Рис. 6.28. Общий вид полноповоротного экскаватора-планировщика на гусеничном ходу

Рис. 6.29. Сменные рабочие органы экскаваторов-планировщиков:
а — основной ковш; б — планировочный ковш; в — профилировочный ковш; г — ковш для дренажных работ; д — планировочный отвал; е — рыхлитель; ж — клещи для камней; з — уплотняющий каток; и — приспособление для бокового копания

Широкая номенклатура сменных рабочих органов и конструктивные особенности телескопического оборудования обеспечивают практически полную механизацию экскавационных, планировочных, зачистных, доводочных и погрузочно-разгрузочных работ в стесненных условиях, большинство которых не может быть выполнено (частично или полностью) универсальными экскаваторами с жесткой или канатной подвеской рабочего оборудования.

Малая габаритная высота экскаваторов с телескопическим рабочим оборудованием позволяет использовать их в труднодоступных местах и закрытых помещениях, в частности для разработки грунта под мостами, на участках пересечения коммуникаций, внутри зданий и сооружений; для зачистки дна и вертикальных стенок траншей и котлованов; подсыпки и разравнивания грунта под полы, фундаменты и подпольные каналы; засыпки пазух фундаментов, траншей и котлованов; подачи Материалов через проемы в стенах под низкое перекрытие и т. п.

Экскаваторы с телескопическим рабочим оборудованием широко применяют на рассредоточенных объектах малого объема как универсальные землеройные машины. Наиболее эффективно эти машины используются при планировании наклонных поверхностей каналов, насыпей и выемок земляного полотна, расположенных ниже уровня стоянки экскаватора. Поэтому их обычно называют экскаваторами-планировщиками.

Современные экскаваторы-планировщики обеспечивают строительство каналов глубиной до 2,5 м с любым заложением откосов и до 3,5 м с заложением до 1 : 1,5.

Экскаватор-планировщик (см. рис. 6.28) состоит из трех основных частей: ходового устройства 6, поворотной платформы (с расположенными на ней силовой установкой, узлами гидропривода, кабиной машиниста) и телескопического рабочего оборудования. Поворотная платформа 4 опирается на раму ходового оборудования через роликовое опорно-поворотное устройство.

Телескопическое рабочее оборудование серийных отечественных экскаваторов выполнено по единой принципиальной схеме и состоит (рис. 6.30) из телескопической стрелы треугольного сечения, сменного рабочего органа и механизмов выдвижения (втягивания) стрелы, подъема (опускания) стрелы, поворота ковша относительно собственной оси и продольной оси стрелы.

Телескопическая стрела состоит из двух секций — неподвижной наружной 2, шарнирно прикрепляемой к поворотной платформе экскаватора, и подвижной внутренней 4, передвигающейся внутри наружной секции и несущей на переднем конце рабочий орган 6. Подвижная секция опирается на неподвижную при помощи роликов, которые обеспечивают соосное положение обеих секций. Опорные ролики перекатываются по направляющим секций и имеют две оси вращения — вертикальную и горизонтальную.

Выдвижение (втягивание) стрелы осуществляется при помощи одного длинноходОвого гидроцилиндра с односторонним штоком, гидроцилиндром с двусторонним штоком и двукратным канатно-блочным мультипликатором (рис. 6.31, б) или двумя последовательно расположенными гидроцилиндрами (рис. 6.31,а), гильзы которых жестко соединены между собой фланцами, а штоки шарнирно крепятся к секциям стрелы. Ход телескопической стрелы у отечественных машин составляет 2,75—3,65 м, усилие втягивания стрелы — 5,6—9 тс (56—90 кН).

Рис. 6.30. Принципиальная схема экскаватора с телескопическим рабочим оборудованием:
1 — гидроцилиндр подъема-опускания стрелы; 2 — наружная неподвижная часть стрелы; 3 — гидроцилиндр выдвижения-втягивания стрелы; 4 — подвижная внутренняя часть стрелы; 5 — гидроцилиндр поворота ковша; 6 — ковш; 7 — гидроцилиндр поворота стрелы вокруг собственной оси

Подъем (опускание) телескопической стрелы производится двумя параллельно установленными гидроцилиндрами 1 (рис. 6.30) двустороннего действия. Корпуса гидроцилиндров шарнирно крепятся к поворотной “платформе, а штоки — к стреле при помощи сферических подшипников. Максимальные углы наклона стрелы вверх и вниз для отечественных экскаваторов соответственно равны 22—25 и 45—50°.

Поворот телескопической стрелы (рис. 6.32) с рабочИхМ органом вокруг собственной оси осуществляется гидроцилиндром непосредственно или через зубчатое передаточное устройство. У некоторых моделей экскаваторов угол поворота стрелы достигает 4=180°, что позволяет использовать рабочие органы двустороннего действия, например ковш с однозубым рыхлителем или ковш с зубьями, расположенными с двух сторон. Принудительный поворот ковша относительно оси подвески при его наполнении и разгрузке производится гидроцилиндром 5 (см. рис. 6.30), головка штока которого служит одной из точек подвески ковша. Максимальный угол поворота рабочего органа отечественных экскаваторов 116°.

Рис. 6.31. Конструктивно-кинематические схемы механизмов выдвижения-втягивания телескопических стрел:
а— с двумя последовательно расположенными гидроцилиндрами (система «Тандем»), установленными на полноповоротных экскаваторах; б — с гидроцилиндром и канатно-блочным мультипликатором, установленными на неполноповорот-ных машинах; 1 — наружная часть стрелы; 2 — внутренняя выдвижная часть стрелы; 3 — гидроцилиндр выдвижения-втягивания стрелы; 4 — опорные ролики; 5 — промежуточная опора; 6 — канат; 7 — блок; 8 — гидроцилиндр поворота ковша; 9— ковш

Выполнение основных видов земляных работ осуществляется следующими движениями стрелы и ковша: планирование и зачистка наклонных поверхностей, расположенных ниже уровня стоянки машины — втягиванием телескопической стрелы с коррекцией толщины срезаемой стружки небольшим поворотом ковша; зачистка и планирование горизонтальных поверхностей на уровне и ниже уровня стоянки экскаватора-— совмещением опускания и втягивания стрелы с периодической коррекцией положения ковша; зачистка и доводка боковых (наклонных и вертикальных) поверхностей земляных сооружений при расположении экскаватора вдоль оси сооружения (например, в траншеях) — втягиванием телескопической стрелы и поворотом рабочего органа относительно продольной оси стрелы на некоторый угол. Экскаваторы-планировщики могут быть полноповоротными и неполноповоротными. Полноповоротные экскаваторы выпускаются на гусеничном и пневмоколесном ходовых устройствах, непол-ноповоротные — на шасси автомобильного типа.

Механизм поворота платформы полноповоротных машин приводится в действие либо низкомоментным аксильно-поршневым гидромотором через двухступенчатый зубчатый редуктор (у гусеничных машин), либо высокомоментным гидромотором через зубчатую передачу, состоящую из обегающей шестерни ( крепится непосредственно на валу гадромотора) и зубчатого венца, изготовленного заодно с роликовым опорно-поворотным устройством (у пнев-моколесных машин).

Поворот платформы неполноповоротного экскаватора вокруг вертикальной оси на 180—270° производится двумя гидроцилиндрами через цепную передачу. Гидроцилиндры закреплены на поворотной платформе. Штоки гидроцилиндров соединены между собой двухрядной роликовой цепью, огибающей двухрядную цепную звездочку, жестко прикрепленную к опорному кругу. Аналогичная конструкция показана на рис. 6.26, б.

Рис. 6.32. Кинематические схемы механизмов поворота рабочего органа вокруг продольной оси стрелы:
а—поворот непосредственно гидроцилиндром; б — поворот гидроцилиндром через зубчатую передачу

Привод механизма передвижения полнотюворотных экскаваторов-планировщиков — гидравлический, неполноповоротных — механический (используется механическая трансмиссия базовой машины-автомобиля). Ходовые устройства полноповоротных гусеничных и пневмоколесных экскаваторов-планировщиков и экскаваторов с шарнирно-сочkененным рабочим органом аналогичны по конструкции (см. рис. 6.23).

Гидравлическая система большинства экскаваторов-планировщиков имеет три автономных потока (трехпоточная система). Каждый из трех потоков (рис. 6.33) питается от индивидуального шестеренного или аксиально-порш/невол) гидронасоса постоянной производительности и обслуживает один или одновременно несколько гидродвигателей рабочего оборудования.

Трехпоточная система гидропривода обеспечивает выполнение пяти рабочих движений, три из которых можно совмещать: при планировочных работах —выдвижение (втягивание) стрелы, ее подъем, (опускание) и поворот ковша; при повороте на выгрузку (в забой) — подъем (опускание) стрелы, ее выдвижение и поворот платформы.

Рабочее давление в гидросистеме экскаваторов с телескопическим рабочим оборудованием составляет 120—160 кгс/см2 (12—16 МПа) у полноповоротных машин и 75—85 кгс/см2 (7,5—8,5 МПа) —у неполноповоротных.

Пт — до 68,5 м3/ч; мощность силовой установки — до 75 л. с. (55 кВт); масса машины — до 18,4 т.

Рис. 6.33. Принципиальная трехпоточная схема гидропривода рабочего оборудования и механизмов поворота экскаватора-планировщика:

Траншейные экскаваторы. Для механизации земляных работ на строительстве линейных подземных коммуникаций (газо-, нефте-и продуктопроводов, трубопроводов канализации, водоводов, теплофикационных сетей, кабельных линий связи и электроснабжения) как в городских, так и в полевых условиях широко применяются траншейные экскаваторы. Они являются самоходными землеройными машинами непрерывного действия, которые при своем поступательном движении отрывают позади себя продольную выемку — траншею определенной глубины и ширины. Траншейные экскаваторы представляют собой навесное или полуприцепное землеройное оборудование к гусеничным и пневмоколес-ным тягачам. В отличие от одноковшовых траншейные экскаваторы постоянно передвигаются во время работы и отделяют грунт от массива с помощью группы непрерывно движущихся по замкнутому контуру ковшей или скребков и одновременно эвакуируют его в сторону от траншеи в отвал или в транспортные средства с помощью отвального устройства. Типы и параметры траншейных экскаваторов определены ГОСТ 19618—74. В качестве главного параметра принимается глубина отрываемых траншей.

Различают цепные и роторные траншейные экскаваторы. Рабочим органом цепных экскаваторов является однорядная или двухрядная бесконечная цепь, огибающая наклонную раму и несущая на себе ковши или скребки. Рабочим органом роторных экскаваторов является жесткий ротор (колесо) с ковшами или скребками, вращающийся на роликах. Во время работы цепь или ротор с ковшами движутся в плоскости передвижения экскаватоpa. Отделение грунта от массива и заполнение им рабочего органа осуществляются в результате сообщения цепи или ротору двух совмещенных движений копания: основного — поступательного относительно рамы (для цепи) или вращательного вокруг своей оси (для ротора) и подачи — поступательного в направлении движения машины. Основное движение способствует отделению слоя грунта, направлено по касательной к траектории копания и называется касательным. Движение подачи регулирует толщину отделяемого слоя грунта, направлено перпендикулярно касательному и называется нормальным. Соотношение скоростей этих движений определяет траекторию движения режущих элементов рабочего органа в продольно-вертикальной плоскости, которая представляет собой наклонную прямую у цепных экскаваторов и трахоиду у роторных. Толщина стружки, отделяемая цепным рабочим органом, практически постоянна по всей высоте забоя. Роторный рабочий орган отделяет стружку переменной толщины, достигающей максимального значения на уровне оси вращения ротора. Скорость движения рабочего органа (скорость копания) и скорость подачи (передвижения машины) подбираются такими, чтобы независимо от глубины траншеи обеспечивалось 100%-ное наполнение ковшей. Скорость передвижения экскаваторов при копании траншей регулируется в широком диапазоне в зависимости от условий работы, физико-механических свойств грунтов и составляет 10—400 м/ч у цепных машин и 10—800 м/ч у роторных. Для получения таких скоростей трансмиссии ходовых устройств базовых тягачей оборудуются механическими и гидромеханическими ходоуменыпителями. Скорость движения рабочего органа во многом определяется способом разгрузки ковшей у роторных экскаваторов и динамическими нагрузками, действующими на цепь у цепных. На обоих типах машин применяется, как правило, гравитационный способ разгрузки. Скорость рабочего органа у цепных машин не превышает 1,2 м/с, у роторных — 2 м/с. Рабочие органы современных траншейных экскаваторов имеют несколько скоростей движения, причем пониженные скорости используются при копании траншей в тяжелых талых и мерзлых грунтах.

Цепные траншейные экскаваторы. По типу рабочего органа цепные экскаваторы делятся на многоковшовые — с двухрядной цепью, между ветвями которой укреплены ковши, и скребковые — с однорядной и двухрядной цепью, снабженной скребками и резцами.

Скребковые одноцепные экскаваторы предназначены для рытья траншей прямоугольного профиля глубиной до 1,6 м и шириной 0,2—0,4 м под кабели, газопровод и водопровод в однородных без каменистых включений грунтах I—III категорий. Они представляют собой унифицированное навесное оборудование на пневмоко-лесный серийный трактор с одним или обоими ведущими мостами и применяются для выполнения рассредоточенных земляных работ небольших объемов на предварительно спланированных площадках.

Скребковый экскаватор (рис. 6.34, а) состоит из базового пневмоколесного трактора мощностью 55—80 л. с. (40—60 кВт) и навесного оборудования — цепного рабочего органа 6 с зачист-ным башмаком, отвального шнекового конвейера, гидравлического механизма подъема — опускания рабочего органа и гидромеханического ходоуменынителя. Спереди трактора навешивается управляемый гидроцилиндром 2 бульдозерный отвал, используемый для несложных планировочных работ и засыпки траншей после укладки в них коммуникаций. На экскаватор может быть навешено сменное рабочее (баровое) оборудование для нарезки щелей в мерзлых грунтах.

Рис. 6.34. Скребковый одноцепной экскаватор

Рабочий орган экскаватора (рис. 6.34, б) представляет собой замкнутую однорядную втулочно-роликовую цепь, несущую на себе резцы специальной формы для послойного срезания грунта и скребки для подъема грунта из траншеи. Резцы и скребки трех видов располагаются на цепи по определенной схеме, способствующей равномерному распределению нагрузки на цепь при копании. Производя смену резцов и скребков, получают траншею шириной 0,2—0,4 м. Цепь обегает раму 8 со специальными проушинами 12 для шарнирного крепления к трактору. Между проушинами рамы на приводном валу помещена ведущая звездочка цепи. На противоположном конце рамы установлена натяжная звездочка, связанная с винтовым натяжным устройством для регулирования натяжения цепи. На раме рабочего органа установлены также два шнека отвального шнекового конвейера с различным (правым и левым) направлением сплошных витков, предназначенные для эвакуации поднятого скребками грунта по обе стороны от траншеи. Шнеки имеют общий вал и приводятся во вращение скребковой цепью. Расположение шнекового конвейера на раме рабочего органа зависит от глубины копания, при изменении которой он может быть установлен в соответствующее положение. К раме рабочего органа за скребковой цепью крепится консольный зачистной башмак для подбора со дна траншеи осыпающегося грунта. Ширина зачистного башмака должна соответствовать ширине отрываемой траншеи.

Привод рабочего органа — механический и осуществляется от заднего вала отбора мощности трактора через редуктор, обеспечивающий несколько скоростей резания грунта. В редукторе привода имеется фрикционная муфта предельного момента, предохраняющая узлы привода и рабочий орган от перегрузок и поломок при нарушении нормальной работы последнего. Принудительное заглубление рабочего органа в грунт до заданной отметки и удержание его при рытье траншей, а также подъем при переводе в вертикальное транспортное положение осуществляется гидравлическим подъемным механизмом. Он состоит из гидроцилиндра двустороннего действия, к подвижному штоку которого крепится двойная пластинчатая цепь, огибающая звездочки, закрепленные на раме экскаватора и раме рабочего органа. Корпус гидроцилиндра установлен шарнирно в проушинах рамы трактора.

Экскаватор имеет скорости движения рабочие (пониженные), используемые только при копании траншей, и транспортные (повышенные), используемые при перебазировках машины.

Для получения рабочих скоростей трансмиссия хода трактора дооборудуется гидравлическим ходоуменьшителем в виде многоступенчатого цилиндрического редуктора с приводом от аксиально-поршневого гидромотора. Ходоуменьшитель обеспечивает бесступенчатое регулирование скоростей рабочего хода в широком диапазоне— от 10 до 400 м/ч, что позволяет производительно использовать экскаватор в различных грунтовых условиях. При переездах машины ходоуменынитель отключается и экскаватор движется на транспортной скорости, полученной при включении тракторной коробки передач. Ходоуменынитель и коробка передач снабжены блокировочным механизмом, исключающим их одновременное включение. При работе на слабых грунтах повышенная проходимость экскаватора обеспечивается за счет блокировки дифференциала заднего моста. Гидравлический ходоуменьшитель, гидроцилиндры подъема и заглубления рабочего органа и отвала бульдозера обслуживаются тракторным шестеренным насосом.

Копание траншей производится следующим образом: сначала машинист переводит рабочий орган из транспортного положения в рабочее, включает привод скребковой цепи и постепенно с помощью механизма подъема принудительно заглубляет рабочий орган в грунт до заданной отметки, а затем через ходоуменьшитель включает привод рабочего хода экскаватора. Правильность выбора скоростного режима определяется по характеру работы двигателя.

Техническая производительность одноцепных скребковых экскаваторов при разработке грунтов I категории составляет 60—80 м3/ч.

Скребковые двухцепные экскаваторы изготовляют на базе узлов и деталей серийных гусеничных тракторов. Они предназначены для рытья траншей прямоугольного и трапецеидального профиля глубиной до 4,0 м, шириной по дну 0,8 и 1,1 м и шириной по верху до 2,8 м в талых грунтах I—III категорий с каменистыми включениями размером до 200 мм. Рабочим оборудованием таких машин является наклонный двухцепной скребковый рабочий орган, оснащенный режущими элементами скребкового типа и транспортирующими заслонками. Для рытья траншей трапецеидального профиля на рабочем органе экскаваторов монтируют активные цепные откосообразователи. Серийные экскаваторы оснащаются также сменным оборудованием для разработки траншей в мерзлых грунтах при глубине промерзания до 1,0 м.

Конструкцию машин этого кл/асса рассмотрим на примере широко распространенных в СССР,; экскаваторов ЭТУ-354А и ЭТЦ-252. Экскаватор ЭТУ-354А (рис. 6.35, а) состоит из дизеля 3 мощностью 54 л. с. (40 кВт), специализированного гусеничного хода 17, рамы 14 с криволинейными направляющими для навески скребкового цепного рабочего органа, отвального ленточного конвейера 15 с лентой шириной 650 мм и механической силовой передачи 2.

Рабочий орган экскаватора представляет собой замкнутую пластинчатую цепь 7 с шагом 190 мм, к двум ветвям которой на одинаковом расстоянии друг от друга крепятся режущие элементы скребкового типа 8 и транспортирующие заслонки, образующие подобие ковшей. Скребковая цепь смонтирована на наклонной раме 12 коробчатого сечения, шарнирно подвешенной к тягачу. Рама рабочего органа может удлиняться дополнительной вставкой длиной 1,4 м, что позволяет отрывать траншеи на глубину до 3,5 м. При удлинении рамы вставкой число скребков увеличивают с 17 до 21.

Рис. 6.35. Скребковый двухцепной экскаватор на гусеничном ходу: а — общий вид; б — схема работы

Схема работы экскаватора (рис. 6.35, б): при непрерывном поступательном движении вперед и одновременном движении замкнутой скребковой цепи вокруг наклонной рамы скребки 8 отделяют грунт от массива, а заслонки поднимают его из траншеи на высоту приводных звездочек цепи, при огибании которых грунт выгружается на поперечный (к продольной оси движения машины) ленточный конвейер и отбрасывается им в сторону от траншеи. Глубина отрываемой траншеи зависит от угла наклона рамы рабочего органа и регулируется механизмом ее подъема.

Две ведущие звездочки скребковой цепи установлены на приводном (турасном) валу в передней части рамы рабочего органа. На этом же валу смонтирована фрикционная муфта предельного момента, предохраняющая трансмиссию машины и рабочий орган от перегрузок при встрече скребков с крупными каменистыми включениями и другими непреодолимыми препятствиями.

На противоположном конце рамы находятся натяжные звездочки , связанные с винтовым натяжным устройством. Для уменьшения провисания холостой и удержания рабочей ветвей скребковой цепи на раме установлены поддерживающие ролики. При копании траншей с наклонными стенками на рабочем органе устанавливаются откосообразователи, представляющие собой наклонно расположенные цепи с поперечными резцами, совершающие возвратно-поступательное движение. Верхние концы цепей шарнирно прикреплены к качающемуся балансирному рычагу с центральным шарниром, нижние — к эксцентрично установленным пальцам натяжных звездочек // рабочего органа, приводящих откосообразователи в движение. Грунт, отделяемый цепями от целика, обрушивается на дно траншеи, откуда выносится на поверхность транспортирующими заслонками рабочего органа. Скребки на рабочем органе размещены по специальной схеме, обеспечивающей наименьшую энергоемкость процесса копания. В процессе копания рабочий орган находится в плавающем положении и давит на грунт за счет собственного веса. Рабочий орган опирается на раму экскаватора двумя опорными катками, движущимися по криволинейным направляющим. Подъем и опускание рабочего органа при переводе его транспортного положения в рабочее и наоборот осуществляется однобарабанной лебедкой через восьмикратный канатный полиспаст.

Сменное рабочее оборудование экскаватора для разработки мерзлых грунтов монтируется на основной раме рабочего органа и представляет ковшевую цепь с 18 ковшами, с зубьями-клыками, армированными твердосплавными пластинками.

Привод всех механизмов экскаватора осуществляется от дизеля через главную муфту сцепления и механическую коробку передач (раздаточный редуктор). От валов коробки передач вращение получают: через червячный редуктор — барабан лебедки подъема-опускания рабочего органа; через цепные передачи и муфту предельного момента — турасный вал с приводными звездочками скребковой цепи; через цепную передачу — ведущий барабан отвального конвейера: бортовые фрикционы гусеничного хода, связанные через систему цепных передач с ведущими звездочками гусениц. Коробка передач обеспечивает восемь скоростей рабочего хода ступенчато изменяемых в диапазоне от 12,5 до 114 м/ч (при разработке мерзлых грунтов —в диапазоне 9,25—82 м/ч), восемь транспортных скоростей (0,46—4,34 км/ч). Скорость скребковой цепи составляет 1,1 м/с, ленты конвейера — 4,5 м/с. Техническая производительность машины в грунтах I категории до 150 м3/ч.

Аналогичную конструкцию и параметры скребкового рабочего органа имеет экскаватор ЭТЦ-252 (рис. VI.36), который заменил экскаватор ЭТУ-354А. В отличие от ЭТУ-354А эта машина смонтирована на базе переоборудованного трелевочного трактора /, имеет более мощную силовую установку (80 кВт), бесступенчатое регулирование скоростей рабочего хода, гидравлический привод ленточного отвального конвейера 3 и механизма подъема-опускания 2 рабочего органа 4. Привод рабочего органа механический.

Вращение приводному (турасному) валу (рис. 6.37) с ведущими звездочками ковшовой цепи передается от дизеля через муфту сцепления, распределительную коробку, редуктор реверса, конический редуктор, верхний редуктор и пнев-мокамерную муфту предельного момента. С помощью редуктора реверса можно изменять направление вращения турасного вала. Движение цепным откосообразователям сообщается от

натяжных звездочек рабочего органа. Концевые барабаны дугообразного ленточного конвейера выполнены ведущими. Автономный привод каждого барабана осуществляется от гидромотора через встроенный в барабан планетарный редуктор. Питаются гидромоторы конвейера от нерегулируемого насоса. Регулируемый насос питает гидромотор, который обеспечивает передвижение экскаватора при копании траншей и бесступенчатое регулирование скоростей рабочего хода в диапазоне 5—150 м/ч. Насосы и приводятся в действие от распределительной коробки. Для транспортного передвижения используется механическая трансмиссия базового трактора. Подъем и опускание рабочего органа при переводе из рабочего положения в транспортное и наоборот производится с помощью двух гидроцилиндров, обслуживаемых насосами базового трактора. Гидравлический привод механизмов экскаватора позволил исключить сложный раздаточный редуктор, цепные и канатные передачи. Более совершенный базовый тягач и гидропривод экскаватора обеспечивают высокую маневренность и проходимость машины, хорошую приспособляемость экскаватора к различным грунтовым условиям, и его повышенную (в 1,5—1,8 раза) производительность (до 220 м3/ч).

Рис. 6.37. Кинематическая схема экскаватора ЭТЦ-252