Экскаватор: устройство, виды и подбор под задачу

Что такое экскаватор и из чего он состоит

Экскаватор - это землеройная машина, которая копает грунт ковшом и перемещает его в отвал или в кузов самосвала. Виды экскаваторов различают по четырём признакам: ходовая часть (гусеницы, колёса), привод (гидравлический, механический), рабочее оборудование (обратная лопата, прямая лопата, драглайн, грейфер) и масса. Дальше разберём каждый признак и покажем, как выбрать машину под конкретную работу.

Главные узлы: ходовая тележка (на ней вся машина), поворотная платформа с двигателем, насосами и кабиной, стрела с рукоятью и ковш. Платформа вращается на опорно-поворотном круге на 360 градусов, поэтому экскаватор копает и выгружает, не двигаясь с места. Гидроцилиндры поднимают стрелу, выдвигают рукоять и поворачивают ковш, ход и поворот приводят гидромоторы.

Гусеничные, колёсные и другие по ходовой части

Ходовая часть определяет, где машина работает и как её перевозят.

Гусеничные

Большая опорная площадь, низкое давление на грунт, высокая устойчивость и проходимость. Идеальны для котлованов, карьеров, болотистой и мягкой почвы. Минусы: невысокая скорость (несколько километров в час) и перевозка на тяжёлом трале. Асфальт гусеницы портят, если не использовать башмаки с резиновыми накладками.

Колёсные

Едут своим ходом по дорогам, подходят для города, коммуникаций, ремонта дорог. Для устойчивости при копке выставляют опоры (аутригеры) и иногда отвал. На рыхлом грунте и в грязи уступают гусеничным.

Мини-экскаваторы и экскаваторы-погрузчики

Мини-экскаватор (масса до 6 т, у разных производителей граница немного отличается) работает в стеснённых местах: во дворах, подвалах, траншеях под кабель и трубы. Бывают варианты с минимальным радиусом хвостовой части. Экскаватор-погрузчик - трактор с навесным ковшом-погрузчиком спереди и обратной лопатой сзади, универсал для малых объёмов копки и погрузки.

Другие варианты

Шагающие, на специальном автомобильном шасси, рельсовые (для карьеров и путевых работ), плавучие земснаряды. Такие машины встречаются реже и применяются для узких задач.

Привод: гидравлические, механические, электрические

Сегодня подавляющее большинство строительных экскаваторов - гидравлические: двигатель вращает насосы, гидроцилиндры и гидромоторы двигают рабочее оборудование. Механические (канатные) модели с лебёдками и тросами остались в основном в старом парке и на карьерных драглайнах. Мощные карьерные машины часто питаются электричеством от сети. Гидравлика даёт плавное управление и большое усилие на ковше.

Рабочее оборудование

От оборудования зависит, как и что копает машина.

• Обратная лопата - основной вариант на стройплощадках: копает траншеи и котлованы ниже уровня стоянки.
• Прямая лопата - копает от себя вверх: забои в карьерах и на горных работах.
• Драглайн - ковш на канате, большой вылет, работа с берега или со дна котлована.
• Грейфер - створчатый ковш, для узких глубоких шахт и погрузки сыпучих грузов.
• Планировщик (ковш без зубьев с широкой режущей кромкой) и гидромолот для работ по откосам и разрушению бетона и скалы.

Классы по массе и размеры ковша

Границы условные, у разных производителей они немного отличаются, точные цифры смотрите в паспорте модели. Среди известных марок - Hitachi, Komatsu, Volvo, Hyundai, JCB, Caterpillar, SANY, XCMG. Рядом с цифрой массы всегда смотрите мощность двигателя, глубину копания и усилие на ковше.

Как выбрать экскаватор под задачу

1. Определите объём работ в кубометрах и срок.
2. Узнайте тип грунта и глубину копания: проверьте, хватает ли глубины и вылета стрелы в паспорте.
3. Проверьте доступ: ширина проезда, дорожное покрытие, высота кабелей над головой.
4. Подберите ковш по ширине траншеи или по производительности.
5. Решите, как будете перевозить машину: на тяжёлых моделях понадобится трал и разрешения.

Производительность и расчёт числа машин

Эксплуатационную производительность считают по формуле: Пэ = 3600 x q x Kн x Kв / (Tц x Kр), м3/ч, где q - вместимость ковша в м3, Kн - коэффициент наполнения ковша, Kв - коэффициент использования времени, Tц - время цикла в секундах (копание, поворот, выгрузка, возврат), Kр - коэффициент разрыхления грунта.

Пример: q = 1,0 м3, Kн = 0,9, Kв = 0,8, Tц = 20 с, Kр = 1,2. Пэ = 3600 x 1,0 x 0,9 x 0,8 / (20 x 1,2) = 2592 / 24 = 108 м3/ч. За 8 часов получится около 860 м3 в плотном теле. Коэффициенты зависят от грунта и условий, поэтому берите их из нормативов и справочников, а не из головы.

Сколько самосвалов нужно для погрузки

Кузов 10 м3 (в разрыхлённом состоянии) заполняется ковшами: 10 / (1,0 x 0,9) = 11,1, то есть 11 ковшей. При цикле 20 с время погрузки одной машины 11 x 20 = 220 с, около 3,7 мин. Если рейс самосвала занимает 30 мин, нужно около 30 / 3,7 = 8 машин, чтобы экскаватор не простаивал. Подробные курсовые примеры: определение количества автомобилей, которое может обслужить экскаватор и определение количества экскаваторов в забое. Расход топлива рабочей техники и стоимость часа работы считают так же, как в статье про расход топлива, только по моточасам.

Ковши и безопасность

Ковши бывают траншейные (узкие, для кабеля и труб), универсальные, скальные (усиленные, с мощными зубьями) и планировочные (широкие, без зубьев). Быстросъёмная система позволяет менять навесное за пару минут. При работе не стойте в зоне поворота платформы и стрелы, не копайте под линиями электропередачи, укрепляйте стенки глубоких траншей. Управлять экскаватором может только оператор с удостоверением тракториста-машиниста нужной категории, актуальные правила проверяйте на сайте гостехнадзора. Схем управления две: ISO и SAE, они различаются раскладкой джойстиков, и проверять их нужно перед началом работы на незнакомой машине.