5.2 Рабочее оборудование одноковшовых экскаваторов

А. Прямая лопата.

Рабочее оборудование прямой лопаты состоит из: стрелы, рукояти ковша, механизма напора и механизма открывания днища ковша.

Стрела при работе экскаватора неподвижна по отношению к платформе и устанавливается обычно под углом 45⁰ к горизонту. Нижним концом стрела шарнирно соединена с поворотной платформой, а верхний конец удерживается полиспастной или вантовой канатной подвеской.

Схема сопряжения пяты стрелы с поворотной платформой

1 - стрела

2 - пята стрелы

3 - палец

4 - проушина на поворотной

платформе

5 - корпус поворотной

платформы

Схема крепления стрелы к поворотной платформе.

1 - стрела 2 - пята стрелы 3 - боковые оттяжки 4 - поворотная платформа Корпус стрелы представляет собой сварную пустотелую балку (балки) прямоугольного сечения (ЭКГ-4,6, ЭКГ-5А, ЭКГ-20 ПО «Уралмаш») или круглого сечения (ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭКГ-12,5, ЭКГ-15, ЭКГ-18 ПО «Ижорский завод»).

В верхнем конце корпуса стрелы устанавливают головные блоки, служащие для направления ветвей подъемного каната ковша, а также блоки стрелового полиспаста. Для увеличения поперечной устойчивости стрелы современных моделей экскаваторов в плане расширены со стороны опорной пяты. При этом на моделях имеющих однобалочную стрелу иногда используются боковые оттяжки для улучшения устойчивости стрелы.

Стрелы бывают однобалочными и двухбалочными. Двухбалочные стрелы бывают цельными и шарнирно-сочлененными.

Однобалочные стрелы применяются на экскаваторах с зубчато-реечным механизмом напора, а двухбалочные на экскаваторах типа ЭКГ с канатным напором и коленчато-рычажных вскрышных лопатах (тип ЭВГ).

Шарнирно-сочленённая двухбалочная стрела (ЭКГ-8И) состоит из двух частей: верхней и нижней. Нижняя часть образует жёсткий треугольник abc с двуногой стойкой и подкосами.

Двуногая стойка и подвеска стрелы

Двуногая стойка предназначена для удержания стрелы в наклонном положении. Она представляет собой А-образную металлоконструкцию с шарнирными соединениями в вершине и с поворотной платформой.

1- двуногая стойка; 2 - подкос; 3 - нижняя часть стрелы; 4 - верхняя часть стрелы. Верхняя часть в точке b соединяется шарнирно с нижней и подвешивается на стреловых канатах или жёсткой тяге.

Подвеска стрелы осуществляется такими способами: 1- с помощью канатного полиспаста (ЭКГ-4,6, ЭКГ-5А, ЭКГ-20); 2 - с помощью вант.

При полиспастной подвеске стрелы угол установки стрелы может быть изменён путём сматывания или наматывания каната на барабан стреловой лебёдки.

При вантовой подвеске стрела удерживается в наклонном положении несколькими канатами постоянной длины (вантами), имеющими на концах коуши или кованые заделки. Поэтому при вантовой подвеске угол установки стрелы может быть изменён только путём замены вант на более длинные и более короткие. Для изменения угла наклона стрелы при ремонтах используются вспомогательные лебёдки.

Рукоять соединена со стрелой при помощи седлового подшипника и служит для передачи на ковш напорного усилия, а на гидравлических экскаваторах и подъёмного усилия.

Применяются две конструктивные схемы рабочего оборудования прямой лопаты: 1 - с внешней рукоятью; 2 - с внутренней рукоятью.

Внешняя рукоять состоит из двух балок, охватывающих стрелу, выполненную в этом случае в виде одной балки (ЭКГ-4,6, ЭКГ-5А, ЭКГ-20). Сечение таких рукоятей прямоугольное.

Внутренняя рукоять состоит из одной балки, проходящей между балками стрелы (ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭКГ-12,5, ЭВГ-6, ЭВГ-15). Сечение рукояти или круглое (экскаваторы типа ЭКГ) или прямоугольное (ЭВГ).

Внешняя рукоять более крепкая и более тяжёлая, чем внутренняя. Поэтому применяется она, как правило, на карьерных экскаваторах (типа ЭКГ) с зубчато-реечным напором, которые рассчитаны на тяжёлые условия работы.

На одном конце рукояти приваривается концевая отливка, имеющая проушины для шарнирного крепления ковша. На другом конце крепится напорный полублок (ЭКГ с канатным напором), вилка универсального шарнира (ЭВГ) или стопор (ЭКГ с зубчато-реечным напором). Причём у последних к низу двухбалочной рукояти крепятся зубчатые рейки.

Ковш прямой лопаты состоит из передней и задней стенки, наглухо соединённых между собой пробками, и открывающегося днища. Для больших лопат помимо передней и задней стенок есть ещё две боковые.

1 - передняя стенка; 2 - задняя стенка; 3 - днище; 4 - боковые стенки.

По виду соединения с рукоятью ковши прямых лопат можно разделить на две группы: 1 - ковши с шарнирным соединением с рукоятью; 2 - ковши с жёстким соединением с рукоятью.

При шарнирном соединении ковш с рукоятью соединяется с помощью кронштейнов и тяг переменной длины. Есть экскаваторы, у которых на балках рукояти вместо тяг установлены гидроцилиндры со штоками для изменения угла наклона ковша (ЭКГ-4,6, ЭКГ-8И). Гидроцилиндры позволяют дистанционно изменять угол резания в пределах 34-79°.

При жёстком соединении концевая отливка служит задней стенкой ковша.

Ковши изготавливаются клёпаными, сварными, литыми, и комбинированными. Наибольшее распространение получили литые ковши (для тяжёлых условий).

Материал передней стенки и днища ковша – марганцовистая сталь 110Г13Л, а задней – низкоуглеродистой.

Подвеска ковша осуществляется чаще всего с помощью коромысла, проушины которого крепятся в боковых стенках ковша (ЭКГ-4,6, ЭКГ-5, ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭКГ-12,5, ЭКГ-20), либо с помощью блоков, обоймы которых также укреплены в боковых стенках ковша (ЭВГ-6, ЭВГ-15, ЭВГ-25).

Ковши различаются по номинальной ёмкости и по относительной (удельной) массе.

За номинальную ёмкость ковша принимают условный внутренний объём, который определяется по формуле (обозначения см. ниже на расчетной схеме):

Расчетная схема ковша

Относительной (удельной) массой ковша называют массу ковша, приходящуюся на единицу номинальной ёмкости:

, т/м³

где m_K - масса ковша, включая зубья, днище, коромысло и уравнительный блок.

Относительная масса ковша m_OT колеблется от 0,9 до 2,2 т/м³ и зависит от области применения ковшей, которые подразделяются на:

лёгкие конструкции - m_OT=0,9-1,1 т/м³ (для грунтов I и II групп);

средние конструкции - m_OT=1,2-1,4 т/м³ (для грунтов III и IV групп);

тяжёлые конструкции - m_OT=1,5-1,8 т/м³ (для грунтов IV и хорошо

взорванных скальных пород);

особо тяжёлые конструкции - m_OT=1,9-2,2 т/м³ (для разработки взорванных скальных пород с негабаритными кусками).

Ковши оснащаются сменными зубьями. Для элеваторов большой и средней мощности и их отливают из высокомарганцовистой стали 110Г-13Л, а для экскаваторов малой мощности из высокоуглеродистой стали У-8 и наплавляют твёрдым сплавом.

Зубья бывают цельные и составные. К режущей кромке ковша зубья крепятся клиньями. Составной зуб состоит из основания и сменного наконечника (коронки), соединённых с помощью пальца.

Одним из основных параметров геометрии зуба является угол заострения и радиус закругления конца зуба. Для работы в тяжёлых условиях и скальных породах зуб должен иметь угол заострения 30-35° и радиус закругления порядка 2 мм. Уменьшение угла заострения зуба приводит к его быстрому износу, а увеличение - к росту сопротивления резанию, из-за увеличения угла резания.

Величина заднего угла для зуба должна быть 5-8°. Зуб считается затупленным и подлежит замене, если угол заострения будет >60°.

На карьерных и вскрышных экскаваторах применяется независимая система напора с индивидуальным приводом.

Привод напора ковша может быть двух видов: 1) раздельный; 2) нераздельный.

Напорные механизмы с нераздельным приводом устанавливаются на стреле (ЭКГ-4,6, ЭКГ-5А, ЭКГ-20).

Применение нераздельного привода приводит к:

1. Увеличению веса противовеса из-за увеличения опрокидывающего момента, действующего на экскаватор;

2. Снижению объёма ковша или радиуса черпания экскаватора;

3. Увеличению продолжительности цикла;

4. Снижению производительности машины.

У экскаваторов с напорным механизмом с раздельным приводом (ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭКГ-12,5, ЭВГ-5) на стреле устанавливается только исполнительный механизм напора, а привод располагается на поворотной платформе (экскаваторы ЭКГ) или надстройке (экскаваторы ЭВГ).

Второй тип привода считается более прогрессивным, но также имеет недостатки, связанные с недостаточной жёсткостью всего напорного механизма из-за растяжения канатов.

К механизму напора с нераздельным приводом относится зубчато-реечный механизм напора.

Схема зубчато-реечного механизма напора

1-седловой подшипник; 2-рукоять; 3-отклоняющие (направляющие) блоки; 4-ось седлового подшипника; 5-возвратный канат; 6-напорный канат; 7-барабан напорной лебёдки; 8-полублоки.

К механизму напора с раздельным приводом относится канатный механизм напора.

Схема канатного механизма напора.

1-седловой подшипник; 2-рукоять; 3-отклоняющие (направляющие) блоки; 4-ось седлового подшипника; 5-возвратный канат; 6-напорный канат; 7-барабан напорной лебёдки; 8-полублоки.

Схема канатного напорного механизма экскаватора ЭКГ-8И

1,2-передний и задний полублоки; 3-блоки, на оси седлового подшипника; 4-возвратный канат; 5-напорный канат; 6,7- барабаны напорной лебёдки. При вращении барабанов напорной лебёдки в направлении указанном стрелкой, напорный канат (5) заставляет двигаться рукоять вперёд, создавая напорное усилие на ковш.

Возвратный канат (4) при этом сматывается с барабанов и не препятствует движению рукояти.

При реверсировании лебёдки натяжение будут создавать возвратные канаты и рукоять получит возвратное движение.

Механизм открывания днища предназначен для выдергивания засова из отверстия в передней стенке ковша в момент разгрузки. Выдёргивание засова осуществляется тонким тросом, наматываемым на барабан специально предусмотренной маломощной лебёдки.

Закрывание днища ковша происходит автоматически в момент опускания ковша из положения разгрузки в положение черпания.

Вес рабочего оборудования, размещенного в передней части поворотной платформы уравновешивается противовесом укрепленном под платформой с её противоположной стороны.

Поворотная платформа опирается на нижнюю ходовую раму через опорно-поворотный круг. Её центрирование и крепление к нижней раме осуществляется с помощью центральной цапфы с гайкой.

Б. Драглайны.

Рабочее оборудование драглайна состоит из: 1 - стрелы с головными блоками и направляющими балками; 2 - ковша с упряжью.

Стрела драглайна в отличие от прямой лопаты не воспринимает нагрузок, возникающих при копании грунта. Основные силы, которые на неё действуют при подъёме ковша и развороте на разгрузку, следующие:

• вес ковша с породой;

• собственный вес;

• силы инерции, возникающие при повороте экскаватора.

Эти особенности позволяют увеличить длину стрелы драглайнов, а следовательно и радиус их черпания в 2-2,5 раза по сравнению с аналогичными параметрами прямых лопат.

Наибольшее распространение получили две конструктивные схемы стрел.

1. вантовые;

2. жёсткие трёхгранные.

Вантовые стрелы состоят из одной вертикальной и двух боковых вантовых ферм, имеющих центральный сжатый пояс трубчатого сечения. В нижней части стрелы центральный пояс разделяется надвое.

Вантовые стрелы применяются на драглайнах УЗТМ: ЭШ-10/75, ЭШ-14/75, ЭШ-15/90, ЭШ-25/100А.

Схема вантовой стрелы

1 - головные блоки; 2- люлька; 3 - центральный трубчатый пояс; 4- вертикальные трубчатые стойки; 5-ванты вертикальной фермы; 6-боковые стойки; 7-ванты боковых ферм.

В данной конструкции стрелы элементы, работающие на растяжение, выполнены в виде канатов закрытой конструкции (вант), а элементы, воспринимающие изгиб или сжатие выполнены из труб различного диаметра. Это делает стрелу легкой и достаточно прочной.

Основной её недостаток – недостаточная жёсткость. Поэтому в последнее время наиболее часто используют для драглайнов жёсткие трёхгранные или комбинированные стрелы.

Схема трёхгранной жёсткой стрелы

1,2,3-трубчатые пояса; 4-трубчатые стойки; 5-трубчатые распорки; 6,7-диагональные стяжки; 8-ванты.

Трёхгранные жесткие стрелы применяются на экскаваторах ЭШ-15/90А, ЭШ-20/90, ЭШ-40/85 и ЭШ-100/100.

Стрела выполнена из 3-х трубчатых поясов, образующих трёхгранную пирамиду. Эти пояса связаны между собой вертикальными трубчатыми стойками и горизонтальными трубчатыми распорками, а также диагональными жёсткими и вантовыми стяжками.

Трёхгранная трубчатая стрела с канатными распорками тяжелее, чем вантовая (масса 1м стрелы соответственно 1,3-1,4т и 1,1-1,2т), но имеет большую эксплуатационную надёжность.

Головные блоки на драглайнах средней и большой мощности устанавливаются в подвижной раме (люльке), которая позволяет им следовать за отклонениями подъёмных канатов. Это устраняет трение канатов о боковые поверхности ручьёв блоков и уменьшает износ, как канатов, так и блоков. У пяты стрелы устанавливаются направляющие блоки, для правильного направления тягового каната на барабан лебёдки.

Ковш имеет форму открытого спереди и сверху совка.

Схема подвески ковша драглайна

1-подъёмный канат; 2-блок разгрузочного каната; 3-подъёмные цепи; 4-распорная балка; 5-разгрузочный канат; 6-ковш; 7-тяговые цепи; 8-коуш; 9-тяговый канат; 10-арка ковша.

Арка ковша служит для придания ему жёсткости и для крепления разгрузочного каната. Кроме арочных бывают и безарочные ковши. Они применяются обычно для мощных экскаваторов.

Для защиты днища ковша от интенсивного износа к нему приваривают внутри и снаружи стальные полозья. Распорная балка служит для предохранения подъёмных цепей от истирания стенками ковша.

Зубья ковша драглайна отливаются из высокомарганцовистой стали. Конструкция их аналогична применяемым для прямых лопат.

Центр тяжести ковша с грузом находится между подъёмными цепями и аркой. Вследствие этого при ослаблении тягового каната ковш опрокидывается, повисает на подъёмных цепях и разгружается.

Отношение массы ковша к его ёмкости составляет 0,9-1,6 т/м³.

Масса ковша должна соответствовать разрабатываемому грунту. Слишком лёгкий ковш будет плохо внедряться в грунт, а слишком тяжёлый – наоборот углубляться слишком резко, что тоже нежелательно. Кроме того излишний вес ковша приводит к заниженной производительности (можно ведь использовать ковш большей ёмкости).

Лекция 12