От чего зависит? Объем ковша экскаватора определяется его шириной, высотой и длиной. Чем выше эти размеры, тем большую массу материала он может перемещать.
Что учесть? Вид экскаватора также влияет на этот параметр. На стройплощадке применяют стандартные небольшие, а в горнодобывающей промышленности их размеры намного больше. Также есть самоходные машины сразу с двумя ковшами.
В этой статье:
Особенности экскаватора
Экскаваторы – это самая привычная землеройная техника, которую можно заметить на объектах с самого начала строительства. Название рассматриваемой машины происходит от латинского слова excavo, что означает «долблю, вынимаю». Ковшами производится разработка грунта, погрузка его в самосвалы и даже планировка местности.
Экскаваторы могут быть как на гусеничном, так и на колесном (шагающем) ходу, при этом «башня» – верхняя часть-основание, к которой крепится стрела ковша, – вращается на 360°, что дает возможность осуществлять копательные операции в радиусе, соответствующем длине стрелы, без необходимости перемещать ходовую часть.
Итак, экскавация и погрузка изымаемого сыпучего грунта может производиться без перемещения самой машины в течение рабочего цикла. А последний включает в себя:
- копание;
- подъем;
- поворот;
- разгрузку материала.
Кроме того, данная техника может использоваться и в качестве подъемного оборудования.
Чаще всего экскаваторы используются в строительстве и горнодобыче для разработки открытых карьеров или разрезов. При этом не нужно думать, что сама идея механизации экскавации отличается новизной – еще древние римляне старались повысить производительность труда при копке грунта во время возведения дорог и при строительстве других капитальных сооружений, применяя весьма примитивные механические приспособления. Современные же выемочно-погрузочные машины весьма разнообразны и имеют свои технические особенности.
Виды экскаваторов
По своему функциональному назначению экскаваторы предназначены для применения в конкретных эксплуатационных условиях. Выделяются следующие их разновидности:
Универсальные
Это среднегабаритная техника, которая чаще всего применяется на строительных объектах. Отличительными чертами таких машин являются маневренность и весьма высокая производительность.
Шахтные
Основная особенность шахтных экскаваторов заключается в габаритных размерах – они очень небольшие. Это необходимо для того, чтобы машина могла перемещаться в замкнутых пространствах горных выработок (в шахтах).
Карьерные
Подобная техника может быть сколь угодно большой. Но общий принцип здесь соответствует эффекту экономии на масштабе – чем более емкий у экскаватора ковш, чем быстрее осуществляются все погрузочные манипуляции, тем в итоге дешевле оказывается каждый кубометр извлекаемой породы.
Виды экскаваторов
В зависимости от типа ходовой части экскаватор может работать в различных условиях. Здесь выделяют следующие модели:
- Гусеничные. Бездорожье такой технике не помеха – это факт. Как следствие, экскаватор может работать и в болотистых торфяниках, и на дерново-подзолистых рыхлых лесных грунтах, и вообще везде.
- Колесные. Подобные машины обычно используются в тех случаях, когда предполагается работа в условиях наличия относительно неплохих дорог. При этом копать обычно нужно в разных частях строительного объекта. Колеса экскаваторов оснащены шинами, которые не повреждают асфальтового покрытия и не издают никакого дополнительного шума.
От принципа работы экскаватора зависит его производительность. И здесь выделяют следующие виды техники:
- Машины циклического воздействия. Ковш в данном случае, как правило, один, а цикл выглядит примерно следующим образом: зачерпнул (набрал) грунт – перенес – высыпал.
- Экскаваторы непрерывного действия. Ковшей здесь несколько (что позволяет суммировать их объем), и все они «насажены» на вращающееся рабочее колесо, за счет работы которого и осуществляется выемка грунта/породы.
Виды ковшей для экскаваторов
Конструкции ковшей зависят от того, какой материал требуется вынимать и грузить. По данному критерию выделяют три их разновидности:
Стандартные
Предназначены для работы с землей, песком, глиной и сланцем. Такие ковши производят из стали марок 09Г2С, 10ХСНД, Hardox (последняя особенно эффективна, если требуется придать изделиям стойкость к износу на боковых кромках и между коронками).
Усиленные
Здесь применяются специальные накладки для усиления тех или иных зон и элементов ковша. Сами накладки изготавливаются из износостойких сортов стали. В итоге приспособления могут быть предназначены для грунтов сразу нескольких категорий сложности (по показателю плотности – от 1 800 кг/м³).
Скальные
Такие породы камня отличаются самой высокой плотностью – от 2 200 кг/м³, а потому ковш здесь работает уже даже не на износ, а испытывает перманентные ударные нагрузки. В зависимости от интенсивности последних скальная порода подразделяется на:
- стандартные почвы 1-й и 2-й категорий;
- усиленные грунты 3-й категории;
- сверхусиленные породы (гранит, базальт, доломиты).
Виды ковшей для экскаваторов
Для производства подобных ковшей применяют сталь следующих типов: 09Г2С, 10ХСНД, НТ 360, НB 400, НB 450, НB 500. При этом материал изделий для выемки грунта не является гомогенным: каждый узел отличается собственной футеровкой, толщиной и конструкцией защитного компонента.
Конструкции ковшей на экскаваторе
Моделей ковшей разработано множество. У всех варьируется ширина, расположение и число зубьев.
Выделяют следующие разновидности экскаваторных чаш:
Стандартные
Они используются для проведения работы с обычными грунтами. Данные ковши могут быть как маленькими, так и просто огромными, однако каждый такой элемент обладает боковинами, днищем и задней стенкой.
Самый передний край днища (оснащенный зубьями со сменными коронками) называется режущей кромкой. Чаша прикрепляется к управляемой стреле с помощью петель, шпилек и проушин. Для того чтобы в особо уязвимых местах не наблюдалось перетирания стальных элементов, на них устанавливаются износостойкие металлические накладки (футеровки). Вообще, это довольно распространенные элементы практически на любой модели экскаваторного ковша.
Траншейный
Такой копательный элемент отличается своей относительной узостью – это позволяет выкапывать в земле траншеи заданной ширины и при этом не приходится выбирать лишний грунт. Чем более узким является ковш, тем аккуратнее получается выкопать ров, не повреждая расположенных рядом покрытий и объектов (например, дорожного полотна при прокладке труб).
Профильный
Это одна из разновидностей траншейной чаши. Такой элемент тоже достаточно узкий, однако расширяется кверху. Получается своеобразный ковш-лопата – им весьма удобно формировать дренажные канавы, стены которых не будут осыпаться.
Конструкции ковшей на экскаваторе
Дробильные
Данные чаши созданы для того, чтобы измельчать твердый, комковатый грунт. Для дробления используется энергия, создаваемая гидросистемой. Кроме непосредственно породы, дроблению подвергаются, например, элементы бетонных изделий. Разрушенные отходы сразу же грузятся в самосвал.
Планировочный
С его помощью осуществляется как выравнивание поверхности участка, так и создание усложненных ландшафтов. У подобных ковшей присутствует характерный признак – у них нет зубьев.
Рыхлитель
Такими чашами выбирают промерзший грунт, отличающийся высокой плотностью. Они усилены боковыми ребрами, оснащены футеровкой и имеют на зубьях коронки с высокой износостойкостью.
Зачистные
Данные ковши полностью оправдывают свое название, так как используются для очистки водоемов от всевозможных посторонних донных отложений. В чашах предусмотрено множество отверстий для слива воды.
Решетчатые
По-другому их еще называют «скелетными». Конструкционно они представляют собой решетки, задерживающие лишь крупные элементы выбираемой породы. Таким образом, на этапе выкапывания грунта сразу же происходит его просеивание.
Одноковшовые и многоковшовые экскаваторы
Одноковшовый экскаватор представляет собой, по сути, самоходную выемочно-погрузочную технику циклического действия. Основным функционалом машины является выборка грунта (породы), транспортировка его на как можно меньшее расстояние (в идеале – на минимальный градус поворота башни) и укладка в определенное место или же загрузка в кузов авто.
Рабочая часть одноковшового экскаватора – ковш максимально возможного объема с зубьями. Данный элемент может отличаться по своим параметрам кубического объема в зависимости от типа, вида и модели. Чаша может быть установлен на стреле, рукояти или канатах. Загрузка ее производится путем перемещения по земле и выемки грунта.
В то же время корпус машины остается неподвижным по отношению к поверхности земли во время выкапывания и выполнения других операций основного рабочего цикла. Тяговое усилие создается механизмами экскаватора, а операция копания выполняется ниже уровня земли. Это отличает его от скрепера и фронтального погрузчика, где усилие для загрузки полезного объемаковша создается перемещением корпуса самого механизма.
Следует отметить, что самыми распространенными являются именно одноковшовые машины. Их используют и в строительстве, и в добыче полезных ископаемых.
Одноковшовые и многоковшовые экскаваторы
Многоковшовый экскаватор – это механизм непрерывного действия сразу с несколькими чашами. Они крепятся на бесконечной цепи, ленте или роторе. Для процесса копания ковши перемещаются относительно корпуса машины.
По сравнению с обычными экскаваторами, многоковшовая землеройная техника имеет намного более высокую производительность, но она менее универсальна, в частности, подобные механизмы используются для:
- земляных работ в дорожном, мелиоративном и гидротехническом строительстве;
- прокладки трубопроводов и кабельных линий;
- создания окопов в военных целях;
- добычи полезных ископаемых;
- дноуглубительных работ.
Основные технические характеристики ковшей экскаватора
Номинальный объем ковша экскаватора превышает геометрический примерно на 15–20 % (так как черпануть можно с горкой, то есть с превышением условной плоскости между режущей кромкой и задней стенкой чаши). Однако чтобы работы производились с наибольшей интенсивностью, для каждого типа грунта следует подбирать свою модель оснастки.
Как же измеряется объем ковша экскаватора?
Объем выкапываемых материалов зависит от коэффициента наполнения чаши. Приведем значения данного показателя в зависимости от типа грунта:
| Категория грунта | Условное обозначение | Коэффициент наполнения |
| I | Супесчаный грунт | 0,95–1,02 |
| I | Торф и растительный грунт | 1,15–1,23 |
| II | Средний суглинок | 1,05–1,12 |
| III | Тяжелый суглинок | 1,00–1,18 |
| IV | Тяжелая глина | 1,30–1,42 |
| V-VI | Плохо взорванная скальная порода | 0,75–0,9 |
Главные технические характеристики ковшей:
- Масса чаши – от 90 кг до 2 т.
- Ширина – от 300 мм до 2 500 мм.
- Объем – от 0,07 м3 до 2,5 м3.
- Количество зубьев – от 2 до 7 шт.
Вычисление объема ковша экскаватора
Итак, как же теперь определить объем ковша экскаватора?
Номинальный объем чаши = объем «горки» (излишней массы, «привеска» или «кабанчика») + нормативная вместительность ковша.
А вот как следует считать каждое из слагаемых объема ковша экскаватора:
- нормативная вместительность чаши = площадь трапеции продольного сечения ковша × ширина ковша;
- объем «горки» = площадь сечения треугольника «горки» × ширина ковша.
Однако площадь треугольника можно вычислить, лишь располагая информацией о значении угла естественного откоса между свободной плоскостью сыпучего материала и горизонтом.
Вычисление объема ковша экскаватора
Как рассчитать объем ковша экскаватора в данном случае?
В таблице, приведенной ниже, указаны углы естественного откоса в зависимости от качественных характеристик разрабатываемой породы (грунта):
| Грунт (порода) | Мокрый материал, % (tg угла) | Влажный материал, % (tg угла) |
| Мелкий песок | 15–20 | 30–35 |
| Средний песок | 25 | 35 |
| Крупный песок | 25–27 | 32–40 |
| Растительный грунт | 25 | 35 |
| Торф | 15 | 25 |
| Суглинок | 25–30 | 35–40 |
| Глина | 12–20 | 35 |
| Гравий | 30 | 35 |
Ну, и, конечно же, выбор оптимального ковша требует учета мощностных и прочих характеристик самого экскаватора. Требование высокой производительности вынуждает инженеров создавать все более узкоспециализированные машины, предназначенные для ведения тех или иных работ с грунтами/породами какого-то конкретного качества.
Пример: для разработки песчаных карьеров экскаваторы оснащаются ковшами как можно больших объемов (естественным ограничителем здесь является мощность силовой установки); причем при проведении горных разработок упор делается не на объем чаши, а на ее прочностные качества. Горную породу гораздо труднее «черпануть» – давить сильнее на нее иногда невозможно, так как техника может запросто перевернуться. А вот сделать упор на долговечность оснастки было бы очень даже разумно.
И, наконец, крайне важно при выборе ковша принимать во внимание место работы экскаватора и общую грузоподъемность, чтобы не «покушаться» на его устойчивость.
Часто задаваемые вопросы об объеме ковша экскаватора
Как выбрать оптимальную вместимость ковша?
Расчет выполнить довольно просто. Необходимо умножить номинальный объем рассматриваемого ковша на плотность разрабатываемой породы (грунта). Величина вместимости чаши зависит от объемной массы грунта и коэффициента наполнения полости:
Рекомендуется заранее производить расчет объема ковша экскаватора на планируемом объекте, чтобы получалось заполнять самосвалы за 4–6 циклов.
Какой самый большой объем чаши экскаватора?
ЭШ 100100 – отечественный рекордсмен, разработанный еще при советской власти. Его создателями в 1976 году стали инженеры предприятия «Уралмаш». Объем ковша данного карьерного экскаватора составлял порядка 100 м3 при длине стрелы в 100 м. Машина эксплуатировалась в течение 15 лет (в единственном экземпляре), после чего была утилизирована на металлолом.
Другой рекордсмен – Big Muskie – шагающий экскаватор-гигант, созданный во второй половине прошлого столетия американской фирмой «Bucyrus-Erie». Масса громадины достигала 13 тыс. тонн. Габариты: высота – почти 68 м, ширина – более 46 м, а длина – около 150 м.
Максимальный объем ковша экскаватора-драглайна составлял 168 м3 – в него могла запросто поместиться пара автобусов. Строился гигант 2 года, его итоговая стоимость превысила 25 млн. долларов. Колоссальные показатели производительности требовали и огромного количества энергии: Big Muskie потреблял столько же электричества, сколько хватило бы на 30 тысяч квартир! Эксплуатационный период исполина продолжался 30 лет, что позволило ему извлечь из недр более 20 миллионов тонн угля.
У какого экскаватора самое большое количество чаш?
Очевидно, что больше всего их у роторных машин. В частности, у движущейся карьерной машины Bagger 293, разработанной немецкой компанией «Takraf» в 1995 году. Техника была приспособлена для рытья тяжелых грунтов (в том числе скальной породы) при разработках разрезов бурых углей. На вращающемся роторе крепилось 18 чаш вместительностью 15 м3 каждая, что (как указывалось ранее) позволяло умножать объем одной на их количество. Это дает самый большой показатель объема условного ковша одного экскаватора в мире – 270 м3.
У какого экскаватора самое большое количество чаш?
Итак, ковши экскаваторов могут иметь самые разные формы и размеры, что непосредственно влияет на точность выполнения копательных работ, а также на общую производительность землеройной техники.
При выборе данной оснастки следует принимать во внимание различные факторы: необходимый объем, мощность двигателя машины, качество грунтов основания, на котором будет располагаться техника во время работы и даже бюджетные ограничения. Тщательный анализ всех указанных параметров позволит добиться максимальной производительности без какого-либо перерасхода ресурсов.
