Очень широкое применение имеют гидравлические неполноповоротные одноковшовые экскаваторы на базе пневмоколесных тракторов класса 14 кН.

Общая компоновка и конструктивные схемы неполноповоротных гидравлических экскаваторов в основном одинаковы. Отличаются они друг от друга лишь схемами гидропривода.

На рис. 1 представлен общий вид экскаватора ЭО-2621, смонтированного на тракторе ЮМЗ-6Л.

Рабочее оборудование экскаватора состоит из прямой и обратной лопат с унифицированным ковшом вместимостью 0,25 м3 и бульдозерного отвала. Экскаватор может быть также оборудован грейферным ковшом, крановой подвеской и вилами для погрузки соломы, силоса и штучных грузов.

К трактору крепятся обвязочная рама и рама бульдозерного оборудования, которые воспринимают нагрузку от навесного оборудования. На обвязочной раме установлена поворотная колонка, к нижней части которой шарнирно прикреплена стрела. Подъем и опускание стрелы производятся посредством гидроцилиндра. Рукоять с ковшом поворачивается с помощью двух гидроцилиндров. В свою очередь ковш поворачивается относительно нижнего шарнира рукояти гидроцилиндром. Стрела в плане поворачивается на угол 160°, т. е. экскаватор является неполноповоротным.

Для повышения устойчивости во время копания экскаватор снабжен выносными опорами (аутригерами) с гидравлическим приводом, управляемым машинистом. Он оборудован отвалом бульдозера, что позволяет, например, засыпать траншеи после монтажа коммуникаций. Бульдозер отчасти служит противовесом, влияя на положение центра тяжести машины.

Управление осуществляется из кабины, посредством гидрораспределителей. Смена рабочего оборудования производится, как правило, непосредственно на объекте работ.

Для переоборудования экскаватора с обратной лопатой на прямую ковш устанавливают зубьями наружу и закрепляют на нижней вилке рукояти посредством дополнительных тяг. Штоки гидроцилиндров рукояти крепят к нижнему кронштейну рукояти.

Днище ковша шарнирно присоединяется к его корпусу, а закрытие и открытие днища осуществляются гидроцилиндром.

При крановом оборудовании экскаватора вместо ковша к рукояти прикрепляют крановую подвеску. Шток бездействующего гидроцилиндра закрепляется на специальной проушине подвески.

Поворот рабочего оборудования в горизонтальной плоскости осуществляется с помощью поворотной колонки, на которой закреплено рабочее оборудование.

Конструктивная схема поворотного механизма, применяемого на отечественных навесных гидравлических экскаваторах, представлена на рис. 2.

Вращение корпуса колонки осуществляется цепью, огибающей звездочку. Концы соединены со штоками двух гидроцилиндров одностороннего действия. При включении одного из цилиндров шток через цепь поворачивает в соответствующую сторону корпус поворотной колонки.

На экскаваторе ЭО-2621 применены две самостоятельные гидросистемы с общим баком для рабочей жидкости; первая приводит в движение рабочее оборудование посредством трех шестеренных насосов, жидкость подается через распределитель 5 в гидроцилиндры ковша, рукояти и стрелы.

Вторая система посредством шестеренного насоса через распределитель подает жидкость в гидроцилиндр стрелы, в гидроцилиндры поворотного механизма и через тракторный распределитель — в гидроцилиндры выносных опор и гидроцилиндр бульдозера. Все три насоса приводятся во вращение от вала дизеля через редукторы.

Для ограничения величины давления в запретной поршневой полости гидроцилиндра 79 стрелы при копании установлен разгрузочный клапан, перепускающий жидкость в штоковую полость гидроцилиндра, а избыток жидкости — в бак.

Потери жидкости в штоковых полостях гидроцилиндров поворотного механизма компенсируются через обратный клапан.

При нейтральном положении золотников рабочая жидкость от насосов проходит через фильтр, установленный в баке, и опять возвращается к насосам.

Каждый гидропривод снабжен предохранительным клапаном, предотвращающим перегрузку механизмов экскаватора.

Перепускной клапан, встроенный между трубопроводами, подающими жидкость в гидроцилиндры, служит для плавного торможения механизмов поворота в середине хода. Плавное затормаживание в конце поворотного движения достигается применением демпферных устройств, смонтированных в крышках гидроцилиндров.

Обратные управляемые клапаны обеспечивают свободную подачу жидкости в поршневые полости гидроцилиндров выносных опор и запирают слив жидкости, когда внешние нагрузки передаются от опор на штоки. Этим достигается необходимая устойчивость экскаватора во время работы.

При подъеме опор жидкость подается в штоковые полости гидроцилиндров. Одновременно иглы клапанов открывают свободный слив жидкости из поршневых полостей.

На экскаваторах Э-153А и Э-153АШ установлены трехзолотниковые трехпозиционные гидрораспределители с предохранительными клапанами. На рис. 4 показан разрез такого гидрораспределителя. При нейтральном положении золотников рабочая жидкость подводится в полость Н и, пройдя распределитель, уходит в сливную магистраль с. Рабочая жидкость по каналам в поступает в камеры г и е. При подаче рабочей жидкости, давление в полости Н, а следовательно, и в камерах а и б будет всегда больше, чем в камере д, поскольку жидкость проходит через малое отверстие в демпфере. Таким образом, давление в полости Н повышается на величину, не* обходимую для преодоления усилия пружины и силы трения между клапаном и корпусом гидрораспределителя. Клапан поднимается вверх и выдавливает рабочую жидкость из камеры г в сливную магистраль с.

Если один из золотников поднят, то перекрывается камера е, и рабочая жидкость запирается в камере г. Давление в камерах г, а и б уравновешивается, и клапан под действием пружины опускается вниз, разобщая нагнетательную и сливную полости, в результате чего рабочая жидкость поступает в нижнюю камеру ц, а затем в соответствующую полость гидроцилиндра. Из другой полости гидроцилиндра рабочая жидкость через верхнюю камеру ц поступает в полость и в сливную магистраль с.

Аналогично гидрораспределитель работает при опускании одного из золотников.

При повышении давления сверх допустимого шарик предохранительного клапана приподнимается, и рабочая жидкость из полости г через каналы д и ж проходит в сливную магистраль с.

Полноповоротные гидравлические экскаваторы отличаются высокой степенью универсальности благодаря большому количеству сменного оборудования. Основным видом рабочего оборудования, как и в неполноповоротных гидравлических экскаваторах, является обратная лопата с поворотным ковшом.

Экскаваторы снабжаются гусеничным или пневмоколесным ходовым оборудованием. Иногда эти экскаваторы устанавливаются на автомобильном шасси.

Пневмоколесный, или автомобильный, ход применяется преимущественно на машинах с ковшом вместимостью до 0,4 м3, используемых для работ на небольших объектах.

Привод пневмоколесного хода на экскаваторах применяется как механический, так и от гидромоторов.

На экскаваторах с ковшом вместимостью более 0,5 м3 применяется главным образом гусеничный ход жесткого многоопорного типа.

В опорно-поворотных устройствах широко используются двухрядные шариковые или однорядные роликовые круги с внутренним или наружным венцовым зацеплением.

Для привода поворота большое распространение получил безредукторный привод от высокомоментных гидромоторов. При этом гидромоторы устанавливаются на поворотной раме с консольным расположением венцовой шестерни на валу гидромотора.

Отечественной промышленностью выпускаются гидравлические полноповоротные экскаваторы с ковшами 0,5—1,5 м3 на гусеничном и пневматическом ходу. Основным рабочим оборудованием этих экскаваторов является обратная лопата со сменными ковшами. Кроме обратной лопаты, экскаваторы снабжаются дополнительным сменным оборудованием прямой лопаты, грейфера и погрузчика. Большой выбор сменного оборудования позволяет успешно использовать эти машины в промышленности и гражданском строительстве, на строительстве железных и автомобильных дорог и оросительных систем.

На рис. 5 представлена конструктивная схема выпускаемого нашей промышленностью гидравлического полноповоротного экскаватора Э-5О15А на гусеничном ходу.

Экскаватор применяется в промышленном, гражданском и мелиоративном строительстве для производства земляных и погрузочно-разгрузочных работ в грунтах I — IV категорий.

Экскаватор состоит из двух частей: гусеничной ходовой тележки и поворотной платформы с закрепленным на ней силовым и рабочим оборудованием.

Экскаватор снабжается рабочим оборудованием обратной лопаты и грейфера с ковшами вместимостью 0,5 м.

Поворотная платформа опирается на нижнюю раму через роликовый поворотный круг.

Все рабочие движения экскаватора и его передвижение осуществляются посредством гидропривода.

Управление движения экскаватора производится через три золотниковых распределителя. Первый распределитель управляет гидроцилиндрами стрелы и поворота ковша, а также гидромотором привода передвижения левой гусеницы; второй — гидроцилиндром рукояти и гидромотором правой гусеницы; третий — гидромотором поворота платформы и гидроцилиндром рукояти.

Управление золотниками гидроцилиндра рукояти во втором и третьем распределителях сблокировано.

Экскаватор оборудован просторной теплой шумоизолированной кабиной с вентиляцией и обогревом.

В кабине расположены мягкое сиденье и рычаги управления. Для работы в ненастную погоду и ночное время кабина оборудована стеклоочистителями, фарами и звуковой сигнализацией.

К группе мощных гидравлических полноповоротных экскаваторов на гусеничном ходу с ковшом обратной лопаты вместимостью 1 м3, выпускаемых нашей промышленностью, относится экскаватор ЭО-4121. Он предназначается для земляных работ в грунтах I — IV категорий и погрузки сыпучих материалов и мелкодробленых скальных пород с величиной кусков не более 400 мм.

На рис. 6 представлен полноповоротный экскаватор ЭО-4321 на пневмоколесном ходу, предназначенный для земляных работ в грунтах I —IV категорий. Основное рабочее оборудование — обратная лопата с ковшом вместимостью 0,65 м3.

Конструкция машины предусматривает возможность работы со следующими видами сменного рабочего оборудования: прямой лопатой с ковшом вместимостью 0,8 м3; грейфером вместимостью 0,65 м3; удлиненной рукоятью с ковшом обратной лопаты вместимостью 0,4 м3; обратной лопатой вместимостью 1 м3; гидромолотом, зубом-рыхлителем, крановой подвеской, вставкой грейфера для глубокого копания.

П невмоколесное ходовое устройство выполнено с применением мотор-колес. Мотор-колесо представляет собой агрегат, состоящий из высокомоментного гидромотора, ступичного редуктора, колодочного тормоза и собственно колеса с широкопрофильной шиной. Колеса задней оси крепятся непосредственно к ходовой раме, а колеса передней оси — к балансирной подвеске. Передние колеса управляемые. Возможно изменение колесной формулы с 4×4 на 4х2 с соответствующими изменениями суммарной тяги на колесах.

Все исполнительные и рабочие органы экскаватора имеют гидравлический привод от силового агрегата, состоящего из дизельного двигателя и сдвоенного аксиально-поршневого насоса переменной подачи с регулятором мощности.

Три моноблочных трехзолотниковых распределителя с гидравлическим сервоуправлением обеспечивают независимое совмещение всех рабочих движений в цикле экскавации, а также возможность объединения потоков рабочей жидкости от обеих секций насоса для привода стрелы, рукояти, ковша и гидромотора хода.

Поворот платформы экскаватора осуществляется высокомоментным гидромотором, на выходном валу которого установлена шестерня находящаяся в зацеплении с венцом опорно-поворотного устройства роликового типа.

Спереди машины установлен планировочный отвал, а сзади — выносные опоры, которые приводятся в действие управляемыми из кабины гидроцилиндрами.

В кабине оператора установлены амортизированное сиденье, двухколоночный пульт управления рабочим оборудованием, рулевое управление с гидроусилителем и следящей гидравлической системой, пульт контрольных приборов.

Экскаватор ЭО-5122 универсальный полноповоротный гидравлический на гусеничном ходу с ковшом вместимостью 1,6 м3. Предназначен для земляных работ в грунтах I —IV категорий, а также в предварительно разрыхленных мерзлых грунтах и дробленых скальных породах с кусками размером не более 600 мм при температуре окружающего воздуха от +40 до -40 °C.

Сменные рабочие органы — прямая и обратная лопаты с ковшами вместимостью 1,6; 2 и 1,25 м3; грейфер вместимостью 1 м3; грейферное оборудование на телескопической штанге; погрузочный ковш вместимостью 2,8 м3; рыхлитель.

Экскаватор ЭО-6121 один из крупных советских гидравлических экскаваторов с мощностью двигателя 221 кВт, конструктивной массой при оборудовании прямой лопатой 55,2 т, вместимостью ковшей: с прямой лопаты — 2,5 м3, обратной лопаты — 1,6 м3.

Экскаватор ЭО-6122 универсальный полноповоротный гидравлический на гусеничном ходу с ковшом вместимостью 2,5 м3.

Предназначен для земляных работ в грунтах I — IV категорий и для погрузки дробленых скальных пород с кусками размером до 1/3 ширины ковша при температуре окружающего воздуха от +40 до -40 °C.

Сменные рабочие органы: прямая и обратная лопаты с ковшами вместимостью 2,5; 3,3 и 1,6 м3; погрузочный ковш вместимостью 4 м3.

—

Классификация экскаваторов

В зависимости от степени использования гидропривода экскаваторы могут быть:
— гидравлическими, когда все основные механизмы экскаватора приводятся в действие гидроприводом;
— неполностью гидравлическими, если гидропривод используют только для рабочего оборудования;
— гидрофицированными, когда гидропривод применяют для отдельных основных механизмов.

Гидропривод также часто используют для вспомогательных механизмов (стопоров, выносных опор) и управления экскаваторов, в том числе с механическими или электрическими силовыми передачами для привода основных механизмов. Однако этого недостаточно, чтобы считать машину гидравлической.

Гидравлические экскаваторы классифицируют по типу ходового устройства и виду (принципиальному конструктивному исполнению) рабочего оборудования.

Ходовые устройства экскаваторов могут быть следующих типов:
— тип Г — гусеничное с минимально допустимой опорной поверхностью гусениц (наиболее распространен на одноковшовых экскаваторах);
— тип ГУ — гусеничное с увеличенной опорной поверхностью гусениц, предназначенное для работы на болотистых грунтах с низкой несущей способностью;
— тип П — пневмоколесное, позволяющее увеличить мобильность экскаватора, облегчить и ускорить его переброску собственным ходом с одного строительного объекта па другой;
— тип Ш — специальное шасси автомобильного типа, отличающееся от типа П тем, что, кроме двигателя на поворотной части экскаватора, на шасси установлен более мощный двигатель, обеспечивающий передвижение экскаватора с большой скоростью; ходовое устройство типа Ш имеет прочную и низкую специальную раму;
— тип А — шасси грузового автомобиля;
— тип Тр — тракторное; используют пневмоколесные тракторы;
— тип Пр — прицепное, колеса которого не имеют привода для передвижения.

По виду конструктивного исполнения рабочего оборудования гидравлические экскаваторы могут быть:
— с канатной подвеской — стрела и рабочий орган (ковш и т. п.) подвешены на канатах, которыми приводятся в действие;
— с жесткой подвеской (с шарнирно-рычажньш рабочим оборудованием) — стрела и остальные элементы оборудования соединены шарнирно друг с другом и приводятся в действие гидроцилиндрами;
— с телескопической стрелой, у которых выдвижение и вытягивание стрелы является рабочим движением.

Наиболее распространены гидравлические экскаваторы с шарнирно-рычажным рабочим оборудованием (с жесткой подвеской), показанные на рис. 7—9. Они предназначены в основном для экскавационных работ и могут быть оснащены различными видами сменного рабочего оборудования: обратной и прямой лопатой, погрузчиком, грейфером с жесткой подвеской и другими, а также большим количеством легкосъемных разнообразных рабочих органов.

Шарнирно-рычажное оборудование имеет три рабочих движения его элементов в вертикальной плоскости: наклон стрелы, поворот рукояти относительно стрелы и поворот ковша относительно рукояти.

Гидравлические экскаваторы с телескопическим рабочим оборудованием получили распространение в последние

годы вследствие своей большой универсальности. Возможность движения рабочего органа по прямолинейным горизонтальным и наклонным траекториям позволяет использовать его на работах по планированию под проектную отметку дна котлованов, фундаментных траншей и узких берм, для отделки откосов и обратной засыпки пазух фундаментов в труднодоступных местах. Поэтому экскаваторы с этим оборудованием обычно называют экскаваторами – планировщиками, которые уступают по производительности, (на обычных землеройных работах) машинам с шарнирно-рычажным рабочим оборудованием» но зато успешно заменяют ручной труд на доводочных, отделочных и других земляных работах.

Телескопическое рабочее оборудование имеет не менее четырех движений: наклон стрелы в вертикальной плоскости, выдвижение стрелы, поворот ковша или всей стрелы относительно ее продольной оси и поворот ковша в вертикальной плоскости стрелы. При планировании поверхностей, плоскость которых не параллельна оси телескопической стрелы, необходимо совмещать два движения: втягивание (или выдвижение) стрелы и изменение угла наклона ее, причем последнее нужно осуществлять с переменной скоростью, для чего требуется высокая квалификация машиниста.

Система индексации экскаваторов

Гидравлические экскаваторы обладают большой универсальностью. По мере развития их конструкции увеличивается разница между емкостью ковшей, применяемых на одной и той же машине для разных условий работ и при различном рабочем оборудовании. Так, емкость ковшей, применяемых на одной и той же машине, изменяется в 2 раза и более.

Поэтому принятое ранее определение класса (размера) экскаватора по емкости его ковша без указания условий использования ковша этой емкости приводит к недоразумениям при сравнении разных машин, особенно экскаваторов с гидравлическим приводом. Параметром, наиболее полно (по сравнению с остальными) характеризующим класс гидравлического экскаватора с тем или другим типом ходового устройства, является масса машины, определяющая ее устойчивость и возможность эффективного использования ковша данной емкости на определенных вылете, глубине или высоте.

В основу действующей системы индексации экскаваторов заложена размерная группа машины; емкость ковша приведена для ориентировки. Старый индекс сохранился у экскаваторов Э-5015, Э-5015А, Э-4010, Э-1514, Э-153А, производство которых было освоено до введения этой системы индексации.

Система индексации одноковшовых универсальных экскаваторов (ЭО) предусматривает структуру индекса машины, показанную на рис. 12: четыре основные цифры означают (по порядку их расположения) — размерную группу машины, тип ходового устройства, исполнение рабочего оборудования и порядковый номер данной модели. Дополнительные буквы (А, Б, В…) обозначают порядковую модернизацию данной машины, а также ее специальное климатическое исполнение (С, Т, ТВ).