Механизмы экскаваторов

1. Опорно-поворотные устройства экскаваторов состоят из поворот­ного механизма и опорно-поворотного устройства.

Поворотный механизм экскаватора служит для вращения пово­ротной платформы экскаватора с целью осуществления рабочего движения или поворота на выгрузку. Современные экскаваторы имеют механизмы поворота с индивидуальным приводом, состоящие из одного или нескольких самостоятельных механизмов-агрега­тов, работающих на общий зубчатый венец. По числу таких агрега­тов механизмы поворота можно разделить на одноагрегатные (ЭШ-4/40), двухагрегатные (ЭКГ-2; ЭКГ-3,2; ЭКГ-5; ЭКГ-8И; ЭВГ-15/40), трехагреттные (ЭКГ-6,ЗУ, ЭКГ-12,5), четырехагрегатные (ЭВГ-35/65М, ЭШ-15/90Б, ЭЩ-25/100, 8300-М), шестиагрегатные (3850-В, 8900-М), восьмиагрегатные (ЭШ-80/100, ЭВГ-100/70, 6360-М), десятиагрегатные (4250-W) и двенадцатиагрегатные (9600-М).

Сами механизмы-агрегаты характеризуются определенной ста­бильностью конструкций. Один из таких механизмов представлен на рис. 9.1.

Вращение от вертикального фланцевого электродвигателя 1 пере­дается через две зубчатые пары на вертикальный поворотный вал 2. Нижняя шестерня 3 сцепляется с зубчатым венцом 4, закрепленным на нижней раме экскаватора. Двигатель устанавливается па крышке редуктора. Тормоз 5 устанавливается на втором конце вала двига­теля. Скорость вращения поворотной платформы одноковшовых экс­каваторов колеблется от 3 об/мин у самых малых экскаваторов до 1,4 об/мин у наиболее мощных. Двигатели применяются с номи­нальным числом оборотов 800—1000 в минуту, поэтому редуктор вместе с последней открытой парой имеет передаточное число порядка 400—700.

Особенности работы поворотных механизмов одноковшовых экска­ваторов: отсутствие сопротивления повороту на рабочем органе, большие ускорения, кратковременность или полное отсутствие периода равномерного движения (после разгона сразу начинается торможение). При таком режиме работы основной нагрузкой пово­ротных двигателей являются силы инерции. Поворотное движение занимает 60—70% (иногда до 80%) общей длительности цикла экска­ватора. За счет сокращения продолжительности поворота можно значительно повысить производительность экскаватора. Поэтому мощность поворотных механизмов у современных экскаваторов делается почти равной мощности главного двигателя. Мощность поворотных механизмов ограничивается прочностью стрел и рукоя­тей, получающих значительные инерционные нагрузки при интенсив­ном разгоне (торможении).

Передаточное число механизмов поворота у многочерпаковых экс­каваторов в 10—20 раз выше, чем у одноковшовых, поэтому в редук­торах поворотной платформы многочерпаковых экскаваторов подчас применяются обратимые червячные передачи.

У многочерпаковых экскаваторов поворотный механизм преодоле­вает значительное сопротивление на рабочем органе; всегда имеет место длительный период равномерного движения; разгон и торможе­ние занимают относительно немного времени, поэтому инерционные нагрузки невелики и наибольшую часть сопротивления составляют нагрузки статические. Поворотные механизмы многочерпаковых экс­каваторов всегда снабжаются предохранительными устройствами. Опорно-поворотное устройство служит для восприятия верти­кальных нагрузок, возникающих от веса поворотной платформы и механизмами и рабочего оборудования, боковых нагрузок от сил инерции неуравновешенных масс и от веса частей поворотной плат­формы при нестрого горизонтальной установке экскаватора и для передачи их на раму ходового устройства.

Рис. 9.1 Механизм поворота экскаватора ЭКГ-8

Рис. 9.2. Схемы опорно-поворотных устройств в карьерных и карьерно-строи­тельных экскаваторов:

а — многокатковое опорное устройство с центральной цапфой и гайкой; б — многокатковое устройство с захватными роликами и центральной цапфой; в — малокатковое устройство с опорно-захватными роликами, обкатывающимися по нижнему и верхнему опорному кольцу; г — однорядное шариковое опорно-поворотное устройство; д — двухрядное опорно-поворот­ное устройство; е — роликовое крестообразное опорно-поворотное устройство (оси вращения роликов пересекаются); 2 — нижний круг катания; 2 —поворотная платформа; в —цен­тральная гайка; 4 — центральная втулка; 3 — центральная цапфа; в — колесо (каток); 7 — зубчатый венец (с внутренним или наружным зацеплением); 8 — нижняя ходовая рама; 9 — роликовая обойма; 10 — захват; 11 - захватные ролики; 12 — опорный круг с верхней и нижней дорожками катания; 13 — опорно-захватные ролики; 14 — шарики; 15 — опорное и захватное кольца поворотной платформы; 16 — опорное и захватное кольца нижней ходовой рамы с зубчатым венцом; 17 — опорно-захватное кольцо с зубчатым венцом; 18 — ролик

Все опорно-поворотные устройства одноковшовых экскаваторов можно разделить на две группы: устройства, у которых усилия от веса частей поворотной платформы передаются через ось опорных катков и устройства, у которых эти усилия передаются непосредственно на ролики или шарики (рис. 9.2 а, б, г, д, е).

Опорно-поворотные устройства с катками, закрепленными на осях, применяются на одноковшовых экскаваторах малой мощности и на многочерпаковых экскаваторах. В последнем случае (рис. 9.3) катки 1 имеют сравнительно большой диаметр и их оси укрепляются на балансирах 2, которые, в свою очередь, закреплены на осях балан­сира 3, благодаря чему нагрузка равномерно распределяется на все катки. От смещения тележки удерживаются боковыми колесами 4,. закрепленными на осях 5. Для ликвидации зазоров между напра­вляющими колесами 4 и дорожкой 6 оси 5 смонтированы эксцен­трично. Ведущая шестерня 7 находится в зацеплении с венцовым колесом 8. Механизм поворота 9 с двигателем 10 установлен на поворотной платформе 11, а венцовое колесо 5 — на неподвижной раме 12 ходового устройства. Центральной цапфы такого рода опорный круг не имеет.

Рис. 9.3. Опорно-поворотное устройство многочерпакового экска­ватора с катками, закрепленными на осях

У современных мощных роторных экскаваторов поворотная плат­форма опирается на катки через три группы гидравлических цилин­дров.

На одноковшовых экскаваторах чаще всего применяют опорно-ионоротные устройства со свободными катками, оси которых не вос­принимают нагрузку (см. рис. 9.2, а, б).

Катки выполняются цилиндрическими или коническими. Цилин­дрические катки с одной внутренней ребордой применяются на всех моделях отечественных карьерных лопат, конические двухребордные — на американских карьерных и вскрышных лопатах. На мощ­ных машинах конический каток выполняется с небольшой бочкообразностью по плоскости контакта катка с рельсом катания. Под нагрузкой каток деформируется и точка контакта переходит в линию.

Рис. 9.4. Опорно-поворотное устройство экскаватора ЭКГ-811

Конические катки меньше изнашиваются, чем цилиндрические, но они сложны в изготовлении.

Опорно-поворотное устройство экскаватора ЭКГ-8И является ти­повой конструкцией, применяемой на всех карьерных лопатах Ижорского завода (рис. 9.5). Оно включает в себя 40 цилиндрических одноребордных роликов 1, консольно расположенных на осях 2 на биме­таллических втулках 3. Ось закреплена в сепараторе 4, наружное кольцо которого состоит из двух связанных между собой вальцован­ных швеллеров 5 и 6\ Внутреннее кольцо 7, представляет собой отливку, обеспечивающую центровку роликового круга за счет по­садки на центральную цапфу. Связь наружного и внутреннего колец сепаратора осуществляется швеллерами 8. Между роликами и сепа­ратором помещены чугунные шайбы 9. Каждый ролик имеет инди­видуальную смазку через отверстие в оси ролика 1. Смазка внутрен­него кольца 7 производится через трубку 10.

От бокового смещения поворотную платформу удерживает цен­тральная цапфа. Она же воспринимает и отрывающие нагрузки, воз­никающие при чрезмерном смещении равнодействующей. У строи­тельных экскаваторов, где отрывающие нагрузки появляются часто, ставятся роликовые захваты (см. рис. 9.2, б) и центральная цапфа воспринимает только боковые нагрузки.

В схемах без центральных цапф (см. рис. 9.2, г, д, е) или с цен­тральными цапфами без гаек, но с подхватывающими роликами (см. рис. 9.2, б, в) опорно-поворотное устройство воспринимает также и усилия, направленные снизу вверх (отрывающие усилия), по­являющиеся вследствие неполной уравновешенности поворотной платформы.

Шариковые опорно-поворотные устройства применяются на много черпаковых экскаваторах и на некоторых моделях карьерно-строительных экскаваторов. Они могут быть однорядными и двухрядными. Последние имеют большее распространение. Внутренняя обойма (по отношению к шарикам) крепится к ходовой тележке, а наружные обоймы на болтах соединяются с поворотной платформой. Шарико­вые опорно-поворотные устройства меньше по размеру и весу, чем опорно-поворотные устройства с катками, и более долговечны.

Представляют интерес появившиеся в последнее время кон­струкции роликовых кругов, не имеющих центральной цапфы. Оси роликов 18 в сепараторе установлены через один под прямым углом. Центровка опорных и захватных колец 15 и 16 про­исходит по всем четырем плоскостям качения. Такой роликовый круг представляет собой наиболее современное и компактное конструк­тивное решение опорно-поворотного узла для экскаваторов неболь­ших параметров с ковшом емкостью до 3 м³.

2. Механизмы управления не принимают непосредственного участия в совершении рабочих операций, но позволяют обеспечивать требуе­мый режим работы машины или изменять его по желанию маши­ниста путем дистанционного воздействия на исполнительные органы.

По источнику энергии для работы исполнительного механизма ме­ханизмы управления можно разделить на:

- механизмы, работающие от мускульной энергии; применяются в случаях, когда физическая работа одного включения на рычагах и педалях управления не превышает в среднем 1/20 л. с;

- механизмы управления, использующие часть мощности двига­телей, установленных на машине.

В качестве непосредственного источника энергии, служащего для приведения и действие исполнительных органов (муфт, тормозов и т. д.), используется электроэнергия, сжатый воздух жидкость под давлением.

По способу передачи энергии механизмы управления делятся на следующие группы: рычажные, гидравлические, пневматические, электрические, комбинированные — электрогидравлические и элек­тропневматические.

Наибольшее распространение на экскаваторах получили пневма­тические, гидравлические и комбинированные системы управления.

Гидравлические системы управления

Стремление создать точное управление большими мощностями, массами и скоростями привело к созданию и широкому применению на экскаваторах гидравлических систем управления.

Достоинства гидравлических систем управления: компакт­ность, небольшие размеры рабочих цилиндров и распределительных устройств, высокий к. п. д., независимое расположение выходных элементов, высокая точность отработки подаваемых сигналов и высо­кое быстродействие, возможность передачи больших мощностей.

Недостатки: возможность загрязнения и утечек рабочей жидкости и потребность периодической ее смены, необходимость в различных рабочих жидкостях для летних и зимних условий, жест кие требования в отношении высокой точности изготовления, что осложняет монтаж и ремонт гидравлических систем управления в условиях горного производства.

На экскаваторах применяются следующие системы гидравличе­ского управления: безнасосная, насосная и электрогидравлическая.

Безнасосная система используется на экскаваторах с ковшом емкостью до 1 м³ и в настоящем учебнике но рассматривается.

Насосная система. Давление в системе, необходимое для включе­ния рабочих механизмов, создается насосом. С помощью рычагов управления производится направление потока рабочей жидкости через соответствующие распределительные устройства. Насосная си­стема обеспечивает легкость управления исполнительными механиз­мами, обладает быстродействием, облегчает работу машиниста и по­вышает производительность машины.

На рис. 9.6 представлена схема насосной системы гидравлического управления.

Рабочая жидкость, поступающая из маслобака 1, нагнетается насосом 2 через обратный клапан 3 в аккумулятор 4 и в коллектор высокого давления 5, откуда попадает в золотники 6. После того как давление в аккумуляторе достигает рабочего, специальное блокиру­ющее устройство включает клапан-пилот 7 и жидкость без давления сливается в масляный бак. Это происходит, когда производительность насоса выше расхода жидкости в системе управления, а акку­мулятор заряжен полностью.

В системе управления установлен предохранительный клапан 8, настраиваемый на несколько большее давление, чем блокирующее устройство. Он срабатывает при неисправности последнего.

При остановке насоса обратный клапан запирает рабочую жидкость, находящуюся в аккумуляторе, поддерживая при этом давление в системе.

Рис. 9.6. Схема насосной системы гидравлического управления

При повороте рычага и перемещении плунжера золотника 6 рабочая жидкость поступает из напорного коллектора через золот­ник в рабочие цилиндры 9. Находящаяся в другой полости цилиндра рабочая жидкость вытесняется поршнем через золотниковую систему в возвратный коллектор 10, откуда поступает в маслобак. Шток поршня рабочего цилиндра при этом непосредственно или через промежуточные звенья воздействует на исполнительный механизм. По возвращении рычага управления в нейтральное положение плун­жер золотника закрывает доступ рабочей жидкости в цилиндр.

Давление в системе управления контролируется манометром 11.

При гидравлическом управлении машинист управляет только небольшими золотниками, направляющими жидкость к тому или иному цилиндру. Золотники перемещаются вручную короткими рукоят­ками с усилием 1—2 кГ.

Давление рабочей жидкости в насосных системах гидравличе­ского управления обычно не превышает 70 кГ/см².

В насосной системе нет прямой зависимости между усилием на рычаге или педали и силой включения исполнительного механизма. Эта система не обладает чувствительностью, но позволяет за счет работы насоса развивать очень большие усилия включения испол­нительных механизмов (фрикционов и тормозов) и почти совершенно исключить механическую систему рычагов.