Материал: Конструкции цепного экскаватора

Конструкции цепного экскаватора

Введение

цепной экскаватор гидравлический машина

Настоящая работа содержит ознакомительную информацию о цепных экскаваторах их классификации и возможных конструктивных комбинаций рабочего оборудования. Так же произведен обзор зарубежных и отечественных аналогов цепных экскаваторов на базовой машине, гусеничный трактор. Выбраны самые современные и новейшие аналоги цепных экскаваторов.

Данная работа призвана произвести патенто аналитический обзор для выявления наиболее удобных и конструктивно выгодных конструкций для увеличения производительности цепных экскаваторов за счет снижения энергоемкасти процесса резания, уменьшения габаритор гидравлической системы управления рабочими органами, увеличения точности работы рабочего органа.

1. Общие сведения

.1 Назначение цепных экскаваторов

Экскаватором называют землеройную машину, выполняющую операции по отделению грунта от массива и перемещению его в отвал или транспортные средства в пределах зоны досягаемости рабочего оборудования. Экскаваторы оборудуют одним или несколькими ковшами. В первом случае их называют одноковшовыми, во втором - многоковшовыми.

Цепной экскаватор, многоковшовый экскаватор, рабочий орган которого представляет собой черпаковую раму (жёсткую или шарнирную) с бесконечной цепью и ковшами (черпаками).

Цепной экскаватор (а. bucketchain excavator; н. Eimerkettenbagger; ф. excavateur а chaine; и. excavadora de cadena, excavadora de rosario) - самоходная горная машина непрерывного действия с исполнительным органом в виде бесконечной цепи с закреплёнными на ней ковшами. Выполняется на железнодорожном (рис. 1), гусеничном или реже шагающем ходу с поворотной или неповоротной платформой. Предназначен для ведения вскрышных или добычных работ верхним и нижним черпанием в породах или углях невысокой крепости при температуре до - 35°С, разработки выемок (каналов) с удалением породы в отвал или погрузки горной массы в транспортное средство непрерывного или цикличного действия. Прототип цепного экскаватора - паровая плавучая землечерпалка, применённая в 1812 русским инженером А. Бетанкуром в Кронштадте. Сухопутный цепной экскаватор был создан в Европе в 1860 и работал на строительстве железных дорог в Арденнах. При проходке Суэцкого канала (1863-68) использовалось 7 цепных экскаваторов, которые переместили 6 млн. м³ грунта. В России производство цепного экскаватора было начато Путиловским заводом в 1901. [2].

1.2 Классификация цепных экскаваторов

Полноповоротные. Рабочее оборудование, приводы, кабина машиниста и двигатель устанавливаются на поворотной платформе, которая в свою очередь устанавливается на шасси посредством опорно-поворотного устройства (ОПУ), и может поворачиваться относительно него в любую сторону на любой угол. Части гидросистемы шасси и поворотной платформы полноповоротных экскаваторов соединены с применением коллектора, что позволяет производить неограниченное количество полных оборотов в одну сторону.

Неполноповоротные. Рабочее оборудование закрепляется на шасси с помощью поворотной колонки. На многих машинах подобного типа поворотная колонка монтируется на поперечных направляющих, что позволяет перемещать её вместе с рабочим оборудованием вправо-влево с последующей жёсткой фиксацией для более удобного положения рабочего оборудования. Поворот рабочего оборудования осуществляется на угол 45-90 градусов от начального положения. Двигатель, механизмы, кабина машиниста размещены на неповоротном шасси. В настоящее время неполноповоротными выполняются экскаваторы, навешиваемые на тракторы.

В качестве базового шасси используется трактор, чаще всего колёсный. Неполноповоротное экскаваторное оборудование устанавливается сзади (реже сбоку) трактора, на специальной раме. Наиболее распространёнными являются экскаваторы, навешиваемые на тракторы класса 1,4. Характерный объём ковша - 0,2-0,5 мі. Применяются для выполнения небольших землеройных или погрузочных работ, чаще всего при ремонте инженерных сетей. Конструкция рабочего оборудования позволяет оперативно переставлять ковш для работы прямой или обратной лопатой. Ковш может заменяться грейфером, грузовыми вилами или крюком. Для привода используется двигатель базового трактора. Привод рабочего оборудования гидравлический. Благодаря относительно высокой скорости хода могут оперативно прибывать к месту выполнения работ, расположенных на расстоянии 20-30 км от места базирования. Трактор с навешенным экскаваторным оборудованием может использоваться также для выполнения транспортных и бульдозерных работ.

В качестве базового шасси используется грузовой автомобиль, чаще всего повышенной проходимости. Обладают высокой скоростью перемещения. Применяются в случаях, когда требуется высокая мобильность: в военном деле (инженерные войска, дорожные войска), при выполнении спасательных операций, при строительстве дорог, очистке каналов. Рабочее оборудование - преимущественно - обратная лопата. Выпускаются экскаваторы с телескопической стрелой и поворотным ковшом, позволяющим оперативно переходить от прямой лопаты к обратной. Для привода может использоваться как двигатель базового автомобиля, так и отдельный двигатель, установленный на поворотной платформе.

Пневмоколёсные экскаваторы имеют собственное специальное шасси, опирающееся на колёса с пневматическими шинами. Выполняются чаще всего полноповоротными. Для повышения устойчивости и предотвращения сползания при загрузке ковша имеют выносные опоры. Имеют скорость хода до 30 км/ч. Могут буксироваться грузовыми автомобилями со скоростью до 40 км/ч. Проходимость по слабым грунтам ограниченная. Выпускаются в широком диапазоне размерных групп - от микроэкскаваторов с объёмом ковша 0,04 мі до тяжёлых колёсных экскаваторов - с объёмом ковша до 1,5 мі. В связи со спецификой выполняемых работ: разработка котлованов, траншей, планировочные работы - рабочее оборудование - преимущественно обратная лопата. Могут использоваться с грейфером, челюстным захватом, гидравлическим молотом для рыхления грунта. Получили широкое распространение при выполнении различных видов строительных и ремонтных работ.

Привод колёс шасси может осуществляться как от двигателя рабочего оборудования через механические или гидравлические передачи (гидромоторы), так и от отдельного двигателя.

Гусеничные экскаваторы имеют собственное специальное шасси с гусеничным движителем. Выполняются полноповоротными. Обладают высокой проходимостью и малым удельным давлением на грунт при большой массе. Могут работать на слабых и переувлажнённых грунтах, в том числе на торфоразработках. Имеют скорость хода 2-15 км/ч. К месту работ перевозятся тягачами на специальных прицепах.

Рабочий диапазон объёмов ковша весьма широк: от миниэкскаваторов с объёмом ковша 0,04 мі до карьерных с объёмом ковша 10 мі. Имеются также особо тяжёлые карьерные гусеничные экскаваторы с объёмом ковша 26 мі производства фирмы DEMAG (Германия).

Рабочее оборудование: прямая лопата, обратная лопата, драглайн. Может использоваться с грейфером, челюстным захватом, гидравлическим молотом для рыхления грунта. Получили широкое распространение в строительстве и при добыче полезных ископаемых. Ряд моделей гусеничных и пневмоколёсных экскаваторов имеют унифицированную поворотную платформу и рабочее оборудование.

Поворотная платформа с оборудованием шагающего экскаватора установлена на опорной плите. С поворотной платформой связаны лапы, которые при работе экскаватора подняты (не касаются грунта). При передвижении экскаватора лапы опираются на грунт. При этом опорная плита отрывается от грунта. Экскаватор передвигается на один шаг вперед (для некоторых моделей возможно движение назад). После этого лапы поднимаются и возвращаются в исходное положение. На шагающем ходу выпускают крупные карьерные экскаваторы с объёмом ковша 15 мі-40 мі и вылетом стрелы до 65 м-150 м. Рабочее оборудование - драглайн. Шагающими экскаваторами выполняются вскрышные работы (расчистка залежей полезных ископаемых от пустой породы), а также добыча полезных ископаемых и перемещение их в отвал (высотой до 40м). Погрузка полезных ископаемых шагающими экскаваторами в транспортные средства осуществляться не может.

В качестве шасси экскаватора так же используется железнодорожная платформа. Применяются для ремонтных работ на железной дороге. Имеют объём ковша до 4 мі. Поворотная платформа и оборудование часто унифицировано с гусеничными экскаваторами.

Рабочее оборудование (драглайн или грейферное) установлено на понтоне. Применяются для погрузочно-разгрузочных работ, добычи песка, гравия из водоемов, дноочистительных и дноуглубительных работ. От плавучих кранов, оборудованных грейферами, плавучие экскаваторы отличаются меньшей высотой и упрощённой конструкцией стрелы.

С групповым механическим канатным приводом. Тяговое усилие к рабочим органам передаётся посредством канатов (или цепей), движимых лебёдками. Привод лебёдок осуществляется от двигателя экскаватора посредством механических передач (зубчатых, цепных, фрикционных, червячных).

Универсальный экскаватор с механическим приводом оборудуется трехбарабанной лебёдкой. Стреловой барабан лебёдки используется для привода (подъёма и опускания) стрелы. Подъёмный барабан используется для подъёма ковша (или возврата рукояти при работе обратной лопатой). Тяговый барабан используется для подтягивания ковша к экскаватору (при работе драглайном, обратной лопатой). При работе прямой лопатой тяговый барабан связан с механизмом напора рукояти.

Механический канатный привод широко применялся на экскаваторах в прошлом. В современных моделях его применение сокращается по следующим причинам:

• экскаваторы с механическим канатным приводом имеют сложную конструкцию и содержат большое число быстроизнашивающихся изделий (накладки фрикционов, ленты тормозов, канаты).

• канатный привод обеспечивает ограниченное число независимых перемещений элементов рабочего оборудования;

• канатный привод технически сложно сделать автоматизированным;

• канатный привод не обеспечивает полной фиксации элементов рабочего оборудования в заданном положении.

На современных моделях канатный механический привод применяется только для драглайна или грейфера.

Тяговое усилие к рабочим органам передаётся посредством канатов (или цепей), движимых лебёдками. Привод каждой лебёдки и вспомогательных механизмов осуществляется индивидуальным электрическим двигателем. Такой привод применяется на тяжёлых карьерных (в том числе и шагающих) и промышленных экскаваторах.

В экскаваторах с гидравлическим приводом (гидравлические экскаваторы) усилие на элементах рабочего оборудования создается гидроцилиндрами и гидродвигателями. Двигатель экскаватора приводит во вращение гидравлический насос, создающий давление рабочей жидкости в напорной магистрали гидросистемы. Через систему гидрораспределителей полости гидроцилиндров (гидродвигателей) соединяются с рабочей или сливной магистралями гидросистемы, что обеспечивает перемещение рабочего оборудования. В нейтральном положении (при запертых полостях гидроцилиндров) положение рабочего оборудования фиксируется. Для транспортировки экскаватора с помощью буксира предусмотрена возможность перевода гидроцилиндра стрелы и гидромотора механизма поворота в нейтральный транспортный ("плавающий") режим.

В настоящее время гидравлические экскаваторы имеют преимущественное распространение.

Прямая лопата - основное рабочее оборудование для разработки (копания) грунта выше уровня стоянки экскаватора. Ковш прямой лопаты закреплен на рукояти. Рукоять в свою очередь шарнирно закреплена на стреле. Стрела шарнирно закреплена на поворотной платформе машины. У гидравлических экскаваторов ковш на рукояти закреплён подвижно - разгрузка ковша обеспечивается его опрокидыванием с помощью гидроцилиндра. У механических экскаваторов положение ковша относительно рукояти в процессе работы не меняется - разгрузка ковша выполняется при открывании его днища. Копают грунт в направлении от экскаватора. Прямая лопата обеспечивает наибольшее усилие копания и наибольшую производительность (за счёт минимального количества операций в одном цикле копания). Применяется для добычи полезных ископаемых и погрузочных работ.

Обратная лопата - основное рабочее оборудование для разработки (копания) грунта ниже уровня стоянки экскаватора. Применяется при копании котлованов, траншей, при планировании откосов и отсыпке насыпей. Может применяться для погрузочных работ. При работе обратной лопатой грунт копают в направлении к экскаватору. Гидравлические экскаваторы с обратной лопатой могут разрабатывать грунт и выше уровня своей стоянки, правда с меньшей эффективностью чем прямая лопата.

Экскаваторы с ротатором ковша. Ряд моделей экскаваторов, например UDS-114 (производства Чехословакии), оснащается устройством переворота ковша (ротатором), позволяющим оперативно переходить из режима прямой лопаты в режим обратной лопаты.

Разновидность обратной лопаты, предназначенной для планирования откосов в дорожном, мелиоративном и ландшафтном строительстве. Планировщик откосов обеспечивает перемещение режущей кромки ковша относительно грунта по прямой, направленной под заданным углом к горизонту. Для этого на гидравлический экскаватор устанавливается система автоматизированная управления (гидравлическая или электронная), обеспечивающая согласованное движение стрелы, рукояти и ковша. В качестве планировщика откосов нашли применение экскаваторы с телескопической стрелой.

Драглайн - рабочее оборудование с ковшом, гибко подвешенным на канатах. Применяется для разработки грунта ниже уровня стоянки экскаватора. Грунт копают в направлении к экскаватору. Применяется при разработке котлованов, отсыпки насыпей, добычи полезных ископаемых, дноуглубительных работ на водоёмах.

Цепные траншейные экскаваторы выпускаются на базе пневмоколесных и гусеничных тракторов и оснащаются одноцепным (ЭТЦ-1609) и двухцепным (ЭТЦ-252М) скребковыми рабочими органами для разработки не мерзлых грунтов.

.3 Устройство и принцип действия цепного траншейного экскаватора

Рисунок. 1. - Схема действия цепного траншейного экскаватора.

Агрегат траншейный АТ-00.00.000 и АТМ предназначен для прорезки щелей с шириной 140, 280, 400 мм в грунтах с крепостью f<3ед. по шкале твердости проф. Протодъяконова; для разрыхления мерзлых и твердых грунтов при проведении различных земляных работ; прорезки траншей для укладки линий связи и электросиловых кабелей, трубопроводов и прочих коммуникаций; работ по резке известняков и песчаников; при подготовке строительных площадок.

Агрегат траншейный АТ 00.00.000 с шириной прорезаемой щели H=140мм;

Агрегат траншейный АТ 00.00.000-01 с шириной прорезаемой щели H=280мм;

Агрегат траншейный АТМ с шириной прорезаемой щели H=280 мм;

Агрегат траншейный АТМ с шириной прорезаемой щели H=400 мм; [2].

2. Обзор зарубежных и отечественных аналогов

.1 ФГУП "Дмитровский экскаваторный завод"

Экскаватор ЭТЦ-1609 (рис. 2) на базе колесного трактора МТЗ-82.1 предназначен для рытья траншей прямоугольного профиля глубиной до 1,6 м и шириной 0,2-0,4 м в однородных без каменистых включений грунтах I-III категорий под укладку кабелей различного назначения и трубопроводов малых диаметров. Наиболее эффективно экскаватор используется при выполнении рассредоточенных земляных работ небольшого объема на предварительно спланированных площадках. Экскаватор оснащен поворотным гидроуправляемым бульдозерным отвалом 11 для несложных планировочных работ и засыпки траншей после укладки в них коммуникаций. На экскаватор может быть навешено сменное буровое оборудование (вместо основного рабочего) для нарезания щелей шириной 0,14 м и глубиной до 1,3 м в мерзлых грунтах.