Конструктивные схемы одноковшовых экскаваторов

Конструктивной схемой, в отличие от кинематической, называют схематическое изображение всей машины или ее основных узлов с указанием их действительного взаимного расположения и кинематической связи.

Одним из главных признаков различия одноковшовых экскаваторов, определяющих их назначение и область применения, является рабочее оборудование (исполнительный механизм). В зависимости от назначения рабочее оборудование одноковшовых экскаваторов имеет различную конструкцию и кинематику. На универсальных экскаваторах могут применяться до десяти видов сменного рабочего оборудования. Однако экскаваторы, используемые на открытых горных разработках, имеют, как правило, один основной вид специализированного рабочего оборудования.

Основные виды рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов, применяемого на открытых работах, – прямая напорная лопата и драглайн; более ограниченно используют гидравлические прямые и обратные лопаты, грейфер, ковшовые погрузчики.

Напорная лопата имеет систему принудительной подачи рукояти и ковша на забой, действующую от какого-либо привода, а в зависимости от конструкции стрелы и типа напорного механизма различают её следующие виды.

Прямая напорная лопата с выдвижной рукоятью (рис. 10.1) зубчато-реечным механизмом напора состоит из: ковша 1, рукояти 2, удерживаемой седловым подшипником 3 и деталями напорного механизма. Стрела 8 опирается с помощью пятового шарнира 4 на поворотную платформу и поддерживается с помощью канатов подвески стрелы 5 за двуногую стойку. Подъемный канат 11 от лебедки 12 проходит через головной блок 6 стрелы и в точке О₃ с подвеской ковша 7 образует подвижное звено.

Зубчато-реечный механизм напора расположен на стреле и передает напорное усилие рукояти через зубчатую рейку 9 и кремальерную шестерню 10.

Прямая напорная лопата с выдвижной рукоятью (рис. 10.2) канатным механизмом напора и неразрезной двухбалочной стрелой имеет в отличии от предыдущей конструктивной схемы напорную лебедку 13, установленную на поворотной платформе, которая с помощью каната 10 через огибающие блоки 9, закрепленные на оси О₂ и блоки расположенные на рукояти 2, осуществляет подачу ковша 1 на забой и его отвод от забоя после наполнения. Седловой подшипник 3 установлен на оси О₂ вместе с огибающими блоками 9 в стреле 8.

Прямая напорная лопата с выдвижной рукоятью (рис. 10.3) канатным механизмом напора и разрезной двухбалочной стрелой имеет в отличии от предыдущей конструктивной схемы двух балочную разрезную стрелу 8, нижняя часть стрелы поддерживается подкосом 14 и образует в процессе работы. совместно с двуногой стойкой и поворотной платформой жёсткий многоугольник. Огибающие блоки 9 и седловой подшипник 3 закрепляются на оси О₂ в вершине образуемой подкосом и нижней частью стрелы. Напорная лебедка 13, установленная на поворотной платформе, с помощью каната 10 через огибающие блоки 9 и блоки расположенные на рукояти 2, осуществляет подачу ковша 1 на забой и его отвод от забоя после наполнения.

Прямая напорная лопата с выдвижной рукоятью (рис. 10.4) канатным механизмом напора и неразрезной двухбалочной стрелой имеет в отличии от предыдущей конструктивной схемы седловой подшипник 3 установленый в шарнире стойки 15, не связанной со стрелой 8. Стойка в свою очередь удерживается подкосом 14. Напорная лебедка 13 расположена в передней части поворотной платформы. Выдвижение и возврат рукояти осу ществляются так же, как на схеме, показанной на рис. 10.3.

Положение рукояти в седловом подшипнике позволяет ей вращаться вокруг оси 0₂ крепления седлового подшипника под действием усилия в подъемном канате, а также поступательно перемещаться в седловом подшипнике в результате действия напорного механизма и проворачиваться вокруг продольной оси. Таким образом, рукоять имеет три степени подвижности. Рабочие движения ковша во времени определяются сложением векторов перемещений, обеспечиваемых подъемным и напорным механизмами при вращательном движении барабанов лебедок напора и подъема.

Разгрузка ковша после поворота платформы к отвалу или на ось транспортного средства осуществляется открытием днища специальным механизмом. Ковш опускается в исходное положение для копания у подошвы уступа под действием веса рукояти и ковша.

Напорные прямые лопаты предназначены для разработки массивов, расположенных, как правило, выше уровня установки машины, но способны осуществлять черпание и ниже уровня установки на незначительную глубину, достаточную только для самозаглубления машины при проходке траншей.

Прямая коленно-рычажная напорная лопата имеет рукоять, кинематически не связанную со стрелой и перемещающуюся между стойками двухбалочной неразрезной стрелы. Такого рода лопаты наиболее распространены с двумя системами подачи: зубчато-реечной (рис. 10.5) и канатной (рис. 10.6).

Элементами рабочего оборудования лопаты являются ковш 1, рукоять 2, стрела 8 с головными блоками 6 и пятой 4, балансир 10, подвеска ковша 7, стреловой полиспаст 5, подъемный канат 11.

У коленно-рычажных лопат седловой подшипник 13 вынесен на двуногую стойку, а подача рукояти на забой осуществляется напорной балкой 3, перемещаемой посредством либо зубчато-реечной системы (рис. 10.5), либо системы канатов (рис. 10.6).

В кинематическом отношении неподвижным звеном исполнительного механизма экскаватора является поворотная платформа с двуногой стойкой и стрелой. Напорный механизм передает напорно-возвратное движение балке 3, шарнирно со единенной с балансиром 10. Рукоять и ковш образуют вращательные пары в шарнире О₂ точке О₃. Ковш подвешивается к подъемному канату 11 через подвеску ковша 7. Коленно-рычажный механизм воспроизводит движение прямой лопаты в результате вращательного движения либо кремальерной шестерни либо барабанов лебедки напора. Траектории копания определяются в результате сочетания поворотного относительно точки О₂ и поступательного относительно седлового подшипника движений напорной балки 3 рукояти.

Разгрузка ковша осуществляется так же, как и у прямой напорной лопаты с выдвижной рукоятью – открыванием днища ковша.

Гидравлический экскаватор

Гидравлическая прямая лопата с поворотным ковшом (рис. 10.7,а) имеет следующие элементы рабочего оборудования: стрелу 1 рукоять 2 и ковш 3, поворачивающихся относительно соответствующих шарниров с помощью гидравлических цилиндров подъема — опускания стрелы 4, напора рукояти 5, и поворота ковша 5. Гидроцилиндр 5 может крепиться как к рукояти, так и к стреле 1. Гидроцилиндр 5 крепится также к угловой тяге, соединенной шарниром с тягой ковша. В кинематическом отношении неподвижным звеном исполнительного механизма экскаватора является поворотная платформа. Траектория копания образуется сочетанием перемещений основных элементов рабочего оборудования

Разгрузка ковша производится опрокидыванием за счет его поворота вокруг оси крепления к стреле.

Гидравлическая прямая лопата может быть выполнена с ковшом, имеющим челюстной створ. В этом случае в задней стенке ковша устанавливают дополнительные гидроцилиидры, поворачивающие переднюю часть ковша вокруг соответствующего шарнира. При этом задняя стенка является неподвижным звеном.

Гидравлическая обратная лопата (рис. 10.7, б) имеет аналогичное рабочее оборудование и исполнительные механизмы.

Обратная лопата может иметь неповоротный ковш. В этом случае отсутствует гидроцилиндр 5, а угловая тяга и тяга ковша используются для его крепления к рукояти.

Перечисленные выше виды оборудования гидравлического экскаватора — прямая и обратная лопаты, а также грейфер, описываемый ниже, могут быть сменными и размещаться на одной базовой машине.

Драглайн

Драглайн (рис. 10.8) имеет: ковш 1 с упряжью 4, тяговый 3 и подъемный 2 канаты, стрелу 5 с направляющими 8, головными 6 блоками и пятой. Для перемещения ковша служат лебедки подъема и тяги. Угол наклона стрелы во время работы обычно не изменяется и определяется длиной стрелового каната или полиспаста 7.

Исполнительный механизм драглайна имеет два гибких звена-каната, связывающих ковш с ведущими звеньями механизма. Неподвижным звеном механизма драглайна является платформа экскаватора с двуногой стойкой и стрелой. Подъемный 10 и тяговый 9 барабаны лебедок образуют с неподвижными звеньями в соответствующих точках вращательные нары. Механизм воспроизводит рабочие движения драглайна в результате перемещений подъемного и тягового канатов.

Разгрузка ковша осуществляется за счет ослабления тягового каната и поворота ковша, имеющего центр тяжести впереди точки крепления подъемного каната. При этом канат упряжи проскальзывает относительно блока, давая возможность ковшу опрокинуться.

Рабочее оборудование приспособлено к разработке грунта преимущественно ниже уровня стояния экскаватора, хотя вполне успешно может работать и выше этого уровня.

Грейфер

Исполнительный механизм грейфера (рис. 10.9) состоит из ковша 1, замыкающего 3 и подъемного 4 канатов, стрелы 2 со сдвоенными головными блоками 5. Стрела крепится пятовым шарниром к поворотной платформе. Подъемный канат прикрепляется к шарниру, соединяющему тяги 9 ковша. Канат 2 служит для размыкания створок 8 ковша. Во время разгрузки под действием веса ковша и породы после ослабления замыкающего каната и передачи этих сил на поддерживающий канат средняя часть ковша опускается и створки расходятся. Неподвижным звеном исполнительного механизма является платформа экскаватора с двуногой стойкой. Механизм воспроизводит рабочее движение грейфера в результате действия подъемного 3 и замыкающего 2 канатов, сходящих соответствующих с барабанов лебедки 7. Рабочее оборудование грейфера предназначено для выемки породы со дна глубоких котлованов, водоемов, а также для погрузки сыпучих и мелкокусковых материалов.