Главные механизмы экскаваторов

Для осуществления рабочих движений ковша экскаватора: подъема, напора (тяги у драглайна) и поворота к месту разгрузки служат специальные механизмы.

Типы механизмов экскаватора

Все эти механизмы устанавливаются на поворотной платформе, кроме зубчато-реечного напорного механизма, который устанавливается на стреле. По кинематическому признаку механизмы экскаваторов подразделяют на три типа:

• С однодвигательной схемой привода всех механизмов;
• Групповой схемой привода нескольких механизмов от общих двигателей;
• С многодвигательной схемой привода от индивидуальных двигателей.

Однодвигательная и групповая схемы привода применяются на универсальных экскаваторах малой мощности. Механизмы экскаваторов средней и большой мощности имеют индивидуальный привод.

Механизмы подъема, тяги и канатного напора одноковшовых экскаваторов (за исключением гидравлических) состоят из приводных лебедок и канатно-блочных передач. Схемы канатно-блочных передач у экскаваторов с индивидуальным приводом обычно бывают бесполиспастными.

При двух- или четырехканатном подъеме на ковше мехлопат устанавливаются уравнительные блоки, выравнивающие натяжение отдельных ветвей-канатов. На драглайнах полиспастные системы на подъеме и тяге, как правило, не применяются.

По числу двигателей

Подъемные лебедки экскаваторов подразделяют по числу двигателей, барабанов и редукторов. По числу двигателей подъемные лебедки бывают:

• однодвигательными (ЭКГ-5А);
• двухдвигательными (ЭКГ-8; ЭКГ-12,5; ЭКГ-20А; ЭШ-6.45М; ЭШ-10.70А; ЭШ-15.70 и др.);
• многодвигательными, с четырьмя (ЭШ-40.85; ЭШ-100.100) и более двигателями.

По числу барабанов подъемные (тяговые) лебедки экскаваторов подразделяют на однобарабанные и сдвоенные (двух барабанные).

По числу редукторов

По числу редукторов подъемные лебедки делят на следующие виды:

• одно редукторные,
• двух редукторные,
• много редукторные (с четырьмя и более редукторами).

Применение унифицированных стандартных узлов (модулей) для подъемных и тяговых лебедок позволяет получить типовой унифицированный ряд лебедок.

Унифицированные подъемные лебедки применяют на карьерных механических лопатах (ЭКГ-8, ЭКГ-4У, ЭКГ-12,5), подъемные и тяговые на драглайнах. Преимущества таких лебедок — высокая надежность уже отработанных модулей, взаимозаменяемость, высокая ремонтопригодность и малая номенклатура запасных частей.

Главные механизмы экскаваторов с индивидуальным приводом имеют электрическое рабочее торможение двигателей. Механические тормоза используют только при перерывах в работе и аварийных режимах, требующих экстренной остановки машин.

Поворотные механизмы одноковшовых экскаваторов

Опорно-поворотные устройства экскаваторов состоят из механизма поворота платформы, опорного устройства и центральной цапфы (последняя может отсутствовать).

Механизм поворота обеспечивает вращение платформы экскаватора с целью осуществления рабочего движения или поворота на выгрузку и в забой.

Современные карьерные и вскрышные экскаваторы имеют механизм поворота с индивидуальным приводом, состоящий из двух или более самостоятельных установок, работающих на общий зубчатый венец. Каждая установка состоит из электродвигателя, редуктора и тормоза.

Частота вращения поворотной платформы одноковшовых экскаваторов малой мощности составляет 0,05 с^-1, мощных — 0,02—0,03 с^-1.

В механизмах поворота на отечественных мощных драглайнах и вскрышных лопатах применяются также и без редукторные приводы с тихоходными двигателями.

На Драглайне ЭШ-100.100 установлены восемь фланцевых двигателей постоянного тока мощностью по 1000 кВт каждый с номинальной частотой вращения ротора 0,533 с^-1.

Поворотные механизмы одноковшовых экскаваторов испытывают небольшие сопротивления повороту (обусловленные главным образом трением в опорно-поворотном устройстве), большие ускорения и работают в режиме «разгон-торможение». При таком режиме работы основная нагрузка поворотных двигателей — это силы инерции вращаемых масс.

Поворотное движение составляет 70—80% общей продолжительности рабочего цикла экскаватора.

Сокращая продолжительность поворотных движений, можно увеличить производительность экскаватора. В этой связи суммарная мощность двигателей механизмов поворота современных одноковшовых экскаваторов может составлять 10 тыс. кВт и более и ограничивается она прочностью конструкций стрел и рукоятей, получающих значительные инерционные нагрузки при интенсивном разгоне и торможении.

Опорно-поворотные устройства с центральной цапфой и свободными катками

Опорное устройство предназначено для восприятия и передачи горизонтальных и вертикальных нагрузок от поворотной платформы на раму ходового устройства экскаватора и дает возможность поворотной платформе свободно вращаться относительно ходового устройства.

На одноковшовых экскаваторах в основном применяют опорно-поворотные устройства с центральной цапфой и свободными катками, оси которых закреплены в обойме. Катки выполняются цилиндрическими или коническими с одной или двумя ребордами.

Центральная цапфа служит осью вращения и является центрирующим элементом поворотной платформы экскаватора с опорной его частью, а также препятствует отрыву поворотной платформы от роликового круга.

Ходовое оборудование является опорой экскаватора и служит для его перемещения в процессе работы или холостого перегона.

Гусеничное ходовое оборудование экскаваторов

Гусеничное ходовое оборудование обеспечивает: высокую маневренность экскаватора, устойчивость, способность преодолевать значительные уклоны, высокую проходимость, малые давления на почву и получило благодаря этому наиболее широкое применение в экскаваторах.

Им оснащаются практически все типы одноковшовых экскаваторов:

• карьерные,
• карьерно-строительные и вскрышные с напорной прямой (обратной) лопатой,
• карьерно-строительные драглайны с вместимостью ковша до 6 м3.

Гусеничное ходовое оборудование позволяет перемещаться одноковшовым экскаваторам со скоростью от 5 км/ч (строительные экскаваторы малой мощности) до 0,25 км/ч (мощные вскрышные лопаты) . При этом давление на почву составляет до 0,42 МПа для карьерных и до 0,35 МПа для вскрышных лопат.

Преодолеваемые гусеничными ходами уклоны составляют обычно 7° у мощных машин и 12° у машин малой и средней мощности.

Основные недостатки этого типа оборудования:

• большая масса, достигающая 30—40% общей массы машины,
• сложное устройство,
• сравнительно небольшая долговечность.

Разновидности гусениц

По способу передачи давления на грунт гусеницы бывают много и малоопорными. У первых (рис. 4.6, а) между осями соседних катков (расстояние А) размещается менее двух звеньев гусеницы.

Звенья не могут прогибаться вверх между катками и поэтому такая гусеница равномерно передает давление Р на почву. В малоопорной гусенице (рис. 4.6, б) между осями катков размещается два звена или более. Гусеница может прогибаться между катками и давление на почву получается неравномерным.

Многоопорная гусеница применяется на экскаваторах, работающих на слабых породах, а малоопорная — на экскаваторах, работающих на скальных породах.

По приспосабливаемое к неровностям почвы гусеницы могут быть жесткими и мягкими. Жесткие гусеницы (рис. 4.6,в) не могут приспосабливаться к неровностям почвы.

Катки гибких гусениц (рис. 4.6, г) устанавливаются на балансирах 1 и каретках 2. Это обеспечивает высокую приспосабливаемость гусеницы в продольном направлении к неровностям почвы. Вследствие этого давление на породу передается более равномерно и детали гусеничного хода не испытывают больших сосредоточенных нагрузок.

Шагающее ходовое оборудование

На одноковшовых экскаваторах используются двух-, четырех- и восьми гусеничные ходовые системы. Четырехгусеничное ходовое оборудование используется относительно редко (ЭКГ-12,5 массой 660 т).

Существующие восьми гусеничные системы в состоянии перемещать массу до 12,6 тыс. т (мехлопата для вскрышных работ 6360-М фирмы «Марион» США).

Шагающее ходовое оборудование применяется на шагающих драглайнах. Его преимущества:

• очень малое давление на почву, составляющее у драглайнов средней мощности около 0,04 МПа и доходящее до 0,1 МПа у драглайнов большой мощности;
• высокая маневренность (экскаватор может сразу изменить направление движения на любой угол);
• простое устройство (по сравнению с гусеничным).

В то же время экскаваторы, оснащенные шагающим ходовым оборудованием, имеют малую скорость хода, колеблющуюся от 0,5 км/ч у средних экскаваторов до 0,06 км/ч у мощных, и поверхность для их перемещения должна быть планирована.

Конструкция шагающего ходового оборудования

Шагающее ходовое оборудование состоит из опорной базы и механизма шагания. Последний предусматривает опорные лыжи, механизм перемещения и привод.

Конструкции механизмов шагания могут быть гидравлическими и кривошипными. При шагании экскаватор опирается на почву тремя точками.

Гидравлический механизм шагания (рис. 4.7, а) состоит из лыж 7, тяговых 2 и подъемных 3 гидроцилиндров, расположенных с двух сторон платформы 4 экскаватора.

Штоки гидроцилиндров через траверсу соединяются с лыжами, сами гидроцилиндры шарнирно — с металлоконструкцией надстройки и поворотной платформы. От насосной станции рабочая жидкость подается в штоковые или поршневые полости гидроцилиндров, поднимая или опуская лыжи.

Во время работы опорная база 5 экскаватора всей своей поверхностью опирается на почву, а лыжи находятся в поднятом положении.

Для шагания лыжи опускаются на почву.

При возрастании давления в подъемных гидроцилиндрах 3 один конец опорной базы поднимается и с помощью тяговых гидроцилиндров 2 экскаватор, опираясь на лыжи и на точку базы со стороны стрелы, сдвигается на шаг 1—2,5 м и снова опускается на почву. Затем процесс шагания повторяется.

Таким образом экскаватор при шагании опирается на почву тремя точками и всегда перемещается в направлении от стрелы — задней частью поворотной платформы 4 вперед. Для изменения направления движения поворотную платформу 4 поворачивают в нужном направлении на опорной базе 5 при поднятых лыжах 7.

Все модели драглайнов, выпускаемых ПО «Уралмаш», оборудованы гидравлическими механизмами шагания.

На мощном драглайне ЭШ-100.100 применено гидравлическое шагающее устройство с полным отрывом опорной базы от грунта (рис. 4.7, б). В этом случае экскаватор оборудуется четырьмя подъемными 3 и двумя вспомогательными 2 гидроцилиндрами.

Во время шагания поворотная платформа 4 опирается на четыре точки и поднимается гидроцилиндрами 3 вместе с опорной базой 5, сохраняя горизонтальное положение. Горизонтальное перемещение экскаватора и лыж 7 производится вспомогательными цилиндрами.

По этой схеме выполнен также механизм шагания драглайна 4250-W (США) с рабочей массой 13,6 тыс. т.

Обзоры драглайнов Ново-Краматорского машиностроительного завода (НКМЗ)

На драглайнах Ново-Краматорского машиностроительного завода (НКМЗ) применяется кривошипно-рычажный механизм шагания (рис. 4.7, в).

• Кривошип 2 посажен на вал 3, получающий вращение от привода механизма шагания, расположенного на поворотной платформе.
• На кривошипе 2 на роликоподшипниках насажена стойка 7, соединенная снизу шаровым шарниром с лыжей 7, а вверху через тягу б — с платформой 4 экскаватора, размещенной на опорной базе 5 .
• Вращение кривошипа по часовой стрелке вызовет подъем и смещение экскаватора. После поворота на 90° будут происходить перемещение и опускание экскаватора.
• Перемещение экскаватора закончится, когда кривошип повернется еще на 90°.
• Дальнейший поворот кривошипа на 90° вызовет подъем лыжи в самое верхнеее и смещение ее в среднеее положения.
• Сделав поворот еще на 90° (всего 360°, т.е. полный оборот кривошипа), лыжа вернется в первоначальное состояние (лыжа опущена на почву).

Такой механизм шагания применяется на экскаваторах ЭШ-6.45М, ЭШ-10.60, ЭШ-10.70А, ЭШ-20.55.

На драглайнах, выпускаемых фирмами «Марион», «Пейдж», «Бюс-сайрус-Ири» (США), применяются кривошипные механизмы шагания, выполненные по нескольким конструктивным схемам:

• кривошипно-шарнирной с треугольной рамой,
• двух кривошипной,
• кривошипно-эксцентриковой с тягой,
• кривошипно-ползунковой,
• кривошипно-эксцентриковой.