CURS 2, 3
6. MAŞINI DE SĂPAT ŞI ÎNCĂRCAT. EXCAVATOARE 6..1 Definiţie. Definiţie. Domenii Domenii de utilizare utilizare Exavatoarele= maşini de c-ţii utilizate la dislocarea din masiv a terenurilor, precum şi la preluarea şi depunerea depunerea excavaţiei într-un mijloc mijloc de transport transport sau în grǎmadǎ -
sunt sunt utili utiliza zate te la execut executar area ea grop gropil ilor or de fund fundaţ aţie ie a şanţ şanţur uril ilor or şi canale canalelo lor, r, la sǎpǎturi pt. regularizarea cursurilor de apǎ, la exploatarea agregatelor minerale în balastiere, cariere…
-
echipa echipamen mentel telee de lucru lucru dispun dispun de de una sau sau mai multe multe cupe cupe prevǎ prevǎzut zutee cu dinţi dinţi cu ajuto ajutorul rul cǎrora cǎrora se efectu efectueazǎ eazǎ sǎpare sǎparea, a, prelu preluare area, a, transp transport ortul ul şi descǎr descǎrcar carea ea materialului la punctal de lucru
Existǎ o mare varietate de tipuri de excavatoare – fiecare tip fiind destinat unei anume categorii de proces de lucru şi realizat, totodatǎ, într-o gamǎ largǎ de dimensiuni constructive
6..2 Clasificare Clasificareaa excavatoarelo excavatoarelorr Criteriul general de clasificare – nr. de cupe cu care este prevǎzut echipamentul de lucru: -
exc. cu o cupǎ
-
exc. exc. cu mai mu mullte cup cupe
Excavatoarele cu o singurǎ cupǎ = maşini cu acţiune ciclicǎ Excavatoarele cu m. multe cupe = maşini cu acţiune continuǎ au productivitate mai mare, dar sunt mai complexe şi mai scumpe Clasificarea excavatoarelor cu o cupă
după modul de acţionare al echipamentului de lucru:
mecanice, la care echipamentul de lucru este acţionat cu ajutorul unor transmisii cu cabluri şi a altor transmisii mecanice; -excavatoare hidraulice, la care echipamentul de lucru este acţionat cu ajutorul unor cilindri hidraulici. Acţionarea diesel-hidrostaticǎ s-a generalizat în cazul exc. de capacitate micǎ, medie şi mare Acţionarea diesel-mecanicǎ , uneori diesel-electricǎ, se utilizeazǎ la exc. mari şi foarte mari. dupǎ gradul de universalitate: -excavatoare
-excavatoare cu destinaţie specialǎ –prevǎzute cu un singur echipament de lucru, la care se pot ataşa eventual una una sau mai multe tipuri tipuri de cupe specializate - excavatoare universale – pot fi echipate cu mai multe tipuri de echipamente de lucru = echipamente de schimb poate lucre cu echip. de cupǎ cupǎ dreaptǎ, cupǎ întoarsǎ, întoarsǎ, de draglinǎ, de graifer, de macara
după tipul echipamentului de lucru:
-excavatoare cu cupă dreaptă, care sapă de regulă deasupra nivelului de sprijin al maşinii; -excavatoare cu cupă inversă, care sapă de regulă sub nivelul de sprijin al maşinii; -excavatoare cu draglină, prevăzută cu o cupă manevrată cu cabluri şi lanţuri; -excavatoare cu braţ telescopic. după sistemul de deplasare: pe şenile; -excavatoare pe pneuri; -excavatoare deplasabile pe şine; -excavatoare păşitoare; -excavatoare plutitoare. -excavatoare
6..3 Construcţia Construcţia şi funcţionarea funcţionarea excavatoarelo excavatoarelorr mecanice mecanice 6.3.1 Excavator mecanic cu cupă dreaptă În figura 6.1 se prezintă schema şi principalele părţi componente ale unui excavator mecanic cu cupă dreaptă. O particularitate a acestui excavator este existenţa ghidajului articulat al mânerului şi a mecanismului de împingere-retragere a mânerului, care asigură înfigerea şi scoaterea cupei din pământ, precum şi reglarea reglarea grosimii brazdei brazdei în timpul săparii. săparii. De asemenea cupa este montată rigid pe mâner şi se descarcă prin deschiderea peretelui basculant al cupei. Excavatorul mecanic cu cupă dreaptă funcţionează după un ciclu de lucru, care cuprinde următoarele faze: -săparea
pământului prin ridicarea cupei (după înfigerea cupei în pământ); -scoaterea cupei din pământ şi ridicarea acesteia; -rotirea platformei cu echipamentul de lucru cu cupa plină; -descărcarea cupei prin bascularea peretelui inferior al cupei; -rotirea platformei cu echipamentul de lucru cu cupa goală; -coborârea cupei în poziţia de început a săpării, înfigerea cupei în pământ şi închiderea peretelui basculant basculant al cupei.
după tipul echipamentului de lucru:
-excavatoare cu cupă dreaptă, care sapă de regulă deasupra nivelului de sprijin al maşinii; -excavatoare cu cupă inversă, care sapă de regulă sub nivelul de sprijin al maşinii; -excavatoare cu draglină, prevăzută cu o cupă manevrată cu cabluri şi lanţuri; -excavatoare cu braţ telescopic. după sistemul de deplasare: pe şenile; -excavatoare pe pneuri; -excavatoare deplasabile pe şine; -excavatoare păşitoare; -excavatoare plutitoare. -excavatoare
6..3 Construcţia Construcţia şi funcţionarea funcţionarea excavatoarelo excavatoarelorr mecanice mecanice 6.3.1 Excavator mecanic cu cupă dreaptă În figura 6.1 se prezintă schema şi principalele părţi componente ale unui excavator mecanic cu cupă dreaptă. O particularitate a acestui excavator este existenţa ghidajului articulat al mânerului şi a mecanismului de împingere-retragere a mânerului, care asigură înfigerea şi scoaterea cupei din pământ, precum şi reglarea reglarea grosimii brazdei brazdei în timpul săparii. săparii. De asemenea cupa este montată rigid pe mâner şi se descarcă prin deschiderea peretelui basculant al cupei. Excavatorul mecanic cu cupă dreaptă funcţionează după un ciclu de lucru, care cuprinde următoarele faze: -săparea
pământului prin ridicarea cupei (după înfigerea cupei în pământ); -scoaterea cupei din pământ şi ridicarea acesteia; -rotirea platformei cu echipamentul de lucru cu cupa plină; -descărcarea cupei prin bascularea peretelui inferior al cupei; -rotirea platformei cu echipamentul de lucru cu cupa goală; -coborârea cupei în poziţia de început a săpării, înfigerea cupei în pământ şi închiderea peretelui basculant basculant al cupei.
Fig.6.1. Excavator mecanic cu braţ monobloc cu cupă dreaptă 1 - sistem de deplasare pe şenile; 2 – platformă rotitoare; 3 – sistem de rezemare a platformei rotitoare; 4 – braţ; 5 – ghidaj articulate; 6 – mecanism de împingere a mânerului; 7 – mâner; 8 – peretele inferior basculant al cupei; 9 – cupă; 10 – mecanism de ridicare a cupei; 11 – mecanism de manevrare a braţului.
În figura 6.2 se prezintă excavatorul mecanic cu cupă dreaptă cu braţ monobloc (realizat dintr-o singură grindă), având mânerul executat din două grinzi, cu cupa plină cu pământ ridicată la înalţimea maximă înainte de descărcare.
Fig.6.2. Excavatorul mecanic cu cupă dreaptă cu braţ monobloc
În figura 6.3 este prezentat acelaşi excavator cu echipamentul de lucru în poziţia de început a săpării. Deasupra braţului se observă şi transmisia cu lanţ pentru acţionarea mecanismului de împingere- retragere a mânerului, cu ajutorul caruia se realizează înfigerea dinţilor cupei în pământ.
Fig.6.3. Excavatorul mecanic cu cupă dreaptă cu braţ monobloc- început sǎpare În figura 6.4 se prezintă o altă variantă de excavator mecanic cu cupa dreaptă cu mânerul realizat dintr-o singura grindă de formă tubulară, pe care se montează şi cremaliera mecanismului de împingere- retragere a mânerului. Excavatorul lucrează în carieră, iar cupa se află deasupra basculantei, înainte de descărcare.
Fig.6.4. Excavator mecanic cu cupa dreaptă - mânerul realizat dintr-o singura grindă tubulară
În figura 6.5 se prezintă o altă variantă de excavator mecanic cu cupă dreaptă, prevăzut cu mecanism de împingere- retragere a mânerului cu cabluri şi braţ executat din doua grinzi. Toba mecanismului de împingere- retragere a mânerului se montează între grinzile braţului, în articulaţia ghidajului mânerului.
Fig.6.5. Excavator mecanic cu cupă dreaptă, prevăzut cu mecanism de împingere- retragere a mânerului cu cabluri şi braţ executat din doua grinzi În figura 6.6 se prezintă în prim plan cupa excavatorului şi rola mobilă a palanului de ridicare a cupei, montată articulat pe cupă. Cablul paralel cu mânerul realizează comanda dispozitivului de blocare a peretelui basculant al cupei în vederea executarii descărcării pământului din cupă.
Fig.6.6. Cupa excavatorului şi rola mobilă a palanului de ridicare a cupei- montată articulat pe cupă Dupǎ bascularea peretelui inferior al cupei, are loc descărcarea materialului din cupă sub acţiunea greutăţii proprii (fig.6.7).
Fig.6.7. Descărcarea materialului din cupă sub acţiunea greutăţii proprii
În figura 6.8 se indică schema cinematică a unui excavator la care acţionarea tuturor mecanismelor se face de către motorul diesel prin transmisii mecanice. În prezent această schemă este rar folosită datorită complexităţii sale şi predomină sistemul de acţionare cu motoare electrice separate pentru fiecare mecanism, exemplificat în figura 6.9. Motorul electric principal este alimentat de la reţeaua electrică de curent alternativ şi antrenează mai multe generatoare electrice de curent continuu, care alimentează motoarele electrice ale mecanismelor excavatorului. Se poate utiliza acest sistem de acţionare deoarece, în prezent, excavatoarele mecanice se folosesc în principal în cariere, unde există posibilitatea alimentării de la reţeaua electrică. Un astfel de excavator de mare capacitate cu acţionare electrică este indicat în figura 6.10.
Fig.6.8. Schema cinematică a unui excavator cu transmisie mecanică acţionat de motor unic 1 – motor ; 2 –transmisie; 3 – ambreiaj hidraulic; 4 – troliu pentru manevrarea braţului; 5 – inversorul de sens (cu angrenaje) pentru rotire şi deplasare; 6 – troliul principal cu două tobe pentru ridicarea cupei şi împingerea mânerului; 7 – troliul pentru bascularea peretelui cupei; 8 – sistem de distribuţie a mişcării (rotire sau deplasare); 9 – arborele vertical al mecanismului de deplasare; 10 – mecanism de rotire a platformei excavatorului cu rulment şi angrenaj pinion-coroană dinţată; 11-15 – transmisia mecanismului de deplasare.
Fig. 6.9. Sistemul de acţionare cu motoare electrice separate pentru fiecare mecanism 1-mecanism de deschidere a cupei; 2-mecanism de împingere a mânerului cu cabluri acţionat de motor electric; 3- dulap cu aparataj electric; 4- mecanisme de rotire acţionate de motoare electrice; 5-grup auxiliar motor electric-generator electric; 6-troliul mecanismului de ridicare a cupei acţionat de motoare electrice; 7- generator de curent continuu pentru troliul de ridicare a cupei; 8- motor electric de curent alternativ alimentat de la reţea; 9- camera cu echipament electric; 10- colector de curent pentru alimentarea motoarelor de deplasare aflate pe partea nerotitoare a maşinii; 11- celulă de distribuţie a tensiunii; 12- grup de sudură; 13- accesul pe platformă; 14- generator de curent continuu pentru motoarele de rotire şi motorul şenilei din dreapta; 15- generator de curent continuu pentru motorul mecanismului de împingere a mânerului şi motorul şenilei din stânga.
Fig.6.10. Excavator de mare capacitate cu acţionare electric
6.3.2. Excavator cu draglină În figura 6.11 se prezintă schema şi principalele părţi componente ale unui excavator cu draglină. Draglina se caracterizează printr-o fixare flexibilă a cupei la braţ prin intermediul unui sistem de cabluri şi lanţuri, care servesc şi la manevrarea cupei. Draglina are avantajul realizării unor raze de acţiune şi a unor adâncimi de săpare mai mari ca excavatorul cu cupă dreaptă şi inversă. Înfigerea cupei în pământ se realizează sub acţiunea greutăţii cupei, iar săparea se realizează prin tragerea cupei, astfel că draglina se utilizează doar la săparea în pământuri slabe şi mai ales la extragerea balastului din albia râurilor. Datorită construcţiei cupei (fig.6.12) şi manevrării acesteia cu cabluri şi lanturi, draglina poate săpa şi sub nivelul apei. Ciclul de lucru al draglinei cuprinde următoarele faze (fig.6.11): -săparea pământului prin tragerea cupei şi umplerea cupei cu pământ din poziţia poziţia I în poziţia II; -scoaterea cupei din pământ prin acţionarea cablului de ridicare a cupei (poziţia III); -ridicarea cupei din poziţia III în poziţia IV cu ajutorul cabului de ridicare, cu desfăşurarea frânată a cablului de tragere de pe toba de tragere;
-rotirea platformei cu cupa plină; -descărcarea cupei prin basculare ca urmare a defrânării cablului de tragere; -rotirea platformei cu cupa goală; -căderea cupei prin desfăşurarea de pe tobă a cablului de ridicare (poziţia V), încheiată prin înfigerea muchiei tăietoare a cupei în pământ.
Fig.6.11. Excavator cu draglină 1 – maşină de bază pe şenile cu platformă rotitoare; 2 – braţ; 3 – cupă; 4 – cablu de tragere a cupei; 5 – lanţuri de tragere; 6 – lanţuri de ridicare; 7 – cablu de echilibrare; 8 – cablu de ridicare a cupei; 9 – dispozitiv de ghidare a cablului de tragere; 10 – troliul principal cu două tobe (toba de tragere şi toba de ridicare a cupei);11 – cablu pentru manevrarea braţului;12 – rola de echilibrare; I – V poziţii ale cupei în timpul ciclului de lucru.
Fig.6.12. Cupa draglinei În figura 6.13 se prezintă cupa plină cu pământ, care se menţine în echilibru sub acţiunea forţelor din cablul de ridicare şi din cablul de tragere, care este frânat.
Fig.1.13. Cupa draglinei plină cu pământ menţinutǎ în echilibru
La defrânarea (slăbirea) cablului de tragere se realizează bascularea cupei şi descărcarea pământului din cupă. Descărcarea se poate realiza într-un mijloc de transport (fig.6.14) sau în grămadă (fig.6.15).
Fig 6.14. Descǎrcarea în autobasculantǎ
Fig. 6.15. Descǎrcarea în grǎmadǎ
Pentru acţionarea excavatorului cu draglină se foloseşte de regulă sistemul diesel-hidraulic, cu motor diesel ce pune în mişcare mai multe pompe hidraulice, iar acestea alimentează motoarele hidraulice rotative ale mecanismelor de deplasare şi rotire, precum şi motoarele hidraulice rotative pentru acţionarea troliilor draglinei.
Fig.6.16. Extragerea balastului din albiile rǎurilor cu ajutorul draglinei Excavatorul cu draglină se utilizează frecvent în balastiere la extragerea balastului din albiile râurilor (fig.6.16).
6.4. Excavatoare hidraulice La excavatoarele hidraulice echipamentul de lucru este acţionat cu ajutorul unor cilindri hidraulici. După construcţia echipamentului de lucru, sunt următoarele tipuri de excavatoare hidraulice: -
excavatoare hidraulice cu cupă inversă; excavatoare hidraulice cu cupă dreaptă; excavatoare hidraulice cu braţ telescopic.
6.4.1. Excavatoare hidraulice cu cupă inversă Aceste excavatoare sapă de regulă sub nivelul de sprijin al maşinii de bază, prin deplasarea cupei spre maşina de bază. Schema şi părţile componente ale excavatorului cu cupă inversă sunt date în figura 6.17.
Fig.6.17. Excavator hidraulic cu cupă inversă 1 – sistem de deplasare; 2 – platformă rotitoare; 3 – braţ; 4 – mâner; 5 – cupă; 6 – mecanism manevrare braţ; 7 - mecanism manevrare mâner; 8 - mecanism manevrare cupă.
Săparea se execută de regulă prin bascularea ansamblului mâner-cupă faţă de articulaţia braţ-mâner cu ajutorul cilindrului 7 pentru manevrarea mânerului. În pământuri slabe, săparea se poate realiza prin acţionarea cupei cu ajutorul cilindrului 9 prin intermediul unor bare articulate, care asigură creşterea unghiului de basculare a cupei. Descărcarea materialului din cupă se realizează prin bascularea cupei.
Fig. 6.18. Excavator hidraulic cu cupă inversă în timpul săpării
În figura 6.18 se prezintă un excavator hidraulic cu cupă inversă în timpul săpării, cu sistem de deplasare pe şenile şi cu braţul construcţie monobloc. Excavatorul din figura 6.19, aflat tot în timpul săpării, are braţul format din două tronsoane articulate, fiecare tronson fiind manevrat separat cu cilindri hidraulici, ceea ce asigură următoarele avantaje: parametri de săpare superiori, înălţime mai redusă în timpul transportului, stabilitate mai bună în timpul deplasării.
Fig. 6.19. Excavator aflat în timpul săpării - braţul din două tronsoane articulate, manevrabile independent cu cilindri hidraulici
Fig.6.20. Excavator pe pneuri - braţ ridicat la înălţimea maximă, cupa plină cu pământ, poziţia premergǎtoare descărcǎrii
În figura 6.20 se prezintă un excavator pe pneuri cu braţul ridicat la înălţimea maximă, cupa plină cu pământ fiind în poziţia înainte de descărcare. Pentru asigurarea stabilităţii şi protejarea pneurilor se introduce o lamă de calare sau calaje basculante. Descărcarea pământului se realizează prin bascularea cupei, ori în mijloace de transport (fig. 6.21), ori în grămadă (fig. 6.22).
Fig.6.21. Descǎrcare în autobasculantǎ
Fig.6.22. Descǎrcare în grǎmadǎ
În figura 6.23 se indică parametrii de săpare (adâncimea maximă de săpare, raza maximă, înălţimea maximă de ridicare a cupei, înălţimea de descărcare) pentru un excavator cu cupă inversă. S-au trasat mai multe diagrame pentru diferite lungimi de mâner şi de braţ, care se montează pe aceeaşi maşină de bază. Mecanismul de rotire a platformei excavatorului (fig. 6.24) este format din motor hidraulic, frână normal închisă, reductor, pinion, montate pe partea rotitoare, precum şi coroana dinţată montată pe inelul nerotitor al rulmentului de sprijin al platformei. Pe platforma rotitoare se mai află şi motorul diesel, grupul de pompe, aparatajul hidraulic, cabina cu sistemul de comandă şi control, echipamentul de lucru format din braţ, mâner şi cupă. Pe lângă excavatoarele de capacitate mare şi medie, o largă utilizare au căpătat şi excavatoarele hidraulice de mică capacitate (miniexcavatoare), care asigură importante avantaje pentru lucrări de volum mic , în spaţii înguste (fig.6.25).
Fig. 6.23. Excavator cu cupă inversă - diagramǎ parametrii de săpare (adâncimea maximă de săpare, raza maximă, înălţimea maximă de ridicare a cupei, înălţimea de descărcare) pentru un
Fig. 6.24. Mecanismul de rotire a platformei excavatorului
Fig. 6.25. Excavator hidraulic de mică capacitate Miniexcavatoarele sunt prevăzute cu un mecanism de rotire suplimentar, care permite rotirea braţului faţă de platforma rotitoare, asigurând posibilitatea de săpare în imediata apropiere a construcţiilor (fig. 6.26).
Fig.6.26. Miniexcavator ce sapǎ lângǎ un zid De asemenea se manifestă tendinţa echipării excavatoarelor cu diferite organe de lucru, mai ales la excavatoarele de mică capacitate: cupe de diferite dimensiuni (fig.6.27 a,b) ciocan hidraulic (fig. 6.27 c), echipament pentru lucrări de demolare a construcţiilor (fig.6.27 d), burghiu pentru
forarea găurilor în pământ (fig.6.27 e) şi altele. În figura 6.28 se prezintă un miniexcavator care execută lucrări de demolare în interiorul unei clădiri. Excavatorul devine astfel o maşină multifuncţională, care poate realiza şi alte lucrări în afară de săparea pământului, inclusiv manipularea unor materiale pe şantier (fig.6.29).
a
b
d
e
Fig.6.27. Organe de lucru în echiparea excavatoarelor c
a,b- cupe; c-ciocan hidraulc; d-echipament pt. lucrǎri de demolare; e-burghiu pt. foraje
Fig.6.28. Miniexcavator-execută demolare
Fig.6.29. Miniexcavator- manipulare materiale
O largă răspândire a căpătat în ultimii ani încărcătorul-excavator (buldoexcavatorul), prevăzut atât cu echipament de încărcător (buldozer) în partea din faţă a maşinii de bază, cât şi cu echipament de excavator cu cupă inversă în partea din spate (fig.6.30). Pentru condiţii speciale de lucru s-au realizat excavatoare speciale, ca de exemplu din figura 6.31, care se poate utiliza la săparea pe teren accidentat.
Fig.6.30 Excavator - cupă inversă în spate
Fig.6.31 Excavator - deplasare prin păşire
6.4.2. Excavatoare hidraulice cu cupă dreaptă Aceste excavatoare sapă de regulă deasupra nivelului de sprijin al maşinii de bază, prin depărtarea cupei faţă de maşina de bază. Schema şi părţile componente ale excavatorului cu cupă dreaptă sunt date în figura 6.32.
Fig.6.32. Excavator hidraulic cu cupă dreaptă 1 - sistem de deplasare; 2 – platformă rotitoare; 3 – braţ; 4 – mâner; 5 – cupă (realizată din două părţi articulate); 6 – cilindri manevrare braţ; 7 – cilindru manevrare mâner; 8 – cilindru manevrare cupă.
Specific acestor excavatoare este faptul că descărcarea cupei se realizează prin deschiderea acesteia, basculându-se partea din faţă a cupei în raport cu peretele posterior al cupei cu ajutorul a doi cilindri hidraulici montaţi pe peretele posterior. În figura 6.33 se indică părţile componente ale unui excavator hidraulic cu cupă dreaptă, iar în figura 6.34 un exemplu de diagramă de săpare.
Fig.6.33 . Excavator hidraulic –pǎrţi componente
1- braţ; 2 – mâner; 3- cupă cu descărcare prin deschidere;4 – cilindri pentru manevrarea cupei; 5 – motoare hidraulice rotative pentru acţionarea şenilelor; 6 –platforma rotitoare cu urechi pentru articulaţia braţului şi a cilindrilor braţului; 7 –roata motoare a şenilelor; 8 – rulment cu coroană dinţată cu dantură interioară; 9- motorul hidraulic rotativ al mecanismului de rotire; 10 – şenile; 11 – cadrul şenilelor; 12 – răcitor de ulei; 13- motor diesel; 14- pompe hidraulice antrenate de motorul diesel; 15 – cabină cu sistem de comandă şi aparate de control; 16- cilindri manevrare braţ; 17 – cilindru manevrare mâner; 18 – aparataj hidraulic montat pe platforma rotitoare.
Fig.6.34. Diagrama de sǎpare
Faza de descărcare a cupei este dată în figura 6.35, iar din figura 6.36 rezultă construcţia cupei.
Fig.6.35. Descărcarea cupei
Fig.6.36. Construcţia cupei
Excavatoarele hidraulice cu cupa dreaptă se utilizează mai ales la capacităţi mari, în cariere, pentru preluarea şi încărcarea materialului în mijloace de transport.
6.4.3. Excavatoare cu braţ telescopic
Excavatoarele cu braţ telescopic se folosesc pentru lucrări de finisare a săpăturii, asigurând o mişcare de translaţie a cupei prin telescoparea braţului şi având şi posibilitatea rotirii cupei în jurul axului braţului. Schema şi diagrama de săpare a unui astfel de excavator se indică în figura 6.37.
Fig. 6.37 Excavator cu braţ telescopic - schema şi diagrama de săpare La unele variante tronsonul mobil al braţului împreună cu cupa se pot roti în jurul axului braţului (fig. 6.38), dar la majoritatea excavatoarelor cu braţ telescopic se poate roti numai cupa în raport cu axa braţului (fig.6.39), pe lângă mişcarea de basculare a cupei, caracteristică tuturor excavatoarelor hidraulice.
Fig. 6.38- Rotire braţ+cupǎ
Fig. 6.39. Rotire relativǎ cupǎ faţǎ de braţ
6.5. Excavatoare cu acţiune continuă Excavatoarele cu acţiune continuă sunt maşini de săpat care realizează săparea, ridicarea şi descărcarea pământului în mod continuu. Dupa modul de săpare se clasifică astfel:
a) Excavatoare cu săpare transversală, la care echipamentul de lucru cu lanţ portcupe este amplasat perpendicular pe direcţia de deplasare a maşinii. Se utilizează la săparea taluzelor, extragerea materialului în cariere, extragerea argilei în depozitele fabricilor de cărămizi. b) Excavatoare cu săpare longitudinală la care echipamentul de lucru este amplasat în planul longitudinal de simetrie al maşinii. Se utilizează la săparea şanţurilor, a canalelor de irigaţii. c) Excavatoare cu săpare radială la care săparea se execută prin rotirea unei roţi portcupe simultan cu rotirea întregului echipament în plan orizontal cu turaţie foarte mică. Se utilizează la extragerea materialului în cariere.
6.5.1. Excavatoare cu săpare longitudinală (săpătoare de şanţuri) După construcţia echipamentului de lucru, excavatoarele cu săpare longitudinală se clasifică astfel: -excavatoare cu braţ şi lanţ cu variantele: -lanţ portcupe -lanţ cu cuţite plane şi racleţi -lanţ cu cuţite curbe -lanţ cu dinţi sau cu plăci prevăzute cu dinţi -excavatoare cu roată portcupe După sistemul de descărcare a pământului se clasifică astfel: -descărcare cu transportor cu bandă -descărcare cu transportor elicoidal Pe lângă săparea şanţurilor unele excavatoare cu săpare longitudinală pot realiza şi instalarea conductelor flexibile sau a cablurilor în pământ.
Săpătoare de şanţuri cu lanţ portcupe
În figura 6.40 se prezintă schema săpătorului de şanţuri cu lanţ portcupe. Săparea se realizează prin acţionarea lanţului cu cupe simultan cu deplasarea maşinii cu viteză foarte mică. Pământul tăiat de cupele 4 se încarcă în cupe, este ridicat şi se descarcă din cupe pe transportorul cu bandă 9, în poziţia în care cupele trec peste roţile de lanţ motoare 5. Pământul este descărcat lateral de către transportor, formându-se o prismă de pământ de-a-lungul şanţului. Reglarea adâncimii şanţului şi trecerea echipamentului din poziţia de săpare în poziţia de transport se realizează cu ajutorul cilindrilor hidraulici 8, care asigură bascularea braţului în jurul articulaţiei braţului la şasiu. În figura 6.41-a se indică o vedere laterală a unui săpător de şanţuri cu lanţ portcupe, iar în figura 6.41-b o vedere din spate. Cupele se fixează între cele două lanţuri.
Fig.6.40. Excavator cu săpare longitudinală cu lanţuri portcupe 1- masină de bază pe şenile; 2 – braţ; 3 – lanţuri portcupe; 4 – cupe; 5 - mecanism actionare lanţ; 6 – roţi de întindere; 7 – roţi de sprijin; 8 – mecanism manevrare braţ;9 – transportor cu bandă; v l – viteza lanţului; v d – viteza de deplasare a maşinii (v d<
a. vedere lateralǎ
Fig. 6.41. Sǎpǎtor de şanţuri cu lanţ port-cupe
b. vedere din spate
Săpătoare de şanţuri cu lanţ port-cuţite
În locul echipamentelor cu lanţuri portcupe, mai ales la lăţimi reduse ale şanţului se pot utiliza echipamente cu lanţ, cuţite şi racleţi ( fig.6.42). Echipamentul de lucru are un singur lanţ, pe care se fixează cuţitele şi racleţii: funcţia de tăiere este realizată de cuţite, iar cea de ridicare a pământului este îndeplinită de racleţi. În cazul utilizǎrii cuţitelor curbe, la viteze mari ale lanţului racleţii se pot elimina (fig.6.43), cuţitele curbe îndeplinind şi funcţia de tăiere şi cea de ridicare.
Fig. 6.42. Echipament cu lanţ, cuţite şi racleţi
Fig. 6.43. Echipament cu cuţite curbe
Fig.6.44. Excavator cu săpare longitudinală cu lanţ portcuţite: a)vedere de ansamblu; b)schema echipamentului de lucru (vedere de sus) 1-maşina de bază; 2 – cadrul echipamentului de lucru (braţ); 3 – mecanism manevrare braţ; 4 – lanţ; 5 – roată întindere lanţ; 6 – roată antrenare lanţ; 7 – cuţite; 8 – racleţi; 9- roată de lanţ pentru acţionarea transportorului; 10 – transportor elicoidal; 11 – role de sprijin a lanţului; 12 – echipament auxiliar (lamă de buldozer);13- mecanism de acţionare lanţ; O – articulaţia braţului; vl –viteza lanţului; v – viteza de deplasare a maşinii (v d << vl ) . d
În figura 6.44 se prezintǎ schema unui săpător de şanţuri cu cuţite şi racleţi şi principalele părţi componente ale echipamentului de lucru. Transportorul elicoidal pentru evacuarea laterală a pământului este antrenat chiar de către lanţ şi este montat pe braţ. Cuţitele sunt aşezate la diferite distanţe faţă de axa lanţului pentru a asigura tăierea pământului pe întreaga lăţime a şantului. În figura 6.45, 6.46 se prezintă săpătoare de şanţuri pe pneuri cu transportor elicodal amplasat în articulaţia bratului şi antrenat chiar de arborele mecanismului de acţionare a lanţului. În ultimii ani se manifestă tendinţa acţionării lanţului cu motor hidraulic rotativ ca în figura 6.46. Pentru asigurarea stabilităţii maşinii în poziţia de transport cilindrul de basculare a echipamentului trebuie să realizeze un unghi de basculare a braţului faţă de orizontală cât mai mare şi în partea din faţă a maşinii se amplasează un echipament auxiliar, de exemplu o lamă de buldozer (fig.6.45 şi 6.46), care se poate utiliza la astuparea şanţului cu pământ după instalarea cablurilor sau conductelor.
Fig.6.45. Săpător de şanţuri pe pneuri cu Fig.6.46. Săpător de şanţuri pe pneuri cu transportor elicodal transportor elicodal, motor hidraulic rotativ
Săpătoare de şanţuri cu lanţ cu dinţi
Pentru săparea şanţurilor în pământuri tari şi chiar în roci, se utilizează echipamente cu lanţ, pe care se montează dinţi la diferite distanţe fată de axa lanţului (fig.6.46).
Fig. 6.46.Săpător de şanţuri cu lanţ cu dinţi
La lăţimi mai mari ale şanţului, pe lanţuri se montează plăci prevăzute cu dinţi şi racleţi (fig.6.47).
Fig.6.47. Sǎpǎtor de şanţ cu plǎci prevǎzute cu dinţi şi racleţi
Săpătoare de şanţuri cu roată portcupe
Un alt tip de echipament pentru săparea şanţurilor este echipamentul cu roată portcupe cu variantele roată în consolă şi roată sprijinită. În figura 6.48 se prezintă schema săpătorului de şanţuri cu roată sprijinită. Săparea se realizează prin rotirea roţii cu cupe şi deplasarea maşinii cu viteză redusă. Rotirea roţii se face cu un angrenaj special rezistent la uzură, coroana dinţată fiind fixată chiar pe roată. Manevrarea roţii pe verticală se realizează cu ajutorul unui mecanism cu cilindri hidraulici şi lanţuri.
Fig.6.48. Excavator cu săpare longitudinală cu roată port-cupe 1 – maşină de bază; 2 – roată port-cupe; 3 – cupe; 4 – cadru de sprijin; 5 – role de sprijin; 6 – role de ghidare; 7 – ghidaje montate pe maşina de bază; 8 – lanţ pentru ridicarea echipamentului; 9 –cilindrul mecanismului de manevrare a roţii; 10 – nivelator; 11 – transportor cu bandă; 12 – mecanism de acţionare a roţii (cu pinion şi coroană dinţată montată pe roata portcupe); 13 – roată de sprijin; 14 – mecanism de ridicare a părţii din spate a echipamentului de lucru.
Varianta cu roată în consolă (fig.6.49) are manevrabilitate mai mare, dar trebuie luate măsuri pentru asigurarea stabilitǎţii maşinii în poziţia de transport. Se pot săpa şi şanţuri cu profil trapezoidal cu ajutorul unor cuţite înclinate aşezate în spatele roţii (fig.6.50). De asemenea în spatele roţii se montează un nivelator, care realizează curăţarea părţii inferioare a şanţului de pământ.
Fig. 6.49. Excavator cu săpare longitudinală cu roată port-cupe în consolǎ
Fig. 6.50. Excavator cu săpare longitudinală cu roată portcupe şi cuţite înclinate poziţionate în avansul roţii
6.5.2. Excavatoare cu mai multe cupe cu săpare transversală
Fig. 6.51. Excavator cu mai multe cupe cu sapare transversală
6.5.3. Excavatoare cu mai multe cupe cu săpare radială
Fig. 6.52. Excavator cu mai multe cupe cu sapare radială
6.6.
Productivitatea excavatoarelor cu o singurǎ cupǎ
În cazul MC se definesc trei tipuri de productivitǎţi: -
productivitatea teoreticǎ (Pt) = realizabilǎ în condiţii ideale (maşina lucreazǎ la capacitate nominal a OL, neîntrerupt, pe toatǎ durata schimbului de lucru
-
productivitatea tehnicǎ (P) = se realizeazǎ în cazul lucrului neîntrerupt, la capacitate efectivǎ, în condiţii de lucru, cu materialul real
-
productivitatea de exploatare (Pe) = ia în calcul şi întreruperile funcţionale de naturǎ organizatoricǎ şi a celor de naturǎ tehnologicǎ
Productivitatea de exploatare a excavatoarelor cu o singurǎ cupǎ= volumul cavitǎţii realizate prin sǎpare: [m3/s]
(6.1)
unde q este capacitatea cupei, în m3; T –durata unui ciclu complet, în s; k u –coeficient de umplere a cupei; k a – coeficient de afanare a materialului; k t – coeficient de utilizare în timp a excavatorului Dacǎ în relaţia 6.1 se considerǎ:
k t= 1 (utilizare a
utilajului fǎrǎ întrerupere) atunci se obţine productivitatea tehnicǎ:
P t= P k t
dacǎ se considerǎ k a =1 (material ideal) şi k u =1 (umplere completǎ a cupei), atunci se obţine productivitatea teoreticǎ: P=P t k u /k a
Coeficientul k u depinde de natura şi starea materialului: k u<1 materiale umede, lipicioase, cu
umplere dificilǎ şi descǎrcare incompletǎ
k u>1celelalte material
Coeficientul k t depinde de condiţiile de lucru; reflectǎ întreruperile pt. operaţiile de întreţinere, dar şi cele de naturǎ organizatoricǎ (trebuie asigurat un nr. suficient de mijloace de transport în timpul operaţiei tehnologice de sǎpare astfel încât excavatorul sǎ nu prezinte timpi morţi): k t =0,75…0,95
Coeficientul k a este raportul dintre volumul ecavaţiei existent în cupa excavatorului şi volumul aceleiaşi cantitǎţi de material aflat în stare naturalǎ: k a=V a /V n
6.7.
Corelarea numǎrului mijloacelor de transport cu capacitatea excavatorului
În cazul transportului cu autobasculante, capacitatea benei acestora trebuie sǎ fie cel puţin dublǎ faţǎ de capacitatea cupei excavatorului respectiv (varianta optimǎ a capacitǎţii benei ar fi de 2…3 ori volumul cupei din motiv de protejare a suspensiilor autobasculantelor). Cunoscând distamţa de transport a excavaţiei şi durata ciclului de lucru a excavatorului, se poate determina nr. de autobasculante necesar asigurǎrii funcţionǎrii excavatorului fǎrǎ timpi morţi pe durata ciclului de lucru. Numǎrul de cupe necesar umplerii benei: (6.2) unde Q este capacitatea benei autobasculantei. Durata încǎrcǎrii unei autobasculante este : t î = nc T
unde T este durata ciclului de lucru al excavatorului. Numǎrul necesar de autobasculante pentru durata de transport totalǎ t t a unei autobasculante (dus-întors): (6.3) Durata totalǎ de transport se poate determina cunoscând distanţa de transport - punct de lucru-punct descǎrcare şi retur, durata manevrelor efectuate pentru poziţionare la punctele de încǎrcare-descǎrcare. În figura 6.53 se prezintǎ o varianta idealǎ de evitare a manevrelor suplimentare la pct. de lucru. 5
1
6
2
3
4
