Материал: Роторный траншейный экскаватор ЭТР 253

Ковши выполнены в виде арки с цепными днищами, обеспечивающими хорошую разгрузку грунта на транспортер. На ковшах приварены карманы, в которые вставляются зубья. Ковши оснащены сменными зубьями, упрочненными по передней грани твердым сплавом.

При рабочем ходе тягач может передвигаться как вперед, так и назад, в зависимости от направления вращения гидравлического мотора. Таким образом, в редукторе хода производится переключение движения с рабочего хода на транспортный и обратно, а также реверсирование транспортного хода.

Рабочий орган состоит из верхней и нижней рам. На верхней раме установлены редуктор привода ротора, вал привода ротора, редуктор вала привода ротора, ротор, поддерживающие ролики, транспортер и задняя опора. На нижней раме установлены направляющие ролики и электродвигатель (в ЭТР 253 используется электродвигатель АО101-4М мощностью 125 кВт), вращающий ротор и соединенный с редуктором привода ротора посредством цепной муфты.

В качестве редуктора привода ротора применен редуктор заднего моста автомобиля МАЗ-205. Для снижения частоты вращение, развиваемой электродвигателем, используются конические и цилиндрические зубчатые пары, имеющиеся непосредственно в редукторе привода ротора, а также цилиндрический редуктор механизма, приводящего в движение ротор. Цилиндрический редуктор установлен на валу привода ротора, и представляет собой шестерни (расположенные на концах полувалов редуктора привода ротора), находящиеся в зацеплении с зубчатыми рейками, прикрепленными к обоим кольцам ротора с наружной стороны.

.4 Назначение и принципиальная схема рабочего органа

Рабочий орган выполняет основную функцию ЭТР - рытье траншеи, включая отделение грунта от массива (разрушение грунта), формирование стенок траншеи, зачистку ее дна и вынос грунта на поверхность к отвальному устройству, а также отсыпку грунта в бруствер. В процессе экскавации грунта происходит его попутное разрыхление.

Однако полученные фракции могут не удовлетворять условиям неповреждаемости изоляционного слоя трубопровода при обратной засыпке, особенно при разработке мерзлых грунтов. Поэтому перед засыпкой грунт требуется разрыхлить другими механизмами.

Основными элементами рабочего органа являются (см. чертеж 1): роторное колесо (ротор) 21 с ковшами 13 и зубьями, откосники 20, зачистной или подборный щит 12, рама 10 с задней опорой 11, поддерживающие 9 и направляющие 19 ролики роторного колеса.

Рама является остовом рабочего органа. В передней части она соединена с тягачом шарниром, обеспечивающим поворот рабочего органа относительно тягача в вертикальной плоскости, а у тяжелых машин, кроме того, и в горизонтальной плоскости. Подъемом или опусканием шарнира регулируют глубину траншеи. У большинства ЭТР этот шарнир может перемещаться по направляющим рамы с помощью гидравлических цилиндров. У экскаватора ЭТР 253 этот шарнир перемещается в вертикальном направлении с помощью рычажной системы. В задней части рама опирается на колесо или лыжу.

При наличии задней опоры рабочий орган относят к классу полуприцепных (как у рассматриваемого ЭТР 253).

Ротор, т.е. рабочее колесо, представляет собой два кольца из листовой стали, соединенных между собой поперечинами и ковшами. К кольцам заклепками прикреплены зубчатые рейки, отлитые из высокомарганцевой стали. Внутренние кромки реек образуют беговую дорожку. Как уже отмечалось, вместе с полувалами редуктора привода ротора вращаются шестерни цилиндрического редуктора. Зубья этих шестерен вступают в сцепление с зубьями реек, которые начинают вращаться, а вместе с ними приводится в движение и ротор. Последний своими беговыми дорожками катиться по поддерживающим роликам и ступицам шестерен.

Несоответствие в зацеплении шестерни правого и левого полувалов с рейками, приклепанными к правому и левом кольцам ротора, исправляется тем, что вал привода ротора состоит из двух полувалов, не соединенных между собой, и кроме того, тем, что в конструкции редуктора привода ротора имеется дифференциальный механизм.

Ротор подвешен на верхней раме рабочего органа на четырех поддерживающих роликах, установленных на двух осях. Правильность установки ротора регулируется четырьмя направляющими роликами. Направляющие ролики установлены на двух осях, закрепленных на нижней раме рабочего органа. Поддерживающие ролики, ступицы шестерен и направляющие ролики воспринимают нагрузки, которые возникают при разработке грунта и действуют на роторное колесо. Для повышения износоустойчивости поддерживающие и направляющие ролики изготовлены сборными - ступица из обычной стали, а наружный бандаж - из легированной стали.

Ковши выполнены в виде арки с цепными днищами, обеспечивающими хорошую разгрузку грунта на транспортер. На ковшах приварены карманы, в которые вставляются зубья. Ковши оснащены сменными зубьями, упрочненными по передней грани твердым сплавом.

Ковш представляет собой емкость, открытую с двух сторон: с передней - для наполнения, с внутренней - для разгрузки. Чтобы грунт не высыпался из ковшей в процессе их перемещения вместе с ротором снизу вверх, на участке наполнения ковшей установлен ограничивающий щит 22 цилиндрической формы. Последний жестко соединен с рамой и выполняет роль внутренних стенок ковшей.

На роторе установлены две группы ковшей по семь штук в каждой. (Группой ковшей называют совокупность последовательно расположенных на роторном колесе ковшей, режущие кромки зубьев которых, не накладываясь друг на друга, перекрывают всю траншею по ширине с постоянным интервалом между смежными рядами. Ряд - совокупность зубьев, режущие кромки которых расположены в одной продольной вертикальной плоскости роторного колеса.) Порядок расстановки на роторе ковшей и их нумерация показаны рис. 2.1. На каждом ковше группы зубья расставлены также в определенном порядке, который показан на рис. 2.2.

Рис. 2.1. Схема расстановки ковшей на роторе экскаватора ЭТР 253

Рис. 2.2. Схема расстановки зубьев на ковшах экскаватора ЭТР 253

Необходимо следить за тем, чтобы не нарушались расстановки зубьев, что может быть выражено в смещении какого-либо зуба от его расчетного положения или в исключении его из работы. Эти нарушения возникают как в процессе изготовления или ремонта ЭТР, так и во время их эксплуатации, в частности при работе с неполным комплектом зубьев на рабочем органе. Вследствие этих нарушений изменяется схема силового взаимодействия с грунтом, так как в работу частично включается режущая кромка ковша, что нередко приводит к ее повреждениям и быстрому износу, а также снижению производительности ЭТР.

На участке разгрузки грунт свободно высыпается на транспортер через открытую внутреннюю сторону, которая в это время находится в низу ковша, а провисающее внутрь ковша днище из цепей способствует его полному опорожнению.

Грунт разрабатывается в результате сложного движения ротора: вращательного вокруг своей оси и поступательного в направлении движения ЭТР. При этом грунт разрушается только зубьями, расположенными на ковшах таким образом, чтобы исключить внедрение передней кромки ковша в неразрушенный грунт. Это в равной степени относится к зубьям, расположенным как в лобовой части ковша, так и по бокам.

Отвесные боковые стенки траншеи формируются боковыми зубьями, несколько выступающими за габариты ковшей.

Для рытья траншей с наклонными откосами ЭТР оборудуется специальными устройствами - откосниками. В конструкциях ЭТР широкое распространение получили ножевые откосники, имеющие форму пластины с заостренной передней гранью (режущей кромкой).

Откосники устанавливают с каждой стороны ротора и жестко соединяют с рамой рабочего органа. Размеры наклонных откосов определяются развалом откосников в поперечном сечении. В продольном направлении откосники могут быть установлены нижним концом вперед или назад.

Ножевые откосники относятся к типу пассивного рабочего оборудования. Они воздействуют на разрабатываемый грунт давлением режущей кромки, обеспечиваемым за счет тягового усилия тягача. Срезаемый грунт обрушается вниз, захватывается ковшами и выносится на поверхность к отвальному устройству. Конструкция рабочего органа, оборудованного ножевыми откосниками, должна удовлетворять следующим требованиям:

рама рабочего органа должна обеспечивать свободное движение обрушаемого грунта вниз и наполнение им ковшей:

вместимость ковшей должна соответствовать максимальной производительности ЭТР по объему грунта с учетом работы откосников.

Применение ножевых откосников дает сложный ломаный поперечный профиль траншеи: в нижней части ко дну примыкают отвесные участки, а наклонные откосы имеются лишь в верхней части боковых стенок (рис 2.3). После проходки траншеи ротором продольный профиль ее дна получается составленным из отдельных дуг, обращенных выпуклостями вниз. Для придания этому профилю прямолинейной формы за ротором устанавливают зачистной щит, который срезает гребни дна траншеи и зачищает осыпавшийся грунт из ковшей, возвращающихся в забой после разгрузки. Перед зачистным щитом образуется так называемая призма волочения, грунт из которой захватывается ковшами вращающегося ротора.

Рис. 2.3. Поперечное сечение траншеи с откосами в верхней части.

Чтобы обеспечить нормальные условия заглубления ротора, а также необходимый дорожный просвет (клиренс) при транспортировании ЭТР с опиранием на грунт при помощи задней опоры, зачистной щит выполняют подъемным

.5 Взаимодействие зубьев с грунтом

Роторное колесо воздействует на грунт с помощью зубьев, геометрические размеры которых и физико-механические характеристики их материалов определяются из условий обеспечения нормальной работы роторного колеса при минимальных затратах энергии на разрыхление грунта, а также требованиями достаточной прочности и износостойкости.

Рис. 2.4. Геометрические параметры острого зуба:

а - при положительном заднем угле;

б - при отрицательном заднем угле.

- зуб; 2 - ковш; 3 - карман;

m - передняя грань; n - задняя грань;

 - угол резания;  - задний угол;

 - угол заострения.

Принятые для ЭТР значения углов резания  являются результатом обобщения исследований, проведенных на землеройных машинах в различных грунтовых условиях, и находятся в пределах . Задний угол  может быть как положительным (рис. 2.4, а), так и отрицательным (рис. 2.4, б).

В первом случае задняя грань не участвует в работе, во втором случае она уплотняет грунт. При этом зуб преодолевает силы сопротивления грунта уплотнению, а также силы трения по задней грани. Энергоемкость процесса копания грунта и интенсивность изнашивания зуба при отрицательном угле  выше, чем при его положительном значении. Исходя из этих соображений, при проектировании ЭТР стремятся обеспечить условия, при которых задняя грань не участвует в процессе копания.

Из всех перечисленных геометрических параметров зуба постоянными в процессе работы остаются только его длина  и угол заострения  (без учета износа зубьев). Все остальные параметры изменяются в зависимости от направления движения зуба.

Траекторию движение какой-либо точки режущей кромки зуба при постоянной скорости поступательного движение ЭТР можно представить в виде окружности, каждая из точек которой смещена в направлении движения экскаватора на расстояние, пропорциональное длине дуги окружности от некоторого исходного (например, нижнего) до текущего положения точки. Такая траектория, называемая трохоидой, образуется вследствие сложного движения режущей кромки: вращательного относительно центра роторного колеса и поступательного вместе с последним в направлении движение ЭТР.

Направление движения режущей кромки зуба в каждый момент времени совпадает с направлением касательной к ее траектории. Направление этой касательной и касательной к окружности роторного колеса, определенной по режущим кромкам зубьев, совпадает лишь нижнем положении режущей кромки (точка М0, рис. 2.5).

Рис. 2.5. Схема к определению кинематических параметров движения режущей кромки зуба.

При дальнейшем ее движении указанные касательные образуют между собой угол , увеличивающийся по мере роста угла поворота  режущей кромки от исходного (нижнего) положения. Если зуб установить так, чтобы в этом положении его угол резания был равен , то в точке М этот угол уменьшится на величину . Таким же образом будут уменьшаться задний угол  и вылет . В конструкциях современных ЭТР (например ЭТР 253) угол  достигает .

В основе механизма разработки грунта режущим клином лежит понятие пространственности процесса разрушения. Перемещаясь в массиве грунта, клин уплотняет его своей передней гранью, создавая в грунте напряженное состояние. При достижении предельного напряжения происходит сдвиг отдельных элементов грунта (стружки) и отделение его от забоя. Форма стружки зависит от физико-механических свойств грунта, его состояния и угла резания. При работе ЭТР чаще всего получается элементная стружка, процесс образования которой можно представить схемой, показанной на рис. 2.6. В пластичных (глинистых) грунтах наблюдается также сливная стружка, не разделенная на отдельные элементы.

Рис. 2.6. Схема образования элементной стружки: 1 - режущий клин; 2 - элемент стружки.

Рис. 2.7. Поперечное сечение прорези (в грунте), разрушенной режущим клином.

Поперечное сечение прорези в результате проходки режущего клина имеет сложную форму (рис. 2.7), обусловленную следующими процессами, протекающими в грунте. Перемещаясь, клин разрезает грунт по поверхности CD и уплотняет его с одновременным образованием боковых прорезей BC и DE. При достижении частицами основания уровня BE в окрестностях точек В и Е касательные напряжения достигают предельных значений, в результате чего происходит сдвиг грунта по поверхностям АВ и ЕF.

На основании опытных данных было установлено, что в средней части прорези удельное сопротивление грунта в 2-4 раза больше, чем в ее боковых частях. Это указывает на то, что режущему инструменту следует придавать форму, при которой области лобовых сопротивлений были бы наименьшими. При этом можно добиться снижения энергоемкости процесса разрушения грунта за счет уменьшения ширины прорези b и увеличения толщины стружки h (см. рис. 2.7).