Колесный экскаватор: классификация видов, принцип работы, технические характеристикиметодическая разработка

В любую эпоху землеройные работы были не только самыми необходимыми, но еще и наиболее трудоемкими. Поэтому с глубокой древности многие люди думали над тем, как облегчить этот тяжелый труд и ускорить процесс.

Одним из первых был Архимед. Он сконструировал много полезных устройств, среди которых были и машины с ковшами, предназначенные для копания грунта. Римские завоеватели называли их экскаваторами (лат. Excavao – делать углубление, долбить).

Как появились экскаваторы

В эпоху Леонардо да Винчи применение экскаваторов было обыденным делом, но тогда использовались совершенно простые землеройные машины, которые отдаленно напоминали первые аналоги этого устройства. В первой половине позапрошлого века появились первые прародители экскаватора, которые были необходимы для проведения строительства железных дорог. Эти машины использовались на расчистке каналов и фортификационных работах. Ковши приводились в действие мускульной силой людей или животных. На Востоке об экскаваторах узнали от Марко Поло. Он рассказал о чудо-технике китайскому императору, за что был удостоен особого благоволения.

В середине XIX века на экскаваторах появляются механические, а точнее, паровые, двигатели. Первую такую машину в 1843 году сконструировал в США инженер Джеймс Отис, бывший прямым потомком одного из «отцов нации» периода Гражданской войны. Экскаватор с 15-сильным мотором выбирал за час 40 – 50 кубов грунта. Даже по современным понятиям это совсем неплохо! Он заменял полсотни землекопов. Одну из первых моделей, довольно поврежденную, до сих пор можно увидеть в музее.

Первые экскаваторы с паровыми двигателями работали на всемирно известных стройках – в Египте, на прокладке Суэцкого канала, и в России, на Николаевской железной дороге. Правда, отечественные чиновники не слишком радовались механизации труда. Использование крепостных и арестантов было намного дешевле. В 1848 году все 4 «николаевских» экскаватора продали Демидовым. Предприимчивые дельцы поставили машины на производство вскрышных работ, где они оказались очень эффективными.

Важно

После того, как экскаваторы Отиса появились на Урале, там начало развиваться тяжелое машиностроение.

Слово экскаватор было взято из латинского языка и дословно может переводиться как техника для долбления. Это землеройная машина, позволяющая вынимать и разрабатывать грунт. Грунтовые поверхности могут быть как мягкими, так и скальными, ограничений нет.

Экскаваторы на автомобильном шасси:

Базой одноковшовых экскаваторов на автомобильном шасси служит грузовой автомобиль повышенной проходимостью, обладающий возможностью беспрепятственно двигаться по любым видам дорог или при их отсутствии (по бездорожью). Грузовики способны в короткие сроки передвигаться на значительные расстояния.

Область применения такого экскаватора: как правило, на землеройные работы среднего масштаба (очистка водоемов, каналов, строительство и ремонт дорожного покрытия, автомобильных трасс и пр.), а при смене рабочего оборудования (с ковша на другое) – также строительные и строительно-монтажные работы, складирование, доставка и перемещение грузов.

Основным рабочим оборудованием в большинстве случаев выступает обратная лопата с ковшом объемом от 0,04 до 1,5 м3. Реже встречаются модели, где имеется переход от прямой к обратной лопате за счет наличия поворотного ковша и телескопической стрелы. Некоторые модели могут комплектоваться сменным рабочим оборудованием: грейфером, грузовыми вилами, крюком, гидравлическим молотом.

В качестве движителя машины могут выступать моторы:

• непосредственно автомобиля-базы;
• отдельные моторы, установленные на поворотной платформе.

Классификация экскаваторов

Существует много различных классификаций экскаваторов, в зависимости от критериев, по которым сделана градация техники. При этом одна и та же машина может присутствовать в разных списках.

• Нестандартные экскаваторы: обзор моделей и цен

По применению:

• самоходные – имеют собственное базовое шасси для перемещения на объект.
• полусамоходные – передвигаются только на небольшие расстояния в рабочей зоне.
• ограниченно-самоходные – для переезда в пределах рабочей зоны им требуются специальные пути, например, рельсы.

По типу ходового устройства можно арендовать экскаватор:

• гусеничный – они отличаются повышенной проходимостью и устойчивостью; для работы на слабых грунтах ставятся гусеницы с увеличенной опорной поверхностью;
• пневмоколесный – такие машины имеют высокую маневренность, могут самостоятельно доехать до рабочей площадки;
• на шасси автомобильного типа – эта спецтехника отличается более мощным двигателем, повышенной транспортной скоростью, прочной рамой с низким центром тяжести;
• на серийном грузовом автомобиле;
• на серийном (обычно колесном) тракторе;
• рельсовые;
• шагающие.

По типу основного двигателя:

• дизельные;
• электрические;
• карбюраторные;
• паровые.

В настоящее время на экскаваторы ставятся в основном дизельные и электрические двигатели, как наиболее экономичные. Дизельные используются в условиях периодической смены места работы. Электрические применяются на машинах, работающих на постоянном месте (в карьере). По количеству двигателей:

• одномоторные – все механизмы экскаватора приводятся в действие одним мотором, или несколькими, которые приводят в движение один вал;
• многомоторные – для каждого механизма или узла есть свой двигатель.

По назначению:

• Строительно-универсальные. В этой группе можно снять экскаватор с ковшом емкостью до 3 м3. Используются для земляных работ.
• Карьерные. Работают с ковшами емкостью 2 – 8 м3. Предназначены для разработки месторождений в карьерах.
• Вскрышные. Имеют ковши емкостью от 6 м3. Применяются для снятия верхних слоев пород.
• Специальные. К ним относятся подземные, туннельные, торфяные, подводные, разрушители, спасательные, болотные, железнодорожные.

По исполнению рабочего органа:

• с гибкой подвеской – стрела (у некоторых – и ковш) подвешена на стальных канатах и с их же помощью приводится в действие;
• с жесткой подвеской – все элементы рабочего оборудования находятся в шарнирном соединении между собой; для привода в действие используются гидроцилиндры.
• с телескопическим оборудованием – работа осуществляется посредством выдвижения и втягивания стрелы.

По углу поворота стрелы:

• Полноповоротные (на 360 град).
• Неполноповоротные (меньше 360 град).

По типу рабочего цикла:

• Циклические – одноковшовые.
• Непрерывного действия – траншейные с зубчатой цепью, с фронтальной цилиндрической или дисковой фрезой, многоковшовые роторные.

По типу привода ковша:

• Механические – почти не используются.
• Гидравлические – наиболее распространенные.
• Электрические – с питанием от ЛЭП, сверхтяжелые.
• Дизель-электрические – автономные тяжелые и особо тяжелые.

По типу ходовой части:

• Пневмоколесные – на колесном оригинальном шасси.
• Гусеничные – то же, на гусеничном.
• Навесные – на серийном автомобильном или тракторном, гусеничном или колесном шасси.
• Катковые и лыжные передвижные (сейчас не применяются).
• Шагающие.
• Плавающие – драги ковшовые, рыхлящие, грейферные или эрлифтовые.
• Рельсовые – карьерные, портовые экскаваторы-краны и железнодорожные.
• Подземные – работают в шахтах на перегрузке вырубленной породы. Могут объединяться со щитом в проходческий комбайн.

313D2L

Гусеничные экскаваторы этой модели обладают полезной мощностью 68 кВт и массой 13,7 т. Они отличаются улучшенным управлением, высокой универсальностью, имеют удобную модернизированную кабину и просты в эксплуатации. Такой набор характеристик позволил экскаваторам 313D2L стать ведущими в своем классе.

Машины укомплектованы эффективными мощными двигателями Cat С4.4, которые за счет механического регулятора на 14 % уменьшают топливные затраты по сравнению с аналогичными моделями. При этом усилия копания и подъема остаются на том же высоком уровне. Двигатель стабильно работает даже при заправке топливом ненадлежащего качества, что обусловлено низким давлением в системе подачи топлива. Пользователям доступен широкий спектр навесного оборудования, что позволяет приспособить экскаватор под выполнение различных задач.

Одноковшовые экскаваторы, таблица

Одноковшовые экскаваторы, как наиболее многочисленные и распространенные, выпускаются в большом многообразии. Поэтому у них существует несколько «своих» классификаций.

По размерной группе:

Экскаваторы с массой более 8 тн относятся к сверхтяжелым. Их проектируют по индивидуальным заданиям.

По типу конструкции, несущей ковш:

• Ломающаяся стрела – самая популярная на универсальных машинах, приводится в движение гидравликой.
• Шарнирная стрела – тяжелая, громоздкая, но подвижная и прочная. Применяется на технике 5-й размерной группы и выше. Именно такая стояла на экскаваторе Отиса.
• Телескопическая стрела – работает так же, как стрела автокрана. На экскаваторах используется только в тех случаях, когда требуется большая жесткость конструкции.
• Качающаяся мачта – ажурная, но достаточно жесткая система. Обычно к ней на тросах присоединяется ковш. Он волочится по земле и опрокидывается тоже с помощью тросов. Это драглайн, используется на карьерных добывающих или вскрышных шагающих экскаваторах. На плавучих машинах или экскаваторах-погрузчиках на такой мачте может быть подвешен грейфер.

По типу рабочего органа:

• Ковш – вгрызается в грунт, часто делается с откидным днищем.
• Ковш прямая или обратная лопата – загребает грунт.
• Грейфер – опускается на грунт сверху, захлопывается и захватывает его.
• Короб (перегрузочный ковш) – подбирает разрыхленный грунт.

M320D2

Это колесный экскаватор мощностью 124 кВт, который сочетает скорость, универсальность и производительность. Он способен функционировать на любых поверхностях, в т. ч. на грунтах различного типа и дорожных покрытиях. Пользователям доступен широкий спектр навесного оборудования для решения различных строительных и производственных задач. Управление машиной М320D2 отличается удобством и легкостью, поскольку реализовано с помощью системы ProductLinkTM.

За счет сокращения длительности рабочих циклов, роста усилий на рукояти и ковше была увеличена производительность экскаватора. Все точки обслуживания доступны с поверхности земли, что упрощает и ускоряет проведение необходимых ремонтных или профилактических манипуляций. Все важные узлы качественно обрабатываются централизованной системой подачи смазочных материалов. Кабина рассчитана на обеспечение максимальной безопасности и комфорта.

Распространённые модели экскаваторов, таблица

Экскаваторы, навешиваемые на тракторы:

Нижней опорой (базой) одноковшового экскаватора, навешиваемого на трактор, выступает классический трактор, в большинстве случаев – колесный.

На его заднюю часть (в редких случаях – на боковую сторону) устанавливается экскаваторное оборудование с неполным поворотом, которое прикрепляется к базовой машине специальной рамой. Экскаваторное оборудование экскаватора, навешиваемого на трактор, представляет собой обратную лопату с ковшом малого объема – от 0,2 до 0,5 м3. Конструкция данного вида экскаватора подразумевает быстрый съем рабочего оборудования – ковша и его замену на грейфер (грузозахватное приспособление), грузовые вилы, крюк, гидравлический молот.

Поэтому применение такого экскаватора целесообразно:

• на землеройных работах малого масштаба (ремонт подземных коммуникаций в коммунальном хозяйстве, электрических и газовых сетей и пр.),
• на планировочных работах малого масштаба (создание ровных, чистых поверхностей).
• для складывания материалов;
• для доставки и перемещения грузов;
• при проведении строительных и строительно-монтажных работ.

Движителем машины выступает мотор трактора-базы с гидравлическим приводом.

Экскаваторы, навешиваемые на тракторы, отличаются довольно высокой маневренностью и высокой скоростью передвижения.

Современные экскаваторы

Важно

Среди всех видов спецтехники, экскаватор является самым популярным и быстроокупаемым.

Поэтому неудивительно, что он же лидирует и по числу продаж. Существует очень много разновидностей землеройных машин данного типа. Они различаются не только по своим техническим характеристикам, но и по размерам. Есть модели, которые могут нести на руках несколько взрослых мужчин. Зато другие превышают размеры одноэтажного дома. Притом, они не обязательно шагающие, как принято думать. Все три самых крупных в мире – на гусеничном ходу. Это Bucyrus-Erie 1850-В «Big Brutus», Bagger 288 и Marion 6360 «Captain». Первые два, одноковшовые, еще работают. А «Капитан» уже в Арканзасском техническом музее. Самый легкий из этой тройки весит 12 000 тонн.

Экскаваторы используются в разных условиях, для выполнения самых различных работ. Модификаций так много, что даже опытный инженер-механик вряд ли сможет их перечислить. Например, одни машины предназначены для срезания плодородного слоя почвы. Другие работают под водой. Третьи – под землей.

Эрлифтом называется устройство, предназначенное для подъема грунта с большой глубины. Воздух подается в нижний конец трубы, его поднимающиеся пузыри тянут вверх воду и, вместе с ней, грунт, который должен быть мягким или сыпучим. Эффективность эрлифта прямо пропорциональна его глубине, которая может доходить до 6 км. Труба в таких случаях поддерживается промежуточными поплавками.

Но, разумеется, самые популярные экскаваторы – универсальные. Это мощные одноковшовые машины, на пневмоколесном или гусеничном ходу, с ломающейся стрелой и гидроприводом. Используются, чаще всего, в строительстве.

Если на такую технику поставить еще и бульдозерный отвал, то получится экскаватор-бульдозер с расширенными функциональными возможностями. А если фронтальный ковш, то будет экскаватор-погрузчик – тоже очень востребованная машина, в чем нетрудно убедиться на примере всем известного ЭО-2626.

Популярность экскаваторов обусловлена не только частой необходимостью выполнения земляных работ. Практически все модели поставляются со сменными рабочими органами: перфоратором, гидромолотом, буром, ножницами, захватом, вилами, долотом, рыхлителем и другими. С таким комплектом одноковшовый экскаватор превращается в универсальную и очень востребованную машину.

Технические характеристики

Устройство техники может отличаться в зависимости от производителя и технических характеристик. Но принцип работы у колесных машин одинаковый: рама, которая стоит на пневматическом колесном ходу, имеет поворотную платформу. Большинство моделей экскаваторов погрузчиков колесного типа имеют полноповоротный механизм. Для устойчивости на грунте во время работы технику оснащают специальным устройством — аутригером. Это такой вид опор, которые отвечают за то, чтобы трактор не проседал и не сползал во время копания или при загрузке ковша. В зависимости от модели на экскаваторе может быть 2 или 4 опоры, которые крепятся к поворотной платформе. Иногда присутствует и специальный опорный вал. Устойчивость машины и необходимость применения валов определяет водитель транспортного средства.

Управление производится из кабины, где установлено кресло, создана отличная система звукоизоляции, установлена панель управления. На ней располагаются приборы контроля и безопасности, которые обеспечивают работу техники.

Выпускается колесный трактор в различных модификациях, что позволяет отнести его к двум группам — малым (т.е. компактным) и средним. В первом случае техника оснащена ковшом, объем которого равен 0,04 м³, а во втором — объем ковша доходит до 2 м³. Средний вес транспорта составляет 25 т, что включает собственный вес экскаватора и навесного оборудования. Увеличение веса способно вызвать нагрузку на ось, ее смещение, ограничение функциональности и проблемы с самостоятельным перемещением.

Работа агрегата зависит от гидравлической системы, которая позволяет без особых проблем управлять рукояткой, ковшами, поворотной платформой, стрелой. За функционированием всех систем внутри транспортного средства следят гидроцилиндры.

Полноповоротные или полуповоротные модели имеют двускатную или односкатную ошиновку, управление колесами осуществляется, главным образом, с первого моста. Привод может быть двух- или четырехколесным, что зависит от особенностей того или иного производителя, модификации, требований клиента. То же самое касается рукояток, которые устанавливаются, для того чтобы поднимать или опускать шарнирные или моноблочные стрелы.

Экскаваторы с двигателем внутреннего сгорания:

Экскаватор с двигателем внутреннего сгорания укомплектован собственным двигателем внутреннего сгорания, чаще всего работающим на дизельном топливе, что позволяет обеспечить автономность функционирования экскаватора.

Моментно-скоростные характеристики двигателя и рабочего оборудования одноковшового экскаватора с двигателем внутреннего сгорания не согласованы, что обуславливает использование согласующих передач, коими выступают:

• редукторы;
• гидротрансформаторы;
• гидравлические передачи.

Первые два типа оборудования характерны для механических машин, последний – для гидравлических.

Практически все типы данных машин оснащены одним двигателем, исключение составляют лишь тяжелые экскаваторы для карьерных работ, которые могут включать в себя два двигателя. При этом существуют такие конструкции техники:

• оба двигателя размещаются на поворотной платформе;
• один из двигателей располагается на гусеничном шасси и применяется исключительно для движения самого экскаватора, а второй – на поворотной платформе.

Сфера применения эскаваторов с прямой лопатой

Применяются экскаваторы, оборудованные прямой лопатой, при планировке, разработке и выравнивании площадок на:

• слабых;
• средних;
• плотных грунтах.

В основном это такие виды разработок грунта в выемках, как:

• рытье котлованов для фундаментов в промышленном и гражданском строительстве;
• дорожное строительство;
• карьерные разработки и вскрышные работы;
• копание траншей.

Если прямая лопата предназначена для выемки грунта «от себя», то обратная копает «на себя». И работать такая лопата может только с породами, расположенными ниже уровня стоянки.

Существует также универсальная лопата. Это рабочее оборудование, смонтированное из совместного узла прямой и обратной лопаты.