Ковш прямой лопаты

Основным рабочим органом экскаваторов является ковш. К ковшам любых конструкций предъявляются следующие общие требования. Необходима высокая прочность, так как мощность на приводных двигателях имеет значительные перепады, иногда в несколько раз выше номинальной. Конструкция должна быть такой, чтобы требовалось мало времени на смену всего рабочего органа или режущих элементов (зубьев, козырька). Геометрия режущей части должна быть такой, чтобы энергоемкость процесса была минимальной, а геометрия рабочего органа в целом должна обеспечить затраты наименьшего количества энергии для его заполнения. При работе на липких грунтах не должно происходить залипание ковшей.

Ковш прямой лопаты строительного экскаватора выполняется цельнолитым, сварной конструкции или комбинированным. Литые ковшы на 30...35% тяжелее сварных при том же объеме.

Для уменьшения износа переднюю стенку ковша делают из износоустойчивой стали. Эта стенка в передней части имеет козырек, оборудованный зубьями 5 или сплошной режущей кромкой. Ковши с полукруглой режущей кромкой были впервые разработаны проф. Д. И. Федоровым.

Днище 2 ковша для устранения обычно остающегося незаполненным пространства внизу у задней стенки обычно делается изогнутым. Передняя стенка сзади имеет прилив с отверстием для засова днища. Засов 1 при опускании ковша на грунт ударяется скошенным концом о прилив, отодвигается и, оказавшись против отверстия в приливе, запирает ковш. Открывается засов рычажным механизмом и цепью 3. В ковшах большой вместимости цепь заменяется канатом, который наматывается на барабан электропривода управления запорным механизмом.

Днище открывается под действием силы собственного веса днища и грунта. На передней стенке устанавливаются в зависимости от типоразмера ковша 4-8 зубьев, обычно со сменными наконечниками. Средние зубья выступают вверх и вперед, что позволяет уменьшить сопротивление копанию. Задняя стенка ковша, как правило, литая, имеет проушины 4 для шарнирного крепления к ней рукояти и двух ее тяг, служащих для изменения угла в пределах 100-125°, образуемого передней стенкой с рукоятью, и для подвески коромысла или блока подъемных канатов. При вместимости ковша до 2 м³ применяется главным образом непосредственно подвеска блока за середину задней стенки. Подвеска блока на заднюю стенку (без коромысла) ухудшает устойчивость хода ковша в неоднородных грунтах. Устойчивость ковша и высота его подъема зависят от конструкции рукояти и стрелы.

При рукояти, находящейся внутри двухбалочной стрелы, блок ковша часто поворачивается поперек ковша. А так как блоки двухбалочной стрелы обычно установлены снаружи стрелы, то высота подъема ковша увеличивается, так как рукоять входит при этом между блоками стрелы. Ширина шарнира обоймы должна быть не менее 0,4-0,5 ширины задней стенки. Для обеспечения разгрузки ковши выполняются расширяющимися книзу по передним, задним, а иногда и по боковым стенкам под углом 5-6°.

Основным параметром, характеризующим ковш, является его вместимость q, которая зависит от ширины Вк, длины Lк и высоты Нк. Все эти величины выбирают с таким расчетом, чтобы при работе ковшей достигалась наименьшая энергоемкость и наибольшая производительность, в частности, чтобы время заполнения ковша было минимальным.

На процесс копания значительное влияние оказывает форма режущей кромки ковша. Наиболее распространенные профили зубьев ковшей показаны на рис. 3.10. Но эти зубья после 2-3 ч работы) затупляются, так как на углах зубьев возникают очень большие усилия. Равномернее изнашиваются зубья с профилем в виде лопатки; их рекомендуется применять для разработки связных крепких грунтов. Зубья трапециевидного и коптевидного профиля целесообразно применять для разработки крепких и скальных грунтов, а в виде лопатки — для крепких и вязких.

Затупление зубьев и режущей кромки вызывает значительное увеличение сопротивления и уже после износа на 1,5-3 см от режущего лезвия касательная сила копания увеличивается в 1,5-2 раза, а нормальная сила — до 8 раз. Для снижения сопротивления копанию, а также расхода высококачественной стали, затрат времени на смену зубьев на них надевают сменные наконечники (рис. 3.11). Наконечник надевают на основной корпус зуба и закрепляют с помощью кольца. Для стопорения кольца служат сухарь и резиновая манжета. Уменьшение износа козырьков достигается наплавкой их твердыми сплавами.

Профили режущей кромки ковшей выбирают в соответствии с характеристиками грунтов, для разработки которых они предназначены. Например, у ковшей с прямоугольным периметром и зубьями для лучшего внедрения в подорванную скальную породу делают передний угол резания b = 40... 50°, а для разработки грунтов III и IV категорий — b = 35... 40°.

На рис. 3.12 показаны основные формы режущих кромок. В ковшах с зубьями раньше применялись формы, показанные на рис. 3.12, а, б, в, е, ж. Более рациональной являются формы, приведенные на рис. 3.12, б, где режущая кромка закруглена на краях, благодаря чему уменьшается сопротивление внедрению в грунт.

По предложению проф. Ю. А. Ветрова, для снижения усилия внедрения начали применять (пока ограниченно) ковши с одним зубом, у которых режущая кромка выпуклая, вытянута вперед и наклонена к дну ковша под углом 12-15°, с плавным переходом к зубу (рис. 3.12, к). В этом случае зуб осуществляет частично блокированное резание, прорезает канавку, после чего кромка вырезает грунт как бы в условиях свободного резания. Недостаток этой конструкции заключается в том, что при затуплении необходимо затачивать всю переднюю кромку, для чего необходимо снимать зуб. Кроме того, для заточки по фасонному профилю требуется сложное приспособление. При работе с такими ковшами нельзя получить ровной поверхности, которая обычно необходима при планировке забоя. Для роторных экскаваторов проф. Ю. А. Ветров предложил ковш с двумя зубьями (рис. 3.12, г, з).

Для очень мягких грунтов применяют ковши без зубьев (рис. 3.12, и). При разработке таким ковшом значительно снижается сопротивление копанию (в 1,3 ... 1,5 раза для ковшей драглайнов). Для работы в неоднородных каменистых, а особенно взорванных стальных грунтах зубья предохраняют ковш от смещения вбок, поэтому при разработке взорванной скалы внедрить ковш без зубьев затруднительно. На профиле, показанном на рис. 3.12, д, вместо зубьев имеются выступы, которые врезаются в грунт раньше, чем остальная часть кромки, поэтому резание будет происходить в условиях, аналогичных условиям работы по рис. 3.12, з.

При наличии зубьев на ковше усилие, которое создает во время работы механизм напора, передается грунту вначале только одними зубьями. Поскольку общая ширина зубьев значительно меньше периметра режущей кромки ковша, усилие напора, приходящееся на единицу ширины зуба, будет всегда больше, чем на единицу длины режущей кромки. Это является положительным качеством применения зубьев. Однако при горизонтальных и слабонаклонных траекториях зубья взламывают поверхность грунта, что ухудшает процесс его поступления в ковш. В малосвязных грунтах зубья всегда увеличивают сопротивление копанию.

Длину зубьев выбирают так, чтобы грунт не высыпался между передней кромкой ковша и забоем.

"Строительные машины" 1985 г.