Экскаваторы непрерывного действия
Экскаваторами непрерывного действияназывают землеройные машины, непрерывно разрабатывающие грунт с одновременной погрузкой его в транспортное средство или укладкой в отвал. Рабочий орган экскаватора непрерывного действия оборудован несколькими ковшами, скребками или резцами, поочередно отделяющими грунт от массива. Их закрепляют на едином рабочем органе - роторе или замкнутой цепи, располагая с определенным постоянным шагом.
Грунт разрабатывают в процессе двух независимых движений: относительного - непрерывного перемещения ковшей или заменяющих их рабочих органов по замкнутой траектории относительно несущей рамы и переносного - перемещением рамы вместе с рабочими органами, называемого подачей. Для отсыпки грунта используют специальное транспортирующее устройство, чаще - ленточный конвейер, на который грунт поступает из ковшей или заменяющих их рабочих органов.
Однотипность рабочих движений предопределяет автоматизацию процесса и, как следствие, облегчение управления, которое сводится к начальной настройке экскаватора на определенный режим в соответствии с технологическими требованиями и характеристикой разрабатываемого грунта, наблюдению за его работой и оперативному ручному управлению в экстремальных ситуациях, например, для остановки рабочего органа при встрече с непреодолимым препятствием, для изменения режимов рабочих движений и т. п. По этому показателю экскаваторы непрерывного действия имеют преимущество перед одноковшовыми экскаваторами, управление рабочим процессом которых требует постоянного участия машиниста в течение каждого экскавационного цикла. Вторым важным преимуществом этих экскаваторов перед одноковшовыми является более полное использование во времени установленной мощности энергосиловой установки и, как следствие, при прочих равных условиях, более высокая техническая производительность.
Экскаваторы непрерывного действия классифицируют по признакам:
по назначениюили виду выполняемых работ - траншейные — для отрывки и засыпкитраншей, карьерные- для добычи строительных материалов в карьерах, строительно-карьерные - для массовых земляных работ в строительстве;
по типу рабочего органа- роторные и цепные;
по способу копания- продольного,когда относительное и переносное движение совершается в одной плоскости, и поперечного копания - в противном случае.
Остальные классификационные признаки являются общими для строительных машин (по типу привода, ходового устройства и др.).
Траншейными экскаватораминазывают землеройные машины непрерывного действия с рабочим органом продольного копания, применяемые для отрывки траншей - выемок большой протяженности по сравнению с размерами их поперечных сечений.
По типу рабочего органа различают роторные и цепные траншейные экскаваторы.У роторного экскаватора ковши располагают с равным шагом по периферии рабочего органа - ротора, а у цепных - на замкнутой ковшовой цепи. Роторные экскаваторы применяют для разработки траншей ограниченной глубины (до 3 м) в связи с тем, что дальнейшее увеличение этого параметра требует увеличения диаметра ротора и связанной с этим габаритной высоты, предельные значения которой регламентированы условиями безопасного передвижения экскаватора при его перебазировании на новый строительный объект под мостами, эстакадами, линиями электропередач и т. п. Цепные рабочие органы любой длины при их переводе в транспортное положение располагаются почти горизонтально без увеличения габаритной высоты. Поэтому цепные экскаваторы могут разрабатывать траншеи любой практической глубины. Отечественная промышленность выпускает цепные экскаваторы для разработки траншей глубиной до 6 м. Траншейные экскаваторы эффективно применять для разработки однородных грунтов до IV категории включительно. Крупные каменистые включения снижают ресурс этих машин, приводят к частым отказам, простоям и дополнительным затратам на ремонтно-восстановительные работы. Специальные роторные траншейные экскаваторы способны разрабатывать также мерзлые грунты.
Являясь машиной непрерывного действия, траншейный экскаватор наиболее полно реализует свои технологические возможности при разработке траншей большой протяженности с возможно меньшим количеством пионерных выемок для ввода рабочего органа в траншею, которые обычно дорабатывают до полного профиля одноковшовыми экскаваторами.
Главным параметром траншейного экскаватора является глубина отрываемой траншеи, входящая в его индекс.
В индексе траншейных экскаваторов (рис. 6) первые две буквы ЭТ означают экскаватор траншейный, а третья – тип рабочего органа (Ц – цепной, Р – роторный). Первые две цифры индекса обозначают наибольшую глубину отрываемой траншеи (в дм), третья – порядковый номер модели. Первая из дополнительных букв после цифрового индекса (А, Б, В и т.д.) означает порядковую модернизацию машины, последующие – вид специального климатического исполнения (ХЛ – северное, Т – тропическое, ТВ – для работы во влажных тропиках).
Например, ЭТР-254 обозначает экскаватор траншейный роторный четвертой модели для разработки траншей глубиной до 2,5 м; ЭТЦ-165А - экскаватор траншейный цепной пятой модели, глубина траншей до 1,6 м, первая модернизация.
Основными параметрами служат масса экскаватора, мощность двигателя и др.
Траншейный экскаватор состоит из двух частей - тягача и рабочего оборудования, соединенных между собой по полуприцепной (большинство роторных экскаваторов) или навесной (малые модели роторных экскаваторов, их модификации, цепные экскаваторы) схемам.
В качестве базовых тягачей для малых моделей траншейных экскаваторов используют обычно гусеничные или колесные тракторы с необходимым переустройством. Тягачи средних и тяжелых моделей экскаваторов изготовляют преимущественно из тракторных узлов и деталей, сохраняя при этом принципиальную схему тракторного движителя, но по сравнению с базовыми тракторами уширяя колею и удлиняя базу. Вместе с широкими башмаками этим достигается уменьшение давления на грунт (50...80 кПа), что позволяет этим машинам работать в грунтах с пониженной несущей способностью.
Рабочее оборудование траншейного экскаватора обеспечивает отрыв от массива грунта в траншее проектной глубины и ширины с откосами или без них, полный вынос его из траншеи и отсыпку в бруствер (кавальер) рядом с траншеей. Последнюю операцию обычно выполняет ленточный отвальный конвейер, установленный перпендикулярно продольной оси траншеи в полости ротора (на роторных экскаваторах), или на тягаче (на цепных экскаваторах). Для разработки узких траншей (щелей) применяют также безконвейерные скребковые и фрезерные траншейные экскаваторы.
Рабочее оборудование роторного траншейного экскаватора(рис. 7, а) состоит из рабочего колеса - ротора 6,установленного на поддерживающих 5 и направляющих 11 роликах рабочей рамы 14,закрепленной на раме обечайки 13,ножевых откосников 12, зачистного щита 10, задней опоры 9 и отвального конвейера 4. Несущими элементами ротора служат два кольца 20 (рис. 7, б), расположенные в параллельных плоскостях, с закрепленными по периферии ковшами.
На широких роторах ковши устанавливают в два ряда со смещением одного ряда относительно другого на половину шага ковшей, обеспечивая этим более равномерную нагрузку на ротор при копании грунта. Ковш состоит из арки 19 с установленными в ее передней части зубьями или без них и днища 18 из переплетенных в двух направлениях цепей. Ковши открыты в лобовой части для поступления в них грунта и с внутренней стороны для разгрузки.
Все операции рабочего процесса ротора выполняются при его непрерывном вращении в сочетании с поступательным движением тягача. При движении ковшей вдоль груди забоя снизу вверх они разрабатывают грунт и заполняются им. От просыпания грунта внутрь ротора предохраняет неподвижно установленная на рабочей раме обечайка 13 (рис. 7, в) с верхним краем в начале зоны разгрузки. По достижении ковшами этой зоны грунт разгружается в открывшуюся внутреннюю полость ротора на отвальный конвейер 4, а далее последним - в бруствер с одной стороны траншеи (рис. 7, г). Цепные днища ковшей, благодаря подвижности цепных звеньев от собственного веса, способствуют более полному опорожнению ковшей.
Для эффективной разработки грунта зубья на ковшах устанавливают по схеме (рис. 7, д),реализующей метод "крупного скола", заключающийся в том, что в пределах каждой из двух или трех одинаковых групп последовательно расположенных на роторе ковшей каждый зуб 21 перемещается по своей полосе, следуя за зубом предшествующей группы в той же полосе. Так, при двухгрупповой расстановке и при 14 - ковшовом роторе по следу зубьев 1-го ковша перемещаются лишь зубья 8-го ковша, по следу 2-го ковша - зубья 9-го ковша и т. д. По ширине передней кромки зубья расставлены примерно с одинаковым шагом. Для повышения износостойкости зубьев их передние грани упрочнены износостойкими наплавками или напайками из вольфрамокобальтовых пластин состава ВК15, по твердости соизмеримых с оксидом кремния, входящего в состав большинства грунтов.
Ножевые откосники устанавливают с двух сторон ротора наклонно в продольном и поперечном направлениях, закрепляя их неподвижно на кронштейнах рамы. При движении экскаватора они срезают грунт в зоне откосов (рис. 7, г),который обрушается вниз, захватывается ковшами и выносится на разгрузку.
Отвальные ленточные конвейеры имеют два конструктивных варианта: с цилиндрической поверхностью рабочей ветви конвейерной ленты - криволинейные, устанавливаемые на малых моделях экскаваторов, и двухсекционные (рис. 7, г),у которых одна секция - горизонтальная - является приемной, а вторая - наклонная - отвальной, устанавливаемой под требуемым углом к приемной секции с помощью гидроцилиндра. Двухсекционные конвейеры устанавливают на средних и тяжелых экскаваторах. При переводе экскаватора в транспортное положение криволинейный конвейер устанавливают симметрично продольной оси экскаватора, а отвальную секцию двухсекционного конвейера откидывают вниз, уменьшая этим габаритную ширину рабочего оборудования. Скорость движения конвейерной ленты не превышает 5 м/с.
Установленный в задней части рабочей рамы зачистной щит 10 (рис. 7, а) служит для профилирования дна траншеи и его зачистки от осыпавшегося грунта из неполностью разгруженных возвращающихся в забой ковшей. Обычно его соединяют с задней опорой, выполненной в виде сдвоенного колеса или лыжи. Для частичной разгрузки задней опоры при разработке тяжелых, включая мерзлые, грунтов тяжелые модели роторных траншейных экскаваторов дополнительно оборудуют лыжами 8,управляемыми гидроцилиндрами 7,или колесными опорами с каждой стороны рабочей рамы с опиранием их на бровки траншеи.
Для соединения рабочего оборудования с тягачом используют сцепное устройство в виде ползунов, перемещающихся по направляющим, установленным на тягаче, либо в виде плоского коленчато-рычажного механизма 15 с опорно-поворотным устройством 16 или без него. Для установки рабочего оборудования на требуемую глубину траншеи, а также для его перевода из рабочего I положения в транспортное II и наоборот используют гидравлические цилиндры 1 и 3. Опорно-поворотное устройство позволяет экскаватору работать на закруглениях без заклинивания ротора в траншее, а также при поворотных движениях экскаватора с полуприцепным рабочим оборудованием в транспортном положении.
Роторные траншейные экскаваторы оборудуют автономной дизельной силовой установкой 17. Для передачи движения исполнительным механизмам (ходовому устройству, ротору, отвальному конвейеру и вспомогательным устройствам для подъема рабочего оборудования и отвальной секции двухсекционного конвейера, установки дополнительных опор) применяют механические, гидромеханические и электрические трансмиссии. Для передвижения на транспортных скоростях обычно используют многоскоростную реверсивную коробку передач базового трактора, а для передвижения на рабочих скоростях к ней подключают ходоуменьшитель, работающий как понижающий редуктор. В гидромеханическом варианте привод ходового устройства в рабочем режиме обеспечивается гидромотором, питаемым рабочей жидкостью от регулируемого насоса. Эта схема обеспечивает бесступенчатое регулирование скоростей в нескольких диапазонах при совместной работе коробки передач и ходоуменьшителя и позволяет выбирать рациональные скоростные режимы в зависимости от категории разрабатываемых грунтов.
Ротор приводится через механическую трансмиссию на тягаче, две двухступенчатые цепные передачи 2 и две открытые зубчатые пары шестерня - зубчатый венец 
ротора с каждой стороны последнего. Движение отвальному конвейеру передается от приводного вала ротора через систему цепных передач. Применяется также индивидуальный привод ротора и отвального конвейера от электродвигателей, питаемых электроэнергией от приводимого дизелем генератора переменного тока. Для привода вспомогательных механизмов используют обычно объемный гидропривод с нерегулируемыми насосами.
У цепных экскаваторов (рис. 8, а)отвальный конвейер 4 расположен на тягаче 1, а рабочее оборудование 7 соединено с тягачом по навесной схеме с помощью тяг 3 и 5 и может быть установлено в транспортное или рабочее положение на требуемую глубину траншеи гидроцилиндром 2. Рабочее оборудование состоит из рамы, двух ведущих звездочек или приводного граненого барабана, устанавливаемых в верхней части рамы, двух натяжных колес в ее нижней части и огибающей их опирающейся на ролики замкнутой длиннозвенной цепи, на которой с определенным шагом закреплены ковши или заменяющие их рабочие органы. В последнее время в качестве рабочих органов используют комбинированные рабочие элементы (рис. 8, б)из скребков 10 и установленных на арках 8 зубьев 9. Зубья отделяют грунт от массива, а следующий за ними скребок выносит его из траншеи. В пределах траншеи выносимый из нее грунт блокирован от просыпания лобовой и боковыми стенками, а по выходе из траншеи он перемещается в лотке 6 (рис. 8, а),из которого отсыпается на отвальный конвейер. Комбинированные рабочие органы более эффективны по сравнению с применявшимися прежде ковшами, склонными к залипанию.
Для разработки узких траншей применяют скребковые экскаваторы(рис. 9, а) на базе пневмоколесных тракторов, рабочее оборудование которых 2 включает приводную 6 (рис. 9, б) и натяжную 10 звездочки, огибающую их цепь 9 с закрепленными на ней резцами 8 и скребками 7 и приводимый скребковой цепью через звездочку 4 винтовой конвейер 5 с двумя шнеками противоположной направленности. Резцы установлены попарно - первым следует узкий резец, оставляющий после себя узкую прорезь, за ним - расширяющий резец.
Отделенный резцами от массива грунт выносится из траншеи скребком, где он отодвигается от бровок траншеи на обе ее стороны шнеком (рис. 9, в). Дно траншеи зачищается щитом 1 (рис. 9, а). Устанавливают рабочее оборудование в рабочее или в транспортное положения гидроцилиндром 3.