Одноковшовые экскаваторы с механическим гибким приводом.
В соответствии с назначением экскаватора различают по следующим группам:
1. Экскаваторы-краны для строительных и строительно-карьерных работ:
· малой мощности с емкостью ковша 0,1÷1,75 м3;
· средней мощности - 2÷4 м3;
· большой мощности – 4,5÷6 м3;
2. экскаваторы карьерные (средней и большой мощности с емкостью ковша 2÷20 м3) предназначены для разработки крепких пород с погрузкой в транспорт;
3. Вскрышные экскаваторы – лопаты большой мощности с емкостью ковша 6÷15 м3, предназначенные для разработки крепких породой с погрузкой в отвал;
4. Шагающие драглайны (средней и большой мощности, с емкостью ковша 4÷100 м3),которые используются для открытых горных пород и крупных гидротехнических сооружений с погрузкой в отвал;
5. Туннельные и шахтные лопаты и погрузчики с укороченным оборудованием (с емкостью ковша 0,5÷1 м3);
6. Башенные экскаваторы ( с емкостью ковша 0,5÷10 м3), для разработки выемок и карьеров;
7. Плавающие неполноповоротные лопаты (с емкость ковша 0,25÷20 м3), грейферные экскаваторы на понтонах;
Структура индексов одноковшовых экскаваторов представлена на рис.15.
Рис.15.
Строительные экскаваторы малой мощности наиболее универсальны, в зависимости от вида выполняемых работ могут иметь следующие оборудование (Рис.16):
· Ковш – прямая лопата (обычно основную) для копания грунта выше уровня стоянки экскаватора (Рис.16, а);
· Ковш – обратную лопату для копания грунта ниже уровня экскаватора (Рис.16, б);
· Ковш – драглайн для обработки выемок и создания насыпей (Рис.16, в);
· Грейфер - для погрузочных работ, рытья котлованов (Рис.16, д);
· Крановое оборудование (Рис.16, г);
· Капер – для забивки свай (Рис.16, з);
· Корчеватель (Рис.16, ж);
· Струг (Рис.16, е);
Рис.16.
Для этих экскаваторов применяют и другие виды оборудования:
· Трамбовки;
· Ломы;
· Оборудования для бурения и другие;
Экскаваторы со стационарным оборудованием прямой или обратной лопатами целесообразно использовать для выемок.
Экскаваторы, оборудованные драглайном применяют в основном для сооружения насыпей и выемок по бестранспортной схеме работы в отвел во всех грунтах.
Экскаваторы, оборудованные грейфером используются для разработки глубоких котлов с отвесными стенками, особенно при наличии грунтовых вод, работе под водой в любых грунтах.
Экскаваторы имеющие 2-3 вида смешенного оборудования (чаще всего прямая лопата, драглайн и кран) называется полууниверсальными.
Процесс работы экскаватора оборудованного прямой лопатой показан на рис. 17.
Рис.17.
Рукоять с ковшом 7 опускается к подошве забоя( полоджение1), затем перемещением рукояти осуществляют внедрение ковша в грунт, одновременно ковш поднимают подъемным катом 4. При этом рукоять вращается вокруг оси напорного вала, таким образом толщину стружки С выбирают таким образом, что бы при выходе ковша из забоя он был наполнен с «шапкой» ( положение 3). После наполнения ковша производят втягивание рукояти с ковшом, одновременно поворачивая платформу и выдвигают рукоять для установки над местом разгрузки. Стрела шарнирно соединена с поворотной платформой. Во время работы положение стрелы не изменяется. Поднимаю и опускают стрелу перед началом работы с помощью стрелоподъемного механизма и полиспастного устройства, канат полиспастного устройства стрелового каната проходит через блоки закрепленная на конце стрелы и на двуногу стойки. Ковш вместе с рукоятью независимо от подъема стрелы поднимается с подошью главной лебедки от барабана, которой канат проходит через блоки закрепленные на конце стрелы и на ковше. Этот канат называется подъемным.
Ковши могут быть:
· Глухими;
· С открывающимся днищем;
В последнем случаи экскаваторы имеют механизм, который позволяет открывать днище ковша при его разгрузке. Этот механизм состоит из лебедки, канат и рычажной системы на рукояти ковша.
Цикл работы экскаватора с любым оборудованием скостит из следующих операций:
1. Рабочего хода – наполнение ковша грунтом с помощью подъемного и напорного или тягового механизма, перемещение ковша к месту выгрузки грунта.
2. Холостого хода – перемещение пустого ковша от места выгрузки грунта обратно к месту капания.
3. Перемещение экскаватора на новую позицию.
Экскаваторы с гидравлическим приводом.
Схема одноковшового экскаватора оборудована прямой лопатой с гидроприводом (Рис.18).
Рис.18.
На конце стрелы 1 иметься ось на которую навешена рукоять 3, к рукояти жестко прикреплен ковш 4. Подъем и опускание стрелы осуществляется гидроцилиндром 5,а поворот рукояти вокруг оси гидроцилиндром 6. Днище ковша открывается и закрывается гидроцилиндром 7. Процесс работы осуществляется следующим образом: втягивая шток гидроцилиндром 5 (рис.18,а) поворачивают стрелу по касательной стрелке одновременно втягивая шток гидроцилиндра 6, опускают рукоять так что бы ковш занял положение 1 для капания, заглубления ковша и регулирования величины стружки производят подъемом или опускание стрелы с помощью гидроцилиндра 5. Выдвижением штока гидроцилиндром 6 поворачивают рукоять и наполняют ковш (положение 2). После наполнения ковша поднимают стрелу и выводят его из забоя. Для подъема ковша на большую высоту, кроме подъема стрелы поворачивают еще рукоять для разгрузки ковша открывающий гидроцилиндр 7 его днища.
Ряд экскаваторов с гидроприводом выпускаются с ковшами, которые закреплены на рукояти таким образом, что ковши могут поворачиваться (Рис.16,б). Поворот ковша осуществляется гидроцилиндром 8.
Экскаватор с обратной лопатой так же преимущественно оборудуется гидроприводом. Во время работы такого экскаватора ковш движется с низу в верх не от себя (как в прямой лопате), а на себя с верху в низ (Рис.16,б).
Экскаваторы оборудованные драглайном.
Драглайн служит для разработки грунта на больших глубинах и при большом радиусе действия применяют экскаваторы оборудованные драглайном. В отличии о прямой и обратной лопат, ковш драглайна не укрепляется жестко на рабочее оборудовании, а подвешивается на двух канатах: подъемном и тяговом при помощи блоков, цепей подвески и разгружающего катана (рис. 19).
Рис.19.
Радиус действия увеличивается из-за отсутствия жесткой связи ковша со стрелой уменьшающей нагрузки стрелы. Это позволяет установить на экскаваторе стрелу (обычно решетчатую) в 2-2,5 раза длиннее, чем при оборудовании лопат ковш драглайна для копания и для разгрузки может выбрасываться в перед на несколько метров. Перед началом работы ковш находится в положении 1 (рис. 19). В это время лебедка тягового каната расторможена и ковш висит на подъемном канате режущей кромкой вниз, оттормаживая лебедку подъема опускают ковш и он врезается в грунт (положение 2). При включении тяговой лебедки ковш ложится на грунт и начинает перемещаться разрушаю грунт и заполняясь им (положение 3), после наполнения ковша включат лебедку подъема, подъемный катан втягиваясь натягивает разгрузочный канат и ковш отделяется от грунта приподнятой передней частью. Во время перемещения ковша к месту разгрузки его передняя часть остается приподнятой, что бы грунт не высыпался, когда ковш достигает места разгрузки растормаживает лебедку тягового каната и ослабляют тяговой и разгружающий канаты в результате чего ковш поворачивается зубьями вниз и разгружается (положение 4). На рис. 20 показан экскаватор оборудованный грейфером.
Рис.20.
Производительность экскаваторов.
Производительность экскаваторов зависит от продолжительности цикла tц и объема грунта, который ковш разгружает, нагружает и переносит за один цикл. Этот объем зависит от емкости ковша q и степени наполнения, характеристикой коэффициента наполнение Кн. Коэффициент наполнения в свою очередь зависит от контракции экскаватора, условий работы, опыта машиниста, при определение производительности учитываться и степень разрыхления грунта Кр – коэффициент разрыхления. Техническая производительность учитывается в плотном теле: за час чистой работы она определяться следующей зависимостью:
Пт=3600qКн/tцКр , м3/час (20)
Производительность цикла:
tц= tк+ tп+ tВ+ tп.з., где
tк – продолжительность капания;
tп – продолжительность поворота на выгрузку;
tв – продолжительность выгрузки;
tп.з. – продолжительность поворота в забой;
Эксплуатационная производительность
Эксплуатационная производительность определяется с учетом квалификации машиниста и легкости управления.
Кц = 0,88-0,96 потерь времени на передвижки (2-8%). Технические осмотры ожидание транспортировки и тп.
В среднем все потер можно учесть коэффициент использования времени смены. Фактически при работе в транспорте от 0,7-0,75. При работе в отвал Ксм от 0,8-0,93.
Кэксп=Ксм*Пт (21);
При определение выработки за более длительные переходы учитывается сменность, а так же потери времени на переходы на новое место работы и на ремонты.
Многоковшовые экскаваторы.
По типу рабочего органа они подразделяются на:
· Роторные;
· Цепные;
Принципиальные особенности этих машин заключается в непрерывном действии. Эти машины менее универсальны, чем одноковшовые экскаваторы, из-за чего их применяют для выполнения однотипных работ большого объема (капание траншей и карьерные работы).
Многоковшовые экскаваторы классифицируются по характеру движения рабочего органа:
1. На экскаваторы продольного капания (цепные и роторные) у которых направление перемещения машины и направление рабочего движения одинаковы.
2. Экскаваторы поперечного капания (перемещение машины перпендикулярно рабочему движению.)
3. Экскаваторы карьерные роторные (рабочим орган, кроме вращения вокруг своей оси поворачиваются относительно оси машины.
Цепные траншеекопатели.
Они могут разрабатывать транце большей глубины, чем роторные и при равной глубине капания имеют меньшую массу. Поэтому их применяют чаще, не смотря на то что их производительность ниже, чем у одинаковых с ними по массе роторов.
Малые модели цепных траншеекопателей часто изготавливают в виде навесного оборудования тракторам и тягачам.
Рабочее оборудование состоит их ковшовой рамы, в которой движется бесконечная цепь с укрепленной на ней ковшами (Рис.21).
Рис.21.
Поднимается и опускаться рама при помощи цепного или канатного привода. Ковшовая цепь приводиться в движение при одномоторном приводе через редуктор, и цепную передачу от двигателя. Рабочий орган траншее капателя представляет собой широкий и короткий ковш. Разгрузка ковша при огибании верхней звездочки ковшовой цепи производиться принудительно. Для этого на ковшовой раме устанавливают подпружинные скрепки, вычищающие ковш при огибании звездочки. При работе ковшовая цепь приводить в движение и рабочий орган постепенно опускаеться. Ковши постепенно опускаются в грунт, после чего включаеться ходовой механизм и капание траншеи осуществляеться рабочим перемещением машины. Грунт с ковшом падает на конвейер, который переносит к месту разгрузки. Основными параметрами экскаватора явялются скорость движения ковшей (капания) и перемещения машины.
Роторные траншеекопатели.
Роторные отличаются от цепных более высоким КПД, производительностью и меьшей глубиной траншеи, которые они в состоянии разрабатывать. По скольку глубина траншеи ( наибольшая) у них не превышает 0,6 диамтра ротера, то уже при глубине траншеи, приблизительно 3,5 м, необходим ротор диаметром равный 6 м. РОтер таких размеров затрудняет траспортировку, поэтому роторные раншее капатели редко применяются для траншей глубже 2,5 м. В качестве базовой машины для них используют трактора или тягочи, обывчно на гусеничном ходу (Рис.22).
Рис.22.
Рабочие оборудование состоит из 1,5 несущего ковшей ( 10-16 ковшей). РОтер представляет собой обод котящийся по роликам четырех угольнйо рамы, которая приводиться во вращение шестреней механизма привода, установленного на раме и сцеплеться с свинцовой шестерней обода.
Ротор поднимаеться с помощью цепных и канатных устройств. Процес работы происхоит следующим образом, ротер приводитсья в движение и посепенно опускаеться до заглубления на заданную глубину капания, после этого включаеться ходовой механизм и машины перемещаются в доль разрабатываемой траншеи. Грунт из траншеи высыпаеться на леточный конвейер и подаеться на бров забоем. Скорость ковшей колеблиться от 1,5-2,5 м/с, скосроть перемещения машины (рабочий ход) составляе от 20-600 м/ч.
Цепные экскаваторы поперечного капания.
Широко применяются на карьерах не рудных материалов, как для вскрышных работ, так и для добычи глины, гарвия, песка. Эти машины делять на экскаваторы нижнего и верхнего капания. Экскаваторы нижнего капания разрабатывают забой рассполоденный ниже уровня установки машины, а верхнего капания выше уровня.
Различают два вида капания: параллельное и радиальное (веерное).
Роторные карьерные экскаваторы (Рис.23).
Эти экскаваторы устанавливаются на гусеничном хожу и имеют диаметр ротерного колеса от 1,6 до 16,5 м и емскость ковшей от 16 до 4000 л. Роторные экскаваторы выпускают с выдвигаемой и не выдвигаемой телескопической стрелой. В процессе экскаватор подвозят к забою с …
Ковши ротора врезаются в породу на глубину соответсвующую толщине снимаемой стружки. Затем повротная рама вместе с врающемся ротером поварачиваеться на угол 90-120°. После снятия стружки по всей дуге экскаватора снова перемещают на величину необходимую для получения заданной велечины стружки. При достежении очередным ковшом верхнего полодения грунт из него высыпается на приемный транспортер, а затем на другой траспортер, который подает его в отвал или траспортное средство. Производительность ротерных экскаваторов зависит, как и у дноковшовых от цикла разгрузок – ссыпок происходящий в одну минуту.
Nр=60Vк/Tк =>
П=60*60ПрqкКн3,6ПqqкКн/1000Кр м3/час (22).
Рис.23.
Машины для бурения.
Буровые работы в строительстве осуществляются при помощи буровых машин(станков) и ручных машин. Буровыми машинами производят бурение котлованов диметром до 3 метров, для установки мачт линий электропередач и набивных свай, котлованов диаметров до 0,75 метра, для опускания свай в мерзлый грунт, шпуров в мерзлом грунте и горных породах, а так же при геологоразведочных работах. В зависимости от условий бурения рабочему органу сообщатся различные движения, основные схемы способов бурения представлены на рис. 24.
Рис.24.
Вращательное бурение - когда рабочий орган только вращается, его можно веси 2 способами:
l разрушать всю породу в пробуриваемом отверстии (рис.24, а);
l высверливать кольцевую щель, внутри которой остается столбик породы (керн) (рис.24, б);
Встрой способ менее энергоемок, поскольку не тратиться энергия на разрушение остающиеся внутри инструмента породы. При вращательном бурении требуются большое усилие подачи для внедрения инструмента. Это усилие в значительной степени определяю глубину внедрения инструмента за 1 оборот, а следовательно и производительность. С увеличение горной породы значительно возрастает усилие необходимое для внедрения инструмента, что является одной из основных причин, ограничивающий возможность применения способа вращательного бурения горных пород.
Ударное бурение - (рис. 24, в) при этом способе после каждого удара инструмент поднимают и поворачивают на некоторый угол и таким образом обрабатывают все торцевую поверхность забоя. Рабочий инструмент находиться в контакте с породой (разрушает ее) только часть времени, время на подъем инструмента, его поворот и опускание, когда не происходи разрушение породы составляет более 40% от общего времени, поэтому производительность ударного бурения относительно не высока. Преимуществом ударного бурения является создание больших сил удара, а следовательно и больших удельных давлений да лезвие коронки, хрупкие породы разрушаются легче под действие удара, чем статических нагрузок по этому ударное бурение целесообразно применять именно для этих пород.
Ударно-поворотное бурение - (рис.24, г) при этом способе одновременно с внедрением лезвия под действием удара производится его поворот на некоторый угол (обычно 10-15 градусов), благодаря чему увеличивается поверхность забоя. После удара и поворота инструмента на некоторый угол он приподнимается и цикл повторяется. Производительность эго способа бурения на 50-60% выше, чем при ударном бурении.
Ударно-вращательное бурение - (рис. 24, д,е) осуществляется по средством не прерывного вращения инструмента и периодических ударов по нему, при этом способе одновременно положительные особенности ударного бурения (возможность создания больших удельных нагрузок на режущем лезвии) и вращательного бурения ( непрерывное отделение породы от массива. Производительность в 2-3 раза выше, чем при ударном бурении и в 1,4-1,8 раз выше, чем при вращательном.
Термическое бурение - ( рис 24, ж) заключается в том, что порода разрушается под действием высокой температуры ( 2500-300 градусов Цельсия) и давлением газовой струи ( скорость истечения газов до 2000м/с). Этот способ применяется для бурения пород, которые растрескиваются ,а не правятся.
Для бурения ям под столбовые фундаменты, линии передач в талом и мерзлом грунтах используют мощные бурильные установки на тракторах или автомобилях. Бур приводится во вращение двигателем автомобиля через коробку отбора мощности и карданные валы, внедряется бур в грунт при помощи гидроцилиндра и канатной передачи.