1 Земляные работы и подъем, часть 1
Глава 3 Земляные работы и подъем, часть 1

2 3-1 ВВЕДЕНИЕ Экскаваторное и подъемное оборудование
Экскаваторы и краны-лопаты Производство экскаваторов

3 Экскаваторное и подъемное оборудование
Экскаватор – это землеройная машина с механическим приводом.Основными типами экскаваторов, используемых при землеройных работах, являются гидравлические экскаваторы и представители семейства кран-лопаты с тросовым приводом (лопаты, драглайны, мотыги и грейферные грейферы). Бульдозеры, погрузчики и скреперы также могут служить экскаваторами.

4 Экскаваторное и подъемное оборудование
В этой главе мы сосредоточимся на гидравлических экскаваторах и представителях семейства кранов-экскаваторов, используемых для земляных и подъемных работ.Операции с бульдозером, погрузчиком и скрепером описаны в главе 4. Особые соображения, связанные с выемкой горных пород, обсуждаются в главе 8.

5 Экскаваторы и краны-лопаты
В 1836 году Уильям С. Отис разработал машину, которая механически дублировала движения рабочего, копающего землю ручной лопатой. От этой машины развилось семейство строительных машин с тросовым приводом, известных как лопаты крана.

6 Экскаваторы и краны-лопаты
К этому семейству относятся: экскаватор, обратная лопата, драглайн, грейферный кран, мобильный кран и копатель сваи.

7 Экскаваторы и краны-лопаты
Хотя гидравлические экскаваторы (рис. 3-1) в значительной степени заменили семейство кран-лопатов с тросовым приводом, доступны функционально похожие гидравлические машины, включая переднюю лопату и обратную лопату.Доступное для гидравлического экскаватора навесное оборудование включает грейферы, шнеки, уплотнители и молотки.

8

9 Экскаваторы и краны-лопаты
Преимущества гидравлических экскаваторов по сравнению с машинами с тросовым приводом: более короткое время цикла, более высокое усилие проникновения ковша, более точная копка и более простое управление оператором.

10 Экскаваторы и краны-лопаты
Также доступны мобильные краны с гидравлической телескопической стрелой. Основными оставшимися машинами с тросовым приводом на основе оригинального крана-лопаты являются драглайн и мобильный кран с решетчатой ​​стрелой. Некоторые из многих приспособлений для гидравлического экскаватора и их применения включают:

11 Экскаваторы и краны-лопаты
Экскаваторы и экскаваторы-манипуляторы состоят из трех основных узлов: несущей или навесной, поворотной надстройки, содержащей блоки питания и управления (также называемые поворотной платформой или поворотной платформой), и передней части.

12 Экскаваторы и краны-лопаты
Доступные тележки включают: гусеничный ход, грузовик и колесные опоры, как показано на Рисунке 3-2.

13

14 Экскаваторы и краны-лопаты
Гусеничное крепление обеспечивает отличную мобильность на стройплощадке, а низкое давление на грунт позволяет работать в районах с низкой проходимостью.Гусеничные опоры широко используются при дренажных и рытье траншей, а также при выемке горных пород.

15 Экскаваторы и краны-лопаты
Опоры для грузовиков и колес обеспечивают большую мобильность между рабочими площадками, но они менее устойчивы, чем опоры на гусеничном ходу, и требуют лучшей поверхности для работы. В грузовых установках используется модифицированное шасси грузового автомобиля в качестве носителя и, таким образом, имеются отдельные станции для управления носителем и вращающейся надстройкой.

16 Экскаваторы и краны-лопаты
Колесные опоры, с другой стороны, используют одно рабочее место оператора для управления как тележкой, так и экскаваторным механизмом. Крепления для грузовиков способны перемещаться по шоссе со скоростью 50 миль / ч (80 км / ч) или более, тогда как крепления колес обычно ограничены скоростью 30 миль / ч (48 км / ч) или меньше.

17 Экскаваторы и краны-лопаты
В этой главе мы обсуждаем: принципы работы, методы использования и методы оценки производства экскаваторов, экскаваторов-погрузчиков, грейферов и драглайнов.Обсуждаются также краны и их применение. Свайные копатели и их использование рассматриваются в главе 10.

18 Производство экскаваторов Чтобы использовать уравнение 2-1 для оценки производительности экскаватора, необходимо знать объем материала, фактически содержащийся в одном ковше. Способы определения грузоподъемности ковша экскаватора и бульдозерного отвала приведены в Таблице 3-1.

19

20 Производственная мощность экскаватора – это объем ковша, который содержится в ковше при соблюдении контуров сторон ковша.Ударная вместимость – это вместимость ковша, когда груз сбрасывается заподлицо с бортами ковша.

21 год Производство экскаватора Пропускная способность водопровода предполагает уровень материала, промытый до самого нижнего края ковша (т. Е. Уровень материала соответствует уровню воды, который образовался бы, если бы ковш был заполнен водой). Объем с верхом – это максимальный объем, который может быть помещен в ведро без просыпания на основе заданного угла естественного откоса материала в ведре.

22 Производство экскаваторов Поскольку номинальные характеристики ковшей кабельной лопаты, драглайна и тросовой обратной лопаты основаны на удаляемом объеме, часто предполагается, что нагромождение ковшей компенсирует разбухание почвы.

23 Производство экскаваторов То есть предполагается, что ковш емкостью 5 куб. Ярдов фактически вмещает 5 куб. Ярдов материала.Более точная оценка объема материала в одной загрузке ковша будет получена, если номинальный объем ковша умножить на коэффициент заполнения ковша или коэффициент полезного действия ковша.

24 Производство экскаваторов Предлагаемые значения коэффициента заполнения ковша для обычных грунтов приведены в Таблице 3-2. Наиболее точная оценка загрузки ковша получается путем умножения объема ковша с “ шапкой ” (неупакованный показатель) на коэффициент заполнения ковша.

25

26 Производство экскаватора При желании нагрузку на ковш можно преобразовать в объем насыпи, умножив его свободный объем на коэффициент нагрузки почвы. Эта процедура проиллюстрирована в Примере 3-1.

27 ПРИМЕР 3-1 Оцените фактическую нагрузку на ковш в кубических ярдах банка для ковша погрузчика, вместимость которого с шапкой составляет 5 кубических ярдов (3.82 м3). Коэффициент заполнения ковша почвой составляет 0,90, а коэффициент нагрузки – Решение Загрузка ковша = 5 × 0,90 = 4,5 НДТ × 0,80 = 3,6 млрд куб.

28 год 3-2 ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ЭКСКАВАТОРЫ
Эксплуатация и занятость Производство Оценка управления заданиями

29 Эксплуатация и занятость
Самым оригинальным и наиболее распространенным из экскаваторов с гидравлическим приводом является гидравлический экскаватор, оснащенный передним концом мотыги.Эту машину еще называют гидравлической мотыгой или гидравлическим экскаватором-обратной лопатой. Экскаватор (или просто мотыга) – это экскаватор, предназначенный в первую очередь для земляных работ ниже уровня земли.

30 Эксплуатация и занятость
Копает, отводя ковш назад к машине; отсюда и название экскаватор-погрузчик. Экскаватор обладает такими же характеристиками, как положительное копание и точное поперечное управление.Экскаваторы-погрузчики с тросовым приводом существуют, но их в основном заменяют гидравлические модели из-за их высокой скорости и простоты управления. Также доступны навесные лопаты для погрузчиков и тракторов.

31 год Эксплуатация и занятость
Компоненты гидравлического экскаватора показаны на Рисунке 3-3. В этой машине стрела и рукоять рукояти поднимаются и опускаются с помощью гидроцилиндров.Вдобавок рукоять поворачивается на конце рукояти рукояти, так что обеспечивается действие, подобное запястью. Когда рукоять заполнена, рукоять загибается вверх, чтобы уменьшить просыпание, а стрела поднимается и поворачивается в положение разгрузки. Затем груз сбрасывается путем поворота ковша вверх и в сторону от машины.

32 РИСУНОК 3-3: Компоненты гидравлического экскаватора с обратной лопатой

33 Эксплуатация и занятость
Экскаватор с обратной лопатой широко используется при рытье траншей.Помимо рытья траншеи, он может выполнять множество других функций рытья траншей, таких как укладка подстилки труб, укладка трубы, протягивание щитов траншеи и обратная засыпка траншеи. При рытье траншеи лучшим показателем производительности является длина траншеи, вырытой за единицу времени.

34 Эксплуатация и использование
Поэтому следует выбирать ширину ковша, которая максимально соответствует требуемой ширине траншеи.По этой причине ковши доступны в широком диапазоне размеров и ширины. Также доступны бокорезы для увеличения ширины среза ковшей. Другие подходящие варианты применения с обратной лопатой включают: рытье подвалов, очистку придорожных канав и профилирование насыпей.

35 год Эксплуатация и занятость
Гидравлический экскаватор особой формы, в котором используется жесткая телескопическая стрела вместо стрелы и рукояти обычной гидравлической обратной лопаты, показана на Рисунке 3-4.Благодаря телескопической стреле и поворотному ковшу эти машины очень универсальны и способны выполнять работы по рытью, уклонам, отделке, очистке канав, рыхлению и сносу, а также рытью траншей.

36 РИСУНОК 3-4: Гидравлический экскаватор с телескопической стрелой
РИСУНОК 3-4: Гидравлический экскаватор с телескопической стрелой. (Предоставлено компанией Gradall)

37 Эксплуатация и занятость
Использование компактной или «мини» экскаваторной техники – растущая тенденция в отрасли строительного оборудования.Такое оборудование включает погрузчик с бортовым поворотом и компактный погрузчик, описанный в разделе 4-3, а также мини-экскаваторы с гидравлическим приводом.

38 Эксплуатация и занятость
К преимуществам такого оборудования относятся: компактный размер, гидравлическая мощность, легкий вес, маневренность и универсальность. Типичный мини-экскаватор показан на Рисунке 3-5. Эти машины доступны в размерах от 10 до 60 л.с. (кВт) с глубиной копания примерно от 7 до 15 футов (м).

39 РИСУНОК 3-5 Мини-экскаватор. (Предоставлено JCB Inc.)

40 Эксплуатация и занятость
Некоторые машины имеют ширину всего 29 дюймов (0,74), что делает их очень полезными для земляных работ в ограниченном пространстве. Способность мини-экскаватора работать с полным поворотом на 360 градусов, их гидравлическая мощность и низкое давление на грунт привели к тому, что в некоторых случаях они были заменены на экскаваторы-погрузчики.

41 год Эксплуатация и занятость
При оснащении бульдозерным отвалом они также могут использоваться для выравнивания, профилирования, обратной засыпки и общей очистки.

42 Оценка производства
Для экскаватора с обратной лопатой не было подготовлено производственных таблиц. Однако производство можно оценить с помощью уравнения 3-1 вместе с таблицами 3-3 и 3-4, которые были подготовлены на основе данных производителей.

43 год

44 год Оценка производства
Производство (LCY / h) = C × S × V x B x E (3-1) Где C = циклов / час (Таблица 3-3) S = коэффициент глубины колебания (Таблица 3-4) V = объем ковша с шапкой (LCY или LCM) B = коэффициент заполнения ковша (Таблица 3-2) E = эффективность работы

45 3-2 ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ЭКСКАВАТОРЫ
При рытье траншей следует применять коэффициент падения при производстве экскаваторов, чтобы учесть работы, необходимые для очистки материала, который падает обратно в траншею со стенок траншеи.Нормальную производительность экскаватора следует умножить на соответствующее значение из Таблицы 3-5, чтобы получить эффективную производительность траншеи.

46

47 ПРИМЕР 3-2. Найдите ожидаемую производительность небольшого гидравлического экскаватора в кубических ярдах сыпучего материала (LCM) в час. Объем ковша с шапкой составляет 0,57 м3 (3/4 куб. Ярда). Материал – песок и гравий с коэффициентом заполнения ковша Производительность работы 50 мин / час.Средняя глубина резания составляет 14 футов (4,3 м). Максимальная глубина резания составляет 20 футов (6,1 м), а средний угол поворота – 90 °.

48 ПРИМЕР 3-2 Решение Производительность цикла = 250 циклов / 60 мин (Таблица 3-3) Коэффициент глубины поворота = 1,00 (Таблица 3-4) Объем ковша = 0,75 LCY (0,57 LCM) Коэффициент заполнения ковша = 0,95 Эффективность работы = 50 / 60 = Производство = 250 × 1,00 × 0,75 × 0,95 × = 148 LCY / час [= 250 × 1,00 × 0,57 × 0,95 × = 113 LCM / час]

49 Управление заданиями При выборе подходящей обратной лопаты для проекта необходимо учитывать: максимальную глубину, рабочий радиус и необходимую высоту разгрузки.Также проверьте наличие достаточного зазора для шасси, надстройки и стрелы во время работы.

50 Управление работой Несмотря на то, что экскаватор-погрузчик может выкапывать довольно твердый материал, не используйте ковш в качестве саней, пытаясь расколоть горную породу. Для разрыхления породы в достаточной степени для выемки грунта может потребоваться легкий взрыв, рыхление или использование механического молота. При подъеме трубы на место не превышайте нагрузку, указанную в таблице безопасной грузоподъемности производителя для данной ситуации.

51 3-3 ЛОПАТЫ Эксплуатация и занятость Оценка производства
Управление заданиями

52 Эксплуатация и занятость
Гидравлический экскаватор, показанный на Рисунке 3-6, также называется прямой лопатой или гидравлической прямой лопатой для экскаватора. Его основные компоненты показаны на рис. 3-7.Гидравлический экскаватор копает с комбинацией усилия вытеснения и усилия отрыва (или отрыва), как показано на Рисунке 3-8.

53 РИСУНОК 3-6: Гидравлический экскаватор. (С разрешения Kobelco American, Inc.)

54 РИСУНОК 3-7: Компоненты гидравлического экскаватора

55 РИСУНОК 3-8: Копающее действие гидравлического экскаватора

56 Эксплуатация и использование
Сила забивания создается цилиндром рукояти и действует на краю ковша по касательной к дуге радиуса от точки A.Сила отрыва создается цилиндром ковша и действует на кромке ковша по касательной к дуге радиуса через точку B. После того, как ковш проникнет и заполнится материалом, его закатывают, чтобы уменьшить просыпание во время цикла поворота.

57 год Эксплуатация и занятость
Для гидравлических экскаваторов доступны ковши с фронтальной и нижней разгрузкой. Ковши с донной разгрузкой более универсальны, обеспечивают больший вылет и габариты разгрузки, а также обеспечивают меньшее просыпание.Ковши с нижней разгрузкой тяжелее, чем ковши с фронтальной разгрузкой равной вместимости, что приводит к меньшей вместимости ковша при равной массе ковша.

58 Эксплуатация и занятость
Следовательно, ковши с фронтальной разгрузкой обычно имеют небольшое производственное преимущество. Кроме того, ковши с фронтальной разгрузкой дешевле и требуют меньше обслуживания. Хотя лопата имеет ограниченную способность копать ниже уровня колеи, она наиболее эффективна при копании выше уровня колеи.

59 Эксплуатация и использование
Лопата должна иметь вертикальную поверхность, в которую можно копать для наиболее эффективного копания. Эта поверхность, известная как поверхность для копания, легко образуется при выемке на берегу или на склоне холма. Таким образом, рытье насыпи с отвалом материала вбок (боковой разгрузкой) или загрузкой в ​​тягачи обеспечивает наилучшее применение экскаватора. Способность лопаты образовывать собственное полотно по мере продвижения – важное преимущество.

60 Эксплуатация и использование
Лопата также может формировать стороны разреза и обрабатывать наклоны, когда это необходимо. Выкопанный ковшом материал можно загружать в тягачи, вываливать на отвалы или забрасывать на участки. Лопата должна иметь вертикальную поверхность, в которую можно копать для наиболее эффективного копания. Эта поверхность, известная как выемка, легко образуется при выемке на склоне холма.

61 Эксплуатация и использование
Когда материал, который необходимо вырыть, находится ниже уровня земли, лопата должна копать наклонную площадку в материале до тех пор, пока не будет создана выемка подходящей высоты. Этот процесс известен как замедление. После получения подходящего забоя для выемки обычно используется один из двух основных методов атаки (или их вариации), показанных на Рисунке 3-9.

62 РИСУНОК 3-9: Методы подхода с лопатой

63 Эксплуатация и использование
Фронтальный подход позволяет использовать наиболее эффективное положение копания для экскаватора, поскольку в этом положении экскаватор может прилагать наибольшее усилие копания. Это важное соображение при копании твердых материалов.

64 Эксплуатация и занятость
Грузовики можно размещать с одной или обеих сторон экскаватора с минимальным поворотом, обычно не более 90o. Параллельный подход позволяет быстро поднимать лопату по мере продвижения забоя и обеспечивает хороший транспортный поток для тягачей. Этот подход часто используется при сокращении шоссе и в случаях, когда пространство ограничено.

65 Оценка производства
Производство гидравлических экскаваторов можно оценить с помощью уравнения 3-2 вместе с таблицей 3-6, которая была подготовлена ​​на основе данных производителей.Производство (LCY / h или LCM / h) = C × S × V × B × E (3-2), где C = циклов / час (таблица 3-6) S = коэффициент качания (таблица 3-6) V = с шапкой объем ковша (LCY или LCM) B = коэффициент заполнения ковша (Таблица 3-2) E = эффективность работы

66

67 ПРИМЕР 3-3 Найдите ожидаемую производительность в кубических ярдах сыпучего материала (НКМ) в час 3-ярда (2.3 м3) гидравлический экскаватор с ковшом с фронтальной разгрузкой. В качестве материала используется земляной грунт с коэффициентом заполнения ковша 1,0. Средний угол поворота составляет 75 °, а эффективность работы – 0,80.

68 ПРИМЕР 3-3 Решение Стандартные циклы = 150/60 мин (Таблица 3-3)
Коэффициент поворота = 1,05 (Таблица 3-3) Объем ковша = 3,0 LCY (2,3 LCM3) Коэффициент заполнения ковша = 1,0 Эффективность работы = 0,80 Производство = 150 × 1.05 × 3,0 × 1,0 × 0,80 = 378 LCY / ч [= 150 × 1,05 × 2,3 × 1,0 × 0,80 = 290 LCM / ч]

69 Эксплуатация и занятость
Для экскаваторов с тросовым приводом бюро CIMA разработало производственные таблицы, которые широко используются в строительной отрасли.

70 Управление работой Двумя основными факторами, контролирующими производство экскаваторов, являются угол поворота и время простоя в производственном цикле.Поэтому угол поворота между положениями копания и разгрузки всегда должен быть минимальным.

71 Управление заданиями Тяговые единицы должны быть расположены так, чтобы минимизировать потерю времени при входе и выходе единиц с места загрузки. Когда доступна только одна позиция погрузки, оператор экскаватора должен использовать время между отправлением одной тягово-транспортной единицы и прибытием следующей, чтобы подойти к забое и сгладить участок выемки.

72 Управление работой Пол разреза должен быть гладким, чтобы обеспечить ровную опору для лопаты и облегчить движение в зоне разреза. Лопату следует часто поднимать, чтобы держать ее на оптимальном расстоянии от рабочего забоя. Сохранение остроты зубьев ковша также увеличит производительность.

Полномасштабное моделирование и проверка заполнения ковша для карьерного канатного экскаватора с использованием комбинированной жесткой модели гранулированного материала FE-DEM

В следующих разделах приводится описание численных методов и имитационная модель процесса загрузки канатного экскаватора. представлена ​​настройка.

Модель зернистого материала

Модель зернистого материала представляла собой комбинированный метод конечных элементов (FE) и дискретных элементов (DE). Для более крупных частиц использовался тип динамики твердого тела методом конечных элементов. Каждая частица дискретизируется с произвольным числом конечных элементов и, следовательно, определяется геометрия. Кроме того, все элементы в скале должны быть жесткими и жесткими по отношению друг к другу. Решение твердого тела выполняется с помощью уравнения движения твердого тела на основе тензоров массы и инерции от элемента.Поскольку предполагается, что все элементы являются твердыми телами, свойства материала, такие как модуль Юнга и коэффициент Пуассона, не представляют интереса для самого материала, однако параметры используются в алгоритме контакта (описанном в разделе 3.1.1) и, следовательно, необходимо правильно указать. Таким образом твердые тела моделируются в LS-DYNA, и полный алгоритм подробно описан Бенсоном и Холлквистом [1]. Преимущество использования этого метода по сравнению с ЦМР со сферами заключается в возможности моделирования частиц произвольной формы.Однако, поскольку геометрическое описание с несколькими элементами для формы требует вычислительных усилий из-за большего количества возможностей контакта, традиционная сферическая ЦМР использовалась для самых маленьких горных пород в модели зернистого материала.

Место выхода пустой породы в Айтике. Фотография сделана с большого расстояния, чтобы получить перпендикулярный снимок в плоскости угла при вершине \ (\ theta \)

Метод дискретных элементов

ЦМР была первоначально разработана Кундаллом и Стрэком [13, 14], и она является дискретный метод моделирования отдельных гранулированных частиц и их взаимодействия.Затем взаимодействия между частицами определяют поведение объемного материала под действием внешних сил. В основе DEM лежит использование второго закона движения Ньютона для определения перемещений и вращений частиц. ЦМР рассматривает каждую зернистую частицу как дискретный и обычно сферический элемент. Каждый элемент действует со своим индивидуальным размером, формой и свойствами жесткости, а взаимодействие с другими дискретными элементами регулируется некоторым алгоритмом контакта.

В модели DEM каждая частица i имеет массу \ (m_i \), радиус \ (r_i \) и скорость \ (v_i \).c \) представляет собой сумму сил, действующих на частицу из-за нормального и тангенциального контакта с другими частицами, а g – ускорение свободного падения. Вращательное движение рассчитывается по формуле

$$ \ begin {align} I_i \ frac {\ hbox {d} \ varvec {\ omega} _i} {\ hbox {d} t} = \ sum {\ varvec {M}} _ {i}, \ end {align} $$

(2)

где \ (I_i \) – момент инерции частицы, \ (\ omega _i \) – угловая скорость, а \ (\ sum M_ {i} \) – сумма крутящего момента, действующего на частицу.

Уравнения 1 и 2 составляют основные уравнения для модели DEM, и есть две неизвестные переменные движения, которые необходимо решить. Смещение и вращение рассчитываются путем численного интегрирования основных уравнений. В большинстве случаев выполняется явное интегрирование по времени, и при этом размер временного шага должен быть достаточно малым, чтобы обеспечить численную стабильность. Кроме того, контакт между частицами происходит в определенном временном масштабе, и поэтому временной шаг должен быть достаточно малым, чтобы обнаруживать и разрешать контакты с достаточной точностью.Общее предложение для выбора размера временного шага матрицы высот обычно имеет вид \ (\ varDelta t = c _ {\ varDelta t} \ sqrt {m / k} \), где \ (c _ {\ varDelta t} \) – это постоянная и k – жесткость частицы. Выбор константы \ (c _ {\ varDelta t} \) обсуждался в литературе, а его резюме можно найти в [21].

Контактная модель для DEM

Распространенным методом обработки контакта между частицами или ограничивающими поверхностями является моделирование контакта в виде линейной пружины и системы торпедо.Эта модель позволяет рассматривать контакт частица-частица или частица-стенка так же, как для затухающего гармонического осциллятора. Контактное усилие в нормальном направлении рассчитывается как [25, 33]

$$ \ begin {выровнено} F_n = K_n \ delta _n + v_nc_n, \ end {выровнено} $$

(3)

где \ (K_n \) – нормальная жесткость пружины, \ (\ delta _n \) – контактное перекрытие в нормальном направлении, \ (v_n \) – относительная скорость в нормальном направлении двух тел, находящихся в контакте, и \ (c_n \) – коэффициент вязкого нормального демпфирования, уменьшающий определенную часть относительной кинетической энергии при контакте.\ (K_n \) для контакта частица-частица рассчитывается как

$$ \ begin {выровнено} K_n = \ frac {k_1r_1k_2r_2} {k_1r_1 + k_2r_2} C_ \ mathrm {norm}, \ end {align} $$

(4)

где \ (k_i \), \ (r_i \) и \ (C_ \ mathrm {norm} \) – объемный модуль упругости частицы, радиус частицы и масштабный коэффициент жесткости в нормальном направлении соответственно. Модуль объемной упругости задается как

$$ \ begin {выравнивание} k_i = \ frac {E_i} {3 (1-2 \ nu _i)}, \ end {выравнивание} $$

(5)

с модулем Юнга \ (E_i \) и коэффициентом Пуассона \ (\ nu _i \).Касательная сила рассчитывается так же, как и для нормальной контактной силы в формуле. 3, однако заменив нижний индекс n на t . Жесткость тангенциальной пружины определяется как \ (K_t = K_n C_ \ mathrm {tan} \), где константа \ (C_ \ mathrm {tan} \) является масштабным коэффициентом. Коэффициент вязкого демпфирования как для тангенциального, так и для нормального направления задается как:

$$ \ begin {align} c = D \ eta _ \ mathrm {crit} \ end {align} $$

(6)

, где D – коэффициент демпфирования (\ (0 \ le D \ le 1.0 \)) и \ (\ eta _ \ mathrm {crit} \) критическое затухание. Силы трения между частицами моделируются с помощью закона трения Кулона, заданного как

$$ \ begin {align} F_ \ mathrm {fr} = \ mu _ \ mathrm {fr} F_n, \ end {align} $$

(7)

где \ (\ mu _ \ mathrm {fr} \) и \ (F_n \) – коэффициент трения и сумма сил в нормальном направлении [25]. Силы трения определяют сопротивление между частицами в тангенциальном направлении и, таким образом, вносят вклад в тангенциальные силы при контакте.Трение качения или сопротивление качению определяется путем введения импульса \ (M_r \) для частицы, которая сопротивляется качению

$$ \ begin {align} M_r = r \ mu _ \ mathrm {roll} F_n, \ end { выровнено} $$

(8)

где \ (\ mu _ \ mathrm {roll} \) – коэффициент трения качения.

Контактная модель для твердых тел КЭ

Для твердых пород из конечных элементов использовались два типа контактов на основе штрафов для конечных элементов оболочки и твердых тел, реализованных в LS-DYNA [32].2, \ end {align} $$

(9)

, где \ (C_ {FE_1} \) – это масштабный коэффициент штрафной жесткости для контакта, \ (m_1 \) и \ (m_2 \) – массы сегмента, а \ (\ varDelta t_0 \) – временной шаг. Контакт активируется в LS-DYNA с помощью SOFT = 2. Основное преимущество сегментного контакта заключается в том, что поверхности не являются гладкими.

Модель штрафного контакта, в которой контакт обнаруживает проникновения узловых сегментов, использовалась для контакта между DE-сферами и твердыми FE горными породами.2} {V}, \ end {align} $$

(10)

с модулем объемной упругости материала k , штрафным масштабным коэффициентом \ (C_ {FE_2} \), площадью сегмента A и объемом V . Эта контактная модель не содержит трения качения. Он активируется в LS-DYNA с помощью SOFT = 0.

Сила трения для жестких частей FE рассчитывается по кулоновскому трению в соответствии с формулой. 7. Затухание для твердой частицы FE рассчитывается аналогично DEM, Eq.6. Подробнее и формулировки контактных моделей см. В [32].

Генерация частиц

В таблице. 1 представлено распределение частиц по размерам, используемое для модели гранулированного материала. PSD на рис. 1. был использован в качестве основы для данных в таблице 1. PSD, выраженный в массовых процентах, был переведен в процентное количество частиц, чтобы внедрить его в модель. В настоящем исследовании не учитываются частицы размером менее 200 мм, чтобы обеспечить приемлемое время вычислений.

Форма горных пород была определена в программе автоматизированного проектирования Siemens NX с использованием трехмерных точечных данных горных пород, показанных на рис. 2. в качестве ориентира. Кроме того, CAD-модель горных пород была дискретизирована с помощью четырехузловых твердых тетраэдрических конечных элементов, и каждая горная порода считалась жесткой. На Рис. 6. видны различные геометрии и размеры FE-пород. DEM-сферы были заполнены в пустотах между FE-камнями с помощью процедуры упаковки LS-PrePost для получения правильного количества частиц в соответствии с таблицей 1.

КЭ дискретизация различных геометрических форм горных пород. Скалы определены 12–31 элементом тетраэдра. Размер и распределение соответствуют Таблице 1

Калибровка модели

Модель гранулированного материала была откалибрована путем моделирования динамического образования кучи пустой породы, которая должна в конечном итоге получить статическое представление отходов каменная свая, угол которой можно измерить и сравнить с экспериментальными значениями.Предполагалось, что динамические масштабы, возникающие у отвалов пустой породы, соответствуют процессу погрузки. На рис. 7 показана геометрическая установка калибровочной имитационной модели. Всего было использовано примерно 145 000 частиц DEM и 300 000 конечных элементов, распределенных на 20 600 твердых частицах FE. Стабильный статический угол сваи \ (\ theta \) и общее динамическое поведение имитационной модели были получены путем настройки параметров трения скольжения, трения качения, демпфирования и жесткости между жесткими контактами FE-FE, DEM-FE и DEM-DEM в модель.Первоначально коэффициенты трения и демпфирования были установлены на значения, выбранные авторами по мнению авторов, и в дальнейшем настраивались путем повторения моделирования до тех пор, пока моделируемый угол и общее поведение потока материала не соответствовали среднему углу экспериментов.

Была использована явная схема интегрирования по времени, и жесткость, контролирующая контакт руды, была уменьшена до более низкого значения (с масштабными коэффициентами \ (C_ \ mathrm {norm} \), \ (C_ \ mathrm {tan} \) , \ (C_ {FE_1} \) и \ (C_ {FE_2} \)) для поддержания стабильного контакта и в то же время получения адекватного временного шага для сохранения разумного времени вычислений.Предыдущие исследования показывают, что модуль Юнга, связанный с контактной жесткостью (см. Уравнения 3, 4 и 5), можно масштабировать в разумных пределах, не влияя на объемные характеристики материала [31, 49], однако в некоторых случаях это было сжатие, происходит сильное проникновение и расслоение, авторы предлагают пользователям помнить о том, что это может повлиять на объемное поведение.

В процессе калибровки было замечено, что коэффициенты демпфирования между всеми частями должны быть большими и что жесткость контакта должна быть уменьшена, чтобы обеспечить мягкий и плавный контакт.Слишком жесткий контакт приводил к нестабильному контактному поведению. Однако, поскольку коэффициенты демпфирования и жесткости находились в стабильном диапазоне, их влияние не оказало значительного влияния на поведение в объеме. В модели жесткость контакта была масштабирована от 0,01 до 0,1 кратной жесткости контакта без наблюдения какого-либо влияния на поведение в объеме; однако, когда жесткость была выше, контакт становился нестабильным. После установления устойчивого контакта производилась калибровка коэффициентов трения.Первым шагом была калибровка DEM-сфер и твердых КЭ пород по отдельности, чтобы свести параметры калибровки к минимуму. Трение качения и коэффициент трения скольжения для частиц DEM регулировали до тех пор, пока они не соответствовали эксперименту. Поскольку у настоящих горных пород было довольно большое соотношение сторон и острые углы, было применено трение качения. Сопротивление качению между землей и частицами DE было чувствительным, поскольку частицы откатывались при добавлении большего количества частиц со слишком малым сопротивлением качению.Затем такая же процедура была проделана с жесткими частицами СЭ. Для твердых частиц FE калибровка была довольно простой, поскольку трение качения не учитывалось из-за формы. Когда и FE, и DE-частицы вели себя относительно близко к эксперименту, они были объединены в модели. На последнем этапе, когда использовалась полная модель калибровки, основные корректировки были выполнены для коэффициентов трения FE-DE, чтобы получить правильное поведение, даже несмотря на то, что некоторые меньшие корректировки были сделаны для трения между DE и FE.

Иллюстрация области моделирования для калибровки. Серая область показывает сыпучий материал. Наклонный опорный лист перемещается вверх со скоростью \ (\ hbox {v} _z = 0,61 \ hbox {м / с} \) в течение 20 с. Материал течет по мере того, как лист перемещается вверх, и, наконец, остается под смоделированным углом ворса \ (\ theta \), когда лист перестает двигаться. Первоначальная высота и глубина доменной сваи составляла приблизительно 35 и 12 м соответственно.

Объемную плотность нельзя было напрямую указать в качестве входных данных для численной модели, вместо этого была указана плотность частиц.3 \) доверху засыпана сыпучей рудой. Кроме того, вес материала внутри ящика был измерен в модели с начальной плотностью частиц для получения смоделированной объемной плотности. Чтобы получить правильную объемную плотность при моделировании, начальная плотность частиц была масштабирована по отношению между экспериментальной и исходной моделированной объемной плотностью. Масштабированная плотность частиц была одинаковой для частиц FE и DEM.

Трение между рудным материалом и ковшом было измерено с помощью экспериментального штифта на дисковых испытаниях между пластиной Hardox (материал ковша) и двумя породами из рудника Айтик.Среднее значение испытаний использовалось в качестве коэффициента трения между ковшом и сыпучим материалом в модели, см. Таблицу 2.

Геометрия и модель ковша / ковша Esco. ( a ) 3D-сканированный ковш, ( b ) модель CAD и ( c ) модель FE. Модели CAD и FE немного отличаются от реального ковша, в котором компоненты крыши, изнашиваемые футеровки и другие изнашиваемые компоненты не учитываются или упрощаются

Модель канатной лопаты

Модель CAD была создана на основе трехмерного сканирования каната Bucyrus лопата (рис.3 \) изготовителем. Канатная лопата численно представлена ​​как жесткая многотельная система, каждое тело которой состоит из нескольких конечных элементов. Поскольку использовались твердые тела, размер ячейки не представляет особого интереса для всех деталей, кроме ковша. Динамическое поведение применяется через суставы на основе штрафов. В разд. 2.2 были описаны возможные режимы перемещений, числовое представление перемещений суммировано в Таблице 3. Предписанные перемещения были даны в виде кривых поступательного движения во времени для подъемных канатов и стрелы толпы.Кривые были извлечены из сбора данных и реализованы в модели. Часть времени ожидания, возникающего в экспериментах, удалена из кривых, чтобы минимизировать время моделирования, рис. 9. Кривые скорости вращения-времени для дверей и вращений верхней части тела были оценены путем просмотра видеозаписей во время сбора данных. Всего в модели было 14 стыков. Между рукоятью толпы и ковшом существовало жесткое ограничение. Ползунки были ограничены всеми 6 возможными степенями свободы.Поскольку модель не содержит подшипников, смазки и т. Д., Которые на самом деле способствуют демпфированию в системе, в соединениях были введены искусственное демпфирование и жесткость, а также массовое демпфирование для некоторых жестких частей. Параметры жесткости соединений были увеличены, чтобы получить поведение, подобное бесконечно прочным соединениям для двигателей, чтобы максимально точно следовать предписанному движению. Жесткость призматического соединения вокруг его оси вращения была отрегулирована до разумных значений, чтобы получить правильное поведение модели.

Кривые движения подъемного троса и подъемного каната. На рисунке показаны 3 цикла наполнения. В момент времени = 0 ковш не двигался.

Два подъемных каната, соединяющиеся с ковшом на нижних концах и проходящие через цилиндрическое соединение в верхней части стрелы, моделировались отдельно. Жесткие балки используются примерно на 70% длины каната в верхней части, где он проходит через верх стрелы. Нижняя часть канатов моделируется короткими упругими балочными элементами.Элементы могут свободно вращаться в конечных узлах и воспринимать силу только при растяжении, что делает их похожими на реалистичную веревку. На рис. 10 представлена ​​модель веревки. Моделирование веревки было применено для получения поведения, аналогичного тому, которое наблюдалось в реальном процессе нагружения.

Моделирование каната. Верхняя веревка (синяя) моделируется как жесткие балочные элементы. Нижняя (красная) часть моделируется 19 упругими балочными элементами с каждой стороны. (Цветной рисунок онлайн)

Модель системы

Была создана имитационная модель системы, состоящая из модели сыпучей руды (разд.3.1), а также многомодельной динамической модели канатной лопаты (раздел 3.2). В таблице 2 представлены параметры, использованные в модели. Экспериментально известные значения – это плотность частиц и насыпная плотность рудного материала, описанная в разд. 2.1, и измеренное трение между сыпучим материалом и материалом ковша. Модуль Юнга и коэффициент Пуассона установлены на 45 ГПа и 0,3 соответственно для всех частиц. Значение модуля Юнга выбирается без специальных испытаний на текущих типах горных пород и основывается на аналогичных типах горных пород.Однако, поскольку контактная жесткость, которая зависит от модуля Юнга, уменьшена приблизительно до 1 порядка, фактическое значение модуля не будет играть существенной роли. Земля моделируется как FE-плоскость, следовательно, она не содержит шероховатостей или неровностей поверхности, которые наблюдались в действительности. По этой причине коэффициент трения между землей и частицами был установлен на 0,9. Если иное не указано в таблице 2, коэффициент демпфирования равен 1, а масштабный коэффициент жесткости равен 0.05. Остальные свойства материала были откалиброваны.

На Рис. 11a показана численная настройка системы. Трехмерное сканирование канатной лопаты и навозной кучи использовалось для того, чтобы добиться правильного положения стрелы толпы, подъемных тросов относительно канатной лопаты и всего канатного ковша относительно отвала. Такое расположение обеспечивало геометрическую настройку модели так же, как и во время эксперимента.Поскольку навозная куча образовывалась при отсутствии канатной лопаты, камни, занимающие пространство, в котором находился ковш, были слегка перемещены вручную или удалены, чтобы избежать первоначального проникновения. Самосвал с жесткой рамой примерно такого же размера, как CAT 793, также был включен в модель системы.

На рис. 11b представлена ​​модель, в которой некоторые частицы были удалены в областях, где результирующая скорость частиц была 0. Частицы на границе приблизительно 0,5 м были ограничены во всех направлениях.Это упрощение было сделано для дальнейшего сокращения времени моделирования и позже называется упрощенной моделью. Упрощенная модель использовалась для изучения различных переменных копания, таких как угол наклона, положение от навозной кучи и скорость копания.

На рис. 11c профиль отсканированной кучи навоза, отсканированной в 3D, расположен поверх кучи, образованной путем вырезания окончательной калибровочной модели на высоте 10 м. Куча навоза была создана с использованием той же модели, что и использованная для калибровки; однако, чтобы уменьшить вычислительные затраты, высота отвала была уменьшена.

Во время моделирования контакт между частицами и ковшом активизировался во время копания и разгрузки. Контакт был отключен, когда канатная лопата возвращалась в положение копания. Это было сделано для того, чтобы избежать ненужного контакта между ковшом и кучей навоза, чтобы сократить время вычислений.

Установка численной модели ( a ) и упрощенная куча навоза ( b ), где все частицы в красной / розовой области ограничены во всех направлениях.Вид сбоку, показывающий навозную кучу из полной имитационной модели и профиль трехмерной отсканированной навозной кучи из эксперимента ( c ), показанный как заштрихованная область с черными линиями. (Цветной рисунок онлайн)

– обзор | Темы ScienceDirect

5.6 Экскаваторы

Экскаваторы также известны как экскаваторы-погрузчики. Экскаваторы могут быть колесными или гусеничными. Малые экскаваторы-погрузчики обычно устанавливаются на колеса, а большие – на гусеничном ходу.При большом весе ковша длина стрелы укорачивается. С другой стороны, у некоторых экскаваторов-погрузчиков более длинные стрелы и ковши небольшого размера.

Объем кучи и удаляемый объем: Ковш обратной лопаты имеет два объема: объем кучи и удаляемый объем (рис. 5.15).

Рис. 5.15. Объем кучи (слева) и пораженный объем (справа).

Тип почвы: Твердый зацементированный грунт труднее выкопать по сравнению с рыхлым песком или суглинком. Следовательно, тип почвы играет важную роль в определении эффективности работы с обратной лопатой.Эффективность ковша высока, когда оператор может получить полный ковш за один ковш. Для таких почв, как суглинок и рыхлый песок, можно получить полный ковш за один совок. Это невозможно для жесткой глины и выветрившейся породы (Таблица 5.1).

Таблица 5.1. Коэффициент заполнения ковша в зависимости от типа почвы

Эффективность экскаваторов-погрузчиков: Экскаваторы-экскаваторы имеют оптимальную глубину выемки.На этой глубине экскаватор работает с максимальной эффективностью. Когда глубина слишком мала или слишком велика, эффективность снижается. Оптимальная глубина копания данной обратной лопаты зависит от длины стрелы и размера ковша. Производители обратной лопаты обеспечат оптимальную глубину обратной лопаты.

Угол действия: Ковш обратной лопаты опускается в выемку и выкапывает почву. Затем ковш поднимается и вращается, чтобы выгрузить почву. Угол, который необходимо повернуть, чтобы погрузить почву в грузовик, известен как рабочий угол (рис.5.16).

Рис. 5.16. Угол срабатывания.

При низком рабочем угле можно ожидать более быстрой работы. При большом угле работы земляные работы замедляются. Следовательно, важно убедиться, что грузовик установлен так, чтобы угол поворота был небольшим. В некоторых ситуациях может оказаться невозможным поддерживать низкий угол срабатывания. Могут быть существующие конструкции, деревья или другие препятствия, из-за которых грузовики должны быть припаркованы подальше от экскаватора-погрузчика.Угол поворота также известен как угол поворота.

Угол поворота и глубина обработки: В таблице 5.2 приведены коэффициенты производительности для различной глубины обработки и различных углов поворота. Коэффициент производительности также известен как коэффициент A: D.

Таблица 5.2. Коэффициент производительности ( P ) или A : D коэффициент

Источник: Объединение силовых кранов и экскаваторов.

Как пользоваться таблицей 5.2? Предположим, у определенного экскаватора оптимальная глубина работы 8 футов, при которой он имеет наибольшую эффективность. Допустим, он копает на глубине 9,6 футов.

OptimumdepthDo = 8ftDepthofoperation = 9,6ftD / Do = 9,6 / 8 = 1,2 = 120%

Если вы путешествуете по 120% -ному ряду, вы увидите коэффициент продуктивности уменьшается при увеличении угла срабатывания. Если возможно, наилучшая производительность может быть получена, когда рабочий угол приближается к 45 градусам.

С другой стороны, предположим, что эта обратная лопата работает под углом 75 градусов. Если вы спуститесь вниз по линии столбца 75 градусов, вы увидите, что производительность увеличивается до D / D _o = 1,00. Потом производительность начинает падать. На оптимальной глубине производительность максимальна. Когда рабочая глубина мала или слишком велика, производительность снижается.

Посмотрите на D / D _o = 1,00 и угол поворота составляет 90 градусов.Вы увидите, что коэффициент продуктивности равен 1,00. Это база. При уменьшении угла поворота коэффициент производительности превышает 1,00.

Расчет производства экскаваторов: Производство экскаваторов определяется следующим уравнением

q = 3600B × E × PC

q = объем грунта, вынутого и выгруженного экскаватором в грузовик (CY / h )

B = вместимость ковша (CY)

E = коэффициент полезного действия ковша из таблицы A

P = коэффициент производительности из таблицы B

72 9057 = время цикла для угла 90 градусов и оптимальной глубины

Практическая задача 5.7

Экскаватор с ковшом ударопрочностью 1,2 CY и оптимальной глубиной 8 футов был использован для рытья котлована глубиной 10 футов. Угол действия составляет 120 градусов. Почва – глина средней жесткости. Производитель экскаватора указывает время цикла для угла 90 градусов и оптимальной глубины 18 с. Найдите производительность экскаватора в КГ / ч.

Раствор

q = 3600B × E × PC

q = объем почвы, выкопанной и выгруженной в грузовик экскаватором (CY / h)

B = емкость ковша (CY ) = 1.2 CY

E = коэффициент полезного действия ковша из таблицы A

E = 0,9 для глины средней жесткости.

P = коэффициент производительности из таблицы B

D / Do = 10/8 = 1,25 Угол работы = 120

D / D _o = 1,2 и угол действия 120, дает P значение 0,86.

С помощью интерполяции P определяется равным 0,85.

C = время цикла для угла 90 градусов и оптимальной глубины = 18 с (обычно предоставляется производителем).

Если время цикла не указано производителем, это значение может быть установлено на месте на практике. Попросите оператора работать на оптимальной глубине с углом поворота 90 градусов и оцените время цикла.

q = 3600B × E × PC = 3600 × 1,2 × 0,9 × 0,8518 = 180CY / h

Как правильно выбрать ковш экскаватора

Выбор экскаватора для работы – это только первый шаг в приобретении необходимых инструментов.Экскаваторы малые или большие, они невероятно универсальны благодаря доступным вариантам ковша и навесного оборудования. Учитывая то, что на рынке представлено множество типов ковшей обратной лопаты и экскаваторов, выбор ковша, подходящего для работы, зависит от множества факторов.

Выберите ковш экскаватора, подходящий для условий на стройплощадке

При выборе ковша экскаватора в первую очередь следует учитывать конкретное применение и тип обрабатываемого материала. Обычно вы хотите найти самый большой ковш для своей работы, учитывая плотность материала и размер самосвала.

Помните, что вес ковша ограничивает время цикла, и ковш становится тяжелее только при загрузке тяжелых материалов. Как правило, для материалов с более высокой плотностью используйте ведро меньшего размера, чтобы избежать снижения производительности. Вы хотите, чтобы ваш самосвал загружался быстро, с минимальным количеством циклов, чтобы снизить расход топлива, износ и время простоя.

Для различных приложений также могут потребоваться определенные типы ковшей. Например, вы не сможете выкопать 18-дюймовую траншею с 30-дюймовым ковшом.Некоторые ковши предназначены для работы с определенными типами материалов. Ковш для скальных пород имеет V-образную режущую кромку и длинные острые зубья, которые могут пробивать твердые породы и толкать тяжелые грузы с большей мощностью. Ковш для копания, как известно, справляется с твердой почвой. Учтите тип и плотность материала и убедитесь, что вы выбрали ведро, способное его поднимать.

Типы ковшей экскаватора

Экскаватор может делать все, от рытья траншей и укладки труб до ландшафтного дизайна и перемещения снега.Ковши нескольких типов позволяют экскаватору обрабатывать различные материалы в этих областях применения. Хотя существует также множество специальных ведер, в пятерку самых популярных ведер входят:

• Универсальные ковши или ковши для копания
• Ковши для сортировки, очистки или рытья
• Ковши для тяжелых и тяжелых условий эксплуатации
• Траншейные ковши
• Ковши угловые

Что такое универсальный ковш?

Ковш общего назначения универсален и подходит для многих земляных работ.Он также известен как землеройный ковш и является стандартным навесным оборудованием, которое поставляется с экскаватором. Если вы арендуете экскаватор без указания ковша, вы, вероятно, получите ковш общего назначения. Он поставляется с короткими тупыми зубьями, которые отлично работают на почве и доступны во многих размерах для различных применений.

Вот некоторые материалы, которые можно перемещать с помощью универсального ковша экскаватора:

• Грязь
• Песок
• Верхний слой почвы
• Глина
• Гравий
• Суглинок
• Ил
• Земля с рыхлым гравием или камнями
• Морозный грунт

Вы также можете найти компоненты для защиты от износа, позволяющие универсальному экскаватору работать с большим количеством абразивных материалов.

Что такое оценочный ковш?

Сортировочные ковши отличаются гладкими краями, широкой конструкцией и плоскими режущими кромками. У них также есть подъемные проушины, приварные боковые ножи и двусторонние режущие кромки с болтовым креплением. Эта конструкция создает гладкие края на всех участках копания и лучше всего работает с мягкими материалами и почвами. Ковши для сортировки, также называемые ковшами для очистки или рытья канав, обладают большой универсальностью для загрузки материала, сортировки, выравнивания, обратной засыпки, наклона и очистки канав для улучшения дренажа.

Если вы знаете, как использовать ведро для сортировки, вы можете использовать его во многих приложениях, в том числе:

• Ландшафтный дизайн
• Техобслуживание канав
• Профилирование откоса
• Дорожное строительство
• Коммунальные работы

Что такое ковш для тяжелых условий эксплуатации?

Ковш для тяжелых или тяжелых условий эксплуатации обычно изготавливается из высокопрочной, устойчивой к истиранию стали. Благодаря своей превосходной прочности, эти навесные устройства часто используются в карьерах для загрузки грузовиков с материалом высокой плотности за меньшее количество проходов.

бывают общего, тяжелого, тяжелого и сверхпрочного исполнения. Они обеспечивают улучшенное копание тяжелых или абразивных материалов, таких как:

• Взорванная порода
• Глина плотная
• Камень
• Острый камень
• Базальт колотый
• Гравий
• Песок высококремнистый
• Дробь гранитная
• Сланец

Ковши для тяжелых и тяжелых условий эксплуатации могут обрабатывать даже более тяжелые материалы, в том числе:

• Известняк
• Песчаник
• Битый шлак
• Базальт

Что такое траншейный ковш?

Как и планировочный ковш, траншейный ковш используется для рытья траншеи.Он хорошо подходит для узких кабельных траншей, водопропускных труб и водостоков. Он имеет узкую форму, острое плоское лезвие и удлиненную переднюю часть для лучшего доступа. Этот инструмент может копать глубокие траншеи, сохраняя при этом короткий рабочий цикл. Ковш для рытья траншей следует использовать для высокоточных работ, таких как рытье вокруг труб.

Что такое ковш с угловым наклоном?

Ковш с угловым наклоном имеет многие из тех же применений, что и ковш для профилирования, с добавленной функцией поворота на 45 градусов в любом направлении.Благодаря возможности наклона эти ковши полезны для создания точных уклонов. Они также позволяют экскаватору перемещаться или формировать большую площадь без частой смены положения. Эти функции могут позволить увеличить время безотказной работы за счет сверхпрочной конструкции.

бывают разных размеров для различных применений, например:

• Оценка
• Рытье траншей
• Очистка канав
• Наклонный
• Расчистка земли или снега
• Чистовая
• Прокачка
• Ландшафтный дизайн
• Копание в труднодоступных местах

Какие типы специальных ковшей для экскаваторов доступны?

Помимо наиболее часто используемых ковшей, вы можете найти ковши различных конструкций для конкретных работ:

• Ведро-загадка: ведро-загадка, которое иногда называют ведром-скелетом, имеет тяжелые пластины с промежутками между ними.Мелкие частицы просеиваются, отсеивая крупнозернистую почву или камни из мелкозернистой почвы.
• V-образный ковш: как особый вид ковша для рытья траншей, V-образный ковш может рыть длинные, угловые, V-образные траншеи. Часто используется для прокладки труб и инженерных кабелей.
• Ковш для скальных пород: Ковш для скальных пород имеет конструкцию, аналогичную конструкции ковшей для земляных работ общего назначения. Он имеет длинные острые зубья с V-образной режущей кромкой для оптимального усилия толкания. Ковш для скальных пород с легкостью пробивает твердые породы.
• Ковш с твердым днищем: Ковш с твердым корпусом имеет конструкцию, аналогичную конструкции каменного ковша, и поставляется с прикрепленными зубьями рыхлителя на задней части ковша. Он может разрыхлить уплотненную почву при копании.

Вы арендуете или покупаете бывшие в употреблении ковши экскаватора? Знайте, что искать

При таком большом количестве типов экскаваторных ковшей стоит подумать об аренде одного, когда вам нужно выполнить конкретную задачу. Если вы планируете использовать ковш для многих работ, вы можете сэкономить, купив подержанный ковш экскаватора.При выборе ковша, бывшего в собственности или арендованного, вам необходимо понимать, как осматривать его на предмет повреждений или ремонта. Ищите следующие элементы:

1. Трещины, изгибы и вмятины: в точках сварки на ковше могут образоваться трещины, вмятины или прогибы. Трещина при сварке будет покрыта ржавчиной.
2. Ржавчина: Ржавчина – один из признаков чрезмерного износа ковша экскаватора. Если вы заметили ржавчину, подумайте, можете ли вы отремонтировать ее, или ведро находится в слишком плохом состоянии.
3. Волнистость: Материал зубьев ковша экскаватора – низколегированная сталь, обеспечивающая прочность и долговечность. Со временем, если зубья ковша изношены, они приобретут форму полумесяца. Зубы с зубчатыми краями все еще работают, но с некоторым снижением эффективности. Если зубы изношены, вы можете подумать о замене зубов или запланировать их в ближайшее время.
4. Доступность деталей: зубья ковша и другие приспособления для индивидуальной настройки со временем изнашиваются. Если модель ковша снята с производства, у вас могут возникнуть проблемы с поиском сменных зубов.Перед покупкой проверьте в Интернете, где можно купить нужные детали, доступны ли они по цене и их легко найти.
5. Fit: если вы арендуете, покупаете новый или подержанный, ковш должен соответствовать вашему экскаватору. Ковш, слишком тяжелый для вашего экскаватора, будет неэффективным и даже повредит вашу машину. Убедившись, что он подходит по размеру и весу для вашего экскаватора, прикрепите его, чтобы обеспечить правильную посадку.
6. Люфт или движение: как только ведро прикреплено, попробуйте открыть и закрыть ведро.Проверьте надежность крепления втулок, штифтов или муфт.
7. Копание: Если все в рабочем состоянии, попробуйте копать ковшом, чтобы убедиться, что оно работает. Учитывайте время цикла, которое вы можете достичь по сравнению с другими ковшами.

Выбор размера ковша экскаватора

Большинство строительных проектов выигрывают от ковша, который увеличивает производительность за счет уменьшения количества проходов, которые необходимо сделать инструменту. Выберите самый большой ковш экскаватора, который не снизит эффективность, за исключением случаев, когда у вас есть особые требования к размеру, например, при рытье траншеи.Помните, что ковш, который вы используете на 20-тонном экскаваторе, будет слишком большим для 8-тонного экскаватора. Слишком большой ковш потребует от машины выполнения большего количества работы, а каждый цикл займет больше времени, что снизит эффективность или приведет к опрокидыванию экскаватора.

Таблица размеров ковша экскаватора

Как правило, для вашего экскаватора подходят ковши разных размеров. Размеры ковшей мини-экскаваторов могут варьироваться от 6-дюймовых до 36-дюймовых ковшей. Имейте в виду, что некоторые размеры применимы только к сегментам профилирования, и вам не следует использовать другие типы ковшей с такими размерами.Чтобы узнать, какой размер ковша подходит для веса вашего экскаватора, воспользуйтесь таблицей размеров:

• Машина до 0,75 тонны: ковши шириной от 6 до 24 дюймов или 30-дюймовые ковши для сортировки.
• Машина грузоподъемностью от 1 до 1,9 тонны: ковши шириной от 6 до 24 дюймов или сортировочные ковши от 36 до 39 дюймов.
• Машина грузоподъемностью от 2 до 3,5 тонн: ковши шириной от 9 до 30 дюймов или 48-дюймовые ковши для сортировки.
• 4-тонная машина: ковши шириной от 12 до 36 дюймов или 60-дюймовые ковши для сортировки.
• Машина грузоподъемностью от 5 до 6 тонн: ковши шириной от 12 до 36 дюймов или 60-дюймовые ковши для сортировки.
• Машина грузоподъемностью 7–8 тонн: ковши шириной от 12 до 36 дюймов или ковши для сортировки от 60 до 72 дюймов.
• Машина грузоподъемностью от 10 до 15 тонн: ковши шириной от 18 до 48 дюймов или 72-дюймовые ковши для сортировки.
• Машина грузоподъемностью от 19 до 25 тонн: ковши шириной от 18 до 60 дюймов или ковши для сортировки по высоте 84 дюйма.

Как рассчитывается вместимость ковша экскаватора?

Вместимость ковша зависит от размера ковша и обрабатываемого материала.Вместимость ковша сочетает в себе коэффициент заполнения и плотность материала, почасовые производственные требования и время цикла. Вы можете рассчитать емкость вашего ковша для конкретного проекта за пять шагов:

1. Найдите вес материала в фунтах или тоннах на кубический ярд. Обратитесь к листу данных коэффициента заполнения, предоставленному производителем ковша, чтобы узнать коэффициент заполнения для этого конкретного материала. Эта цифра, выраженная в десятичной дроби или в процентах, указывает, насколько полно может быть ведро этим типом вещества.
2. Найдите время цикла, отсчитав загрузку с помощью секундомера. Включите таймер, когда ковш начнет копать, и остановите, когда ковш начнет копать второй раз. Разделите 60 на время цикла в минутах, чтобы определить количество циклов в час.
3. Возьмите почасовую производственную потребность, установленную менеджером проекта, и разделите ее на количество циклов в час. Этот расчет дает вам количество в тоннах, перемещенное за проход, известное как полезная нагрузка за цикл.
4. Разделите полезную нагрузку за цикл на плотность материала, чтобы получить номинальную вместимость ковша.
5. Разделите номинальную вместимость ковша на коэффициент заполнения. Это число говорит вам, сколько кубических ярдов материала вы сможете поднять за каждый цикл.

Настройка ковша экскаватора и аксессуары

Чтобы приспособить ковш экскаватора для любых применений, которые у вас есть в магазине, вы можете настроить ковш с помощью множества дополнительных функций:

• Типы зубьев: Один из наиболее распространенных способов настройки экскаватора – установка зубьев разных типов на передней части ковша.Зубы бывают разных форм для различных целей. Зубцы долота имеют гладкий, угловой наконечник с плоским дном и отлично подходят для большинства применений. Зубья каменного долота имеют усиленный наконечник долота, подходящий для скальных пород и твердых грунтов. Одиночные зубы тигра имеют заостренный наконечник для хорошего проникновения материала. Два зуба тигра имеют по два острых зубца на зуб для еще лучшего проникновения.
• Расстояние между зубьями: Вы также можете отрегулировать расстояние между зубьями для различных применений. Зубья с большим расстоянием между зубьями могут обеспечить лучшее проникновение в породу, в то время как зубья с более узкой конфигурацией лучше работают при рытье траншей и почвы.
• Конфигурация кромки: Ковши могут иметь либо лопату, либо прямые кромки. Лопаточная кромка лучше всего подходит для твердых материалов и в карьерах. Прямые края обеспечивают более чистый срез при земляных работах, рытье траншей и обустройстве участка.
• Боковые фрезы: у ковшей экскаваторов обычно есть боковые фрезы, которые толще, чем сторона ковша. Вы можете оснастить ковш дополнительными боковыми ножами с болтовым креплением, также называемыми корневыми ножами, которые помогут вам копать корни во время земляных работ.
• Защита от износа: Боковые ножи также могут способствовать защите от износа, наряду с нижними и боковыми изнашиваемыми пластинами, а также протекторами боковой панели. Эти аксессуары продлят срок службы вашего ведра.
• Устройство для быстрой смены навесного оборудования: экскаваторы имеют множество типов навесного оборудования для ковшей и могут удерживать другое навесное оборудование, такое как рыхлители, шнеки, грабли и грейферы. Возможность менять аксессуары на рабочем месте имеет решающее значение. Устройство быстрой смены навесного оборудования позволяет легко переключаться между различными типами инструментов и ковшей.
• Муфта с усилителем наклона: Муфта с механическим наклоном позволяет любому инструменту наклоняться по дуге на 180 градусов или на 90 градусов влево или вправо от центра для максимальной точности.
• Большой палец: для громоздких грузов или грузов неправильной формы большой палец экскаватора можно прикрепить к верхней части ковша экскаватора, чтобы зажимать материал и удерживать его на месте.

Замена зубьев на ковшах экскаваторов

Лучшее время для замены зубьев – до того, как они полностью изнашиваются и не обнажают адаптер ковша.Чтобы установить ковш с новыми зубьями, выполните следующие девять шагов:

1. Начните с защитных очков и защитной обуви. Вам понадобится молоток, инструмент для снятия штифта, щетка с проволочной щетиной и новые зубы, которые вы хотите вставить. В целях безопасности пометьте машину перед работой с ковшом.
2. Установите ковш так, чтобы зубья были параллельны земле.
3. С помощью инструмента для снятия штифта удалите существующие зубы. Вбейте инструмент для снятия штифта в штифт так, чтобы вы прижались к фиксирующей стороне зуба.
4. Снимите зуб и очистите переходник зуба щеткой из щетины.
5. Вставьте фиксатор в соответствующее углубление адаптера.
6. Удерживая фиксатор на месте, установите зуб на адаптер.
7. С противоположной стороны держателя вставьте штифт через зуб и адаптер зуба.
8. Забейте штифт до тех пор, пока он не встанет на одном уровне с концом зуба.
9. Убедитесь, что выемка в штифте зафиксирована на месте в держателе.

Найдите ковши экскаватора Cat и навесное оборудование от трактора Thompson

Когда вы готовы сделать покупки ковшей для экскаваторов или вам понадобится совет специалиста для вашей рабочей площадки и машины, сотрудничайте с местными лидерами в области поставки запчастей для тракторов и ремонта. У нас есть широкий выбор навесного оборудования Cat для экскаваторов – независимо от того, ищете ли вы новые или бывшие в употреблении ковши. Быстро приобретайте нужные детали у экспертов с более чем 60-летним опытом работы в этой сфере.

Получите консультацию по номеру вашей модели от наших профессионалов, связавшись с нами или используя нашу функцию онлайн-чата сегодня.

Как оценить вместимость ковша

Объем = Площадь поперечного сечения x Длина

Все мы знаем, что объем рассчитывается путем умножения Ширина x Высота x Длина или Площадь конца x Длина . Но что, если площадь не является простой геометрической формой, или, в случае ковшей для тяжелого оборудования, как определить форму для вычисляемого объема?

Общее количество материала, переносимого ведром, складывается из количества материала внутри ведра и количества материала, сложенного поверх него.Это называется с шапкой или номинальной мощностью . Количество материала, уложенного на ковш (куча), определяется углом естественного откоса обрабатываемого материала. Общество инженеров автомобильной промышленности, SAE , с целью создания стандарта для сравнительной оценки ковшей определило два разных угла естественного откоса:

• Ковши колесных погрузчиков; 2: 1
• Гидравлические ковши экскаваторов; 1: 1

Конечно, если Фактическая вместимость рассчитывается для конкретного ковша для обработки определенного материала, для которого известен фактический угол естественного откоса, то подставляется фактический угол естественного откоса.

Расчет вместимости объектов необычной формы был непростой задачей до того, как компьютеры и черчение в САПР стали широко использоваться. Формальный метод включал разбиение фигуры на геометрические фигуры, вычисление площади каждой из них и сложение всех площадей вместе для получения общей площади поперечного сечения. В качестве альтернативы для прямого измерения использовался планиметр.

Сегодня, если имеется достаточно информации для копирования формы с помощью компьютерной программы CAD, площадь любой формы может быть точно рассчитана за несколько секунд.