Портал о строительстве и ремонтных работах

Гидравлический привод позволяет преобразовать крутящий момент, передаваемый от приводного двигателя к рабочему и ходовому оборудо­ванию экскаватора, с помощью рабочей жидкости, без громоздких меха­нических передач. Благодаря более совершенной кинематике рабочего оборудования, малой скорости, большому усилию, реализуемому гидроци­линдром, и при одинаковом с механическим экскаватором шасси гид­равлические экскаваторы имеют большую вместимость ковша, значи­тельно расширенные и улучшенные технологические возможности. Нор­мализация и унификация элементов гидропривода позволяют значительно уменьшить номенклатуру запасных частей для парка эксплуатируемых машин, что, в свою очередь, приводит к сокращению времени, необходи­мого на техническое обслуживание, улучшению условий труда и повы­шения его производительности. Использование гидропривода позволяет получить на зубьях ковша усилия, в 3-4 раза превышающие, развивае­мые подобным оборудованием канатных машин такой же мощности и массы. Это резко расширило область их применения.

Конструктивно-кинематическая схема рабочего оборудования гид­равлического экскаватора обеспечивает жесткую передачу усилия при любом движении ковша, что обеспечивает точность движения рабочего органа и возможность изменения скорости движения рабочего органа, недостижимых при канатных системах. Ввиду того, что рабочие цилинд­ры должны перемещаться вместе с рабочими органами, подводка трубо­проводов к цилиндрам в основном осуществляется гибкими шлангами. Сложное силовое управление механическими передачами при этом за­менялось легким управлением золотниками, изменяющими направление движения жидкости, подаваемой насосом высокого давления в рабочие цилиндры. Механические передачи, насчитывающие в экскаваторах ты­сячи деталей, заменяются несколькими десятками элементов. Отсюда следует, что главной особенностью гидравлического экскаватора являет­ся малое количество элементов трансмиссии и механизма привода рабо­чего оборудования.

Рис. 7.17. Схемы экскаваторов с различными видами рабочего оборудо­вания: а — прямая лопата; б — обратная лопата; в — драглайн; г — кран; д — грейфер; е — погрузчик; ж —копер; з — боковой драглайн; и — планировщик; к — гидромолот; л — корчеватель; м — дизель-молот; н — захватно-лицевое оборудование с рыхлителем; о — рыхлитель.

Устройство экскаваторов. Гидравлические экскаваторы могут работать с различным рабочим оборудованием: прямой лопатой, погру­зочным оборудованием, обратной лопатой, грейфером. На рис. 7.17 при­ведены схемы экскаваторов с различным оборудованием. Экскаватор состоит из поворотной платформы, противовеса, кабины, стрелы, гидроци­линдров подъема и опускания стрелы, опорно-поворотной платформы и ходового устройства. На опорно-поворотной платформе экскаватора мон­

тируется двигатель внутреннего сгорания, гидростанция, кабина с выне­сенными в нее рукоятками и педалями управления. Спереди кабины шарнирно крепится рабочее оборудование. Для обеспечения устойчиво­сти устанавливается противовес. Поворот платформы осуществляется при помощи гидродвигателя. К поворотной платформе крепится подвиж­ная часть центрального масляного коллектора, через который рабочая жидкость попадает к гидромоторам ходового устройства.

На колесных экскаваторах устанавливают аутригеры, обеспечиваю­щие разгрузку ходового устройства при выполнении рабочих операций, улучшение устойчивости машины.

Экскаваторы с гидравлическим приводом могут разрабатывать грун­ты I—IV категорий, а иногда и выше. Погрузочная лопата может разраба­тывать грунт путем срезания ступенчатой стружки, копанием на месте путем поворота ковша выше уровня стояния, производить копание ниже уровня стояния, планировку площадки.

Обратная лопата, как и погрузочная, может копать грунт за счет движения ковша по любой траектории путем поворота ковша, рукояти, стрелы или совмещая эти движения. Обратной лопатой возможно про­изводить разработку грунта как выше уровня стояния, так и ниже.

Работа выше уровня стояния позволяет повысить разрушающую способность лопаты вследствие возможности увеличения силы копания как за счет массы рабочего оборудования, так и за счет массы скалыва­емого грунта.

Работа обратной лопатой ниже уровня стояния начинается рытьем траншеи или котлована с постепенным его углублением, а затем работают наклонными стружками, реже проходят вертикальными стружками сразу на всю глубину.

Разгрузку ковша обратной лопаты выполняют обычно поворотом ков­ша: лобовая стенка при этом наклоняется на 50-55’ к горизонту. В липких грунтах приходится встряхивать ковш для полной разгрузки или применять более сложный ковш с принудительной разгрузкой.

Основные конструкции ковшей обратных лопат показаны на рис. 7.18. Как правило, в отличие от более прямоугольных прямых лопат все ковши обратной лопаты имеют полукруглую форму. Это объясняется тем, что они двигаются по более пологим траекториям, и стружка, перемещаясь по такому ковшу, имеет меньшее сопротивление перемещению. При копа­нии прямой лопатой в конце процесса наполнения траектория движения ковша более крутая и грунт осыпается в ковш под действием веса.

Достаточно широко используют грейферное и захватное оборудова­ние. Для мягких материалов применяют захваты без зубьев, а для более прочных использоваться с зубьями, для камней и штучных твердых гру­зов многолопастные, для выполнения с/х работ — вилочные. Используют грейферы и при копании колодцев, наращивая при этом рабочий орган.

На гидравлических экскаваторах может устанавливаться крановое оборудование (зачастую к задней стенке ковша крепят крюк), гидравли­ческие и пневматические молоты для разрушения камней, дорожной одеж­
ды, скалы, сверла для бетона и скалы, рыхлящие зубья, трамбовки, оборудо­вание для свайных работ, валки леса, срезки деревьев, уборки дворов, стриж­ки кустарника, сколки льда и др.

Рис. 7.18. Конструкции ковшей обратной лопаты: а — обратной лопаты; б — обратной лопаты для траншейных работ; в — погру­зочные; г — планировочные; д — трапецеидальные для канав.

Определение производительности экскаваторов. В отечествен­ной литературе принято различать три вида производительности: теоре­тическую, техническую и эксплуатационную. Ряд зарубежных авторов еще вводят понятие базовой производительности. Теоретическая произ­водительность — это конструктивно-расчетная производительность ма­шины. Расчетным путем ее определить сложно.

Под базовой производительностью понимают производительность сравнительно новой машины (определенную экспериментальным путем), срок эксплуатации которой не превышает 2500 машино-часов, замерен­ную в следующих условиях: угол поворота рабочего оборудования для разгрузки 90’, разгрузка производится в отвал, высота или глубина копа­ния является оптимальной, нет пространственных ограничений на строи­тельной площадке, стрела установлена в среднее положение, квалифика­ция оператора хорошая, хорошее состояние режущей кромки и зубьев, работа идет беспрерывно в течение одного часа.

Техническая производительность отличается от базовой тем, что учитывает технические факторы, влияющие на повышение или пониже­ние производительности.

Эксплуатационная производительность, часовая, сменная, месячная или годовая, отличается от технической влиянием квалификации опера­тора и использованием рабочего времени.

(7.39) — теоретически

Теоретическая производительность одноковшовых экскаваторов определяется по формуле:

П=Уг-п

где V’ — геометрическая вместимость ковша в м3; п возможное число циклов в час.

3600

n~~Y~ (7-4°)

ч

где — продолжительность одного цикла в секундах.

Базовая производительность, определенная для экскаваторов, обору­дованных прямой и обратной лопатой, приведена на рисунках 7.17-7.20.

Для экскаваторов, оборудованных другим типом рабочего оборудова­ния, базовая производительность может определяться по формуле:

Пв,=Пб-К11а„ (7.41)

где К — поправочный коэффициент.

Техническая производительность определяется по формуле:

Пяа=Пб-‘£/, м3/ч (7.42)

где /з ‘Л ‘fs’fe ‘ f~ коэффициент, учитывающий глубину или

высоту копания; / — коэффициент, учитывающий угол поворота рабочего

оборудования при разгрузке; f— коэффициент, учитывающий условия разгрузки; / — коэффициент, учитывающий состояние режущей кромки

и зубьев ковша; /5~ коэффициент, учитывающий установку стрелы; / — коэффициент, учитывающий тип транспортного средства.

Эксплуатационная производительность определяется по формуле:

П^П^-k.-fi, (7.43)

где kH — коэффициент использования машины по времени; / — коэффи­циент, учитывающий квалификацию оператора.

При определении базовой производительности экспериментально определяют производительность машины при фиксированных условиях.

Значение базовой производительности для гидравлических и канат­но-блочных экскаваторов с рабочим оборудованием (обратная лопата, прямая лопата и погрузочный ковш) представлено на рисунках 7.19-7.22.

Классификация грунтов по трудности их разработки

Классификация грунтов по трудности их разработки применительно к эскаваторам представлена в таблице 7.11.

№ класса	Характеристики грунта
1	2
1	Верхний слой, в который наряду с песчаными, супесчаными, суг­линистыми и глинистыми частицами входят и органические мате­риалы.
2	Плывуны. Грунты, которые легко переходят от текучего до твер­дого состояния с изменением количества влаги
3	Несвязные и малосвязные материалы (песок, гравий, супесь, пес­чано-гравийные смеси) с весовой примесью до 15% и глинистых частиц (величина частиц менее, чем 0,006 мм 0 и с более, чем 30% содержанием каменистых включений размеров от 63 мм до 300 мм. Органические виды грунтов с малым содержанием воды (на­пример, прочный торф).
4	Грунты средней трудности разработки. Смесь из песка, гравия, пылеватых частиц и глины с содержанием частиц менее 0,006 мм более, чем 15%. Связные грунты от слабо до средне-пластинчатых, которые при изменении влажности меняют свойства от слабых до прочных, и с повышенным содержанием каменистых включений (более 30%) размером от 63 мм до 300 мм.

Таблица 7.11

1	2
5	Тяжело разрабатываемые виды грунтов. Виды грунтов класса 3 и 4, которые содержат более30% по весовому содержанию каменистых включений размером от 0,01 м3 до 0,1 м3 (диаметром от 30 до 60 см).
6	Легкие скальные породы. Слабо связанные трещиновые скальные породы, имеющие слоистую структуру. Прочные связные сухие грунты. Несвязные и связные виды грунтов, которые более, чем 30% веса включают скальную породу размером от 0,01 м3 до 0,1 м3.
7	Тяжело разрабатываемая скала. Виды скальных пород, которые имеют высокую структурную прочность и малую трещиноватость: выветренный сланец, отвалы шлака, навал полезного ископаемого, разрыхленные кусковые скальные материалы.

Таблица 7.12.

Плотность и коэффициент разрыхления для основных видов грунтов

	Вид грунта	Плотность грунта, кг/м3	Коэффи­	Коэффициент
		в естест­	в разрых­	циент	наполнения
		венном	ленном	разрыхле­	ковша
		залетании	состоянии	ния	экскаватора
1	Песок сухой	1920	1710	1,12	1,12
2	Песок влажный	2280	2030	1,12	1,12
3	Гравий (6-50 мм) сухой	1180	1680	1,12	1,12
4	Гравий (6-50мм) влажный	2130	1900	1,12	1,12
5	Суглинок и гравий сухие	1890	1350	1,40	1,3
6	Суглинок и гравий влажные	2240	1600	1,40	1,3
7	Суглинок в есте­ственном залета — нии	1750	1250	1,40	1,3
8	Глина сухая	1560	1250	1,25	1,25
9	Глина влажная	2000	1600	1,25	1,25
10	Щебенка мелкая	2460	1600	1,54	1,3
11	Щебенка крупная	2670	1600	1,67	1,3
12	Скала порода	2970	1800	1,65	1,35

Рис. 7.20. Базовая производи­тельность гидравлических эк­скаваторов с рабочим обору­дованием обратной лопатой.

V — Рис. 7.19. Базовая производи­тельность гидравлических эк­скаваторов с рабочим оборудо­ванием — прямой лопатой.

Для определения базовой производительности экскаваторов с дру­гим типом рабочего оборудования, используют формулы:

— для обратной лопаты

Пк =0,9П (7.44)

0.0 Л

для драглайна

ПЛЛ~ 0,8П (7.45)

для грейфера

ЯЛ =0,65П . (7.46)

о. г. о

Проведено значительное число исследований по выбору оптималь­ной высоты и глубины копания экскаваторов. Основным критерием являлось минимальное время набора грунта в ковш. Исследования про­водились на различных грунтах на экскаваторах с вместимостью ковша от 0,5 до 3 м3. Для экскаваторов с канатно-блочной системой управле­ния, оборудованных прямой лопатой, оптимальное значение высоты ко­пания приведено на рисунке 7.21. Значение коэффициента /;, учитываю­щего отклонение от оптимальной высоты, приведено на рисунке 7.22. Ковш гидравлического экскаватора может поворачиваться не только отно­
сительно стрелы, но и рукояти, и за счет этого он имеет высокую подвиж­ность. Наиболее благоприятная глубина копания при работе с обратной лопатой для гидравлических экскаваторов определяется из формулы:

К, т =(1,0-2,0)-F[>], (7.47)

где V ~ геометрическая вместимость ковша в м3.

Рис. 7.22. Базовая производитель­ность канатно-блочных экскава­торов, оборудованных прямой ло­патой; 8* — для плохо взорван­ной породы.

Рис. 7.21. Базовая производи­тельность гидравлических экска­ваторов с погрузочным ковшом.

Значение коэффициента / для гидравлических экскаваторов с ковшом вместимостью до 1 м3 приведено на рисунке 7.23. Для экскава­торов с обратной лопатой и ковшом вместимостью от 1,0 м3 и выше значение коэффициента / приведено в таблице 7.13.

Таблица 7.13. Значение коэффициента /( для экскаваторов с ковшом вместимостью 1 м3 и выше ^опт^пр 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 fl 1,00 0,97 0,93 0,89 0,82

Обычно в технической характеристике машины указывается мак­симальная частота вращения поворотной части экскаватора, которая рав­на 6…9 мин[1]. Это значение на практике обычно не реализуется. Соотно­шение между максимальной частотой вращения птах и средней частотой вращения п (по данным хронометража времени цикла гидравлических экскаваторов) при малых углах поворота находится в пределах от 2,8 до

1,7, при больших углах поворота это значение уменьшается до 1,4-1,75 соответственно, (таблица 7.14.).

Время поворота в зависимости от угла поворота с помощью дан­ных, можно определить по формуле:

t =————— [мин] (7 48)

360 — птгх nq, 1

где а ~ угол поворота рабочего оборудования экскаватора в град.

Максимальная частота вращения принимается из технической ха­

рактеристики машины, а соотношение из таблицы 7.14.

С[,

Таблица 7.14 Соотношение между максимальной птах и минимальной птіп частотой вращения поворотного механизма гидравлических экскаваторов в зависимости от угла поворота Класс экскаватора Поворот с загруженным или порожним ковшом У гол поворота в град. 45 60 90 120 150 180 с массой с загружен. 3,7 3,2 2,6 2,3 2,0 1,8 до 15 т с порожним 3,1 2,60 2,05 1,7 1,5 1,3 с массой с загружен. 3,5 2,95 2,15 1,75 1,45 1,25 от 15 до 25т с порожним 2,7 2,25 1,6 1,3 1,1 0,9 с массой от с загружен. 3,5 3,0 2,2 1,8 1,65 1,55 25 до 55 т с порожним 2,85 2,4 1,75 1,45 1,25 1,15

Значение коэффициента /2 влияния угла поворота на производи­тельность экскаватора при угле поворота 90" принято равным 1, для дру­гих значений угла поворота приведено на рисунке 7.25.

На время разгрузки влияет вместимость ковша, вид рабочего обо­рудования, тип разгружаемого материала. Минимальное время на раз­
грузку грунта затрачивается при работе в отвал. Однако оно изменяется с увеличением вместимости ковша и типа загружаемого механизма. С увеличением вместимости ковша от 0,5 м3 до 2,5 м3 время разгрузки в отвал песчано-гравийных материалов увеличивается примерно на 10-15%.

Рис. 7.23. Оптимальная глубина копания канатно­блочных экскаваторов с различной вместимостью ковша на грунтах /— V кате­гории (табл. 7.1).

1.1 Г———————- 1—————————- Г-

‘,0(———— 1————— __J———- j____ J____ j 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

1,0′

0,9

/, 0,7 0,6

При разгрузке того же материала в автосамоовал грузоподъемно­стью до 10 т время увеличивается примерно в два раза. Это связано с необходимостью определения места разгрузки и точной установки ков­ша. При разгрузке связных материалов (глина,- суглинок) время раз­грузки увеличивается на 30% по сравнению с временем разгрузки песка и гравия. Значительное влияние оказывает и место стоянки транс­портного средства под погрузкой. При стоянке ниже уровня нахожде­ния экскаватора время загрузки увеличивается, что связано с прочнос­тью кузовов и бункеров и их небольшой загрузочной площадью и значительной высотой расположения. Значение коэффициента / для гидравлических экскаваторов для различных условий разгрузки при­ведено в таблице 7.15.

Таблица 7.15.

Значение коэффициента f3 условий разгрузки

	Характеристика условий разгрузки
1.	Разгрузка в отвал	1,00
2.	Разгрузка в транспорт, стоящий на уровне опорной поверхности экскаватора	0,90
3.	Разгрузка в транспорт, стоящий ниже уровня опорной поверхности экскаватора	0,80
4.	Разгрузка в воронкообразный бункер	0,67
5.	Разгрузка в силосный бункер	0,58

Состояние режущей кромки и зубьев оказывает значительное влияние на сопротивление копанию, а значит, и на время цикла экскаватора. Время копания при сильно затупленных зубьях и режущей кромке увеличивается примерно до двух раз. Значительное влияние на сопротивление копанию и время цикла оказывает и форма ковша. Однако ни в отечественной, ни в зарубежной практике еще не разработаны количественные показатели вли­яния состояния и формы режущей части ковша и зубьев на время копания. Эти вопросы требуют дальнейших исследований. Поэтому для расчетов при новом рабочем оборудовании или когда режущая кромка и зубья находятся в хорошем состоянии коэффициент можно принимать равным 1.

В экскаваторах используется два вида стрел: моноблочные и со­ставные. Составные стрелы отличаются высокой эффективностью ис­пользования рабочего оборудования вследствие его высокой маневрен­ности, однако они при одинаковой вместимости ковша несколько тяже­лее, чем моноблочные.

Установка стрелы может быть короткая, средняя и длинная. Корот­кая установка используется, когда необходимо получить большое отрыв­ное или подъемное усилие. Длинная — когда надо работать на большой глубине или при значительном расстоянии от груди забоя. Как короткая, так и длинная установка стрелы увеличивает время набора грунта. Зна­чение коэффициента / приведено в таблице 7.16.

Таблица 7.16.

Значение коэффициента fs установки стрелы Установка стрелы /5 Короткая 0,95-0,98 Средняя 1,00 Длинная 0,98-0,95

Использование экскаваторов с большой вместимостью ковша и автомобилей малой грузоподъемности нецелесообразно, так как увели­чивается время простоя экскаваторов в ожидании автомобилей. С дру­гой стороны, использование при загрузке малых экскаваторов вместе с крупными самосвалами также нецелесообразно из-за длительных про­стоев автосамосвала под загрузкой. Основным критерием в этом слу­чае должен быть критерий экономичности.

Значение коэффициента /6.

Значение коэффициента f6 влияния на производительность соот­ношения вместимостей кузова автомобиля и ковша экскаватора пред­ставлено в таблице 7.17. При V / Уэ > 9 коэффициент /б равен 1.

L К	і	2	3	4	5	6	7	8	9	10
/б	0,65	0,82	0,88	0,92	0,95	0,97	0,98	0,99	1,00	1,00

Таблица 7.17

На практике чаще принимается соотношение Vc / V3 = 3-5. При этом экскаватор загружен не полностью, однако и время простоя автоса­мосвала под загрузкой невелико.

Учитывать квалификацию операторов при определении производи­тельности машины предложил Н. Г. Домбровский, и в дальнейшем использо­вал западногерманский центр по подготовке операторов дорожных машин.

Выполнение планового задания на 100% считается нормальной ква­лификацией оператора. Значение этого коэффициента определяется по формуле:

(7.49)

где Qa ~ достигнутая часовая производительность; Qnii — плановая часо­вая производительность.

Проведенные исследования для экскаваторов различного типа и на различных грунтах показали, что отклонение значения /7 от единицы в основном составляют ±5%. Максимальное значение /7 равно 1,20. Оно было достигнуто только операторами — испытателями машин, работаю­щими на фирме-изготовителе. Минимальное значение /7 равно 0,75. Оно было у операторов, работающих первые дни на машине. Квалификация оператора зависит главным образом от объема знаний и навыков уп­равления машиной. В современных экскаваторах не требуется значи­тельных мускульных напряжений, созданы хорошие эргономические ус­ловия в кабине. Квалифицированный оператор выбирает оптимальное место стоянки машины, положение стрелы, сокращает время цикла за счет совмещения процессов, например подъема и поворота рабочего орга­на, он указывает более удобное место стоянки под погрузкой водителю транспортного средства, подчищает забой во время отсутствия транспор­та и т. д. Согласно исследованиям, уровень квалификации оператора можно характеризовать следующими показателями:

Степень

производительности

120% высокая

114% очень хорошая

110% хорошая

105% нормальная, плюс

100% нормальная

95% нормальная, минус

90% удовлетворительная

85% удовлетворительная, минус

75% плохая

Производительность механизма зависит от организации работы, причем производительность транспортных средств зависит от работы погрузочного механизма. Грузоподъемность и число автосамосвалов, работающих в карье­ре, определяется в первую очередь типом и производительностью.

Снижение производительности возможно при неудачном выборе глубины или высоты забоя в карьере. При слишком мелком забое ковш полностью не наполняется из-за недостаточного пути наполнения, при слишком высоком забое увеличивается опасность обрушения, и поэтому экскаватор устанавливается дальше от места оптимальной установки. Причиной снижения производительности может быть неудачный выбор места установки автосамосвала.

Названные примеры не охватывают всего многообразия случаев организации работы механизмов на строительной площадке. Они учи­тываются коэффициентом k, который учитывает условия работы меха­низма на строительной площадке при помощи фактора времени. Значе­ние коэффициента ke определено экспериментальным путем и приведе­но в таблице 7.18.

Таблица 7.18.

Значение коэффициента kg использования экскаватора по времени

Вид использования	д. лв сред	Jr шах
1 Использование экскаватора при оптимальных условиях, например, разработка гравийного карьера, работа в отвал без ограничений объема строительной площадки, погрузка мате­риала в автотранспорт.	0,66	0,83
2 Работа экскаватора с пространственными ограничениями, например, при отрывке больших траншей, малых выемок под фундаменты с погрузкой в транспорт.	0,56	0,78
3 Работа в ограниченном пространстве, например, открытие узких траншей. Заполнение грунтом траншей, погрузка ма­териала из отвала.	0,54	0,76
4 Использование экскаваторов при планировании площадок, уборке почвы со сбором разрабатываемого материала в от­вал.	0,50	0,70
5 Использование экскаваторов при сильных помехах, напри­мер, разработка траншей возле зданий со сбором материала в отвал.	0,45	0,58

Комментарии закрыты.