Одноковшовые экскаваторы периодического (цикличного) действия с основным рабочим органом в виде ковша определенной вместимости представляют собой самоходные землеройные машины, предназначенные для копания и перемещения грунта.
Одноковшовые экскаваторы осуществляют работу отдельными многократно повторяющимися циклами, в течение которых операции копания и перемещения грунта выполняются раздельно и последовательно.
По назначению одноковшовые экскаваторы делятся:
- на строительные универсальные для земляных и погрузочно-разгрузочных работ в строительстве;
- карьерные для разработки карьеров строительных материалов, рудных и угольных месторождений;
- вскрышные для разработки полезных ископаемых открытым способом.
Одноковшовые строительные экскаваторы классифицируются по следующим признакам:
по типу ходового устройства – на гусеничном и пневмоколесном шасси;
по типу привода – с одномоторным и многомоторным приводом;
по исполнению опорно-поворотного устройства – полноповоротные и неполноповоротные (угол поворота рабочего оборудования в плане ограничен 270˚);
по способу подвески рабочего оборудования – с гибкой подвеской на канатных полиспастах и жесткой подвеской с помощью гидроцилиндров;
по виду исполнения рабочего оборудования – с шарнирно-рычажным и телескопическим рабочим оборудованием.
Строительные одноковшовые экскаваторы предназначены для земляных работ в грунтах I…IV категорий и оснащены ковшами вместимостью 0,25…2,5 м³. С помощью унифицированного сменного рабочего оборудования (до 40 видов) они могут выполнять также погрузочно-разгрузочные, монтажные, сваебойные, планировочные, зачистные и другие работы.
Экскаваторы с гибкой подвеской рабочего оборудования представляют собой полноповоротные машины с одномоторным и многомоторным приводом как на колесном, так и на гусеничном ходу. Основными видами сменного рабочего оборудования являются прямая и обратная лопаты, драглайн, грейдер, кран.
Экскаватор с рабочим оборудованием прямой лопаты разрабатывает грунт в забое, расположенном выше уровня стоянки машины.
Экскаватор с оборудованием обратной лопаты предназначается для рытья траншей и небольших котлованов, расположенных ниже уровня его стоянки.
Экскаватор с оборудованием драглайна разрабатывает грунт ниже уровня своей стоянки и применяется для рытья котлованов, водоемов и траншей, а также для разработки различных выемок под водой.
Экскаватор-кран используют на различных монтажных и погрузочно-разгрузочных работах.
Экскаватор с грейферным оборудованием применяют при погрузке и выгрузке сыпучих и мелкокусковых материалов, очистке траншей и котлованов от обрушившегося грунта и снега, для рытья колодцев и узких глубоких котлованов в легких грунтах, а также для рытья траншей под водой.
Экскаваторы с гидравлическим приводом представляют собой многомоторные полно- и неполноповоротные машины с жесткой подвеской рабочего оборудования, у которых для передачи мощности от двигателя к рабочим механизмам используется гидравлический объемный привод.
Различают гидравлические экскаваторы с шарнирно-рычажным и телескопическим рабочим оборудованием, для удержания и приведения в действие которого используют жесткие связи – гидравлические цилиндры. Основными рабочими движениями для шарнирно-рычажного оборудования являются: изменение угла наклона стрелы, поворот рукояти с ковшом относительно стрелы и поворот ковша относительно рукояти, а для телескопического – выдвижение и втягивание телескопической стрелы.
В качестве сменных рабочих органов гидравлических экскаваторов при выполнении обычных земляных работ используют: ковш обратных и прямых лопат различной вместимости, ковш для дренажных работ и рытья узких траншей, ковш с зубьями и со сплошной режущей кромкой для планировочных и зачистных работ, двухчелюстные грейферы для рытья траншей и котлованов и погрузки крупнокусковых материалов и камней, погрузочный ковш большой вместимости для погрузочных работ, бульдозерные отвалы для засыпки ям, захваты для погрузки труб и бревен, крановую подвеску для различных грузоподъемных и монтажных работ, многозубые и однозубые рыхлители для рыхления мерзлых и плотных грунтов и взламывания асфальтовых покрытий, пневматические, гидравлические и гидропневматические молоты многоцелевого назначения со сменными рабочими инструментами для разрушения скальных и мерзлых грунтов, железобетонных конструкций, кирпичной кладки и фундаментов, дорожных покрытий, дробления негабаритных горных пород, трамбования грунтов, погружения свай и шпунта, бурами для бурения шпуров и скважин.
В комплект оборудования обратной лопаты входят: стрела, рукоять, поворотный ковш и гидроцилиндры подъема стрелы, поворота рукояти и ковша. Копание грунта производят поворотом ковша относительно рукояти и поворотом рукояти относительно стрелы. Копание можно осуществлять только поворотом ковша относительно неподвижной рукояти, что позволяет вести работы в стесненных условиях, а также в непосредственной близости от подземных коммуникаций. Поворотом ковша производят не только копание, но и выгрузку грунта, а также зачистку основания забоя. Толщину срезаемой при копании стружки регулируют путем подъема или опускания стрелы.
Прямая лопата с поворотным ковшом широко применяется для разработки грунта как выше (преимущественно), так и ниже уровня стоянки машины, а также для погрузочных работ.
Погрузчик применяют для погрузки сыпучих и мелкокусковых материалов выше стоянки экскаватора, разработки и погрузки в транспортные средства (или отсыпки в отвал) грунтов I…II категорий, а также планировочных работ на уровне стоянки машины. Вместимость ковша погрузчика в 1,5…2 раза больше вместимости ковша обратной лопаты, что значительно повышает производительность экскаватора при использовании его на погрузочных работах.
Грейфер применяют для рытья котлованов, траншей, колодцев и при погрузочно-разгрузочных работах. Особенно эффективно использование такого оборудования при копании глубоких выемок, а также в стесненных условиях. Грейферное оборудование на напорной штанге применяют для разработки узких и глубоких (до 20 м) траншей с вертикальными стенками в грунтах I…IV категорий с каменистыми включениями при возведении подземных сооружений способом «стена в грунте».
Гидравлические молоты навешиваются на экскаватор вместо ковша обратной лопаты и соединяются с рукоятью посредством быстротечного крепления. По принципу работы гидромолоты аналогичны паровоздушным. В гидромолотах двойного действия подъем ударной части (холостой ход) осуществляется под давлением рабочей жидкости, а разгон ее вниз при рабочем ходе – под действием собственного веса и энергии рабочей жидкости или сжатого газа, накопленной во время холостого хода в гидравлическом или пневматическом аккумуляторе. Гидравлические молоты развивают частоту ударов 2,2…5 Гц, имеют массу ударной части 100…600 кг, рабочее давление в гидросистеме 10…16 МПа.
Неполноповоротные гидравлические универсальные экскаваторы с шарнирно-рычажным рабочим оборудованием монтируются на базе серийных пневмоколесных тракторов. Они представляют собой мобильные универсальные малогабаритные землеройные машины с экскаваторным, погрузочным и бульдозерным оборудованием для выполнения земляных (в грунтах I…III категорий) и погрузочных работ небольших объемов на рассредоточенных объектах. Наиболее эффективно такие экскаваторы применяются в стесненных городских условиях.
Экскаваторы с телескопическим рабочим оборудованием (экскаваторы-планировщики) представляют собой полно- и неполноповоротные машины с телескопической стрелой на пневмоколесном и гусеничном ходовом устройстве, основным рабочим движением которых является выдвижение и втягивание телескопической стрелы при копании, планировании и трансформировании грунта в ковше после экскавации. Эти машины разрабатывают грунты I…IV категорий и характеризуются малой габаритной высотой, что позволяет эффективно использовать их в стесненных условиях городской застройки, в труднодоступных местах и закрытых помещениях, в частности для разработки грунта под мостами, на участках пересечения коммуникаций, для зачистки дна и вертикальных стенок траншей и котлованов, подсыпки и разравнивания грунта под полы, фундаменты и подпольные каналы, засыпки пазух фундаментов и траншей.
Техническая производительность одноковшового экскаватора (м³)
Пт = n · q · K н / K р,
где n – количество циклов за час работы, n = 3600 / Т ц;
q – вместимость ковша, м³;
K н – коэффициент наполнения ковша (K н = 1,0…1,3);
K р – коэффициент разрыхления грунта (K р = 1,15…1,4).
Продолжительность одного рабочего цикла при совмещении отдельных операций
Т ц = t к + t п.в + t в + t п.з,
где t к, t п.в, t в, t п.з – соответственно продолжительность копания, поворота на выгрузку, выгрузки и поворота в забой, с.
Эксплуатационная производительность (м³/смена, м³/мес, м³/год)
Пэ = Пт · t р · K в,
где t р – длительность периода работы, ч;
K в – коэффициент использования машины по времени.