Рабочее оборудование является ключевым элементом, определяющим тип и конструктивную схему экскаватора. Для одноковшовых машин основными видами оснастки служат: прямая лопата, обратная лопата, погрузочное оборудование и драглайн.
Прямая лопата: конструкция и схемы
Прямая лопата — это оборудование, характерное для карьерных (ЭКГ) и вскрышных (ЭВГ) экскаваторов. Её название связано с ориентацией ковша: режущая кромка обращена в сторону забоя. Основными элементами конструкции являются ковш, рукоять с седловым подшипником и стрела.
Существует несколько принципиальных схем прямых лопат:
- Схема с прямым напором и жёстким креплением ковша. Отличается простотой конструкции, но имеет недостаток — нестабильность режимных параметров из-за изменения угла резания в процессе работы.
- Схема с прямым напором и шарнирным креплением ковша. Использует две рукояти с независимыми механизмами напора и поворотный ковш, что обеспечивает точное управление его положением и плавную разгрузку.
- Схема с коленчато-рычажным напором. Применяется на мощных вскрышных экскаваторах (типа ЭВГ). Характеризуется большими габаритами, так как стрела разгружена за счёт крепления рукояти через балансир.
Для повышения эффективности на некоторых моделях (например, ЭКГ-4У, ЭКГ-8И) применяются гидроцилиндры, установленные на балках рукояти. Они позволяют оперативно регулировать угол наклона ковша в диапазоне 34–79°, что оптимизирует процесс черпания и разгрузки в зависимости от условий работы.
Типы рукоятей: внешняя и внутренняя
Конструкции рабочего оборудования прямой лопаты делятся на два основных типа по расположению рукояти относительно стрелы.
Механические лопаты с внешней рукоятью (например, ЭКГ-5А, ЭКГ-12). У них балки рукояти проходят снаружи стрелы. Такая конструкция обеспечивает отличную устойчивость ковша в тяжёлых забоях, что критически важно при разработке скальных пород.
Внешняя рукоять обычно представляет собой две балки, соединённые концевой отливкой. По верхним накладкам балок скользят ползуны седлового подшипника. Снизу приварены зубчатые рейки для привода напорного механизма. Стрела в таких схемах — это сварная металлоконструкция, шарнирно закреплённая на поворотной платформе и дополнительно укреплённая тягами.
Механические лопаты с внутренней рукоятью (например, ЭКГ-10, ЭВГ-15). В этой схеме рукоять проходит внутри стрелы. Основное преимущество — меньшая металлоёмкость, так как круглая однобалочная рукоять не воспринимает скручивающих нагрузок. Часто используется канатный напор, что делает работу более плавной и бесшумной. Механизм напора при этом размещается на платформе, снижая инерцию поворотной части.
Однако у оборудования с внутренней рукоятью есть и недостаток — меньшая устойчивость ковша в скальном забое, что может снижать производительность по сравнению с более устойчивыми аналогами с внешней рукоятью.
Ковш — основной рабочий орган
Ковш является центральным элементом, определяющим схему работы. Конструкции ковшей разнообразны и классифицируются по нескольким признакам:
- По способу соединения с рукоятью: шарнирное (на большинстве карьерных экскаваторов) и жёсткое.
- По назначению и вместимости: для лёгких (КОПЛ, КПЛ), средних (КПС) и тяжёлых (КПТ) пород. Вместимость регламентирована стандартами, начиная от 4 м³.
- По технологии изготовления: литые (для тяжёлых условий), сварные (для лёгких пород) и комбинированные сварно-литые (наиболее распространённые).
Современные ковши, например, сварно-литые вместимостью 8–10 м³, имеют сложную конструкцию. Корпус часто сваривается из отливок, при этом передняя стенка, подверженная максимальному износу, изготавливается из высокомарганцовистой стали. Для разгрузки используется днище с механизмом торможения, смягчающим удары. Режущая кромка оснащается сменными зубьями, которые после затупления можно повернуть на 180° для дальнейшего использования.
Ведутся и инновационные разработки, например, создание ковшей активного действия с пневмомолотами (как на экскаваторе ЭКГ-5В), которые послойно разрушают породу, что позволяет работать без предварительного рыхления.
В целом, оборудование типа «прямая лопата» характеризуется высокой прочностью, надёжностью и производительностью, особенно при разработке полускальных и скальных пород на высоких уступах.
Обратная лопата и погрузочное оборудование
Обратная лопата — это оборудование, преимущественно используемое на гидравлических экскаваторах. Его ключевое преимущество — универсальность: возможность черпания как выше, так и ниже уровня стоянки машины, а также работа на уступах с малым углом откоса.
Погрузочное оборудование является основным для гидравлических экскаваторов. Его принцип работы основан на поступательном движении ковша на уровне стоянки, что обеспечивает высокую устойчивость машины и рост производительности.
По сравнению с мехлопатами, гидравлические экскаваторы с погрузочным оборудованием имеют меньшие габариты и массу, что снижает давление на грунт и повышает мобильность. Они способны работать на уклонах до 10–12°. Однако их работа сопряжена с необходимостью сложной координации нескольких гидроцилиндров (стрелы, рукояти, ковша), что усложняет управление и может приводить к потерям энергии при регенерировании жидкости.
Основные направления развития гидравлических экскаваторов включают:
- Совершенствование кинематических схем для упрощения управления.
- Автоматизацию систем управления.
- Создание энергосберегающих приводов с рекуперацией энергии.
Производители внедряют различные решения для повышения эффективности: параллелограммные подвески ковша (обеспечивающие его поступательное движение), системы вроде Tripower с двойным параллелограммом, а также вспомогательные гидроцилиндры, работающие как аккумуляторы.
Конструктивное исполнение погрузочного оборудования
Различают два основных типа ковшей для погрузочного оборудования:
- Поворотные (совковые) ковши.
- Челюстные ковши. Их передняя стенка с зубьями шарнирно соединена с задней и может поворачиваться гидроцилиндрами для контролируемой разгрузки, что снижает износ и позволяет использовать более мелкие зубья.
Стрелы и рукояти современных гидравлических экскаваторов — это сварные коробчатые конструкции, рассчитанные на значительные динамические нагрузки. К их проектированию предъявляются жёсткие требования по минимизации массы и устранению концентраторов напряжений.
Благодаря сочетанию технических преимуществ (простота, маневренность, высокая производительность) и постоянному совершенствованию конструкций, гидравлические экскаваторы с погрузочным оборудованием уверенно занимают лидирующие позиции на мировом рынке землеройной и погрузочной техники.