Экскаваторы: история возникновения. Паровые машины при строительстве дорог и каналов

Вся исторические этапы развития экскаваторов от первой "ковшедолбежной землечерпалке" до современных гидравлических экскаваторов. В первой части статьи речь идет о новой истории в экскаваторостроении

Историю землеройной техники, в частности экскаваторов, можно начать писать с начала 15 века, когда в венецианском издании «Кодекса Джованни Фонтана» 1420 года был опубликован рассказ о ковшедолбежной землечерпалке, использовавшейся для углубления дна каналов, расширения морских гаваней. Но официально идея создания землеройных машин принадлежит Леонардо да Винчи, который в начале 16 в. предложил схемы экскаваторов-драглайнов. К 1500 году относится набросок чертежа грейфера для землечерпалки. Несколько лет спустя Леонардо руководил прокладкой каналов в засушливой Миланской долине. На земляных работах он применил землечерпалку собственной конструкции.

В записных книжках ученого наряду с чертежами летательного аппарата есть зарисовки землечерпалки с ковшом-драглайном, а также сооружения, напоминающего конструкцию экскаватора. Драглайн, предложенный Леонардо да Винчи, в основных чертах напоминает ковш современного экскаватора. Вот его описание: “Ковш, заостренный, как лемех, спереди и сзади, имеет сито. Это позволит зачерпнуть много грунта и даст стечь воде. Ковш будет подвешен на канатах, которые наматываются на ворот, расположенный на понтоне. Дно ковша может также откидываться, что облегчит его разгрузку”. Сейчас, правда, не выпускаются ковши-драглайны с откидным днищем, но этот принцип успешно применяется в ковшах для прямой лопаты.

В 1597 году для очистки каналов в Венеции была сконструирована и построена плавучая землечерпалка. Автором ее был венецианский механик Буанаюто Лорини, который описал устройство машины в труде “Делле Фортификационе”. Далее в 1718 г. проект землеройного устройства с двумя ковшами представили Французской Академии наук механики де ла Бальм и Белидор. Механизм работал в портах Тулона и Бреста. Затем в 1795 году известный американский изобретатель, создавший первый практически пригодный пароход, Роберт Фултон сконструировал и первый четырехколесный грейдер-элеватор. Однако испытана машина была только через 70 лет на строительстве дорог в Америке. Но в 1796 году на дноуглубительных работах в английском порту Сандерленд была применена ковшовая драга с приводом от паровой машины. Построена она при участии изобретателя паровой машины Джеймса Уатта. За один рабочий ход ковши доставали со дна гавани до полутора тонн грунта, что примерно в 4 раза превышало производительность ручной драги. Большой вклад в развитие технологии экскаваторостроения внести французы: в 1860 году инженер М. Кувре создал сухопутный цепной многоковшовый экскаватор с двигателем 15 лошадиных сил. Он был испытан на строительстве дороги Седан — Тионвиль, а позднее работал на сооружении Суэцкого канала. А уже 1862 году на улицах Парижа появился первый паровой каток с обеими ведущими осями. Изобретателем машины был механик Балейсон. Однако паровые катки большого распространения не получили. Ведь для поддержания необходимого давления в его котле требовалось сжигать 60— 80 килограммов топлива в час.

В начале 20 века, с развитием электроэнергетической отрасли семимильными шагами развивались и конструкции экскаваторов. В 1905 году были выпущены первые паровые полноповоротные (с поворачивающейся кабиной) экскаваторы немецкой фирмой “Оренштейн & Коппель”. Ковши этих машин вмещали до 4 кубометров земли. В 1910 году появились первые электрические экскаваторы, а американская фирма “Бюсайрус” выпустила в свет полноповоротный экскаватор на гусеничном ходу. Начиная с 1912 года начал работать первый экскаватор с двигателем внутреннего сгорания на гусеничном ходу.

Русские изобретатели предложили немало интересных устройств, способствовавших облегчению тяжелого труда на строительстве каналов, дорог, мостов и других сооружений. Так, в конце 20-х годов 19 века в Петербурге появился ржевский мещанин Немилов. Он уже построил немало мельниц, плотин и мостов, применяя при этом хитроумные машины собственной конструкции и изготовления. Вот и теперь он сдал на заключение генералу Бетанкуру чертежи: “Машины для уравнения земли у подошвы реки”, “Машины для выстилки плитою из гранитного камня подошвы между столбов” и “Копра особого устроения, каковые еще нигде не виданы”. Трижды пришлось Немилову продлить в столице свой паспорт, ответа он так и не дождался и вернулся на родину ни с чем. А ведь эти проекты, если б были одобрены и приняты, могли сыграть заметную роль в развитии строительных машин.

В те же годы в Петербурге на чердаке одного из домов Гороховой улицы у Каменного моста жил “страстный механик” Казаманов. Не имея ни средств, ни материалов, ни инструментов, он умудрялся все же сооружать модели своих изобретений, среди которых были и своеобразный копер для вбивания свай, и машина “для подъема тяжестей с большею легкостью и удобностию на возвышенность”. Технические новинки, созданные этими и другими безвестными изобретателями-самоучками, не нашли ни должного понимания, ни должного распространения. Может быть, чуть больше повезло русским землечерпалкам. Первая плавучая землечерпалка была создана в Петербургском институте путей сообщения в 1809 году. Ее мощность составляла 15 лошадиных сил. Такое устройство могло заменить труд многих людей. Предназначалась эта машина для очистки водоемов. В 1811—1812 годах землечерпалку построили на Ижорском заводе. Начиная с 1813 и по 1819 год машина работала на очистке Кронштадтского порта.

Позднее в России и за границей были предложены усовершенствованные конструкции землечерпалок. Но это был, пожалуй, один из первых многоковшовых экскаваторов.

В 1847 году русский изобретатель Кушелевский сделал еще один шаг в этой области. Он предложил идею землечерпательной машины, которая могла работать как на воде, так и на суше. Эта машина соединяла в себе достоинства речной землечерпалки и сухопутного экскаватора.

В 1854 году в Петербурге были изданы материалы, подготовленные комиссией, изучавшей природные богатства и хозяйство Пермской губернии. В них опубликованы интересные сведения о первом русском паровом экскаваторе, который авторы документа и назвали “земляным механизмом”. Кем он был построен, членам комиссии не удалось установить. Было известно только, что был этот неизвестный механик родом из Нижнего Тагила, но описанная машина выполняла, по существу, то, что делает экскаватор: она могла перемещаться и “посредством особых устройств”, говорилось в описании машины, копала руду и производила ее уборку от забоя, подготавливая фронт работ для дальнейшей выемки руды. Так, почти 130 лет назад в России в руднике горы Высокой на Урале был применен способ открытой разработки полезных ископаемых с помощью экскаватора.

Производство одноковшовых экскаваторов в России было начато в 1901 на Путиловском (ныне Тверской экскаваторный) заводе. В СССР производство экскаваторов было организовано в 1931. Выпущены первые 15 машин. С 1947 Уральский завод тяжёлого машиностроения (УЗТМ) впервые в мире организовал серийный выпуск карьерных экскаваторов с ковшами ёмкостью 3-5 м3. В 1958 на УЗТМ был изготовлен драглайн с ковшом 25 м3 и стрелой 100 м, а на Новокраматорском машиностроительном заводе (НКМЗ) в 1965 - экскаватор-лопата с ковшом 35 м3 для крепких грунтов. В 1975 УЗТМ закончил изготовление шагающего драглайна с ковшом ёмкостью 100 м3 и стрелой 100 м. УЗТМ осваивает наиболее мощную карьерную лопату, с ковшом 20 м3, для крепких грунтов (1976).

Любая техника, которую когда-либо проектировал и создавал человек, была призвана минимизировать людской труд и повысить человеческие возможности. Важной группой строительных машин, которые освободили человечество от тяжелого физического труда и позволили ему проводить колоссальные по своим масштабам строительные и изыскательные работы, стали экскаваторы. Поначалу человечеством был изобретен кабельный экскаватор.

Фото кабельного экскаватора

Его принцип работы был схож с работой подъемного крана и заключался в перемещении тележки и ковша по несущим канатам. Само создание кабельных экскаваторов было результатом совокупных усилий многих предприятий в течение нескольких десятилетий.

Некоторые из этих предприятий, например такие как Gradall или Caterpillar cтали известнейшими брендами, само имя которых ассоциируется с понятием экскаватора. Другие – давно исчезли, разрушенные экономическими неурядицами или поглощенные более удачливыми конкурентами. На сегодняшний же день, за исключением некоторых образцов горных драглайнов, кабельные экскаваторы практически почили в бозе, уступив свое место экскаваторам на гидравлике.

Однако, разумеется, история создания экскаватора началась в далеком 18 веке с изобретения парового двигателя.

Первый паровой экскаватор был построен 23-летним американским инженером Уильямом Отисом в 1836 году. Именно этого изобретателя можно по праву назвать его «отцом».

Первый прототип будущего экскаватора оказался довольно неудачным, и в 1837 году совместно с опытным инженером Джозефом Харрисоном-младшим Отис строит улучшенную версию своей машины, которая уже соответствует его требованиям.

Хотя Уильям Отис подал свою первоначальную заявку на патент парового экскаватора 15 июня 1836 года, пожар в патентном бюро уничтожил эти документы. Его второе заявление от 27 октября 1836 года было одобрено патентным бюро лишь 24 февраля 1839 года. Таким образом, официальной датой изобретения парового экскаватора стал не 1836, а 1839 год.

Созданную машину сам Отис называл «крановой лопатой для выемки грунта и удаления земли», в народе же его машины прозвали «Лопатами Отиса». Они являлись довольно маломощной – до 20 лошадиных сил, неуклюжей и громоздкой техникой и были лишь частично поворотными, так как стрела его парового экскаватора не могла двигаться более чем на 180 градусов.

Фото «Лопаты Отиса», сделанное в 1869 году у Висячей скалы в каньоне Эхо, штат Юта, США

В одной из американских газет того времени писали, что «Лопата Отиса» стала одним из тех редких изобретений, где гений, работая для себя, создал выгоды, способные изменить весь цивилизованный мир». Машины Отиса вызывали такой неподдельный интерес, и одновременно ужас у обычных граждан, что они толпами приходили поглазеть на это чудо инженерной мысли.

Уильям Отис умер в возрасте 26 лет, успев создать всего лишь 7 паровых экскаваторов, два из которых остались в Северной Америке, остальные разъехались по миру. Существует мнение, что впервые паровой экскаватор Отиса был задействован в 1837 году в постройке железной дороги между Огайо и Балтимором, однако документы, подтверждающие сие событие, до наших дней не дошли. Документально подтвержденное использование первого парового экскаватора состоялось в 1838 году в Спрингфилде, штат Массачусетс, на постройке Западной железной дороги, где паровая «Лопата Отиса» верой и правдой прослужила 3 года.

Представители российских властей впервые увидели «Лопату Oтиса» при постройке Западной железной дороги в 1839 году. Инженеру-консультанту железнодорожной компании, майору Георгию Георгиевичу Уистлеру было поручено приобрести одну из машин Отиса для использования ее в строительстве железной дороги между Санкт-Петербургом и Москвой. Таким образом, первый паровой экскаватор появился в России в 1842 году, и он был произведен в Америке.

В те времена паровые экскаваторы, по сути, являлись штучным товаром. Они были «редким гостем» в бытовых постройках, по большей части используемые только в строительстве железных дорог.

Однако, вплоть до 1920 года выпускаемые экскаваторы остаются частично поворотными, с возможностью передвижения только по железнодорожным путям, что ограничивает сферу их применения.

С изобретением Бенджамином Холтом гусеничного хода, экскаваторы становятся машинами, эксплуатировать которые уже возможно и в труднопроходимых местах. Появляются образцы с дизельным и электрическим двигателем, которые постепенно вытесняют паровые машины.

Один из первых экскаваторов на электрическом двигателе

Классификация экскаваторов

По возможности поворота рабочего оборудования относительно

опорной поверхности

Полноповоротные - рабочее оборудование, приводы, кабина машиниста и двигатель устанавливаются на поворотной платформе, которая в свою очередь устанавливается на шасси посредством опорно-поворотного устройства (ОПУ), и может поворачиваться относительно него в любую сторону на любой угол. Части гидросистемы шасси и поворотной платформы полноповоротных экскаваторов соединены с применением коллектора, что позволяет производить неограниченное количество полных оборотов в одну сторон

Самым востребованным видом спецтехники являются полноприводные экскаваторы на гусеничном, либо на колёсном ходу. Являясь универсальными машинами, способными работать как на стройплощадках, так и использоваться в работе коммунальных служб, а также при добыче полезных ископаемых, полноприводные экскаваторы сегодня задействуют не только крупные компании, но и небольшие, стремящиеся к развитию, строительные фирмы.
Спектр выполняемых данной техникой работ весьма обширен.

Сегодняшние модели полноприводных экскаваторов оснащены, как правило, не только ковшом, но и имеют в своём арсенале в качестве дополнительного оборудования такие необходимые для работы компоненты как: гидроруб, гидромолот, рыхлитель, гидроножницы и др.

Рис. 1.5. Схема неполноповоротного экскаватора на шасси колесного трактора

Неполноповоротные (рис. 1.5) - рабочее оборудование закрепляется на шасси с помощью поворотной колонки. На многих машинах подобного типа поворотная колонка монтируется на поперечных направляющих, что позволяет перемещать ее вместе с рабочим оборудованием вправо-влево с последующей жесткой фиксацией для более удобного положения рабочего оборудования. Поворот рабочего оборудования осуществляется на угол 45-90 градусов от начального положения. Двигатель, механизмы, кабина машиниста размещены на неповоротном шасси. В настоящее время неполноповоротными выполняются экскаваторы, навешиваемые на тракторы.

По типу ходового устройства

Гусеничные экскаваторы

Экскаватор гусеничный - экскаватор циклического действия, одноковшовая выемочно-погрузочная машина на гусеничном ходу, копающая малосвязанные или черпающая разрушенные породы и перемещающая их последовательно, прерывающая копание на время перемещения породы (Рис. 1.6).

Применение карьерных гусеничных экскаваторов

Разработка полезных ископаемых и пород вскрыши

Погрузка полезных ископаемых и пород вскрыши в транспортные средства

Рис. 1.6. Экскаватор гусеничный

Рабочие инструменты карьерных гусеничных экскаваторов: ковш, рукоять, стрела, поворотная платформа, двуногая стойка, нижняя рама, гусеничные рамы, кузов.

Классификация карьерных гусеничных экскаваторов по числу гусениц:

Двухгусеничные карьерные экскаваторы

Четырёхгусеничные карьерные экскаваторы

Восьмигусеничные карьерные экскаваторы

Именно гусеничные экскаваторы составляют абсолютное большинство в массе представленных на рынке моделей этого вида техники.

Гусеница (гусеничная лента) – это специальная лента, соединенная из отдельных звеньев – траков. Выступы, расположенные на внутренней стороне гусеницы, предназначены для взаимодействия с ведущими колесами. Зазубрены на внешней стороне обеспечивают сцепление с грунтом.

Шагающий экскаватор

Шагающий экскаватор - экскаватор на шагающем ходу, обычно с оборудованием драглайна. Применение гидравлического шагающего (в отличие от гусеничного) движителя позволяет снизить нагрузку на грунт (масса машин может достигать сотен и даже тысяч тонн) и повысить надёжность.

Рис. 1.7. Шагающий экскаватор

В неподвижном состоянии экскаватор опирается на грунт опорной плитой в основании; при необходимости сделать «шаг» вес переносится на опорные башмаки («лыжи»); каждый башмак управляется двумя парами гидроцилиндров. Экскаватор приподнимается над грунтом, смещается на некоторое расстояние и снова садится на грунт опорной плитой. Опорные башмаки, в свою очередь, приподнимаются над грунтом и переносятся вперёд; затем цикл повторяется (Рис. 1.7).

Ёмкость гидросистемы экскаватора ЭШ-20/90 вмещает 18 т масла, давление в системе достигает 200 атм. Фактическая скорость перемещения составляет 60-80 метров в час, максимальная паспортная - до 200 м/ч.

Принята система обозначений шагающих экскаваторов (ЭШ) с указанием ёмкости ковша (в м³) и длины стрелы, например, ЭШ-15/90 (Экскаватор шагающий, ёмкость ковша 15 м³, вылет стрелы 90 м). Реальный максимальный радиус копания ЭШ-15/90 меньше, 83 м, глубина копания - до 43 м, погрузочная высота - до 39 м. Такой экскаватор при конструктивной массе 1253 т имеет среднее давление на грунт 100 кПа (10 т на м²) в рабочем положении и 150 кПа - в движении. Теоретическая производительность - до 900 м³ в час.

Эксплуатационные ограничения связаны с силой ветра (не более 25 м/c) и температурой (не ниже −30 °C). В сильные морозы работа на открытых месторождениях прекращается.

В России шагающие экскаваторы производятся на Уральском заводе тяжёлого машиностроения («Уралмаш») в Екатеринбурге. В 2004 году информационные агентства сообщили об изготовлении Уралмашем крупнейшего отечественного шагающего экскаватора ЭШ-40/100 с ёмкостью ковша 40 м³ и длиной стрелы 100 м; конструкцию массой 4000 т обслуживает экипаж из семи человек.

Крупнейший рекордный экскаватор, когда-либо созданный в СССР - ЭШ-100/100. С 1976 г. находился в эксплуатации на разрезе Назаровский, что в Сибири. Машина вышла удачной, однако судьба её не самая завидная: ЭШ-100/100 эксплуатировался 15 лет а в начале 90-х (в связи с частыми сменами собственников и, как следствие, большим беспорядком в хозяйственной сфере) был законсервирован в связи с отсутствием необходимости использования, хотя разрез на тот момент себя не исчерпал. После консервации электрика потихоньку растаскивалась на медь, а машина все больше приходила в негодность, в связи с чем было принято решение сдать её на металлолом уже полностью.

Экскаваторы навешиваемые на тракторы

Сегодня трудно представить строительный процесс без спецтехники. Для ускорения работы широко используются погрузчики, краны и трактор-экскаватор (Рис 1.8), возможности которого позволяют работать не только во время строительного процесса, но и в сельском хозяйстве. С помощью такой землеройной техники можно быстро вырыть яму для фундамента под строительство, для проведения ремонта коммуникаций. Не обойтись без экскаватора и во время карьерных погрузочных работ. К тому же такая техника отличается простотой в обслуживании, легкостью в управлении, что делает ее невероятно популярной.

Рис. 1.8. Трактор-экскаватор

К его конструкции сзади прикрепляется экскаваторное оборудование – ковш с обратной лопатой. Можно установить ковш и с прямым направлением зуба, но он подойдет только для работы в карьере. Такие экскаваторы будут называться одноковшовые неполноповоротные, поскольку установленное сзади оборудование не может поворачиваться в любую сторону. В то время как полноповоротный трактор-экскаватор может двигаться так, как это необходимо, благодаря поворотной основе – платформе, закрепленной на шасси техники.

Обычно полноповоротные экскаваторы имеют гусеничный ход, что позволяет повысить проходимость такой спецтехники и уменьшить ее давление на грунт. Поэтому они незаменимы для строительных работ на мокрых и слабых грунтах. Но производительность экскаваторов зависит не только от шасси и возможности поворотов на любой угол. Прежде всего, в их работе играет роль объем ковша, иногда достигающий 26 метров кубических. Такой особо тяжелый трактор-экскаватор с легкостью справится с работой в карьерах. А для сельскохозяйственных работ подойдет особо легкий мини-экскаватор.

В строительстве чаще всего используется легкий и средний экскаватор, а для возведения крупных объектов, строительства целых жилых комплексов не обойтись без тяжелых одноковшовых экскаваторов.

Интенсивное строительство и увеличение объемов работы в разных отраслях хозяйственной деятельности привели к применению современной землеройной техники, и в том числе одноковшовых экскаваторов на автомобильном шасси (Рис. 1.9).

Идея создания таких машин родилась в стремлении объединить одноковшовый экскаватор с мобильным грузовым шасси. Данное компоновочное решение, как показало время, привело к успеху и закреплению машин данного класса в сегменте рынка землеройной техники.

Необходимо ответить, что на российском рынке, как ни странно, наблюдается большое количество производителей автоэкскаваторов, по сравнению с рынком США,

Рис. 1. 9. Примеры экскаваторов на автомобильном шасси

и особенно - рынком Европы. Это объясняется не только любовью российских производителей к мобильной технике вообще, а просто жизненной необходимостью - большой протяженностью автодорог, рассредоточенностью различных строительных объектов и огромной территорией где, в отличии от компактной Европы, плечи в 200 км не являются чем-то сверхъестественным.

Рис. 1.10. Экскаваторы на рельсовом ходу

Рельсовые экскаваторы используют железнодорожные пути для своего шасси (Рис. 1.10). Основная область применения – ремонтные работы. В качестве поворотной платформы и оборудования используются аналоги конструкции экскаваторов гусеничного типа.

Пневмоколесные, экскаваторы на автомобильном ходу и рельсовые

Экскаваторы имеют собственное специальное шасси, опирающееся на колёса с пневматическими шинами. Выполняются чаще всего полноповоротными (Рис 1.10). Для повышения устойчивости и предотвращения сползания при загрузке ковша имеют выносные опоры. Имеют скорость хода до 30 км/ч. Могут буксироваться грузовыми автомобилями со скоростью до 40 км/ч. Проходимость по слабым грунтам ограниченная. Выпускаются в широком диапазоне размерных групп - от микроэкскаваторов с объёмом ковша 0,04 м³ до тяжёлых колёсных экскаваторов - с объёмом ковша до 1,5 м³. В связи со спецификой выполняемых работ: разработка котлованов, траншей, планировочные работы - рабочее оборудование - преимущественно обратная лопата. Могут использоваться с грейфером, челюстным захватом, гидравлическим молотом для рыхления грунта. Получили широкое распространение при выполнении различных видов строительных и ремонтных работ.

Привод колёс шасси может осуществляться как от двигателя рабочего оборудования через механические или гидравлические передачи (гидромоторы), так и от отдельного двигателя.

Рис. 1.10. Пневмоколесный экскаватор

Плавающий экскаватор

Плавающий экскаватор представляет собой вид тяжелой техники, которая предназначается для осуществления земноводных работ, но этот вид техники обладает целым рядом признаков, которые сильно отличают ее от остальных видов землеройной техники.

Плавающий экскаватор рассчитан на работу на глубинах от полуметра до пяти с половиной метров. Плавающие экскаваторы оборудуются специальным разборным плавающим понтоном для осуществления операций на воде, а для передвижения по местности используется гусеничный ход. Последняя особенность способствует значительному повышению проходимости машины при движении по болотистой и труднопроходимой местности. Достигается такая проходимость тем, что техника, имеющая гусеничный ход при наличии широких гусениц оказывает очень низкое давление на поверхность грунта, по поверхности которого передвигается машина. Очень часто такая техника обладает качествами болотохода.

Плавающие экскаваторы способны выполнять разнообразные виды работ на воде и в условиях заболоченной местности. Использование этой техники позволяет строить береговые укрепления, рыхлить поверхность, проводить уборочные операции, заниматься корчеванием деревьев на болотистой местности (Рис. 1. 13)

Также техника этого класса позволяет осуществлять работы на достаточно большой глубине под поверхностью воды на реках. При глубинах более чем 1,5 метров плавающий экскаватор переходит полностью на плавающий режим. Благодаря такому свойству плавающий экскаватор легко перемещается с одного места работы на другое.

Рис. 1.13. Плавающий экскаватор

Для осуществления операций в условиях открытого водоема фиксация экскаватора на поверхности водоема осуществляется при помощи специальных держателей. В таком положении техника способна осуществлять выемку осадочных пород и мусора со дна водоема или реки на максимально допустимых глубинах.

Основные отличия плавающего экскаватора от остальных разновидностей землеройной техники заключается в следующем:

1. Плавающие экскаваторы имеют повышенную мобильность, способны достаточно быстро перемещаться как по воде, так и по суше, при этом перемещение осуществляется без привлечения дополнительной технической помощи.

2. Экскаваторы снабжены специальными понтонами, которые позволяют проводить работу на площади открытых водоемов, обеспечивая дополнительную высокую устойчивость при осуществлении работ на предельно допустимых глубинах.

3. Экскаватор обладает высокой степенью непотопляемости за счет снабжения техники понтонами, которые имеют ячеистую систему построения своей конструкции.

4. Обладает возможностью осуществления самопогрузки.

5. Наличие ковша большого объема.

В зависимости от операции, которую требуется выполнить, может монтироваться различное навесное оборудование, помимо ковша на технику можно монтировать и использовать землесосное оборудование.

По типу двигателя

1. Паровые экскаваторы - в качестве двигателя используется паровая машина. Были распространены в начале XX века (Рис 1.14). В настоящее время не выпускаются. Моментно-скоростные характеристики паровой машины и рабочего оборудования экскаватора хорошо согласовываются (паровая машина может развивать крутящий момент даже при заторможенном валу), что упрощает механические передачи.

Рис. 1.14. Работа парового экскаватора

2. Экскаваторы с двигателями внутреннего сгорания - наиболее распространённый тип. Экскаватор имеет собственный двигатель, чаще всего дизельный. Это обеспечивает автономность работы. Диапазон мощности двигателей, устанавливаемых на современные экскаваторы весьма широк (см. размерные группы).

3. Электрические экскаваторы - для привода рабочего оборудования используеются электрические двигатели, получающие энергию от внешней сети или от собственного дизель-электрического агрегата. Электрический привод с питанием от внешней сети применяется для карьерных экскаваторов. Такие экскаваторы экономичны и не загрязняют атмосферу карьера. Электрический привод с питанием от собственного дизель-электрического агрегата применяется в плавучих экскаваторах. Как и паровая машина, электрический двигатель развивает крутящий момент при заторможенном якоре, поэтому электрическому экскаватору не нужны сложные механические передачи. Экскаваторы, работающие во взрывоопасной среде (в шахтах) первичного двигателя не имеют. Их гидравлическое оборудование питается жидкостью высокого давления от внешней маслостанции.

Моментно-скоростные характеристики двигателя внутреннего сгорания и рабочего оборудования экскаватора несогласованы. В частности, двигатель внутреннего сгорания не может развивать крутящий момент при заторможенном коленчатом валу. Это требует применения на механических экскаваторах согласующих передач (муфт сцепления, редукторов, гидротрансформаторов). У гидравлических экскаваторов согласование обеспечивается гидравлическими передачами.

Классификация экскаваторов

По типу ходовой

Гусеничные экскаваторы
Шагающие
Пневмоколесные
Рельсовые
Плавающие

По принципу работы

Экскаваторы циклического действия (одноковшовый экскаватор (в направлении зуба ковша экскаватора), рабочее оборудование: драглайн , прямая лопата, обратная лопата, грейфер)
Экскаваторы непрерывного действия (многоковшовый , роторный, фрезерный)

По эксплуатационному предназначению

Карьерные
Вскрышные
Строительные
Добывающие

По силовому оборудованию

Электрические
Дизельные
Гидравлические
Комбинированные

История

Официально идея создания землеройной машины принадлежит Леонардо да Винчи , он ещё в начале XVI века разработал схему прототипа современного экскаватора-драглайна. Известен набросок чертежа грейфера для землечерпалки, созданный да Винчи в 1500 году, позднее Леонардо принимал участие в прокладке каналов в Миланской долине при помощи своего изобретения. Но есть свидетельства того, что ранее, в 1420 году, в венецианском издании «Кодекс Джованни Фонтана» был опубликован текст с упоминанием землеройной машины, использовавшейся для углубления дна каналов и расширения морских гаваней.

Ещё некоторое время Италия , а именно Венеция , активно развивала экскаваторное дело - машины были необходимы для очистки венецианских каналов. Далее изобретение развивали во Франции и Америке.

Активное строительство железнодорожных полотен в 30-х годах XIX века и нехватка рабочих сподвигла американца Отиса в 1832-1836 годах изобрести первый одноковшовый экскаватор. Позднее появились многоковшовые экскаваторы, или абзетцеры, которые имели огромные размеры и передвигались по рельсам, выкапывая желобы породы. С ними работало множество специальных машин, среди которых заметен путепередвигатель, передвигавший многочисленные рельсы экскаватора.

В Советском Союзе было построено три абзетцера, два из которых немецкого производства, работавших с начала 1960 годов до распада СССР, на добыче фосфоритов в Лопатинском руднике. На данный момент все три машины не функционируют и проданы на утилизацию, в руднике работает лишь один маленький абзетцер, добывающий фосфориты в ограниченных количествах.

Изображения

См. также

Примечания

Управление экскаватором осуществляется профессией - «Машинист экскаватора» . Однако учитывая сложность самостоятельного передвижения самого механизма копания (экскаватор с объёмом ковша 2,5 куба и выше) а также лебёдочного механизма, длины тросов и иного оборудования, дополнительно существует специальность - «помощник машиниста экскаватора». Основное назначение такой должности - устранение мелких неполадок и прочие регламентные работы на экскаваторе.

Литература

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое "Экскаватор" в других словарях:

Коммерческий: Да Тип сайта: интернет портал Язык(и): Русский Владелец: РИА Экскаватор Ру … Википедия

- (от лат. excavo долблю, выдавливаю * a. excavator, excavating machine; н. Bagger; ф. excavateur, pelle mecanique; и. excavadora, cavadora, cavador) самоходная выемочно погрузочная машина, предназначенная для выемки (копания, черпания,… … Геологическая энциклопедия

- (лат.). Прибор для земляных углублений. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЭКСКАВАТОР машина для землечерпательных работ. Полный словарь иностранных слов, вошедших в употребление в русском языке. Попов … Словарь иностранных слов русского языка

Землечерпалка, драга, ковш, черпак; обвалователь, нория, грабарь, драглайн, абзетцер, копалка, клемшел, горный богатырь, дреглайн, стальной углекоп, багер, стальной землекоп Словарь русских синонимов. экскаватор сущ., кол во синонимов: 17 … … Словарь синонимов

Одноковшовая или многоковшовая самоходная землеройная машина для выемки грунта, погрузки его на транспортное средство или перемещения [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] экскаватор Самоходная машина на … Справочник технического переводчика

- (английское excavator, от латинского excavo долблю, выдалбливаю), самоходная выемочно погрузочная машина для добычи полезных ископаемых при открытой разработке месторождений, погрузки и разгрузки сыпучих и кусковых материалов, для земляных работ… … Современная энциклопедия

- (англ. excavator от лат. excavo долблю), основной тип землеройных машин, главным образом для разработки мягких горных пород в массиве или скальных в раздробленном состоянии. Различают одноковшовые (механическая лопата, драглайн и др.) и… … Большой Энциклопедический словарь

ЭКСКАВАТОР, экскаватора, муж. (от лат. excavo выдалбливаю). 1. Машина для выемки, подъема и перемещения грунта, употр. при различных земляных работах (тех.). 2. Хирургический инструмент для выскабливания полостей. Толковый словарь Ушакова. Д.Н.… … Толковый словарь Ушакова

ЭКСКАВАТОР, а, м. Землеройная машина для выемки, погрузки и отвала грунта, употр. при дорожных, горных и других работах. Одноковшовый, многоковшовый э. Шагающий э. (на шагающем ходу). Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

Машина для отрыва, подъема, перемещения и отвала разрабатываемого грунта. Различают Э. одноковшевые с поворотной стрелой, одноковшевые без стрелы и многоковшевые. Все они состоят из: а) рабочего оборудования, в состав к рого входит один или… … Технический железнодорожный словарь

Основной тип выемочно погрузочных машин, применяемых в строительстве для производства земляных работ и для добычи полезных ископаемых при открытой разработке месторождений. Различают одноковшовые и многоковшовые Э., цепные и роторные.… … Словарь черезвычайных ситуаций

В статье приведены свидетельства строительства дорог и каналов в конце 19, начале 20 века с помощью паровой техники. Её было мало, но на на ответственных участках такие механизмы использовались. Причём некоторые паровые краны работают до сих пор...

Проведение земляных работ паровым экскаватором на строительстве Амурской железной дороги, 1909г.

А вот фотография рассказывает нам о технологических приемах изъятия грунта из холмов при прокладке дороги:

Разработка выемки английским способом при помощи штольни на строительстве Амурской железной дороги
Делали горизонтальную штольню вглубь холма. Затем на холме делали вертикальную штольню, совмещали их. И грунт просто скидывали в «колодец» в вагонетки.

Экскаватор "Путиловец" за работой (1911 г.)

Еще в царской России с 1903 г. на Путиловском заводе (Общество путиловских заводов, осн. в 1801 г. Н.Путиловым) организовано производство паровых экскаваторов железнодорожного типа "Путиловец" с ковшами емкостью 1,9 и 2,29 м3 по чертежам американской фирмы Бьюсайрус (Bucyrus).
Прародителем экскаваторов этого типа является экскаватор системы Томпсона, выпускавшийся в 1870 - 1880-х гг. на заводе "Бьюсайрус" в Америке и являющийся типичной машиной того времени (на рис. вверху).
В 1906 - 1916 гг. "Путиловцы" работали на постройке железных дорог - Сибирской, Северо-Донецкой, Казано-Екатеринбургской, Мурманской, Петербург-Орел и др.
Максимальные их выработки достигали: месячные 80, сменные 2,28, часовые 0,243 тыс.м3. Эти показатели не уступали в то время производительности однотипных экскаваторов в США.
В 1913-1916 гг. при строительстве железной дороги Балогое-Полоцк путиловский экскаватор с ковшом емкостью 2,29 м3 разрабатывая тяжелую глину с погрузкой ее в железнодорожные платформы нормальной колеи (что было новостью в то время) вырабатывал до 3000 м3 за 12-часовую смену.
Всего до 1917 г. было построенно 37 экскаваторов.
Впоследствии, экскаватор "Путиловец" был взят за основу при разработке конструкции экскаватора "Ковровец", выпуск которых был налажен на экскаваторном заводе НКПС в г.Коврове с 1932 г.

Экскаваторы Путиловского завода на строительстве железной дороги под Петроградом (1915 г.). Многоковшовый экскаватор выпускался на Путиловском заводе (всего изг. 10 шт.) по чертежам фирмы Любек (Германия). Фотография использована из книги Н.Г.Домбровского "Экскаваторы".

Ремонт экскаватора "Ковровец".

21 апреля 1931 г. новый экскаватор, названный "Ковровцем", прошел испытания. После приемки Государственной комиссией "Ковровец" был отправлен в г.Горький для использования при расширении местного железнодорожного узла. Позже "Ковровец-1" работал на строительстве "Беломорканала", близ г.Мурманска, на Балхашстрое, в карьерах Казанской железной дороги.
Следующую машину, "Ковровец-2", построенную по новым, исправленным чертежам, завод изготовил в октябре 1931 г. Эти два первых экскаватора "Ковровец" положили начало развитию советского экскаваторостроения.
С 1932 г. началось серийное производство экскаваторов "Ковровец", а всего к концу 1934 г. было изготовленно 177 подобных землеройных машин.

Экскаватор "Ковровец" смонтирован на 4-осной платформе железнодорожного типа. Для устойчивости снабжен 4-мя боковыми домкратами. Экскаватор имеет одно рабочее оборудование - прямую лопату; для подъема ковша применена цепь; угол поворота стрелы - 180°. Топливом для котла служит каменный уголь, дрова, возможно применение нефти. В качестве двигателей экскаватор имеет 3 паровых машины: подъемную, поворотную и напорную, общей мощностью 245 л.с.
Управление экскаватором сосредоточено в двух местах: на поворотной платформе и на стреле экскаватора. Обслуживали машину две бригады: верхняя и нижняя. В состав верхней входили машинист, стреловой, слесарь-смазчик и кочегар; в состав нижней - бригадир и 6 человек рабочих. Внутри экскаватора предусматривалось керосиновое освещение. Экскаватор снабжен деревянным кузовом, а рабочее место на стреле - тентом. Вес экскаватора - 85 т.

Современные экскаваторные машины – это и огромные драглайны, используемые в открытой добыче полезных ископаемых

Этот огромный Takraf Ers 710 добывает до 1500 кубов породы в час

и миниатюрные гидравлические машины, помогающие в ландшафтном дизайне.

Миниатюрный экскаватор, с помощью которого можно даже выкапывать лунки под посадку деревьев

Поначалу человечеством был изобретен кабельный экскаватор.

Однако, разумеется, история создания экскаватора началась в далеком 18 веке с изобретения парового двигателя.

Портрет Уильяма Отиса

Фото «Лопаты Отиса», сделанное в 1869 году у Висячей скалы в каньоне Эхо, штат Юта, США

Вполне вероятно, что одну или две машины Отиса в 1840 году использовали при постройке доков в Aтлантик-сити (город на северо-востоке США, штат Нью-Джерси), а затем в Бруклине и Бостоне.

Фото парового экскаватора в Бостоне

В 1842 году один паровой экскаватор Отиса был задействован на работах в Англии около Брентвуда (графство Эссекс) при постройке железной дороги в восточных графствах Великобритании.

Джон Дункан – английский предприниматель, которому предположительно был продан патент на использование «Лопаты Отиса» в Великобритании и странах Европы, очевидно так и не сумел самостоятельно воспроизвести ни единого образца этой машины. Новый Свет с неохотой воспринимал технические новшества, считая «наглых янки» выскочками. Такое отношение к идеям американцев замедляло развитие научно-технического прогресса в Европе. В последующем им придется наверстывать упущенное семимильными шагами.

Последующие свидетельства об использовании «Лопат Отиса» на территории Европы и США довольно туманны. Известно, что последняя созданная им машина сломалась к концу 1905 года на постройке Чикагской железной дороги в штате Иллинойс.

Фото последней «Лопаты Отиса» в процессе работы на Чикагской железной дороге. Снимок сделан в промежутке между 1900 и 1905 годами.

По современным подсчетам, «Лопата Отиса» могла совершать работу, равную усилиям 120 человек, а ее производительность составляла около 100 м3 грунта в час. Передвигаться машины Отиса могли исключительно по железнодорожным путям, которые специально прокладывались к месту проведения работ. И этот фактор значительно усложнял использование таких машин, ибо постройка железнодорожного полотна являлась задачей дорогостоящей и трудозатратной.

Фото парового экскаватора, установленного на железнодорожные рельсы. Снимок сделан в 1904 году в штате Южная Дакота на строительстве Орманской плотины.

Фото парового экскаватора 1919 года на карьере близ Сан-Диего (штат Калифорния, США)

Старый паровой экскаватор, сохраненный в музее на Аляске. Как видите, он состоял из котла, бака для воды, лебедки, парового двигателя, самой стрелы и балки, на которую крепился ковш

А вот свою истинную популярность они стали приобретать лишь во второй половине 19 века, в то время, когда сеть железнодорожного сообщения покрыла значительную территорию США и Англии.

Первым создателем паровых экскаваторов в Европе стала английская компания «Ruston & Proctor & Co.» во главе с ее владельцем, инженером и талантливым предпринимателем Джозефом Растом.

К 1877 году Растоном было произведено около 100 паровых экскаваторов, часть из которых он экспортировал в США на строительство Манчестерского судоходного канала. А в 1890 году он отправляется в Россию, где успешно выигрывает тендер на поставку нескольких десятков своих машин для проведения строительных работ в районе Полесья (в те времена – это территория России, сейчас – это области, принадлежащие Украине). Таким образом, фактически в Украине первые паровые экскаваторы появились в 1891 году.

Одними из первых и, пожалуй, самых успешных компаний, поставивших производство паровых экскаваторов на промышленные рельсы, стали две конкурирующие американские корпорации - «Marion Steam Shovel Company» и «Bucyrus Foundry», обе организованные в 1883 году в городе Мэрион, штат Огайо.

Создатели «Marion Steam Shovel Company», инженер-изобретатель Генри Барнхарт и Эдвард Хубер в этом же году патентуют свое усовершенствование пружинного крепления ковша, заменив хрупкую и малоподвижную цепь, чем обуславливают большую надежность и повышение производительности этой машины.

Именно к владельцам этих двух компаний в 1903 году правительство США обратилось с просьбой обеспечить строительство Панамского канала паровыми экскаваторами. 77 экскаваторов было поставлено компанией «Bucyrus Foundry» и лишь 24 машины принадлежали «Marion Steam Shovel Company». Но именно экскаватор, принадлежащий «Marion» на данной стройке века в июле 1908 года установит мировой рекорд по производительности.

Фото экскаватора Marion, модель 91 «Culebra Cut» на строительстве Панамского канала

Фото сохранившегося образца экскаватора Marion, модель 91 «Culebra Cut». Данный образец уже был «поставлен» на гусеничный ход

Впрочем, одним из главенствующих изобретений в истории экскаватора стало внедрение в его систему управления гидравлики.

Первенство изобретения гидравлической системы экскаватора на сегодняшний день оспаривают Англия, Франция и Италия.

Самые ранние сведения о попытках создания экскаватора на гидравлической системе управления можно найти в далеком 1882 году в истории английской компании «Armstrong Whitworth», которая специализировалась на производстве вооружения, военных кораблей и самолетов.

Сэр Уильям Джордж Армстронг, основатель компании «Armstrong Whitworth» (1810 - 1900) был английским инженером-гением, чьи изобретения опережали свой век. Армстронг был крупнейшим промышленником Великобритании и одним из самых богатых людей в Европе своего времени. В истории Англии он стал первым ученым, кто за вклад в науку был удостоен звания пэра.

Именно Армстронг первым придумал гидравлическую систему управления механизмами, внедрив ее в работу шлюзовых ворот в гаванях, подъемных кранов и мостов. Его гидравлический механизм, разводящий Тауэрский мост в Лондоне, стал шедевром инженерной мысли своей эпохи. А его первой строительной машиной, управляемой гидравликой, стал подъемный кран, образец которого был построен в 1845 году в Ньюкасле.

Фото первого гидравлического крана Уильяма Армстронга, построенного в порту Ньюкасла (Англия)

В дальнейшем его изобретение гидравлической системы активно эксплуатировали в военной промышленности, оснащая гидравликой подъемные механизмы шлюзов в шахтах Королевского флота, в подъеме и перегрузках полевых орудий, на заводах по изготовлению боеприпасов.

Однако, именно попытка постройки гидравлического экскаватора у Армстронга не увенчалась успехом. Его гидравлический экскаватор оказался машиной слишком громоздкой, малоподвижной и плохо справлялся со своими функциями. Но, невзирая на неудачу соплеменника, именно своего ученого англичане считают прародителем гидравлического экскаватора.

Шли годы. И как это часто бывает с величайшими открытиями, над созданием экскаватора с гидравлическим приводом одновременно, независимо друг от друга, трудились совершенно разные инженеры.

В Америки его создавали братья Ферверды, уроженцы Нидерландов, переехавшие жить в Огайо и организовавшие всем известную сейчас компанию «Gradall Tractor». Именно их таланту экскаватор обязан телескопической стрелой. А в 1941 году увидел свет их первый гидравлический экскаватор, моделей которого было создано всего 3 штуки.

Существенная нехватка рабочей силы на проектах по строительству автомагистралей во время Второй мировой войны побуждала инженеров к более серьезной работе над созданием гидравлического экскаватора. Война изменила взгляды общества на конструкцию строительных машин. Глобальные разрушения, оставленные после себя фашизмом, требовали от техники мобильности, а существующие малоподвижные гусеничные экскаваторы перестали отвечать создавшимся требованиям. Все чаще производители строительной техники стали монтировать свои машины на базу автомобиля, дабы обеспечить ее высокую мобильность и возможность быстрой передислокации с одной строительной площадки на другую.

В 1948 году на свет появился первый колесный прототип экскаватора, оснащенный улучшенной гидравлической системой управления. Его создателями стали братья-итальянцы Карло и Марио Брунери, в 1954 году продавшие патент на изготовление мобильной версии экскаватора французской компании «SICAM». Модель, созданная братьями Брунери и названная «Yumbo S25», стала первым гидравлическим экскаватором, установленным на колесную базу грузовика.

А вот промышленный выпуск экскаваторов, оснащенных гидравлическим приводом, первой сумела наладить немецкая компания «Atlas» только в 1950 году.

Однако, выпускаемые гидравлические экскаваторы все еще являлись частично поворотными, их угол поворота стрелы не превышал 270 градусов, что затрудняло выполнение многих работ.

В 1951 году со своим изобретением на английский рынок вышла компания «Hymac», представив первый полноповоротный образец экскаватора на гидравлике.

Фото коллектива компании «Hymac» на фоне тысячного экземпляра полноповоротного экскаватора «Hymac 580», сделанное в 1960 году на выставке

Именно эту компанию по праву считают пионером в области разработки и производства полноповоротных экскаваторов. Впоследствии она выпустит целую линейку моделей экскаваторов «Hymac 580», которые тысячами разойдутся по всему миру.

Многие модели этой машины используются в строительстве и поныне, некоторые из них сегодня можно увидеть на выставках винтажной техники в Великобритании и Европе.

Практически одновременно с «Atlas» и «Hymac» в 1951 году к промышленному производству экскаваторов на гидравлике подключится французская корпорация «Poclain». Долгих десять лет ее конструкторы будут работать над полноповоротной системой экскаватора, в конце концов, добившись желаемого результата только к 1960 году.

Так создавалась история возникновения экскаватора, в которой гений множества людей смог подарить нам столь совершенную строительную технику, без которой сегодня нам невозможно представить свою жизнь.