Гидравлическая схема экскаватора

Гидравлическая схема одноковшевого навесного экскаватора показана на рисунке.

Подобные экскаваторы устанавливаются на базе тракторов.

Жидкость от нерегулируемого насоса Н1 поступает к многозолотниковому распределителю Р1, который управляет гидроцилиндрами подъема и опускания стрелы, поворота ковша, поворота рукояти.

Гидрораспределитель Р2 управляет гидроцилиндрами подъема и опускания стрелы и поворота рабочего оборудования.

Как видно из гидравлической схемы экскаватора распределитель Р3 расположен последовательно, после гидрораспределителя Р2. Золотники Р3.1 и Р3.3 позволяют управлять гидроцилиндрами выносных платформ, золотник Р3.2 необходим для управления гидроцилиндром подъема-опускания отвала бульдозера, для регулировки скорости опускания отвала в гидросистеме установлен дроссель ДР1.

Распределители оснащены предохранительными клапанами, ограничивающими максимальное давление в системе.

Почему подъемом стрелы экскаватора можно управлять от двух распределителей?

Подъемом и опусканием стрелы можно управлять как с помощью распределителя Р1, так и с помощью распределителя Р2, жидкость к которым подводится от разных насосов. Это позволяет при необходимости увеличить скорость подъема или опускания стрелы, переключив оба распределителя.

Кроме того, при переключении золотника Р1.1 не будет возможности задействовать золотники Р1.2 или Р1.3, но как быть, если нужно одновременно опускать стрелу и поворачивать ковш или задействовать рукоять. Для этого в системе установлен золотник Р2.1, он позволяет управлять стрелой и одновременно, с помощью золотников Р1.2 или Р1.3 перемещать ковш или рукоять.

Подпитка и ограничение движения

Гидроцилиндры поворота подпитываются через обратный клапан КО, это необходимо для исключения рассогласования поворота рукояти и рабочего оборудования.

На гидравлической схеме показаны два гидрозамка ГЗМ1 и ГЗМ2, они не допускают самопроизвольного опускания опор.

Обозначение на схеме экскаватора фильтра, и элементов контроля параметров жидкости

Для очистки рабочей жидкости в гидравлической системе экскаватора установлен сливной фильтр с перепускным клапаном. Давление на входе в фильтр контролируется манометром МН3, по величине давления можно судить о засорении фильтроэлемента.

Давление на выходе насосов контролируется с помощью манометров МН1 и МН2, манометры подключены к гидросистеме экскаватора через вентили.

Температура рабочей жидкости контролируется по термометру Т1.

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.

Какому сборочному узлу строительной машины соответствует гидропривод рукояти экскаватора

Гидробак предназначен для хранения рабочей жидкости гидросистемы. Гидробак оборудован заправочной горловиной с фильтром, сливным ниппелем, регулятором давления в гидробаке, сливным фильтром с перепускным клапаном. Для контроля уровня рабочей жидкости в гидробак вмонтированы два маслоуказательных окна. Минимальное количество жидкости в гидробаке при работе должно быть не ниже 0,75 его объема.

Фильтры предназначены для очистки рабочей жидкости гидросистемы от механических примесей, до 70. 80% отказов при работе экскаватора возникает из-за плохого качества гидравлической жидкости. Два фильтра, встроенные в гидробак, очищают рабочую жидкость, поступающую по сливной магистрали в процессе работы экскаватора. В крышке фильтра устанавливается перепускной клапан; если фильтрующий элемент загрязнен, давление масла возрастает. При увеличении давления до 0,25 МПа клапан начинает открываться, а при возрастании до 0,35 МПа — перепускает всю рабочую жидкость на слив в гидробак, минуя фильтрующие элементы.

Гидронасос преобразует механическую энергию в энергию потока рабочей жидкости и служит для непрерывной подачи гидравлической жидкости под давлением из гидробака в гидрораспределитель. В гидросистеме применяют шестеренные и аксиально-поршневые насосы.

Шестеренный насос состоит из корпуса, крышки, ведущей и ведомой шестерен, втулок, манжет, вкладышей, уплотнений. Насос приводится в действие от дизеля или редуктора. При работе масло из всасывающей полости захватывается зубьями шестерен и подается по окружности между шестерней и корпусом в нагнетательную полость. Насос может создавать давление до 20 МПа, применяется в гидросистеме неполноповоротных экскаваторов или для заполнения и подпитки системы в полноповоротных. Шестеренные насосы бывают одинарные или сдвоенные.

В гидравлических полноповоротных экскаваторах применяют регулируемые и нерегулируемые аксиально-поршневые насосы, создающие давление 28. 32 МПа.

Аксиально-поршневой насос (рис. 5.1) состоит из ведущего вала 1, расположенного в корпусе 11 на трех шарикоподшипниках 4, центрального шипа 6, семи шатунов 8, соединенными с фланцем вала 1 шаровыми шарнирами, семи поршней 9, завальцованных на шатунах, блока 5 цилиндров, соединенного шпонкой с центральным шипом, распределительного диска 7 (с впускным и нагнетательным отверстиями), распределительной крышки 10 и крышки 2 насоса, уплотнений 3 (колец и манжет).

При вращении вала 1 начинают вращаться шатуны 8 вместе с блоком 5 цилиндров, при этом поршни в блоке будут совершать возвратнопоступательное движение: пол-оборота идет всасывание жидкости, пол-оборота — ее нагнетание под давлением через распределительный диск 7. Когда ось вала совпадает с осью шипа (как показано на рис. 5.1, а), поршни не совершают возвратно-поступательного движения при вращении вала, т.е. не всасывают и не нагнетают рабочую жидкость.

У нерегулируемого насоса корпус имеет постоянный угол наклона, т.е. блок цилиндров имеет неизменяемый угол с осью вала (рис. 5.1, б). При изменении угла наклона блока цилиндров изменяется производительность насоса: чем больше угол наклона, тем больше подача жидкости. Если зафиксировать угол наклона блока цилиндров, насос становится нерегулируемым. Данная конструкция позволяет насосу работать в режиме гидромотора.

Гидромотор аксиально-поршневой служит для привода механизма хода и механизма поворота в экскаваторах. Конструкции качающих узлов аксиально-поршневых насосов и гидромоторов унифицированы.

Рабочая жидкость от гидрораспределителя по трубопроводам поступает под давлением к гидромотору, проходит через отверстие в распределительном диске 7 и поступает в цилиндр блока 5, перемещает поршень 9, который через шатун 8 поворачивает фланец вала 1. В гидромоторе происходит преобразование энергии давления жидкости, действующей на поршни, в механическую энергию ведомого звена, т.е. вращение вала гидромотора, приводящего в действие исполнительный механизм — редуктор хода или поворота платформы.

Рис. 5.1. Аксиально-поршневой насос-гидромотор:
а — унифицированная качающая секция; 6 — нерегулируемый насос-гидромотор; 1 — вал; 2 — крышка; 3 — уплотнение; 4 — шарикоподшипники; 5 — блок цилиндров; 6 — центральный шип; 7 — распределительный диск; 8 — шатун; 9 — поршень; 10 — распределительная крышка; 11 — корпус

Гидроцилиндры — простейшие гидродвигатели, преобразующие энергию давления жидкости в возвратно-поступательное движение выходного звена, причем выходным (подвижным) звеном может быть как шток, так и корпус гидроцилиндра. В гидроцилиндрах одностороннего действия жидкость под давлением подается только в одну полость, возврат и вытеснение жидкости происходит под действием силы тяжести или пружины. Такие гидроцилиндры применяют на выносных опорах (аутригерах) экскаваторов. В гидроцилиндрах двустороннего действия с односторонним штоком жидкость под давлением подается как в штоковую, так и в поршневую полость. Гидроцилиндры двустороннего действия с двусторонним штоком и комбинированные — «тандем-цилиндр» — применяют для выдвижения телескопической стрелы. Гидроцилиндры рабочего оборудования крепят шарнирно у корпуса и штока с помощью пальцев на подшипниках.

На экскаваторах применяют гидроцилиндры двустороннего действия с односторонним штоком (рис. 5.2), предназначенные для поворота стрелы, рукояти, ковша прямой и обратной лопат для заполнения ковша, перемещения и выгрузки грунта, а также для привода элементов других видов сменных рабочих органов. Гидроцилиндры состоят из корпуса (гильзы 3 с приваренной к ней проушиной 2), штока 7 с проушиной, поршня 4 и крышки 8 с винтами 12. Герметичное разделение поршневой и штоковой полостей создается поршнем с манжетами 5, 6 и уплотнительными кольцами 9, 13.

Рис. 5.2. Гидроцилиндр стрелы экскаватора:
1 — пресс-масленка; 2 — проушина; 3 — гильза; 4 — поршень; 5,6 — манжеты; 7 — шток; 8 — крышка; 9,13 — уплотнительные кольца; 10 — грязесъемник; 11 — подшипник; 12 — винт; 14 — втулка; 15 — крепление поршня

Поршень крепится на внутреннем конце штока гайкой, фиксируемой винтом, втулкой 14 или другим креплением 15. Для улучшения условий работы уплотнений штока и повышения их долговечности в гайке установлены грязесъемник 10 и скребки. На концах штока и гильзы имеются проушины для соединения гидроцилиндра при помощи пальцев с экскаватором и рабочим оборудованием. Подшипники 11 проушин смазываются через пресс-масленки 1.

Жидкость под давлением подается в поршневую полость, перемещая поршень и вытесняя жидкость из штоковой полости. Вместе с поршнем перемещается шток гидроцилиндра, шток выдвигается, передает усилие на рабочее оборудование и перемещает его. Втягивание штока происходит при подаче жидкости под давлением в штоковую полость.

Система управления гидропривода экскаватора предназначена для изменения направления движения и регулирования скорости выходных звеньев (штока, вала) гидродвигателей, а также для предохранения конструкции экскаватора от перегрузок. Регулирование скорости выходных звеньев достигается изменением расхода жидкости, поступающей в гидродвигатель (гидроцилиндр или гидромотор). Основными элементами системы управления являются регулирующие устройства (клапаны, гидрораспределители, дроссели), механические шарнирно-рычажные и другие системы, с помощью которых машинист управляет регулирующими устройствами. Устройства для регулирования давления действуют, как правило, автоматически, а устройствами, которые регулируют направление движения и расход рабочей жидкости, управляет машинист. По принципу регулирования скорости (расхода) различают дроссельное и объемное регулирование, причем в обоих случаях оно может быть автоматическим или ручным. На большинстве полноповоротных экскаваторов с гидроприводом применяют нереверсивные регулируемые насосы (направление потока жидкости не изменяется), объемная подача которых изменяется автоматически в зависимости от нагрузки. Кроме того, число устанавливаемых на экскаваторе насосов обычно меньше числа приводимых от них двигателей, поэтому нужны распределительные устройства. Гидрораспределитель используют также для изменения направления потока жидкости и реверса движения рабочего элемента.

Гидрораспределитель (рис. 5.3) служит для направления потока рабочей жидкости от насоса к потребителю (гидроцилиндру, гидромотору) в ту или иную полость (штоковую или поршневую), его дроссельного регулирования и слива рабочей жидкости в гидробак. Гидрораспределители могут быть моноблочными (все золотники расположены в одном общем корпусе) и секционными (каждый золотник в своем корпусе). С помощью гидрораспределителей управляют гидроцилиндрами рабочего оборудования экскаваторов или гидромоторами привода хода и поворота платформы.

В корпусе 9 гидрораспределителя размещены золотники 5 и имеются каналы для движения жидкости. От насоса к золотникам подведена напорная линия, в ней установлен сливной клапан 4. Торцы золотников закрыты крышками. Одним концом золотник соединен с механизмом управления

(рычагом 8 или клапаном), другим — с механизмом фиксации и возврата золотника в нейтральное положение, которые состоят из стакана, установленными в них пружинами 12, предназначенными для установки золотников в нейтральное положение. Фиксаторы 11 удерживают золотник в заданном положении. Втулки ограничивают ход золотника при его перемещении. Золотник и каналы образуют полости, по которым под давлением жидкость поступает к потребителям. При изменении давления управления изменяются ход золотника, площадь проходного сечения между полостями и скорость опускания стрелы. Четырехпозиционный золотник может быть установлен в одно из положений, соответствующее подъему стрелы — нейтральному, опусканию стрелы или «плавающему». Сливной клапан 4 открывается при установке золотника в нейтральное или «плавающее» положение, и жидкость через него сливается в гидробак.

Рис. 5.3. Гидрораспределитель:
1 — крышка; 2 — механизм автоматической расфиксации; 3 — предохранительный клапан; 4 — сливной клапан; 5 — золотник; б — рукоятка управления; 7 — резиновый чехол; 8 — рычаг; 9 — корпус гидрораспределителя; 10 — сливной патрубок; 11 — фиксатор; 12 — возвратная пружина

Блок дистанционного управления (джойстик) позволяет перемещать один из золотников или одновременно два, в результате чего происходит подача жидкости к одному или двум потребителям одновременно, например происходит движение стрелы и ковша.

Клапаны обеспечивают нормальную работу гидросистемы.

Предохранительные клапаны служат для регулирования максимального давления и защиты механизмов и элементов гидропривода экскаваторов от перегрузок и устанавливаются непосредственно на гидрораспределителях, насосах и гидромоторах. Предохранительные клапаны отрегулированы на давление, превышающее номинальное на 20%, и опломбированы.

Перепускные клапаны открываются при увеличении давления в системе выше заданного и перепускают жидкость в полость низкого давления, при уменьшении давления ниже заданного надежно запирают проход жидкости в полость низкого давления. Перепускные клапаны устанавливают на фильтрах и трубопроводах (в последнем случае их заключают в отдельные корпуса), на гидрораспределителях.

Подачу (расход) жидкости регулируют дросселями и гидрораспределителями (золотникового типа), изменением проходного сечения. Дроссель осуществляет дросселирование рабочей жидкости при попутных внешних нагрузках (например, при опускании рабочего оборудования с грузом или передвижении экскаватора под уклон). Увеличивать давление настройки клапанов категорически запрещается, так как это может вызвать поломку сборочных единиц экскаватора, в первую очередь насосов.

Для регулирования направления потока жидкости применяют обратные клапаны, допускающие движение жидкости только в одном направлении. Обратные клапаны имеют малый ход запорного элемента, благодаря чему открытие и закрытие рабочего проходного сечения происходят мгновенно. Неуправляемый обратный клапан исключает опускание рабочего оборудования при выполнении рабочих движений. К седлу корпуса пружиной прижат конусный (шариковый) клапан.

Гидрозамок (управляемый обратный клапан) пропускает рабочую жидкость обычно в одном направлении, а при управляющем воздействии — в обоих, установлен на гидроцилиндрах выносных опор.

Коллектор — подвижное (шарнирное) соединение трубопроводов гидропривода, применяется для соединения трубопроводов, подводящих жидкость к подвижным узлам машины.

Центральный коллектор служит для передачи рабочей жидкости под давлением от узлов гидросистемы, расположенных на поворотной платформе, к узлам, расположенным на ходовой раме, установлен по оси вращения платформы и крепится к ходовой раме экскаватора болтами.

Шланги и трубопроводы служат для соединения узлов гидросистемы при помощи соединительных муфт. Не допускается использование шлангов и трубопроводов, имеющих повреждения (трещины, деформации, потения).

Шланги должны быть зафиксированы хомутами и при работе не должны касаться деталей машины — биение под давлением ведет к износу.