Вместимость (объем) ковша экскаватора

18-01-2012

Категория:

Основными машинами, используемые на земляных работах, являются одноковшовые экскаваторы, производительность которых зависит от конструктивных и технологических факторов, от качественных и количественных закономерностей изменения параметров экскаваторного забоя, от вида рабочего оборудования экскаватора и характера разрабатываемого грунта.

При разработке крупных котлованов, выемок для дорог и каналов, карьеров и т. д., когда грунт транспортируют на расстояния, превышающие возможности рабочего оборудования экскаваторов, применяют комплект машин, которые подбирают с учетом вместимости ковша экскаватора.

Для нормальной работы экскаватора требуется ковш с оптимальной вместимостью. Объем грунта в ковше зависит от объемной массы грунта и коэффициента наполнения ковша (табл. 1).

Коэффициент наполнения ковша КН одноковшовых экскаваторов

Группа грунта	Наименование характерных грунтов	Наибольшее значение КН
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	Глина тяжелая	1,30-1,42
V и VI	Плохо взорванная скальная порода	0,75-0,90

КН — коэффициент наполнения ковша равен отношению объема разрыхленного грунта в ковше и емкости ковша.

Объемная масса равна отношению массы грунта в состоянии естественной влажности к его объему (табл. 2).

Наименование и характеристика грунта		Объемная масса разрыхленного грунта γ1, т/м3	Объемная масса в плотном теле, т/м3
Общеземельные ковши	Грунт I категории
	Торф Песок сухой без примесей, а так же с примесью щебня, гравия, гальки или строительного мусора в объеме до 10%	1,4	1,6
	Песок сухой без примесей, а так же с примесью щебня, гравия, гальки или строительного мусора в объеме до 10%	Песок мокрый	1,57
	Супесок без примесей, а так же с примесью щебня, гравия, гальки или строительного мусора в объеме до 10%	—	1,65
	То же с примесью более 10%	—	1,85
	Грунт растительного слоя без корней и примесей Сухой Мокрый	1,33 1,57	— —
	Суглинок легкий и лессовидный без примесей, а так же с примесью щебня, гравия, гальки или строительного мусора в объеме 10%	— —	1,7 1,75
	Лесс легкий без примесей	—	1,6
	То же с примесью гальки и гравия	—	1,8
	Суглинок мягкий и средний, влажный, без включений	—	1,8
	Грунт II категории
	Сухая глина	1,07	—
	Плотная глина	1,34	1,75
	Суглинок тяжелый с примесью щебня, гравия, гальки или строительного мусора в объеме более 10%	1,75	1,9
	Грунт III категории
	Глина мокрая	1,6	—
	Строительный мусор сцементированный	—	1,95
	Грунт IV категории
	Лессовая глина, суглинок с щебнем, лесс отвердевший	— —	— 1,8
	Мел мягкий	—	1,55
Скальные ковши	Грунт V категории
	Мел плотный	—	1,8
	Крепкий мергель, мягкий трещиноватый скалистый грунт	—	2,2
	Грунт VI категории
	Скальные породы и руда	—	2,3
1γ — объемная масса грунта — это отношение массы грунта при естественной влажности к его объему.

Фактический объем ковша экскаватора принимается как сумма геометрической вместимости ковша (по «воде») и объема «шапки». Геометрическая вместимость ковша является произведением площади внутренней поверхности боковой стенки на расстояние между боковыми стенками. Объем «шапки» определяется значением угла естественного откоса (табл. 3). Угол естественного откоса — угол образованный свободной плоскостью грунта или другого сыпучего материала и горизонтальной плоскостью. Из-за разницы угла естественного откоса для разных материалов фактический объем ковша больше геометрического примерно на 15-30%.

Угол естественного откоса, градусов
Материал	сухой	влажный	мокрый
Растительный грунт	40	35	25
Песок:
крупный	30-35	32-40	25-27
средний	28–30	35	25
мелкий	25	30-35	15–20
Суглинок	40-50	35-40	25-30
Глина жирная	40-45	35	12–20
Гравий	35-40	35	30
Торф без корней	40	25	окт.15
Уголь (разрыхленный)	50	40	30
Отвалы экскаваторные:
скальных пород	32-35	30-35	—
песчано-глинистых пород	32-37	30-33	20-25
глинистых пород	35–40	30-40	15–25

В различных системах стандартов при определении вместимости ковша пользуются понятием с «шапкой» с фиксированной величиной угла естественного откоса.

Значение угла естественного откоса в системах стандартов

Стандарт Тип ковша	ISO	JIS	PCSA	SAE	CECE
Обратная лопата	1:1	1:1	1:1	1:1	1:2
Прямая лопата	1:2	1:2	1:2	1:2	1:2

Какой основной критерий вместимости ковша экскаватора?

Основным критерием, определяющим объем ковша, является максимально допустимая нагрузка на конце рукояти обеспечивающая боковую устойчивость экскаватора. Вес ковша с грунтом не должен превышать этого значения.

Учитывая объемную массу грунта, так же принимается во внимание категория, к которой он относится (табл. 2). Вес пустого ковша при эквивалентном объеме для разных категорий грунтов имеет разную величину. Так на тяжелых грунтах (V — VI категорий) применяют ковши скального назначения с меньшим объемом. Обусловлено это тем, что прочность ковша, предназначенного для более легких грунтов (I — IV категорий), недостаточна при использовании на скальных и полускальных грунтах.

Ковши скального назначения имеют больший запас прочности за счет увеличения толщины элементов конструкции, и при сохранении прежнего объема вес ковша будет больше. Вес такого ковша с грунтом может превышать допустимое значение. По этой причине объем скального ковша меньше стандартного (общеземельного). Обратная ситуация по ковшам погрузочным для легких сыпучих материалов. Эти материалы имеют относительно низкую объемную массу, и находятся не в плотном состоянии. Учитывая относительно небольшие нагрузки, ковш имеет увеличенный объем. Выбор толщины элементов ковша также сопряжен с воздействием абразивного износа. Этот фактор может серьезно влиять на выбор толщины некоторых элементов ковша для обеспечения заданного срока службы. По этому, учитывая воздействие от абразивного износа, вес ковша увеличивается, а его вместимость снижается. В целом падает экономическая эффективность работы экскаватора.

На сегодняшний день наиболее эффективным методом защиты от абразивного износа является использование закаленных износостойких сталей. Их применение позволяет значительно снизить толщины тех элементов ковша, которые наиболее подвержены абразивному износу при сохранении требуемого запаса прочности. Хорошим примером является стали марки Hardox SSAB Швеция. Сталь Hardox обладает высокой твердостью, ударной вязкостью и прочностью. Благодаря применению этих сталей можно увеличить объем ковша, не выходя за рамки предельных нагрузок, тем самым поднять экономическую эффективность работ.

Вы можете задать специалистам компании Технопарк «Импульс» любой интересующий вас вопрос