встраиваемые между силовой уста-новкой-и механическими передачами.

В электрической трансмиссии энергия от силовой установки к механизмам машины передается как электрическим, так и механическим способом. В электродинамической передаче между силовой установкой и механизмами устанавливают электромуфты. Смешанные передачи могут быть электромеханическими и гидромеханическими.

По возможности вращения поворотной части экскаваторы бывают полноповоротными и неполноповоротны-ми. У полноповоротных экскаваторов поворотная платформа вращается на неограниченный угол, у неполно-поворотных угол вращения платформы не превышает 220—250°.

По конструкции ходового оборудования экскаваторы разделяют на гусеничные, пневмоколесные, шагающие, на специальном шасси трактора или автомобиля.

2. По эксплуатационному назначению:

Строительные и строительно-карьерные экскаваторы (рис. 102), оснащенные ковшами объемом 0,1—б м3 с массой от 2 до 250 т. Применяются для выполнения земляных работ в грунтах I—IV групп в строительстве, на карьерах нерудных строительных материалов и в сельском хозяйстве.

Рис. 2. Одноковшовые строительные экскаваторы
а —прямая лопата с канатным приводом; б —прямая лопата с гидравлическим приводом;

Карьерные экскаваторы (рис. 3, а) с ковшами объемом 2—20 м3 и соответственно массой 75—1000 т, применяемые для разработки тяжелых грунтов IV—VI групп в карьерах и на гидротехническом строительстве с погрузкой в транспортные средства.

По мере выработки объемного пространства забоя с одной стоянки экскаватор совершает внутризабойные передвижки. Для выполнения названных операций экскаваторы имеют соответствующие механизмы: подъемный, напорный, поворотный и ходовой. Рабочие процессы одноковшового экскаватора отличаются друг от друга в зависимости от вида рабочего оборудования.

Прямая лопата с канатным механизмом подъема (см. рис. 1,а и 2,а) разрабатывает .грунт выше уровня стоянки экскаватора с движением рабочего органа снизу вверх «от себя». Перед началом копания ковш устанавливают в исходное положение. Для этого подъемный канат ослабляют и ковш под действием сил тяжести опускается вниз. Производя одновременно необходимые движения напорным механизмом, рукоять с ковшом устанавливается на определенном расстоянии от экскаватора. Движение рукояти в сторону от экскаватора называется напорным, а к экскаватору — возвратным. Под действием движений подъема и напора ковш перемещается по забою, срезает стружку и наполняется грунтом. Толщина срезаемой стружки регулируется величиной выдвижения рукояти. Для уменьшения сопротивления копанию каждая последующая стружка должна перекрывать предыдущую на 8—15 см. Величина отрабатываемого забоя с одной стоянки экскаватора равна 2/3 длины рукояти. После полного выхода ковша из забоя совершается поворот экскаватора к месту разгрузки. При достижении пункта разгрузки машинист открывает днище ковша, и грунт высыпается под действием сил тяжести. По окончании разгрузки экскаватор совершает поворот в забой с одновременным опусканием ковша в пункт начала нового копания. По мере выработки забоя (когда ковш не достигает грунта) экскаватор совершает внутризабойную передвижку.

В экскаваторах с гидроприводом подъем и опускание ковша в забой совершается вместе со всем рабочим оборудованием гидроцилиндром (см. рис. 102,6). Включением гидроцилиндра рукоять поднимается вместе с ковшом, который в это время копает грунт. Вынос ковша на разгрузку осуществляется при одновременном включении гидроцилиндров на подъем. Объем грунта, разработанный с одной стоянки, называется элементом забоя.

Время рабочего цикла колеблется в пределах: для строительных экскаваторов 16—24 с; для карьерных 19—25 с и для вскрышных 45—55 с. Угол поворота прямых лопат принимают равным 90° при работе в транспорт и 100—110° — при работе в отвал. Операция поворота в среднем занимает 65—75% всего рабочего цикла, операция копания — 25—30% и разгрузка— 3—5%. Конструкции рабочего оборудования прямых лопат бывают двух типов: с однобалочной рукоятью и двухбалочной стрелой и с двухбалочной рукоятью и однобалочной стрелой (рис. 105).

Стрела (см. рис. 105) представляет собой сварную конструкцию коробчатого сечения. Нижней частью (пятой) стрела шарнирно соединена с поворотной платформой. Верхняя часть стрелы стрелоподъемным полиспастом, охватывающим блоки, соединена с надстройкой экскаваторов. Полиспаст позволяет изменять углы наклона стрелы к горизонту. Для прямых лопат этот угол обычно составляет 45° и фиксируется стрелкой. В средней части стрелы установлены напорный вал, на котором смонтирован седловой подшипник рукояти. В верхней части стрелы на оси устанавливаются головные блоки для каната подъема ковша, один конец которого коушем прикреплен к стреле. Для увеличения прочности двухбалочные стрелы имеют связи и раскосы, а коробчатые сечения внутри снабжены диафрагмами и ребрами жесткости. Для предохранения от ударов ковшом снизу стрелы имеют упругий буфер. Однобалочная стрела в средней части имеет развитую конструкцию, окантованную с двух сторон планками, которые предохраняют ее от истирания балками рукояти. Сверху к стреле приварены ступеньки для удобства обслуживания машины.

У экскаваторов карьерного типа и некоторых других в средней части стрелы установлен напорный механизм (см. рис. 3,а). Стрелы мощных вскрышных лопат (см. рис. 3) выполняют шарнирно-сочлененными. Нижняя секция стрелы, вертикальная стойка надстройки и подкос образуют замкнутый треугольник, воспринимающий нагрузки со стороны рабочего органа и напорного механизма. Верхняя секция стрелы воспринимает только нагрузки со стороны подъемных канатов и может быть выполнена более облегченной. Введение дополнительного подкоса сокращает расчетную длину стрелы, работающую на изгиб, поэтому масса шарнирно-сочлененной стрелы по сравнению с цельносварной получается меньше. Для увеличения технических возможностей стрелы некоторых экскаваторов (например, планировщиков) выполняются телескопическими. Подвижная секция (см. рис. 5, в) стрелы выдвигается гидроцилиндром, установленным в неподвижной секции смонтированной в раме, которая гидроцилиндром может поворачиваться относительно шарнирной подвески. Ковш, шарнирно укрепленный на головной секции выдвижной части стрелы, может поворачиваться гидроцилиндром. В ряде случаев телескопические стрелы совершают вращение относительно продольной оси, что облегчает работу в стесненных условиях.

Рис. 5. Стрелы экскаваторов
а — двухбалочная; 6 — однобалочная; в — телескопическая

Стрелы прямых и обратных лопат гидравлических экскаваторов (см. рис. 2,6 и г) выполняются одно-балочными в виде очень прочной коробчатой, сваренной из легированного металлопроката, конструкции. Пята стрелы шарнирно укреплена в проушинах поворотной платформы, к которой также присоединены и гидроцилиндры подъема стрелы. Штоки этих гидроцилиндров шарнирно соединены со стрелой и при их выдвижении изменяется угол наклона стрелы.

Рукоять является связующим звеном между стрелой и ковшом. У экскаваторов с канатным механизмом подъема ковша балки рукояти (рис. 6, а) входят в седловой подшипник и при помощи зубчатого колеса и рейки перемещаются в продольном направлении. Балки рукоятей изготовляют сварными из стального листа или прокатных профилей с поперечным сечением в виде квадрата, прямоугольника или круга. Концевые детали рукоятей, так же как и у стрел, посредством которых они соединяются с другими узлами, изготовляют литыми и штампованными. Выдвижение рукояти вперед и назад ограничивается упорами, при входе которых в седловой подшипник образуется распор, препятствующий дальнейшему движению.

Балка рукояти гидравлического экскаватора (см. рис. 6) представляет собой полую сварную из листового металла конструкцию переменного сечения. В месте крепления к стреле балку рукояти усиливают за счет увеличения конструктивных размеров. В этом же месте находится шарнир, с помощью которого рукоять соединяется со стрелой. Шарниром рукоять соединяется с проушиной штока гидроцилиндра наклона рукояти, а рычагами и шарниром — с ковшом. Гидроцилиндр поворота ковша крепится в проушине, а шток — к шарнирному соединению рычагов.

Ковши одноковшовых экскаваторов являются наибо лее нагруженными узлами рабочего оборудования Ковш прямой лопаты (рис. 7, а) по форме напомина ет куб с открытой верхней плоскостью. Корпус ковша выполняется литым или сварным. Передняя стенка ков ша сверху имеет режущую кромку с зубьями, а вни зу — прилив с отверстием, в который входит засов удерживающий днище в закрытом состоянии. На зад ней стенке ковша расположены проушины, в отверстиях которых шарнирными пальцами соответ ственно крепятся коромысло или блок подъема ковша, рукоять и раскос, удерживающие ковш в заданном положении. Днище ковша выполняют из стального листа, укрепленного двумя петлями на шарнире.

Рис. 6. Рукояти экскаваторов
а — двухбалочная; б — однобалочная

Рис. 7. Ковши одноковшовых экскаваторов
а — прямой лопаты; б — обратной лопаты

Ковш обратной лопаты (см. рис. 7, б) состоит из корпуса без открывающего днища, козырька, зубьев и проушин, с помощью которых он соединяется с балкой рукояти и штоком гидроцилиндра поворота. Зубья ковша, устанавливаемые на передней стенке, в случае износа или поломки могут быть заменены на новые. Боковые зубья имеют жесткую связь с ковшом и устанавливаются в тех случаях, когда экскаватор отрывает траншею. Задняя стенка ковша скруглена так, чтобы избежать трения о грунт при его повороте. Зубья ковшей обычно изготовляют литыми из высокомарганцовистой стали, хорошо сопротивляющейся истиранию, или из низкоуглеродистой стали с износостойкой наплавкой.

Наряду со стандартными ковшами, режущая кромка которых плоская, в настоящее время применяют ковши с режущим козырьком овальной формы и без зубьев. Преимущество этих ковшей заключается в том, что они лучше врезаются в грунт за счет концентрации давлений в средней части режущей кромки и срезания стружки большей толщины.

Обратная лопата (см. рис. 1,6 и 2,6, г) разрабатывает грунты ниже уровня своей стоянки с движением рабочего органа снизу вверх «на себя», поэтому ее широко применяют строители для отрыва котлованов под здания, так как, находясь на верхней кромке забоя, не стесняет работ, связанных с закладкой фундаментов и не требует дополнительных затрат на подготовку подъездных путей автотранспорта. Обратную лопату можно также использовать для разработки узких траншей с отвесными стенками и наличием грунтовых вод.

Оборудование обратной лопаты с канатным приводом (см. рис. 2, в) состоит из стрелы, рукояти, ковша и дополнительной двуногой стойки. Ковш жестко или шарнирно соединяется с рукоятью, а рукоять со стрелой. Подъемный полиспаст обратной лопаты укреплен на конце рукояти, а тяговый — на ковше. Рабочая ветвь подъемного полиспаста идет на барабан механизма подъема через блок на голове вспомогательной двуногой стойки. Эта стойка позволяет изменять угол между подъемным полиспастом и стрелой, особенно при опускании стрелы в наинизшее положение, и предохраняет набегание подъемного каната на кузов машины. Нерабочая ветвь тягового полиспаста укрепляется на поворотной платформе, что создает дополнительное напорное усилие на ковш.

Рабочий процесс обратной лопаты с канатным приводом выполняется следующим образом. Подтягивая подъемный канат и отпуская тяговый канат, ковш выбрасывают вперед. Притормаживая затем подъемный канат, опускают ковш на грунт. Включением тяговой лебедки канат начинает навиваться на барабан. Ковш при этом врезается в грунт и перемещается в сторону машины. Далее, не прекращая тяги, чтобы избежать высыпания грунта, поднимают все оборудование и начинают поворачивать экскаватор, одновременно вынося ковш к месту разгрузки. При ковшах, жестко укрепленных на рукояти, выгрузку производят выбрасыванием ковша вперед. При этом грунт высыпается полосой длиной 3— 4 м, что затрудняет применение этого метода для загрузки в транспорт. Поворотный ковш обеспечивает возможность разгрузки при любом вылете рукояти. Подобный результат можно получить с ковшами, у которых передняя стенка открывается на шарнирах. Затем со* вершается поворот в забой с одновременным опусканием ковша на место копания.

Стрела обратной лопаты за время одного рабочего цикла изменяет угол наклона к горизонту в пределах от +60 до —40°. Время подъема в некоторых случаях больше времени поворота, особенно при подъеме ковша из глубокой и узкой траншеи. Продолжительность рабочего цикла обратных лопат на 8—10% больше, чем у прямых лопат за счет подтягивания ковша к стреле перед отрывом его от забоя. При разработке узких и глубоких траншей рабочий цикл увеличивается на 25—30%.

Существенным недостатком обратной лопаты, особенно при глубоких забоях, является недостаточное усилие внедрения ковша, реализуемое только за счет сил тяжести рабочего оборудования. При работе в тяжелых грунтах это приводит к уменьшению глубины копания и ухудшению наполнения ковша. Указанные недостатки у экскаваторов с ковшом «обратная лопата» с гидравлическим приводом (см. рис. 2, г) не наблюдаются, гак как гидроцилиндры принудительно нагружают рабочее оборудование и тем самым активизируют процесс заглубления ковша. Принудительный поворот ковша улучшает процесс наполнения и сокращает время рабочего цикла. Конструкция рукояти (см. рис. 6) и стрелы экскаватора обратной лопаты выполнены сварными коробчатого сечения примерно так же, как и у прямых лопат.

Оборудование драглайна (см. рис. 1, г и рис. 4) предназначено для разработки грунта ниже уровня стоянки экскаватора и состоит из стрелы, ковша, подъемного и тягового канатов. Стрела драглайна с помощью подвески крепится к надстройке экскаватора. Подъемный канат, огибая головные блоки стрелы, идет на барабан механизма подъема, а тяговый проходит через обойму направляющих блоков (наводку) на барабан тяговой лебедки. Благодаря гибкой подвеске ковш удерживается на весу и при опускании врезается в грунт только под действием тяжести своей массы. При включении барабана тягового каната ковш, перемещаясь по направлению к экскаватору, режущей кромкой срезает грунт и заполняется. Затем груженый ковш поднимают к голове стрелы подъемным канатом, а тяговым канатом удерживают от опрокидывания. Одновременно с подъемом ковша экскаватор поворачивают к месту придания наибольшей маневренности стрела грейфера выполнена из двух частей: основной, закрепляемой на поворотной платформе, и дополнительной, на головной части которой шарнирно прикреплена рукоять. Стрела поднимается гидроцилиндром, а рукояти — гидроцилиндром.

Рис. 9. Оборудование грейфера
а — канатное; б — гидравлическое

Головка рукояти с помощью серьги соединена с поворотным устройством, обеспечивающим вращение грейфера на 180°. Соединение серьгой обеспечивает вертикальную установку ковша грейфера как при повороте рукояти, так и при подъеме или опускании стрелы. Каждая челюсть ковша в одной точке соединена шарнирно с несущим элементом, а во второй — через тягу с ползуном, перемещаемым вдоль несущего элемента штока гидроцилиндра. Последний шарнирно соединен с несущим элементом. При выдвижении штока ползун через тяги оказывает давление на челюсти и замыкает их. При обратном движении штока ползун, увлекаемый им через тяги, размыкает челюсти и грунт высыпается.

Оборудование копра (см. рис. 1,д) предназначено для забивки свай и состоит из направляющих, по которым движется ударная часть механического молота или дизель-молота. Направляющие соединены верхней частью с головой стрелы, а нижней — с телескопическими подкосами, шарнирно прикрепленными к поворотной платформе. Свая и ударная часть молота поднимаются двухбарабанной лебедкой экскаватора. Масса ударной части молота составляет 1—1,5 т для экскаваторов с ковшом объемом 0,5—0,65 м3 и 2—3 т — для экскаватора с ковшом объемом 1 м3.

Оборудование крана (см. рис. 1,е) монтируется на экскаваторе-драглайне с ковшом объемом до 8 м3 и имеет грузоподъемность 150—200 т. Максимальная грузоподъемность при крановом оборудовании колеблется в пределах 0,5—0,55 рабочей массы для экскаваторов малой мощности и 0,6—0,7 — для машин большой мощности. В ряде случаев универсальные экскаваторы снабжаются башенно-стреловым оборудованием (см. рис. 101,ж), позволяющим увеличить высоту подъема груза и эффективнее использовать вылет стрелы.

Оборудование струга (см. рис. 1, ж) обычно применяют на универсальных экскаваторах с ковшами объемом до 1 м3 и реже на специальных экскаваторах с ковшами объемом до 5 м3. Струг находит широкое применение для планировочных работ и послойной (сечек-тивной) разработки полезных ископаемых. Оборудование струга состоит из стрелы и ковша, свободно перемещающегося на роликах по направляющим стрелы. Для удобства разгрузки передняя стенка ковша струга открывается.

Экскаватор с оборудованием струга может производить планировку не только горизонтальных поверхностей, но и откосов (стрела планировщика на рис. 101, ж показана пунктиром). Кроме того, на стрелу струга можно навесить оборудование для уплотнения откосов— пневматические и электрические трамбовки. Для предохранения стрелы и других конструкций экскаватора от вредного воздействия ударных нагрузок трамбующий орган подвешивается к стреле на гибких связях. Перемещается трамбующий орган подъемным канатом. При уплотнении наклонных поверхностей стрелу устанавливают под углом откоса. При ширине трамбующей плиты 1 м производительность трамбовщика составляет 100— 120 м3/ч. Глубина уплотнения за один проход составляет 0,5—1 м.

Оборудование корчевателя (см. рис. 1,з) предназначено для корчевки пней и складирования их в штабеля. Основным рабочим элементом корчевателя является захватывающий орган, состоящий из двух тяжелых брусьев или металлических балок, шарнирно-соединенных между собой и подвешенных к подъемным цепям. Другие концы балок соединены с канатом, к которому в средней части прикреплен тяговый канат или цепь. Благодаря коромыслу корчеватель при опускании на пень принимает форму треугольника. При включении тягового каната свободные концы балок начинают сходиться и ножами, прикрепленными к внутренним сторонам, врезаются в пень. Затем подъемным и тяговым механизмом пень вытаскивается из земли и поворотом стрелы отправляется к месту свалки. Для пней диаметром до 300 мм оборудование корчевателя навешивается на драглайн с ковшом объемом 0,25—0,35 м3, для пней диаметром до 500—800 мм — на машины с ковшами объемом 0,65—1 м3. Производительность корчевателя зависит от времени одного рабочего цикла и колеблется в пределах 20—40 пней в 1 ч.

Оборудование траншеезасыпателя (см. рис. 1, и) состоит из тяжелого металлического щита, подвешенного к цепям ковша драглайна. Засыпатель применяют для засыпки траншей, рвов и ям, а также для планировки насыпных грунтов.

Оборудование скребка (см. рис. 1, к) состоит из тяжелого щита, установленного на стреле струга. Скребок перемещается по направляющим стрелы на роликах тяговым канатом. Скребок применяют для засыпки траншей и планировки поверхности.

Оборудование рыхлителя (см. рис. 1, л) используют для рыхления твердых и мерзлых грунтов. Оборудование состоит из направляющих, по которым движутся груз й Клин. Клин, врезаемый в грунт под действием падающего груза, откалывает крупные глыбы. Масса падающего груза составляет 3—4 т. Разработанный грунт бульдозерами собирают в штабель, откуда экскаваторами грузят в транспорт и отправляют в отвал.

Механизмы одноковшовых экскаваторов. Основными механизмами одноковшовых экскаваторов, обеспечивающими выполнение рабочего цикла, являются механизм подъема ковша, напорный механизм (только для экскаваторов с прямой лопатой), механизм подъема стрелы, механизм тяги ковша (только для экскаваторов с оборудованием драглайна и обратной лопаты), поворотный механизм, реверсивный механизм и ходовой механизм. В однодвигательных экскаваторах все механизмы приводятся в движение энергией одного двигателя, для чего они различными трансмиссионными передачами объединены в единую кинематическую цепь (схему). В много-двигательных экскаваторах каждый механизм приводится в движение от своего индивидуального двигателя и кинематической связи между ними не имеется. Типовая кинематическая схема одноковшового строительного экскаватора Э-652Б с однодвигательным приводом показана на рис. 10. Вращающий момент, развиваемый на валу двигателем внутреннего сгорания, дисковой муфтой и цепной передачей, передается на вал главного реверса, на шлицах которого посажены внутренние полумуфты конусных фрикционов реверсивного механизма. Одновременно шестеренкой вращательное движение с вала главного реверса передается зубчатому колесу, свободно посаженному на промежуточном валу, и колесу, жестко закрепленному на валу главной лебедки. Вместе с валом главной лебедки во вращательном движении находится крестовина фрикциона привода блока звездочек напорного механизма и крестовина фрикциона включения подъемного барабана ПБ. Подъемный канат огибает блок ковша, головные блоки стрелы и закрепляется на напорном барабане НБ, свободно посаженном на валу V- Удерживание ковша на весу осуществляется ленточными тормозами и при выключенных фрикционах. В забой ковш опускается под действим сил тяжести на тормозе.

Для создания ковшу напорного движения (т. е. «от себя») включают фрикцион, тогда крутящий момент с вала главной лебедки через цепную передачу трансформируется на напорный барабан. Напорный канат, огибая блоки напорного вала и блок, закрепленный на хвостовой части рукояти, при укладке на напорный барабан будет выдвигать рукоять с ковшом вперед. Для создания ковшу возвратного движения включают конусный фрикцион и кулачковую муфту. При этом вращательное движение и крутящий момент с промежуточного вала цепной передачей передается в оорат-ном направлении на напорный барабан НБ. Возвратный канат, навиваясь на напорный барабан, возвращает ковш из забоя к экскаватору.

Рис. 10. Кинематическая схема экскаватора Э-652Б
/ — вал двигателя; II— бал реверса; ///— вал реверса напора; IV — вал главной лебедки; V — ось напорного барабана; VI — вертикальный вал реверса; VII — промежуточный вал; VIII —вал механизма поворота; IX — вертикальный вал ходового механизма; X — горизонтальный вал ходового механизма; XI — вал ведущих звездочек гусеничного хода

Реверсивный механизм, состоящий из фрикционов и конических зубчатых колёс, посредством вертикального вала передает реверсивные движения на механизм поворота и хода. Вал реверсивного механизма имеет постоянное направление вращения, а вертикальный вал в зависимости от того, какой фрикцион будет включен — левый или правый, соответственно имеет левое или правое направление вращения. Все элементы кинематической цепи, связанные с валом, также изменяют направление вращения. Перемещение блока шестерен вверх вводит его в зацепление о шестеренкой и изменяет скорость вращения вала на меньшую. Шестерни находятся во взаимном зацеплении. Шестерня свободно посажена на валу, а шестерня — на валу.

Механизм поворота включается кулачковой муфтой, и крутящий момент с вертикального вала передается на ведущую шестерню поворотного механизма, последняя находится в зацеплении с зубчатым венцом. Остановка поворотного движения осуществляется наложением ленточного тормоза. Включением кулачковой муфты вращательное движение от шестерни передается вертикальному валу, а от него конической передачей — горизонтальному валу ходового механизма. Включением кулачковых муфт вращающий момент от горизонтального вала через цепные передачи передается на валы ведущих колес гусениц. Выключение одной из муфт позволяет экскаватору совершать движение с разворотом. При удержании выключенной муфты на управляемом стопоре обеспечивается разворот вкскаватора на месте вокруг неподвижной гусеницы.

Стрелоподъемный барабан СБ включается перемещением кулачковой муфты вправо. Опускание стрелы производится ленточным тормозом. Если скорость опускания стрелы будет большё допустимой, что возможно при отказе тормоза, в работу вступает противо-обгонная муфта, которая цепной передачей соединяет стрелоподъемный барабан с валом главной лебедки. Для открывания днища ковша в момент разгрузки на вал главной лебедки устанавливается, специальный механизм.

Механизм подъема и напора универсальных экскаваторов используют для приведения в действие других видов рабочего оборудования при соответствующей запа-совке канатов. При установке оборудования драглайна канат подъема ковша закрепляется на разъемном барабане, устанавливаемом на валу вместо блока звездочек, а тяговый — на подъемном барабане ПБ. При оборудовании грейфера на разъемном барабане закрепляется подъемный канат ковша, а замыкающий — на подъемном барабане. Кинематические схемы механизмов экскаваторов с многодвигательным приводом выполняют по аналогии со схемами электрических реверсивных лебедок с соответствующей компоновкой редукторов.

Главная лебедка предназначена для осуществления необходимых операций по перемещению рабочего органа в процессе копания, а также при повороте платформы и установке ковша в рабочее положение. Различают лебедки одновальные и двухвальные. В универсальных строительных экскаваторах в основном применяют одновальные лебедки, механизм подъема и напора (тяги) в которых размещается на одном валу. Эта лебедка называется главной, так как механизмы, смонтированные на ее валу, принимают непосредственное участие в разработке грунта. К всйомогательным лебедкам относятся лебедки, обслуживающие вспомогательные движения, например подъем и опускание стрелы (стрелоподъемная лебедка). Одновальная лебедка отличается большей компактностью, но в ней невозможна блокировка работы обоих барабанов и в силу большой длины вала затруднен проход по поворотной платформе. Двухвальная лебедка лишена указанных недостатков, хотя и более сложна. Применяется она для экскаваторов средней и большой мощности.

Напорные механизмы служат для врезания ковша прямой лопаты в грунт. Их различают по способу передачи движения на канатные и зубчато-реечные и по принципу действия — на независимые, зависимые и комбинированные. Схемы напорных механизмов с зубчатореечной системой передачи движения на рукоять показаны на рис. 111. При независимом напорном механизме (см. рис. 111, а) скорости движения подъема и напора не зависят друг от друга. Подъемный канат одним концом запасовывается на барабане, огибает блоки головы стрелы, уравнительный блок ковша и другим концом закрепляется на стреле. Напорное движение с блока звездочек главной лебедки цепной передачей передается на ось напорного барабана и далее на напорный вал. Кремальерные шестерни напорного вала соединяются с зубчатыми рейками балок рукояти и при вращении сообщают ковшу напорное или возвратное движение. Независимый напор позволяет реализовать большие усилия напора, что очень важно при разработке твердых грунтов. Однако независимый напор исключает возможность получения переменной скорости, это приводит к копанию ступенчатой стружкой.

Рис. 11. Схемы напорных механизмов
а — независимый; б — зависимый; в — комбинированный

В зависимом напорном механизме (см. рис. 11,6) напорное движение зависит от величины натяжения подъемного каната, один конец которого закреплен на напорном барабане, а другой — на подъемном барабане главной лебедки. Скорость напора регулируется растормаживанием возвратного барабана за счет изменения скорости подъема. Возвратное движение ковша осуществляется возвратным канатом при включении муфты возвратного барабана. При этом подъемный канат навивается на напорный барабан, и скорость подъема ковша увеличивается. При растормаживании возвратного барабана ковш опускается; включается подъемный барабан для удержания ковша на заданной высоте. При данной схеме машинист не чувствует изменения величины напорного усилия, которое при отпущенном возвратном барабане достигает максимума и приводит К излишнему нажиму-ковша на забой. Это создает дополнительные силы трения и уменьшает полезное усилие подъема.

Комбинированный напорный механизм (см. рис. 11,в) является наиболее распространенным и состоит из зависимой и независимой частей напора. При заторможенном барабане механизм работает как независимый, а при включенном — как зависимый. Он обеспечивает на пологих забоях плавную работу и непрерывное почти автоматическое выдвижение рукояти. Подъемный канат одним концом крепится на подъемном барабане, а вторым — на дополнительном барабане, установленном на напорном валу. Дополнительное усилие создается включением фрикциона напорного барабана и цепными передачами. Кинематическая схема комбинированного напорного механизма с канатной передачей движения на рукоять показан на рис. 110. Для получения независимого напора включают фрикцион, а подъемный барабан удерживают на тормозе. При этом движение с вала IV цепной передачей передается напорному барабану НБ, а навиваемые на него напорные канаты выдвигают рукоять вперед. Возвратный канат при этом сматывается с напорного барабана и следует за рукоятью. При удержании напорной части на тормозе включением фрикциона совершается независимый подъем. Из сказанного выше следует, что в комбинированном напорном механизме используются преимущества как независимого, так и зависимого напорных механизмов.

В гидравлических экскаваторах схема гидропривода определяет принципиальную взаимосвязь между элементами привода; насосной установкой, регулирующими и распределительными устройствами, исполнительными цилиндрами и гидродвигателями независимо от их конструктивного исполнения. Схемы гидропривода могут быть однопоточными и многопоточными.

В однопоточной схеме гидропривода основные механизмы экскаватора приводятся в действие от одного или нескольких насосов, создающих рабочее давление жидкости в одной напорной линии. При многопоточной схеме насосы подают рабочую жидкость в разные напорные линии. Потоки могут быть индивидуальными и групповыми. В последнем случае от одного потока питаются несколько гидродвигателей. При групповом питании гидродвигатели могут подключаться к напорной линии последовательно, параллельно или раздельно. Наиболее простой является однопоточная схема гидропривода с последовательным питанием всех гидродвигателей, однако из-за отсутствия возможности совмещения операций применяется редко.

На экскаваторах, рабочее оборудование которых является навесным на тракторах, чаще всего применяются двухпоточные схемы гидропривода, обеспечивающие совмещение и регулирование скорости двух движений. Например, подъем ковша и поворот или подъем стрелы и поворот. На рис. 12 показана типовая двухпоточная схема гидропривода с групповым параллельным питанием гидродвигателей. Гидропривод состоит из шестеренных насосов, многоблочных гидрораспределителей, блоков предохранительных клапанов и исполнительных гидроцилиндров: управления отвалом бульдозера, механизма поворота, выносных опор, подъема стрелы, подъема рукояти и поворота ковша. Первый поток в этой системе гидропривода создается насосом, а второй — сразу тремя насосами, питающими цилиндры рабочего оборудования. Рассмотренная схема гидропривода не дает возможности независимого совмещения движений элементов рабочего оборудования. Однако каждое из них можно совмещать с поворотным движением.

Производительность одноковшового экскаватора зависит от продолжительности рабочего цикла и объема грунта, находящегося в ковше. На продолжительность рабочего цикла оказывают влияние следующие факторы: конструктивные качества машины, уровень организации производства земляных работ, состояние и качество грунта и забоя, квалификация машиниста, система управления и др. Объем грунта, вынутый за один цикл, зависит от объема ковша и степени наполнения, характеризуемой коэффициентом наполнения ковша.

Многоковшовые экскаваторы выполняют все операции по резанию, транспортированию и разгрузке грунта одновременно и непрерывно. В результате совмещения операций многоковшовые экскаваторы по сравнению с одноковшовыми экскаваторами имеют более высокую производительность и применяются для отрывки траншей и каналов глубиной до 3,5 м, профилирования откосов и выполнения вскрышных работ. Они способны разрабатывать грунты до III группы включительно и могут захватывать камни размером не более четверти ширины ковша. Экскаваторы непрерывного действия различают по типу рабочего органа и характеру перемещения его в пространстве.

По типу рабочего органа подразделяют на цепные многоковшовые, цепные скребковые, роторные многоковшовые и роторные безковшовые (фрезерные).

По характеру движения рабочего органа подразделяют на экскаваторы продольного копания, поперечного копания и радиального копания. У первых направление движения рабочего органа (ковшовой цепи, ротора) совпадает с направлением движения самой машины. У вторых направление движения рабочего органа (ковшовой цепи) перпендикулярно направлению движения самой машины. У третьих рабочие органы поворачиваются относительно базы машины (роторные стреловые экскаваторы). По типу силового оборудования различают экскаваторы с приводом от двигателя внутреннего сгорания, с электрическим многодвигательным приводом, с дизель-электрическим приводом, с гидродинамическим и объемным гидравлическим приводом. По типу ходового оборудования различают экскаваторы на гусеничном, пневмоколесном, рельсовом на рельсошагающем ходу.

Экскаваторы продольного копания — траншейные экскаваторы, экскаваторы-дреноукладчики и экскаваторы-каналокопатели. Траншейные экскаваторы получили наибольшее распространенней выполняются с цепным и роторным рабочим органом. Применяются для рытья траншей под водопровод, кабели связи, газопроводы, нефтепроводы, трубопроводы канализации, теплофикации и др. При выполнении указанных работ траншейными экскаваторами благодаря их высокой производительности, минимальному сечению отрываемой выемки, ровным стенкам и дну траншеи дополнительных зачистных работ перед укладкой труб не требуется. Все это позволяет снизить стоимость работ по отрытию траншей и каналов в 1,5—2 раза.

Рабочий орган цепного многоковшового экскаватора (рис.13, а) состоит из ковшовой рамы, по направляющим которой перемещается ковшовая цепь с ковшами. Ковшовая рама роликами опирается на верхние полки наклонной направляющей рамы и перекатывается по ним при подъеме и опускании. Ковшовая цепь приводится в движение звездочкой, закрепленной на валу, при опрокидывании через который ковши выгружают грунт в бункер. Ленточный конвейер, расположенный под бункером, перемещает грунт в транспорт или на бровку разрабатываемой траншеи. Вращающий момент на валу ведущей звездочки ковшовой цепи, а также на валу механизма подъема и опускания ковшовой рамы, на ведущем барабане конвейера и приводных звездочках гусеничного хода развивается энергией двигателя, установленного на несущей раме. Последняя опирается на раму гусеничного ходового оборудования. Изменение скоростей движения ковшовой цепи н гусеничного хода осуществляется коробкой передач. Натяжение цепи, которая при износе шарнирных соединений начинает провисать, периодически регулируется натяжной звездочкой.

Рис. 13. Многоковшовые экскаваторы продольного копания
а — цепной; 6 — роторный

Работа цепного экскаватора начинается с опускания ковшовой рамы на грунт и постепенного заглубления ковшей. Ковши, срезая слой грунта, перемещаются к разгрузочному устройству. Над разгрузочным устройством ковш проходит в опрокинутом виде, и грунт под действием своей тяжести высыпается из него. В процессе работы машина непрерывно передвигается. Скорость движения ковшовой цепи и скорость движения машины должны быть взаимно увязаны с вместимостью ковша и глубиной забоя, чтобы ковш за время прохождения его от дна до верхней кромки траншеи успевал наполниться. Для увеличения ширины разрабатываемой траншеи к ковшам прикрепляют специальные ножи-уширители. При рытье глубоких траншей для исключения возможности обвала грунта применяют ступенчатый способ разработки винтовыми фрезами различной длины, установленными на ковшовую раму.

Роторные траншейные экскаваторы применяют для рытья траншей глубиной до 2,5 м и шириной до 2,1 м в грунтах до IV группы включительно и при глубине промерзания верхнего слоя до 0,7 м.

Роторный экскаватор (см. рис. 13,6) состоит из тягача, ротора с ковшами, являющегося рабочим органом, и ленточного конвейера. Ротор смонтирован на раме, передняя часть которой шарнирно соединена с кронштейном основной рамы, а задняя опирается на два пневматических колеса. Поднимается и опускается рама вместе с ротором подъемным механизмом, состоящим из двух гидроцилиндров, на штоках которых укреплены подвижные обоймы со звездочками и цепи. Вращающий момент на ротор передается от звездочки двойной цепной передачей, которая удлиняется при опускании ротора в грунт.

Ротор состоит из двух дисков, соединенных между собой поперечными связями. Ротор приводится во вращение двумя ведущими шестеренками, которые входят в зацепление с зубчатым венцом ротора. По беговым дорожкам зубчатого венда перекатываются поддерживающие и направляющие ролики. Неровности дна траншеи и просыпавшийся грунт подчищаются скребком. Ковши роторных экскаваторов изготовляют открытой формы. Чтобы предотвратить налипание грунта, заднюю стенку изготовляют либо из прутьев, в промежутки между которыми проходят зубья гребенки, которые и очищают ковш, либо из цепной сетки, прогиб которой в момент разгрузки создает наилучшие условия для опорожнения ковша. Производительность современных цепных и роторных траншеекопателей находится в пределах 280—1200 м3/ч, а масса —от 4,5 до 59,5 т.

Рис. 14. Экскаваторы специального назначения
а — дреноукладчик; б — каналокопатель

Экскаватор – дреноукладчик (рис. 114,а) предназначен для отрывки траншеи и одновременной укладки в нее дренажных гончарных труб в зонах орошения. Трубы укладывают с помощью трубоукладчика, представляющего собой сварной бункер, навешиваемый на подъемную раму цепного траншейного экскаватора с помощью гидроцилиндров и тяги и опирающийся на дно траншеи специальной лыжей. Рама поднимается гидроцилиндром. Управление рабочим органом траншеекопателя осуществляется гидроцилиндрами 1,2 и рычагом. В бункере трубоукладчика размещены гончарные трубы и фильтрующая песчано-гравийная смесь, которую отсыпают в качестве подстилающего слоя и для предварительной засыпки труб. В бункере имеется откидное сиденье для рабочего, контролирующего качество укладки труб. Современные дре-ноукладчики отрывают траншеи глубиной до 4 м и шириной 0,6—0,8 м.

Каналокопатели (см. рис. 14) предназначены для рытья каналов в зонах осушения и орошения, их также используют для разработки траншей с откосами при строительстве трубопроводов. Рабочий орган таких экскаваторов состоит из двух наклонных по профилю канала роторов, каждый из которых при поступательном движении машины прорезает щель вдоль откоса. Подрезанная центральная призма грунта под действием рыхлителей и клиньев обрушается на роторы и по направляющему лотку 2 выносится в отвал. Современные каналокопатели при диаметре ротора от 2,5 до 3,5 м отрывают канал глубиной 1,2—1,7 м с шириной по дну канала 0,25—0,8 м.

Карьерные и вскрышные многоковшовые экскаваторы являются мощными машинами, производительность их достигает 1200—3000 и 5000 м3/ч, а масса 600—3000 т. Для уменьшения удельного давления на грунт число опорных гусениц увеличивают до 16 или экскаватор устанавливают на рельсошагающий ход. В отличие от траншеекопателей грунт, разрабатываемый карьерными и вскрышными многоковшовыми экскаваторами, перемещается с помощью ленточных конвейеров в отвал, расположенный в 2—3 км от забоя.

Роторный стреловой экскаватор карьерного типа (рис. 115) состоит из ротора, роторной стрелы, надстройки, противовесной консоли с механизмами, разгрузочной консоли и ходового оборудования. Грунт, разрабатываемый ковшами ротора, попадает на стреловой конвейер, откуда через центральный перегрузочный узел —на конвейер разгрузочной консоли, далее на забойный конвейер и в отвал.

Рис. 15. Многоковшовый стреловой роторный экскаватор

Рис. 16. Многоковшовый цепной экскаватор поперечного копания
а – схема конструкции; б – траектория движения ковша

Для работы колесо экскаватора подводится к забою так, чтобы обеспечить срезание стружки нужной толщины. Колесо, врезавшись в грунт, начинает перемещаться под действием механизма поворота по дуге окружности радиуса копания. После прохода по дуге с углом 90— 120° экскаватор передвигается на величину пути, длина которого равна толщине стружки, и рабочий цикл повторяется.

Многоковшовые цепные экскаваторы поперечного копания (рис. 16) применяют для работы в карьерах при добыче глины и гравия, а также для рытья каналов и планировки откосов. В путевом и дорожном строительстве обычно используют экскаваторы малой мощности с ковшами вместимостью 20—150 л и глубиной копания 6—9 м; производительность их составляет 36—100 м3/ч. Экскаватор разрабатывает грунт при непрерывном возвратно-поступательном движении вдоль забоя, поэтому он устанавливается на рельсовый или гусеничный ход.

Рабочий орган экскаватора (рис. 16) состоит из ковшовой рамы, охватываемой цепью с ковшами. Для образоваййя плоской поверхности дна забоя на нижнем конце ковшовой рамы имеется планирующее звено. Ковшовая рама поднимается и опускается подъемным механизмом с канатным полиспастом, удерживаемым стрелой и подвесками. Рама экскаватора с пультом управления и механизмами установлена на несущей раме ходовой тележки. На экскаваторах данного типа применяют электропривод е индивидуальными двигателями. Питание к двигателям подается гибким высоковольтным кабелем, наматываемым на барабан. Верхнее строение экскаватора образует пространственную конструкцию, которая на случай опрокидывания удерживается дополнительной стойкой. На металлической конструкции монтируется бункер, из которого грунт подается в транспорт.

После включения привода ковшовой цепи ковши, находящиеся на нижней ветви цепи, двигаясь по откосу, срезают грунт и заполняются. В процессе наполнения ковш совершает сложное движение, слагающееся из Движения ковшовой цепи по откосу иц и движения экскаватора вдоль выемки va. Абсолютная скорость ковша находится под углом р к оси ковшовой цепи (см. рис. 16).

Машины для разработки мерзлых грунтов и для работы в районах с холодным климатом. Разработка мерзлых грунтов в Советском Союзе производится повсеместно, особенно большие объемы таких работ в настоящее время выполняются в связи с развитием добычи полезных ископаемых в районах Сибири, Дальнего Востока и Крайного Севера. Сопротивление резанию мерзлых грунтов в 30—50 раз больше, чем талых, поэтому разработка их обычными машинами практически неосуществима. Процесс разработки еще больше усложняется из-за низких отрицательных температур и суровых климатических условий. Разработку мерзлых грунтов в основном производят оттаиванием, взрывом и механическим разрушением с последующей погрузкой в транспорт. Оттаивание грунта в связи с расходом большого количества топлива приводит к удорожанию строительства и применяется при небольших объемах работ.

Разработка взрывом в ряде случаев неприменима по местным условиям. Наибольшее распространение получила механическая разработка мерзлого грунта путем рыхления с помощью рыхлителей, навешиваемых на мощных тракторах, пиления грунта цепными барами и дисковыми пилами, отколом глыб клиньями и шарами, применением виброударных машин.

Рыхлитель мерзлого грунта имеет стальной зуб, шарнирно-укрепляемый на раме, положение которой по высоте изменяется с помощью двух гидроцилиндров. Рыхление производят послойно на глубину 0,5—0,7 м, и, как правило, оно производительнее других способов механической разработки мерзлого грунта. Разрыхленный грунт собирают бульдозерами в штабеля, откуда одноковшовыми экскаваторами погружают в транспортные средства.

Методом послойного рыхления разрабатывает мерзлый грунт и землеройно-фрезерная машина, смонтированная на базе трактора Т-ЮОМГП. Рабочий орган этой машины представляет собой горизонтальный вал длиной 2,2 м, на котором по винтовой линии на расстоянии 0,117 м друг от друга закреплены девятнадцать кронштейнов с резцами, армированными наплавкой электродами из твердых сплавов. Подъем и опускание рабочего органа осуществляется двумя гидроцилиндрами. Глубина разрушения грунта не превышает 0,2 м. Скорость передвижения трактора при работе с фрезой не более 150 м/ч. Производительность составляет 65 м3/ч. Рассмотренная машина эффективно применяется и для разрушения асфальтобетонных покрытий.

Пиление (резание) грунта заключается в нарезании в мерзлом грунте полос и отделении образующихся блоков от массива экскаваторами илц подъемными машинами. Наибольшее распространение получили цепные баровые машины и дискофрезерные машины.

Цепная баровая машина (рис. 17, а) оборудуется одной или двумя цепями со специальными клиновыми зубьями, перемещающимися по направляющим рамы. Подъем, опускание и принудительное внедрение рабочего органа в грунт осуществляется гидроцилиндром. Цепи приводятся в движение от коробки отбора мощности трактора (тягача) и нарезают щели глубиной до 2 м. Производительность установки достигает 50 м3 в смену.

Дискофрезерная машина (рис. 17,6) имеет в качестве рабочего органа один или два диска диаметром 1,5—3 м, к которым по окружности крепятся резцы. Плоскости установки резцов смещены относительно друг друга, благодаря чему машина прорезает щели шириной 0,07—0,08 м. Рабочий орган смонтирован на раме, которая поднимается гидроцилиндром относительно стойки. В процессе работы подвижная рама дополнительно опирается на грунт лыжами 6. Для очистки прорезанной щели от грунтовой просыпи служит грунтоподборщик. Недостатком дискофрезерных машин является то, что глубина пропила не превышает 0,4 D (где D — диаметр диска).

Рис. 17. Машины для нарезания щелей в мерзлых грунтах
а — цепная баровая машина; б — дискофрезерная машина

Применение роторных экскаваторов для разработки мерзлых грунтов возможно только после увеличения усилия резания на зубьях ковша, которое приводит к необходимости увеличения мощности силовой установки и усиления металлоконструкции рамы и тяговых цепей. Несмотря на значительную энергоемкость в связи с измельчением грунта и износом режущих элементов, стоимость разработки 1 м3 роторными экскаваторами является наименьшей (15 коп. за 1 м3).

Откол грунта производится машинами ударного действия, рабочими органами которых являются либо падающие грузы, либо клинья, устанавливаемые на грунте. В качестве падающих грузов применяют шары или клинья массой до 5 т, подвешиваемые на канате подъемного механизма экскаватора или крана. Грузы сбрасывают с высоты 6—8 м при растормаживании подъемного барабана. Свободно подвешенный груз из-за раскачки никогда не попадает на прежнее место падения, что приводит к увеличению затрат времени на разрушение данного объема грунта. Грузы в виде шаров применяют для разработки песчаных грунтов, а в виде клиньев — для глинистых. Производительность машин с ударными грузами не превышает 25—30 м3 в смену.

Более совершенным является оборудование машины, рабочий орган которой устанавливается на грунте, а удары наносятся грузами, движущимися по направляющим, либо дизель-молотом, смонтированным на рабочем оборудовании. Производительность таких установок достигает 50 м3/ч. Рабочее оборудование является навесным на экскаваторах (см. рис. 1, уг) или на тракторах.

Рабочий орган выполняется в виде одного или трех клиньев-рыхлителей, установленных в основании рамы. Груз поднимается канатной лебедкой, закрепленной на раме трактора. В последнее время для разработки мерзлых грунтов все шире применяются экскаваторы, оборудованные ковшами активного действия (рис. 18), в переднюю стенку которых встроены пневмомолоты. Принцип работы их аналогичен работе пневматических отбойных молотков. Сжатый воздух, вырабатываемый передвижным компрессором, установленным в 5—8 м от экскаватора, по гибкому шлангу подводится к ковшу, а далее по каналам, предусмотренным в корпусе, — к пневмомолотам. Каждый пневмомолот включается в работу независимо от других при достижении нагрузки на зуб около 0,5 т. Под действием этой нагрузки зуб, перемещаясь в корпусе, сжимает пружину и открывает доступ сжатому воздуху. Применение таких ковшей ликвидирует необходимость иметь две машины — одну для рыхления, а другую для уборки разрыхленного грунта, но требует установки рядом с экскаватором компрессора. Производительность экскаваторов составляет 40 м3/ч с ковшом объемом 0,6 м3 и 70 м3/ч с ковшом объемом 1,1 м3.

Рис. 18. Ковши с активными зубьями а — прямой лопаты; б — обратной лопаты

Способ разработки мерзлого грунта следует выби—рать в каждом конкретном случае с учетом реальных условий ведения работ. Стоимость разработки 1 м3 мерзлого грунта высока и обычно составляет 0,9— 1,46 руб. при механизированном способе производства работ и 2,3—4,6 руб. при разработке вручную. Этот показатель может быть снижен в 6—12 раз, если при подготовке к зиме будут проведены мероприятия по предохранению грунта от промерзания на участках будущих котлованов и траншей.

Машины, предназначенные для работы в районах с холодным климатом (северное исполнение), в соответствии с ГОСТ 14892—69 должны сохранять работоспособность при температуре окружающего воздуха до —60 С с учетом суровых климатических условий (ураганных метелей, обледенения) и наличия вечной мерзлоты. В большинстве случаев машины северного исполнения делают на базе серийно выпускаемых машин с сохранением кинематических схем и основных параметров. Однако для изготовления металлоконструкций и различных деталей применяют хладностойкие низколегированные стали с введением специальной термической обработки и технологии их изготовления.