- •ПРЕДИСЛОВИЕ
- •1. МАШИНЫ ДЛЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ
- •1.1. КОЧЕВАТЕЛИ
- •1.1.1. Тяговый расчет корчевателя
- •Определение общего сопротивления при работе корчевателя
- •Определение оптимальных режимов работы корчевателя.
- •Параметры рабочего органа корчевателя (зубьев)
- •Тяговый расчет корчевателя ДП-95А.
- •Определение оптимальных режимов работы корчевателя
- •Производительность корчевателя определяется по формуле
- •1.2. Рыхлители
- •Тяговый расчет рыхлителя ДП–5С
- •2.ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ
- •2.1.Бульдозер
- •Тяговый расчет бульдозера
- •Производительность бульдозера
- •2.2.Скрепер
- •Тяговый расчет скрепера
- •Определение общего сопротивления при работе скрепера
- •Определим часовую производительность скрепера:
- •Таблица 2.3
- •Техническая характеристика прицепного скрепера ДЗ–20В
- •Определим общее сопротивление при работе скрепера:
- •2.3.Автогрейдеры
- •Тяговый расчет автогрейдера.
- •Сменная производительность автогрейдера
- •2.4.Экскаваторы
- •Техническая характеристика экскаватора Э–304 Б
- •Параметры рабочего органа
- •Расчет экскаватора Э-304 Б
- •Сменная производительность экскаватора
- •Таблица 2.6.
- •Техническая характеристика экскаватора Э–5015 с прямой лопатой
- •Расчет экскаватора Э–5015 с прямой лопатой
- •При расчете необходимо определить:
- •Схема рабочего органа (прямая лопата)
- •Рассчитаем параметры экскаватора:
- •Толщина срезаемой стружки
- •Подъемное усилие
- •Мощность (кВт) механизма, необходимая для подъема грунта,
- •Производительность экскаватора:
- •Теоретические основы процесса уплотнения
- •3.1.Катки на пневматических шинах
- •Расчет прицепного пневмошинного катка ДУ–43.
- •3.2.Кулачковые катки
- •Производительность кулачкового катка (м²/ч)
- •Таблица 3.3
- •Техническая характеристика прицепного кулачкового катка ДУ–601
- •3.3.Вибрационные катки
- •Техническая характеристика вибрационного катка ДУ–10А
- •Параметры рабочего органа вибрационного катка ДУ–10А: – Ширина вальца, b = 0,85 м; – Радиус вальца, R = 0,362м.
- •Расчет параметров работы вибрационного катка ДУ–10А.
- •Определим максимальную глубину уплотнения
- •СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
- •ПРИЛОЖЕНИЯ
- •Кафедра сухопутного транспорта леса
- •Кафедра сухопутного транспорта леса
- •Техническая характеристика базовых тягачей для дорожных машин
- •Техническая характеристика подготовительных дорожных машин – КУСТОРЕЗЫ И КОРЧЕВАТЕЛИ
- •Техническая характеристика подготовительных дорожных машин – РЫХЛИТЕЛИ
- •Техническая характеристика землеройно-транспортных машин – БУЛЬДОЗЕРЫ (Отечественные)
- •Техническая характеристика землеройно-транспортных машин – АВТОГРЕЙДЕРЫ (Отечественные)
- •Техническая характеристика землеройно-транспортных машин – СКРЕПЕРЫ (Отечественные)
- •Техническая характеристика землеройно-транспортных машин – СКРЕПЕРЫ (Отечественные)
- •Техническая характеристика землеройных машин – экскаваторы одноковшовые (отечественные)
- •Техническая характеристика землеройных машин – экскаваторы одноковшовые (импортные)
2.4.Экскаваторы
Экскаватор – это землеройная машина, предназначенная для разра-
ботки грунтов и полезных ископаемых с последующим их перемещением и выгрузкой в отвал или в транспорт. Экскаваторы относятся к числу наибо-
лее распространенных машин: они применяются в гражданском, гидротех-
ническом и транспортном строительстве.
Рабочий процесс экскаватора включает операции резания грунта и наполнения ковша, транспортирования грунта, разгрузки ковша, возвра-
щения в рабочее положение и перемещения самого экскаватора.
Несмотря на большое многообразие конструктивных решений по принципу действия рабочего оборудования экскаваторы делятся на две большие группы. К первой группе относятся машины прерывного(цикли-
ческого) действия, для которых характерна последовательная сменяемость операций за полный цикл. В эту группу входят все одноковшовые экскава-
торы.
Ко второй группе относятся все многоковшовые экскаваторы(ро-
торные и цепные, а также скребковые и фрезерные), а также машины с ра-
бочим органом специального типа, выполняющие все операции по реза-
нию и перемещению грунта непрерывно. Наибольшее применение в лес-
ной отрасли получили одноковшовые экскаваторы, так как они обладают высокой маневренностью, универсальностью и способностью к разработке разнообразных грунтов.
Одноковшовые экскаваторы классифицируют:
-по виду рабочего оборудования:
а. прямая и обратная лопаты– для разработки грунта соответст-
венно выше и ниже уровня стоянки экскаватора;
б. драглайн – для разработки котлованов, траншей и каналов, по-
52
грузки и разгрузки сыпучих материалов, вскрышных работ;
в. грейфер – для отрывки глубоких выемок, погрузки сыпучих и кусковых материалов;
г. планировщик – для планировки горизонтальных поверхностей
иоткосов;
-по исполнению рабочего оборудования(канатные – с гибкой подвес-
кой; гидравлические – с жесткой подвеской рабочего оборудования);
-по виду ходовых устройств (пневмоколесные, в том числе с использо-
ванием автомобильной или тракторной баз, а также специальных шас-
си автомобильного типа; гусеничные и шагающие);
-по возможности вращения поворотной части(полноповоротные и не-
полноповоротные);
-по числу установленных двигателей (одно- и многомоторные).
Кроме перечисленных выше одноковшовые экскаваторы могут иметь крановое, сваебойное, трамбовочное и другое сменное оборудование. Экс-
каваторы, имеющие только один вид рабочего оборудования, называют специальными, а укомплектованные сменными видами рабочего оборудо-
вания – универсальными. К последним относится большинство строитель-
ных одноковшовых экскаваторов, используемых в лесной отрасли.
Строительные экскаваторы предназначены для разработки грунтов до IV категории включительно без предварительного разрыхления, а также более прочных грунтов (включая мерзлые и скальные), после их разрыхле-
ния другими средствами.
Большинство одноковшовых экскаваторов являются полноповорот-
ными. К неполноповоротным относятся экскаваторы небольшой мощности на базе пневмоколесных тракторов или короткобазовых погрузчиков(в ос-
новном мини-экскаваторы), а также на базе универсальных мотоблоков
(микро-экскаваторы).
53
Главным параметром одноковшового экскаватора является его масса,
в соответствии с которой экскаваторы подразделяются на размерные груп-
пы, характеризуемые определенным набором основных параметров(мощ-
ностью силовой установки, вместимостью ковша, усилием на его зубьях,
размерами рабочей зоны, продолжительностью рабочего цикла, скоростя-
ми передвижения, частотой вращения поворотной платформы, преодоле-
ваемыми уклонами, удельным давлением на грунт или нагрузкой на ось,
габаритными размерами и др.). Для более полного использования энерге-
тических возможностей силовой установки при разработке различных по прочности грунтов одноковшовые универсальные экскаваторы комплек-
туют несколькими сменными ковшами различных вместимостей а также другими видами сменного рабочего оборудования.
Отечественные универсальные экскаваторы обозначают индексами типа ЭО–ХХХХ, в которых первая цифра обозначает размерную группу;
вторая – тип ходового оборудования (1 – гусеничное, 2 – гусеничное с уве-
личенной опорной поверхностью, 3 – пневмоколесное, 4 – специальное шасси автомобильного типа, 5 – шасси грузового автомобиля, 6 – на базе трактора и т. д.); третья – тип подвески рабочего оборудования (1 и 2 – со-
ответственно с гибкой и жесткой подвеской, 3 – телескопическое рабочее оборудование); четвертая – номер модели экскаватора. Например, ЭО–
4123 означает: экскаватор строительный универсальный четвертой раз-
мерной группы с гусеничным ходовым устройством, жесткой подвеской рабочего оборудования, третьей модели. Очередную модернизацию и кли-
матическое исполнение, как и для стреловых кранов, обозначают буквами русского алфавита.
Экскаваторы с гибкой подвеской рабочего оборудования(канат-
ные экскаваторы). Из канатных экскаваторов в настоящее время в строи-
тельстве эксплуатируются машины с рабочим оборудованием прямая ло-
54
пата, драглайн и грейфер. Все другие виды канатного рабочего оборудова-
ния практически полностью вытеснены более прогрессивными гидравли-
ческими аналогами.
Рабочее оборудование прямого копания(прямая лопата), являющее-
ся основным для канатных экскаваторов, разрабатывает грунт выше уров-
ня стоянки экскаватора движением ковша снизу вверх. Оно состоит из стрелы, шарнирно соединенной с поворотной платформой и удерживаемой стрелоподъемными канатами рукояти, поступательно перемещаемой в седловом подшипнике, поворотном относительно стрелы, и ковша на кон-
це рукояти. Ковш вместе с рукоятью может изменять вылет относительно стрелы, подниматься и опускаться с помощью подъемных канатов.
Ковш поднимается подъемной лебедкой и опускается за счет собст-
венного веса при расторможенной подъемной лебедке, а изменение его вылета (напорное и возвратное движение) обеспечивается напорной лебед-
кой.
Рабочими размерами канатных прямых лопат являются минималь-
ный R |
и максимальный R' |
радиусы установки ковша на уровне стоян- |
min |
max |
|
ки, максимальные радиус Rmax |
и высота H max копания, максимальная высо- |
та разгрузки ковша H разгр max и радиус разгрузки на этой стоянке.
Драглайном называют рабочее оборудование одноковшового экска-
ватора с ковшом, подвешенным к стреле на подъемном канате и переме-
щаемым при копании грунта тяговым канатом. Эти машины применяют для разработки грунтов преимущественно ниже уровня стоянки приот рывке котлованов и траншей, для подводной разработки выемок, а также для погрузки и разгрузки сыпучих и дробленых строительных материалов.
В лесном дорожном строительстве этот вид сменного оборудования чаще всего используется для выторфовывания при строительстве земляного по-
лотна на болотах.
55
Рабочее оборудование включает стрелу, по длине значительно пре-
вышающую стрелу лопаты, и ковш, перемещаемый тяговым и подъемным канатами, с которыми он соединен посредством цепей. Тяговый канат на-
правляется блочно-роликовым устройством и навивается на барабан тяго-
вой лебедки. Подъемный канат огибает головной блок и навивается на ба-
рабан подъемной лебедки.
Грунт разрабатывают перемещением ковша тяговым канатом вдоль забоя (положения I, II, III ), после чего ковш поднимают подъемным кана-
том, подтягивая его к стреле(положение IV) и перемещая к ее головной части с одновременным поворотом платформы. При этих перемещениях ковш удерживается в положении, исключающем просыпание грунта, за счет разгрузочного каната, огибающего блок и соединенного одним кон-
цом с тяговым канатом, а вторым – закрепленного на арке ковша. При раз-
грузке ковша отпускают тяговый канат, вследствие чего он опрокидывает-
ся зубьями вниз (положение V).
Драглайны работают преимущественно с разгрузкой в отвал. Раз-
грузка грунта в транспортное средство возможна, но она резко снижает производительность экскаватора из-за необходимости выполнять эту опе-
рацию после полной остановки поворотного движения и пониженных ско-
ростей последнего во избежание раскачки ковша.
Для эффективной разработки различных по прочности грунтов петли для крепления к ковшу тяговых цепей делают переставными, устанавливая их в верхнее или нижнее положения при разработке соответственно легких и прочных грунтов. Такой регулировкой достигается определенная толщи-
на стружки – большая для легких, меньшая – для прочных грунтов. В от-
личие от лопат, регулирующих толщину стружки напорным усилием, ковш драглайна лишен такой возможности – прижимающим его к забою являет-
ся только нормальное усилие, являющееся частью его веса. При этом тол-
56
щина стружки оказывается меньше, чем у лопат, в связи с чем, для напол-
нения ковша соизмеримой с ковшами лопат вместимости требуется боль-
ший путь его перемещения по забою.
При переоборудовании строительного универсального одноковшово-
го экскаватора с прямой лопаты на драглайн заменяют его рабочее обору-
дование, устанавливают направляющее блочно–роликовое устройство у пяты стрелы и переоборудуют напорный механизм в тяговый.
Экскаваторы с жесткой подвеской рабочего оборудования(гид-
равлические экскаваторы). Жесткое сочленение элементов рабочего оборудования гидравлических экскаваторов позволяет более полно по сравнению с канатными экскаваторами использовать вес машины для реа-
лизации больших усилий на зубьях ковша при оборудовании обратной ло-
паты и грейфера, благодаря чему основным видом рабочего оборудования этих экскаваторов стала обратная лопата, а не прямая, как у канатных ма-
шин.
Сменными рабочими органами гидравлических экскаваторов могут быть бульдозерные отвалы для грубой планировки земляных поверхно-
стей, однозубые и многозубые рыхлители для рыхления прочных грунтов,
пород и их прослоек, взламывания асфальтовых покрытий при ремонте ав-
томобильных дорог, а также для корчевки пней при освоении рабочих площадок, гидромолоты для тех же работ, крановые подвески, различные модификации грейферов и захватов для работы экскаватора в режиме кра-
на, шнековые буры для рытья колодцев небольших диаметров и др.
Строительные неполноповоротные (малые модели) и полноповорот-
ные гидравлические экскаваторы являются самоходными машинами с пневмоколесным или гусеничным ходовым оборудованием.
Пневмоколесные экскаваторы используют на рассредоточенных строительных объектах с небольшими объемами работ. Благодаря высокой
57
скорости передвижения (на порядок выше, чем у гусеничных машин) они способны преодолевать большие расстояния при смене строительных объ-
ектов.
Гусеничные экскаваторы передвигаются со скоростью, не превы-
шающей 4...6 км/ч, но обладают повышенной проходимостью. Это предо-
предяет область их использования(включая карьеры) – объекты с боль-
шими объемами земляных работ без специальной подготовки рабочих площадок.
Неполноповоротные экскаваторы изготавливают в основном на базе
серийных пневмоколесных тракторов небольшой мощности и фронталь-
ных погрузчиков. Это мобильные малогабаритные землеройные машины с большим числом (до 25) сменных видов рабочего оборудования. Наиболее эффективно их используют в стесненных условиях, а также при небольших объемах рассредоточенных земляных работ, характерных для лесозагото-
вительной отрасли.
Основным рабочим органом неполноповоротных экскаваторов
обычно служит унифицированный ковш прямой и обратной лопат вмести-
мостью 0,2...0,3 м3. Сменными являются узкий и специальный ковши для рытья узких траншей, погрузочные ковши вместимостью 0,2...0,6 м3, кра-
новая подвеска грузоподъемностью0,3...0,8 т, грейфер вместимостью
0,2...0,3 м3, однозубый рыхлитель, гидравлический молот, грузовые вилы,
бур оборудование, захват укладки бордюрных камней, оборудование об-
ратная лопата со смещенной осью копания для рытья траншей вблизи зда-
ний и сооружений и т..п Рабочее оборудование заменяется машинистом непосредственно на строительном объекте.
Рабочее оборудование, состоящее из стрелы, рукояти и ковша, вме-
сте с гидроцилиндрами привода этих элементов смонтировано на поворот-
ной колонке, установленной на раме базового трактора. Поворот колонки
58
вместе с рабочим оборудованием на 90° в каждую сторону обеспечивается двумя гидроцилиндрами, приводящими в движение цепь, охватывающую звездочку, жестко посаженную на вал колонки.
Для экскавации грунта машину устанавливают на две выносные опо-
ры и смонтированный на дышле бульдозерный отвал управляемые гидро-
цилиндрами.
Полноповоротный пневмоколесный или гусеничный гидравлический экскаватор состоит из базовой части и рабочего оборудования. Базовая часть экскаватора включает в себя ходовую тележку с нижней ,рамой опорно-поворотное устройство и поворотную платформу с расположен-
ными на ней насосно-силовой установкой, узлами гидравлической системы привода и кабиной машиниста.
Ходовое оборудование пневмоколесного экскаватора состоит из сварной рамы, опирающейся на два ведущих моста. Для работы в режиме экскавации грунта экскаватор устанавливают на откидные опоры закреп-
ленные на поперечной балке рамы за задним мостом. Чаще в качестве пе-
редней опоры для работы в том же режиме используют, кроме прямого на-
значения, бульдозерный отвал, установленный перед передним мостом и приводимый в движение гидроцилиндром. Каждая из гусеничных тележек гусеничного экскаватора приводится в движение гидромотором и зубча-
тыми передачами.
Экскаваторы, оборудованные грейфером, применяют для разработки мягких грунтов, а также для погрузки и выгрузки сыпучих и кусковых ма-
териалов (песка, опилок, щепы).
Канатные грейферы при захвате грунта реализуют напорное усилие,
равное разности силы тяжести ковша и усилия натяжения замыкающего каната, т. е. на разработку грунта реализуется только часть силы тяжести ковша. Загрузка ковша удовлетворяющая требованиям производства грей-
59
ферных работ обеспечивается при низких скоростях сближения челюстей и нагрузках на грунт, близких к статическим. С увеличением этих скоростей ковш отрывается от грунта, не успев заполниться. Это существенно сни-
жают производительность канатного грейферного оборудования и не -по зволяют грейферу разрабатывать плотные грунты. Гидравлические грей-
феры за счет жесткого соединения их элементов между собой и с рукоятью базовой машины могут воздействовать на грунт с большими усилиями чем канатные грейферы, что позволяет разрабатывать грунты с большими по-
перечными сечениями срезов, а также более прочные грунты без ограни-
чения скорости сближения челюстей. По сравнению с канатными грейфе-
рами продолжительность рабочего цикла сокращается более чем на30%
при одновременном увеличении объема грунта разработанного за один ра-
бочий цикл и, в конечном счете, существенно повышается производитель-
ность данного вида рабочего оборудования.
Двухцилиндровый гидравлический грейфер оснащен гидроцилинд-
рами привода челюстей, расположенными с двух сторон штанги и шар-
нирно соединенными с ней гильзами. Гидроцилиндры соединены с челю-
стями штоками. Относительно вертикальной оси ковш грейфера может быть поворотным и неповоротным. Поворот штанги обеспечивается меха-
низмом, состоящим из гидроцилиндра рычага и тяги. Поворотный ковш более универсален, обладает лучшей маневренностью при копании и по-
грузочно-разгрузочных работах.
Экскаваторы-планировщики применяют для планировки горизон-
тальных земляных поверхностей и откосов, а также для обычных экскава-
ционных работ.
Оборудование для рыхления плотных и мерзлых грунтов. Для
рыхления прочных грунтов гидравлические экскаваторы комплектуют
рыхлителем и гидромолотом. Это оборудование используют также для
60
разрушения скальных пород, взламывания асфальтового покрытия дорог при их ремонте и других работ. Его устанавливают на рукояти обратной лопаты вместо ковша.
Однозубый рыхлитель состоит из литого зуба со сменной коронкой,
наплавленной твердым сплавом. Гидромолот с рабочим инструментом в виде клина крепят к рукояти обратной лопаты с помощью переходного кронштейна.
Кроме однозубых рыхлителей для рыхления мерзлых грунтов, раз-
борки старых зданий, взламывания и погрузки асфальтобетонных покры-
тий, снятия и укладки дорожных плит, труб, установки колодцев и .т п.
применяют рабочее оборудование захватно–клещевого типаДополни-
тельно к ковшу обратной лопаты на одной оси соединения ковша с руко-
ятью устанавливают рычаг – рыхлитель с закрепленным на его конце дву-
зубым наконечником. Управляют рычагом с помощью двух гидроцилинд-
ров через тяги. При разработке прочных грунтов, требующих предвари-
тельного разрыхления, работают поочередно рычагом-рыхлителем и ков-
шом. На первом этапе – при разрыхлении грунта – ковш отводят в крайнее повернутое от рукояти положение и работают рычагом-рыхлителем. На втором этапе рычаг переводят в крайнее повернутое к рукояти положение и загружают ковш разрыхленным грунтом, как обычной обратной лопатой.
Возможна разработка грунта одновременно ковшом и рыхлителем при их встречном движении. Большие по размерам обломки грунта после его раз-
рыхления, не помещающиеся в ковше, зажимают между ковшом и рыча-
гом и транспортируют на разгрузку.
Техническую производительность одноковшовых экскаваторов
как наибольшую среднюю производительность за1 ч работы определяют следующим образом:
61
Пт = 3600 |
|
|
qkн |
|
|
|
|
|
æ |
|
|
t |
пер |
ö |
|
|
|
|
|
||||
|
k |
çt |
|
+ |
|
÷ |
|
|
n |
||||||
|
|
р ç |
ц |
|
÷ |
||
|
|
è |
|
|
|
ц |
ø |
где: Пт – техническая производительность, м3/ч; q – вместимость ковша,
м3; kн – коэффициент его наполнения; kр – коэффициент разрыхления грун-
та; tц – продолжительность рабочего цикла, с; tпер – продолжительность од-
ной передвижки экскаватора на новую позицию, с; nц – число рабочих циклов на одной позиции.
Эксплуатационная производительность учитывает продолжитель-
ность периода работы экскаватора Тр и его использование во времени
Пэ = ПтТрkв
где: Пэ – эксплуатационная производительность, м3/сутки, м3/мес, м3/год;
Tр – продолжительность работы экскаватора, ч; kв – коэффициент исполь-
зования по времени (при односменной работ kв = 0,2...0,25).
Экскаваторами непрерывного действия называют землеройные машины, непрерывно разрабатывающие грунт с одновременной погрузкой его в транспортное средство или укладкой в отвал. Рабочий орган экскава-
тора 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 оп-
ределенным постоянным шагом.
Грунт разрабатывают в процессе двух независимых движений: отно-
сительного – многократного непрерывного перемещения ковшей или -за меняющих их рабочих органов по замкнутой траектории относительно не-
сущей рамы и переносного – перемещением рамы вместе с рабочими орга-
нами, называемого подачей. Для отсыпки грунта используют специальное транспортирующее устройство, чаще – ленточный конвейер, на который грунт поступает из ковшей или заменяющих их рабочих органов.
62