Виды рабочего оборудование одноковшовых экскаваторов. Выбор основных параметров экскаваторов (прямая лопата, обратная лопата, драглайн) при производстве земляных работ.

 

Одноковшовые строительные экскаваторы (ЭО) относятся к маши­нам циклического действия. Главный параметр ЭО - вместимость ков­ша, м³. Основные технологические параметры: глубина (высота) копа­ния, максимальный радиус копания, высота погрузки. В различных от­раслях промышленности (угольная, горнодобывающая) применяют од­ноковшовые экскаваторы с вместимостью ковша до 100 м³. В строи­тельстве работают экскаваторы восьми размерных групп, имеющие вместимость ковша 0,15...4,0 м³. Наибольшее распространение нахо­дят экскаваторы 4-й и 5-й групп (вместимость ковша 0,65 и 1 м³). При помощи традиционного оборудования (прямая лопата, обратная лопата, драг­лайн, грейфер) одноковшовый экскаватор может быть использован на механизации следующих процессов переработки грунта, входящих в состав комплексного технологического процесса: разработка и укладка грунта в земляных сооружениях различных типов; погрузка грунта; перемещение грунта в пределах земляного сооружения.

Большинство одноковшовых строительных экскаваторов - это уни­версальные машины, которые могут быть оснащены различными вида­ми сменного рабочего оборудования. Современный гидравлический экс­каватор может быть оснащен более чем десятью видами рабочего обо­рудования, которые значительно расширяют его технологические воз­можности. Использование сменного рабочего оборудования дает возможность механизировать такие процессы, как: зачистка дна выемок; дробление и удаление негабаритов и валунов; отделка поверхности откосов зем­ляного сооружения, дна выемок; послойное уплотнение грунта в стес­ненных условиях, при устройстве обратных засыпок; рыхление мерз­лого и трудноразрабатываемого грунта.

Строительные экскаваторы выпускают на гусеничном и пневмоколесном ходу. Наиболее распространенными видами рабочего оборудо­вания являются прямая, обратная лопаты, драглайн и грейфер. а-прямая лопата, б – обратная, в - с грейферным оборудованием, г – драглайн.

Повышению качества, сокращению ручного труда при выполнении зачистных и планировочных работ способствует использование плани­ровочного оборудования, в том числе в сочетании с телескопической стрелой.

Для разработок выемок различных очертаний и габаритов могут применяться профильные ковши. Для реализации технологии произ­водства земляных работ методом «стена в грунте» служит специальное штанговое оборудование. Расширению области применения экс­каваторов, в том числе при разработке трудноразрабатываемых и мерзлых грунтов, способствует установка рыхлительного оборудо­вания: зуба-рыхлителя и гидромолота. Этим же целям служит и захватно-клещевое оборудование, устанавливаемое на гидравлическом экскаваторе. При помощи захватно-клещевого устройства можно так­же захватывать, грузить в транспорт или удалять в сторону крупные камни, негабариты, встречающиеся на площадке, где ведутся земля­ные работы.

Применению экскаваторов в условиях реконструкции объектов, ра­боте в цехах, вблизи стен и фундаментов служит оборудование для ра­боты в стесненных условиях. Шарнирное сочленение основных эле­ментов рабочего оборудования как в вертикальной, так и горизонталь­ной плоскости позволяет приспосабливаться к конкретным условиям производства работ.

Одноковшовый экскаватор - машина цикличного действия, процесс разработки грунта при любом виде рабочего оборудования складыва­ется из чередующихся в определенной последовательности операций отдельного цикла:

· резание грунта и заполнение ковша;

· подъем ковша с грунтом;

· поворот экскаватора вокруг оси к месту выгрузки;

· выгрузка грунта из ковша;

· обратный поворот экскаватора;

· опускание ковша на грунт и подача его для резания грунта.

Основное назначение экскаваторов - разработка выемок, резервов, карьеров, траншей, котлованов с разгрузкой грунта в отвал или по­грузкой в транспортные средства. Предельные размеры выемок, кото­рые могут быть разработаны одноковшовым экскаватором с одной стоянки, зависят от его рабочих параметров.

Рабочими параметрами одноковшовых экскаваторов при разработке выемок являются: максимально возможная высота копания + Н (для экскаватора пря­мая лопата) - знак + показывает, что экскаватор копает выше своей стоянки;

глубина копания (резания) - Н (обратная лопата);

наибольший и наименьший радиусы копания на уровне стоянки экскаватора R_max и R_mn;

радиус выгрузки R_h,

высота выгрузки H_b.

Разработку грунта одноковшовыми экскаваторами ведут позиционно. Рабочая площадка экскаватора называется забоем. Забой - рабочая зона экскаватора, включающая площадку, где рас­положен экскаватор; часть разрабатываемого массива грунта; места ус­тановки транспортных средств; площадку для укладки разрабатывае­мого грунта (при работе в отвал).

Экскаватор и транспортные средства должны быть расположены в забое таким образом, чтобы среднее значение угла поворота экска­ватора от места заполнения ковша до места его выгрузки было мини­мальным, так как поворот стрелы осуществляется дважды - с грузом до транспортного средства и после выгрузки, то время поворота в среднем составляет до 70% рабочего времени одного цикла экска­ватора.

В зависимости от условий строительной площадки выбор экскава­тора начинают с определения наиболее целесообразных вместимости ковша и типа экскаватора, а также требуемых параметров - длины стрелы, радиуса резания, выгрузки и др. Выбор сменного оборудова­ния экскаватора зависит от уровня грунтовых вод и характера разраба­тываемой выемки (траншея, узкий или широкий котлован).

Экскаватор «прямая лопата» используют для разработки грун­тов, расположенных выше уровня стоянки экскаватора, преимущест­венно с погрузкой на транспорт. Его широко применяют в карьерах, в строительстве используют для погрузки в транспортные средства ра­нее собранного в кучи грунта или для отрывки котло­ванов, при этом устраивается самим экскаватором пандус.

Прямая лопата представляет собой открытый свер­ху ковш с режущим передним краем. Конст­рукция экскаватора позволяет ему копать ниже уровня своей стоянки не более чем на 10...20 см, нормативная производительность может быть достигнута при высоте забоя не менее 1,5 м. Опорожняется ковш путем открытия его днища. Такая конструкция прямой лопаты обеспе­чивает ей наибольшую производительность за счет наполнения ковша «с шапкой».

При узких забоях самосвалы подают под загрузку с одной стороны сзади экскаватора, а при нормальных — с обеих сторон от экскаватора попеременно, что исключает простои экскаватора при смене под за­грузкой транспортных средств. При данных забоях экскаватор перемещается в котловане прямолинейно по оси забоя.

В некоторых случаях разработку грунта предпочтительнее вести уширенным забоем с перемещением экскаватора по зигзагу. В таких забоях сокращаются холостые проходки экскаватора и облегчаются ус­ловия для маневрирования и установки под погрузку самосвалов.

Экскаватор «драглайн» используют для разра­ботки грунтов, расположенных ниже уровня стоянки экскаватора: для отрывки глубоких котлованов, широких траншей, возведения насыпей, разработки грунта из-под воды и т. п. Драглайн применяют также при планировке площадей и зачистке откосов. Достоинство экскаватора - радиус действия до 10 м и глубина копания до 12 м. Глубина копания у экскаватора практически неограниченна, конструкция машины позво­ляет располагать транспортные средства на поверхности и на дне котлована, т е. уровень грунтовых вод не оказывает влияния на работу экскаватора. Эффективно разрабатывать экскаватором мягкие и плотные грунты, в том числе обводненные.

Ковш экскаватора навешивается на канатах на удлиненную стре­лу кранового типа. Забрасывая ковш в выемку на расстояние, не­сколько превышающее длину стрелы, ковш заполняют грунтом путем подтягивания по поверхности земли к стреле. Затем ковш поднимают в горизонтальное положение и поворотом машины перемещают к месту разгрузки. Опорожняется ковш при ослаблении натяжения тягового каната.

Поперечно-челночная схема дает возможность набирать грунт по­очередно с каждой боковой стороны самосвала, подаваемого под по­грузку по дну выемки, не прекращая поворота стрелы в момент вы­грузки грунта. При продольно-челночной схеме грунт набирают перед задней стенкой кузова и, подняв ковш, разгружают его над кузовом. В цикле работы экскаватора повороты занимают основное время, в этом плане челночные схемы с минимальным углом поворота для погрузки и выгрузки являются оптимальными. Строительные экскаваторы «драглайн» применяют с ковшом вмести­мостью 0,25...2,5 м³. 116

Грейфер используют в сугубо специфических случаях для отрывки узких глубоких котлованов, траншей, колодцев, при раз­работке грунта ниже уровня грунтовых вод. Он представляет собой ковш с двумя или более лопастями и канатным или стоечным приводом, принудительно смыкающим лопасти. Грейфер на­вешивается на стрелу и разрабатывает выемки с вертикальными стен­ками. При повороте стрелы ковш перемещается к месту разгрузки и опорожняется при принудительном раскрытии лопастей. Погружение в грунт осуществляется только за счет собственной массы и принуди­тельного опускания стойки, поэтому можно разрабатывать грунты ма­лой и высокой плотности, в том числе и находящиеся под водой. Строительные экскаваторы «грейфер» применяют с ковшом вместимо­стью 0,35...2,5 м³.

Экскаватор «обратная лопата» применяют при разработке грунтов ниже уровня стоянки экскаватора, в основном при отрывке котлованов глубиной до 6 м и траншей при глубинедо 7,6 м. Затраты времени на один цикл экскаватора с обратной лопатой на 10... 15% больше, чем у прямой лопаты. Поярусная разработка выемок при этом виде оборудования не практикуется.

Обратная лопата - это открытый снизу ковш с режущим передним краем, шарнирно соединенный с рукоятью, которая, в свою очередь, шарнирно соединена со стрелой. По мере протягивания назад ковш за­полняется грунтом. Затем при вертикальном положении рукояти ковш переводят к месту выгрузки и разгружают путем подъема с одновре­менным опрокидыванием.

В соответствии с действующим ГОСТ «Экскаваторы универсаль­ные полноповоротные» основным рабочим оборудованием для экска­ваторов в настоящее время является обратная лопата. Экскаватор мо­жет комплектоваться оборудованием прямая лопата, жесткий грейфер, гидромолот, зуб-рыхлитель, а также сменными ковшами различной вместимости и назначения.

Гидравлические экскаваторы имеют следующие основные преиму­щества:

· существенное увеличение производительности новых машин по сравнению с машинами, имеющими механический (канатный) привод;

· снижение удельной материалоемкости и удельной энергоемкости машин;

· расширение универсальности гидравлических экскаваторов за счет сменного оборудования и рабочих органов до 40 наимено­ваний;

· автоматизация рабочего процесса;

· коренное усовершенствование систем управления и создание комфортных условий для работы машиниста;

· улучшение эстетического вида машин;

· кардинальное повышение ходовых качеств гусеничных машин.

Среди всех типов универсальных экскаваторов гусеничные маши­ны занимают ведущее место, так как не имеют ограничения по массе по сравнению с колесными экскаваторами. Наибольшее распростране­ние в большинстве стран получили гусеничные гидравлические экска­ваторы массой 10...50 т, которые выполняют основной объем земля­ных работ в гражданском и промышленном строительстве.

Специфика одноковшовых экскаваторов. При планировании эксплуатационной производительности экскаваторов необходимо учи­тывать следующие факторы:

· коэффициент наполнения ковша изменяется в пределах 0,75... 1,1;

· использование экскаватора с учетом потерь времени на пере­движки по забою, К = 0,92...0,98;

· использование экскаватора с учетом потерь по времени при на­хождении без груза К = 0,74...0,94;

· коэффициент разрыхления грунта изменяется в широких преде­лах: для легких грунтов - 0,88; для средних грунтов - 0,8; для тяжелых грунтов - 0,75 и для скальных пород - 0,67.

В отдельных случаях одноковшовыми экскаваторами (особенно экскаваторами старых марок, в том числе с канатным управлением) отрывают котлованы и траншеи на глубину, несколько меньшую про­ектной, оставляя так называемый недобор слоем 5... 10 см для того, чтобы избежать повреждение основания и не допустить переборов грунта. Для повышения эффективности работы экскаваторов в таких случаях можно применять скребковый нож, насаживаемый на ковш экскаватора. Это приспособление позволяет механизировать операцию по зачистке дна котлованов и траншей и вести их с точностью ±2 см, что исключает необходимость ручных доработок.