Назначение, область применения и классификация экскаваторов

Экскаватором называется землеройная машина, предназначенная для разработки (копания и перемещения) грунта, легких горных пород в массиве или скальных в раздробленном состоянии.

Экскаваторы применяются для выполнения более половины земляных работ при строительстве промышленных и гражданских зданий и сооружений, автомобильных и железных дорог, аэродромов, гидротехнических систем и нефтепроводов, в карьерах при добыче строительных материалов и полезных ископаемых. С их помощью отрывают котлованы, траншеи, каналы, а также разрабатывают выемки и насыпи и отделывают откосы и стенки.

В дорожных войсках экскаваторы являются основной землеройной машиной, применяются самостоятельно и в составе комплектов и комплексов землеройно-транспортных машин для строительства и восстановления земляного полотна, возведения насыпей и сооружения выемок, при выполнении заградительных, карьерных и погрузочно-разгрузочных работ, для инженерного оборудования районов, участвуют в работе отрядов обеспечения движения.

Рабочий процесс экскаваторов состоит из отделения грунта от массива – копания, транспортировки грунта к месту разгрузки, разгрузки и возвращения рабочего органа в положение для нового копания.

Все экскаваторы в зависимости от времени рабочего процесса делят на две большие группы: непрерывного действия – многоковшовые; периодического (циклического) действия – одноковшовые.

Многоковшовые экскаваторы обе операции (копание грунта и его перемещение) выполняют одновременно; одноковшовые – последовательно, прерывая копание на время перемещения грунта. Таким образом, рабочее время машины, в течение которого выбирают грунт, и производительность многоковшовых экскаваторов выше, чем одноковшовых. Применение многоковшовых экскаваторов ограничено особенностью их конструкции. В основном применяются при рытье траншей и добыче нерудных материалов в карьерах с однородными грунтами без каменных включений.

Одноковшовые экскаваторы являются универсальными и имеют более широкую область применения:

применяются для разработки грунтов как выше, так и ниже уровня площадки установки экскаваторов;

используются для земляных, погрузочно-разгрузочных и других видов работ, для чего комплектуются несколькими видами сменного рабочего оборудования;

применяются для разработки грунтов I-II категории без предварительного рыхления забоя, грунтов III-IV категории, в том числе мерзлых и скальных грунтов, с предварительным рыхлением забоя взрывом или с помощью рыхлителей;

используются в стеснённых условиях, при разработке грунта под водой, выгружая его в транспортные средства или в отвал.

Промышленность изготавливает различные типы экскаваторов, которые классифицируются по способу перемещения, по типу применяемого основного двигателя, по приводу механизмов, по типу силовых передач, по типу системы управления, по конструкции ходового устройства, по углу поворота поворотной платформы, по конструкции исполнения рабочего оборудования.

По способу перемещения экскаваторы бывают сухопутными и плавучими. Сухопутные экскаваторы делятся на самоходные и перемещаемые тягачом на буксире или прицепе как без разборки, так и с демонтажем отдельных элементов.

По типу применяемого основного (первичного) двигателя современные экскаваторы выпускаются с дизельными или электрическими двигателями. Дизельные двигатели используются на экскаваторах, которые приходится часто перемещать с места на место (на строительстве автомобильных и железных дорог, строительстве нефтепроводов и т. д.). Электрические двигатели используются на экскаваторах, постоянно работающих в одном месте (например, в карьерах). Они проще и дешевле в эксплуатации.

По приводу механизмов различают экскаваторы одномоторные, у которых все рабочие механизмы запускаются одним или несколькими двигателями, работающими на один вал, и многомоторные, у которых каждый рабочий механизм приводится в действие отдельным (индивидуальным) двигателем.

По типу силовых передач движения от двигателя к рабочим механизмам строительные экскаваторы делятся на механические, гидравлические и электрические.

У механических экскаваторов движение передается непосредственно от первичного двигателя ко всем механизмам с помощью валов, шестерен, червячных пар, цепных и других механических передач (механическая трансмиссия).

У гидравлических экскаваторов роль трансмиссии выполняют гидронасос (один или несколько), трубопроводы и гидродвигатели (гидромоторы или гидроцилиндры).

Электрический тип силовой передачи отличается от гидровлического типа видом силовых механизмов – электрогенератор, силовые электросети, электродвигатель (один или несколько).

По типу системы управления различают экскаваторы с рычажно-механическим, пневматическим, гидравлическим, электрическим и комбинированным (электропневматическим, электрогидравлическим) управлением. Рычажно-механическое управление из-за большого количества недостатков на большинстве машин заменено пневматическим или гидравлическим. Пневматическое управление устанавливают на машинах с одномоторным приводом и механической трансмиссией. Гидравлическое и электрическое управление используют при соответствующих видах привода.

По конструкции ходового устройства сухопутные экскаваторы подразделяются на гусеничные, пневмоколесные, шагающие (последние применяют только в одноковшовых экскаваторах).

Ходовое устройство воспринимает и передает на основание (грунт) нагрузки от массы машины и нагрузки, возникающие при работе, а также обеспечивает передвижение экскаватора.

Ходовое устройство экскаваторов бывает следующих типов: Г – гусеничное с минимально допустимой опорной поверхностью гусениц; ГУ – гусеничное (уширенное) с увеличенной опорной поверхностью гусениц, предназначенное для работы на грунтах с низкой несущей способностью; П – пневмоколесное, позволяющее увеличить мобильность экскаватора, облегчить и ускорить его переброску собственным ходом с одного объекта на другой; СШ – специальное шасси автомобильного типа, отличающееся от типа П тем, что кроме двигателя, установленного на поворотной части экскаватора, на шасси установлен более мощный двигатель, обеспечивающий передвижение экскаватора с большой скоростью; ходовое устройство типа СШ имеет прочную и низкую специальную раму, отличающуюся по конструкции от рамы шасси грузового автомобиля; А – шасси грузового автомобиля; Тр– тракторное (обычно используются пневмоколесные тракторы); Пр– прицепное.

В зависимости от угла поворота поворотной платформы в горизонтальной плоскости экскаваторы называют полноповоротными или неполноповоротными.

Поворотная часть полноповоротного экскаватора может вращаться вокруг вертикальной оси на неограниченный угол. У машин этого типа на поворотной платформе установлены двигатель и основные рабочие механизмы, а также укреплено рабочее оборудование.

Неполноповоротными изготавливают лишь небольшие экскаваторы на базе тракторов. У этих экскаваторов отсутствует поворотная платформа, а рабочее оборудование укреплено с помощью поворотной колонки непосредственно на ходовом устройстве, относительно которого оно вращается на ограниченный угол (180-270⁰).

В зависимости от конструктивного исполнения рабочего оборудования одноковшовые экскаваторы бывают с гибкой, жесткой подвеской и телескопической стрелой.

Стрела, а иногда и рабочий орган (например, ковш) у экскаваторов с гибкой подвеской, подвешены на канатах, которыми приводятся в действие. Стрела и остальные элементы рабочего оборудования экскаватора с жесткой подвеской соединены шарнирно друг с другом и приводятся в действие гидроцилиндрами. К экскаваторам с телескопической стрелой относятся экскаваторы, у которых рабочий процесс сопровождается выдвижением и втягиванием стрелы.

Кроме перечисленных признаков классификации экскаваторы отличаются друг от друга конструкцией, назначением, размерами и мощностью. Одноковшовые экскаваторы в зависимости от назначения или рода выполняемой работы подразделяются на строительные, карьерные, вскрышные, специальные.

Строительныеэкскаваторы с ковшами вместимостью до 4 м³ предназначаются для выполнения земляных и погрузочно-разгрузочных работ.

Карьерные экскаваторы предназначаются для работы в рудных, угольных и других карьерах.

Вскрышные экскаваторы с прямой лопатой и шагающие драглайны с ковшами вместимостью 25-160 м³ применяются на открытых горных разработках и крупных строительных объектах (карьерах) для удаления вскрыши в отвал.

Специальные экскаваторы (туннельные, торфяные и т. д.) предназначены для использования в определенных специфических условиях.

Индексация (маркировка) одноковшовых экскаваторов, действующая в нашей стране, отражает основную их характеристику. Индексация экскаваторов основывается на размерной группе машин.

Устойчивость машин и возможность эффективного использования ковшей различных емкостей на соответствующем вылете стрелы, глубине или высоте копания определяет размерную группу экскаваторов.

Емкости ковшей приведены для ориентировки, т.к. они для данного экскаватора могут отличаться в два и более раз, в зависимости от категории разрабатываемого грунта.

Система индексации одноковшовых универсальных экскаваторов предусматривает следующую структуру индекса (рис. 6.1). Индекс экскаватора состоит из буквенных и цифровых групп.

Буквенная группа «ЭО» означает экскаватор одноковшовый. У экскаваторов войскового назначения в левой буквенной части индекса имеется буква В (ЭОВ - экскаватор одноковшовый войсковой).

Цифровая группа означает (по порядку их расположения): размерную группу; тип ходового устройства; исполнение рабочего оборудования; порядковый номер модели.

Рис. 6.1. Индексация одноковшовых экскаваторов

Буквы (А, Б, …) после цифр обозначают очередную модернизацию данной модели, а также ее специальное климатическое исполнение (ХЛ – северное; Т – тропическое; ТВ – для влажных тропиков).

Например, индексом ЭО-4125ХЛ обозначают экскаватор одноковшовый, полноповоротный, универсальный, IV размерной группы (вместимость основного ковша 0,65 м³), на гусеничном ходу, с жесткой подвеской рабочего оборудования (гидравлический), 5-й модели, северного исполнения.

Наряду с рассмотренной может встречаться индексация, включающая буквенное обозначение типа неповоротной части и цифровую группу, обозначающую массу экскаватора. Например, индексом ЕК-17 обозначают экскаватор одноковшовый на пневмоколесном ходу массой 17 тонн.