Экскаваторы с гидравлическим приводом и жесткой подвеской рабочего оборудования. Экскаваторы на колесном тракторе «Беларусь» типа МТЗ-5М с ковшом вместимостью 0,15 — ч р,2б м3 широко применяют в строительстве при выполнении мелких земляных работ (рис, 161). В экскаваторе этого типа сочетаются качества двух машин: землеройной (экскаватор) и землеройно-транспортной (бульдозер).
Рис. 161. Экскаватор с гидроприводом с ковшом 0,15 — 0,25 и' а — общий вид экскаватора; б — гидрокинематическая схема
На колесном тракторе / установлена основная рама 2, на которой размещается навесное оборудование экскаватора. В передней части трактора установлен отвал бульдозера 13. Экскаваторное оборудование состоит из опорно-поворотной колонки 3 с шарнирно-присоеднненной стрелой 10, к которой осью 7 прикреплена рукоять 8 с ковшом 9. .
К верхней части поворотной колонки 3 шарнирно прикреплен гидроцилиндр 4, с помощью которого изменяется вылет стрелы 10 (подъем или опускание стрелы).
На стреле 10 шарнирно закреплены два гидроцилиндра 5, их штоки шарнирно связаны с верхним концом рукояти 8 и заставляют ее совершать маятниковое движение относительно оси шарнира 7.
При выдвижении штоков гидроцилиндров 5 ковш приближается к стреле, а при втягивании — удаляется и может занять крайнее и наиболее удаленное положение.
На верхнем конце рукояти 8 в проушинах шарнирно закреплен гидроцилиндр 6, шток которого наружным концом шарнирно связан с днищем ковша 9: при выдвинутом положении шток поворачивает ковш, приближая его к стреле, а при вытянутом — в обратном направлении обеспечивается опорожнение ковша. При работе : экскаватора, оборудованного прямой лопатой, цилиндром открывается и закрывается днище ковша.
Для разгрузки конструкций трактора от опрокидывающих усилий, возникающих при работе экскаватора, предусмотрены два опорных башмака 12, приводимые в действие гидроцилиндрами 11, которые шарнирно соединены как с опорными башмаками, так и с основной рамой трактора.
В передней части трактора шарнирно установлен гидроцилиндр 14, управляющий отвалом 13 бульдозера, шарнирно связанным со штоком.
Гидрокинематическая схема экскаватора приведена на рис. 161,6.
От дизеля 15 трактора через коробку скоростей и специальный повышающий редуктор 20 приводятся во вращение два аксиально-плунжерных насоса 19 типа НПА-64. Рабочая жидкость заливается в специальный бак 17, имеющий фильтрующее устройство. Исполнительными механизмами гидравлического привода экскаватора являются гидроцилиндры: 14 — отвала; 4 — стрелы; 5 — рукояти; 6 — ковша; 18 — поворота; 11 — выносных опор, управляемых распределителем 16.
Экскаватор ЭО-4123 с гидравлическим приводом и жесткой подвеской рабочего оборудования и вместимостью ковша 0,65 — 1 м3 (рис. 162) выпускается с рабочим оборудованием: прямой лопатой, обратной лопатой, грейфером и погрузчиком.
Рис. 164. Экскаватор Э-652Б
Экскаватор состоит из следующих сборочных единиц: гусеничного ходового устройства 8, роликового опорно-поворотного круга 9, поворотной платформы /, силовой установки 2, кабины машиниста 3, стрелы 4, 5, рукояти 6, ковша 7 и исполнительных механизмов (рис. 163). Гидравлическая система привода включает в себя сдвоенный насос /, два гидромотора привода гусеничного хода 2, гидромотор привода поворота 9, исполнительные гидроцилиндры 3 — 8, распределители 10, фильтры, предохранительные клапаны, бак рабочей жидкости, соединительные трубопроводы и шланги высокого давления.
Экскаваторы с механическим приводом и гибкой подвеской рабочего ор га н а. Наиболее широко применяется в строительстве экскаватор Э-652Б на гусеничном ходу с ковшом вместимостью 0,65 м3 (рис. 164). Экскаватор состоит из ходовой части 15 с рамой 14 поворотной платформы 18, кузова 3, силовой установки /, рабочего оборудования, включая стрелу 17, рукоять 11, ковш 9. На рисунке показаны также механизмы привода — главная лебедка 4 с цепной передачей 13 на вал напорного механизма и положения рабочих канатов; стрелового 5 с блоками 6, подъемного каната 8 с блоками 7; напорный канат 12 и возвратный
канат 10. Пульт управления 16 смонтирован перед сидением машиниста. Управление механизмами осуществляется гидросистемой, включающей плунжерный аккумулятор 2, масляный бак, насос и другие сборочные единицы.
Рис, 165. Кинематическая схема экскаватора Э-652Б
Кинематическая схема экскаватора Э-652Б изображена на рис. 165. Вращение от дизеля / при включенной разъединительной (главной) муфте 2 передается многорядной цепью 3 валу / реверсивного механизма. От шестерни 4, закрепленной на валу 1, вращение передается промежуточной шестерне 7, свободно сидящей на валу 11 реверса главной лебедки, и далее на зубчатое колесо 8, закрепленное на валу 11/ главной лебедки, на котором закреплены также две полумуфты ленточных фрикционов. Левая полумуфта при включении соединяется с барабаном 9, который вместе с двухрядной звездочкой 10 свободно сидит на валу 11/. Одна звездочка 10 соединяется цепью с напорным барабаном 11, а другая — цепью 19 со звездочкой 20, свободно сидящей на валу 11.
На валу 11 свободно сидит стрелоподъемный барабан 23 со звездочкой 22, которая цепью связана с противообгонной муфтой 18. Кулачковая муфта 24 может соединять вал 11 со звездочкой 20 или с барабаном 23, а также находиться в нейтральном положении.
Подъем ковша прямой лопаты осуществляется при включении правого фрикциона главной лебедки, которым барабан 17 соединяется с валом 11/. При вращении барабана 17 навивается канат 14, огибающий блок 16, прикрепленный к ковшу и подтягиваемый к головным блокам 13 стрелы экскаватора. Выдвижение рукояти с ковшом осуществляется включением левого фрикциона /^"главной лебедки, при этом цепной передачей 10 приводится в движение барабан напорного механизма, на который навивается канат 12, связанный с рукоятью.
При включении конусного фрикциона 6 на валу 11 при включенной кулачковой муфте 24 с кулачками звездочки 20 цепная передача 19 вращает напорный барабан 11 в обратном направлении и возвратный канат 15 втягивает рукоять.
При включенном конусном фрикционе 6 и соединении кулачковой муфты 24 с барабаном стрелоподъемной лебедки 13 осуществляют подъем стрелы. Опускается стрела под влиянием собственной массы при ослаблении ленточного тормоза 21.
Реверсирование платформы выполняется механизмом, состоящим из конических шестерен 25, 26, муфт 5, блока-шестерни 43, шестерен 44, 42, 41, 40 и зубчатого венца 31. При соединении кулачковой полумуфты 29 с полумуфтой шестерни 41 и включении одного из фрикционов реверса вращается вал VI с шестерней 40, поворачивая платформу в ту или другую сторону. Торможение платформы осуществляется тормозом 27.
Для передвижения экскаватора кулачковая муфта 28 соединяется с шестерней 30, при этом включается муфта реверса, в результате чего начинает вращаться вал VII и через коническую передачу 37 вал VIII, состоящий из средней части и двух полуосей 39 с закрепленными на них звездочками 33. Средняя часть вала соединена с полуосями кулачковыми муфтами 36 и 38. Полуоси соединены цепной передачей со звездочками 35, сидящими на валу ведущих колес 34 гусеничного хода. При движении экскаватора по кривой или при развороте одна из муфт полуосей отключается от среднего вала и останавливается стопором 32.
Воздушный компрессор 45 системы управления механизмами приводится от шкива коленчатого вала двигателя с помощью клиноременной передачи.
Карьерные экскаваторы выпускают в СССР с ковшами вместимостью 4, 6, 8 и 12 м3. Эти экскаваторы имеют только один вид оборудования — прямую лопату. Стрела и рукоять экскаватора могут быть коробчатого или трубчатого сечения. Рукоять внешняя — двухбалочная. Привод карьерных экскаваторов — многомоторный, постоянного тока.
Вскрышные экскаваторы изготовляют большой мощности (рис. 166, а) с прямой лопатой, на гусеничном ходу, с ковшом вместимостью до 80 м3 для вскрышных работ при открытом способе добычи полезных ископаемых.
Шагающие драглайны являются специальным типом одноковшовых землеройных машин. Они оснащены только одним видом рабочего оборудования — драглайном. Применяют шагающие драглайны с ковшами вместимостью до 200 м3 и стрелами мачтово-вантовой конструкции длиной 40 — 100 м (рис. 166,6).
§ 82. Конструкции сборочных единиц одноковшовых экскаваторов
Конструкция сборочных единиц экскаватора зависит от вида привода, рабочего оборудования и вида ходового оборудования.
У экскаваторов с гидроприводом и жесткой подвеской рабочего оборудования силовая установка с аппаратурой управления и часть исполнительных механизмов смонтированы на поворотной платформе. Другая часть исполнительных механизмов — гидроцилиндры подъема стрелы, управления рукоятью и ковшом — смонтирована непосредственно на рабочем оборудовании. Двигатели привода хода смонтированы на раме с тележкой ходового устройства. Конструктивное исполнение сборочных единиц гидропривода — гидроцилиндры, гидронасосы и гидромоторы — является стандартным.
У экскаваторов с механическим приводом и гибкой подвеской рабочего оборудования силовая установка и
все исполнительные механизмы смонтированы на поворотной платформе.
Рис. 166. Экскаваторы с большой емкостью ковша а — вскрышной; б — шагающий драглайн
Отдельные механизмы кинематической цепи экскаваторного типа включаются в работу с помощью кулачковых, фрикционных, ленточных, колодочных и пневмо-камерных муфт. Ленточные тормоза останавливают или замедляют вращение отдельных механизмов экскаватора.
Главная лебедка экскаватора с механическим приводом (рис. 167 и см. рис. 165, вал 11/) предназначена для осуществления движений рабочего органа и состоит из двух независимо управляемых барабанов, которые по мере надобности могут либо подключаться к главной трансмиссии экскаватора, либо отключаться от нее и затормаживаться. При размещении этих барабанов на одном валу образуется одновальная лебедка, при расположении же их на двух параллельных валах — двухвальная лебедка. Барабаны лебедок экскаватора включаются фрикционными муфтами, а останавливаются тормозами. В универсальных экскаваторах общестроительного назначения с приводом всех его механизмов от одного двигателя главная лебедка чаще выполняется в виде одновальной двухбарабанной. В экскаваторах с индивидуальным приводом (главным образом в экскаваторах с ковшом большой вместимостью) главная лебедка выполняется в виде двух однобарабанных лебедок.
Рис. 167. Главная лебедка экскаватора
В зависимости от вида сменного оборудования универсального экскаватора изменяются назначение и характер использования главной лебедки и ее барабанов.
Главная одновальная лебедка экскаватора, оснащения для работы с- прямой лопатой, показана на рис. 167.
На валу / жестко закреплены зубчатое колесо 2, две крестовины 3 и свободно на шарикоподшипниках расположены два фрикционных барабана 4. Каждый барабан состоит из удлиненной ступицы и фрикционного шкива с двумя обработанными цилиндрическими поверхностями: внутренней — для ленты фрикционной муфты включения и наружной — для тормозной ленты 11. На ступице левого фрикционного барабана находятся две звездочки 5 привода напорного механизма. На правом фрикционном барабане крепится разъемный из двух половин барабан 6, на который навивается канат подъема ковша. В неподвижном положении фрикционные барабаны 4 вместе с закрепленными звездочками 5 и барабаном 6 удерживаются тормозной лентой 11. Основания ленточных тормозов закреплены на поворотной платформе экскаватора.
На крестовинах 3 смонтированы фрикционные муфты внутреннего типа и механизмы управления ими. Лента .12 фрикционной муфты неподвижным концом* прикреплена к крестовине, а подвижным концом при помощи раздвижной тяги 13 — к короткому плечу рычага 14. На длинное плечо рычага 14 воздействует шток
пневмокамеры 15 при пневматическом управлении или шток гидроцилиндра при гидравлическом управлении экскаватора.
Рабочая жидкость к цилиндрам муфт включения или воздух к пневмокамерам подается через отверстия в торцах вала / и вращающееся соединение 8.
При работе экскаватора с рабочим оборудованием — • обратной лопатой, грейфером, драглайном — к левому фрикционному барабану крепится разъемный барабан 10, на котором эапасовывается канат подъема стрелы обратной лопаты, ковша-драглайна или замыкания челюстей грейфера.
На правом конце вала 1 установлена противообгонная муфта 7, связанная цепной передачей со звездочкой, укрепленной на барабане стрелоподъемной лебедки.
Стрелоподъемная лебедка. Лебедка служит для изменения угла наклона стрелы (при работе с обратной лопатой для удержания дополнительной передней стойки). По конструкции привода лебедка может быть с цилиндрическими зубчатыми колесами или с червячной передачей.
При применении лебедки с червячным приводом подъем и опускание стрелы выполняют на режиме двигателя экскаватора. Стрелоподъемная лебедка с цилиндрическими зубчатыми колесами позволяет опускать стрелу под действием собственной массы ослаблением натяжения тормоза.
Стрелоподъемная лебедка может работать независимо от механизма поворота платформы экскаватора, что дает возможность совмещать операции по изменению вылета и повороту платформы.
Конструкция стрелоподъемной лебедки экскаватора показана на рис. 168 (см. также рис. 165, вал II). Канатный барабан 8 стрелоподъемной лебедки установлен на валу свободно на шарикоподшипниках 10 и оборудован; на конце звездочкой 9. Соединение барабана 8 с валом 5, осуществляется кулачковой муфтой 7, перемещающейся вдоль вала (вправо или влево) по направляющим шпонкам. С другой стороны кулачковой муфты находится звездочка 6, сидящая свободно на валу на подшипнике скольжения. На другом (левом) конце вала свободно на шарикоподшипниках вращается ступица 11 с двумя фланцами, к одному из которых присоединено зубчатое колесо 4, а к другому — корпус двухконусной муфты 12.( Пневмоцилиндр 2 вместе с прикрепленными к нему фрикционными колодками 3 может перемещаться на шлицах, вдоль вала: влево под действием пружины 13 и вправо под давлением сжатого воздуха, подаваемого в пространство между торцом цилиндра и поршнем 1. Поршень / жестко укреплен на торце вала. При включении рычага на пульте управления сжатый воздух (или рабочая жидкость) направляется в пространство между поршнем и цилиндром, смещая последний вправо до полного сцепления муфты и, следовательно, сцепления вала 5 с зубчатым колесом 4. При сцеплении кулачковой муфты 7 со звездочкой 6 включается механизм возврата рукояти при работе с прямой лопатой или же обратное вращение барабана лебедки подъема стрелы при оснащении экскаватора оборудованием обратной лопаты.
Рис. 168. Стрелоподъемная лебедка
а — общий вид; б — ленточный тормоз и крановый останов барабана
При сцеплении кулачковой муфты 7 с барабаном 8 последний будет вращаться и, наматывая на себя канат полиспаста, поднимет стрелу. В поднятом положении стрела удерживается ленточным тормозом и собачкой 14 храпового стопора. Натяжение тормозной ленты 15 обеспечивается пружиной 16.
Опускание стрелы происходит под действием собственной массы после выключения собачки 14 и ослабления натяжения тормозной ленты при помощи рычага /7. Прежде чем опустить стрелу следует ее немного приподнять, чтобы отвести собачку 14. Для удержания собачки' 4 в выключенном положении кольцо 18 вместе с тягой поворачивается на 90° и фиксируется в вырезе направляющей трубы. После выключения собачки можно опускать стрелу, уменьшая степень натяжения тормозной ленты рычагом 17.
Скорость опускания стрелы ограничивается роликовой противообгонной муфтой, расположенной на валу
главной лебедки, которая втулочно-роликовой цепью соединена со звездочкой 9, жестко закрепленной на барабане 8 стрелоподъемной лебедки.
Рис. 169. Механизм реверса
Механизмы реверса. Двигатели внутреннего сгорания не позволяют изменять направление вращения коленчатого вала, поэтому на одномоторных экскаваторах направление вращения поворотной платформы и направление движения экскаватора могут изменяться только с помощью механизмов реверса.
Наибольшее распространение получил механизм реверса, состоящий из трех конических шестерен (рис. 169). На торцах горизонтального вала 5 механизма установлены гидроцилиндры или пневмокамеры, вращающиеся вместе с валом. Давление масла в цилиндре (или воздуха в пневмокамерах) воздействует на шток 4, установленный в осевом отверстии вала 5. На конце штока 4 имеется вилка, упирающаяся в чеки 3 и 9, находящиеся 1 в прорезях вала 5. Концы чеки, выступающие за пределы вала, нажимают на торцы ступицы шкивов 2 и прижимают его к фрикционным колодкам 8, сжимая возвратную пружину 6. Таким образом, приводится во вращение одна или другая коническая шестерня 7, находящаяся в постоянном зацеплении с горизонтальной конической шестерней 10, закрепленной на шлицах вертикального вала 1.
Рис. 170. Схемы напорных механизмов
а — зависимый зубчато-реечный; 6 — независимый канатный; в — комбинированный канатный; г —
Напорные механизмы. При копании грунта прямой лопатой необходимо одновременно выполнять
комбинированный зубчато-реечный подъем ковша и поступательное движение рукояти с ковшом к забою. Выдвижение рукояти с ковшом в сторону забоя или возвращение ее осуществляется напорным механизмом (рис. 170).
Напорные механизмы одноковшовых универсальных экскаваторов общестроительного назначения различают: по способу передачи движения рукояти — на канатный и зубчато-реечный (кремальерный); по принципу действия — на независимый, зависимый и комбинированный.
Напорный механизм, в котором величина усилия напора может быть изменена независимо от величины натяжения подъемного каната, называется независимым.
Если же величина напорного усилия зависит от" величины натяжения подъемного каната, то механизм напора называется зависимым. В этом случае машинист экскаватора может только уменьшить величину напорного усилия. При объединении двух схем величина усилия напора зависит от величины натяжения каната, однако при включении независимой части механизма она может быть увеличена. Такая схема напорного механизма называется комбинированной.
При зависимом зубчато-реечном напорном механизме (рис. 170, а) напорное движение рукояти возможно только при подъеме ковша и навивании подъемного каната 5 на подъемный барабан /, сидящий на валу 3 главной лебедки и одновременном отпускании тормоза возвратного барабана 2 с канатом 4 Натяжение обратного конца подъемного каната 5 приводит во вращение барабан 9 и, следовательно, напорный вал 10 с кремальерными шестернями, передающими усилия на рейки 8. Если машинист не притормозит вовремя возвратный барабан, ковш под влиянием излишнего напора может глубоко врезаться в грунт, что вызовет перегрузку и даже остановку двигателя. В этом заключается основной недостаток зависимого напорного механизма. Другим его недостатком является неспособность врезаться в твердый грунт с поверхности в начале цикла, когда еще невелико усилие в подъемном канате и, следовательно, мало усилие напора.
При независимом канатном напорном механизме (рис. 170,6) выдвижение и возврат рукояти 8 производится независимо от работы подъемного барабана главной лебедки. Напор рукояти происходит при навивании ветвей напорного каната 13 на напорный барабан 14, получающий вращение от цепи 15 звездочек 11. При изменении направления вращения напорного барабана на него навивается возвратный канат 4, перемещающий рукоять в сторону экскаватора. Такое устройство обеспечивает большее удобство в управлении рабочими движениями экскаватора и дает возможность ковшу врезаться в поверхность твердого грунта в начале цикла;.
К недостаткам независимого напорного механизма относится неравномерность загрузки двигателя и механизмов, а также дополнительный расход мощности на противодействие усилию, стремящемуся перемещать рукоять в процессе копания.
При комбинированном напорном механизме (рис. 170,в,г) конец подъемного каната не закрепляется на стреле, как при независимом напоре (точка А на рис. 170,6), а пропускается к дополнительному барабану 9 на напорном валу, где создается дополнительный крутящий момент, используемый для выдвижения рукояти. Для направления напорного и подъемного канатов служат блоки 6, 7, и 12.
При комбинированном напорном механизме обеспечивается более плавная нагрузка двигателя и механизмов, а также более легкое управление ковшом при копании. Комбинированный напорный механизм позволяет увеличить напорное усилие и дает возможность установить на экскаваторе ковш большей вместимости, чем при независимом напорном механизме.
Экскаваторы с ковшами вместимостью до 0,4 м3 не имеют напорного механизма. В этом случае напорное движение ковша обеспечивается одновременным опусканием стрелы и подъемом рукояти.