Цепной траншейный экскаватор

Советские и российские индексы цепных траншейных экскаваторов гражданского назначения имеют следующую структуру: ЭТЦ-XXYYАА.

Сочетание ЭТЦ означает Экскаватор Траншейный Цепной. Устаревшими обозначениями являются ЭТ (Экскаватор Траншейный), ЭТН (Экскаватор Траншейный Навесной), ЭТУ (Экскаватор Траншейный Универсальный). Вслед за буквенным обозначением следует сочетание из 3—4 цифр, за которыми могут следовать буквы. Первые две цифры XX означают глубину копания в дециметрах, последние 1—2 цифры YY — номер модели; первая буква (А, Б, В…) означает очередную модернизацию, следующие буквы (С, Т, ТВ…) — климатическое исполнение. Таким образом, ЭТЦ-165А расшифровывается как «экскаватор траншейный цепной, глубина копания до 1,6 метров, пятая модель, первая (А) модернизация».

Обозначения отдельных старых моделей не соответствуют этой системе, например, экскаваторы-дреноукладчики Д-659, Д-659А. Также отличные обозначения могут иметь машины армейского назначения для инженерных войск, например, ПЗМ — Полковая Землеройная Машина[6].

Первые советские цепные траншейные экскаваторы имели обозначение МК — Многоковшовый Канавокопатель, например, МК-I[1][2][7].

Цепной траншейный экскаватор является самодвижущейся землеройной машиной на пневмоколёсном или гусеничном ходу с навесным или полуприцепным рабочим органом. В случае, когда экскаватор агрегируется к трактору, в трансмиссию базовой машины встраивается ходоуменьшитель. Рабочий орган представляет собой раму, снабжённую ведущей звёздочкой на переднем конце и ведомым блоком (или звёздочкой) на заднем конце, через которые перекинута бесконечная цепь, две цепи или лента. К цепям (ленте) крепятся рабочие элементы, в качестве которых могут выступать ковши, скребки или резцы. Цепь дополнительно опирается на поддерживающие и направляющие ролики, установленные на раме (в случае свободно провисающей цепи) либо на направляющие (в случае барового рабочего органа). Заглубление рабочего органа в траншею (и, при необходимости, создание требуемого усилия на рабочем органе: собственной массы рабочего органа может оказаться недостаточно для его заглубления) и его подъём производится с помощью гидроцилиндров или системы блоков.

В процессе работы машина движется вдоль оси отрываемой траншеи, бесконечная цепь с рабочими элементами движется по раме (при рабочем ходе нижняя часть цепи движется в ту же сторону, что машина), рабочие элементы разрабатывают грунт и выносят его из траншеи вверх, где происходит разгрузка грунта на транспортёр. Широко распространены ленточные транспортёры, выносящие грунт в отвал сбоку от траншеи. Движение ленты транспортёра может реверсироваться, таким образом изменяется сторона, в которую разгружается грунт. Если длина транспортёра велика, он может быть выполнен двух- или трёхсекционным и складываться в транспортном положении. Экскаваторы со скребковым рабочим органом могут оборудоваться шнековыми транспортёрами (два или более шнека, расположенных поперёк оси траншеи). Вращаясь, шнеки отодвигают грунт от бермы траншеи до того, как он успевает ссыпаться обратно. Возможно также использование грунтометателя, представляющего собой заключённый внутрь кожуха вращающийся барабан с лопатками. Лопатки разгоняют грунт, центробежная сила прижимает его к внутренней стороне кожуха, и через направляющую щель грунт отбрасывается в сторону. Изменением ориентации направляющей щели может меняться направление и дальность отбрасывания. Заданная глубина копания обеспечивается изменением угла наклона рабочего органа, управление скоростью загрузки ковшей для обеспечения оптимального использования мощности двигателя производится изменением скорости рабочего хода машины. Благодаря возможности бесступенчатого изменения рабочих скоростей экскаваторы с гидрофицированной трансмиссией обладают более высокой производительностью по сравнению с машинами, имеющими механическую трансмиссию.

Для предохранения механизмов машины от поломки при встрече с труднопреодолимым препятствием в трансмиссии может иметься предохранительное устройство. Натяжение цепи обеспечивается натяжным устройством. Для зачистки дна траншеи поверх основной рамы может устанавливаться дополнительная рама с зачистным башмаком, представляющим собой заострённый спереди клин. Зачистной башмак срезает неровности дна и подгребает грунт к рабочим элементам; он может также создавать в дне траншеи выемку, в которую укладывается кабель или труба. На раме рабочего органа может располагаться также трубоукладчик и датчик автоматической системы поддержания уклона дна (в конфигурации экскаватора-дреноукладчика) или откосообразоватери для разработки откосов. Откосообразователи могут представлять из себя тросы или цепи, оснащённые резцами и расположенные симметрично по обеим сторонам от рабочего органа. В верхней части тросы крепятся к коромыслу, качающемуся верхней части рамы рабочего органа, в нижней части они крепятся к пальцу, расположенному с эксцентриситетом на оси нижней звёздочки (или блока). При вращении нижней звёздочки тросы с резцами тросы совершают возвратно-поступательное движение, подрезая грунт по откосам траншеи. Подрезанные призмы грунта падают на дно, где подхватываются ковшами или скребками[1][2][4][8].

Рабочей орган может быть как навесным (жёстко связанным тягачом), так и полуприцепным (верхний конец соединяется с тягачом, нижний конец опирается на дно отрываемой траншеи). Опирание на дно траншеи позволяет получить более ровный профиль дна, так как неровности поверхности, по которой движется тягач, демпфируются заглубляющим оборудованием и в меньшей степени передаются на рабочий орган[3].

В отдельных случаях может быть обеспечено вращение рабочего органа машины в вертикальной плоскости, что позволяет отрывать траншеи, по ширине превышающие ширину рабочего органа. Такую конструкцию имеет рабочий орган армейского экскаватора ПЗМ: в сочетании с грунтометателем, отбрасывающим грунт на большое расстояние и высоту, машина может за несколько проходов отрывать не только траншеи, но и котлованы. В ходе отрывки рабочий орган поворачивается в вертикальной плоскости, при этом расположенные на его боковых сторонах дополнительные фрезы разрыхляют стенки траншеи, облегчая отрывку при повороте рабочего органа[9].

Цепной траншейный экскаватор производства Ditch Witch как навесное оборудование для пневмоколёсного трактора. Под рабочим органом — шнековый транспортёр.

Для разработки грунта на бесконечной цепи могут устанавливаться ковши, скребки либо другие рабочие элементы (резцы, плужки). Ковши используются для широких траншей в грунтах, не обладающих повышенной прочностью. Если ширина траншеи невелика или если грунт липкий, то разгрузка ковшей может быть затруднена, в этом случае предпочтительными оказываются скребковые рабочие элементы. Также в случае липкого грунта возможна организация принудительной очистки ковшей с помощью специальной пластины-очистителя. В прочных грунтах, грунтах с твёрдыми включениями (цемент, погребённые крупные камни) в мёрзлых грунтах используются цепи со специальными элементами, обладающими повышенной износостойкостью (к экскаваторам для работ на прочных грунтах относятся машины семейства ЭТЦ-208; для прорезания щелей шириной 0,14 метров применяются цепи типа «Урал-33» на баровом рабочем органе, который может являться сменным оборудованием к экскаваторам типа ЭТЦ-1607). Поскольку цепи работают в высокоабразивной среде, к их прочности и износостойкости предъявляются повышенные требования. Для рытья широких траншей могут применяться рабочие органы с несколькими (например, двумя) рядами ковшей или других рабочих элементов[1][2][3][10].

В случае ковшовой цепи ширина траншеи, отрываемой машиной, является неизменной величиной. При применении цепи со скребками, плужками и т. п. в некоторых случаях ширина траншеи может быть изменена путём замены рабочих элементов цепи на более узкие или на более широкие (или заменой самой цепи). Так, экскаваторы ЭТЦ-165 могут отрывать траншеи шириной 0,2 м, 0,27 м и 0,4 м благодаря возможности замены рабочих элементов. Также предусмотрена возможность замены рабочего органа на баровый с цепью шириной 0,14 м для работы с особо прочными грунтами[2][4].

Цепь экскаватора может быть свободно провисающей или перемещаться по прямолинейной, относительно рабочего органа, траектории по жёстким направляющим (баровый рабочий орган). В первом случае при разработке грунта рабочие элементы поворачиваются вместе со звеном цепи, их положение определяется натяжением цепи. При встрече рабочего элемента с препятствием (например, камнем) на режущей кромке создаётся вращающий момент, который поворачивает элемент и позволяет ему обойти препятствие. Столкновение камня с рабочими элементами повторяется, он расшатывается и, наконец, захватывается ковшом или скребком. При чрезмерно натянутой цепи на ней возникают значительные усилия, приводящие к её преждевременному износу, при слабо натянутой цепи элементы поворачиваются на значительный угол, далёкий от оптимальных углов резания. Таким образом, важно поддерживать оптимальное натяжение рабочей цепи.

Если цепь движется по направляющим, траектория рабочих элементов неизменна, и при встрече с препятствием элементы не могут его обойти. Это приводит к подъёму всей рамы, к высоким нагрузкам на цепи и на всей конструкции. Поэтому рабочие органы с цепями на направляющих используются в грунтах без каменистых включений, они позволяют точно спланировать откосы. Рабочие органы с провисающими цепями используются в неоднородных грунтах, где могут быть включения[1][3].