ЭКСКАВАТОР

ЭКСКАВАТОР (англ, excavator,
от лат. excavo - долблю, выдалбливаю), осн. тип машин, предназнач. для
разработки (копания) мягких горных пород (грунта) в массиве или скальных
в раздробленном состоянии, а также для погрузки их в трансп. средства (автомобили,
ж.-д. вагоны и др.) или укладки в отвал. Э. в СССР выполняют ок. 35% объёмов
земляных
работ в строительстве и свыше 80% объёмов на открытых горных работах;
общий годовой объём экскаваторных работ в СССР достигает 15 млрд.
м³(1976).

По принципу действия различают 2 осн.
группы: одноковшовые (прерывного, или цикличного, действия) и многоковшовые
Э. (непрерывного действия). У первых все осн. операции цикла производятся
в постоянной последовательности, у вторых - одновременно.



Одноковшовые Э. Рабочий цикл
этого распространённого класса Э. складывается из операций резания (копания)
грунта (с одновременным заполнением ковша), перемещения заполненного ковша
к месту разгрузки, выгрузки грунта из ковша и возвращения ковша в забой;
продолжительность рабочего цикла в зависимости от мощности и типа Э. и
условий работы колеблется от 12 до 80 сек. Производительность одноковшового
Э. на 1 м³ ёмкости ковша в зависимости от условий работы
составляет от 100 до 350 тыс. м³ в год, или 80-180 м³/ч.
Одноковшовые
Э. используются для разработки любых, в т. ч. самых крепких и неоднородных,
грунтов с крупными твёрдыми включениями. Для работы в более мягких грунтах
одноковшовые Э. могут снабжаться ковшами увелич. ёмкости. Скальные породы
и мёрзлые грунты перед разработкой одноковшовым Э. разрыхляют (обычно взрывом).

По роду ходового оборудования различают
гусеничные, колёсные, шагающие, на ж.-д. ходу, плавучие, колёсно-гусеничные
одноковшовые Э. По типу привода - с одним двигателем и со смешанным и индивидуальными
приводами всех рабочих механизмов. По роду силовой установки - с приводом
от двигателя внутр. сгорания (дизельные, редко карбюраторные и газогенераторные),
электрич., гидравлич., пневматич. и комбинированные. По виду управления
- с ручным, гидравлич., пневматич., электрич. и смешанным. По виду рабочего
оборудования Э. подразделяются на одноковшовые с жёсткой шарнирно-скользящей
связью ковша со стрелой (прямая лопата), с жёсткой шарнирной связью ковша
со стрелой (обратная лопата), с гибкой связью ковша со стрелой (драглайн,
грейфер и др.). Наиболее распространено оборудование прямой лопаты (рис.
1, а); им оснащаются Э. любой мощности с ковшами ёмкостью до 153
м³
(см.
Механическая лопата). Э. с оборудованием прямой лопаты и с разгрузкой
в трансп. средства или отвал целесообразно применять при разработке месторождений
полезных ископаемых и для рытья котлованов, преим. в крепких, каменистых
и скальных породах и грунтах, а также в устойчивых грунтах ср. крепости.
Оборудование обратной лопаты (рис. 1,6) используется для рытья узких траншей
(шириной 0,7- 1,5 м
и глубиной до 8м), особенно с вертикальными
стенками для прокладки сетей канализации, нефтепроводов, устройства фундаментов
в крепких и каменистых грунтах, а также сооружения небольших котлованов.
Рабочее оборудование Э.- драглайна (рис. 1, в) состоит из стрелы и ковша,
подвешенного к стреле при помощи подъёмного и тягового канатов. Выемку
грунта драглайн производит, как правило, ниже уровня установки Э.; ковши
применяются различной ёмкости-в скальных предварительно разрыхлённых породах
допускается работа драглайна при ёмкости ковша св. 10 м³.
Продолжительность
цикла обычно на 10- 20% больше, чем при работе Э. с оборудованием прямой
лопаты. С оборудованием драглайна работает до 40% одноковшовых Э. Драглайны,
имеющие т. н. шагающий ход, получили назв. шагающих драглайнов. Оборудование
грейфера (рис. 1, г) применяется для погрузочных работ, рытья котлованов
с отвесными стенками, для работ под водой. Оборудование струга (рис. 1,
д)
приспособлено для планировочных работ, удаления дорожной одежды и т.
п. Отдельные модели Э., предназначенные в основном для стр-ва (с ковшами
ёмкостью до 5 м³),
снабжают различным сменным оборудованием
не только для земляных, но и для монтажных, подъёмно-трансп., погрузочно-разгрузочных,
свайных и буровых работ, валки леса и корчёвки пней и т. п. Такие Э. обычно
наз. универсальными, т. к. они применимы во MH. видах земляных и строит,
работ. Если число единиц сменного оборудования не превышает трёх (напр.,
лопата, драглайн, кран), Э. наз. полууниверсальными.

Рис. 1. Схемы универсальных экскаваторов
со сменным рабочим оборудованием а - прямая лопата; б - обратная
лопата; в - драглайн; г - грейфер; д - струг.,

Получают широкое распространение Э.
с гидроприводом, т. н. гидроэкскаваторы, у к-рых все виды рабочих органов
шарнирно связаны с поворотной платформой и перемещаются с помощью гидроцилиндров,
приводимых в движение насосами высокого давления (10- 40 МПа). В
этом случае для передачи вращения (привод поворота, хода) обычно применяют
гидравлич. двигатели. Этот вид одноковшовых Э. изготовляется с ковшами
малой (до 1,8 м³), средней (2-3 м³) и
большой (3,2-6 м³) ёмкости; в СССР осваиваются гндроэкскаваторы
с ковшом 12-20 м³. Осн. рабочее оборудование - обратная
лопата. Удельная мощность гидравлич. Э. в зависимости от условий работы
(мягкие или крепкие грунты) составляет от 133 до 213 квт на 1 м³ёмкости
ковша.

В зависимости от назначения одноковшовые
Э. подразделяют на строительные, карьерные, строительно-карьерные и вскрышные,
кроме того, выделяют тоннельные Э., плавучие и др. Строительные Э.- самый
распространённый тип одноковшовых Э. (ок. 60% мирового парка); насчитывают
ок. 200 моделей, выпускаемых более чем 80 отечеств, и зарубежными з-дами.
Различают: универсальные малой мощности (ёмкость ковша 0,05-1,8
м³,
грузоподъёмность
крана 0,7-45 т, масса 1,5-65
т); средней мощности - полууниверсальные
(ёмкость ковша 2-3 м³,
грузоподъёмность крана 60-80 т,
масса
72-105 га); большой мощности - полууниверсальные (ёмкость ковша 3,25-м³,
грузоподъёмность крана 100-150 т,
масса 115-210
т). Удельная
масса на 1 м³ёмкости ковша для крепких грунтов составляет
для этих Э. 33-36 т.
Для более эффективного использования Э. снабжаются
в мягких грунтах ковшами увеличенной на 25-60% ёмкости, а в очень крепких
- уменьшенной на 20- 25%. Э. малой мощности часто имеют сменное гусеничное
и пневмоколёсное ходовое оборудование и одномоторный привод. У гидравлич.
Э. индивидуальный или смешанный привод. Карьерные Э. изготовляются с оборудованием
лопаты, реже со сменным оборудованием драглайна и крана. Отличаются мощным
рабочим оборудованием, высокими рабочими усилиями и скоростями, коротким
диклом работы, что обусловливает по сравнению с др. Э. тех же типоразмеров
большую производительность при погрузке в трансп. средства, особенно при
крепких грунтах. Э. средней (ёмкость ковша 2-4 м³) и
большой (ёмкость ковша 5-20 м³)
мощности, массой 76-900
га, предназначены для работы в карьерах, особенно в крепких, предварительно
взорванных породах и грунтах с погрузкой гл. обр. в большегрузные автосамосвалы.
Выпускаются как в виде полууниверсальных Э., так и спец. лопат со стандартным
и удлинённым оборудованием для верхней погрузки в средства транспорта,
расположенные на бровке забоя (выемки). Ходовое оборудование - гусеничное.
Силовое оборудование - электрич. с индивидуальным приводом механизмов по
системе генератор - двигатель. Удельная мощность приводного двигателя 60-
80 кет на 1 м³ ёмкости ковша, давление на грунт
0,15-0,25 МПа,
скорость хода 0,6-1,5 км/ч.
Гидравлические
карьерные Э. имеют ёмкость ковша до 8-9 м³,
разрабатываются
модели с ковшами ёмкостью 12-20 м³. Строительно-карьерные
Э. средней и большой мощности предназначены для работы в основном на карьерах
нерудных строит, материалов. По своей конструкции они занимают ср. положение
между строит, и карьерными. Вскрышные Э. изготовляют обычно с оборудованием
лопаты для перемещения в отвал вскрышных пород на карьерах. Вскрышные Э.
с ковшами ёмкостью до 15 м³ применяются также для погрузки
в трансп. средства, расположенные на бровке разрабатываемого забоя. Ёмкость
ковша от 6 до 153 м³, масса 700-12 700 т. Ходовое
оборудование мощных моделей - 4 спаренные гусеницы. Силовое оборудование
такое же, как у карьерных Э. Удельная масса 45-90 т на 1 м³ёмкости
ковша, скорость хода 0,3-0,5 км/ч. Помимо механич. лопаты на вскрышных
работах применяются драглайны на шагающем ходу со стрелами длиной до 100
м,
с
ковшами ёмкостью от 5 до 168 м³,
массой до 14 тыс.
т.
Они являются основным оборудованием при бестрансп. системах разработки
месторождений полезных ископаемых. В 1977 в СССР введён в эксплуатацию
один из крупнейших в мире шагающих драглайнов со стрелой длиной 100 м
и
ковшом ёмкостью 100 м³.

Тоннельные и шахтные Э. используют
в подземных условиях в выработках большого поперечного сечения при проходке
тоннелей, сооружении камер подземных сооружений, выемке полезных ископаемых.
Ёмкость ковша 0,75-1 м³, масса 16-30 га.



Многоковшовые Э. состоят из
рабочего оборудования (ковши, шарнирная ковшовая рама, стрела); металлоконструкции
(надстройки), на к-рой оно укреплено; механизмов привода (силового оборудования);
управления; платформы, на к-рой установлены все эти узлы и агрегаты, и
ходового оборудования - нижней рамы с движителем. Ходовое оборудование
многоковшовых Э.- гусеничное (при любой массе), пневмоколёсное (до массы
в 30-40 га), реже рельсовое (железнодорожное), шагающее или рельсо-шагающее
(последние два при любой массе и перемещении Э. по мягким грунтам). В процессе
работы многоковшовый Э. производит резание (копание), захват, транспортирование
и разгрузку грунта на магистральный конвейер или в вагоны. По виду рабочего
оборудования многоковшовые Э. подразделяются на два осн. типа: цепные и
роторные. В цепных экскаваторах ковши (от 12 до 40 штук) укреплены на бесконечной
цепи, движущейся по каткам в направляющих ковшовой рамы. Большинство конструкций
цепных Э. может обеспечить точную отделку откосов сооружения, благодаря
чему ими выполняются профилировочные работы (рис. 2, а и б). В роторных
экскаваторах рабочий орган - колесо(ротор) с 6-12 (иногда до 24) ковшами
(рис. 2, г). Грунт из ковшей ротора высыпается на конвейер роторной
стрелы непосредственно или через питатель и передаётся на разгрузочный
конвейер. Общее расстояние, на к-рое перемещается грунт, достигает 150
м, высота копания до 50 м, глубина копания до 25 м.

Ротор почти полностью освобождён от
транспортирования грунта, что позволяет увеличить скорость копания до 3-
4,4 м/сек вместо 0,4-1,2 м/сек у цепных машин. Модели малой
мощности, с ковшами ёмкостью 25-150 л, могут работать в карьерах
нерудных строительных материалов; ср. мощности, с ковшами ёмкостью 200-450
л,- на крупных строит, работах; большой мощности, с ковшами 500-4500 л,-
на
крупных карьерах. Роторные Э. применяются также для складирования, отгрузки
материалов при больших объёмах, с производительностью до 12 500
м³/ч
и
более. Масса Э. на 1 л ёмкости ковша 0,9-1,5 т.
Cp. производительность
1,8-2,5 м³/ч на 1 л ёмкости ковша.

В зависимости от направления движения
ковшей относительно перемещения Э. различают многоковшовые Э. поперечного
и продольного копания и поворотные. К Э. поперечногокопан и я (см. рис.
2) относятся в основном цепные Э., к-рые во время работы движутся в направлении,
перпендикулярном плоскости движения ковшей. Машины могут работать с верхним
и нижним копанием и устанавливаются на рельсовом или гусеничном ходу. К
Э. продольного копания относятся цепные и роторные Э., к-рые во время работы
движутся в направлении, параллельном или совпадающем с плоскостью движения
ковшей, - траншеекопатели, канавокопатели. Обычно - это машины малой мощности
(масса до 75 га), на гусеничном или пневмоколёсном ходу. Предназначены
они для рытья траншей шириной от 0,35 до 2, реже 3
м
при глубине
от 1,2 до 2 м для роторных Э. и до 8 м -
для цепных. Эти
Э. выполняются также в виде навесного оборудования на тракторах,

Рис. 2. Схемы многоковшовых экскаваторов:
а
- неповоротный цепной на железнодорожном ходу с боковой разгрузкой;
б
- то же однопортальный; в - поворотный цепной на гусеничном
ходу; г - роторный; д - цепной, траншейный;
е - цепной
отвальный.

колёсных тягачах и автомобилях. К поворотным
многоковшовым Э. относятся цепные Э., имеющие ковшовую раму, установленную
на поворотной платформе, вращающейся на опорном круге; обычно оборудуются
гусеничным ходом (рис. 2, е). Полноповоротность увеличивает массу Э. на
30-40%. Ёмкость ковшей достигает 3600 л. Применяют для отработки
тупиковых забоев и разработки с одного уступа попеременно верх, и ниж.
забоем двух уступов. Многоковшовые Э. наиболее производительны в условиях
сосредоточенных объёмов открытых горных и земляных работ в мягких, средних
и однородных крепких грунтах, особенно при постоянных или мало изменяющихся
поперечных профилях забоев или сооружений с правильными откосами. Э. малой
мощности, с ковшами ёмкостью до 150 л, могут работать с любым видом
транспорта, а машины ср. и большой мощности - с ж.-д. и конвейерным транспортом.
Помимо вскрышных работ на карьерах многоковшовые Э. применяют в мелиорации
и для отвальных работ. Э. для мелиоративных работ обычно относятся к цепным
машинам поперечного копания; отличаются небольшим удельным давлением на
грунт (ок. 3-10⁴ Па) и предназначены для рытья траншей с откосами
и небольших каналов (рис. 2, д). Глубина копания до 2,5
м,
ширина
канала до 12 м. Ёмкость ковша 25-75 л, масса Э. 12-20 m.
Удельная мощность ок. 1 квт на 1 л ёмкости ковша, производительность
1,5-3 м³/ч на 1 то массы (большее значение - для малых
моделей). Реже применяются Э. продольного копания со спец. рабочим оборудованием.
Отвальные Э., или абзетцеры (рис. 2, е), с роторным или цепным рабочим
органом и консольными отвальными конвейерами применяются для выполнения
больших объёмов отвальных работ при выемке вскрышных пород в карьерах многоковшовыми
Э. Абзетцеры укладывают рыхлые породы вскрыши в верхний отвал высотой до
25 м или в нижний - высотой до 50 м.



Историческая справка.
Идея создания
землеройных машин принадлежит Леонардо да Винчи, к-рый в нач. 16 в. предложил
схемы Э.-драглайнов. Первая паровая землечерпалка была построена на Ижорском
з-де под руководством А. А. Бетанкура во втором десятилетии 19 в. Одноковшовый
неполноповоротный Э. на рельсовом ходу был запатентован в 1834 В. Отисом
(США); широкое применение одноковшовых Э. началось с конца 19 в. в связи
с развитием строительства жел. дорог. В 1910 появились первые электрич.
Э., в 1912 - полноповоротные Э. на гусеничном ходу с двигателями внутреннего
сгорания, в 1916 - с дизелем, в 20-е гг. - первые полноповоротные Э. средней
мощности с большими рабочими размерами на рельсовом ходу для открытых горных
работ. Произ-во одноковшовых Э. в России было начато в 1901 на Путиловском
(ныне ленинградский Кировский) з-де. В СССР произ-во Э. было организовано
в 1931. С 1947 Уральский з-д тяжёлого машиностроения (УЗТМ) впервые в мире
организовал серийный выпуск карьерных Э. с ковшами ёмкостью 3-5 м³.
В
1958 на УЗТМ был изготовлен шагающий Э.-драглайн с ковшом 25 м^ъи
стрелой 100 м, а на Новокраматорском маш.-строит, з-де (НКМЗ) в
1965 - Э.-лопата с ковшом 35 м³ для крепких грунтов.
В 1975 УЗТМ закончил изготовление шагающего драглайна с ковшом ёмкостью
100 м³и стрелой 100 м. УЗТМ осваивает наиболее
мощную карьерную лопату, с ковшом 20 м³, для крепких
грунтов (1976). За рубежом произ-во Э. сосредоточено в США (фирмы "Марион",
"Бюсайрус", "Харнитфегер" и др.), Великобритании, ФРГ, ГДР, Франции, Японии,
ПНР, ЧССР и др. странах. В США в 1968 фирма "Бюсайрус" изготовила шагающий
Э.-драглайн с ковшом ёмкостью 168 м³ для мягких грунтов,
а фирма "Марион" Э.-лопату с ковшом ёмкостью 153 м³.

Сухопутный многоковшовый Э., изобретённый
во Франции M. Кувре в 1860, был применён на стр-ве Суэцкого канала. В конце
19 в. многоковшовые Э. получили широкое применение в Германии на открытых
горных работах по добыче бурого угля. В России произ-во многоковшовых
Э.
было
начато на Путиловском з-де (1901). В 1921 в Германии появились Э. с ковшами
ёмкостью 525 л, в 1933-1200 л, в 1939-1500 л, в 1941- 2000
л.
В 1958 в ФРГ был введён в действие роторный Э. с ковшами ёмкостью 3600
л. В СССР в 1967 НКМЗ начал выпуск мощных роторных Э. производительностью
3000 м³/ч, а в 1973 -5000 м³/ч.



Перспективы развития.
Осн. направление
развития экскаваторостроения - увеличение производительности Э. за счёт
применения машин всё большей единичной мощности. Изменение структуры парка
Э. произойдёт и в связи с внедрением гидравлич. Э. Доля легированных сталей
в конструкции Э. малой мощности возрастёт до 35-40% , средней мощности
- до 40-50% , большой мощности - до 70-80% массы Э. Увеличение скорости
рабочих движений Э. вызовет уменьшение продолжительности его рабочего цикла.
Создаются роторные Э. для разработки пород с удельным сопротивлением копанию
до 16 · 10⁶ Па, траншеекопатели производительностью 2500-3000
м³/ч
для
работы в мёрзлых породах с удельным сопротивлением копанию 0,8 · 10⁷
- 10⁷ Па (ширина траншеи 2-2,5 м
и глубина до
3 м) со скоростью 400-500 м/ч, т. е. в 10-20 раз быстрее
и в 5-6 раз экономичнее, чем существующие Э. этого класса. Широкое применение
получат т. н. Э.-малютки массой не более 300- 800 кг.
Для Э. непрерывного
действия разрабатывается автоматич. управление с регулированием всех параметров,
определяющих протекание рабочего процесса. На этой основе проектируются
системы с самооптимизацией алгоритмов отработки подуступов и забоя в целом.
Создаются автоматич. системы управления всеми машинами комплекса непрерывного
действия - отвалообразователями, перегружателями, мостами.

Лит.: Панкратове. А., Динамика
машин для открытых горных и земляных работ, M., 1967; Домбровский H. Г.,
Экскаваторы, M., 1969; его же, Многоковшовые экскаваторы, M., 1972; Ветров
Ю. А., Резание грунтов землеройными машинами, M., 1971; Современные карьерные
экскаваторы, 2 изд., M., 1971; Теория и практика открытых разработок,-
под ред. H. В. Мельникова, M., 1973; В а r n е s W., Excavating machinery,
L., 1928; Williamson H. F., Myers K. H., Designed for digging, Evanston
(111.), 1955; Kuhn G., Interessante Baggereinsatze, Wiesbaden, 1955; Pajer
G., Pfeifer M., Kurth F., Tagebaugropgerate und Universalbagger, B., 1971.
H.
Г. Домбровский.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я