ЭКСКАВАТОР

ЭКСКАВАТОР, землекопная машина, предназначенная для выемки грунта с подъёмом, перемещения его и разгрузки в отвал или на транспортные средства. Э. применяют при мелиоративном и дорожном строительстве, разработке рудных месторождений, дноуглубительных и портовых работах, сооружении оборонительных рубежей. Для выполнения работ Э. имеют рабочее и силовое оборудование, ходовое устройство, лебёдки и механизмы управления, вспомогательное оборудование, платформу, на к-рой установлено всё оборудование (кроме ходового) и кузов-кабина, металлоконструкцию для поддержки рабочего оборудования.

По характеру основного рабочего процесса различают Э. прерывного (цикличного) действия и непрерывного действия. Все рабочие операции у Э. прерывного действия протекают в определённой последовательности, образуя полный рабочий цикл; перемещение самой машины производят после выполнения нескольких циклов. У Э. непрерывного действия все рабочие операции протекают одновременно, включая и перемещение самой машины. По силовому оборудованию Э. подразделяют на паровые, электрические, с двигателями внутреннего сгорания, пневматические (для туннельных работ) и комбинированные (дизель-электрические, дизель-пневматические и т. д.). По ходовому устройству различают Э. сухопутные (гусеничные, железнодорожные, автомобильные - на пневматиках), пловучие (понтонные) и шагающие.

Э. прерывного действия (одноковшовые - рис. 1) наиболее универсальные. Их изготовляют со след. сменным рабочим оборудованием: I - прямая лопата, II - обратная лопата, III - струг, IV - засыпатель траншей и каналов, V - канатно-ковшовое оборудование (драглайн), VI - челюстный ковш (грейфер), VII - кран, VIII - канатно-скребковый, IX - копёр, X - трамбовка, XI - корчеватель. Первые 5 видов сменного оборудования имеют жёсткие связи их рабочего органа с механизмами машины, степень свободы к-рого строго ограничена этими жёсткими связями, а остальные - имеют гибкую связь посредством тросов, не ограниченную жёсткими связями. Э., которые могут работать со всеми видами или большинством видов сменного рабочего оборудования, принято называть универсальными, а Э., которые работают с ограниченным количеством видов сменного оборудования (2 - 3 вида, напр. обратная лопата, канатно-ковшовое оборудование и кран), называются полууниверсальными; спец. Э. имеют один вид рабочего оборудования (Э. туннельные и башенные). В большинстве случаев универсальные и полууниверсальные Э. имеют 2 стрелы: одну для ковшей, жёстко укрепляемых на стреле или рукояти, и другую для ковшей с гибкой связью. По углу поворота верхней платформы различают Э. полноповоротные (вращение на 360°), неполноповоротные (вращение на 210 - 270°) и неподвижные. По забору грунта ковшом Э. подразделяют: а) Э. верхнего черпания, когда забор грунта ковшом осуществляется выше опорной поверхности Э. (прямые лопаты); б) нижнего черпания - при заборе грунта ниже опорной поверхности (пловучие экскаваторы); в) Э., забирающие грунт на уровне опорной поверхности (струги). Э. малой (ёмкость ковша 0,25 - 1,5 м³) и средней (ёмкость ковша 2 - 4 м³) мощности общего назначения изготовляют обычно одномоторными (фрикционный тип), а средней и большой (5 - 40 м³) мощности для тяжёлых карьерных работ - многомоторными. В с. х-ве применяют Э. малой и, реже, средней мощности.

Рис. 1. Типы одноковшовых экскаваторов: I - прямая лопата; II - обратная лопата; III- струг; IV - засыпатель; V - канатно-ковшовый; VI - челюстный ковш; VII - кран; VIII - канатно-скребковый; IX - копёр; X - трамбовка; XI - корчеватель

Э., оборудованные прямой лопатой (рис. 2), забирают грунт движением ковша "от себя". Гусеничные Э. с прямой лопатой применяют, гл. обр., при разработке грунтов, расположенных выше стоянки Э., с передвижкой последнего по уже разработанной части забоя, при небольших количествах грунтовых вод или возможности их отвода. Разработку широких и глубоких каналов осуществляют при передвижении Э. в самом канале. При осушительных работах применяют пловучие прямые лопаты, к-рые имеют более длинную стрелу и рукоять, чем сухопутные; иногда устанавливают Э. на понтон, удлиняя его стрелу и рукоять. Пловучие Э., оборудованные прямой лопатой, имеют ёмкость ковша от 0,3 до 12 м³. Из сменного землекопного оборудования Э. прямые лопаты являются самыми производительными, однако они имеют небольшие радиус и высоту выгрузки грунта, что затрудняет получение отвалов желательной высоты.

Рис. 2. Универсальный экскаватор Э-505, оборудованный прямой лопатой: 1 - ковш; 2 - рукоять, 3 - стрела; 4 - двигатель; 5 - передаточные механизмы; 6 - главная лебёдка; 7 - поворотная платформа; 8 - поворотный механизм; 9 - гусеничный ход; 10 - кабина машиниста-экскаваторщика

Э. с рабочим органом, называемым обратная лопата (рис. 3), забирают грунт "на себя", глубина забора грунта до 7 м. Обратная лопата Наиболее пригодна для рытья узких и глубоких траншей с вертикальными стенками, а также осушительных и ирригационных каналов в условиях, не допускающих прохода Э. по дну канала. Продолжительность рабочего цикла ковша обратной лопаты больше, чем прямой лопаты, а производительность - меньше. Э., оснащённые механической лопатой - стругом (рис. 1, III), имеют ковш, передвигающийся вдоль стрелы. Струг применяют при планировке дорожного полотна и строительных площадок, а при достаточно длинной стреле его используют для планировки орошаемых площадей, в особенности когда одновременно с планировкой необходимо отсыпать насыпи ("подушки") для каналов, устраиваемых в насыпях или полувыемках - полунасыпях. Скребковые Э. (засыпатели, рис. 1, IV) применяют при засыпке каналов и дренажных траншей и разравнивании кавальеров (отвалов); за последние годы они вытесняются бульдозерами и скреперами, дающими более высокую производительность труда.

Рис. 3. Универсальный экскаватор Э-351, оборудованный обратной лопатой (схема): 1 - ковш; 2 - рукоять; 3 - стрела; 4 - двунога; 5 - подземный трос; 6 - подъёмная лебёдка; 7 - тяговый трос; 8 - тяговая лебёдка

Канатно-ковшовым оборудованием (драглайном, рис. 4) снабжаются все экскаваторы. На мелиоративных работах в с. х-ве экскаваторы с канатно-ковшовым оборудованием наиболее удобны для работы в лёгких и средних грунтах, в особенности при устройстве глубоких выемок с размещением грунта за бровками забоя, а также на работах по перекидке грунта. Это оборудование даёт возможность работать из-под воды или при значительном притоке грунтовых вод. Тросовое крепление ковша к стреле позволяет производить (при быстром отпускании подтянутого к пяте стрелы ковша) выемки, ширина к-рых значительно превышает длину стрелы. При угле наклона стрелы в 30° величина дополнительного заброса ковша достигает ¹/₃ её длины. Одну из разновидностей канатно-ковшовых Э. представляют канатно-скребковые установки, к-рые по своей конструкции делятся на волокушные и башенные. Наиболее простое устройство имеют волокушные установки, применяемые при разработке и очистке прудов и водоёмов; эти установки легко м. б. изготовлены местными средствами. Э. с челюстным ковшом (грейфером, рис. 5) применяют при рытье колодцев и глубоких котлованов с вертикальными стенками, очистке и постройке каналов в условиях неравномерной работы, а также при разработке сыпучих, лёгких и полужидких грунтов. Э. с челюстными ковшами имеют большие радиусы действия и высоты выгрузки, чем прямые и обратные лопаты. В работе челюстный ковш перемещается по вертикали и забирает грунт только в том месте, куда он опущен, снимая грунт горизонтальными слоями со ступенчатыми откосами выемки.

Рис. 4. Экскаватор ЭШ-10/75 на шагающем ходу с канатно-ковшовым рабочим оборудованием: 1 - ковш; 2 - стрела; 3 - ферма; 4 - подъёмный канат; 5 - тяговый канат; 6 - разгрузочный канат; 7 - канат стрелы; 8 - направляющие блоки тягового каната; 9 - шагающий ход; 10 - кабина машиниста-экскаваторщика

При выборе рабочего оборудования Э. учитывают характер и условия выполняемых работ: поперечное сечение разрабатываемых каналов, копание ниже стоянки Э.; выемка грунта из-под воды; рытье новых каналов, очистка, расширение и углубление действующих каналов; работа на неустойчивых торфяных грунтах или плотных минеральных; возможность работы без перекидки грунта и применения транспорта, с укладкой в отвал наибольшего объёма грунта на 1 погонный метр и т. д. В с. х-ве этим требованиям удовлетворяют канатно-ковшовое оборудование, обратная лопата и челюстный ковш. Э. марок Э-252 (Э-257) и Э-351 (Э-352) (рис. 3) снабжены двигателем мощностью 40 - 37 л. с. Первый из них служит для работы на плотных минеральных грунтах, оборудован ковшом ёмкостью 0,25 м³, а второй - для работы на болотах и заболоченных минеральных грунтах, снабжён простым ковшом ёмкостью 0,25 м³ и профильным ёмкостью 0,35 м³ и уширенной ходовой частью. Э. марки ПГ-0,35 имеют двигатель мощностью 52 л. с. и ковш ёмкостью 0,35 м³. Э. марки Э-505 с гидравлическим управлением (рис. 2) и Э-502 (с механическим, рычажным управлением) снабжены ковшами ёмкостью 0,5 м³ и дизелем мощностью 80 л. с., а Э-504 - электродвигателем переменного тока 48 квт. Э. марки Э-752 оборудован ковшом ёмкостью 0,75 м³. Э. марки Э-1004 имеют дизель мощностью 150 л. с. и марки Э-1003 - электродвигатель 85 квт; ковш ёмкостью 1,0 м³, управление гидравлическое.

При установлении необходимой мощности Э. учитывают: 1) объём работ; 2) срок их производства; 3) возможность доставки машины на данный объект; 4) стоимость монтажа Э. перед началом работ и демонтажа после их окончания. Подготовка рабочего места Э. состоит в разбивке в натуре осей хода Э. и путей отвозки грунта (или границ выемок и кавальеров). При работе в зимних условиях трассу рыхлят дорожными рыхлителями или же взрывным способом, а для защиты этих грунтов от промерзания осуществляют мероприятия по снегонакоплению и снегозадержанию. Работу осуществляют при движении Э. по оси выемки (продольный способ) или сбоку её, по берме (поперечный способ). Максимальная глубина выемки, без нарушения её ширины, достигается только при продольном способе; Э. располагается при этом в торце канала и производит разработку, двигаясь назад по оси канала или с нек-рым смещением от неё. Поперечный способ применяют в тех случаях, когда движение Э. по оси выемки невозможно (напр., при углублении русла реки сухопутным Э.). Выемки с нормальным количеством грунтовых вод разрабатывают снизу вверх (против течения), отваливая грунт в одну или в обе стороны. Каналы с проточной водой целесообразно разрабатывать сверху вниз (по течению), во избежание образования наносов на нижележащих уже разработанных участках. Для отвода избыточных поверхностных и грунтовых вод, при поперечной разработке канатно-ковшовым оборудованием и обратной лопатой широких каналов, прудов и водоёмов, предварительным продольным проходом устраивают пионерную траншею на полную глубину выемки. На неосушенных болотах или переувлажнённых и слабых минеральных грунтах применяют Э. с уширенной гусеничной лентой, дающими удельное давление на грунт не больше 0,20 кг/см². Э. с более высоким удельным давлением в этих условиях работают только на спец. щитах (сланях), что увеличивает стоимость работ на 25 - 40%.

Рис. 5. Двухчелюстный ковш (грейфер): 1 - челюсти; 2 - центральный шарнир; 3 - подвижные блоки; 4 - головка ковша с неподвижными блоками; 5 - боковые шарнирные стержни; 6 - канат подвесной; 7 - канат захватный; 8 - канат, удерживающий ковш от вращения

Грунт, отсыпанный Э. вдоль магистральных каналов и собирателей в кавальер, разравнивают под с.-х. культуры слоем от 0,15 до 0,3 м или же под полотно дороги (см.), предназначенной для прохода с.-х. машин, доставки семян и удобрений и вывозки урожая. Разравнивание грунта под с.-х. культуры вдоль каналов - собирателей выполняют Э. в процессе разработки их выемки: первоначально грунт разбрасывают на максимальное расстояние при повороте стрелы и разгрузке ковша (с использованием силы инерции грунта), а затем дополнительными забросами ковша разравнивают его слоем необходимой толщины; разравнивание кавальеров под с.-х. культуры возможно также бульдозером и грейфером. Под полотно дороги разравнивают бульдозерами только верхнюю часть кавальера; профилирование дороги и устройство её покрытия осуществляют дорожными машинами (см.).

Производительность одноковшового Э. в м³ за смену м. б. определена по формуле:

где С - продолжительность смены (в часах); п - число циклов работы в минуту; q - полезная ёмкость ковша (в м³); К_в - коэф-т использования Э. по времени; К - коэф-т, учитывающий влияние категории грунта, степень наполнения ковша и степень разрыхления, грунта. В средних условиях работы К_в=0,7:0,8; К колеблется от 0,55 до 1,0.

Э. непрерывного действия получили распространение на мелиоративных работах в послевоенное время. Их применяют в тех случаях, когда требуется получить точный профиль канала, хорошо спланированные откосы крупных магистральных и распределительных каналов, углубление дна очищаемых каналов и рек по заданному уклону, равномерность работы. При одинаковой мощности двигателей Э. непрерывного действия дают почти в 2 раза большую производительность, чем Э. цикличного действия (одноковшовые). Однако они менее универсальны и неспособны преодолевать местные препятствия (камни, пни, погребённая древесина в торфе).

Рабочий орган Э. непрерывного действия работает по принципу: а) многоковшовой цепи, б) ротора (вращающего колёса с укреплёнными по его окружности черпаками), в) фрезера и г) сосуна.

Различают Э. поперечного (одностороннего и двустороннего) черпания, у к-рых рабочий орган расположен и совершает рабочие движения перпендикулярно к оси перемещения машины, и Э. продольного черпания, у к-рых рабочий орган расположен и разрабатывает грунт по оси движения машины Э. последнего типа называются также канавокопателями (цепные и колёсные канавокопатели, см. Канавокопатель). По характеру забора грунта по отношению к опорной поверхности многочерпаковые Э. делят на Э. верхнего черпания (ковши забирают грунт выше опорной поверхности) и Э. нижнего черпания (копание ниже уровня стоянки машины). По ходовому устройству Э. непрерывного действия делят на сухопутные (гусеничные и на железнодорожном ходу) и пловучие (землесосы и землечерпалки, см. Землечерпательные машины).

Рис. 6. Многоковшовый мелиоративный экскаватор ЭМ-502: 1 - основная гусеница; 2 - вспомогательная гусеница; 3 - телескопическая рама; 4 - ковшовая рама; 5 - ковши; 6 - планирующее звено; 7 - ленточный транспортёр

Пром-сть выпускает многочерпаковые Э. как поперечного, так и продольного черпания. Э. поперечного черпания след.: 1) мелиоративный Э. марки ЭМ-161 с раздвижными гусеницами предназначен для рытья и очистки распределительных каналов и мелкой осушительной сети глубиной до 1,2 м и шир. поверху до 3,6 м; 2) мелиоративный Э. марки ЭМ-502 (рис. 6) с раздвижными гусеницами применяют в орошении для постройки и очистки небольших магистральных и крупных распределительных каналов глубиной до 2,5 м и шир. поверху до 6 м; 3) Э. марки ЭМ-302, оборудованный ковшовой рамой дл. 12 м и транспортёром дл. 20 At, применяют для планировки откосов и дна крупных ирригационных каналов. Э. продольного черпания марки ЭТ-121 и ЭТ-141 изготовлены на базе трактора ДТ-54. Первый из них предназначен для работы на минеральных плотных грунтах и выполняет траншеи глубиной 1,2 At PI шир. 0,5 At, а второй - для дренажно-осушительных работ на болотах и заболоченных минеральных землях и обеспечивает устройство траншей с заданным уклоном глубиной до 1,4 м и шир. 0,4 At.

Рис. 7. Траншейный экскаватор ЭТ-141

Э. марки ЭТ-141 (рис. 7) состоит из подвижной рамы 1 с ковшовой цепью 2, на к-рой установлены ковши з. ленточного транспортёра 4, зачистного устройства 5, основной и верхней рамы 6, двигателя 7, силовой передачи 8, подъёмного устройства 9, вала 10, гусеничного хода, кабины водителя с установленными в ней рычагами управления и приспособления, обеспечивающего получение заданного уклона. Удельное давление Э. на грунт 0,22 кг см²; он успешно работает на неосушенных болотах, лугах и пастбищах. Скорость прокладки траншей от 69,6 до 152 м/час. В выполненные траншеи закладывают гончарные трубки, деревянные трубы или фашины; засыпку их производят бульдозером. Применение Э. марки ЭТ-141 повышает культуру земледелия на осушенных землях и улучшает условия использования тракторов и высокопроизводительных с.-х. машин и орудий.

Производительность многоковшовых Э. за смену определяют по формуле:

где С - продолжительность смены (в часах); n - число ссыпок грунта в минуту; q - полезная ёмкость ковша (в м³); К_в - коэф-т использования экскаватором времени смены = 0,85:0,95; К₃ - коэф-т заполнения ковшей = 0,85:1,1; К_р - коэф-т разрыхления грунта. Число ссыпок грунта в минуту м. б. определено выражением n=^V/_T60, где V - скорость ковшовой цепи в м/сек (0,6 - 1,0 м/сек) и Т - шаг ковшей в м.

Технический уход за Э., как и за всеми машинами, проводимый ежедневно и после определённой выработки, состоит в подтяжке креплений, полной очистке, надлежащей смазке и устранении всех неисправностей; это позволяет значительно уменьшить расходы на ремонт и простой машины в рабочее время. Обслуживание Э. должно проводиться в соответствии с заводскими руководствами и инструкциями, а также с соблюдением всех правил техники безопасности и противопожарных мероприятий. Инструмент д. б. комплектным и в исправном состоянии, должен находиться всегда при машине и передаваться с проверкой при смене машиниста. Правильное хранение Э. обеспечивает длительное и высокопроизводительное их использование. Для хранения Э. отводится спец. выровненное и огороженное место; машины устанавливают на подкладки, все части машин очищают от пыли, грязи и ржавчины. Ржавеющие части надо покрыть смесью отработанного масла с мелкотолчёным мелом; все подшипники и тросы д. б. хорошо очищены и смазаны, а пружины отпущены. Сменное оборудование и снимаемые для длительного хранения части, узлы и аппараты, а также и инструмент должны иметь номер своей машины и храниться, с соблюдением всех правил, в соответствующих кладовых. Части, необходимые для ремонта Э., должны быть своевременно заказаны в соответствии с заводскими инструкциями. Ремонт Э. надлежит производить сразу же по окончании сезонных работ. При ремонте Э. надлежит хорошо окрашивать, что удлиняет работоспособность машины и придаёт ей опрятный вид.

Литература: Вуколов А., Роторный траншейный экскаватор, "Гидротехника и мелиорация", М.. 1949, № 2, стр. 65 - 69; Добровольский В., Многочерпаковые экскаваторы, их конструкция, проектирование и расчет, Харьков - Киев, 1934; Домбровский Н., Повышение производительности одноковшевых экскаваторов, М., 1951; Домбровский Н. [и др.], Экскаваторы, Свердловск - М., 1949; Ефанов А. [и др.], Шагающий экскаватор ЭШ-1, М., 1950; Коковин Е., Незнаев М., Механизация мелиоративных работ, М., 1950; Меренков А. [и др.], Одноковшевые экскаваторы Э-1003 и Э-1004, Руководство по эксплоатации, М., 1951.