По заповненню ковша напірний рух замінюють на поворотне, трохи відсовуючи ківш від забою, щоб при подальшому його бічному переміщенні виключити зачіпання за забій. Далі поворотом платформи переміщають ківш з ґрунтом до місця розвантаження. Залежно від взаємного того, що розташовує екскаватора і відвала або транспортного засобу звичайно одночасно з поворотним рухом наводять ківш на мету, після чого відкриттям днища його розвантажують. Далі включають поворотний рух поворотного і напірного механізмів, а барабан підйомної лебідки розгальмовують, даючи ковшу можливість вільно опуститися до рівня стоянки екскаватора. Механізми перемикають на початок копання, коли ківш займе вихідну позицію для виконання наступного робочого циклу. Нове початкове положення ковша не співпадає з попереднім. Воно залежить від прийнятої схеми копання. Так, при роботі віяловою схемою кожне нове положення б (мал. 8, би) вибирають як суміжне з попереднім. Цього досягають зсувом поворотного руху по відношенню до попереднього на кут 6. Після відробітку першого шару забою по всьому фронту, визначуваному кутом р\ початкове положення ковша 11 (див. мал. 8, а) наближають до забою, переміщаючи далі ківш з цього положення по траєкторії 2, і т.д. Після відробітку забою в межах досяжності робочого устаткування (елемента забою) екскаватор переміщають на нову стоянку.
Товщина зрізу, а отже, опір грунту копанню і поточне значення силовою установкою, що розвивається потужності залежать від напірного переміщення, яке не залишається постійним при переході від однієї траєкторії до іншої, а також при відробітку різних по висоті забоїв. При постійній швидкості цього руху, реалізовуваній екскаваторним приводом, необхідних напірних переміщень добиваються періодичним виключенням цього руху протягом копання.
Висловлене дозволяє сформулювати наступні вимоги до механізмів екскаватора. Механізм підйому ковша повинен забезпечувати підйом ковша, утримувати його у фіксованому положенні, а також забезпечувати гравітаційне опускання ковша. З цією метою для одномоторних екскаваторів його виконують у вигляді нереверсивної, а для багатомоторних екскаваторів у виді - «реверсивних лебідок, обладнаних гальмами.
Механізм напору повинен забезпечувати переміщення рукояті в прямому (на забій) і поворотному (від забою) напрямах, а також її фіксація на певному вильоті при тимчасовому відключенні натиску в процесі копання грунту і для утримання рукояті від довільного опускання під час транспортної операції. Цей механізм виконують в двох варіантах: при однобалочній рукояті - у вигляді реверсивної лебідки, при двохбалочній рукояті - у вигляді реверсивної зубчато-рейкової передачі. По першому варіанту (див. мал. 7, б) барабан 14 напірної лебідки, що приводиться в пряме або поворотне обертання від силової установки за допомогою ланцюгової передачі 15, встановлюють співісний з шарнірами п'яти стріли. Напірні канати 19, огнувши блоки 16, встановлені на стрілі в її середній частині, закріплюються в хвостовій частині рукояті, а канат поворотного руху 20- в її передній частині, у ковша. Ця канатна система забезпечує переміщення рукояті у напрямі збільшення її вильоту і в поворотному при відповідних обертаннях барабана в прямому (за годинниковою стрілкою) і поворотному напрямах.
В більшості випадків на екскаваторах з канатним натиском вільну гілку 17 підйомного каната закріплюють на напірному барабані (див. мал. 7, би), забезпечуючи цим монотонну залежність напірного зусилля від підйомного - із збільшенням опору грунту копанню зростає також зусилля в підйомному поліспасті, а отже, і в гілці 17, внаслідок чого збільшується той, що крутить, момент на напірному барабані.
Мал. 8. Схема розробки грунту одноковшовим екскаватором з робочим устаткуванням прямої лопати
Цим досягається плавна робота підйомного і напірного механізмів, легкість управління робочими рухами ковша при копанні.
При урізуванні ковша в твердий грунт з поверхні землі, а також для висунення максимально підтягнутої до головних блоків 5 рукояті з навантаженим ковшом, коли зусилля в канаті 17 недостатньо для її висунення, додатково використовують той, що крутить момент, передаваний напірному барабану ланцюговою передачею 15. По другому варіанту (див. мал. 6, в) незалежний від підйомного напірний рух рукояті передається від силової установки через систему двох ланцюгових передач 15 і 22 і пара шестерні. 23 - зубчаті рейки 21, встановлені на нижніх полицях балок рукояті. В будь-кому варіанті напірні механізми обладнали гальмами для фіксації положення рукояті щодо стріли.
Механізм повороту повинен забезпечувати пряме (на розвантаження) і поворотне (в забій) обертання поворотної платформи. З метою зниження непродуктивних витрат часу на поворотні рухи, які в середньому складають більш 2/3 тривалості робочого циклу, використовують режими прискореного розгону і гальмування. В режимі копання платформа повинна бути зафіксована в заданому положенні з метою запобігання її мимовільного обертання від неврівноважених щодо осі обертання сил, для чого в кінематичну схему приводу вводять гальмо.
Для відкриття днища ковша застосовують канатні механізми. На мал. 7, г представлена схема такого механізму для екскаватора з канатним натиском. Засув днища 8 ковша сполучений тяговим ланцюгом 32 з важелем 31, шарнірно закріпленим на рукояті 10. До важеля прикріплений канат 30, який, огинаючи блоки 29, 27 і 25, навивається на компенсуючий (напірний) барабан 14. Блоки 25 і 27 встановлені на важелі 26, який за допомогою пневмотовкача 28 може повертатися проти годинникової стрілки щодо шарніра А, натягуючи канат 30 і відкриваючи цим рухом днище ковша. Закривають днище в кінці опускання ковша на вихідну позицію різким гальмуванням підйомної лебідки.
Ходовий механізм включається в роботу рідко - тільки для пересування екскаватора на нову стоянку після відробітку елемента забою і у разі перебазування Екскаватора на новий будівельний майданчик. При цьому звичайно обмежуються малими швидкостями пересування. Більш високі швидкості використовують на машинах, часто міняючих робочі місця. Ще рідше працює стрілопідємний механізм. Його виконують у вигляді реверсивної лебідки з черв'ячним або іншим приводом, до складу якого входить спеціальна обгінна муфта, що оберігає від різкого падіння стріли, що може привести до аварії машини.
У разі одномоторного приводу передача руху окремим робочим механізмам здійснюється за допомогою зубчатих і ланцюгових пар. Для включення окремих кінематичних ланцюгів використовують фрикційні і кулачкові муфти. Наприклад, дисковою фрикційною муфтою 22 (мал. 9, а) підключають до дизеля 21 головну передачу, що складається з ланцюгової передачі 23 і системи зубчатих коліс 24, 27 і 35. Для включення барабана 39 механізму підйому ковша і ланцюгової передачі 38 напірного механізму застосовують стрічкові фрикційні муфти 41 і 36 відповідно. Ківш фіксують на заданій висоті гальмом 40, а на заданому вильоті - гальмами 37. Опускається ківш гравітаційно після розгальмовування барабана 39. Для поворотного руху рукояті при відключеній муфті 36 спочатку кулачковою муфтою двосторонньої дії 31 включають ланцюгову передачу 30, а потім конусною фрикційною муфтою 28 - вал 29 підключають до головної передачі. Тими ж муфтами включають барабан 32 для підйому стріли. Утримують стрілу в заданому положенні гальмом 33, а опускають за рахунок гравітаційних сил після розгальмовування барабана 32 при включеній головній передачі. Частота обертання барабана 32 і, отже, швидкість опускання стріли обмежуються при цьому обгінною муфтою 42, з якою барабан 32 зв'язаний ланцюговою передачею 34.
Для обертання поворотної платформи щодо центральної цапфи 11 приводять в обертання шестерню 12, яка, оббігаючи навкруги жорстко сполученого з нижньою рамою зубчатого вінця 10, захоплює за собою поворотну платформу. Для цього включають кулачкову муфту 19 і відповідно напряму обертання платформи одну з конусних фрикційних муфт 25 або 26. Поворот платформи на розвантаження ковша звичайно виконують на зниженій швидкості, встановивши блок зубчатих коліс 15 і 16 у верхнє положення і ввівши в зачіпляюче зубчаті колеса 16 і 17, а поворот в забій - на підвищеній швидкості при зачіпляюче зубчатих коліс 15 і 14. Для роботи в гальмівному режимі використовують гальмо 18.
а - одномоторного четвертої розмірної групи; 6…д - багатомоторного дизель-електричної сьомої розмірної групи.
У разі прямолінійного руху включають обидві кулачкові муфти 3 і 6 на валу 5, забезпечуючи передачу руху зірочкам гусеничних ланцюгів 1 і 8 за допомогою ланцюгових передач 2 і 7. Для зміни напряму руху одну з кулачкових муфт 3 або 6 відключають, унаслідок чого рух передаватиметься тільки одній зірочці гусеничного візка при зупиненій другій зірочці. Ходовий механізм обладнаний гальмом 4 і керованим стопорним пристроєм 9, що використовується як гальмо стоянки для утримування машини на похилих стоянках і запобігання її відкатування під час екскаваціонних робіт.
При багатомоторному приводі, особливо у разі індивідуального приводу кожного механізму окремим двигуном, кінематичні схеми істотно спрощуються. Наприклад, на дизель-електричному екскаваторі сьомої розмірної групи тільки два механізми - підйому ковша і підйому стріли - приводяться від одного електродвигуна (мал. 9, б), вся решта механізмів має індивідуальний привід. Всі електродвигуни - реверсуючі, завдяки чому відпадає необхідність в механічному реверсі. Об'єднання механізмів підйому ковша і стріли в одну приводну групу обґрунтовано вельми рідкісним використовуванням стрілопідйомного механізму. Барабани цих механізмів посаджені на один вал і включаються роздільно фрикційними муфтами. Весь привід напірного механізму із зубчато-рейковими па рами (мал. 9, е) вмонтовується на стрілі, чим забезпечується його компактність.
Мал. 10. Конструктивні схеми гідравлічної прямої лопати з неповоротним (а) і поворотним (б) ковшом
Так само компактно, в зоні шестерні, що оббігає зубчатий вінець, встановлений на платформі механізм її повороту (мал. 9, г). Ходовий механізм (мал. 9, д) виконаний у вигляді двох чотириступінчастих редукторів, швидкохідні вали яких за допомогою кулачкових муфт підключені до електродвигуна, а тихохідні вали - до провідних зірочок гусеничного візка. При прямолінійному русі екскаватора до електродвигуна підключають обидва редуктори, а при поворотах один редуктор відключають і стопорять його гальмом.
Кожний з візків ходового пристрою може також приводитися в рух незалежно від іншої власним двигуном. В цьому випадку підвищується маневреність машини. Так, при включенні одного двигуна на пряме, а іншого на поворотний рух можна забезпечити розворот екскаватора на одному місці відносно власної осі. Недоліком роздільного приводу ходових візків є підвищена сумарна настановна потужність електродвигунів в порівнянні з приводом від одного двигуна. Цю потужність призначають з умови забезпечення поворотного руху тільки одним двигуном, тоді як другий двигун, що служить для приводу зупиненої гусениці, в цьому русі не бере участь. У разі ж приводу обох гусеничних візків одним електродвигуном при зупинці однієї гусениці вся його енергія прямує на привід другої, рухається гусениці.
Елементи робочого устаткування гідравлічної повноповоротної лопати (мал. 10, а) сполучені між собою і з пілоном 2 поворотної платформи 1 шарнірно. Положення стріли 3 щодо платформи і рукояті щодо стріли регулюється гідроциліндрами 10 і 9. З'єднання ковша з рукояттю виконують в двох варіантах: жорстким за допомогою шарніра і тяги 7 і шарнірним (мал. 10, б). По першому варіанту ківш розвантажують через донну частину після відкриття днища 6 гідроциліндром 8, а по другому варіанту - поворотом ковша тим же гідроциліндром. Поворотний ківш забезпечує більш ефективну розробку грунту в кінці операції копання, його застосовують також для планування забоїв.
Структура робочого циклу гідравлічних прямих лопат така ж, як і у канатних екскаваторів з цим видом робочого устаткування, але робочі рухи істотно простіше: підйомний рух ковша забезпечується поворотом рукояті, а напірне - опусканням стріли. По характеру робочих рухів гідравлічні екскаватори мають аналоги серед канатних машин третьої розмірної групи (див. мал. 7), у яких рукоять 33 сполучена із стрілою 13 шарнірно (маятникова підвіска).
Поворотний механізм гідравлічної лопати приводиться в рух від низько-або високомоментних гідромоторів. Перший варіант структурно схожий з приводом від індивідуального електродвигуна (див. мал. 9, г) з тією відмінністю, що замість електродвигуна в цій схемі застосований гідромотор. У разі приводу від високомоментного гідромотора його вал сполучають з провідною шестернею поворотного механізму безпосередньо або через зубчату передачу з невеликим передавальним числом. Недоліком високомоментних гідромоторів в порівнянні з низькомоментними є велика маса, а перевагою - велика надійність через менше число структурних елементів і менша інерційність через відсутність швидкохідних ланок, завдяки чому поліпшуються умови розгону і гальмування поворотної платформи.
Гусеничні ходові пристрої повноповоротних гідравлічних екскаваторів обладнають, як правило, роздільним приводом на кожний гусеничний візок. Оцінка експлуатаційних якостей такого приводу була дана вище. Привід пневмоколісних ходових пристроїв виконують як одномоторним від низькомоментного гідромотора через коробку передач на задній і передній мости, так і роздільним на кожне колесо від високомоментних гідромоторів. В останньому випадку ходові якості машини істотно підвищуються.
Гідроциліндри робочого устаткування і гідромотори поворотного і ходового механізмів харчуються робочою рідиною від насосів, встановлених на поворотній платформі і що приводяться в обертання двигуном внутрішнього згоряє, звичайно дизелем. Останній розташовують в задній частині платформи, скорочуючи за рахунок цього масу противаги. До складу гідравлічної системи входять також масляні баки, розподільна, регулююча і контрольна апаратура. Існують деякі особливості екскавації грунту прямими лопатами, впливаючі на продуктивність останніх. Поєднання операцій поворотного руху екскаватора на розвантаження з маневровими рухами підйомного і напірного механізмів у канатних екскаваторів, а також поворотом стріли і рукояті - у гідравлічних, поворотного руху з розвантаженням, а також поворотного поворотного руху з опусканням ковша скорочує тривалість циклу, збільшуючи тим самим продуктивність машини. Можливість цих поєднань залежить від кваліфікації машиніста. За інших рівних умов розвантаження у відвал завжди розвантаження в транспортний засіб. В першому випадку розмір смуги розвантаження не має строгих обмежень, у зв'язку з чим цю операцію можна починати ще до закінчення поворотного руху і, не зупиняючись, перемикати його на поворотне. В другому випадку розвантаження можна починати тільки після того, як ківш буде встановлений у відповідне положення, а починати поворотний поворотний рух - після закінчення розвантаження інакше неминучі втрати (розсип) ґрунту. Щоб не пошкодити ресорну підвіску і кузов транспортного засобу, ґрунт розвантажують з невеликої висоти.
При розвантаженні скелястих ґрунтів спочатку ківш плавно опускають на дно кузова, а потім, відкривши днище, також плавно піднімають його. При відробітку низьких забоїв, коли до кінця копання ґрунт заповнює менше половини місткості ковша, доцільно доповнити його повторенням операції копання, а при більшому заповненні необхідно доводити цикл до кінця з неповним ковшом.
Для оцінки експлуатаційних можливостей прямих лопат разом з такими параметрами, як продуктивність, максимальне зусилля на зубах ковша і ін., користуються робочими розмірами (мал. 7, а).
Радіуси відлічують від осі обертання екскаватора, а висоти - від рівня його стоянки. Максимальною висотою копання оцінюють, зокрема, граничну висоту забою, який здатний розробляти екскаватор, а максимальною висотою розвантаження - граничну висоту транспортних засобів, які можуть працювати в комплекті з екскаватором.
Зворотна лопата. Одноковшові екскаватори з робочим устаткуванням зворотної лопати призначені для уривки грунту нижче за рівень стоянки (розробка котлованів, траншей). Зворотні лопати, що випускаються вітчизняною промисловістю, обмежені внерядовой місткістю ковша 1,4 м3 для канатних машин і 2 м3 - для гідравлічних. Створюються могутні кар'єрні гідравлічні зворотні лопати.
Мал. 11. Канатний одноковшовий екскаватор з робочим устаткуванням зворотної лопати
Робоче устаткування зворотної лопати включає стрілу, рукоять і ківш. Рукоять 5 (мал. 11) канатного екскаватора сполучена із стрілою 9 шарніром на кінці останньої, а ківш 6 укріплений на кінці рукояті. Окрім основних зубів, встановлених на козирку ковша, останній обладнали також підрізними бічними зубами. При розробці траншей ці зуби підрізають бічні стінки, попереджаючи заклинювання ковша.
Застосовують також ковші з напівкруглими днищами і ріжучою кромкою замість зубів. Робочі рухи ковша забезпечуються зміною довжин тягового 7 і підйомного 4 поліспастів. Останній утворений канатом і блоками, встановленими на кінці рукояті і головної частини додаткової стійки 3, що служить для відхилення підйомних канатів від стріли. Нижнім кінцем додаткова стійка шарнірно закріплена на поворотній платформі в її передній частині, а верхнім підвішена канатами до двоногої стійки. Підйомний канат навивають на барабан / підйомної лебідки, а тяговий, через блок 8 на стрілі, - на барабан 2 тягової лебідки.
Після уривки піонерной виїмки, в яку можна опустити ківш, останній встановлюють у вихідну позицію на дно виїмки (положення І). Підтягаючи далі тяговий канат і опускаючи підйомний, переміщають ківш догори, розробляючи ґрунт зубами або ріжучими кромками і заповнюючи їм ківш (положення ІІ). Після досягнення ковшем верхнього обріза виїмки при загальмованому тяговому барабані підйомним поліспастом піднімають робоче устаткування над виїмкою (положення ІІІ). В такому його положенні повертають платформу на розвантаження. Залежно від вимог, що пред'являють до розмірів смуги розвантаження, в кінці поворотного руху або дещо раніше відпуском тягового каната і вибором підйомного викидають рукоять з ковшем вперед (положення IV) і, перекидаючи ківш, розвантажують його. Поворотний поворот суміщають з опусканням робочого устаткування шляхом відпуску підйомного поліспаста (положення І). Складанням поворотних рухів стріли і рукояті ріжучі кромки ковша або його зуби можуть зайняти будь-яке положення у межах контуру ABCD.
