На схеме видно, что со стороны грунта на ковш, движущийся вверх, действует сила сопротивления грунта копанию Р. Для преодоления этой силы, т.е. для заполнения ковша грунтом, необходимо приложить силу напора рукоятки Н и силу подъемного каната Д что и осуществляеться с помощью лебедок напорного механизма и подъема ковша.

Машинисту экскаватора хорошо известно, что при предельном заглублении ковша при упоре в препятствие могут произойти наклон и опрокидывание машины относительно передней кромки гусениц (на рис.13 линия, проходящая через точку А).

Необходимость обезопасить себя от этой возможности вынуждает машиниста выглублять ковш и продолжать разработку грунта слоем меньшего сечения.

Опрокидывание экскаватора происходит из-за того, что когда сопротивление грунта оказывается слишком большим, ковш остается неподвижным, а лебедка подъема ковша, продолжая работать, подтягивает головку стрелы к ковшу и наклоняет всю машину?

В этом случае препятствует опрокидыванию масса Ммашины, которая действует уравновешивающе с другой стороны от передней кромки гусениц. Дополнительный противовес, который устанавливается на поворотной платформе экскаватора, служит для того, чтобы в какой-то мере уравновесить опрокидывающее усилие, возникающее на рабочем оборудовании машины. Очевидно, что чем дальше от передней кромки гусениц располагается противовес, тем меньшая масса его требуется для безопасной работы.

Рис. 13. Схема сил, действующих на ковше и в рабочем оборудовании экскаватора а – в экскаваторе с канатным приводом и прямой лопатой: б — в гидравлическом экскаваторе с прямой лопатой; в – в экскаваторе с канатным приводом и обратной лопатой; г – в гидравлическом экскаваторе с обратной лопатой

Схема сил на гидравлическом экскаваторе с оборудованием прямая лопата будет несколько другой. Для определения силы сопротивления грунта копанию (рис. 13,6) на этом экскаваторе работают гидроцилиндры на стреле с усилием Д на рукояти с усилием Я и на ковше с усилием Т.

На рис. 13,в представлена схема сил на экскаваторе с канатным приводом и оборудованием обратная лопата. Этот экскаватор работает на себя. Такая особенность сказывается на схеме сил. Сила сопротивления грунта копанию Р в этом случае противодействует усилию Н в канате поворота рукояти и усилию П в канатах подъема стрелы. Устойчивость машины во время работы и здесь зависит от массы М экскаватора и расстояния этой массы от передней кромки гусениц.
На рис. 1Ъ,г,д показана схема сил на экскаваторе также с оборудованием обратная лопата, но с гидравлическим приводом. Видно, что сила сопротивления грунта преодолевается воздействием трех гидроцилиндров: на стреле, рукояти и ковше.

Так, распределение сил на рабочем оборудовании экскаваторов с канатным и гидравлическим управлением показывает, что и в том, и в другом случае сила сопротивления грунта копанию преодолевается совместным действием нескольких механизмов рабочего оборудования.

В экскаваторе с канатным приводом совместно работают напорный и подъемный механизмы. В гидравлическом экскаваторе осуществляется совместная работа ряда последовательно расположенных гидроцилиндров (на стреле, рукояти и ковше).

Сила сопротивления грунта копанию имеет при разработке любого грунта определенное значение.

Ее можно определить по такой общей формуле:
Р = КВС,
где Р — сила сопротивления грунта копанию; К – коэффициент сопротивления копанию; В – ширина ковша; С – высота стружки грунта.

Коэффициент сопротивления копанию найден экспериментально и введен в формулу для того, чтобы учитывать влияние характеристики различного грунта на сопротивление копанию (К = 16-35 Н/см2). Так, более легкие (песчаные) грунты имеют меньший коэффициент К более тяжелые (глинистые) – больший коэффициент К.

Следовательно, если в качестве примера взять экскаватор с ковшом шириной 140см (например, экскаватор ЭО-4121А или ЭО-4111Б), то при копании им легкой супеси для снятия стружки грунта высотой 5 см потребуется приложить усилие на зубьях ковша Р = 16х 140×5= 11200 Н. Это усилие должно быть создано либо гидроцилиндрами у гидравлического экскаватора, либо лебедками у канатной машин, причем величины усилий в гидроцилиндрах и канатах будут зависеть от мест их крепления относительно зубьев ковша. Как видно из формулы, у экскаваторов различной конструкции сопротивление грунта не зависит от конструкции рабочего оборудования и особенностей его привода (канатный или гидравлический), а зависит только от характеристики грунта и величины срезаемой стружки. В то же время усилия в рабочем оборудовании экскаватора, в механизмах привода рабочего оборудования, необходимые для преодоления силы сопротивления грунта, зависят именно от конструкции рабочего оборудования и его привода. Если сравнить экскаватор с канатным приводом рабочего оборудования с гидравлическим экскаватором, можно заметить существенную разницу в их работе. У канатного экскаватора ковш при копании приводится в действие включением лебедок напорного и подъемного механизмов, а в исходное положение возвращается под действием массы рабочего оборудования при выключенных лебедках.