Рабочее оборудование

Обратная лопата. Обратная лопата является одним из основных видов рабочего оборудования гидравлических экскаваторов. Так, применение обратной лопаты увеличило диапазон работы по вертикали гидравлического экскаватора более чем в два раза.

Длины рычагов и место их крепления подбирают так, чтобы обеспечить максимальный угол поворота ковша 175 . . . 180°. Ход рычагов, размеры и производительность гидроцилиндров увязываются с длительностью элементов цикла. Количество сменных рукоятей у очень малых типоразмеров экскаваторов массой до 27 т составляет 4 ... 8; на малых, средних и крупных массой 30 . . . . . . 200 т — 3 ... 4. Количество ковшей обратных лопат на малых типоразмерах экскаваторов до массы 30 т и вместимости ковша 1,5 .. . 1,6 м³ достигает 4 ... 5.

Кроме этих ковшей применяются ковши для погрузочных работ нормальной и увеличенной вместимости, различной ширины. Ковши, имеющие большую ширину, снабжаются усиливающими поясами по верхней кромке. Спереди роль ее выполняет козырек, который у ковшей, предназначенных для работы в скале, часто выполняется литым с пазами для вставных зубьев-наконечников. Усилению подвергаются и места крепления рукояти и ее рычагов к ковшу. Литые козырьки обычно имеют глубокие пазы для зубьев. Скальные ковши имеют более высокий козырек, а его средняя часть выступает вверх, чтобы уменьшить вероятность внецентренной нагрузки на крайние зубья. Ковши, предназначенные для траншейных работ, снабжаются боковыми резцами-уширителями (рис. 4.15) или боковыми зубьями-резцами. Широко распространены различные быстросъемные зубья и наконечники (рис. 4.15, г) для разных условий. Универсальные ковши обычно снабжаются зубьями, основания которых охватывают переднюю стенку и часто также снабжаются сменными наконечниками.

Ковши обратных лопат обычно выполняются несколько сужающимися к задней стенке и вниз под углом 4 ... 5° (рис. 4.15, д). Широкие ковши снабжаются одним, а при большой ширине (более 1,5 м) двумя внутренними усиливающими продольными ребрами. Число зубьев зависит от ширины ковша: 3 ... 4 — у самых малых типоразмеров обратных лопат; 5 ... 6 — у остальных. Для очень широких ковшей их число увеличивается до 9 ... 10, а у очень узких уменьшается до двух, при ширине менее 260 мм — даже до одного.

Ширина ковшей колеблется от 230 мм — для очень узких траншей, до 0,8 .. . 1,5 м — для широких, а для планировки откосов — до 2,5 .. . 4,0 м. Для разработки канав у экскаваторов малой мощности применяются трапецеидальные ковши с шириной по дну 300 . . . 500 мм, глубиной 500 . . . 600 мм с двумя или тремя зубьями на дне. Ширина трапецеидальных ковшей поверху доходит до 5 м. Для погрузочных работ применяются более легкие и плоские ковши, для планировки — широкие. Масса ковшей обратных лопат составляет: для универсальных ковшей — 0,95 ... 1,2 т на 1 м³, а для скальных— 1,4 .. . 1,7 т.

Рукоять обратной лопаты выполняют чаще коробчатого сечения, причем ширину ее выбирают несколько больше высоты с учетом высоких ускорений при повороте. По направлению к шарниру стрелы рукоять и высота ее балки увеличиваются. По условиям конструкции и расположению цилиндра поворота ковша встречаются балки рукояти, частично открытые снизу, редко из двух вертикальных балок. Положение шарнира для стрелы выбирают с учетом применения унификации цилиндров, которые иногда принимают одинаковыми для всех трех механизмов одной машины. Обычно используют 3 ... 5 разных цилиндров. Для больших типоразмеров экскаваторов применяют сдвоенные цилиндры. У моделей очень малой мощности высота поперечного сечения балок рукояти у ковша составляет 0,08 . . . 0,09 от длины рукояти LР, модели малой мощности— (0,09 . . . 0,1) LР, для средней и большой мощности— (0,1 ... 0,12) 1р. Высота балок рукояти у стрелы у всех моделей больше, чем у ковша, в 1,6 ... 1,8 раза. Ширина балок рукояти машин большой мощности обычно больше высоты в 1,2 . . . 1,5 раза. У длинных рукоятей высота балок увеличивается на 20 . . . ...30%. В большинстве случаев рукоять крепится между боковыми стенками коробчатой балки стрелы, причем в конце ее снизу чаще закрепляется шток цилиндра поворота рукояти, а сверху обычно — цилиндр поворота ковша.

Количество рукоятей обратных лопат колеблется от двух (у самых больших типоразмеров) до девяти, достигая максимума у типоразмеров массой 16 . . . 30 т. В их составе обычно 3 ... 4 рукояти разной длины, включая длинные рукояти для подводного черпания и для мелиоративных работ.

В последние годы начали применять телескопические рукояти, увеличивающие маневренность и обеспечивающие удобство при транспортировке. Масса стандартной рукояти обратных лопат с цилиндром ковша в зависимости от массы рабочего оборудования экскаватора составляет 26 . . . 34% массы рабочего оборудования экскаватора. Масса цилиндра составляет примерно 10% от массы короткой рукояти.

Стрела обратной лопаты всех конструкций выполняется моноблочной и сочлененной, она должна быть укреплена на платформе в проушинах шарнира так, чтобы иметь возможность опускаться ниже горизонта на угол до 30°. При этом стрела не должна задевать за гусеницы при работе над ее углом. Так как ось верхней части стрелы образует с осью ее нижней части угол порядка 120 . . . 130°, то ее верхняя часть при опускании будет наклонена к горизонту на угол 70 . . . 75°, а рукоять под углом 90 . . . 100°, обеспечивая максимальную глубину копания.

Если при опускании стрелы ниже горизонта оси пяты стрелы на 30° нижний пояс стрелы, пройдя над краем платформы, повернутой так, Чтобы стрела оказалась над углом гусеницы, пройдет над ней на расстоянии меньше 20 . . . 25 см, то нижней части стрелы может быть придана небольшая кривизна в вертикальной плоскости выпуклостью кверху, чтобы увеличить этот зазор до указанной величины, с тем чтобы только с этого места начать придавать обычное закругление моноблочной стреле для перехода к повернутой вниз на 120 ... 130° ее верхней части. Это немного уменьшит массу стрелы и напряжение изгиба от ее общей кривизны, что и выполняется некоторыми заводами. При этом длина нижней части стрелы должна быть выбрана такой, чтобы иметь возможность при опускании и работе на угол гусеницы, не задеть за нее стрелой. Поэтому верхние Части удлиненных стрел, как моноблочных, так и сочлененных, должны иметь нижние части по длине одинаковые как с короткими, так и длинными стрелами.

Таким образом, при наклоне рукояти относительно верхней части стрелы вниз в крайнем верхнем положении на угол порядка всего 25 . . . 30°, она будет обеспечивать максимальную глубину копания и максимальную ее высоту.

Масса стрелы с цилиндром рукояти составит ~50% от массы рабочего оборудования, или ~11% от массы всего экскаватора. Масса одного-двух цилиндров стрелы составит около 8 . . . 10% от ее массы.

Основная задача при проектировании рабочего оборудования обратной лопаты и других видов оборудования заключается в том, чтобы выбрать точки крепления и длину всех рычагов, точки крепления всех цилиндров и их штоков, а также значения их усилий и ходов так, чтобы обеспечить наилучшее использование усилий, реализуемых гидроцилиндрами; выбрать минимальные значения хода поршней и минимальные углы поворота гидроцилиндров при работе, для достижения наибольших усилий на зубьях ковша и наилучшего сохранения этих усилий и при всех движениях ковша. При этом необходимо осуществить возможную автоматизацию движений для этой цели, а также максимальную унификацию всех элементов всех видов рабочего оборудования и компоновку из них наибольшего количества его вариантов. Так же необходимо обеспечить возможное уменьшение номенклатуры этих элементов при максимальной унификации для многократного их использования.

Грейферы и грейферные захваты. Это оборудование широко применяется в экскаваторах массой до 65 т с ковшами вместимостью до 4,4 м³, для погрузки крупных камней, бревен, производственных отходов, для бурения скважин, рытья неглубоких ям под столбы и мачты, для работы под водой и других специальных работ. Их применяют как в ковшовом, так и в многолопастном исполнении. Особенностью конструкции многолопастных грейферов является упругость .их лопастей, позволяющая им лучше приспосабливаться к форме поднимаемого груза. Установка грейфера на жестком шарнирном креплении с возможностью передачи ему значительных вертикальных усилий позволяет выполнять их в 1,5 ... 2 раза более легкими « эффективными.

Для грейферов используются обычные стрелы обратных лопат и вместо рукоятей для обеспечения подвижности — короткие наголовники, управляемые гидроцилиндрами (рис. 4.15, е).

Количество сменных грейферов колеблется от 2 ... 3 при массе экскаватора 60 ... 65 т до 20 ... 25 при массе экскаватора 19 ... 20 т. Масса грейферов на 1 м³ емкости, а для многолопастных на 1 т груза составляет около 0,9 ... 1,1 т.

Погрузочные лопаты. Погрузочная лопата представляет собой оборудование для массовых земляных и открытых горных работ. Этим оборудованием снабжаются машины массой от 5 ... 6 до 250 . . . 500 т с ковшами вместимостью 0,2 ... 50 м³. На режущей кромке ковша создается усилие на 15 . . . 30% больше, чем у обратных лопат такого же типоразмера. Невозможность его использования из-за малой массы машины привела к созданию специальной технологии работы на малых радиусах, не превышающих 0,4 ... 0,5 радиуса действия этой машины (см. рис. 4.6). На этих радиусах они реализуют все свое усилие. Вместимость ковшей составляет от 0,07 до 0,1 м³ для самых малых типоразмеров экскаваторов массой 3,5 ... 5 т до 20 м³ при массе машины 200 т. Таким образом, они реализуют удельную массу на 1 м³ стандартного ковша 19 ... 21 т вместо 32 ... 42 т у канатных машин.

Поэтому их оснащают короткими стрелами и рукоятями часто одинаковой длины, порядка 4 ... 5,5 м, при массе машины 200 т и 2,5 ... 3 м при массе 3,5 ... 5 т. Это обеспечивает им высокую цикличность и погрузку на радиусах, достаточных для работы лопат массой 200 т с мощными самосвалами, грузоподъемностью 100 . . . 150 т. Машина с ковшом вместимостью 15 ... 20 м³ имеет продолжительность цикла порядка 28с и техническую производительность до 1500 м³/ч. Обычно вместимость такого погрузочного ковша в 1,5 раза превосходит вместимость ковша сменного оборудования обратной лопаты. Гидравлические цилиндры, насосы и двигатели при этом не меняются. Таким образом, оборудование обратной и погрузочной лопат является сменным рабочим оборудованием, сменяемым даже у больших машин за несколько часов.

Количество сменных ковшей погрузочных лопат колеблется в зависимости от типоразмера экскаватора от 6 до 10 и включает ковши для скальных взорванных и трещиноватых пород, ковши обычного типа с разгрузкой опрокидыванием и раскрывающиеся ковши (рис. 4.16). Характерно, что .ковши для крепких грунтов меньшей вместимости и для более мягких грунтов большой вместимости проектируются одной массы.

Обычно погрузочные лопаты больших типоразмеров при коротких стрелах и рукоятях имеют один цилиндр для разгрузки ковша поворотом или для поворота задней стенки ковша при раскрывающемся ковше и тогда еще один для разгрузки ковша, один для поворота рукояти и два для подъема и опускания стрелы. Угол поворота рукояти к стреле изменяется от 45 до 120 . . . 130°, угол поворота ковша к оси верхней части рукояти — от 60 до 130°. Эти углы обеспечивают возможность получить для машин массой 3,5  . 200 т максимальную высоту копания лопаты 1,8 . . 14,5 м, максимальный радиус копания 3,0 .. . 12 м, высоту разгрузки 1,4 . . . 10 м и глубину копания 2 ... 5 м. Такая высота разгрузки машин массой 200 т может быть получена при ковше, у которого поднимается вся передняя часть ковша (рис. 4.16, в) для разгрузки вокруг шарниров на верхней кромке задней стенки. При обычном ковше, разгружающемся поворотом, максимальная высота разгрузки ~7,0 м при максимальном радиусе действия 16 м. Таким образом, высота разгрузки увеличивается почти в 1,5 раза, но при этом усложняется конструкция и на 18 . . . 20% уменьшается вместимость ковша.

Погрузочные лопаты особенно широко применяют для производства туннельных работ, которые потребовали создания машин производительностью до 500 м³/ч в штольнях высотой до 5,0 м при ширине до 7 м.

Другие виды рабочего оборудования. Для крановых работ применяется широкая номенклатура стрел решеточных, телескопических с наголовниками и без них, но чаще всего используется шарнирно подвешенный к голове стрелы обратной лопаты или наголовнику грейфера крюк, грузоподъемность которого на вылете 3 м составляет 70% массы экскаватора, если он без аутригеров, ч 120 . . 150%, если он снабжен аутригерами. Однако для малых типоразмеров массой до 22 т могут применяться телескопические и решетчатые стрелы длиной до 40 м и более с крюком, подвешенным на канатах к управляющему канатному наголовнику (рис. 4.17) и к гидравлической лебедке, установленной у пяты стрелы. На моделях массой 20 ... 30 т могут устанавливаться магнитные крановые устройства.

Инструмент, устанавливаемый на гидравлических экскаваторах. На малых типоразмерах экскаваторов массой до 30 т устанавливаются весьма разнообразные инструменты для производства различных работ. Так, на машинах массой до 25 . . 27 т устанавливаются гидравлические и пневматические молоты для разрушения камней, дорожной одежды скалы, мощные сверла для бетона и мягкой скалы, а на машинах массой 27... 30 т — также ломы для разрушения зданий, рыхлящие зубья, трамбовки, оборудование для свайных работ, валки леса, срезки деревьев, уборки дворов, стрижки кустарника-, сколки льда и др. Следует отметить, что на гидравлических экскаваторах все шире применяются комплекты ручных машин с приводом от компрессора или двигателя экскаватора.