Ковши выполняют сварными, литыми или комбинированными. Режущая кромка передней стенки ковша снабжается 4—6 сменными зубьями из износостойкой стали.

Для лучшего наполнения ковша его режущая кромка сильно выдается вперед, а корпусу снизу придается несколько расширенная форма, что улучшает условия разгрузки. Сверху к ковшу присоединяется коромысло с уравнительным блоком в обойме. Емкость ковша выражается в кубических метрах и определяетея из расчета полного использования активной силы на режущей кромке (зубьях) ковша при его заполнении грунтом.

Ковши экскаваторов строительного типа (рис. 100) выполняются чаще всего сварными с козырьком из стали с высоким содержанием марганца и со вставными зубьями, с установкой на них сменных наконечников.

Для карьерных лопат рабочее оборудование должно отличаться особой надежностью, поэтому ковши у них применяются цельнолитые из стали с высоким содержанием марганца, а также сварнолитые или цельносварные со сменными козырьками, с короткими симметричными зубьями без наконечников, устанавливаемыми в количестве 4—5 шт.

Рис. 110. Ковш экскаватора строительного типа

Ковши вскрышных лопат выполняются сварными с двойными стенками, часто с усиливающими накладками в виде полутруб, приваренных к наружным стенкам. Козырек ковша выполняется обычно литым из стали с высоким содержанием марганца.

Большое значение для копания имеет угол заострения зубьев или режущей кромки. Уменьшение угла заострения способствует лучшему отделению грунта от массива, но в то же время приводит к быстрому затуплению зубьев. Наиболее рациональными углами заострения являются для легких грунтов углы 25—27°, для тяжелых лрунтов 32—35°.

В последнее время широкое применение получили сварные беззубые ковши с полукруглой режущей кромкой (рис. 112). Для предохранения режущей кромки от затупления от нее наплавляют слой твердого сплава. Благодаря полукруглой передней стенке ковш обладает необходимой прочностью, а выступающая вверх сплошная режущая кромка хорошо врезается в грунт. Ковши такого типа имеют меньшую энергоемкость копания и значительно легче стандартных, что позволяет увеличивать их емкость по сравнению со стандартными.

Рис. 111. Ковш карьерного экскаватора

Рис. 112. Ковш с полукруглой режущей кромкой

Днище ковша прямых лопат чаще всего выполняется свободно падающим и снабжается петлями, шарнирно укрепленными в проушинах его задней стенки. Для разгрузки ковша имеется особый механизм открывания (см. рис. 110). Он представляет собой двигатель, на валу которого посажен барабан, связанный стальным канатиком и цепью с рычагами засова днища. При включении двигателя канат наматывается на барабан, выдергивает засов из накладки, днище падает под действием силы тяжести и грунт из ковша выгружается. Закрывается днище автоматически за счет собственного веса засова при опускании рукояти с ковшом.

В некоторых конструкциях для открывания днища применяются гидравлические или пневматические толкатели, устанавливаемые на стреле экскаватора. Ковши крупных экскаваторов подвешиваются на двух ветвях подъемного каната или посредством коромысла, придающего большую устойчивость ковшу в работе. За счет этого рукоять разгружается от вращающего момента, вызываемого внецентренным приложением реакции грунта, которая при подвеске ковша на двух канатах воспринимается канатами, вызывая в них перераспределение усилий. К коромыслу крепится блок ковша, огибаемый подъемным канатом экскаватора.

Ковши обратных лопат не имеют передней стенки, задняя стенка выполняется по радиусу и переходит в днище. В новых моделях экскаваторов ковши устраиваются поворотными относительно рукояти.

Экскаваторы с поворотными ковшами могут отрывать котлован почти с отвесными стенками. Поворотный ковш прикрепляется к рукояти шарнирно и, кроме того, связан с ней при помощи гидравлического или пневматического толкателей, штоки которых изменяют положение ковша относительно рукояти.
Ковши имеют сварную или комбинированную конструкцию. При комбинированной конструкции козырек выполняется литым, а корпус сварным.
Последние модели обратных лопат часто снабжаются ковшами без зубьев с закругленным неоткрывающимся днищем. Днище ковша имеет полукруглую форму, а приваренный к корпусу козырек закруглен, и средняя его часть выступает вперед. Такие ковши быстрее заполняются, легче прямоугольных и требу-Ют меньших усилий при копании.

Ковши драглайнов (рис. 113) выполняются сварными или комбинированной конструкции, открытыми сверху и спереди. Обращенная вниз передняя кромка корпуса ковша снабжается зубьями со сменными наконечниками. В моделях малой и средней мощности широкое применение имеют ковши с полукруг-дым днищем со сплошной, без зубьев, режущей кромкой, выступающей вперед в своей средней части.

Рис. 113. Ковш драглайна:
1 — подъемные цепи; 2 — разгрузочный канат; 3 — тяговый канат; 4 — подъемный канат; 5 — тяговые цепи

Ковш подвешивается на двух подъемных цепях, которые крепятся к ело боковым стенкам проушинами и серьгами. Проушины привариваются ближе к задней стенке ковша с тем, чтобы при ослаблении тягового каната ковш мог свободно опрокинуться и занять вертикальное положение. Подъемные цепи в верхней части крепятся 1к обойме разгрузочного блока, с которой связан подъемный канат. В верхней части ковш имеет арку, придающую необходимую жесткость ковшу; к арке прикрепляются проушины для крапления тяговых цепей. Цепи имеют соединительное звено, к которому прикрепляются тяговый и разгрузочный канаты.

Разгрузочный канат при натяжении подъемного и тягового канатов удерживает ковш в горизонтальном положении. При ослаблении тягового каната уменьшается усилие в разгрузочном канате, и ковш опрокидывается. При правильно выбранной длине разгрузочного каната во время подъема ковша вначале должны отделяться от грунта зубья ковша, а затем задняя стенка. В этом случае обеспечивается меньшая потеря грунта при подъеме ковша.

Величина заглубления ковша в грунт зависит от категории разрабатываемого грунта и веса ковша. Поэтому ковши драглайна бывают трех типов: легкого, среднего и тяжелого.

Ковши шагающих драглайнов выполняются принципиально такими же, как и ковши гусеничных драглайнов. Для разработки скальных пород применяются более, тяжелые ковши. Режущие козырьки ковшей выполняются плоскими или слабо выпуклыми, а арки — коробчатыми или трубчатыми. Наконечники зубьев, цепи, соединительные звенья и пальцы изготовляются из легированных сталей или из стали с высоким содержанием марганца.

Рукояти прямых лопат служат для передачи на ковши напорного усилия. Рукоять состоит из одной или двух балок, соединяемых с ковшом. В зависимости от числа балок рукояти разделяются на однобалочные (внутренние) и двухбалочные (внешние). В поперечном сечении рукояти могут быть прямоугольные, квадратные и круглые. Рукояти экскаваторов малой мощности изготовляют из профильного проката (швеллеров, двутавровых балок), а рукояти экскаваторов средней и большой мощности сваривают из листового проката.

В конструкциях современных прямых лопат преимущественное применение получают однобалочные рукояти, как более простые, имеющие меньший вес и позволяющие создавать конструкцию балок, разгруженных от скручивающих усилий. Двух-балочные рукояти более громоздки по устройству и обычно имеют больший вес, нежели однобалочные.

Стрелы прямой лопаты конструктивно связаны с рукоятью. Они обычно выполняются сварными и состоят из одной или двух балок прямоугольного или круглого сечения. При внутренней рукояти стрела обычно делается двухбалочной, при внешней — однобалочной.

Стрела служит основанием для всех элементов рабочего оборудования и воспринимает от них нагрузки. Нижний конец ее шарнирно крепится к .поворотной платформе, а верхний с помощью блоков поддерживается на весу канатами стрелового полиспаста, конец которого закреплен на двуногой стойке.

Положение стрелы изменяется с высотой разрабатываемого забоя, а также при необходимости изменить высоту или радиус выгрузки.

В головной части стрелы устанавливаются блоки для подъемного каната, сбегающего по ним на барабан главной лебедки, и блоки для стрелового каната. Нижняя часть стрелы (пята) имеет две проушины, через которые она шарнирно соединяется с рамой поворотной платформы. В экскаваторах с ковшами емкостью меньше 3 м3 пяты стрел обычно разводятся, что уменьшает реакцию в проушинах. Для боковой же устойчивости от действия инерционных усилий при шк воротах стрелы снабжают боковыми тягами с натяжными приспособлениями.

В середине стрелы в подшипниках устанавливается напорный вал, на котором свободно вращается седловой подшипник, удерживающий рукоять на определенном расстоянии от оси вала при любом положении ее относительно горизонта. Рукоять с ковшом может вращаться вокруг этой опоры на стреле под действием подъемного каната и передвигаться поступательно вдоль своей оси, скользя в седловом подшипнике. Поступательное перемещение рукояти осуществляется напорным механизмом, регулирующим толщину снимаемой стружки и сообщающим рукояти возвратно-поступательное движение — выдвижение рукояти с ковшом вперед (создание напора) и возвращение ее назад.

У карьерных, а часто и у вскрышных экскаваторов стрелы выполняются из двух частей, шарнирно соединенных между собой с внутренней однобалочной трубчатой рукоятью, разгруженной от кручения. Нижняя часть стрелы своим верхним концом соединяется двумя тягами с головной частью двуногой стойки, образуя жесткий треугольник. В месте соединения стрелы укреплен седловой подшипник, дающий направление рукояти ковша.

Такая конструкция позволяет исключить действие вращающего и изгибающего моментов от рукояти на стрелу и передать усилие через штанги на двуногую стойку. После установки стрелы в рабочее положение штанги своими проушинами жестко скрепляются с двуногой стойкой.

Рукоять и стрела обратной лопаты выполняются сварными из профильного или листового проката.

Стрела драглайна в отличие от стрел прямой лопаты не воспринимает нагрузок, возникающих при копании грунта. На стрелу драглайна действуют только вес ковша с грунтом, вес конструкции стрелы и силы инерции, возникающие при повороте экскаватора. Поэтому драглайны имеют стрелы в 2—2,5 раза длиннее, чем стрела прямых лопат, при одинаковой емкости ковша.

Стрелы гусеничных драглайнов малой и средней мощности выполняются в виде пространственных решетчатых ферм с прямоугольным поперечным сечением и снабжаются сменными вставками, позволяющими изменять их длину. Для драглайнов средней и большой мощности стрелы делают разъемными для удобства монтажа и транспортирования.

Стрелы шатающих драглайнов по конструкции разделяются на решетчатые — в виде треугольной или четырехугольной в сечении формы и вантовые с центральным жестким поясом.

У драглайнов средней мощности со стрелой длиной до 40— 50 м наибольшее распространение получили жесткие трех- и четырехугольные стрелы.
Общим недостатком жестких стрел является их сравнительно большой вес, который получается главным образом за счет большого конструктивного коэффициента (отношения фактического веса к теоретическому). Это‘объясняется наличием четырех или трех малонагруженных решеток.

Уралмашзавод применяет для мощных шагающих драглайнов стрелы оригинальной вантовой конструкции, состоящие из трех решеток с центральным жестким поясом. Эти стрелы значительно легче четырехугольных и треугольных жестких стрел и проще их в изготовлении и монтаже.

Поворотные платформы, опорные устройства и механизмы

Поворотная платформа (рис. 114) служит основанием для крепления на ней рабочего и силового оборудования и основных механизмов и вместе с ними составляет поворотную часть экскаватора. На поворотной платформе устанавливаются также надстройки экскаватора (несущие конструкции для поддержания стрелы) и вспомогательное оборудование. От воздействия атмосферных осадков механизмы и оборудование иа платформе закрыты кузовом. В передней правой части платформы располагается кабина для машиниста экскаватора с органами управления.

Конструкция поворотной платформы должна быть достаточно прочной и жесткой, так как ее деформация или поломка может повлечь за собой необходимость полного демонтажа, экскаватора и надолго вывести его из строя.

В зависимости от емкости ковша конструктивное выполнение поворотных платформ может быть различным. В основном платформы выполняются сварными, литыми и комбинированными. По бокам поворотной платформы устанавливаются кронштейны для крепления каркаса кузова, пульта управления и настила боковых проходов. При емкости ковша свыше 2 м3 по бокам кузова снаружи устанавливаются боковые площади с перилами.

Рис. 114. Поворотная платформа экскаватора

Поворотная платформа опирается на нижнюю раму экскаватора (рис. 115), которая представляет собой коробчатую литую или сварную конструкцию, выполненную в виде мощных балок.

Поворотные платформы шагающих экскаваторов служат основанием для установленных на них механизмов и вместе с надстройкой, механизмом шагания, стрелой и ковшом составляют поворотную часть экскаватюра. Платформы выполняются в виде сварных (прямоугольных в плане) конструкций, которые при помощи роликового круга опираются на опорную раму и центрируются на ней цапфой. На опорной раме укреплен зубчатый венец, с которым входит в зацепление вращающаяся шестерня механизма поворота, за счет чего и обеспечивается поворот экскаватора в ту или иную сторону во время его работы.

Опорная рама или база (рис. 116), являющаяся основанием шагающего экскаватора, воспринимает на себя нагрузки от поворотной части и передает их на грунт при работе экскаватора. Во время шагания экскаватора опорная рама служит третьей опорой. Двумя другими при этом являются два башмака механизма шагания экскаватора.

Рис. 115. Нижняя рама экскаватора

Поворотная часть, опираясь на круглую опорную раму, через роликовый круг, который служит для нее как бы упорным подшипником и облегчает ее вращение, имеет одинаковую устойчивость по всем направлениям. Для измерения направления передвижения (шагания) экскаватора требуется только развернуть его поворотную часть на необходимый угол.

Устройство, взаимодействие и расположение механизмов и оборудования на поворотной платформе зависят от типа привода и мощности машины.
На поворотной платформе мощных шагающих экскаваторов (рис. 117) располагаются преобразовательный агрегат, питающий постоянным током двигатели основных механизмов; аппаратура электрического управления; два редуктора поворотного механизма; подъемная и тяговая лебедки; насосные установки, снабжающие маслом гидросистему механизма шагания; кабина машиниста, в которой сосредоточены все приборы управления; направляющие блоки тягового каната.

Рис. 116. Опорная рама шагающего экскаватора

Механизмы экскаватора по назначению разделяются на основные и вспомогательные. К основным относятся механизмы, непосредственно участвующие в выполнении технологического процесса разработки грунта: механизм подъема, напора, поворота и хода. Вспомогательные механизмы служат для обеспечения работы основных механизмов (редукторы, реверсы) или для обеспечения ухода за экскаватором (вспомогательные лебедки, станции густой и жидкой смазок, вентиляционные и компрессорные установки и др.).

Рис. 117. Расположение механизмов на платформе шагающего драглайна

На рис. 118 показано размещение основных механизмов на поворотной платформе, которое обычно применяются на экскаваторах средней мощности и с некоторыми изменениями также и на большинстве карьерных и вскрышных экскаваторов.

Устройство, взаимодействие и расположение механизмов зависят в основном от силового привода экскаватора.

На одноковшовых экскаваторах все движения исполнительных органов по своему характеру реверсивны. Однако специальные реверсивные механизмы устанавливаются только на экскаватоpax с одномоторным приводом, поскольку на моделях с многомоторным приводом изменение направления движения производится изменением стороны вращения вала соответствующего электродвигателя. Реверсивные механизмы устанавливаются только на механизмах напора, поворота и хода. В механизме подъема специальное реверсивное устройство отсутствует, так как опускание ковша производится под действием собственного веса, причем скорость опускания ковша регулируется тормозом.

Рис. 118. Расположение механизмов на поворотной платформе одноковшовых экскаваторов средней мощности

Механизм подъема служит для сообщения подъемного движения рабочему органу экскаватора. Подъемное и тяговое движение ковшу сообщается с помощью фрикционных подъемно-тяговых лебедок. Лебедки подъема и тяги образуют главную лебедку экскаватора в отличие от вспомогательных лебедок (подъема стрелы и др.).

Барабаны лебедок экскаваторов изготовляют литыми из чугуна или из стали с гладкой или лучше нарезной поверхностью для улучшения условий работы каната при его намотке на барабан. Главные лебедки гусеничных экскаваторов в зависимости от расположения их барабанов на одном или на двух валах подразделяются на одновальные и двухвальные. Установка двух барабанов на одном валу упрощает конструкцию лебедки и делает ее более компактной. Однако это влечет за собой некоторое увеличение диаметра и веса вала. Для экскаваторов с ковшом емкостью до 1—2,5 м3 преимущественно применяются одно-вальные лебедки. При большей емкости — двухвальные лебедки, так как в этом случае они являются почти единственно возможным решением.

На драглайнах механизм тяги осуществляет основную работу копания — отделение грунта от сплошного массива. Подъемный механизм совместно с поворотным выполняет только транспортные функции (подъем, опускание и перемещение ковша). Кроме того, он дает возможность регулировать толщину стружки и тем самым предотвращать зарывание ковша. Главная лебедка драглайна выполняется двухбарабанной, при этом один барабан является подъемным, а второй тяговым. В крупных моделях экскаваторов с ковшами емкостью 10 м3 я более усилия, развиваемые лебедками, очень высоки (до 100 г), и поэтому главная лебедка выполняется в виде двух одинаковых двухба-рабанных лебедок, каждая из которых имеет свой электродвигатель.

Типичная конструкция двухбарабанной лебедки с двумя двигателями показана на рис. 119. Двигатели работают на общий редуктор. Колодочные тормоза установлены на муфтах, соединяющих вал двигателя с валом редуктора; в качестве тормозного шкива используется полумуфта редуктора. Концы выходного вала редуктора через муфты соединяются с валом барабанной передачи.

Механизмы подъема стрелы изготовляются с червячной, обычно самотормозящей, или с зубчатой передачей.

Напорное усилие на ковше прямой лопаты большинства экскаваторов, необходимое для заглубления в грунт ковша экскаватора, создается при помощи специального механизма напора.

На экскаваторах с одномоторным приводом механизм напора состоит из двух частей: приводной, расположенной на поворотной платформе, и исполнительной, расположенной на стреле. Связь между этими частями осуществляется при помощи цепных или канатных передач. Приводная часть механизма напора состоит из зубчатой и цепной передачи на напорный барабан и самого напорного барабана или отдельной лебедки. Исполнительная часть механизма напора состоит из барабана или звездочки, одного или двух седловых подшипников, напорной оси или вала и реечного или канатного привода рукояти. На напорном валу или оси монтируются барабан или звездочка и седловые подшипники.

У строительных экскаваторов с одномоторным приводом применяются независимый, зависимый или комбинированный механизмы напора (рис. 120). Все три схемы могут осуществляться как при зубчато-реечном (кремальерном), так и при канатном приводе рукояти.

Рис. 119. Главная лебедка эксжаватора

В канатных напорных системах отсутствуют быстроизнашиваемые части — зубчатые рейки. Они значительно проще по устройству и потому применяются наиболее широко.

В независимом напорном механизме напорное движение ковша осуществляется независимо от его подъема, который производится отдельным канатом.

Рис. 120. Схемы механизмов напора экскаватора с одномоторным приводом:
а — независимый; б — зависимый; в — комбинированный

В зависимом напорном механизме напорное движение ковша зависит от подъемного движения, так как подъем ковша и его напорное движение выполняются одним канатом. При этом напорный барабан осуществляет только реверсирование напора. В комбинированном напорном механизме сочетаются конструктивные особенности двух первых типов; напорное усилие на грунт создается натяжением подъемного каната, второй конец которого закреплен на дополнительном напорном барабане.

Более сложными по устройству являются механизмы с независимым напором, так как они должны быть реверсивными. Однако экскаваторы с таким напорным механизмом более совершенны и просты в управлении, рукоять у них более маневренна, что особенно важно во время интенсивной работы машины на тяжелых и скальных грунтах.

Механизмы с зависимым и комбинированным напором конструктивно менее сложны, но не обеспечивают четкой регулировки подачи рукояти и более сложны в управлении. Поэтому такие механизмы применяются только для малых моделей экскаваторов при работе в легких и средних грунтах. Более мощные экскаваторы выполняются преимущественно с независимым напорным механизмом зубчато-реечного или канатного типов.

Механизмы напора экскаваторов с многомоторным приводом могут быть с прямым и с коледчато-рычажным напором.

Рис. 121. Схемы механизмов напора с многонапорным приводом: а — зубчато-реечный, б — коленчато-рычажный

В схеме с прямым напором напорное усилие от механизма передается непосредственно на рукоять ковша, передвигающуюся в седловых подшипниках. При этом зубчато-реечный напорный механизм вместе с двигателем монтируется непосредственно на стреле экскаватора, а канатный размещается вместе с лебедкой на поворотной платформе.

Схема зубчато-реечного механизма с индивидуальным электродвигателем показан на рис. 121, а.

Механизм приводится в движение электродвигателем, установленным на стреле. На валу электродвигателя закреплена шестерня, входящая в зацепление с зубчатым колесом промежуточного вала. Этот вал несет на себе две шестерни, связанные с зубчатыми колесами напорного вала, на концах которого посажены напорные шестерни, находящиеся в зацеплении с рейками рукояти. На напорном валу насажены также седловые подшипники, которые служат для направления рукояти. Напорный механизм снабжен ленточными электромагнитными тормозами. Первый из них обычно устанавливается на свободном конце электродвигателя. Для предохранения напорного механизма от поломок при действии напорных усилий он снабжен муфтой предельного момента.

Коленчато-рычажный напорный механизм представляет собой разновидность зубчато-реечного механизма с индивидуальным двигателем и состоит из рукояти, балки с зубчатой рейкой и механизмом для ее перемещения и балансира. Рукоять шарнирно связана с балкой рейки и с головкой балансира, который в свою очередь шарнирно укреплен на поворотной платформе.

Коленчато-рычажный напорный механизм (рис. 121,6) дает возможность снизить опрокидывающий момент экскаватора и маховой момент узлов его поворотной платформы и рабочего оборудования.

Траектория резания грунта при таком напоре образуется в результате сложения вращательных движений рукояти и балансира, с которым она соединена шарнирно (при неизменном положении стрелы). Впервые эта схема напорного механизма была применена на вскрышных экскаваторах, а в последнее время и на карьерных. У вскрышных экскаваторов привод напорного механизма размещается на надстройке, у карьерных — на поворотной платформе.

Механизм поворота предназначается для изменения направления вращения поворотной платформы. У моделей с одномоторным приводом движение на поворот передается от вала главной трансмиссии через механизм реверса. Реверс чаще всего выполняется в виде конической передачи с тремя шестернями на роликовых или шариковых подшипниках, помещенными в масляной ванне.

В экскаваторах с многомоторным приводом поворот осуществляется одним или двумя самостоятельными механизмами поворота (см. рис. 109, в). При этом изменение направления вращения платформы достигается реверсированием двигателей.

Экскаваторы с ковшами емкостью 15—20 мг и более могут иметь три или четыре поворотных механизма.

Поворотный механизм с двумя механизмами поворота (см. рис. 109, в) состоит из двух вертикальных фланцевых электродвигателей, которые через две зубчатые передачи вращают вертикальные валы; шестерни валов обегают неподвижный зубчатый венец поворотного механизма.

Разделение механизма поворота на несколько самостоятельных агрегатов уменьшает его общий маховой момент и нагрузку на зубья зубчатого венца и делает эту нагрузку более равномерной, повышает эксплуатационную надежность механизма.

Вертикальные нагрузки от веса поворотной платформы с механизмами и рабочим оборудованием и от веса ковша с грунтом, а также горизонтальные нагрузки от сил инерции неуравновешенных масс и от веса частей поворотной платформы при не строго горизонтальной установке экскаватора воспринимаются опорно-поворотным устройством, которое устанавливается на нижней раме. Кроме того, опорно-поворотное устройство обеспечивает вращение поворотной платформы экскаватора.

Опорно-поворотные устройства одноковшовых экскаваторов (рис. 122) подразделяются на устройства, у которых все усилия передаются через ось опорных роликов, и устройства, у которых эти усилия -передаются непосредственно на опорные ролики или шарики.

Применяют три основных типа опорно-поворотных устройств:
а) малокатковые с коническими опорными катками, установленными на осях, закрепленных , в поворотной платформе;
б) многокатковые со свободными катками, заключенными в обойму, и
в) шариковые или роликовые опоры, заключенные в обойму закрытого типа.

Рис. 122. Опорно-поворотные устройства:
1— опорный ролик; 2 — центрирующая цапфа; 3 — поворотная платформа; 4 — круг катания; 5 — обратный ролик; б — неповоротная рама; 7 — наружная обойма; 8 — внутренняя обойма; 9 — шарики

Малокатковые устройства применяют на экскаваторах с ковшами малой емкости. Они могут иметь от 3 до 8 катков, которые при вращении поворотной платформы перекатываются по опорному кругу, укрепленному на нижней раме экскаватора, Центрирование поворотной платформы относительно оси вращения производится с помощью центрирующей цапфы, укрепленной в нижней раме. Цапфа выполняется пустотелой. В ней располагается вертикальный вал для передачи движения ведущим звездочкам гусениц или ходовым колесам от механизмов, расположенных на поворотной платформе.

Многокатковые устройства применяют на экскаваторах с ковшом емкостью от 0,5 м3 и более. Число катков, заключенных в обойму, достигает 20—40, а в экскаваторах большой мощности 80—120. На некоторых экскаваторах с многокатковым опорно-поворотным устройством устанавливают специальные катки-захваты, препятствующие опрокидыванию поворотной платформ мы при копании.

В новых моделях одноковшовых экскаваторов широко применяют шариковые опорные круги катания, изготовляемые с венцами наружного и внутреннего зацеплений. Соединение поворотной части экскаватора с ходовой частью при помощи шарикового одно- или двухрядного опорно-поворотного устройства обеспечивает монолитность конструкции. За счет применения шариковых опорно-поворотных устройств осуществляется устойчивый (без качаний) поворот верхней части машины и оказываются лишними центрирующая цапфа, центральная втулка, опорные и захватные ролики.

Механизмы хода предназначаются для передачи движения от двигателя на ходовое оборудование экскаватора. У экскаваторов с одномоторным приводом механизм хода осуществляется при помощи довольно сложных кинематических связей, включающих в себя валы, зубчатые колеса, муфты и другие элементы. Обязательным элементом при этом является вертикальный вал, проходящий через центральную цапфу поворотной платформы. Этот вал связывает две части механизма хода: верхнюю (верхний ходовой механизм) и нижнюю (нижний ходовой механизм).

Разворот экскаватора с групповым приводом хода производится посредством включения правой или левой кулачковых муфт горизонтального ходового вала. Индивидуальный привод механизма хода размещается на раме ходовой тележки и этим намного упрощает ходовой механизм экскаватора.

Многомоторные приводы механизма хода имеют некоторые строительные экскаваторы, а также все карьерные и вскрышные. Разворот экскаватора с индивидуальными приводами хода осуществляется посредством включения и выключения индивидуальных электродвигателей.

Ходовые механизмы шагающих драглайнов состоят из опорных башмаков, механизма, приводящего их в действие, и привода.

Опорные башмаки служат для передачи нагрузки от веса экскаватора на грунт во время его шагания. Эта сосредоточенная нагрузка воспринимается башмаком от траверсы или плиты механизма шагания и передается им на грунт в виде распределенной нагрузки.

Шагающие экскаваторы могут иметь механизмы шагания механические (кривошипные) и гидравлические (плунжерно-шарнирные). Кривошипные системы подразделяются на криво-шипно-эксцентриковые, кривошипно-шарнирные крейцкопфные, с треугольной рамой, с серьгой и шарнирно-эксцентриковые. Гидравлические системы применяются только на экскаваторах Уралмашзавода.

Каждый цикл передвижения экскаватора состоит из двух операций:
а) перемещения машины в продольном направлении при опирающихся на грунт башмаках и
б) подъема и выдвижения вперед башмаков при опирающейся на грунт опорной раме экскаватора.

Путь перемещения экскаватора за один цикл называется его шагом. Размер шага колеблется от 1,8 до 2,3 м при механических и 1,6—2 м при гидравлических системах.

Рис. 123. Схема передвижения шагающего экскаватора с эксцентриковым ходовым механизмом

Соответственно продолжительность шага колеблется в пределах 21—30 сек и 40—60 сек. Мощность привода хода обычно равна мощности двигателей подъема или тяги экскаватора. Это дозволяет иметь скорость хода (шагания) от 0,25 до 0,3 км/ч и преодолевать подъемы в пределах 7—15°. Более высокая скорость перемещения для этих машин не требуется, поскольку они оборудуются длинными стрелами с большим радиусом действия и частых передвижений не требуют.

Схема передвижения экскаватора с кривошипяо-эксцентри-ковым ходовым механизмом показана на рис. 123. При включении ходового механизма эксцентрики, насаженные на ходовой вал, перемещают в направлении шаганий эксцентриковые рамы с опорными башмаками, опускают их на грунт и затем, опираясь на них, наклоняют экскаватор в сторону стрелы, одновременно перемещая его на величину шага. Для изменения направления движения поворотная часть экскаватора с поднятыми башмаками поворачивается вокруг своей оси на любой угол.

В рабочем положении экскаватор опирается на грунт всей площадью опорной рамы, башмаки при этом приподняты. Во время шагания поднимается только задняя часть базы, передняя ее кромка всегда лежит на грунте и при шагании волочится по земле. Двигается экскаватор в сторону противовеса.

Механические шагающие механизмы обладают существенными недостатками: они имеют принудительную траекторию движения нижней рамы, постоянную длину шага и требуют значительного расхода энергии для подъема экскаватора. Кроме того, при опускании экскаватор испытывает вредные динамические воздействия, так как нужной плавности не удается обеспечить при всех условиях (в некоторых конструкциях это зависит целиком от умения машиниста). Основные валы шагающих механизмов имеют длину до 16 м при диаметре, доходящем у крупных моделей до 750 мм.

Гидравлический механизм шагания состоит из двух подъемных и двух вспомогательных цилиндров, двух опорных башмаков, шарнирно подвешенных к цилиндрам с обеих сторон экскаватора (рис. 124).

Подъемные цилиндры служат для отрыва машины от грунта и ее подъема (опускания), а вспомогательные — для перемещения ее на величину шага в горизонтальном направлении. Штоки цилиндра связаны с поршнями под давлением масла, нагнетаемого насосными установками в те или иные полости цилиндра. Во время работы экскаватора башмаки удерживаются механическими захватами.

Штоки цилиндров шарнирно укреплены на башмаках шагающего хода. Подъемные цилиндры отклоняются от вертикали примерно на 30°; вспомогательные цилиндры расположены под углом, изменяющимся в пределах 30—45° к горизонту.

Схема работы механизма шагания показана на рис. 125.

Положение I соответствует рабочему положению экскавато-ра. Поршни цилиндров втянуты до отказа, башмаки приподняты в крайнее верхнее положение. Поворотная часть экскаватора может повернуться вокруг своей оси на любой угол.

Положение II — момент пуска в ход шагающего механизма. Давлением жидкости поршни вспомогательных цилиндров выдвинулись и повернули подъемные цилиндры в вертикальное положение.

Положение III — подъемные цилиндры под действием поступающей от насосов жидкости опустились вниз. Башмаки уперлись о землю, давление жидкости в гидросистеме повышается.

Рис. 124. Гидравлический механизм шагания

Рис. 125. Схема работы гидравлического механизма шагания

Положение IV — давлением жидкости поршни подъемных цилиндров подняли и повернул1» экскаватор вокруг передней кромки опорной рамы на некоторый угол; значительная часть веса экскаватора передалась от опорной рамы на башмаки. Давлением жидкости во вспомогательных цилиндрах экскаватор приведен в поступательное движение.

Положение V — поршни подъемных цилиндров выдвинулись ив цилиндров в крайнее положение. Поршни вапомогательных цилиндров вдвинулись внутрь цилиндров на максимальную величину. Экскаватор передвинулся ва полный шаг. Полости рабочего хода цилиндров соединяются со сливной трубой. Полости обратного хода соединяются с магистралью высокого давления.

Поршни цилиндров правой и левой сторон экскаватора механически не связаны между собой. Для выравнивания движения поршней цилиндров предусмотрено гидромеханическое синхронизирующее устройство.

Ходовое оборудование

Ходовое оборудование экскаватора предназначается для передачи давления на грунт, передвижения в забое и передвижения к новому месту работ на незначительное расстояние.

На современных экскаваторах применяют три типа ходового оборудования: пневмоколесное, гусеничное и шагающее (рассмотренное выше).
Пневмоколесным ходом оборудуются экскаваторы, требующие большой маневренности и скорости для выполнения относительно небольших объемов работ на рассредоточенных объектах, отстоящих друг от друга на значительном расстоянии. Экскаваторы такого типа могут монтироваться на усиленном шасси на баллонах.

Экскаваторы на пневмоколесвом ходу имеют скорость передвижения до 30 км/ч для автошасси и до 40—50 км/ч — для специального шасси на баллонах.
Большое удельное давление на грунт экскаватора на пневмоколесном ходу вызывает необходимость подготовки дорог, установки экскаватора на достаточно твердом основании и применения специальных устройств для обеспечения его устойчивости. Поэтому пневмоколесным ходом обычно оборудуются экскаваторы с емкостью ковша не свыше 2 м.

Гусеничное ходовое оборудование применяется для экскаваторов всех моделей. В зависимости от веса машины оно может быть выполнено с двумя гусеницами — в малых и средних моделях, с четырьмя и восемью гусеницами — в крупных моделях.

Гусеничные экскаваторы обладают хорошей маневренностью и обычно не требуют специальной подготовки площадки и устройства дорог для передвижения. Они могут преодолевать значительные подъемы —до 30—40% у средних моделей малой мощности и 12—20% У мощных моделей. Среднее удельное давление на грунт не превышает 60—250 кн/м2 (0,6—2,5 кГ/см2). Скорости передвижения обычно колеблются в пределах 0,7— 1,5 км/ч и лишь у малых моделей они достигают 5—8 км/ч.

Относительно большой вес (30—40% всего веса экскаватора), сложность конструкции и быстрый износ являются существенными недостатками гусеничного оборудования.

Рис. 126. Типы гусениц: — малоопорная; б — многоопорная

По числу опорных катков (колес) и способу передачи давления на грунт различают малоопорный и многоопорный гусеничные хода. У малоопорного гусеничного хода отношение числа лежащих на грунте звеньев гусениц к числу опорных колес больше двух, у многоопорных — меньше двух.

У малоопорного гусеничного хода (рис. 126, а) ведущие, натяжные и опорные катки располагаются консольно, снаружи гусеничной рамы, которая крепится к нижней (ходовой) тележке экскаватора и опирается на гусеничную ленту.

Многоопорный гусеничный ход (рис. 126, б) состоит из гусеничной рамы, ведущего колеса, натяжного колеса, опорных и поддерживающих катков. Гусеничная рама многоопорного хода соединяется с нижней тележкой экскаватора жестко при помощи осей, проходящих в отверстие гусеничной рамы, или при помощи балок, соединенных с тележкой и опирающихся на гусеничные рамы. Как и в малоопорной тележке, натяжение гусеничной ленты производится натяжным колесом, а движение лента получает от приводного колеса.

Зацепление приводного колеса с звеном гусеничной ленты обычно выполняется кулачкового типа, при котором натяжное колесо снабжается выступающими кулаками, а звенья ленты — выступами (гребнями), за которые зацепляются кулачки колеса при его вращении. Гусеничные звенья изготовляются литыми или штампованными и соединяются шарнирно при помощи проушин и пальцев. Звенья выполняются коробчатого и открытого профиля. Конструктивно звеньям гусениц стремятся придать форму, при которой грунт, попадая на них, ссыпался бы, не застревая на выступах звеньев.

Ведущие колеса гусеничной тележки экскаваторов с групповым приводом получают движение от вертикального ходового вала при включении кулачковой муфты верхнего ходового механизма.

Рис. 127. Схема ходового устройства многогусеничного экскаватора

Ходовой, вал устанавливается в центральной цапфе. В экскаваторах с индивидуальным приводом ходовой двигатель и все передачи к ведущим колесам гусеничных тележек устанавливаются в нижней раме.экскаватора или на гусеничных рамах.

Увеличение числа гусениц позволяет выдерживать удельное давление на грунт в допустимых пределах даже у наиболее мощных экскаваторов.

На рис. 127 показана схема восьмигусеничного хода вскрышного экскаватора. Нижняя рама экскаватора через гидравлические домкраты опирается на четыре гусеничные тележки 3. С помощью гидравлических домкратов производится выравнивание нижней рамы и поворотной платформы. К нижней раме крепятся опорные кольцевые рельсы, поворотный зубчатый венец и центральная цапфа. Автоматически действующее устройство перекачивает масло из одного домкрата в другой и удерживает поворотную платформу экскаватора постоянно в горизонтальном положении независимо от рельефа местности.

Силовое оборудование

На одноковшовых экскаваторах применяют следующие основные виды (системы) силовых приводов:
а) от двигателей внутреннего сгорания — дизелей мощностью до 440 кет (600 л. с);
б) электрический — от электродвигателей постоянного или переменного тока для экскаваторов любой мощности; напряжение до 500 в при мощности до 100—150 кет и до 6000 в при больших мощностях;
в) гидравлический —от гидравлических машин, приводимых в движение рабочей жидкостью, поступающей от насосов (систем) с рабочим давлением до 550 атм при мощности привода до 100 л. с;
г) комбинированный — дизель-электрический, дизель- или электрогидравлический, дизель-пневматический с мощностью, соответствующей указанным выше пределам применения основных силовых установок.

Режим работы одноковшовых экскаваторов характеризуется постоянно изменяющейся нагрузкой, частыми остановками и включениями, число которых на протяжении 1 ч достигает 600. Поэтому их целесообразно оборудовать независимыми, быстро реверсируемыми двигателями.

Дизельное силовое оборудование широко применяется на строительных экскаваторах, предназначенных для работы в слабых грунтах. Для разработки тяжелых грунтов экскаватор с дизельным приводом мало пригоден, так как при этом практически невозможно избежать стопорения ковша и больших перегрузок привода. Дизель обладает высоким к. п. д., прост в обслуживании, имеет относительно небольшие габариты и вес, экономичен в работе. Экскаватор с дизельным силовым оборудованием не зависит от внешних источников энергии и обладает быстрой готовностью к работе. Однако дизельный привод обладает и существенными недостатками, которые делают нецелесообразным его применение на экскаваторах средней и большой мощности. Он не обладает большой перегрузочной способностью и саморегулированием. Дизель не реверсируется; для получения независимости рабочих движений трансмиссия экскаваторов с дизельным приводом должна иметь механизмы реверса и фрикционные муфты. Ремонт дизеля сложен.

С целью устранения основного недостатка дизельных силовых установок — жесткости механической характеристики применяется установка между дизелем и редуктором трансмиссий специальных устройств, «смягчающих» характеристику дизельного привода. К таким устройствам относятся гидравлические устройства — турбомуфты и турботрансформаторы, а также гидравлические муфты скольжения.

Принцип действия турбопередач основан на гидродинамической связи между ведущими и ведомыми колесами муфты или трансформатора, которая обеспечивает полную или частичную независимость ведомого вала от ведущего.

Гидравлические муфты независимо от нагрузки на экскаватор позволяют его двигателю работать без перегрузки и снижения числа оборотов. Работа экскаватора при этом происходит с различными скоростям»: копание тяжелых грунтов производится медленно, холостые операции выполняются быстро, изменение скоростей происходит плавно, управление экскаватором значительно облегчается.

Рис. 128. Механические характеристики

На экскаваторах применяют асинхронные двигатели постоянного тока. Ремонт и обслуживание электропривода значительно проще, чем дизеля.

Недостаток электрических экскаваторов — зависимость их от электрических сетей. Когда по условиям эксплуатации экскаватора целесообразна автономность его привода, применяются модели с комбинированным приводом.

На рис. 128 представлены механические характеристики различных двигателей. За 100% приняты номинальная скорость вращения и номинальный момент. Паровая машина обладает саморегулированием и достаточной перегрузочной способностью (до трехкратной)., Однако ее характеристика слишком полога, поэтому с увеличением момента быстро будет падать скорость вращения двигателя, что приведет к уменьшению производительности экскаватора. Паровой привод на экскаваторах уже не применяется.

Характеристика дизеля еще меньше подходит для экскаватора: с уменьшением скорости вращения момент сначала растет, а затем резко падает.
Асинхронный электродвигатель переменного тока имеет очень жесткую характеристику, не обладает в достаточной степени саморегулирующей способностью. При уменьшении скорости вращения после некоторого предела момент падает, и, следовательно, перегруженный двигатель не может вновь развернуться после уменьшения нагрузки. Можно достигнуть смягчения характеристики асинхронного двигателя введением сопротивлений в цепь ротора, но это приводит к потерям энергии.

Значительно лучшую характеристику имеет электродвигатель постоянного тока, питаемый от генератора постоянного тока, который приводится в движение асинхронным двигателем (генератор-двигатель или Г-Д). В этом случае с увеличением нагрузки двигатель снижает скорость вращения не очень резко и при .перегрузке в 3 раза останавливается. С уменьшением перегрузки двигатель быстро увеличивает скорость вращения. При этой системе привода легко осуществляется генераторное торможение с возвратом энергии в сеть. Регулируется скорость вращения в широких пределах с очень малыми потерями энергии. Аппаратура управления сравнительно проста и надежна. Система Г-Д имеет очень широкое распространение на экскаваторах средней мощности. Ее недостаток — необходимость больших капитальных затрат, поскольку на каждый двигатель необходим отдельный генератор и сетевой двигатель для вращения генераторов.

Характеристика (5) привода по системе Г-Д с электромашинным усилителем (Г-Д-ЭМУ) наиболее полно отвечает условиям работы электропривода экскаватора. До некоторого предела увеличение момента сопротивления почти не вызывает уменьшения скорости вращения двигателя. После этого предела двигатель резко уменьшает скорость вращения и останавливается. С уменьшением нагрузки он быстро увеличивает скорость. Такая механическая характеристика называется экскаваторной. Применение электромагнитного усилителя позволяет сократить время разгона и торможения и, следовательно, сократить продолжительность цикла экскаватора. При этой системе привода можно осуществить не ступенчатое, а плавное регулирование скорости вращения. Система Г-Д-ЭМУ обычно применяется на экскаваторах большой мощности.

Стремление иметь привод экскаватора, который бы имел достоинства, присущие порознь дизельному и электрическому приводу, но не имел бы их недостатков, привело к созданию дизель-электрического привода.

Дизель-электрические силовые установки на экскаваторах состоят из дизеля и приводимого им во вращение генератора постоянного или переменного тока. Ток, вырабатываемый генератором, питает электродвигатели, установленные на основных механизмах экскаватора. Таким образом, кроме получения более подходящей для экскаваторного привода характеристики, применение дизель-электрических силовых установок позволяет осуществить индивидуальный привод механизмов, что упрощает конструкцию экскаватора.

Дизель-электрический привод особенно удобен для экскаваторов, рассчитанных на работу в отдаленных местностях, не имеющих еще электроэнергии.

Рис. 129. Схема работы экскаватора с гидравлическим приводом

В современных конструкциях одноковшовых строительных экскаваторов все большее распространение получает гидравлический привод. Этот вид привода используется:
а) на экскаваторах средней и большой мощности для приведения в действие рычагов механического привода;
б) для замены механического привода подъема, напора, поворота, а иногда и передвижения — в гидравлических экскаваторах.

Гидропривод рабочих механизмов и хода применяется на экскаваторах малой мощности — у моделей с ковшами емкостью не свыше 0,9—1,1 м3. В настоящее время наметилась тенденция применения гидропривода и на более мощных экскаваторах. Так, например, Уралмашзаводом разработай проект гидравлического экскаватора с емкостью ковша 5 м3.

Применение гидропривода позволяет полностью отказаться от обычных механических передач: зубчатых колес, валов, муфт и т. д. или сохранить эти -передачи только на механизме хода. Гидравлический привод имеет следующие основные достоинства:
1) возможность бесступенчатого регулирования скоростей рабочих органов в широких пределах (от нулевых до максимальных значений);
2) плавность в работе;
3) возможность установки предохранительных устройств, не допускающих перегрузки деталей;
4) возможность установки автоматических устройств для регулирования скоростей и усилий;
5) компактность конструкции;
6) самосмазываемость деталей гидравлических систем, что значительно снижает износ этих деталей.

Рис. 130. Схема работы гидроэкскаватора с грейферным рабочим оборудованием:
а — схема удлиненного оборудования грейфера; б — последовательность разработки узких выемок