Как работает экскаватор: устройство и принцип действия землеройной машины
Экскаватор работает по простому принципу: дизельный двигатель создаёт давление в гидравлической системе, гидроцилиндры преобразуют это давление в механическое усилие, и стрела с ковшом выполняют копание, подъём и выгрузку грунта. Весь рабочий цикл одноковшового экскаватора занимает от 15 до 40 секунд в зависимости от категории грунта и опыта машиниста.
Из чего состоит экскаватор
Современный гидравлический экскаватор состоит из трёх основных частей: ходового устройства, поворотной платформы и рабочего оборудования. Ходовое устройство у большинства строительных машин гусеничное: широкие траки распределяют вес машины (от 6 до 100 тонн) по грунту и обеспечивают устойчивость на мягких почвах. Колёсные экскаваторы применяют там, где машину часто перегоняют по дорогам.
Поворотная платформа вращается на 360 градусов вокруг вертикальной оси. На ней расположены двигатель, гидравлический насос, кабина машиниста и противовес. Противовес уравновешивает ковш с грунтом, чтобы машина не опрокинулась при вылете стрелы.
Рабочее оборудование состоит из стрелы, рукояти и ковша. Стрела крепится к платформе шарнирно и поднимается гидроцилиндром. К стреле присоединена рукоять, которая двигается в горизонтальной плоскости, увеличивая радиус копания. На конце рукояти закреплён ковш ёмкостью от 0,1 до 10 кубометров.
Как работает гидравлическая система
Сердце экскаватора: аксиально-поршневой гидравлический насос. Дизельный двигатель раскручивает его вал, насос создаёт давление рабочей жидкости (гидравлического масла) до 350 бар. По стальным трубопроводам и гибким рукавам масло под давлением поступает в гидроцилиндры и гидромоторы.
Гидроцилиндр это стальная труба с поршнем внутри. Когда масло подаётся под поршень, шток выдвигается и толкает рукоять или ковш. Когда масло подают с другой стороны, шток убирается. Машинист управляет потоками масла рычагами в кабине, которые соединены с распределительными гидравлическими клапанами.
Поворот платформы обеспечивает отдельный гидромотор, который через редуктор вращает зубчатый венец на ходовой части. Гусеничный привод тоже гидравлический: каждая гусеница получает питание от своего гидромотора, что позволяет разворачиваться на месте, подавая давление на одну гусеницу и тормозя другую.
Рабочий цикл копания
Один полный цикл экскаватора включает четыре операции. Первая операция: внедрение ковша в грунт. Машинист опускает стрелу, выдвигает рукоять и одновременно поворачивает ковш режущей кромкой вниз. Зубья ковша врезаются в грунт, а гидроцилиндры создают усилие резания до 20 тонн на зубе у крупных машин.
Вторая операция: наполнение ковша. Рукоять тянет ковш на себя, он черпает грунт, одновременно поворачиваясь и закрываясь. Третья операция: поворот к месту разгрузки, поворотная платформа разворачивается на угол от 90 до 180 градусов. Четвёртая операция: выгрузка, ковш опрокидывается и грунт падает в кузов самосвала или в отвал.
За одну рабочую смену (8 часов) экскаватор с ковшом 1 кубометр разрабатывает от 500 до 1200 кубометров грунта в зависимости от его категории. Первая категория — песок и мягкая земля, пятая — скальный грунт с предварительным рыхлением взрывом.
Типы экскаваторов и их применение
Одноковшовый экскаватор с обратной лопатой является самым распространённым типом. Ковш двигается на машину, что удобно для рытья котлованов и траншей ниже уровня стоянки. Прямая лопата, напротив, черпает от машины вверх, её применяют в карьерах для погрузки взорванной породы.
Длиннорукие экскаваторы с вылетом стрелы 18 и более метров используют для дноуглубительных работ и разработки откосов каналов. Мини-экскаваторы весом от 800 кг до 6 тонн работают в стеснённых условиях: при прокладке коммуникаций в жилых кварталах, внутри зданий, на узких улицах.
Карьерные экскаваторы-драглайны работают по другому принципу: ковш раскачивают на тросе и забрасывают далеко от машины, а затем тянут канатом к стреле, наполняя при этом грунтом. Такие машины весят несколько тысяч тонн и разрабатывают угольные разрезы на глубину до 60 метров.
