Устройство экскаватора. Основные агрегаты и механизмы

Экскаваторы – самоходные землеройные машины, применяемые для формирования котлованов, канав, траншей, погрузки породы и сыпучих материалов, подготовки поверхности строительных площадок по проектным отметкам.

Как классифицируются агрегаты

Экскаваторы, ведущие разработку грунта путём последовательного повторения рабочих операций, называют машинами циклического (прерывного) действия. К подобным машинам отнесены одноковшовые устройства.

При одновременном выполнении операций, агрегат определяют как машину непрерывного действия. В исполнительных органах таких экскаваторов используются несколько ковшовых устройств, режущие и перемещающие породу скребки, фрезерные устройства выемки.

Многоковшовый экскаватор непрерывного действия

Энергоустановка современного экскаватора относится к дизельному или электрическому (с внешним питанием) типу, одномоторного или многомоторного исполнения.

Силовой момент на исполнительные органы, ходовую часть передаётся приводом:

• механического типа;
• объёмного гидравлического исполнения;
• через гидромеханические узлы – гидротрансформатор и механические трансмиссионные устройства;
• электрическим — как правило, для многомоторных агрегатов.

Ходовая система используется гусеничного, пневмоколесного, шагающего типа. Достаточно редко применяются железнодорожная платформа на рельсах и плавающие водные средства.

Общее устройство одноковшовых экскаваторов

Экскаватор цикличного действия – обратная лопата, гидравлический, на гусеничном шасси

Основой конструкции является рама машины с закреплённым опорно-поворотным устройством, на котором монтируются: платформа с силовой установкой, кабина оператора, трансмиссионные узлы и стреловое оборудование с ковшовым устройством.

К раме крепится механизм хода, обеспечивающий перемещение и манёвры машины.

Эффективное использование экскаватора определяется типом его шасси, силового привода, рабочего оборудования, возможностями поворота стрелового оборудования относительно рамы.

Узел поворота платформы экскаватора

По типу исполнения механизм может быть полноповоротным, обеспечивающим полное вращение платформы по оси, или неполноповоротным с углом отклонения до 90°.

Опорно-поворотное устройство экскаватора

Платформа опирается на раму через роликовый опорно-поворотный круг (ОПК). Конструкция которого воспринимает разнонаправленные нагрузки и позволяет управлять направлением перемещения.

Неполноповоротные устройства применяются для установки навесного экскаваторного оборудования на тракторные, автомобильные шасси и выполняются в виде поворотной колонки с жёстко закреплённой на раме носителя осью.

Рабочее оборудование и его привод

Наиболее применяемый тип экскаватора — с рабочим органом в виде подвижного ковша, закреплённого на стреле, её рукояти, тросах. Загрузка ковшового устройства производится его перемещением при резании грунта.

У большинства универсальных экскаваторов ориентация зубьев ковша на машину определяет её как обратную лопату.

Агрегаты, с направлением зубьев ковша от машины и с механизмом открытия днища ковша, называют прямой лопатой.

В качестве силового привода рабочего ковша, стрелы и её рукояти используются:

1. Механическая канатная схема – трехбарабанная лебёдка с системой канатов. На лебёдку усилие передаётся через механическую передачу от двигателя экскаватора. Эффективная работа подобного оборудования зависит от опыта и навыков оператора, схема трудно подаётся автоматизации.
2. Электромеханическая канатная схема – привод каждого лебёдочного механизма и устройств управления осуществляется от индивидуального электромотора. Применяется в карьерных экскаваторах, шагающих драглайнах с внешним энергопитанием.
3. Гидравлическая система. Воздействие на исполнительные органы осуществляется штоками гидроцилиндров и гидравлическими моторами. Схема в полной мере совмещается с цифровыми системами автоматического контроля и управления. На подобное оборудование перешли все ведущие производители экскаваторной техники.

Для разработки грунтов ниже опорной поверхности ходовой части используют комплект оборудования драглайн, подвешиваемого на канатах к стреле.

Тип ходовой системы

Пневмоколесное исполнение

Экскаватор цикличного действия – обратная лопата, гидравлилический, колесная платформа

Экскаваторы полноповоротного исполнения не предназначены для использования на обводнённых и слабых грунтах. Для повышения устойчивости на всех этапах рабочего цикла применяются аутригеры. Перемещаются самостоятельно со скоростью до 30 км/час, могут буксироваться к месту проведения работ. Ковшовое устройство типа обратная лопата с ёмкостью от 0,04 до 1,5 м3. Как дополнительное оборудование используют погрузочный грейфер, захваты, гидромолот. Привод на ходовую часть от общей силовой установки экскаватора или от отдельного двигателя.

На шасси автомобиля

Как база используется автомобиль повышенной проходимости. Стрела, её рукоять и ковш управляются гидравликой. Телескопический узел стрелы и регулируемая гидросистемой установка ковша позволяют использовать машину в качестве экскаватора-планировщика, в режимах прямой и обратной лопаты.

Экскаватор-планировщик цикличного действия – обратная лопата, гидравлический, на автомобильном шасси

Гусеничное исполнение

Устройство одноковшового экскаватора на гусеничной платформе в значительной мере упрощает работы по балансировке машины, обеспечение её устойчивости. По сравнению с колёсным исполнением почти на порядок снижается давление на почву, улучшается проходимость агрегата. Тип исполнительного оборудования прямая и обратная лопата, драглайн. Ёмкость ковша от 0,04 до 26 м3.

Экскаватор цикличного действия – прямая лопата, троссовый, на гусеничной платформе

Шагающий механизм передвижения

Экскаватор цикличного действия – драглайн, шагающий

Используется на тяжёлых карьерных драглайнах с ёмкостью ковша до 40 м3 и вылетом стрелы до 165 м. Опорно-поворотное устройство экскаватора устанавливается непосредственно на грунт. Шагающие лапы монтируются на поворотной платформе машины, путём поочередной перестановки двигают экскаватор вперёд.

Ремонт экскаватора: устройство и технические характеристики, неисправности экскаваторов

Любая спецтехника, даже самая надежная, может выйти из строя – из-за неправильной эксплуатации, вследствие аварии, при выработке ресурса отдельных функциональных узлов. Сегодня рассмотрим, когда может понадобиться ремонт экскаватора-погрузчика, а также неисправности, возникающие в процессе его использования, и общее устройство разных моделей.

Представленная ниже информация поможет вам предупредить проблему при выполнении дорожно-строительных задач или вовремя ее заметить и не дать ей развиться. Своевременное решение вопроса позволит избежать максимальных денежных трат и, что еще важнее, предотвратить опасные ситуации на производстве.

Перед началом обзора отметим, что конструкция любой спецтехники зависит от сферы ее применения, а рассматриваемые нами самоходные машины предназначены для создания канав, котлованов, траншей, а также для подготовки поверхности различных площадок, для погрузки сыпучих материалов и транспортировки их на незначительные расстояния.

Общее устройство экскаватора

Любая его модель состоит из следующих функциональных узлов:

• двигатель,
• ходовая часть,
• гидравлика,
• поворотная платформа,
• стрела с рабочим органом,
• трансмиссия,
• кабина с панелью управления.

Теперь о том, как все это взаимодействует.

Двигатель (1) – внутреннего сгорания, с опцией установки турбокомпрессоров и системой жидкостного охлаждения – смонтирован на платформе (4) и, через трансмиссию (6) и посредством гидравлики (3), обеспечивает перемещение рабочего органа (5) в пространстве. Поворотная часть (4) размещается на ходовой (2) и несет на себе место оператора (7), а также стрелу (5). Последняя оснащается ковшом, канавокопателем, молотом или другим инструментом – в зависимости от характера решаемых задач.

Конфигурация мини-экскаватора (ремонт которого тоже актуален на практике) аналогична, ведь построен он по той же схеме, что и его полноразмерный собрат. Различие лишь в упрощении гидравлического узла и в оснащении сравнительно маломощным двигателем. Водитель располагается в закрытой кабине, обогреваемой, вентилируемой и вообще адаптированной к эксплуатации спецтехники при температурах от -40 до +40 0С.

Естественно, разница в производительности определяет сферу применения: «малые» модели популярны там, где важна компактность габаритов, то есть в замкнутых пространствах. Например, на крышах и внутри зданий, в небольших шахтах и котлованах, на мягких грунтах.

Другое дело, когда вы используете экскаватор-погрузчик, устройство и технические характеристики которого несколько отличаются от уже описанных. Грубо говоря, он представляет собой обычный колесный трактор, на борт которого установлена шарнирная стрела с ковшом. У рабочего органа гидравлический привод, и управляет им оператор напрямую из кабины.

Конфигурация классическая для такого подвида спецтехники, то есть обладает следующими особенностями:

• двигатель и КПП непосредственно входят в несущую конструкцию;
• подрамник, подпирающий передний мост, располагается во фронтальной части;
• стрела (или другое землеройное оборудование) находится сзади и, за счет гидравлики, может поворачиваться на заданный угол.

Любая такая машина является самоходной, и мобильность является еще одним моментом, обуславливающим широту ее эксплуатации.

Основные технические характеристики экскаваторов следующие:

• тип ходовой – гусеничная или колесная – влияет на проходимость, специфику обслуживания, характер возникающих повреждений (об этом ниже, в соответствующем разделе);
• вид двигателя – электрический или дизельный – обуславливает сопутствующие расходы на питание или топливо;
• режим функционирования – непрерывный или периодический – определяет степень нагрузки на все узлы;
• вместительность ковша (в кубических метрах) или производительность другого рабочего органа – показывает, какой объем задач сможет решать та или иная модель;
• максимальная скорость хода – объясняет, сколько км/ч способна развить машина;
• эксплуатационная масса, в кг – непосредственный габаритный показатель;
• мощность силовой установки – количество кВт двигателя (обычно чем больше, тем лучше).

Также отдельного рассмотрения заслуживают те функциональные узлы, элементы которых сравнительно часто получают какие-либо повреждения или ломаются вследствие нагрузок.

Начнем с устройства ходовой части гусеничного экскаватора. Она представляет собой конструкцию из направляющих колес, катков, балансирной каретки, оси, рамы, механизма натяжения и цепи, то есть трака с гладкой, ребристой или комбинированной рабочей поверхностью. Отличается высоким качеством сцепления с грунтом, а значит и замечательной проходимостью в болотистой и сложно-пересеченной местности при сохранении маневренности. Главным минусом остается низкая рабочая скорость движения (до 3,3 м/с), приводящая к необходимости использования трейлеров для перевозки спецтехники на дальние расстояния, а также сравнительно малый ресурс – служит до 2000 ч.

Продолжим колесной частью, неисправности которой тоже приводят к поломке экскаватора. Это конструкция из двух осей с приводом, причем на передней есть кулаки, обеспечивающие возможность поворота при перемещении, на задней – стабилизаторы, отвечающие за устойчивость во время движения. В числе характерных особенностей:

• подвесок, как правило, нет, в ступицах – планетарные редукторы, увеличивающие крутящий момент;
• трансмиссия – от единого двигателя или с индивидуальным гидромотором;
• связь коробки с мостами реализована при помощи карданных валов.

Преимущества таких моделей в их сравнительно высокой рабочей скорости. Это самоходные машины, способные перемещаться между строительными площадками и даже перевозить сыпучие материалы на небольшие расстояния.

Обратим внимание и на устройство ковша экскаватора – наиболее часто используемого рабочего органа, состоящего из следующих частей:

• набор стенок – передняя с козырьком, пара боковых и задняя, скругленная;
• зубья (коронки), осуществляющие забор грунта;
• адаптер, отвечающий за присоединение к стреле.

Данные элементы соединяют между собой – путем сварки и крепления с расточкой технологических отверстий (кстати, выполнить последнюю операцию можно на станках производства «Сармат»). После практически готовый к эксплуатации рабочий орган обрабатывается в дробеструйной камере, где с его швов снимается напряжение, а с поверхностей – окалину. Затем, деталь красят, отправляют в ОТК, и навешивают на самоходную машину.

Внимания заслуживает не только ходовое устройство экскаватора, но и опорно-поворотное. Оно испытывает значительные нагрузки, так как отвечает за удержание и перемещение платформы по вертикали, в том числе и во время движения спецтехники, и при выполнении рабочих операций (ремонт опорно-поворотного устройства тоже можно выполнять на станках САРМАТ). И. Для этого в конфигурации предусмотрен погон с телами вращения в виде катков или шариков. Первые уже морально устарели, так как образуют зазор, вторые – нет, еще и весят меньше, поэтому сегодня используются повсеместно.

Механизм поворота – конструкция из двух колец, соединенных между собой болтами. Жестко крепится к платформе, на которой также есть зубчатый венец – на последний и оказывает действие аксиально-поршневой двигатель. Подавая на него масло под различным давлением, можно регулировать скорость вращения. Случайное перемещение опорной части исключают гидравлические тормоза. Крутящий момент повышают механические редукторы.

Основные неисправности экскаватора

В конструкции, габаритах, используемом навесном оборудовании могут быть различия, но проблемы у всех моделей обычно либо идентичны, либо очень похожи друг на друга. И в 90% случаев, согласно статистике, они возникают и развиваются из-за неправильной (то есть не соответствующей рекомендациям заводов-производителей) эксплуатации спецтехники.

Как правило, преждевременно изнашиваются или получают какие-то повреждения те функциональные узлы, которые испытывают наибольшие нагрузки в процессе решения дорожно-строительных задач. Подробно рассмотрим самые распространенные случаи.

Поломка гидравлической системы

Возникают неисправности насоса, мотора, цилиндров – элементов, обеспечивающих нормальную маневренность рабочего органа. Чаще всего это следующие проблемы:

• искривление или другие подобные деформации штока;
• износ внутренней поверхности гильзы;
• частичная или полная выработка поршневого уплотнителя;
• нарушение резьбовой целостности;
• протечка (сквозь уплотнители) в ходовых участках.

Если вы замечаете, что команды выполняются с задержкой, или что самопроизвольно опускается стрела на экскаваторе, или что происходит какая-то иная странность, значит пришла пора провести диагностику неисправностей ковша и непосредственно связанных с ним функциональных узлов. Ее результаты покажут степень поломки: если она легкой или средней тяжести, можно попробовать восстановить деталь, если же тяжелой, актуальна только замена.

Повреждения клапанов

К их возникновению приводит неправильная регулировка газораспределительной системы, вызывающая перегрев нагруженных элементов. Для предотвращения достаточно постоянно следить за температурным режимом и предупреждать его повышение. Но если проблема уже проявилась – в частности, слышатся посторонние звуки при работе – необходимо как можно скорее демонтировать отжившие свое комплектующие и поставить новые.

Отдельный случай в данной категории – выход из строя предохранительного клапана вследствие повышенного давления. Это приводит к появлению трещин или даже разрывов на оболочке рукавов гидравлической системы. Чтобы такого не происходило, стоит придерживаться рекомендованных заводом-производителем динамических напряжений. Не перегружайте технику – эксплуатация в нормальных условиях становится залогом отличного технического состояния экскаватора на долгие годы.

Неисправности ковша

При решении дорожно-строительных задач именно рабочий орган спецтехники испытывает наибольшее ударное воздействие, ведь он вступает в физический контакт не только с сыпучими материалами, но и с грунтом (зачастую твердым или промерзшим), и с частицами горных пород. Это оборачивается возникновением и развитием дефектов следующего рода:

• деформация стенок – как изнутри, так и снаружи;
• нарушение (критическое изменение) формы стыковочных элементов и/или технологических отверстий;
• отклонение от заводской геометрии, то есть фронтальное или боковое смещение по отношению к центральной оси.

Во всех этих случаях требуется ремонт ковша экскаватора, который может заключаться в футеровке (то есть в покрытии изношенных поверхностей защитным слоем), запайке трещин, замене днища, упрочнении, устранении дефектов проушин, восстановлении начальной формы. Данные работы проводятся специалистами, на фрезерных, сварочных (автоматических, аргоно- и электродуговых), расточных станках, с выполнением абразивной зачистки, шлифовки, окончательной покраски. Работы связанные с восстановлением проушин возможно проводить в полевых условиях на мобильных станках Сармат. Также осуществляются операции по усилению конструкции навесного оборудования – его практической модернизации. Отдельной строкой идет такая распространенная проблема, как выход из строя зубьев.

Поломка пальцев ковшей

Контактируя с грунтом, сыпучими материалами, твердыми осколками, они истираются, искривляются, ломаются. В результате ухудшается качество или даже критически нарушается структура режущей кромки рабочего органа. Это приводит к уменьшению производительности спецтехники, вплоть до полной невозможности выполнения дорожно-строительных операций. Еще одной причиной являются люфты, вызывающие критические напряжения на перекосах.

В любом случае, нужно провести анализ повреждений: если они легкие или средние, возможно восстановление исходной геометрии пальцев путем наплавки, если серьезные, ситуацию спасет только замена, причем с правильной установкой.

Неисправности элементов ходовой части

Когда медленно или плохо работает экскаватор, причиной может быть:

• поломка звездочек,
• искривление направляющих,
• деформация катков,
• ослабление натяжения цепей,

или любой другой дефект одной из деталей конструкции. Некоторые из них можно заметить визуально, особенно при наличии опыта, но гораздо надежнее провести полную проверку и выяснить степень износа при помощи современных приборов. Поэтому разумно обращаться к тем, кто профессионально занимается восстановлением спецтехники. Специалисты и характер повреждения установят, и подскажут, какие профилактические меры стоит проводить конкретно в вашем случае, чтобы в скором времени не приходилось повторно осуществлять ремонт ходовой части экскаватора.

Проблемы, возникающие вследствие неправильной эксплуатации

Потеря емкости аккумулятора из-за безответственного к нему отношения и стремления к экономии. Пытаясь потратить как можно меньше дизеля, неопытные водители многократно запускают и выключают двигатель в течение короткого промежутка времени. Это сопровождается все более быстрой разрядкой оборудования, а потом и выходом его из строя (и замена или ремонт обернутся расходами на порядок серьезнее).

Использование несезонного топлива тоже может привести к мыслям о том, почему не работает экскаватор. Летнее не подходит для зимы, ведь в своем составе оно содержит частицы парафина, которые замерзают в холода и закупоривают фильтры и трубопроводы. Это провоцирует остановку мотора, а значит и спецтехники, а теперь представьте, что это произойдет во время движения. Зачем подвергать себя риску попасть в аварийную ситуацию?

Поэтому эксплуатация должна быть правильной, без погони за излишней экономией, более того, она обязана сочетаться с профилактикой. Регулярно отправляйте спецтехнику на техосмотр, чтобы специалисты могли вовремя выявить не очевидные повреждения.

Когда требуется капитальный ремонт экскаваторов

Он актуален в случаях, если:

• поломка ставит под угрозу безопасность оператора при выполнении дорожно-строительных задач;
• неисправность грозит перерасти в проблему гораздо больших масштабов, причем в самом скором будущем;
• повреждение не поддается базовому восстановлению.

При этом капитальный ремонт может включать в себя комплексное выполнение работ по модернизации навесного оборудования, а также по полной замене вышедших из строя комплектующих. Проводится в условиях специализированных СТО, с полной разборкой всех функциональных узлов – это как раз тот случай, когда нужно довериться профессионалам, а не думать о том, как починить экскаватор самостоятельно.

Помимо капитального, ремонт может быть:

• Текущий – проводится прямо на месте эксплуатации, чаще всего силами машиниста и помощника. При нем устраняются отдельно взятые и некритические поломки вспомогательных, а не базовых элементов, причем без осуществления операций демонтажа.
• Средний – выполняется на профильной станции (предприятии), сторонними работниками. Включает в себя частичную разборку механизмов с последующим восстановлением исходных посадок и сопряжений. Решает более сложные с технической точки зрения задачи, например, восстановление целого функционального узла (когда это возможно).

Виды ремонта экскаваторов включают в себя установку прошедших починку деталей, замену отслуживших свое комплектующих новыми, проведение целого ряда операций обработки – сварки, механической зачистки, шлифовки, нанесения металла (в том числе наплавки или электролитического покрытия), финишной покраски. Не обходятся они и без осуществления испытаний. Объем и сроки выполнения обычно определяются еще на стадии диагностики.

Стоит отметить, что с появлением мобильного оборудования некоторые виды работ можно производить на месте поломки экскаватора. Например восстановление изношенных отверстий в опорно-поворотном устройстве или проушин ковша. Современное оборудование производимое компанией САРМАТ позволяет прямо на месте произвести ремонт проушин с расточкой и наплавкой этих отверстий, без дополнительных затрат, связанных с транспортировкой экскаватора на ремонтную базу. Это позволяет экономит и время и деньги собственнику спецтехники.

Опираясь на собственный практический опыт, мы советуем во всех случаях обращаться к специалистам. Покажите свою спецтехнику профессионалам, которые точно определяют характер проблемы и способны сразу увидеть, что требуется: ремонт стрелы экскаватора или починка ковша, и смогут устранить неисправность максимально качественно.