Модернизация экскаватора ЭО-4324 с разработкой новой конструкции рабочего органа, с целью повышения эффективности работы при разработке пр

1.2 Устройство одноковшовых экскаваторов

 

Базовая часть экскаватора включает ходовую тележку с нижней рамой, опорно-поворотное устройство и поворотную платформу с расположенными на ней насосно-силовой установкой, узлами гидравлической системы привода и кабиной машиниста.

Ходовое устройство пневмоколесного  экскаватора (рисунок 1.3) состоит из сварной рамы 8, опирающейся на два ведущих моста 2 и 9. Задний мост с неуправляемыми колесами обычно на двойных шинах жестко соединен с рамой ходовой тележки. Передний мост 9 с управляемыми колесами крепится к раме с помощью балансирной подвески, качающейся относительно горизонтальной оси 10 и обеспечивающей опирание всех колес ходовой тележки на основание при любом его рельефе. Для работы в режиме экскавации грунта экскаватор устанавливают на откидные опоры 1, закрепленные на поперечной балке рамы за задним мостом. Чаще в качестве передней опоры для работы в том же режиме используют бульдозерный отвал 12, установленный перед передним мостом на параллелограммной подвеске 13, приводимой гидроцилиндром 11.

Колеса мостов приводятся от низкомоментного  гидромотора через коробку передач  6, карданные валы 4 и 7 и редукторы заднего и переднего мостов. Кинематическая схема привода ходового устройства с двухступенчатой двухскоростной коробкой передач представлена на рисунке 1.4. Вращение ведомому валу 14 может передаваться двумя потоками: от гидромотора 7 через зубчатые колеса 8,9 и 11 (при зацеплении двух последних) - первая передача или через зубчатые колеса 8 и 9, промежуточный вал 10, зубчатые колеса 6 и 5 и зубчатую муфту 12 - 13 - вторая передача. Одновременно с включением первой передачи включается зубчатая муфта 15, приводящая во вращение передние колеса через вал 16, дифференциальный механизм 77 и планетарные передачи 18. При включении второй передачи зубчатая муфта 15 отключает от трансмиссии передний мост, а движение передается только заднему мосту через карданный вал 3. Аналогично переднему мосту колеса заднего моста приводятся в движение через дифференциальный механизм 2 и планетарные передачи 1. Трансмиссия ходового устройства оборудована стояночным тормозом 4 колодочного типа, управляемым пневмотолкателем.

 

Рисунок – 1.3. Шасси пневмоколесного  экскаватора 

 

 

Рисунок 1.4 – Кинематическая схема привода ходового устройства пневмоколесного экскаватора

 

Различают гусеничные ходовые устройства с гребневым и цевочным (ацеплением гусениц. При гребневом зацеплении звездочка и башмаки, шарнирно соединенные в замкнутую гусеничную цепь, выполнены литыми или сварно-литыми. При перемещении по башмакам ведущей звездочки, а имеете с ней и всей машины, ее выступы (гребни) входят во впадины башмаков, чем обеспечивается передвижение без скольжения. Основной недостаток гребневого зацепления заключается в полной потере способности машины передвигаться при поломке шарнира, соединяющего какие-либо два смежных башмака. Этого недостатка лишено цевочное зацепление тракторного типа, в котором кинематическая пара представлена ведущей звездочкой и гусеничной цепью, а изготовленные из стального проката башмаки прикреплены к цепи болтами. Собственно цевочное зацепление представляется зубчатым венцом ведущей звездочки с укороченными по высоте зубьями и входящими во впадины между зубьями втулками гусеничной цепи. Потеря способности передвигаться может наступить только после разрушения какого-либо шарнира гусеничной цепи, но не башмака. В настоящее время отечественные экскаваторные заводы и зарубежные фирмы отдают предпочтение цевочному зацеплению.

Гусеничная тележка приводится в движение двумя гидромоторами через зубчатые или планетарные редукторы и дополнительные зубчатые пары: по одному на каждую гусеницу, с независимым приводом каждого. При совместной работе механизмов привода гусениц в одном направлении обеспечивается прямолинейное передвижение машины, а при их работе во взаимно противопо ложных направлениях или при работе только одного механизма и заторможенной второй гусенице - поворотное движение (относительно центра опорного контура в первом или относительно центра опорной поверхности заторможенной гусеницы - во втором случае). Во избежание произвольного отката гусеничной тележки при работе экскаватора из-за реактивных нагрузок или уклона рабочей площадки механизм привода гусениц затормаживают или стопорят.

Опорно-поворотное устройство 3 (см. рисунок 1.3) закрытого шарикового или роликового типа с внутренним зацеплением предназначено для передачи на нижнюю раму внешних нагрузок от поворотной части экскаватора и обеспечения вращения последней относительно первой. Для привода поворотной платформы используют механизмы, состоящие из низкомомент-ного гидромотора и трехступенчатого зубчатого или планетарного редуктора. Известны также безредукторные устройства с высокомоментыми гидромоторами.

Поворотная платформа выполнена  в виде плоской рамной конструкции, способной неограниченно вращаться относительно нижней рамы в прямом и возвратном направлениях. Для уравновешивания при работе экскаватора в ее хвостовой части установлен чугунный противовес. Для уменьшения последнего расположенные на поворотной платформе наиболее тяжелые агрегаты (насосно-силовая установка и др.) смещены в ее хвостовую часть. В передней части платформа оборудована стойками-пилонами для шарнирного соединения с ней стрелы, а также проушинами для установки одного или двух гадроцилиндров (в дальнейшем - гидроцилиндра) привода стрелы. Кабину машиниста с органами управления устанавливают с одной стороны поворотной платформы.

 

 

1.3 Рабочее оборудование 

 

Согласно ГОСТ 30067-93 конструкция  экскаватора должна обеспечивать возможность использования не менее 3 видов рабочего оборудования с различными сменными рабочими органами; устойчивость при работе, в том числе с наклоном в любом направлении на угол 5° к горизонту с основным рабочим оборудованием; устойчивость при передвижении по твердой сухой поверхности вдоль косогора; стопорение поворотной части относительно неповоротной в транспортном положении.

В качестве основных рабочих органов на гидравлических экскаваторах используют ковши прямой и обратной лопат, погрузчика, грейфера. Сменными рабочими органами, расширяющими номенклатуру выполняемых этими машинами работ, могут быть бульдозерные отвалы для грубой планировки земляных поверхностей, однозубые и многозубые рыхлители для рыхления прочных грунтов, пород и их прослоек, взламывания асфальтовых покрытий при ремонте автомобильных дорог, а также для корчевки пней при освоении рабочих площадок, гидромолоты для тех же работ, крановые подвески, различные модификации грейферов и захватов для работы экскаватора в режиме крана, шнековые буры для рытья колодцев небольших диаметров и др. Экскаваторы, способные работать с различными сменными рабочими органами, называют универсальными, а экскаваторы, работающие только с одним видом рабочего оборудования - специальными.

В качестве основного для экскаваторов СНГ до 5-ой размерной группы включительно принято рабочее оборудование обратная лопата, а для 6-ой размерной группы - прямая лопата. Диапазон использования рабочего оборудования обратная лопата в конструкциях зарубежных гидравлических экскаваторов существенно расширен. Так, фирма Caterpillar комплектует этим видом рабочего оборудования экскаваторы, соответствующие 7-ой размерной группе отечественных машин. Как на отечественных, так и на зарубежных экскаваторах устанавливают ковши различной вместимости: основные (типа 02 по отечественной индексации), узкие (01) - меньшей вместимости, для разработки прочных грунтов и широкие (03) - большей вместимости, для слабых грунтов. Ковши всех типов имеют одинаковые размеры профильной проекции и отличаются шириной и числом устанавливаемых на их передней стенке зубьев.

Рабочее оборудование обратная лопата включает последовательно соединенные между собой шарнирами стрелу, рукоять и ковш. Стрела, кроме того, шарнирно соединена с поворотной платформой. Вместе с последней элементы рабочего оборудования образуют шарнирно-рычажный четы-рехзвенный механизм, позволяющий занимать ковшу и режущим кромкам его зубьев различные положения в пределах рабочей зоны экскаватора на всех операциях его рабочего цикла.

Стрела может быть составной  и моноблочной. Первая состоит из двух секций: корневой, шарнирно соединенной  с поворотной платформой, и удлиняющей, соединяемой с корневой секцией болтами. Чаще составными стрелами комплектуют универсальные экскаваторы. При замене рабочего оборудования обратной лопаты на прямую сохраняют только корневую секцию, а удлиняющую секцию либо используют в качестве рукояти прямой лопаты, соответственно перемонтировав ее, либо заменяют новой. Моноблочная стрела коробчатого поперечного сечения, обычно с разнесенными шарнирами для соединения с поворотной платформой и вилкой на противоположном конце, в ее головной части, для соединения с рукоятью, изогнутой конфигурации в профильной проекции, обусловленной необходимостью работы в ее нижнем положении без задевания за ходовую тележку (особенно при таком взаимном положении поворотной платформы и нижней рамы, когда вертикальная плоскость симметрии рабочего оборудования совмещена с диагональной плоскостью опорного контура - "на угол ходовой тележки") и созданием подстрелового пространства при движениях ковша без задевания за стрелу. Стрела поднимается и опускается одним или двумя гидроцилиндрами, шарнирно соединенными с ней и с передней поперечной балкой поворотной платформы. При одном гидроцилиндре шарнир его соединения со стрелой располагается либо в теле стрелы, либо в проушинах под стрелой. В первом случае шток гидроцилиндра перемещается в прореви нижнего листа стрелы. Для компенсации прочностных свойств стрелы ее боковые листы в этой зоне усиливают накладками или устраивают дополнительные внутренние продольные перегородки. При двух гидроцилиндрах их шарниры располагаются по обе стороны стрелы на приваренных к ней цапфах.

Рукоять также коробчатого поперечного  сечения с хвостовой частью (кривошипом), ориентированным относительно основной ее части так, чтобы обеспечить наилучшие условия передачи ей активной силы от приводящего ее гидроцилиндра, шарнирно соединенного с кривошипом и со стрелой.

Ковш в форме емкости, открытой с одной стороны, с зубьями, установленными в карманы на передней стенке, или без них (для разработки слабых грунтов), соединен с рукоятью шарнирно в ее головной части и приводится шарнирно установленным одним концом на рукояти гидроцилиндром через шарнирно-рычажный механизм, состоящий из коромысла и тяги и выполняющий функцию мультипликатора. В качестве основных в конструкциях гидравлических экскаваторов применяют ковши, оснащенные зубьями.

 

 

1.4 Гидравлическая система

 

Гидравлическая система экскаватора (рисунок 1.5) включает масляный бак 7, двухпоточный регулируемый аксиально-плунжерный насос 2, два блока парораспределителей  3 и 4, гидравлические цилиндры привода стрелы 9 и 10, рукояти 8 и ковша 11, гидромоторы привода поворотной платформы 7 и привода движителей 5 и 6, калорифер 14 для охлаждения отработавшей рабочей жидкости, фильтры 15 для ее очистки, гидролинии, предохранительные, переливные и обратные клапаны, центральный коллектор для подачи рабочей жидкости от источников, расположенных на поворотной платформе, к гидромоторам ходового механизма на неподвижной нижней раме.

 

 

Рисунок 1.5 – Принципиальная гидравлическая схема гусеничного экскаватора 4-ой размерной группы

 

Насос обеспечивает подачу рабочей  жидкости по двум независимым напорным магистралям к двум блокам гидрораспределителей, от которых она поступает либо к двум исполнительным гидродвигателям (гидроцилиндрам или гидромоторам), либо, после объединения двух потоков - к одному из них. Обычно потоки объединяются при выполнении наиболее энергоемкой операции рабочего цикла экскаватора - копания. На всех других операциях реализуется двухпоточная схема подачи рабочей жидкости к исполнительным гидродвигателям, обеспечивающая два независимых совмещаемых во времени рабочих движения (подъем или опускание стрелы с одновременным поворотом рукояти или ковша, одновременный поворот рукояти и ковша и т. п.). На большинстве экскаваторов применяют схему последовательного соединения гидроцилиндра привода стрелы с гидроцилидрами поворота рукояти или ковша. Обычно эта схема реализуется при транспортировании грунта в ковше к месту выгрузки в случае достаточного резерва мощности двигателя. Такая схема обеспечивает два рабочих движения (стрелы и рукояти или ковша) от одного потока рабочей жидкости, вторым же потоком обеспечивается поворотное движение платформы. Качающие узлы насоса управляются автоматически установленным на нем регулятором мощности, стабилизирующим потребляемую мощность за счет изменения подачи насоса: возрастающей при убывании внешнего сопротивления, а следовательно, падении давления рабочей жидкости в напорных магистралях и убывающей при возрастании внешнего сопротивления (давления рабочей жидкости). Так как подача связана со скоростью рабочего движения прямой пропорциональной зависимостью, то использование такой схемы регулирования приводит к сокращению продолжительности рабочих движений, операций и рабочего цикла в целом и, в конечном счете - к увеличению производительности экскаватора. В гидравлических системах экскаваторов применяют двухпоточные регулируемые насосы двух типов: 223 и 323. Последний отличается от первого наличием в его конструкции третьего узла - нерегулируемого насоса для привода калорифера, рулевого управления у колесных машин и других вспомогательных механизмов.

Обычно в приводе рукояти  и ковша устанавливают по одному гидроцилиндру. В приводе же стрелы могут быть как один (обычно для экскаваторов малой мощности 2-й и 3-й, иногда 4-й размерных групп), так и два гидроцилиндра (на экскаваторах 4-й и последующих размерных групп).

Гидромоторы механизмов поворота платформы  и передвижения экскаватора передают движение соответствующим конечным кинематическим звеньям - поворотной платформе и гусеницам соответственно - через зубчатые или планетарные редукторы, оснащенные тормозами.

Для подачи рабочей жидкости от распределителей, расположенных на поворотной платформе, к тидро-мотору коробки передач - в случае пневмоколесных экскаваторов или гидромоторам привода гусениц - у гусеничных экскаваторов, а также для ее отвода на оси вращения поворотной платформы устанавливают центральный коллектор 5 (см. рисунок 1.3). Основными частями центрального коллектора являются неподвижно установленная в соединенной с поворотной платформой втулке колонка, вращающаяся в  соединенной с нижней рамой втулке. Рабочая жидкость поступает через продольные каналы в колонке с выходом по радиальным каналам к кольцевым проточкам нижней втулки и далее через штуцеры и гидролинии - к исполнительным механизмам.

Максимальное давление рабочей жидкости в напорной гидролинии ограничено настройкой предохранительных клапанов, установленных в каждом блоке гидрораспределителей (см. рисунок 1.5). В линиях штоковых полостей гидроцилиндров привода рукояти и стрелы установлены предохранительные клапаны 13 вторичной защиты, исключающие перегрузки в системе при нейтральном положении золотников управления. На трубопроводах гидромоторов установлены блоки подпиточных клапанов 12, которые позволяют избежать кавитационного режима работы, например, при движении экскаватора под уклон или торможении поворотной платформы. При недостаточной подаче рабочей жидкости или прекращении подачи се в напорную линию гидромотора жидкость подсасывается из сливной линии через подпиточный клапан.

На сливной линии установлен теплообменник 14 для охлаждения отработавшей жидкости и фильтры 15 для ее очистки от механических примесей. В блок фильтров вмонтирован перепускной клапан, предохраняющий сливную линию от разрушения и избыточного давления при загрязнении фильтров.

 

 

1.5 Рабочий процесс 

 

Рабочий цикл гидравлического одноковшового экскаватора состоит из следующих последовательно выполняемых операций: отделения грунта от массива и заполнения им ковша (копания), перемещения грунта в ковше к месту выгрузки, собственно разгрузки грунта и возвращения рабочего оборудования на исходную позицию следующего рабочего цикла. Только первые три операции являются рабочими, последняя же, четвертая операция вспомогательна, необходимая для подготовки экскаватора к следующему рабочему циклу. Рабочий процесс экскаватора также называют экскавацией.