Устройство и принцип работы современных экскаваторов

Экскаваторы – самоходные землеройные машины, применяемые для формирования котлованов, канав, траншей, погрузки породы и сыпучих материалов, подготовки поверхности строительных площадок по проектным отметкам.

Назначение экскаватора

Основное назначение экскаватора заключается в рыхлении грунтов и пород. После непосредственного копания, грунт или порода перемещается для транспортировки или формируется в насыпь. В зависимости от устройства и принципов работы, определяется и основные функции для определенной конфигурации экскаватора. Экскаваторная техника применяется в основном для выполнения следующих работ:

• рыхление грунта, твердых и скалистых пород;
• выкапывание траншей, рвов и формирование котлованов;
• возведение дамб, насыпей и отвалов;
• выравнивание рельефа;
• расчистка участка;
• разработка грунта под водой;
• демонтаж старых строений;
• перемещение и погрузка грунтов и пород.

Все эти работы выполняются с высокой скоростью и более эффективно, если бы это происходило с использованием ручного труда. Среди машин можно встретить модификации, которые выполняют полный цикл работ по копанию, перемещению и выгрузке одновременно.

История создания

Идея копающих колес была высказана еще в начале шестнадцатого столетия знаменитым ученым Леонардо да Винчи. Однако прототип современного экскаватора, оснащенного парой роторных колес, симметрично расположенных по отношению к конвейеру, был запатентован американским инженером Ч. Смитом лишь в конце девятнадцатого века.

На сегодняшний день индустрия производства подобного оборудования развивается путем выпуска машин, обладающих высокой производительностью, а также увеличенной удельной силой, с помощью которой осуществляется процесс выкапывания траншей и добычи полезных ископаемых.

Какой нужен экскаватор для работы в определенной отрасли

Практически в любой отрасли на объекте, где есть возможность доступа, эксплуатируется экскаваторная техника. Экскаваторы получили наибольшее применение в строительных и горнодобывающих отраслях, где они выполняют полный цикл задач практически при постоянной занятости. В остальных отраслях экскаваторная техника используется для выполнения разовых, сезонных или периодических заданий.

В сельскохозяйственной отрасли широкое применение получили многофункциональные экскаваторы-погрузчики, которые могут быть задействованы для работы на складах с сыпучими грузами, для уборки территорий, для погрузки сена или соломы с полей, для разовых строительных работ.

Коммунальные предприятия применяют колесные экскаваторы для работы в условиях города, где существует необходимость постоянного перемещения техники с одного объекта на другой. Для работы в стесненных условиях наиболее востребованы мини-экскаваторы, которые могут работать в труднодоступных местах.

Отдельным направлением является мелиоративная и озеленительная сфера, где экскаваторам предназначено выполнение сложных технологических задач по очистке водоемов, для разработки каналов, во время пересадки взрослых высокорослых растений. Для этих целей разработаны специальные одноковшевые гусеничные экскаваторы, которые функционируют как на уровне, так и ниже уровня рабочей поверхности.

Экскаваторная техника применяется для работы не только для выполнения работ на суше, но и во время работ на поверхности воды. Например, при постройках мостов и дамб.

Дополнительное рабочее оборудование[править | править код]

Рыхлитель механический и гидравлический[править | править код]

Экскаватор KOMATSU с гидромолотом

Сменное рабочее оборудование, предназначенное для рыхления твёрдого (мёрзлого) грунта, разрушения строительных конструкций, асфальто-бетонного покрытия.

Рыхлитель (клин-баба) для механических экскаваторов представляет собой монолитный стальной груз, нижняя часть которого выполнена клинообразной или пикообразной. Подвешивается на канате. При работе клин-баба поднимается за счёт натяжения каната на высоту порядка 3—6 метров и свободно падает на грунт (при расторможенном канате). Масса клинового рыхлителя в зависимости от размерной группы экскаватора составляет 0,5—6 т.

На гидравлических экскаваторах устанавливается молот-рыхлитель с гидравлическим приводом. Принцип его действия аналогичен отбойному молотку. Монтируется на место ковша.

Для работы с твердыми типами грунта широко используются гидрорыхлители. Это инновационное оборудование совмещает в себе функции клыка-рыхлителя (однозубого механического рыхлителя) и гидромолота. Принцип его работы заключается в сочетании действия вибрации и рыхления клыком, что позволяет добиться очень высокой производительности. Клык гидрорыхлителя легко проникает в обрабатываемую породу и благодаря особой технологии преобразования вибрации в удар с легкостью её разрушает. Опытным и практическим путём доказано, что производительность гидрорыхлителей до 5 раз выше производительности традиционных гидромолотов. Гидрорыхлитель наиболее эффективен на трещиноватой породе, залегающей тонкими пластами (толщина слоев — 50 см): это грунты плотностью от 20МПа (известняк, андезит, глинистый сланец, полевошпатовый песчаник и т.д.) Предельный коэффициент крепости для гидрорыхлителей — 8—10 по шкале Протодьяконова.

В качестве рыхлителя может применяться дизель-молот, монтируемый на стреле экскаватора.

Свайный копёр[править | править код]

Экскаватор со свайным копром

Корчеватель пней[править | править код]

Экскаватор с гидравлической дробилкой

Одноковшовые экскаваторы могут использоваться для корчевания пней. На гидравлических экскаваторах для этой цели вместо ковша устанавливается челюстный захват (см. статью Грейферный ковш). Для корчевании захват подводят к пню, разводят челюсти, заглубляют их в грунт, под корневую систему пня. Далее сводят челюсти захвата и, подъёмом стрелы, выдергивают пень. Всем этим процессом управляет один машинист.

При корчевании пней механическими экскаваторами к тяговому и подъёмному канатам прицепляется специальный якорь. Машинист экскаватора подводит якорь к пню, а помощник вручную заглубляет лапу якоря под корень пня. После этого осуществляется натяжение тягового каната при ослабленном подъемном, при этом якорь зацепляется за пень. Одновременным натяжением двух канатов происходит вырывание пня.

Подъёмный кран[править | править код]

В связи с тем, что базовая машина механического экскаватора и подъёмного крана имеют сходную конструкцию, ряд моделей экскаваторов может комплектоваться крановым оборудованием, называясь при этом кран-экскаватор. Так как скорость вертикального перемещения груза у крана должна быть в несколько раз меньше чем скорость подъёма ковша экскаватора, подъёмный канат запасовывают через полиспаст.

Также с крановым оборудованием могут работать некоторые гидравлические экскаваторы. При этом оно может быть как навесным рабочим органом, устанавливаемым вместо ковша[1], так и стрелой ферменной конструкции, устанавливаемой на базовую машину вместо стрелы экскаватора[2]. Грузовые лебёдки при этом монтируются на крановой стреле и приводятся от гидросистемы базовой машины.

Манипулятор[править | править код]

Экскаватор CATERPILLAR с манипулятором осуществляет демонтажные работы с помощью ножниц для резки железобетона

Манипулятор представляет собой захват, монтируемый вместо ковша, используемый при монтажных и демонтажных работах. В настоящее время ряд фирм в России и за рубежом выпускает специальные машины-манипуляторы на базе одноковшовых экскаваторов. Такие машины имеют больший, чем у экскаваторов вылет стрелы и более сложную гидравлическую систему, обеспечивающую позиционирование захвата в трех плоскостях.

Классификация экскаваторной техники

Экскаваторная техника выполняет приблизительно одинаковые задачи, которые отличаются по объему, сложности и окружающих условий. Для удовлетворения потребностей каждой из отраслей хозяйственной деятельности применяется определенная модификация экскаваторов. Для того, чтобы определить, какой экскаватор нужен для работы в той или иной отрасли, их принято классифицировать:

• по способу перемещения;
• по типу ходовой части;
• по габаритам, грузоподъемности и объему ковша;
• по типу силовой установки;
• по принципу действия;
• по виду привода.

По способу перемещения различают сухопутные и плавучие экскаваторы. По типу ходовой части различают гусеничные экскаваторы, колесные, шагающие, рельсовые. Гусеничная техника отличается высокой проходимость, ее принято эксплуатировать на участках со сложными сыпучими или вязкими породами, а также для работы на сложном рельефе с большим градусом уклона. Колесная техника наиболее универсальна и мобильна, для транспортировки не требуется привлечение дополнительного транспортного средства.

По габаритам и тоннажности рабочего оборудования принято условно делить экскаваторную технику на мини-экскаваторы, универсального и специального назначения. Каждая группа применяется согласно своих возможностей. Чем мощнее техника, тем область ее применения и задачи, которые она выполняет, сужаются. Например, для выполнения горно-добывающих задач применяются тяжелые одноковшевые экскаваторы на гусеничном ходу.

По типу силовой установки можно различать дизельные, электрические, гибридные, бензиновые, одно- и многомоторные экскаваторы. Принцип действия рабочих установок экскаваторов также является одним из показателей их назначения. Рабочие часть экскаватора бывает гидравлической, механической, электрической, гидромеханической и др.

Все группы имеют еще ряд более узких различий характеристик мощности и производительности. Несмотря на такой широкий ряд отличительных характеристик, устройство и принцип действия экскаваторов приблизительно одинаков.

Типы одноковшовых экскаваторов

Погрузчик пользуется огромным ковшом, который при погрузке и разгрузке может поворачиваться под любым углом.

Бульдозер разгребает и выравнивает строительные площадки при помощи укрепленного спереди щита.

Землеройная машина зачерпывает землю отвалом, смонтированным под прицепом, и перевозит свой груз в любое место.

Сфера применения

Подобная строительная техника активно задействована в добыче и разработке полезных ископаемых. Благодаря особенностям конструкции ковша, который работает непрерывно и позволяет зачерпывать руду и различные породы, с помощью роторных экскаваторов можно осуществлять следующие виды деятельности:

Основное рабочее оборудование роторного оборудования

• извлекать целые пласты горных пород;
• удалять ненужные части извлеченных пород в специальные отвалы;
• рыть канавы и траншейные ямы;
• отгружать и транспортировать извлеченные ископаемые.

Роторные экскаваторы обладают высоким КПД, что значительно сокращает расходы на разработку грунта и многие другие виды работ. Подобное оборудование отличается меньшим опорожнением ковша, что в свою очередь способствует увеличению производительности и снижению затрат. Оборудование непрерывного действия на сегодняшний день широко используется на площадках по добыче различных ископаемых нерудного типа, а также для селективной выемки разносортных пропластков и маломощных пластов.

Экскаваторы роторного типа способны работать практически при любых температурных условиях. В случае пород средней и низкой крепости использование роторных экскаваторов может осуществляться без необходимости проводить предварительные буровзрывные работы, что позволяет сэкономить время и значительно повысить КПД. Современное роторное оборудование способно за два-три дня выполнить добычу в таких внушительных объемах, на выработку которых с помощью прочей спецтехники может уйти несколько месяцев.

Видео по теме: Механик роторного экскаватора

Устройство и принцип работы экскаватора

Устройство экскаваторов имеет принципиальные отличия, разделяясь на одноковшевую и многоковшевую технику. Многоковшевые экскаваторы предназначены для выполнения узкого ряда задач и имеют ограниченные возможности при работе с грунтом или другими породами. Одноковшевые экскаваторы устроены приблизительно одинаково, и в основе своей конструкции имеют такие элементы:

• ходовая часть обеспечивает перемещение по рабочему участку;
• основная рама служит в качестве связующего элемента между ходовой и платформой;
• поворотная платформа является несущим элементом, на котором расположены кабина, силовые и рабочие агрегаты;
• кабина машиниста включает в себя все элементы управления экскаватором;
• двигатель обеспечивает основную энергию экскаватора;
• силовая трансмиссия приводит в движение рабочие узлы и агрегаты;
• рабочее оборудование (стрела, ковш) – выполняют непосредственную функцию.

Эти элементы характерны для всех типов экскаваторов и являются основой любой модификации. Более детальное ознакомление с устройством и работой экскаватора возможно на примере каждой отдельно взятой модели.

Технические параметры

Поперечное и радиальное оборудование роторного типа отличается по таким параметрам, как максимальная теоретическая производительность, а также по следующим показателям:

Технические характеристики роторных экскаваторов зарубежного производства

• По варианту опоры стрелы, использующейся для конвейерной разгрузки.
• По отсутствию либо наличию устройства для выравнивания поворотной платформы.
• По максимально допустимому уклону, с помощью которого определяется рабочий горизонт.

Исходя из особенностей разгрузки ковша, роторное оборудование подразделяют на инерционное и гравитационное. В первом случае разгрузка осуществляется под воздействием центробежной силы, которая выбрасывает породу за пределы ковша.

Разгрузка роторного оборудования происходит под влиянием силы тяжести, которое оказывает добываемая порода. Работа инерционных экскаваторов реализуется благодаря высокой частоте вращения колес, что позволяет центробежной силе развить воздействие, превышающее силу гравитации.

У роторных экскаваторов производительность является весьма высокой, и подобное оборудование вырабатывает до 10 000 кубических метров материалов за час. Роторные колеса отличаются внушительным диаметром (17 метров и выше). Рабочий процесс удается оптимизировать также благодаря вместительным ковшам, а добычу различных материалов возможно осуществлять на высоте до 50 метров.

Большие модели

К наиболее мощным зарубежным моделям роторного оборудования относятся экскаваторы на гусеничном ходу от известных европейских марок. К примеру, производительность германских машин SRS-6300 и SchRs-6340 превышает 230000 м3 в сутки. Последняя из перечисленных моделей оснащена 70-метровой стрелой, которая дает возможность осуществлять отработку уступов более 50 метров в высоту и 16 метров в глубину. Расчетной производительностью данного колесного роторного оборудования является 19100 м3, а 4 двигателя привода обладают мощностью 3365 кВт.

Роторный экскаватор SRS-6300

Самым большим роторным экскаватором российского производства считается ЭРШРД-5250, с помощью которого осуществляют добычу бурого угля.

Роторный экскаватор ЭРШРД-5250

Машина оснащена двумя десятками ковшей, позволяющими вырабатывать свыше 5200 м3 угля за час. Высота агрегата – более 50 метров, что эквивалентно 17-этажному жилому дому.

Масса этого многоковшового экскаватора (оборудован 22 ковшами) – около четырех тысяч тонн, что позволяет заполнить вагон грузоподъемностью свыше 80 тонн менее, чем за одну минуту. Роторы этой машины вращаются благодаря двум электрическим приводам мощностью 1000 кВт каждый.

Видео

Классификация

Роторные экскаваторы бывают как одноковшовыми, так и многоковшовыми. Первые представляют собой цикличное оборудование, повторяющее одни и те же действия. С помощью многоковшовых экскаваторов можно выполнять более широкий диапазон скребковых, фрезерных и прочих задач. Подобные экскаваторы бывают двух типов.

Карьерный экскаватор. Используется при разработке месторождений различных руд и угля. В категории многоковшового оборудования, предназначенного для карьерных работ, выделяют модели добычного и вскрышного типа. Материал добывается посредством поверхностного либо глубокого черпания. Карьерные машины используются при разработке почв до четвертого уровня сложности включительно.

Карьерные экскаваторы

Траншейный экскаватор относится к более универсальному оборудованию, которое задействуется для таких задач, как прокладка систем дренажа и орошение. Траншейное роторное оборудование позволяет вырывать траншеи глубиной до трех с половиной метров. Длительная безостановочная работа происходит в режиме совмещенного цикла.

Карьерное оборудование чаще всего используется при добыче пород скального типа, полезных ископаемых и песка. Предварительное рыхление перед стартом работ не требуется. Конструкция роторных колес может быть:

• полуячейковой;
• безъячейковой;
• ячейковой (ковши оснащаются специальными отсеками для разгрузки).

Промышленное роторное оборудование оснащается преимущественно безъячейковыми колесами по той причине, что они являются наиболее подходящими для нижнего копания. Разгрузка ковшей осуществляется в пределах общего желоба, расположенного внутри самого колеса, из которого грунт попадает на полотно конвейера роторной рамы. Для того чтобы заполнять ковши без каких-либо серьезных препятствий, их разгрузка начинается непосредственно во время процесса заполнения.

Как работают роторные экскаваторы

Силовые агрегаты, устанавливаемые на экскаваторах

В наши дни для выполнения земляных работ используются одномоторные и многомоторные модификации экскаваторов. В первом случае все механизмы землеройной машины имеют привод от одной силовой установки, а во втором каждый из механизмов (либо их группа) получает энергию от отдельного двигателя. Чаще всего экскаваторы оснащаются дизельными двигателями, обеспечивающими полностью автономное функционирование машин.

Иногда для приведения в действие рабочего оборудования используются электродвигатели, получающие питание от внешней электросети либо дизельного генератора, который размещен на базе экскаватора (обычно такой способ электропитания применяется на плавучих моделях). Такие модели экскаваторов отличаются экономичностью, не загрязняют воздух.

Основные современные производители экскаваторов

Говоря о компаниях, являющихся лидерами на рынке одноковшовых экскаваторов, стоит выделить такие бренды, как Komatsu, Volvo, JCB, Caterpiilar, Daewoo, Hitachi, Liebherr, Hyundai Robex, Orenstein & Koppel, New Holland Kobelco, Doosan Infracore. Бесспорно, наиболее крупным мировым производителем экскаваторов на сегодня является компания Caterpillar, главный офис которой располагается в США. Сегодня модельный ряд техники, созданной специалистами данной компании, включает в себя:

• всевозможные модификации гидравлических экскаваторов (начиная с мини-экскаваторов, обладающих весом менее тонны, средних, тяжелых и заканчивая крупнейшим на планете 980-тонным гидравлическим экскаватором модели 6090S, объем ковша которого равен 59 куб. метрам);
• электрические модели тросовых экскаваторов с рабочим оборудованием типа «прямая лопата», комплектуемые ковшами объемом от 6,9 до 61,2 куб. метра;
• драглайны, оснащаемые ковшами от 32 до 132,5 куб. метра.

Под маркой Komatsu на рынок поставляются высокопроизводительные гусеничные экскаваторы разных размеров, колесные экскаваторы-погрузчики, оборудованные суперсовременными гидравлическими системами, мощными силовыми установками с турбонаддувом и объемными ковшами. Шведский производитель Volvo утверждает, что машины именно этой марки отличаются максимальной эффективностью. Пути достижения последней компанией были выбраны традиционные: увеличение размеров рабочей зоны, использование дизельных моторов с повышенным крутящим моментом и уменьшенной токсичностью отработанных газов, автоматизация выбора режимов разработки грунта.

Рисунок 15. Японская машиностроительная компания Komatsu Limited осуществляет выпуск высокопроизводительных экскаваторов

Одноковшовые экскаваторы сравнительно недавно появились в ассортименте британской компании JCB. Однако, несмотря на пока довольно короткую историю производства подобной техники, компании удалось занять свою нишу в соответствующем сегменте рынка. Продукция JCB является ярчайшим примером сотрудничества японских и европейских поставщиков. Экскаваторы, выпускаемые под данным брендом, оборудуются двигателями Isuzu и гидравлическим оборудованием от Sumitomo.

Конструкторам компании Daewoo, преуспевшей в различных отраслях, удалось добиться серьезных преимуществ перед предприятиями-конкурентами по ряду направлений. Экскаваторы от этого производителя обладают повышенной скоростью вращения платформы, увеличенным вылетом стрелы. Параметры рабочей зоны подобраны таким образом, чтобы машина могла с должной эффективностью выполнять возложенные на нее функции в стесненных условиях, что характерно для населенных пунктов.

Линейка оборудования Hitachi включает в себя малые, средние и большие экскаваторы на гусеничном и колесном ходу, а также модели, которые проектировались специально для разработки скальных и других тяжелых грунтов, производства работ в труднодоступных местах, при выполнении демонтажных и дноуглубительных работ. Новинки модельного ряда экскаваторной техники Hitachi комплектуются двигателями с сажевым фильтром, оснащенные инновационными системами рециркуляции отработанных газов. Все это обеспечивает максимальную чистоту выхлопных газов, отвечающую самым высоким мировым стандартам.

Рисунок 16. Гусеничный экскаватор Hitachi в процессе работы

Известный немецкий производитель спецтехники Liebherr осуществляет выпуск гидравлических экскаваторов, сочетающих в себе самые последние достижения инженерной мысли. Среди отличительных особенностей данной техники можно выделить гидрообъемный привод у гусеничных моделей, автоматическую КПП с переключением передач под нагрузкой у пневмоколесных экскаваторов, 4 стандартных режима работы для максимальной эффективности разработки грунта в любых условиях.

Что касается отечественных производителей, то здесь можно выделить такие компании, занимающиеся выпуском экскаваторов, как ЗАО «Тверской экскаватор» и АО «ТЯЖЭКС». Многие модели тверских экскаваторов оснащены отвалами, применяемыми для выравнивания участка и засыпания траншей. При покупке экскаватора клиент может заказать такие сменные рабочие органы, как гидроножницы, бревнозахват, 5-челюстной грейфер, гидравлический молот, фрезерная головка и т.д. АО «ТЯЖЭКС» на сегодня является ведущим российским поставщиком тяжелой техники для земляных работ. Компания поставляет на рынок 6 модификаций экскаваторов 5-й и 6-й размерных групп с 2-хпоточным гидравлическим приводом и мощными силовыми агрегатами ярославского завода.

Рисунок 17. Пневмоколесный представитель модельного ряда экскаваторов ОАО «Тверской экскаваторный завод»

Заключение

Представленный обзор призван дать читателям подробную информацию о классификации одноковшовых экскаваторов по целому ряду параметров, принципе работы и конструктивных особенностях данной спецтехники, основных иностранных и отечественных поставщиках экскаваторов.

Компания ООО «ТехноНик».

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...

Читайте также:

ТОП-6 гусеничных бульдозеров Четра и их... Виды речных экскаваторов и их назначение... ТОП-2 прицепных грейдера СД-105 А и ДЗ-1... Технические характеристики и аналоги Кам...