Объём ковша экскаватора: от 0,08 до 3,4 м³

01Коротко

• Объём ковша в паспорте — это номинальная вместимость по ГОСТ ISO 7451-2014: объём ковша вровень с краями плюс «шапка» над ними. Это цифра для сравнения ковшей между собой, а не обещание, сколько грунта машина поднимет в вашем грунте.
• По классам: задний ковш экскаватора-погрузчика JCB 3CX — 0,08–0,40 м³, гусеничная машина 13–15 т — до 0,89 м³, 20–25 т — до 1,25 м³, 40 т — до 2,1 м³, 52 т — до 3,4 м³.
• Сколько входит на деле зависит от грунта: по справочнику Komatsu влажная глина набирается с горкой (коэффициент 1,1–1,2), песчаный грунт с гравием — только на 80–90 %, взорванная скала — на 70–80 %.
• Вес полного ковша: 1 м³ рыхлого песка, суглинка или мягкой глины весит около 1,35–1,45 т, ломовой глины — до 1,7 т, чернозёма — около 1 т.
• Время работы: по нормам ЕНиР гидравлический экскаватор с ковшом 0,25 м³ выкапывает 100 м³ лёгкого грунта с погрузкой в самосвал за 4,5 часа, с ковшом 0,65 м³ — за 2,1 часа, с ковшом 1,6 м³ — меньше чем за час.

02Что такое объём ковша: геометрический и номинальный

Как считать вместимость ковша обратной лопаты, устанавливает ГОСТ ISO 7451-2014 «Машины землеройные. Расчет вместимости ковшей типа "обратная лопата" и грейферных ковшей гидравлических экскаваторов и экскаваторов-погрузчиков». В России он действует с 1 января 2025 года, раньше вместо него применялся ГОСТ 29291-92. Стандарт идентичен международному ISO 7451:2007, поэтому цифры в паспортах российских и зарубежных машин сравнимы.

Стандарт различает три объёма:

1. Геометрический объём (V_s, по-английски struck volume) — объём материала ниже разделительной плоскости, то есть ковш, заполненный вровень с краями. Плоскость проходит через режущую кромку и верхнюю кромку задней стенки.
2. Объём «шапки» (V_t) — материал, который лежит горкой над этой плоскостью. Для его расчёта стандарт берёт формулу по ширине ковша и длине его открытой части.
3. Номинальная вместимость (V_r) — сумма двух первых: V_r = V_s + V_t. Её и пишут в паспорте как объём ковша, в кубических метрах или литрах. Коммерческая вместимость, которую указывает продавец, может отличаться от расчётной не больше чем на 3 %.

Главная оговорка — в самом стандарте: метод «предназначен для сравнения вместимости, а не для определения фактической вместимости, зависящей от конкретных условий труда». Зубья, зубодержатели, боковые ножи и отверстия в объём не входят.

В советских сметных нормах встречается и другой термин. ЕНиР Е2-1 считает выработку экскаватора от геометрической вместимости ковша и вводит коэффициент её использования — отношение объёма грунта в естественном залегании, вынутого за одно копание, к геометрической вместимости. То есть в смете важен грунт в целике, а не горка в ковше.

03Как измеряется объём ковша

Объём ковша не измеряют мерным ведром — его рассчитывают по чертежу, по внутренним размерам. Ковш ставят так, чтобы плоскость через режущую кромку и кромку задней стенки была горизонтальной. Сложную форму ковша стандарт делит на несколько простых частей: площадь боковой внутренней поверхности умножают на среднюю ширину ковша.

Если ковш глубокий и короткий, вместо плоской границы берут цилиндрическую поверхность — геометрический объём от этого уменьшается. Объём «шапки» считают по длине открытой части ковша и его ширине. Формула стандарта соответствует горке с откосом 1:1, то есть под углом 45°: насыпную часть считают одинаково для любого грунта, хотя реальный угол откоса у песка и глины разный.

Поэтому данные из документации модели — это сравнительный показатель. Ковши разных производителей с одинаковым номинальным объёмом сопоставимы между собой, а сколько грунта войдёт в ковш на вашем объекте, показывает коэффициент наполнения ниже.

Канатные экскаваторы стандарт не охватывает. У них, как и у карьерных машин с прямой лопатой и драглайнов, ковши намного больше: в ФЕР 01 есть нормы на разработку грунта драглайнами с ковшом 5–15 м³ на гидроэнергетическом строительстве. В частном строительстве такие машины не встречаются.

04Объём ковша по классам экскаваторов

ГОСТ 30067-93 делит полноповоротные экскаваторы на шесть размерных групп по эксплуатационной массе — подробно о них в статье виды экскаваторов. Чем тяжелее машина, тем больший ковш она несёт: ковш с грунтом висит на конце стрелы, и его вес должна уравновесить платформа.

Максимальный ковш у современных гусеничных машин JCB — с их страниц на сайте производителя:

Для отечественных машин характеристики приводит ЕНиР Е2-1: ЭО-3322 массой 14,5 т работает с ковшами 0,4; 0,5 и 0,63 м³, ЭО-4121 массой 19,2 т — 0,65 и 1 м³, ЭО-5122 массой 35,8 т — 1,25 и 1,6 м³. Малый ЭО-2621А массой 5,45 т — ковш 0,25 м³ и глубина копания 3 м.

Из гидравлических машин с обратной лопатой в ЕНиР самый малый ковш — 0,25 м³. У мини-экскаваторов массой 1–3 т ковши ещё меньше, их объём производители указывают в паспорте конкретной модели в литрах. Об этих машинах — в статье вес и глубина копания мини-экскаватора.

Обратите внимание: в паспорте указан максимальный ковш. На ту же машину ставят и ковши меньше — узкие под траншею, усиленные под тяжёлый грунт.

05Ширина ковша и объём: одна машина, разные ковши

На одной машине объём меняют вместе с шириной ковша. Пример — задние ковши JCB 3CX по спецификации 3CX-14:

Ковш шириной 0,3 м вмещает в четыре раза меньше, чем ковш 0,9 м. Узким ковшом машина копает траншею под трубу, широким — котлован. Поэтому, если вам нужна траншея под водопровод, производительность будет ниже паспортной: грунта в узкий ковш входит меньше.

Подробнее о машине — в статье характеристики JCB 3CX.

06Виды ковшей и для чего они

• Ковш общего назначения (стандартный) — для земляных работ в обычном грунте: котлованы, траншеи, погрузка. Его объём и указывают как основной.
• Усиленный и скальный ковш — толще стенки и днище, есть защита от износа, крупнее зубья. Такой ковш тяжелее, поэтому при той же машине он меньше по объёму. Его берут для тяжёлых, мёрзлых и скальных грунтов после рыхления.
• Траншейный (узкий, профильный) ковш — по ширине траншеи. JCB предлагает ковши глубокого профиля с выбором ширин, чтобы, как пишет производитель, свести к минимуму обратную засыпку траншеи.
• Планировочный ковш — широкий, со сплошной режущей кромкой без зубьев. Им зачищают дно котлована и откосы. В ЕНиР это ковш экскаватора Э-4010 на 0,4 м³ со скребком длиной 2,5 м. Ковш для очистки канав у JCB делают с дренажными отверстиями: вода уходит, ковш с грунтом весит меньше.
• Ковш с зубьями и ковш со сплошной кромкой. ЕНиР нормирует их отдельно. Зубья нужны, чтобы врезаться в плотный грунт, сплошная кромка оставляет ровное дно.
• Ковш увеличенной вместимости — для лёгких грунтов. По пункту 11 технической части ЕНиР, если на машину поставили ковш с зубьями больше паспортного, норму времени берут по фактическому объёму ковша и умножают на 1,1.

07Коэффициент наполнения ковша

Сколько грунта в ковше на самом деле, показывает коэффициент наполнения — отношение фактического объёма к номинальному. В справочнике Komatsu Specifications & Application Handbook (раздел о производительности, таблица 9) он задан для обратной лопаты так:

Влажная глина держит горку и набирается с запасом. Песок с гравием осыпается из ковша, крупные куски скалы оставляют между собой пустоты — ковш набирается неполностью.

Почему в глину ковш входит больше паспорта: номинальная вместимость считается по «шапке» стандартной формы, а связный грунт держит горку круче. Сыпучий грунт, наоборот, ссыпается.

08Сколько весит грунт в ковше

В ковше грунт уже не в целике, а разрыхлённый: при выемке нарушается его структура и он занимает больше места. Поэтому вес полного ковша считают так:

вес = объём ковша × коэффициент наполнения × плотность грунта в целике ÷ (1 + разрыхление)

Плотность грунта в естественном залегании — по приложению 1.1 к ФЕР 81-02-01-2001 «Земляные работы». Первоначальное разрыхление — по приложению 2 к ЕНиР Е2-1. Получается вес 1 м³ разрыхлённого грунта:

Пример. Ковш 1 м³, мягкая глина, коэффициент наполнения 1,1–1,2. В ковше 1,1–1,2 м³ разрыхлённой глины, это 1,5–1,7 т. Тот же ковш в песке с гравием (коэффициент 0,8–0,9) поднимет 1,2–1,4 т.

Вес самого ковша к этому прибавляется: стрела поднимает ковш вместе с грунтом. Поэтому производитель и ограничивает максимальный объём ковша для каждой машины.

О том, к какой группе относится ваш грунт и сколько его прибавится после выемки, — в статье категории грунта.

09Как объём ковша влияет на производительность

ЕНиР Е2-1 даёт формулу сменной выработки экскаватора:

Н = Т × Е × Ц × Квм × Кв

где Т — продолжительность смены в минутах, Е — геометрическая вместимость ковша, Ц — число циклов в минуту, Квм — коэффициент использования вместимости ковша, Кв — коэффициент использования экскаватора по времени.

Справочник Komatsu считает часовую выработку по той же схеме. Если не учитывать коэффициент использования, получится теоретическая производительность, с ним — реальная: объём ковша с «шапкой» × коэффициент наполнения × 3600 ÷ время цикла в секундах × коэффициент использования. Стандартный цикл экскаватора класса 20 т (PC200, PC210) — 13–16 секунд при повороте на 45–90° и 16–19 секунд при повороте на 90–180°. Коэффициент использования — от 0,83 при хороших условиях до 0,58 при плохих.

Из формулы видно: при прочих равных выработка растёт прямо пропорционально объёму ковша. Но на время цикла влияют глубина и место выгрузки. По таблице 13 Komatsu стандартный цикл умножают на поправку: от 0,7 при выгрузке в отвал с небольшой глубины до 1,8, если копать глубже 75 % от максимальной глубины машины и выгружать в маленькую цель. Обычная погрузка в самосвал — 0,9–1,1.

10За сколько выкопать котлован: нормы по объёму ковша

Нормы времени ЕНиР § Е2-1-11 для гидравлических экскаваторов с обратной лопатой при разработке котлована с погрузкой в самосвалы. В таблице — машинное время на 100 м³ грунта:

Группа I — песок, супесь, лёгкий суглинок, растительный слой, чернозём. Группа II — тяжёлый суглинок, мягкая глина, щебень до 40 мм. Группа III — глина и суглинок с примесью щебня и гравия больше 10 %.

Пример. Котлован под фундамент 10 × 10 м глубиной 2,5 м — это 250 м³. В лёгком суглинке (группа I):

• ковшом 0,25 м³ — 4,5 × 2,5 = около 11 часов;
• ковшом 0,65 м³ — 2,1 × 2,5 = около 5,3 часа;
• ковшом 1 м³ — 1,9 × 2,5 = около 4,8 часа.

Переход с 0,25 на 0,65 м³ сокращает время вдвое, а с 0,65 на 1 м³ — почти ничего не даёт: в норме учтены установка в забое, передвижки, очистка ковша и подача самосвалов. На небольшом котловане большой ковш не окупает доставку тяжёлой машины.

Нормы ЕНиР — сметные, составлены ещё Госстроем СССР для машин того времени. Современная машина с опытным машинистом и самосвалами без простоя работает быстрее, поэтому таблицу используют как верхнюю оценку, а не обещание.

11Сколько ковшей грузят в самосвал

Самосвал заполняется разрыхлённым грунтом, и ограничений два: объём кузова и грузоподъёмность. По сайту КАМАЗа у модели 65115 кузов 10 м³ и грузоподъёмность 14,5–15 т.

• Ковш 1 м³, лёгкий суглинок. Около 1,4 т за ковш, 10 ковшей — это 10 м³ и около 14 т. Кузов полный, грузоподъёмность почти выбрана.
• Ковш 0,5 м³ — 20 ковшей на тот же кузов.
• Ковш 0,25 м³ — около 40 ковшей. Самосвал стоит под погрузкой в 4 раза дольше.

С тяжёлой ломовой глиной раньше кончаются тонны, а не кубы. Сколько кубов разного груза входит в разные кузова — в статье сколько кубов в КамАЗе.

12Можно ли поставить ковш больше

Производитель указывает максимальный объём ковша для каждой машины — как у JCB в таблице выше. Ковш больше паспортного опасен по двум причинам:

1. Устойчивость. Полный ковш на вылете опрокидывает машину. Предельный вес ковша с грунтом рассчитан на определённую плотность материала.
2. Нагрузка на гидравлику и стрелу. Перегрузка ускоряет износ цилиндров, пальцев и поворотного механизма, растёт расход топлива.

ЕНиР допускает ковши увеличенной вместимости только в лёгких грунтах. В тяжёлом грунте больший ковш набирается неполностью, усилия копания не хватает, и выработка не растёт.

13Как проверить совместимость ковша с экскаватором

Ковш от одной машины не всегда подходит к другой, даже одного класса. Перед тем как брать ковш отдельно или согласовать с компанией комплект навесного оборудования, проверяют:

1. Крепление. Диаметр пальцев, расстояние между ними и ширину между проушинами рукояти. Если на машине стоит быстросъёмное устройство (квик-каплер), ковш должен соответствовать его системе.
2. Массу ковша. В документации модели приведена допустимая масса навесного оборудования. Тяжёлый скальный ковш из износостойкой стали съедает часть грузоподъёмности.
3. Объём с учётом грунта. Ковш не должен превышать максимальный объём, который производитель указал для машины с конкретной длиной рукояти. Длинная рукоять увеличивает глубину копания, но с ней допустимый ковш меньше.
4. Гидравлику. Для ковша с поворотом или захватом нужна дополнительная линия высокого давления.

При аренде уточните у компании, какой ковш стоит на машине и есть ли сменные под траншею или планировку. Если работа необычная, это важно согласовать заранее.

14Ошибки при выборе ковша и их последствия

• Ковш больше, чем позволяет машина. Последствия — поломки рукояти и гидроцилиндров, снижение ресурса, потеря устойчивости при работе на вылете.
• Широкий ковш для узкой траншеи. Траншея выходит шире проекта, растёт количество грунта, затраты на вывоз и обратную засыпку.
• Узкий ковш для котлована. Машина делает вдвое-втрое больше циклов, работа идёт дольше, вы платите за лишние часы.
• Обычный ковш в абразивных породах. Песок с гравием и скальный грунт быстро стачивают металл и режущую кромку. Для таких работ полезно взять усиленный ковш из износостойкой стали.
• Максимальный ковш в тяжёлой глине. Машине не хватает мощности и усилия копания, ковш не наполняется полностью, выработка снижается, а не растёт.

15Как подобрать объём ковша под работу

• Траншея под трубу или кабель — ширина ковша по ширине траншеи. Объём здесь вторичен: узкий ковш 0,3–0,45 м берут ради ширины, а не кубов.
• Котлован на участке — экскаватор-погрузчик с ковшом 0,2–0,3 м³ или мини-экскаватор, если машине нужно пройти через узкие ворота.
• Котлован под дом 200–1000 м³ — гусеничная машина 13–25 т с ковшом 0,65–1,25 м³: время сокращается вдвое против малого ковша.
• Песок и мягкий грунт — ковш общего назначения максимального объёма.
• Глина — ковш общего назначения: глина набирается с горкой, но учитывайте вес, до 1,7 т на кубометр ковша.
• Гравий, грунт с камнями, мёрзлый грунт — усиленный ковш: наполнение ниже, зато ковш не изнашивается за месяц.
• Зачистка дна и откосов — планировочный ковш со сплошной кромкой.

16Сколько стоит аренда экскаватора

Цена зависит от массы машины, а значит и от объёма ковша, от доставки тралом и минимального заказа. Экскаватор-погрузчик с задним ковшом до 0,4 м³ приезжает своим ходом. Гусеничную машину с ковшом 1 м³ и больше везут тралом, и перевозка прибавляется к часам работы.

Середина рынка на экскаватор сейчас 2 550 ₽/ч, его сдают 60 компаний. Обе цифры берутся из каталога при сборке сайта.

Подобрать машину — на странице «Аренда экскаватора».

17Частые вопросы

Какой объём ковша у экскаватора 20 тонн?

До 1,25 м³ у JCB 220X массой 24,7 т. В ЕНиР гидравлический ЭО-4121 массой 19,2 т работает с ковшами 0,65 и 1 м³. На машину ставят и меньшие ковши — под траншеи и тяжёлый грунт.

Сколько тонн грунта входит в ковш 1 м³?

Около 1,4 т рыхлого песка или суглинка и до 1,7 т ломовой глины. Влажная глина набирается с горкой, до 1,2 м³, и тогда ковш весит 1,5–1,7 т. Чернозёма — около 1 т.

Чем геометрический объём отличается от номинального?

Геометрический — ковш вровень с краями. Номинальный — он же плюс «шапка» грунта над краями, по ГОСТ ISO 7451-2014. В паспорте пишут номинальный.

Что такое коэффициент наполнения ковша экскаватора?

Отношение объёма грунта, который реально входит в ковш, к номинальному объёму. По справочнику Komatsu: 1,1–1,2 для глины, 1,0–1,1 для песчаного грунта, 0,8–0,9 для грунта с гравием, 0,7–0,8 для взорванной скалы.

Можно ли поставить на экскаватор ковш большего объёма?

Только в пределах, которые производитель указывает для машины, и только для лёгкого грунта. Слишком большой полный ковш снижает устойчивость и перегружает гидравлику, а в тяжёлом грунте всё равно не наполнится.

Какой ковш нужен для траншеи под трубу?

Шириной по проекту траншеи: 0,3–0,6 м под водопровод и кабель. У JCB 3CX ковш 305 мм вмещает 0,08 м³, ковш 610 мм — 0,20 м³.

Сколько ковшей нужно, чтобы загрузить КАМАЗ?

Кузов 10 м³ — около 10 ковшей по 1 м³, 20 ковшей по 0,5 м³ или 40 ковшей по 0,25 м³. С тяжёлой глиной раньше наберётся грузоподъёмность, чем объём кузова.