Классификация экскаваторов, их технологическая характеристика и назначение

Общая информация

Естественно, что прежде всего классификация осуществляется в зависимости от мощности агрегатов, а также их предназначения. Есть ряд машин, которые осуществляют все необходимые операции по порядку, а после этого повторяют их через равные промежутки времени. Такое оборудование относится к прерывным (цикличным) машинам. Общая классификация экскаваторов включает еще одну группу устройств. Но уже непрерывного действия. В свою очередь, цикличные экскаваторы бывают одноковшовыми, а непрерывного действия — многоковшовыми, скребковыми, фрезерными.

Далее стоит отметить, что одноковшовые и многоковшовые модели могут быть как сухопутными, так и плавучими. Классификация экскаваторов включает разделение сухопутных машин по способу их передвижения. Так, выделяют гусеничные, пневмоколесные, рельсовые и шагающие машины.

Классификация по разным признакам

Как упоминалось выше, у таких средств может отличаться ходовая часть. Помимо перечисленных, она так же может быть тракторной, использовать специальное или же комбинированное шасси, или автомобильный ход. Что касается принципа работы, то здесь классификация экскаваторов включает еще один вид, кроме цикличных и непрерывных — это вакуумные и вакуумно-всасывающие. Что касается их эксплуатационного предназначения, то в данном случае деление на классы осуществляется следующим образом.

Есть группа машин для шахтных работ, то есть для работы под землей. Есть категория строительных универсальных агрегатов. Кроме этих двух типов, в классификацию экскаваторов входят еще карьерные и вскрышные типы.

На настоящий момент принято различать несколько групп этого транспорта по их силовому агрегату. В данном случае экскаваторы могут иметь двигатель внутреннего сгорания, обычно дизельного типа, электрический двигатель, а также паровые двигатели. Хотя справедливо будет сказать, что последний тип применялся достаточно давно и сейчас фактически не используется.

В этой статье Вы узнаете:

• Основных характеристиках экскаваторов;
• Видах экскаваторов;
• Гусеничных экскаваторах;
• Колесных экскаваторах.

Землеройные работы считаются одними из самых трудоёмких в строительстве. Реализовать их без использования специализированной техники практически невозможно. Поэтому для выполнения строительных работ специалисты используют самоходные землеройные машины, или экскаваторы. В этой статье вы узнаете все о видах экскаваторов и их назначении.

Одноковшовые модели. Что представляют собой?

Если говорить о классификации одноковшовых экскаваторов, то можно выделить несколько основных признаков, по которым их разделяют на различные группы:

1. Возможность поворота рабочего органа вокруг опорной поверхности.
2. По типу используемого шасси для передвижения.
3. Тип используемого силового агрегата.
4. Тип механической передачи (привод для рабочего органа).

Сам по себе одноковшовый экскаватор — это цикличная землеройная машина, которая предназначается для разработки, то есть копания, перемещения и погрузки грунта. В качестве рабочего органа у таких агрегатов выступает подвижный ковш, который может иметь различный объем. Закрепляется он либо на стреле, либо на рукояти или канатах. Классификация одноковшовых экскаваторов одна из обширных, так как они являются наиболее распространенными. Широкое применение они получили в сфере строительства, а также в добыче полезных ископаемых.

Преимущества использования землеройной техники

Подобные машины появились на рынке относительно недавно, но уже успели завоевать огромную популярность. Это связано прежде всего с тем, что строителям удалось заменить многие ручные операции на автоматизированный труд. Традиционный ковш способен вместить около 2-4 метров земли. Оборудование можно использовать в различных условиях и при любой погоде. Кабины можно подогревать в холодное время года, а в жару использовать допустимо подачу холодного воздуха. Все модификации имеют встроенные фары. С их помощью осуществляется освещение приборной панели. То есть экскаваторы подходят для выполнения ночных работ.

Современные модели экскаваторов отличаются хорошей проходимостью, маневренностью, компактностью, производительностью. При необходимости ковш можно сменить на другое навесное оборудование. Благодаря этому при помощи экскаваторов можно осуществлять бурение скважин, забивку свай, спасательные операции и многое другое. К наиболее распространенным видам навесного оборудования относятся гидромолоты, гидрострелы, вилы, клыки, гидробуры, грейферы и прочее.

Классификация по способу поворота

В данном случае оборудование может быть полноповоротным или неполноповоротным. В первом случае такие детали, как все рабочее оборудование, кабина машиниста, рабочий орган и двигатель, монтируются на специальной поворотной платформе, которая в свою очередь устанавливается на шасси. Крепление происходит при помощи специального опорно-поворотного устройства или просто ОПУ. Шасси получает возможность поворачиваться относительно этого устройства в любую сторону и на любой угол.

Так как назначение и классификация экскаваторов связаны, то есть от их предназначения зависит и тип выбранной машины, то в некоторых случаях выбирает неполноповоротный агрегат. В данном случае рабочее оборудование машины будет закреплено на шасси при помощи специальной поворотной колонки. Сама же колонка крепится к специальным поперечным направляющим. Такая конструкция позволяет перемещать колонку и установленное на ней оборудование вправо-влево. При этом есть возможность последующей фиксации, чтобы было удобно расположить ковш в нужном месте. У таких экскаваторов рабочий орган может вращаться под углом 45-90 градусов от его исходного положения.

Шагающие экскаваторы:

Шагающий экскаватор представляет собой поворотную платформу на опорной плите с установленным на ней рабочим оборудованием шагающего экскаватора.

Дополнительно платформа оснащается лапами, обеспечивающими передвижение техники, которые при ее работе находятся в поднятом положении (не опираются на поверхность земли). Само движение осуществляется отрывом опорной плиты от грунта за счет опускания лап на землю, что представляет собой шаг машины (преимущественно вперед, но в некоторых моделях имеется и задний ход), после которого происходит поднятие лапы и возвращение ее в исходное положение для последующего опускания (хода). После чего цикл передвижения шагающего одноковшового экскаватора повторяется снова.

Шагающие экскаваторы обычно оснащены довольно крупными ковшами – от 15 до 40 м3, вылет стрелы может колебаться в пределах 65-150 м.

В качестве рабочего оборудования выступает исключительно драглайн.

Применяются экскаваторы шагающего типа:

• при вскрышных работах (удаление пустой породы с залежей полезных ископаемых);
• при разработке недр земли и полезных ископаемых;
• при перемещении добытых полезных ископаемых.

Экскаватор на тракторном шасси

Первый вариант — навешиваемые на тракторы. В данном случае в качестве основного шасси используется трактор, обычно колесный. Все экскаваторное оборудование монтируется сзади или сбоку трактора (намного реже). Для этого у транспортного средства имеется специальная рама. Самой распространенной моделью является рабочее оборудование, навешиваемое на трактор класса 1,4. Объем ковша у него составляет от 0,2 до 0,5 м3.

Виды рабочих органов экскаваторов-погрузчиков

В передней части большинства видов экскаваторов-погрузчиков традиционно устанавливается отвал или широкий ковш. Сегодня набирает популярность конструкция универсального рабочего органа, так называемого челюстного отвала. В верхней части такого отвала шарнирно закреплена П-образная металлическая пластина (челюсть), которая управляется гидравликой. В нижнем положении челюсть примыкает к нижней кромке отвала и формирует ковш. Также челюсть выполняет функцию захвата одиночных крупногабаритных предметов.

Работа экскаватора-погрузчика

Для выбора отвала используется несколько характеристик:

• ширина и высота отвала;
• объем, если отвал оснащен челюстью или вместо него установлен ковш;
• возможность подъема, поворота и наклона отвала относительно машины.

В задней части монтируется стрела с лопатой (ковшом). Стрела может иметь от 2 до 3 коленьев, а также оснащаться телескопической частью для увеличения глубины и радиуса копания. При описании видов ковшей экскаваторов-погрузчиков используются следующие характеристики.

1. Тип лопаты:
   прямая — зачерпывание груза происходит при движении ковша от машины;
2. обратная — ковш при зачерпывании движется на экскаватор-погрузчик.
3. Объем ковша.
4. Масса, которую можно поднять и переместить ковшом.
5. Ширина ковша. Важная характеристика при рытье траншеи определенной ширины.
6. Максимальное заглубление по отношению к плоскости, на которой стоит экскаватор-погрузчик.
7. Радиус рабочей зоны.

Почти все современные виды экскаваторов-погрузчиков, помимо стандартного оборудования комплектуются дополнительными, съемными рабочими органами.

Другие типы шасси

В некоторых случаях в качестве основного шасси может использоваться грузовой автомобиль. Обычно это модели, обладающие повышенной проходимостью. Они отличаются достаточно высокой скоростью перемещения, что отличает их от других моделей. Чаще всего они используются в тех сферах, где требуется высокая мобильность. Это могут быть спасательные операции, военная отрасль, иногда при строительстве дорог или во время очистки завалов.

Пневмоколесные экскаваторы обладают собственным специальным типом шасси, которое опирается на колеса с пневматическими шинами. Обычно такие модели принадлежат к полноповоротному классу. Скорость передвижения на таком шасси не более 30 км/ч, однако, их допускается буксировать грузовыми авто со скоростью до 40 км/ч. Что касается объемов ковша, то в данном случае диапазон показателей достаточно широкий от малых (0,04 м3) до тяжелых моделей с объемом по 1,5 м3.

Очень распространенными являются гусеничные модели. У таких машин специфическое шасси, которое выполнено в виде гусениц и имеет гусеничный движитель. Такие модели полноповоротные, а также обладают высокой проходимостью, благодаря специфическому шасси. Однако при этом скорость передвижения такого оборудования крайне низкая и составляет всего 2-15 км/ч. Обычно для их транспортировки используются специальные тягачи с прицепами. Если говорить о характеристиках ковша, то диапазон также начинается от 0,04 м3 и может достигать объемов карьерного оборудования, то есть 10 м3.

Кроме перечисленных типов, используются еще железнодорожные, плавучие или шагающие способы передвижения. Плавучие экскаваторы установлены на понтонах, железнодорожные используют в качестве шасси железную дорогу. А шагающие имеют специальную плиту, к которой крепятся лапы, используемые для перемещения.

Бульдозерный отвал

По усилию копания гусеничные экскаваторы имеют некоторое преимущество благодаря большей устойчивости. Этот недостаток колесных машин преодолевается за счет использования в качестве опоры бульдозерного отвала и аутригеров. Отвал обеспечивает площадь контакта с грунтом больше, чем у двух аутригеров, и улучшает устойчивость и грузовысотную характеристику экскаватора. Существуют модели колесных экскаваторов, оснащенные только аутригерами, но большинство оснащается еще и бульдозерными отвалами.

Некоторые покупатели колесных экскаваторов отказываются от такой опции, как бульдозерный отвал (возможно, из экономии). Тем не менее специалисты рекомендуют оснащать экскаваторы и отвалом, и аутригерами. Бульдозерный отвал позволяет разравнивать грунт и материалы: например, если на колесный экскаватор установлен ковш без зубьев (с ровной режущей кромкой), оператор может использовать его вместе с бульдозерным отвалом для разравнивания грунта и материалов, таким образом колесный экскаватор сможет еще эффективнее выполнять планировочные работы и обратную засыпку траншей и ям. А усовершенствованный отвал с параллелограммной подвеской еще лучше производит обратную засыпку траншей и зачистные работы. Если же нужно перенести, например, трубу большого диаметра и у вас есть ковш или захват «большой палец», положите трубу перед отвалом, зажмите трубу между орудием на рукояти и отвалом, поднимите и везите на нужное место.

Компания Hyundai также обращает серьезное внимание на компактные колесные экскаваторы в сегментах по массе «до 17 т» (мод. R55W-9A, HW140 – новинка 2016 г.) и «от 17 до 20 т» (HW180 и HW210 – новинка 2016 г.). Колесные экскаваторы серии HW имеют массу от 13,88 до 21,2 т и двигатели мощностью от 111 до 129,4 кВт. Машины развивают скорость до 35–39 км/ч. В электронной системе управления имеется экономичный режим ECO, экономия топлива по сравнению с экскаваторами предыдущего поколения составляет 15–20%, при этом погрузка самосвала выполняется быстрее на 3–15%. Электронная система управляет расходом потока в гидроконтуре навесного оборудования. Шарниры сочленения стрелы и рукояти ковша усовершенствованы – втулки и пальцы стали более износостойкими. Видеосистема AAVM показывает машину с высоты птичьего полета. Система IMOD предупреждает, когда к рабочей зоне экскаватора ближе, чем на 5 м, приближается человек или какой-нибудь объект. Предлагаются стрелы моно- и двухсекционные, рукояти ковша разной длины, передние и задние аутригеры, передний и задний отвалы.

Мод. R55W-9A массой 5,55 т имеет устройство разворота стрелы: на 80° влево и на 50° вправо.

Часть 1 Часть 2

Подробное описание разных типов оборудования

Классификация экскаваторов непрерывного действия начинается с направления движения режущей кромки их ковша.

Если говорить об машинах с продольным копанием, то у них движение режущей кромки их ковша будет совпадать с направлением их движения. Обычно используется лишь для разработки узких траншей.

У агрегатов с поперечным типом копания, ковши движутся перпендикулярно относительно движения самой машины. Обычно используются для рытья котлованов, во время добычи полезных ископаемых.

Экскаваторы с радиальным копанием сильно отличаются от первых двух типов, так как у них движение ковша обусловлено поворотным вращением телескопической стрелы. В данном случае стоит сказать, что эта категория делится еще на две небольших подгруппы, в зависимости от способа крепления ковшей к стреле. Это могут быть цепные или роторные модели.

Разделение по другим признакам

Классификация роторных экскаваторов включает два вида машин. У первой группы рабочие элементы будут размещены по ободу ротора, у второй группы — на боковой поверхности ротора. В любом случае ковши будут закреплены на жестком роторе, а отгрузка грунта может производиться как из самих ковшей, так и при помощи специального транспортера.

У цепных моделей ковши крепятся к бесконечной цепи или цепям. Что касается отгрузки, то она осуществляется из самих ковшей, а форма направляющей цепи будет задавать профиль копания.

Что касается классификации по типу используемого шасси, то они могут быть только на гусеничном ходу или на пневмоколесах. Если говорить о классификации по приводам, то машины могут быть с механическим, гидравлическим, электрическим или комбинированным типом.

Неполноповоротные экскаваторы:

У неполноповоротных экскаваторов крепление рабочего оборудования к шасси производится с помощью поворотной колонки, чей монтаж подразумевает наличие поперечных направляющих. Как результат – перемещение колонки вместе с рабочим оборудованием возможно в правую и/или левую сторону с дальнейшей жесткой фиксацией, которая обеспечивает удобство эксплуатации и стойкость техники. Угол поворота ограничен и составляет 45-90 градусов. Остальные составляющие конструкции – кабина, двигатель и прочие механизмы, крепятся на неповоротном шасси.

В настоящее время в основном неполноповоротными производятся в основном экскаваторы, навешиваемые на тракторы.

Карьерные модели агрегатов

Классификация карьерных экскаваторов по сей день остается актуальной для изучения, так как полезные ископаемые все еще преимущественно добываются открытым способом, а значит, и такая техника остается востребованной. Сами по себе такие машины отличаются от остальных намного более крупными габаритами и размерами ковша, так как предназначены для работы с огромными объемами грунта.

1. Обычный карьерный экскаватор — ЭКГ. В данном случае означает, что техника установлена на гусеницы, а ее ковш смонтирован на канате.
2. Тип машины ЭГ. Что касается типа шасси, то он также гусеничным, однако вместо каната, здесь используется гидравлическая система для поднятия ковша.
3. ЭГО — карьерный экскаватор с установленной лопатой обратного типа.
4. ЭДГ — последний тип карьерной техники. Используется гусеничным тип шасси, а в качестве навесного рабочего органа выступает драглайн.

История экскаваторов — ч.1

Историю землеройной техники, в частности экскаваторов, можно начать писать с начала 15 века, когда в венецианском издании «Кодекса Джованни Фонтана» 1420 года был опубликован рассказ о ковшедолбежной землечерпалке, использовавшейся для углубления дна каналов, расширения морских гаваней. Но официально идея создания землеройных машин принадлежит Леонардо да Винчи, который в начале 16 в. предложил схемы экскаваторов-драглайнов. К 1500 году относится набросок чертежа грейфера для землечерпалки. Несколько лет спустя Леонардо руководил прокладкой каналов в засушливой Миланской долине. На земляных работах он применил землечерпалку собственной конструкции.

В записных книжках ученого наряду с чертежами летательного аппарата есть зарисовки землечерпалки с ковшом-драглайном, а также сооружения, напоминающего конструкцию экскаватора. Драглайн, предложенный Леонардо да Винчи, в основных чертах напоминает ковш современного экскаватора. Вот его описание: “Ковш, заостренный, как лемех, спереди и сзади, имеет сито. Это позволит зачерпнуть много грунта и даст стечь воде. Ковш будет подвешен на канатах, которые наматываются на ворот, расположенный на понтоне. Дно ковша может также откидываться, что облегчит его разгрузку”. Сейчас, правда, не выпускаются ковши-драглайны с откидным днищем, но этот принцип успешно применяется в ковшах для прямой лопаты.

В 1597 году для очистки каналов в Венеции была сконструирована и построена плавучая землечерпалка. Автором ее был венецианский механик Буанаюто Лорини, который описал устройство машины в труде “Делле Фортификационе”. Далее в 1718 г. проект землеройного устройства с двумя ковшами представили Французской Академии наук механики де ла Бальм и Белидор. Механизм работал в портах Тулона и Бреста. Затем в 1795 году известный американский изобретатель, создавший первый практически пригодный пароход, Роберт Фултон сконструировал и первый четырехколесный грейдер-элеватор. Однако испытана машина была только через 70 лет на строительстве дорог в Америке. Но в 1796 году на дноуглубительных работах в английском порту Сандерленд была применена ковшовая драга с приводом от паровой машины. Построена она при участии изобретателя паровой машины Джеймса Уатта. За один рабочий ход ковши доставали со дна гавани до полутора тонн грунта, что примерно в 4 раза превышало производительность ручной драги. Большой вклад в развитие технологии экскаваторостроения внести французы: в 1860 году инженер М. Кувре создал сухопутный цепной многоковшовый экскаватор с двигателем 15 лошадиных сил. Он был испытан на строительстве дороги Седан — Тионвиль, а позднее работал на сооружении Суэцкого канала. А уже 1862 году на улицах Парижа появился первый паровой каток с обеими ведущими осями. Изобретателем машины был механик Балейсон. Однако паровые катки большого распространения не получили. Ведь для поддержания необходимого давления в его котле требовалось сжигать 60— 80 килограммов топлива в час.

В начале 20 века, с развитием электроэнергетической отрасли семимильными шагами развивались и конструкции экскаваторов. В 1905 году были выпущены первые паровые полноповоротные (с поворачивающейся кабиной) экскаваторы немецкой фирмой “Оренштейн & Коппель”. Ковши этих машин вмещали до 4 кубометров земли. В 1910 году появились первые электрические экскаваторы, а американская фирма “Бюсайрус” выпустила в свет полноповоротный экскаватор на гусеничном ходу. Начиная с 1912 года начал работать первый экскаватор с двигателем внутреннего сгорания на гусеничном ходу.

Русские изобретатели предложили немало интересных устройств, способствовавших облегчению тяжелого труда на строительстве каналов, дорог, мостов и других сооружений. Так, в конце 20-х годов 19 века в Петербурге появился ржевский мещанин Немилов. Он уже построил немало мельниц, плотин и мостов, применяя при этом хитроумные машины собственной конструкции и изготовления. Вот и теперь он сдал на заключение генералу Бетанкуру чертежи: “Машины для уравнения земли у подошвы реки”, “Машины для выстилки плитою из гранитного камня подошвы между столбов” и “Копра особого устроения, каковые еще нигде не виданы”. Трижды пришлось Немилову продлить в столице свой паспорт, ответа он так и не дождался и вернулся на родину ни с чем. А ведь эти проекты, если б были одобрены и приняты, могли сыграть заметную роль в развитии строительных машин.

В те же годы в Петербурге на чердаке одного из домов Гороховой улицы у Каменного моста жил “страстный механик” Казаманов. Не имея ни средств, ни материалов, ни инструментов, он умудрялся все же сооружать модели своих изобретений, среди которых были и своеобразный копер для вбивания свай, и машина “для подъема тяжестей с большею легкостью и удобностию на возвышенность”. Технические новинки, созданные этими и другими безвестными изобретателями-самоучками, не нашли ни должного понимания, ни должного распространения. Может быть, чуть больше повезло русским землечерпалкам. Первая плавучая землечерпалка была создана в Петербургском институте путей сообщения в 1809 году. Ее мощность составляла 15 лошадиных сил. Такое устройство могло заменить труд многих людей. Предназначалась эта машина для очистки водоемов. В 1811—1812 годах землечерпалку построили на Ижорском заводе. Начиная с 1813 и по 1819 год машина работала на очистке Кронштадтского порта.

Позднее в России и за границей были предложены усовершенствованные конструкции землечерпалок. Но это был, пожалуй, один из первых многоковшовых экскаваторов.

В 1847 году русский изобретатель Кушелевский сделал еще один шаг в этой области. Он предложил идею землечерпательной машины, которая могла работать как на воде, так и на суше. Эта машина соединяла в себе достоинства речной землечерпалки и сухопутного экскаватора.

В 1854 году в Петербурге были изданы материалы, подготовленные комиссией, изучавшей природные богатства и хозяйство Пермской губернии. В них опубликованы интересные сведения о первом русском паровом экскаваторе, который авторы документа и назвали “земляным механизмом”. Кем он был построен, членам комиссии не удалось установить. Было известно только, что был этот неизвестный механик родом из Нижнего Тагила, но описанная машина выполняла, по существу, то, что делает экскаватор: она могла перемещаться и “посредством особых устройств”, говорилось в описании машины, копала руду и производила ее уборку от забоя, подготавливая фронт работ для дальнейшей выемки руды. Так, почти 130 лет назад в России в руднике горы Высокой на Урале был применен способ открытой разработки полезных ископаемых с помощью экскаватора.

Производство одноковшовых экскаваторов в России было начато в 1901 на Путиловском (ныне Тверской экскаваторный) заводе. В СССР производство экскаваторов было организовано в 1931. Выпущены первые 15 машин. С 1947 Уральский завод тяжёлого машиностроения (УЗТМ) впервые в мире организовал серийный выпуск карьерных экскаваторов с ковшами ёмкостью 3-5 м3. В 1958 на УЗТМ был изготовлен шагаюий экскаватор драглайн с ковшом 25 м3 и стрелой 100 м, а на Новокраматорском машиностроительном заводе (НКМЗ) в 1965 — экскаватор-лопата с ковшом 35 м3 для крепких грунтов. В 1975 УЗТМ закончил изготовление шагающего драглайна с ковшом ёмкостью 100 м3 и стрелой 100 м. УЗТМ осваивает наиболее мощную карьерную лопату, с ковшом 20 м3, для крепких грунтов (1976).