Классификация горных машин. Принцип действия и конструктивные схемы одноковшовых экскаваторов.

1. Наиболее характерными представителями выемочно-погрузочных машин, эксплуатируемых на открытых разработках, являются экскаваторы, подразделяющиеся на одноковшовые и многочерпаковые.

Экскаватором называется машина, предназначенная для зачер­пывания (экскавации) горной массы, перемещения ее на относи­тельно небольшие расстояния и погрузки на транспортные средства или в отвал.

Рабочий цикл экскаватора складывается из четырех операций: наполнения ковша (черпания), перемещения его к месту разгрузки, разгрузки и перемещения порожнего ковша к месту зачерпывания.

Любой экскаватор, одноковшовый или многочерпаковый, состоит из следующих основных частей: рабочего, механического, ходового и силового оборудования, механизмов управления, рамы и кузова.

Существующие типы одноковшовых и многочерпаковых экскава­торов наиболее обще классифицируются типажом по следующим признакам: назначению и роду работы, виду рабочего оборудования, роду ходового оборудования, поворотности верхнего строения, емкости ковша (производительности) и роду силового оборудования.

В свою очередь, одноковшовые и многочерпаковые экскаваторы имеют более узкую классификацию, отвечающую конкретной спе­цифике конструкций той или иной группы машин.

2. 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. Применяется свыше десяти типов рабочего оборудования.

Большинство типов оборудования не является основным и их применение экономически целесообразно только при небольшом объеме выполняемых ими работ, когда нерентабельна доставка для этой цели более эффективной специальной машины.

Основные виды рабочего оборудования одноковшовых экскава­торов, применяемых на открытых работах: прямая лопата и драг­лайн. Реже используются: обратная лопата, грейфер, струг, кран и копер.

Конструктивные схемы прямой лопаты. Конструктивной схемой, в отличие от кинематической, называется схематическое изображение всей машины или ее основных узлов с указанием их действительного взаимного расположения и кинематической связи. Конструктивная схема — это как бы скелет машины. Она должна предусматривать простое и надежное осуществление всех операций экскаватора, а также операций по его обслуживанию и ремонту.

Выпускается три вида рабочего оборудования прямой лопаты: напорная прямая с выдвижной рукоятью, коленно-рычажная, без­напорная.

Вид рабочего оборудования определяет конструктивную схему экскаватора.

Напорная прямая лопата с выдвижной рукоятью (рис. 4.1, а, б, е) состоит из: ковша 1, рукояти 2, удерживаемой в стреле седловым подшипником 3 и деталями напорного механизма. Стрела опирается о поворотную платформу при помощи пятового шарнира стрелы 4 и поддерживается с помощью полиспаста подвески 5. Подъемный канат от лебедки проходит через головной блок стрелы бив точке В образует подвижное звено с подвеской ковша, 7.

Систему напорного механизма и конструкцию стрел определяют три основных типа прямой лопаты:

- с зубчатореечным механизмом напора (рис. 4.1, а), расположенным на стреле 8 и передающим усилие на зубчатую рейку рукояти 9 через кремальерную шестерню 10 с осью вращения О₂ и точкой контакта с рейкой А;

- с канатным механизмом напора (рис. 4.1, б) и разрезной стрелой, которую шарнир О₂ делит на две части — верхнюю 11 и нижнюю 12, поддерживаемую подкосом 13. Напорная лебедка 14 располагается на платформе. Выдвижение и возврат рукояти производится кана­тами 15 и 16, огибающими центральные блоки 17, закрепленные на оси шарнира стрелы;

- с канатным механизмом напора (рис. 4.1, в) и неразрезной стрелой 18; седловой подшипник 3 и центральные блоки 17 укрепляются а оси О₂ в стреле. Выдвижение и возврат рукояти осуществляется лебедкой 14 через напорный 15 и возвратный 16 канаты.

Во всех трех типах напорной лопаты можно считать неподвижным звеном стрелу, которая в точках О₁ и О₂ образует вращательные пары с подвижными звеньями — головными блоками 6 и кремальер­ной шестерней 10 или блоками 17. Последние в точке А (О₂) кинематический «связаны» с рукоятью.

Рис. 4.1. Конструктивные схемы напорной прямой ло­паты с выдвижной рукоятью

Положение рукояти в седловом подшипнике позволяем ей вращаться вокруг оси крепления седлового подшипника О₂ под действием усилия в подъемном канате, а также перемещаться поступа­тельно в седловом подшипнике в результате действия напорного механизма и проворачиваться вокруг продольной оси. Таким образом, рукоять имеет три степени подвижности. Рабочие перемещения ковша осуществляются сложением подъемного и напорного движений меха­низмов. Механизм воспроизводит движение прямой лопаты в резуль­тате вращательного движения барабанов лебедок напора и подъема.

Рис. 4.2. Схемы колено-рычажных прямых лопат

Напорные прямые лопаты предназначены для разработки грунта выше уровня стоянки машины.

Колено-рычажные прямые лопаты (рис. 4.2) имеют три основные схемы, различающиеся по виду рабочего оборудования:

а) с внутренней рукоятью, напорной балкой и зубчато-реечной подачей (рис. 4.2, а);

б) с внутренней рукоятью, напорной балкой я канатной подачей (рис. 4.2, б);

в) с внешней двухбалочной рукоятью, без напорной балки и с ка­натной подачей (рис. 4.2, в).

Элементами рабочего оборудования являются: ковш 1, рукоять 2, стрела 3 с головными блоками 6 и пятой 7, балансир 4, под­веска ковша 5, стреловой полиспаст 8, подъемный канат 9.

У колено-рычажных лопат с внутренней руко­ятью напорный механизм либо вынесен на двуногую стойку и осуществляет Рис. 4.3. Схема безнапорной прямой лопаты подачу рукояти на забой напорной балкой 10, перемещаемой посредством зубчато-реечной системы (рис. 38, а) или системой канатного напора (рис. 4.2, б) в седловом подшипнике 11, либо не имеет напорной балки, а подача рукояти на забой осуществляется системой канатов- подачи 12 и возврата 13 через блоки двуногой стойки или стрелы 14 (рис. 4.2, в). В кинематическом отношении неподвижным звеном исполнитель­ного механизма экскаватора является поворотная платформа с дву­ногой стойкой и стрелой. В точках О₁, О₂,О₃, O₄, О₅ неподвижное звено образует вращательные пары с подвижными звеньями. Напор­ный механизм в точке А передает напорно-возвратное движение напорной балке, шарнирно соединенной с балансиром D. Рукоять с ковшом образуют вращательные пары в шарнире D и в точке В через подвеску ковша 5 с подъемным канатом 9. Механизм воспроиз­водит движение прямой лопаты в результате вращательного движе­ния барабанов лебедок в точках О₂ и О₃.

Траектории резания образуются сочетанием вращательного и по­ступательного движения рукояти.

У безнапорных прямых лопат (рис. 4.3) рабочее оборудование состоит из ковша 1, подвески ковша 2, рукояти 3, укрепленной посредине стрелы 4, имеющей головной блок 5 и пяту 6. Рукоять имеет возможность вращаться относительно шарнира А.

Рис. 4.3. Схема безнапорной прямой лопаты

Кинематический неподвижным звеном исполнительного механизма является платформа с дополнительной передней стойкой 7. С непод­вижными звеньями в точках О₁, О₂ и О₃ образуют вращательные пары подвижные звенья - стреловой и подъемный барабаны лебедки, блоки 8 стрелового полиспаста стрела. У безнапорных лопат стрела — подвижное звено. Она образует вращательные пары с руко­ятью 3 головными блоками 5 и в шарнире 6 с платформой экскава­тора. В точке В во вращательную пару с ковшом входит его подве­ска 2, соединенная с подъемным канатом 9, который в точке С соприкасается с головным блоком стрелы.

Механизм воспроизводит рабочие движения прямой лопаты вра­щением барабанов 10 я 11 с осью O₃. Траектория резания образуется сложением поступательного движения подъемного каната 12 с вра­щательным движением стрелы вокруг ее шарнирной пяты. Безнапорные лопаты при­меняются главным образом в моделях универсальных строительных экскаваторов с ковшами емкостью до 1 м³.