Строительные машины и основы автоматизации

ТРАНШЕЙНЫЕ ЭКСКАВАТОРЫ

Траншейные экскаваторы применяют на строительстве линей­ных подземных коммуникаций открытым способом для рытья тран­шей прямоугольного и трапецеидального-профиля под газо-, нефте-, водо - и продуктопроводы, канализационные и теплофикационные системы, кабельные линии связи и электроснабжения, а также рытья траншей под протяженные ленточные фундаменты зданий и соору­жений и оконтуривания котлованов и выемок. Они представляют собой самоходные землеройные машины непрерывного действия с многоковшовым или бесковшовым (скребковым) рабочим органом, которые при своем поступательном перемещении разрабатывает сзади себя за один проход траншею определенной глубины, ширины и профиля с одновременной транспортировкой грунта в сторону от траншеи. Производительность траншейных экскаваторов, постоян­но передвигающихся во время работы и отделяющих грунт от мас­сива с помощью группы непрерывно движущихся по замкнутому контуру ковшей или скребков, в 2...2,5 раза выше, чем у одноковшо­вых машин, при более высоком качестве работ и меньших энергоза­тратах на 1 м3 разработанного грунта. Причем траншейные экскава­торы способны эффективно разрабатывать как немерзлые, так и мерзлые грунты. Главным параметром экскаваторов является номи­нальная глубина отрываемой траншеи.

Каждый траншейный экскаватор состоит из трех основных час­тей: базового пневмоколесного или гусеничного тягача, обеспечи-

Ширина отрываемых рабочими органами ЭТЦ и ЭТР траншей пря­моугольного профиля зависит от ширины ковша или скребка и рас­положения на них режущих элементов. На один и тот же базовый тягач могут быть навешены сменные рабочие органы с различной шириной и количеством ковшей (скребков) для рытья траншей с различными параметрами профиля. Для получения траншей трапе­цеидального профиля рабочие органы ЭТЦ и ЭТР оборудуют ак­тивными и пассивными откосообразователями.

Во время работы цепь или ротор движутся в плоскости передви­жения тягача. Отделение грунта от массива и заполнение им рабоче­го органа осуществляются в результате сообщения цепи или ротору двух совмещенных движений копания: основного — поступательно­го относительно рамы (для цепи) или вращательного вокруг своей оси (для ротора) и подачи — поступательного в направлении движе­ния машины. Основное движение способствует отделению слоя грунта и направлено по касательной к траектории копания. Движе­ние подачи регулирует толщину отделяемого слоя грунта и направ­лено перпендикулярно (нормально) касательному. Соотношение скоростей этих движений определяет траекторию движения режу­щих элементов рабочего органа в продольно-вертикальной плоско­сти, которая представляет собой наклонную прямую у цепных экс­каваторов и трохоиду у роторных.

Для получения рабочих скоростей передвижения экскаваторов при копании траншей трансмиссии ходовых устройств базовых тя­гачей ЭТЦ и ЭТР оборудуют гидромеханическими ходоуменьшите - лями.

Копание траншей экскаваторами производится следующим об­разом: рабочий орган переводят из транспортного положения в ра­бочее, включают привод цепи или ротора и постепенно с помощью подъемного механизма рабочий орган заглубляют в грунт до задан­ной отметки, после чего через ходоуменьшитель включают привод рабочего хода тягача экскаватора. Наиболее производительные ско­ростные режимы рабочего органа и тягача выбирают в зависимости от конкретных грунтовых условий, а правильность их выбора опре­деляется по характеру работы основного двигателя. Приводы рабо­чих органов ЭТЦ и ЭТР имеют фрикционную дисковую муфту пре­дельного момента, предохраняющую узлы привода и рабочий орган от поломок и перегрузок при встрече скребков или ковшей с круп­ными каменистыми включениями и другими непреодолимыми пре­пятствиями.

Рассмотрим типовые конструкции современных ЭТЦ и ЭТР.

Скребковые одноцепные экскаваторы предназначены для рытья траншеи прямоугольного профиля глубиной до 1,6 м и шириной 0,2...0,4 м в однородных без каменистых включений грунтах I...III категорий под укладку кабелей и трубопроводов малых диаметров и представляют собой (рис. 4.35) унифицированное навесное обору­дование на серийные пневмоколесные тракторы 6 класса 14 кН с од­ним или обоими ведущими мостами. Наиболее эффективно они ис­пользуются при выполнении рассредоточенных земляных работ небольших объемов на предварительно спланированных площад­ках. Одноцепные экскаваторы оснащают также поворотными и нс - поворотными гидроуправляемыми бульдозерными отвалами для не­сложных планировочных работ и засыпки траншей после укладки в них коммуникаций и сменным буровым оборудованием для нарезки щелей глубиной до 1,3 м в мерзлых грунтах.

В комплект навесного экскаваторного оборудования входят: цепной рабочий орган с зачистным башмаком и отвальным винто­вым конвейером, механизм подъема-опускания рабочего органа и гидромеханический ходоуменыиитель. Однорядная втулочно-роли - ковая цепь 6 рабочего органа установлена на ведущей 12 и ведомой 14 звездочках и несет на себе сменные резцы 17.. .19 для послойного срезания грунта и сменные скребки 16 для подъема грунта из тран­шеи. Резцы и скребки располагаются на цепи по определенной схе­ме, способствующей равномерному распределению нагрузки на цепь при копании и повышению долговечности цепи. Производя смену резцов и скребков, получают траншеи различной ширины (0,2; 0,27 и 0,4 м). Цепь обегает наклонную раму 4, шарнирно при­крепляемую сзади к базовому трактору, и опирается на ролики 13. Ведущая звездочка 12 цепи, закрепленная на приводном валу 2, по­лучает вращение от вала отбора мощности базового трактора 10, через трехступенчатый редуктор 8 с переменным передаточным чис­лом, обеспечивающим четыре рабочие скорости (от 0,8 до 2,1 м/с) и реверсивный ход цепи. В редукторе привода цепи установлена пре­дохранительная фрикционная муфта предельного момента. Натяже­ние цепи регулируется перемещением натяжной звездочки 14 отно­сительно рамы винтовым натяжным устройством 15. Скребки выносят из траншеи грунт в направлении ведущей звездочки, обра­зуя первоначальный отвал в виде пирамиды (рис. 4.35, в). Эвакуа­цию грунта в боковые отвалы производят два шнека 7 винтового конвейера, установленного на раме рабочего органа. Шнеки имеют общий вал и приводятся во вращение скребковой цепью. Положе­ние конвейера относительно рамы меняется в зависимости от глуби­ны копания. К дополнительной раме 3 рабочего органа за скребко­вой цепью крепится сменный консольный зачистной башмак 5 для зачистки и сглаживания дна траншеи.

Заглубление рабочего органа в грунт с принудительным напо­ром по всему диапазону глубины копания, а также его подъем при переводе в транспортное положение осуществляются гидравличе­ским подъемным механизмом 1, гидроцилиндр которого связан с рабочим органом рычажной системой. Для получения пониженных

рабочих скоростей движения машины при копании траншей и их бесступенчатого регулирования в широком диапазоне от 20 до 800 м/ч в трансмиссию базового трактора включен гидромеханический ходоуменыдитель 9 в виде многоступенчатого цилиндрического ре­дуктора с приводом от аксильно-поршневого гидромотора. При транспортных переездах машины ходоуменьшитель отключается. Гидромотор ходоуменьшителя, гидроцилиндры механизма подъема рабочего органа и управления отвалом бульдозера обслуживаются гидронасосами с приводом от дизеля через редуктор, а управление ими ведется из кабины машиниста с помощью двух золотниковых распределителей.

Техническая производительность одноцепных скребковых экска­ваторов при работе в грунтах I категории 70...85 м3/ч.

При подземной прокладке кабелей связи, сигнализации, элек­троснабжения в стесненных условиях применяют одноцепные мик­ротраншеекопатели, способные отрывать траншеи глубиной до 1000 мм и шириной 90 мм. Микротраншеекопатели имеют ходовую тележку с тремя пневмоколесами (одно переднее колесо — управляе­мое), на которой смонтированы рабочий орган, тяговая лебедка для перемещения машины при копании траншей, силовая установка и система управления. Рабочий орган представляет собой баровую цепь, обегающую наклонно трубчатую телескопическую раму с при­водной и натяжной звездочками. Поднятый на поверхность грунт отводится от краев траншеи шнеком или отвалом. Подъем и опуска­ние рабочего органа осуществляется рычажно-винтовым механиз­мом. Баровая цепь и тяговая лебедка приводятся в действие двигате­лем внутреннего сгорания мощностью 6 кВт через цепные передачи, редуктор и муфты предельного момента. Перед началом работ про­изводят разметку трассы траншеи, разматывают канат с барабана лебедки и прикрепляют его конец к забитому в грунт анкеру. Вклю­чив привод рабочего органа, заглубляют баровую цепь в грунт на требуемую глубину, после чего включают привод тяговой лебедки, и машина начинает подтягиваться к анкеру со скоростью 45...70 м/ч, роя траншею. Машину обслуживает один оператор.

Скребковые двухцепные экскаваторы (рис. 4.36) представляют собой навесное на переоборудованный серийный гусеничный трак­тор землеройное оборудование в виде наклонного двухцепного скребкового рабочего органа для разработки грунта с отвальным ленточным конвейером для эвакуации грунта в сторону от траншеи. Они предназначены для рытья траншей прямоугольного и трапе­цеидального профиля глубиной до 4,0 м, шириной по дну 0,8 и 1,1 м и шириной по верху до 2,8 м в талых грунтах I...III категорий с ка­менистыми включениями размером до 200 мм. Двухцепные экскава­торы имеют механический привод рабочего органа, бесступенчатое регулирование скоростей рабочего хода гидромеханическим ходо-

уменьшителем, гидравлический привод отвального конвейера и ме­ханизма подъема-опускания рабочего органа.

Рабочий орган включает наклонную раму 7 коробчатого сече­ния, шарнирно прикрепляемую сзади к тягачу, и обегающие раму замкнутые пластинчатые цепи 5, к которым на одинаковом расстоя­нии друг от друга крепятся ковши или режущие элементы скребко­вого типа 10 и транспортирующие заслонки 11, образующие подо­бие ковшей. В передней части рамы смонтирован приводной (турасный) вал с двумя ведущими звездочками 4 цепей и предохра­нительной муфтой предельного момента, в задней — натяжные звез­дочки 8 цепей с винтовым натяжным устройством. На раме установ­лены также промежуточные ролики 9, поддерживающие рабочие ветви цепей и уменьшающие провисание их холостых ветвей. Для увеличения глубины копания раму рабочего органа удлиняют до­полнительной вставкой, увеличивают длину цепей и количество скребков. Скребки на рабочем органе размещены по специальной схеме (рис. 4.36, в), обеспечивающей наименьшую энергоемкость процесса копания. При движении тягача вперед и одновременном

движении скребковой цепи относительно наклонной рамы скребки отделяют грунт от массива, а заслонки поднимают его из траншеи на высоту приводных звездочек цепи, при огибании которых грунт выгружается на поперечный (к продольной оси движения машины) ленточный конвейер 3 и отбрасывается им в сторону от траншеи. Глубина отрываемой траншеи зависит от угла наклона рамы рабо­чего органа и регулируется механизмом ее подъема, включающим два гидроцилиндра 1 и два рычага 2. При копании траншей с на­клонными стенками на рабочем органе устанавливают активные цепные откосообразователи 12. Верхние концы цепей шарнирно прикреплены к качающемуся балансирному рычагу 14 с централь­ным шарниром, нижние — к эксцентрично установленным пальцам натяжных звездочек 8 рабочего органа, сообщающих откосообразо - вателям возвратно-поступательное движение.

Грунт, отделяемый цепями от целика, обрушивается на дно траншеи, откуда выносится на поверхность транспортирующими за­слонками рабочего органа. Сменное рабочее оборудование экскава­тора для разработки мерзлых грунтов, промерзших на глубину до 1,2 м, монтируется на основной раме рабочего органа и представля­ет собой скребковый рабочий орган, оснащенный зубьями с износо­стойкой наплавкой.

Рассмотрим типовую кинематическую схему двухцепного ЭТЦ (рис. 4.37). Вращение приводному (турасному) валу 12 с ведущими

звездочками 13 цепей 8 передается от дизеля 1 через муфту сцепле­ния, распределительную коробку 2, редуктор реверса 5, конический редуктор 16, верхний редуктор 11 и пневмокамерную муфту 10 пре­дельного момента. С помощью редуктора реверса можно изменять направление движения цепей рабочего органа. Движение цепным откосообразователям 9 сообщается от натяжных звездочек 7 рабо­чего органа. Автономный привод ведущих концевых барабанов ленточного конвейера 14 осуществляется от гидромоторов 15 через встроенный в каждый барабан планетарный редуктор. Питаются гидромоторы конвейера от нерегулируемого насоса 4. Регулируе­мый насос 3 питает гидромотор 17, который обеспечивает передви­жение экскаватора при копании траншей и бесступенчатое регули­рование скоростей рабочего хода в диапазоне 5...150 м/ч.

Для транспортного передвижения используется механическая трансмиссия базового трактора 6. Техническая производительность двухцепных траншейных экскаваторов в грунтах I категории со­ставляет до 220 м3/ч, мощность силовой установки до 84 кВт, ско­рость движения скребковой цепи 0,8...1,2 м/с, ленты конвейера —

2,5.. .4,5 м/с, рабочая скорость передвижения машины 5... 150 м/ч.

Основными недостатками ЭТЦ являются довольно высокая энергоемкость процесса копания, низкая долговечность цепей, ра­ботающих в абразивной среде, и сравнительно невысокая произво­дительность.

Эксплуатационная производительность цепных траншейных экскаваторов со скребковым рабочим органом (м3/ч)

Пэ = 3600ЬЛ’иКнКв1Кр, (4.31)

где Ьс — ширина скребка, м; /гс — высота скребка, м; і'ц — скорость движения скребковой цепи, м/с; Кт, — коэффициент заполнения экска - вационных емкостей (Кн - 0,35...75), зависит от характера грунта, толщины срезаемой стружки, длины и формы забоя, угла наклона ра­бочей цепи к горизонту); К& — коэффициент использования машины по времени (Кв = 0,5...0,65); Кр — коэффициент разрыхления грунта в процессе разработки (Кр = 1,1...1,5).

Роторные траншейные экскаваторы представляют собой навес­ное или полуприцепное к переоборудованному гусеничному тракто­ру землеройное оборудование и предназначены для разработки траншей прямоугольного и трапецеидального профиля в однород­ных немерзлых грунтах I...IV категорий, не содержащих крупных каменистых включений (до 300 мм), а также в мерзлых грунтах при глубине промерзания верхнего слоя до 1,1...1,5 м. Глубина отрывае­мых ЭТР траншей определяется диаметром ротора. Увеличение глу­бины копания связано со значительным возрастанием диаметра и массы ротора и поэтому рациональный предел глубины копания для ЭТР не превышает 3 м.

Передача энергии от дизеля тягача к основным исполнитель­ным механизмам (роторному колесу, отвальному конвейеру, гусе­ничному движителю) и вспомогательному оборудованию (механиз­мам подъема рабочего органа и конвейера) осуществляется с по­мощью механической, гидравлической или электромеханической трансмиссии. Широкое распространение в городских условиях по­лучили ЭТР с одномоторным приводом и механической трансмис­сией, конструктивные и кинематические схемы которых имеют ма­ло различий.

Рассмотрим в качестве примера типовую конструкцию ЭТР с ме­ханической трансмиссией, предназначенного для рытья траншей глубиной до 2,0 м, и шириной 1,2 м (рис. 4.38, а).

Экскаватор состоит из гусеничного тягача 1 и навесного рабоче­го органа для рытья траншей и отброса грунта, шарнирно соединен­ных между собой в вертикальной плоскости. Рабочий орган маши­ны — опирающийся на четыре пары роликов 8 жесткий ротор' 12 с 14 ковшами 11, внутри которого помещен поперечный двухсекцион­ный ленточный конвейер 7, состоящий из горизонтальной и наклон­ной (откидной) секций. Позади ротора установлен зачистной баш­мак 10 для зачистки и сглаживания дна траншей. У тягача уширен и удлинен гусеничный движитель для повышения устойчивости и про­
ходимости машины и исключения возможного обрушения стенок траншеи при движении над ней тягача.

В трансмиссию тягача включен гидромеханический ходоумень - шитель для бесступенчатого регулирования рабочих скоростей дви­жения машины при копании траншей. На тягаче установлена допол­нительная рама с размещенными на ней механизмами привода и подъема-опускания рабочего органа. Рама имеет две наклонные на­правляющие, по которым с помощью пары гидроцилиндров 2 и двух пластинчатых цепей 4 гидравлического подъемного механизма перемещаются ползуны переднего конца рамы рабочего органа при переводе его из транспортного положения в рабочее и наоборот. Подъем и опускание задней части рабочего органа (рис. 4.38, 6) осу­ществляются парой гидроцилиндров 3, штоки которых шарнирно прикреплены к верхней части стоек, связанных с задним концом ра­мы цепями 5. При копании траншей задняя часть рабочего органа находится в подвешенном состоянии. Установка откидной части ленточного конвейера в наклонное рабочее положение и опускание ее при транспортировке машины производятся гидроцилиндром че­рез полиспаст с траверсой. Изменением угла наклона откидной час­ти конвейера достигается различная дальность отброса грунта в

сторону от траншеи.

Роторное колесо состоит из двух кольцевых обечаек 6 (рис. 4.39) связанных между собой ковшами 1 и поперечными стяжками 3. Каждый ковш открыт с двух сторон и имеет в передней части карманы 4 для крепления сменных зубьев 5, а в задней — цепное днище 2, способствующее лучшей разгрузке ковша, особенно при разработке вязких и увлажненных грунтов. С наружной стороны колец ротора приклепаны секции круговых зубчатых реек 7, находящиеся в посто­янном зацеплении с двумя ведущими шестернями 8 механизма привода ро­торного колеса. В зависимости от грунтовых условий ковши ротора осна­щаются сменными зубьями-клыками двух типов: с наплавкой передней ре­жущей грани для разработки немерз­лых грунтов и армированных твердо­сплавными износостойкими пластина­ми для мерзлых. Специальная расста­новка зубьев на ковшах позволяет вес­ти разработку тяжелых и мерзлых грунтов крупным сколом и обеспечива­ет хорошую наполняемость ковша при

работе В легких грунтах. Рис. 4.39. Ковш ЭТР

Эксплуатационная производительность роторных траншейных экскаваторов по выносной способности (м3/ч)

Пэ = 3MmqKHKJKp, (4.32)

где п — частота вращения ротора, с4; т — число ковшей; q — вмести­мость ковша, л; Кн — коэффициент наполнения (Кн = 0,9...1,1); Къ — коэффициент использования машины по времени (Кв = 0,7...0,85); Кр — коэффициент разрыхления грунта (КР - 1,1... 1,4).