Экскаваторы типа прямая механическая лопата

Экскаваторы типа прямая механическая лопата

Экскаватор типа прямая механическая лопата конструктивно приспособлен для выемки горных пород выше уровня установки и может обеспечивать небольшую глубину черпанья. Жесткое крепление ковша позволяет работать как в отвал, так и с погрузкой в транспортные средства. Прямую механическую лопату со сравнительно небольшими параметрами целесообразно использовать в первую очередь для погрузки породы в транспортные средства.

Прямая механическая лопата состоит из рабочего оборудования, непосредственно участвующего в процессе копания (ковш, рукоять, стрела, подъемные и стреловые канаты), поворотной платформы с кузовом, ходового механизма и силового оборудования. Стрела нижней пятой шарнирно соединяется с поворотной платформой и удерживается в наклонном положении стреловыми канатами. Рукоять шарнирно закреплена на стреле и может выдвигаться вперед или назад вдоль своей продольной оси. Поворотная платформа через роликовый круг опирается на раму ходового механизма.

Рабочее оборудование прямой механической лопаты

Рабочее оборудование прямой механической лопаты состоит из ковша, рукояти, стрелы, подъемного и стрелового канатов. Рукоять соединяется со стрелой седловым подшипником и может поворачиваться вокруг напорного вала при подъеме и опускании ковша и двигаться вдоль продольной оси при напоре и возврате ковша.

Стрела нижней пятой шарнирно соединена с поворотной платформой и удерживается в наклонном положении стреловым канатом, проходящим через блоки в головной части стрелы и на двуногой стойке. Угол наклона стрелы у прямой лопаты обычно равен 45°, но может изменяться от 30° до 60°.

Работа экскаватора с верхней погрузкой требует увеличения высоты разгрузки экскаватора. Поэтому большинство карьерных моделей снабжается специальным удлиненным оборудованием для верхней погрузки. Длина стрелы и рукояти при этом увеличивается в 1,5 - 1,7 раза, угол наклона стрелы принимается равным 50-60°, а вместимость ковша уменьшается на 30-50 %.

Эксплуатация рабочего оборудования прямой механической лопаты характеризуется рядом особенностей :

высокие динамические нагрузки, обусловленные периодичностью процесса скалывания породы, наличием твердых включений и изменением крепости пород по высоте уступа; большие удельные нагрузки особенно на режущей кромке ковша, так как основная часть установленной на экскаваторе мощности расходуется на привод рабочего движения ковша (подъем и напор); интенсивный абразивный износ режущих кромок ввиду их истирания при работе о поверхность забоя; воздействие атмосферных осадков и абразивной пыли; низкие температуры в зимний период работы экскаватора.

В связи с этим к рабочему оборудованию экскаваторов предъявляются следующие требования :

нехрупкость, вязкость материала ввиду высоких динамических нагрузок; высокая прочность применяемых материалов ввиду наличия больших удельных нагрузок. Это требование выполняется использованием высококачественных легированных сталей; хорошая износоустойчивость обеспечивается применением марганцовистых сталей и армированием режущих кромок ковша твердыми сплавами; снижение хладноломкости металлоконструкций рабочего оборудования может быть достигнуто путем правильного выбора легирующих элементов, вида термообработки, ликвидации мест возможной концентрации напряжений и соблюдением оптимального уровня нагрузок в зависимости от температурного режима работы; простота устройства, надежность и удобство обслуживания.

Ковш прямой механической лопаты состоит из стенок, наглухо соединенных между собой, и открывающегося днища (рис.2.1). Для лучшего наполнения ковша его переднюю стенку делают несколько выше

Рис. 2.1. Экскаватор ЭКГ-10

1-ковш; 2-открывающиеся днище; 3-рукоять; 4-напорный канат; 5-возвратный канат; 6-стрела; 7-механизмы управления и кабина машиниста; 8-кузов; 9- гусеничная ходовая тележка; 10-роликовый круг поворотной платформы; 11-стреловой канат; 12-подъемный канат; 13-поворотная платформа; 14-седловой подшипник

остальных. К низу ковш расширяется. Это облегчает разгрузку при работе в липких породах и застревание в ковше крупных кусков породы. Верхняя кромка передней стенки снабжается козырьком, защищающим ее от износа, и четырьмя-шестью зубьями, облегчающими внедрение ковша в грунт [7, 9].

Днище ковша может быть свободнопадающим или маятниковым. Свободнопадающее днище открывается сразу и разгрузка его происходит быстро, но сопровождается резкими толчками и ударами. При соответствующей вместимости транспортных средств недостатки свободнопадающего днища не имеют существенного значения. Все отечественные экскаваторы имеют такой тип днища. Зарубежные экскаваторы в некоторых случаях оборудуются маятниковым днищем, которое во время разгрузки ковша оттягивается назад канатом, для чего требуется значительное усилие. Порода по мере отодвигания днища постепенно, без резких ударов высыпается из ковша. Износ транспортных средств в этом случае меньше. Однако процесс разгрузки затягивается и производительность экскаватора снижается.

Рис.2.2. Сварно-литой ковш экскаватора ЭКГ-10

1-корпус; 2-днище; 3-траверсы; 4-зубья; 5-механизм торможения

днища; 6-проушины для соединения с рукоятью; 7-засов; 8-цепь;

9-тяги; 10-уравнительные блоки

Обычно передняя стенка ковша отливается заодно с частью боковых стенок из марганцовистой стали. Задняя стенка также заодно с частью боковых отливается из углеродистой стали и соединяется сваркой с передней. К передней стенке крепятся пять зубьев из высокомарганцовистой стали Г13 Л. К задней стенке с помощью проушин и пальцев крепится днище. Угол заострения зубьев для легких условий работы составляет 22°, а для скальных пород - 34°. Зуб заменяют, когда его угол заострения достигает 60°.

К подъемному канату ковш подвешивается с помощью коромысла и уравнительного блока, выравнивающего усилия натяжения в ветвях подъемного каната.

С рукоятью ковш соединяется жестко посредством проушин и тяг. Меняя длину тяг можно изменять угол наклона ковша к продольной оси рукояти и угол резания зубьев. На экскаваторах большой мощности, рассчитанных для работы в определенных условиях, применяется жесткое соединение ковша с рукоятью посредством сварки.

Рукоять служит для передачи на ковш напорного, а на гидравлических экскаваторах и подъемного усилий. Применяются две конструктивные схемы: с внешней и внутренней рукоятью. Внешняя рукоять обеспечивает большую устойчивость ковша в процессе резания грунта, поэтому применяется главным образом на карьерных экскаваторах, рассчитанных на тяжелые условия работы. Такая рукоять состоит из двух балок, охватывающих стрелу (рис.2.3, б). Внутренняя рукоять имеет одну балку, проходящую между балками стрелы (рис.2.3, а). Внешняя рукоять значительно тяжелее и требует увеличения подъемного усилия. Это особенно заметно у вскрышных экскаваторов, имеющих увеличенную

Рис. 2.3. Рукояти одноковшовых экскаваторов

а-однобалочная; б-двухбалочная;

1-балка; 2-концевая отливка; 3-кронштеин валика открывания

днища; 4-зубчатая рейка ;5,6-блоки напорного и возвратного

канатов; 7-полублок напорного каната; 8-проушины для крепления

ковша; 10-упор ограничения хода рукояти

длину рукояти. Поэтому на вскрышных экскаваторах применяется внутренняя однобалочная рукоять.

В поперечном сечении балки рукояти могут быть прямоугольные, квадратные и круглые. Одно - и двухбалочная рукоять имеет приваренную в передней части концевую отливку с проушинами для крепления ковша. В средней и задней частях балки устанавливаются полублоки (блоки), посредством которых возвратный или напорный канаты сообщают возвратно-поступательное движение рукояти. При зубчато-реечном механизме напора снизу к балкам приварены штампованные зубчатые рейки. Балки рукояти помещаются в седловые подшипники, установленные на стреле.

Изготавливаются экскаваторы с возможностью изменения угла наклона ковша относительно рукояти посредством гидроцилиндров, которыми ковш соединяется с рукоятью взамен тяг. В этом случае машинист экскаватора имеет возможность дистанционно регулировать угол резания зубьев ковша по траектории его движения в пределах 34 - 79° по отношению к оси рукояти. Изменение угла наклона ковша улучшает условия черпания и наполнения ковша, а также условия его разгрузки в транспортные средства.

Стрелы прямой механической лопаты изготовляются сварными с круглым или прямоугольным поперечным сечением. Стрела выполняется в виде одной сплошной балки или в виде разрезной балки, имеющей посредине шарнир (рис.2.4). Примером первой конструкции может служить стрела экскаватора ЭКГ-5А, ЭКГ-20, а второго ЭКГ-8И, ЭКГ-12.5, ЭВГ-15м и др. Двухбалочные стрелы применяют на экскаваторах с канатным или коленно-рычажным напором. Стрелы экскаваторов с коленно-рычажным и канатным напором либо не несут на себе механизма напора, либо несут меньшую его часть и работают только на продольное сжатие за исключением небольших нагрузок от веса в вертикальной плоскости и инерционных нагрузок от собственного веса в горизонтальной плоскости.

Шарнирно-сочлененная двухбалочная стрела экскаватора с канатным напором (рис.2.4 в) состоит из двух частей - нижней 1 и верхней 2. Нижняя часть стрелы образует жесткий треугольник с двуногой стойкой 4 и подкосами 3, который воспринимает усилия, передающиеся от рукояти и верхней части стрелы. Последняя удерживается канатными растяжками 5. Достоинством такой конструкции стрелы является то, что ее части не испытывают изгибающих нагрузок. Входящую только отдельным элементом в пространственную конструкцию и работающую как одно целое нижнюю часть стрелы изготавливают легкой и простой по конструкции.

Стрелы и рукояти изготавливаются из углеродистых и низколегированных сталей. Низколегированные стали имеют более высокие допускаемые напряжения и большую возможность при низких температурах. Поэтому стрелы и рукояти из низколегированных сталей имеют меньший вес и лучше выдерживают нагрузки при работе при низких отрицательных температурах.

Подъемные и напорные механизмы прямой механической лопаты

Подъемный механизм предназначен для осуществления подъема и опускания ковша экскаватора во время рабочего цикла при черпании и разгрузке горной массы. Подъемный механизм представляет собой лебедку и состоит из приводного двигателя, передаточного устройства и барабана (барабанов).

На карьерных экскаваторах типа прямая лопата подъемный механизм располагается в передней части поворотной платформы. На вскрышных экскаваторах Ново-Краматорского машиностроительного завода (ЭВГ-15, ЭВГ-35.65) подъемный механизм установлен в задней части поворотной платформы. Это позволяет уменьшить вес противовеса и улучшить условия работы преобразовательного агрегата, находящегося ближе к оси вращения платформы и меньше подверженного воздействию инерционных сил при вращении поворотной платформы.

По конструктивному исполнению подъемные механизмы можно подразделить

1. По количеству барабанов

с однобарабанной лебедкой (Э-2503, ЭКГ-5А и др.); с двухбарабанной лебедкой (ЭКГ-8И, ЭВГ-4И, ЭВГ-15,ЭКГ-12.5 и др.).

Однобарабанные лебедки используются в подъемных механизмах строительных универсальных и карьерных экскаваторах небольших параметров. Во вскрышных и крупных карьерных экскаваторах подъемные механизмы оборудуются двухбарабанными лебедками, привод которых значительно сложнее.

2. По количеству рабочих ветвей подъемного каната

с одной ветвью (Э-1251, Э-2503 и др.); с двумя ветвями (ЭКГ-5А, ЭКГ-8И, ЭКГ-12.5 и др.); с четырьмя ветвями (ЭВГ-15 и др.).

В зависимости от количества рабочих ветвей подъемного каната изменяется нагрузка на канат и необходимая скорость навивки каната на барабан. Подвеска ковша на двух ветвях подъемного каната позволяет применить канат меньшего диаметра, благодаря чему уменьшается диаметр барабана лебедки и передаточное число редуктора.

3. По типу передаточного устройства

с редукторной передачей (большинство карьерных и вскрышных экскаваторов); с безредукторной передачей (ЭВГ-15, ЭВГ-35.65М).

Безредукторный привод подъемной лебедки экскаватора ЭВГ-15 осуществляется от тихоходного двигателя постоянного тока мощностью 1100 кВт и номинальной частотой вращения 16 мин-1. На обоих хвостовиках вала якоря двигателя установлены барабаны, на каждый из которых навивается по две ветви подъемного каната. Применение безредукторного привода подъемной лебедки позволяет снизить динамические нагрузки в подъемных канатах и повысить надежность ее работы. Недостатком такой конструкции является высокая стоимость тихоходного двигателя и длительные простои экскаватора в случае аварии с двигателем.

Напорный механизм прямой механической лопаты предназначен для создания напорного усилия, необходимого при внедрении режущей кромки ковша в горную массу, в процессе черпания. Напорное усилие, развиваемое ковшом при взаимодействии его с породой, может достигать 50 % от подъемного в случае разработки плохо взорванных скальных пород. При работе по слабым породам напорное усилие невелико и составляет 10-20 % от подъемного.

Напорный механизм состоит из приводного и передаточного устройств. По способу сообщения напорного движения ковшу различают следующие типы напорных механизмов.

1. Рычажный напор, когда стрела и рукоять соединяются шарнирно и напорное движение ковшу создается за счет наклона стрелы или специальным гидравлическим цилиндром (рис.7.6 а, б). Усилие напора в этом случае создается весом стрелы, наклоняющейся при опускании стрелового каната (рис.7.6 а) или при подаче рабочей жидкости в поршневую полость гидроцилиндра (рис.7.6 б). Первый вариант напорного механизма применяется редко лишь в самых малых строительных экскаваторах с ковшами вместимостью до 0.25 м3 (Э-258). Второй вариант широко применяется в последнее время на строительных экскаваторах с ковшами вместимостью от 0.15 до 0.5 м3 (Э-153 и др.).

2. Зубчато-реечный напор, когда вращение напорного вала, снабженного шестернями, передается зубчатым рейкам, укрепленным на балках рукояти, чем достигается напорное и возвратное движение ковша. Напорный вал получает вращение от напорного механизма, который у многодвигательных экскаваторов устанавливается на стреле. Вес напорного механизма и напорное усилие действуют на стрелу, что требует изготавливать ее более прочной, а, следовательно, и более тяжелой.

Масса напорного механизма, установленного на стреле и находящегося на значительном расстоянии от оси вращения платформы, существенно увеличивает момент инерции поворотной части экскаватора. Обслуживание такого напорного механизма (смазка, ремонт) затруднительно. Достоинством является возможность создания значительных напорных усилий, простота конструкции и удобство управления в процессе копания.

Зубчато-реечный напор применяется на ряде карьерных (ЭКГ-5А, ЭКГ-20) и строительных (Э-1003, Э-2503) экскаваторах.

3. Канатный напор.

В этом случае напорный механизм устанавливается на поворотной платформе и имеет барабан, от которого один (напорный) канат, огибая ролик, идет к заднему концу рукояти, а другой (возвратный) - к переднему концу рукояти (рис.2.5 в). Вращение барабана вызывает осевое перемещение рукояти с ковшом.

Рис.2.5. Типы напорных механизмов экскаваторов

а-рычажный механический напор; б-рычажный гидравлический напор;

в-канатный напор

Канатный напор имеет достаточно простое устройство и при высоком качестве канатов надежен в работе. Обслуживание и ремонт его не сложны. Вес такого напорного механизма не создает нагрузки на стрелу, момент инерции поворотной части экскаватора меньше.

Канатный напор применяется на строительных (Э-505), карьерных (ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭКГ-12.5, ЭКГ-15) и вскрышных (ЭВГ-6, ЭВГ-35.65) экскаваторах.

4. Коленчато-рычажный напор имеет вскрышной экскаватор ЭВГ-15, ЭВГ-35.65М, опытные образцы карьерного экскаватора ЭКГ-5.

Рукоять 4 универсальным шарниром 3 соединяется с напорной рейкой 2 и балансиром 5, который нижним концом шарнирно соединен с поворотной платформой  (рис. 2.6.) Напорная рейка 2 седловым подшипником связана с напорным валом, вращение которого вызывает продольное перемещение рейки, передающееся рукояти и ковшу. Балансир при этом совершает колебательное движение.

Рис. 2.6. Коленчато-рычажный напорный механизм

1-привод, 2-напорнаярейка, 3-универсальный шарнир, 4-рукоять, 5-балансир

Универсальный шарнир имеет две оси, пересекающиеся между собой: вертикальную и горизонтальную. Вокруг горизонтальной оси рукоять поворачивается при подъеме ковша. Когда под действием сил инерции при повороте экскаватора на выгрузку или в забой ковш отклоняется от плоскости стрелы, рукоять может повернуться вокруг вертикальной оси. Благодаря этому она разгружается от изгибающих усилий. Во время черпания грунта ковшом нагрузка на зубья распределяется равномерно и ковш перекашивается. Обычно от перекоса ковш удерживает рукоять. В коленчато-рычажном напоре перекос ковша не создает скручивающих нагрузок на рукоять, так как она может свободно поворачиваться в цапфе универсального шарнира. От перекоса ковш удерживают подъемные канаты. Таким образом, применение универсального шарнира с цапфой рукоять освобождается от изгибающих и скручивающих нагрузок, что позволяет делать ее облегченной.

Коленчато-рычажный напор позволяет разгрузить стрелу от веса напорного механизма и напорного усилия. Вес стрелы при этом уменьшается на 15-20 %. Момент инерции вращающейся части также уменьшается, потому что напорный механизм находится на оси вращения поворотной платформы.