Волков Строительные машины. Среднее профессиональное образование

• Название: Среднее профессиональное образование
• Анкор: Волков Строительные машины.doc
• Дата: 28.01.2017
• Размер: 5.2 Mb.
• Имя файла: Волков Строительные машины.doc
• Тип: Документы; #205
• страница: 23 из 37

Глава 15. ЭКСКАВАТОРЫ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

15.1. Общие сведения

Экскаваторами непрерывного действия называют землеройные машины, непрерывно разрабатывающие грунт с одновременной погрузкой его в транспортное средство или укладкой в отвал. Ра­бочий орган экскаватора непрерывного действия оборудован не­сколькими ковшами, скребками или резцами, поочередно отде­ляющими грунт от массива. Их закрепляют на едином рабочем органе — роторе или замкнутой цепи, располагая с определен­ным постоянным шагом.

Грунт разрабатывают в процессе двух независимых движений: относительного — многократного непрерывного перемещения ковшей или заменяющих их рабочих органов по замкнутой траек­тории относительно несущей рамы и переносного — перемеще­нием рамы вместе с рабочими органами, называемого подачей. Для отсыпки грунта используют специальное транспортирующее устройство, чаще — ленточный конвейер, на который грунт по­ступает из ковшей или заменяющих их рабочих органов.

Однотипность рабочих движений предопределяет автоматиза­цию процесса и, как следствие, облегчение управления, которое сводится к начальной настройке экскаватора на определенный режим в соответствии с технологическими требованиями и ха­рактеристикой разрабатываемого грунта, наблюдению за его ра­ботой и оперативному ручному управлению в экстремальных си­туациях, например, для остановки рабочего органа при встрече с непреодолимым препятствием, для изменения режимов рабочих движений и т. п. По этому показателю экскаваторы непрерывного действия имеют преимущество перед одноковшовыми экскавато­рами, управление рабочим процессом которых требует постоян­ного участия машиниста в течение каждого экскавационного цикла. Вторым важным преимуществом этих экскаваторов перед одно­ковшовыми является более полное использование во времени ус­тановленной мощности энергосиловой установки и, как следствие, при прочих равных условиях, более высокая техническая произ­водительность.

Экскаваторы непрерывного действия (рис. 15.1) классифици­руют по следующим признакам:






Рис. 15.1. Виды экскаваторов непрерывного действия:

з — роторный траншейный; б — цепной траншейный; в — скребковый для узких граншей; г — фрезерный; д — роторный для засыпки траншей; е — роторный поперечного копания; ж — цепной поперечного копания

по назначению или виду выполняемых работ — траншейные — идя рытья и засыпки траншей, карьерные — для добычи строи­тельных материалов в карьерах, строительно-карьерные — для мас­совых земляных работ в строительстве;

по типу рабочего органа — роторные и цепные', по способу копания — продольного, когда относительное и пе­реносное движение совершается в одной плоскости, и поперечно­го копания — в противном случае. Остальные классификационные признаки являются общими для строительных машин (по типу привода, ходового устройства и др.).

Траншейными экскаваторами называют землеройные машины непрерывного действия с рабочим органом продольного копания, Применяемые для рытья траншей — выемок большой протяжен­ности по сравнению с размерами их поперечных сечений.

В зависимости от типа рабочего органа различают роторные и Цепные траншейные экскаваторы. У роторного экскаватора ковши располагают с равным шагом по периферии рабочего органа — ротора, а у цепных — на замкнутой ковшовой цепи. Роторные

экскаваторы применяют для разработки траншей ограниченной глубины (до 3 м) в связи с тем, что дальнейшее увеличение этого параметра требует увеличения диаметра ротора и связанной с этим габаритной высоты, предельные значения которой регламенти­рованы условиями безопасного передвижения экскаватора при его перебазировании на новый строительный объект под мостами, эстакадами, линиями электропередач и т.п. Цепные рабочие органы при их переводе в транспортное положение располагаются почти горизонтально без увеличения габаритной высоты. Поэтому цеп­ные экскаваторы могут разрабатывать траншеи любой практиче­ской глубины. Отечественная промышленность выпускает цепные экскаваторы для разработки траншей глубиной до 6 м.

Траншейные экскаваторы эффективно применять для разработ­ки однородных грунтов до IV категории включительно. Крупные каменистые включения снижают ресурс этих машин, приводят к частым отказам, простоям и дополнительным затратам на ремонт- но-восстановительные работы. Специальные роторные траншейные экскаваторы способны разрабатывать также мерзлые грунты.

Являясь машиной непрерывного действия траншейный экска­ватор наиболее полно реализует свои технологические возможно­сти при разработке траншей большой протяженности с возможно меньшим числом пионерных выемок для ввода рабочего органа в траншею, которые обычно дорабатывают до полного профиля од­ноковшовыми экскаваторами.

Главным параметром траншейного экскаватора является глубина отрываемой траншеи, входящая в его индекс. Например, ЭТР-254 обозначает экскаватор траншейный роторный четвертой модели для разработки траншей глубиной до 2,5 м; ЭТЦ-165 — экскава­тор траншейный цепной пятой модели, глубина траншей до 1,6 м. Основными параметрами служат масса экскаватора, мощность двигателя и др.

Траншейный экскаватор состоит из тягача и рабочего оборудо­вания, соединенных между собой по полуприцепной (большинство роторных экскаваторов) или навесной (малые модели роторных экскаваторов и их облегченные модификации, цепные экскавато­ры) схемам.

В качестве базовых тягачей для малых моделей траншейных экс­каваторов используют обычно гусеничные или колесные тракто­ры с необходимым переустройством. Тягачи средних и тяжелых моделей экскаваторов изготавливают преимущественно из трак­торных узлов и деталей, сохраняя при этом принципиальную схе­му тракторного движителя, но по сравнению с базовыми тракто­рами уширяя колею и удлиняя базу. Вместе с широкими башмака­ми этим достигается уменьшение давления на грунт (50... 80 кПа), что позволяет этим машинам работать в грунтах с пониженной несущей способностью.

Рабочее оборудование траншейного экскаватора обеспечивает этрыв от массива грунта в траншее проектной глубины и ширины с откосами или без них, полный вынос его из траншеи и отсыпку в бруствер (кавальер) рядом с траншеей. Последнюю операцию обычно выполняет ленточный отвальный конвейер, установлен­ный перпендикулярно продольной оси траншеи либо в полости ротора (на роторных экскаваторах), либо на тягаче (на цепных экскаваторах). Для разработки узких траншей (щелей) применяют также безконвейерные скребковые и фрезерные траншейные экс­каваторы.

Техническая производительность траншейных экскаваторов

П_т = />_п, (15.1)

где П_т — производительность траншейных экскаваторов, м³/ч; F_w — площадь поперечного сечения траншеи, м²;v_n — скорость пода­чи, м/ч.

15.2. Роторные траншейные экскаваторы

Рабочее оборудование роторного траншейного экскаватора со­стоит из рабочего колеса — ротора 6, установленного на поддер­живающих 5 и направляющих 11 роликах рабочей рамы 14, закреп­ленной на раме обечайки 13, ножевых откосников 12, зачистного щита 10, задней опоры 9 и отвального конвейера 4 (рис. 15.2,а). Несущими элементами ротора служат два кольца 20 (рис. 15.2, б), расположенные в параллельных плоскостях, с закрепленными по периферии ковшами. На широких роторах ковши устанавливают в два ряда со смещением одного ряда относительно другого на половину шага ковшей, обеспечивая этим более равномерную нагрузку на ротор при копании грунта. Ковш состоит из арки 19 г установленными в ее передней части зубьями или без них и цнища 18 из переплетенных в двух направлениях цепей. Ковши открыты в лобовой части для поступления в них грунта и с внут­ренней стороны для разгрузки.

Все операции рабочего процесса ротора выполняются при его непрерывном вращении в сочетании с поступательным движени- гм тягача. При движении ковшей по забою снизу вверх они разра­батывают грунт и заполняются им. От просыпания грунта внутрь ротора предохраняет неподвижно установленная на рабочей раме обечайка 5 (рис. 15.2, в) с верхним краем в начале зоны разгруз­ки. По достижении ковшами этой зоны грунт разгружается в открывшуюся внутреннюю полость ротора на отвальный конвей- гр 4, а далее последним — в бруствер с одной стороны траншеи (рис. 15.2, г). Цепные днища ковшей, благодаря подвижности цеп­ных звеньев от собственного веса, способствуют более полному опорожнению ковшей.




Рис. 15.2. Траншейный роторный экскаватор:

а — общий вид; б — ротор; в — схема переноса грунта ковшами и их разгрузки; г — схема работы отвального конвейера; д — схема расстановки зубьев на ковшах




Для эффективной разработки грунта зубья на ковшах устанав­ливают по схеме (рис. 15.2, д), реализующей метод «крупного ско­ла», заключающийся в том, что в пределах каждой из двух или трех одинаковых групп последовательно расположенных на рото­ре ковшей каждый зуб 21 перемещается по своей полосе, следуя за зубом предшествующей группы в той же полосе. Так, при двух- групповой расстановке, реализуемой в конструкциях отечествен­ных траншейных роторных экскаваторов, и при 14-ковшовом ро­торе по следу зубьев 1-го ковша перемещаются лишь зубья 8-го ковша, по следу 2-го — зубья 9-го ковша и т.д. По ширине пере­дней кромки зубья расставлены примерно с одинаковым шагом. Для повышения износостойкости зубьев их передние грани уп­рочнены износостойкими наплавками или напайками из вольф- рамокобальтовых пластин состава ВК15, по твердости соизмери­мых с оксидом кремния, входящего в состав большинства фунтов.

Ножевые откосники 12 (см. рис. 15.2, а) устанавливают с двух сторон ротора наклонно в продольном и поперечном направле­ниях, закрепляя их неподвижно на кронштейнах рамы. При дви­жении экскаватора они отделяют грунт в зоне откосов от массива (см. рис. 15.2, г), где он обрушивается вниз, захватывается ковша­ми и выносится на разгрузку вместе с грунтом, отделяемым от массива в лобовой части забоя.

Отвальные ленточные конвейеры имеют два конструктивных варианта: с цилиндрической поверхностью рабочей ветви кон­вейерной ленты — криволинейные, устанавливаемые на малых мо­делях экскаваторов, и двухсекционные (см. рис. 15.2, г), составлен­ные из двух прямых секций, из которых одна — горизонтальная — является приемной, а вторая — наклонная — отвальной. Послед­няя устанавливается под требуемым углом к приемной секции с помощью гидроцилиндра. Двухсекционные конвейеры устанавли­вают на средних и тяжелых экскаваторах. При переводе экскавато­ра в транспортное положение криволинейный конвейер устанав­ливают симметрично продольной оси экскаватора, а отвальную секцию двухсекционного конвейера откидывают вниз, уменьшая этим габаритную ширину рабочего оборудования. Скорость дви­жения конвейерной ленты не превышает 5 м/с.

Установленный в задней части рабочей рамы зачистной щит 10 (см. рис. 15.2, а) служит для профилирования дна траншеи путем срезания фебней, образованных смежными зубьями, и зачистки фаншеи от осыпавшегося фунта из неполностью разфуженных возвращающихся в забой ковшей. Обычно его соединяют с задней опорой в виде сдвоенного колеса или лыжи. Для частичной раз- фузки задней опоры при разработке тяжелых, включая мерзлые, Фунтов тяжелые модели роторных траншейных экскаваторов до­полнительно оборудуют лыжами 8, управляемыми гидроцилинд­рами 7, или колесными опорами с каждой стороны рабочей рамы с опиранием их на бровки траншеи.

Для соединения рабочего оборудования с тягачом используют сцепное устройство в виде ползунов, перемещающихся по направ­ляющим, установленным на тягаче, либо в виде плоского коленча- то-рычажного механизма 15 с опорно-поворотным устройством 16 или без него. Для установки рабочего оборудования на фебуемую глубину траншеи, а также для его перевода из рабочего I положе­ния в транспортное II и наоборот используют гидравлические ци­линдры 1 и 3. Опорно-поворотное усфойство позволяет экскавато­ру работать на закруглениях без заклинивания ротора в траншее, а также при поворотных движениях экскаватора с полуприцепным рабочим оборудованием в транспортном положении.

Роторные траншейные экскаваторы оборудуют автономной ди­зельной силовой установкой 17. Для передачи движения исполни­тельным механизмам (ходовому устройству, ротору, отвальному конвейеру и вспомогательным устройствам для подъема рабочего оборудования и отвальной секции двухсекционного конвейера, установки дополнительных опор) применяют механические, гид­ромеханические и электрические трансмиссии. Для передвижения на транспортных скоростях обычно используют многоскоростную реверсивную коробку передач базового трактора, а для передви­жения на рабочих скоростях к ней подключают ходоуменьшитель, работающий как понижающий редуктор. В гидромеханическом ва­рианте ходовое устройство в рабочем режиме приводится в дви­жение гидромотором, питаемым рабочей жидкостью от регулиру­емого насоса. Эта схема обеспечивает бесступенчатое регулирова­ние скоростей в нескольких диапазонах при совместной работе коробки передач и ходоуменьшителя и позволяет выбирать раци­ональные скоростные режимы в зависимости от категории разра­батываемых грунтов.

Ротор приводится в движение через механическую трансмис­сию на тягаче, две двухступенчатые цепные передачи 2 и две от­крытые зубчатые пары шестерня — зубчатый венец ротора с каж­дой стороны последнего. Движение отвальному конвейеру переда­ется от приводного вала ротора через систему цепных передач. Применяется также индивидуальный привод ротора и отвального конвейера от электродвигателей, питаемых электроэнергией от приводимого дизелем генератора переменного тока. Для привода вспомогательных механизмов используют обычно объемный гид­ропривод с нерегулируемыми насосами.

Техническая производительность роторного экскаватора обес­печивается ковшами z вместимостьюq (м³) каждого и частотой вращения ротора п (об/мин) в соответствии с зависимостью П_т = = 60qznkn/kp. Коэффициент наполнения ковшей = 0,8...0,9 (меньшие значения для мелкофракционных сыпучих, а также лип­ких грунтов, большие — для сыпучих кусковатых грунтов). Коэф­фициент разрыхления фунта приведен в табл. 13.1.

15.3. Цепные траншейные экскаваторы

У цепных экскаваторов (рис. 15.3, а) отвальный конвейер 4 рас­положен на тягаче 7, а рабочее оборудование 7 соединено с тяга­чом по навесной схеме с помощью тяг 3 и 5 и может быть установ­лено в транспортное или рабочее положение на требуемую глубину траншеи гидроцилиндром 2. Рабочее оборудование состоит из рамы, двух ведущих звездочек или приводного фаненого барабана, уста-

10 б

Рис. 15.3. Цепной траншейный экскаватор

навливаемых в верхней части рамы, двух натяжных колес в ее ниж­ней части и огибающей их и опирающейся на ролики замкнутой длиннозвенной цепи, на которой с определенным постоянным шагом закреплены ковши или заменяющие их рабочие органы.

В последнее время в качестве рабочих органов используют ком­бинированные рабочие элементы (рис. 15.3,б), состоящие из скреб­ков 10 и установленных на арках 8 зубьев 9. Скребок выносит из траншеи отделенный от массива впереди идущими зубьями грунт, а зубья разрабатывают очередную стружку для ее выноса следу­ющим за ними скребком. В пределах траншеи выносимый из нее грунт блокирован от просыпания лобовой и боковыми стенками, а по выходе из траншеи он перемещается в лотке 6(см. рис. 15.3, а), из которого отсыпается на отвальный конвейер. Комбинирован­ные рабочие органы более эффективны по сравнению с приме­нявшимися прежде ковшами, склонными к залипанию.

Для разработки узких траншей применяют скребковые экскава­торы (рис. 15.4, а) на базе пневмоколесных тракторов, рабочее обо­рудование которых 2 включает приводную 6 (рис. 15.4, б) и натяж­ную 10 звездочки, огибающую их цепь 9 с закрепленными на ней резцами 8 и скребками 7 и приводимый скребковой цепью через звездочку 4 винтовой конвейер 5 с двумя шнеками противополож­ной направленности. Резцы установлены попарно — первым следу­ет узкий резец, оставляющий после себя узкую прорезь, за ним — расширяющий резец. Отделенный резцами от массива грунт выно­сится из траншеи скребком, где он отодвигается от бровок тран­шеи на обе ее стороны шнеком (рис. 15.4, в). Дно траншеи защища-

Рис. 15.4. Скребковый экскаватор на базе пневмоколесного трактора: а — общий вид; б — рабочее оборудование; в — схема образования брустверов




ется шитом 1 (см. рис. 15.4, а). Устанавливают рабочее оборудование в рабочее или в транспортное положения гидроцилиндром 3.

Рабочее оборудование обычно располагается по центру отно­сительно колеи тягача. Известны экскаваторы с боковым распо­ложением оборудования, а также с перемещаемым рабочим обо­рудованием по ширине машины, позволяющим уширять тран­шеи, в частности, в местах муфтовых соединений укладываемых в траншею труб для проведения монтажных работ.

Техническая производительность цепного экскаватора (15.1) обеспечивается ковшами или заменяющими их рабочими органа-

ми, установленными с шагом t (м), и скоростью рабочей цепи v_u (м/с) в соответствии с зависимостью

П_т = 3600ад,А„/(йр). (15.2)

Значения коэффициента наполнения к^ принимают такими, как и для роторных экскаваторов.

15.4. Роторные экскаваторы поперечного копания

Роторные экскаваторы поперечного копания, называемые также роторными стреловыми экскаваторами, применяют для разработ­ки однородных или с некрупными каменистыми включениями грунтов до IV категории включительно. Их используют на вскрыш­ных работах и карьерной добыче строительных материалов, раз­работке больших котлованов и других выемок в промышленном и мелиоративном строительстве, возведении насыпей, дамб, пло­тин, на погрузочно-разгрузочных работах на складах насыпных материалов. Мощные модели этих машин применяют также для разработки более тяжелых грунтов, открытой добычи угля и дру­гих полезных ископаемых.