Мини-экскаваторы. Определение производительности одноковшовых экскаваторов.

Мини-экскаваторы представляют собой уменьшенный вариант обычного гидравлического экскаватора.

Мини-экскаваторы применяются при небольших объемах работ, там где применять крупногабаритную технику экономически нецелесообразно. Мини-экскаваторы подходят для создания нулевого цикла коттеджей, рытья небольших траншей для газо- и водопроводов, для электрических кабелей и линий связи. Данные экскаваторы могут снабжаться набором быстросъемного рабочего оборудования для комплексной механизации работ в строительстве.

В настоящее время мини-экскаваторы в основном представлены зарубежными марками и маркой ЭО-112М выпускаемой Челябинским тракторным заводом.

К мини-экскаваторам, как правило, относят малогабаритные гидравлические экскаваторы массой 1..6 т с ковшом обратной лопаты вместимостью до 0, 2 м³.

Анализ более 150 конструкций одноковшовых экскаваторов массой до 5т, созданных в мире. Показал, что между массой этих экскаваторов и другими их параметрами существует вероятностные зависимости: между массой экскаватора и мощностью двигателя:

Р = 6, 4 m _экс.

А между массой и вместимостью ковша:

q = 0, 04 m _экс

Поэтому, учитывая зарубежный опыт в этой области, экскаваторы массы до 1, 5 т могут быть отнесены к так называемым микро-экскаваторам, а массой 1, 5…3 т к миниэкскаваторам, и 3…6 т к малогаборитным экскаваторам. Эти экскаваторы могут быть отнесены в новую 0 ^ю размерную группу, предшествующею 1 размерной группе одноковшовых экскаваторов. При этом вводится знак размерности группы «0» и знак размерности подгрупп «М» с соответствующими индексами 1, 2 и 3, т.е. микро-экскаваторы относятся к размерной подгруппе М1, мини-экскаваторы – к подгруппе М2, малогабаритные экскаваторы к размерной подгруппе М3.

По ходовому оборудованию мини-экскаваторы разделяют на гусеничные с металлическими или резиновыми гусеницами.

У мини-экскаваторов небольшой массы применяется шасси с изменяемой колеей. Делается это с помощью гидропривода. В транспортном положении колея меньше, что позволяет перевозить машину на легковом прицепе, въезжать в узкие ворота и даже в дверные проемы помещений. В рабочем положении колея больше, чтобы экскаватор был устойчивее.

По расположению двигателя эти машины могут быть – с задним и боковым расположением двигателя.

Производительность одноковшовых экскаваторов зависит от многих факторов: конструкции машины, времени (продолжительности) рабочего цикла, являющихся базовой характеристикой экскаватора, состояния и качества грунта и забоя, уровня организации производства земляных работ, квалификации машиниста и др.

Теоретическую производительность одноковшового экскаватора (м³/ч) определяют по формуле:

П_т = q n,

где q – геометрический объем ковша, м³;

n – конструктивно-расчетное число рабочих циклов за 1 ч работы;

n = 3600/t_ц,

t _ц – теоретическая (расчетная) продолжительность рабочего цикла, включая копание, поворот для выгрузки ковша, выгрузку, поворот в забой и опускание ковша, с, t _ц = 15 с для малых и до 60 с для больших экскаваторов.

Техническая производительность экскаватора учитывает коэффициент наполнения ковша, влияние разрыхления грунта и продолжительность цикла.

Для определения технической производительности экскаватора П _тех используют формулу:

П_тех = П_т(k _н/k_р)

где k _н – коэффициент наполнения ковша грунтом;

k _р – коэффициент разрыхления грунта.

Коэффициент наполнения ковша прямой лопаты в зависимости от группы грунта и его состояния принимают k _н = 1, 05…1, 2, для драглайна k_н = 0, 9…1, 15.

Эксплуатационная производительность экскаватора П_экс определяется с учетом потерь времени, нарушающих непрерывность его работы, по формуле:

П_экс = П_тех k _в k _у,

где k _в – коэффициент использования машины по времени, k _в = 0, 85…0, 95;

k _у – коэффициент влияния качества системы управления машины и квалификации машиниста. Это коэффициент при средней квалификации машиниста экскаватора может быть принят: для ручного управления k _у = 0, 81; для управления с помощью сервомеханизмов k _у = 0, 86, для мощных машин k _у = 0, 98.

Средняя эксплуатационная годовая производительность одноковшовых экскаваторов в зависимости от климатических и других условий работы колеблется от 100 тыс. до 200 тыс. м³ и более в год на 1 м³ объема ковша.

Определение необходимой мощности двигателей. В период рабочего цикла одноковшового экскаватора наибольший расход мощности возникает в период копания и наполнения ковша грунтом по сравнению с другими периодами, поэтому определение необходимой мощности двигателя сводится к определению мощности, расходуемой на копание.

При копании поворотом рукояти обратной лопаты стрела опущена вниз, ковш находится в постоянном положении относительно рукояти, рукоять с ковшом совершает движение снизу вверх.

Общее сопротивление перемещению ковша складывается из отдельных составляющих: сопротивления силы резания Р _р, сопротивления внедрению ножа в грунт (усилие подачи) Р _п, сопротивления трению ножа о грунт Р _тр, сопротивления заполнению ковша и волочению призмы грунта.

Поскольку траектория режущей кромки ковша определяется сложением главного движения и нормального к нему (направлению подачи), то общее сопротивление копанию ковшом экскаватора может быть разложено на две составляющие: совпадающую по направлению с главным движением и нормальную к нему, из которых первая является касательной силой копания Р ₀₁, а вторая – нормальной силой копания Р ₀₂

Р ₀₁ = k ₀ b c,

где k _о – удельное сопротивление копанию, учитывающее все дополнительные сопротивления, связанные с наполнением ковша;

b – ширина срезаемой стружки;

с – толщина стружки.

Нормальную силу копания Р ₀₂ определяют в зависимости от конструкции рабочего органа, траектории его движения, затупления режущей кромки и т.д.

Приближенно можно применять:

Р ₀₂ = (0, 1…0, 45) Р _01.

При этом большие значения принимают для тонких стружек и затупленной режущей кромки.

Мощность, необходимая для преодоления усилия копания Р ₀₁ при заданной кратности полиспаста m, скорости ветви каната v_k и КПД подъемного и напорного механизмов η _п, η _н:

P _дв = P _n+ P _н; кВт

P _n = S _п v _k/h_к; кВт

P _н = S _н v _н/ h_н,

где P _дв – мощность двигателя экскаватора;

P _n – мощность на копание грунта (подъем ковша);

P _н – мощность на напор ковша в грунт,

S _п – усилие подъема, кН;

S _н – усилие напора, кН.