История экскаваторов - ч.1. Что такое экскаватор? Обзор и технические характеристики экскаваторов

поведают о невероятных возможностях и разнообразии моделей этих машин. Изначально изобретенные для землеройных работ они стали универсальной строительной техникой, работающей во благо человека. Разработаны плавающие, карабкающиеся и другие специальные модели для выполнения самых сложных работ.

Слово экскаватор произошло от латинского слова «excavo» – выкапывать или выдалбливать . Первые землеройные машины были придуманы в Италии в 1420 году для расширения гаваней, а также увеличения глубины каналов.
Экскаватор весьма многофункционален и кроме рытья ям он может поднимать и загружать, рыхлить и толкать землю, а также трамбовать ее за счет собственного веса . Оснащенный гидромолотом он способен долбить, буром – делать отверстия, а гидроножницами – разрушать конструкции без сейсмического воздействия.
Экскаватор может быть двух видов – гусеничный и колесный . Первый продвигается даже там, где нет дорог, а второй используется для городских условий.
Возможности поворота кабины экскаваторов зависят от предназначения – от 90 до 360 градусов . Полноповоротные модели могут осуществлять неоднократный полный поворот. Это дает уникальное преимущество начать двигаться в другую сторону простым поворотом кабины.
Первые чертежи машин, которые напоминали экскаватор, принадлежат Леонардо да Винчи в самом начале 16 века . Изображенный набросок изображает грейфер, который позже использовался для прокладки каналов в сухой Миланской долине.
Первая механизированная землеройная техника была запатентована в 1839 году американцем Вильямом С. Отисом . Однако умер и не успел воплотить свою идею в жизнь – патент пролежал «мертвым грузом» 40 лет в семейном архиве.
Первые сконструированные землеройные машины именовались «паровыми лопатами» . Они работали за счет парового двигателя, но были малоэффективны. Кроме того, стоимость их работы была в разы дороже дешевой рабочей силы.
Первый выпущенный заводом в 1882 году экскаватор носил название «Bucyrus» (Бьюсайрус) . Это была конструкция Дж. Томпсона, предназначенная работать на железной дороге, где не хватало рабочей силы. В России использовали копию этой машины под именем «Путиловец».
При строительстве Панамского канала участвовали 119 паровых землеройных машин . Причем 77 из них были марки «Bucyrus». Считается, что это была сложнейшая стройка начала 20-го века.
Самый огромный в мире представитель этой техники построен немецкой фирмой Krupp - "Баггер 288" . Его размеры огромны: в высоту – 93 метра, в длину – 211 метров. Весит гигант 13 тыс. тонн, а для управления им нужно 5 человек. За час работы он может выкопать 10 тыс. кубов породы благодаря ротору с множеством ковшей размером около 5-ти этажного дома. Стоит "Баггер 288" ≈ 100 млн долларов.
Самый тяжелый землеройный экскаватор с одним ковшом - Bucyrus RH400 от Caterpillar . Он весит 889 тонн, ширина его ковша 8,6 метров – за один заезд он берет 45 м3 породы. Он имеет 16-цилиндровый двигатель с мощностью 4,4 тыс. лошадиных сил.
Самый миниатюрный экскаватор – это мини-модель Komatsu PC01-1 . Он впервые демонстрировался в России в 2008 году. Испытательной площадкой для него было подобие детской песочницы, ведь его масса всего 380 кг, размеры 2,1х0,58х1,35 метра, а объем ковша 0,008 м3.
Существуют экскаваторы-амфибии, оснащенные понтонами . Благодаря этому они могут работать на воде и в болотах. Они незаменимы при выполнении работ в болотистой местности или для землеройных работ на водоемах.
Интересную конструкцию имеет «шагающий экскаватор» или экскаватор-паук . Он имеет четыре ноги с колесами, вращающимися по вертикали и горизонтали независимо от других трех колес. Благодаря этому он буквально карабкается по склонам гор, заходит в труднодоступные русла рек и озер.
В чем разница экскаватора и бульдозера? Первый используется для рытья ям, а другой для их засыпки и разравнивания – отсюда различная форма ковша . У экскаватора ковш на длинном манипуляторе узкий и глубокий, а у бульдозера – на коротких упорах, широкий и практически плоский.

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).

Вся исторические этапы развития экскаваторов от первой "ковшедолбежной землечерпалке" до современных гидравлических экскаваторов.

Первые экскаваторы

Экскаваторы применялись еще в Древнем Египте и Древнем Риме как средство механизации работ по углублению русел рек и каналов.

Документально 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.

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.

Производство одноковшовых экскаваторов в России было начато в 1901 на Путиловском (ныне Тверской экскаваторный) заводе.

Активное строительство железных дорог в США в тридцатых годах девятнадцатого века и нехватка при этом строительных рабочих привели к созданию в 1832-1836гг американцем Отисом первого парового одноковшового экскаватора (Рис. 1).

Экскаватор был неполноповоротным, имел железнодорожную ходовую часть, был оснащен ковшом 1,14 куб.м, паровым двигателем мощностью 15 л.с., обеспечивал среднюю производительность 45-50 куб.м/час и заменял примерно 50 рабочих. Уже через несколько лет экскаваторы Отиса заменяли 180 рабочих. Первоначально экскаваторы использовались преимущественно на строительстве железных дорог. Один из первых экскаваторов был продан в Англию в 1842 г, а в 1843 г четыре из семи построенных Отисом экскаваторов были проданы в Россию для использования при строительстве Николаевской железной дороги. Однако строительные подрядчики не восприняли эти американские машины и в 1848 г продали на Урал.

В Нижнем Тагиле экскаваторы, впервые в мировой практике, были использованы на вскрышных работах при добыче руды.

Во второй половине девятнадцатого века масштабное строительство железных дорог и каналов потребовало перемещения все больших масс земли, которое уже не могло быть осуществлено с помощью ручного труда землекопов. Это привело к активному развитию разнообразных землеройных машин.

В Германии применялись «строительные локомобили» (Рис. 2), оснащенные одноканатными грейферами.

До конца века основные объемы земляных работ на строительстве железных дорог в России выполнялись вручную (лопаты, тачки, грабарки), поскольку дешевая рабочая сила существовала в избытке. Когда при строительстве западносибирского участка Транссибирской магистрали возникли затруднения с рабочей силой, были закуплены в Америке «землекопные машины». В такие машины впрягались 12-16 лошадей. Для выемки и перемещения грунта использовались, также, конные волокуши с металлическим ковшом, которые назывались «скреппелами» или «землеройками».

Первый русский одноковшовый неполноповоротный железнодорожный экскаватор со сменным ковшом (2,3 куб.м. для легких грузов и 1,5 куб.м. для тяжелых грузов) был построен на Путиловском заводе в 1902 году. Производительность его была 100-290 куб.м./час, вес 65-75 т. До 1917 года было построено 35 таких машин. В начале XX века экскаваторы использовались в России довольно интенсивно. Например, при возведении сухого дока в Кронштадте в 1909-1910 годах работы велись в две смены по 10 часов каждая. Машины этого типа (Рис. 3) изготавливались до 30-х годов XX века.

В отдельных случаях применялись плавучие экскаваторы. Плавучие экскаваторы выполнялись, как правило, неполноповоротными с прямой лопатой.

Во второй половине XIX - начале XX веков началось строительство гигантских каналов, при котором требовалось перемещать огромные массы грунта.

Суэцкий канал (длина 160 км, начало строительства - 1859 г) сооружался около 10 лет (в основном, вручную). Общая численность рабочих, занятых на постройке, достигала 40 тысяч человек. За время строительства было перемещено примерно 75 млн. кубометров грунта.

При сооружении Панамского канала (1880-1913гг) было перемещено 160 млн. кубометров грунта. На втором этапе строительства (1903-1913гг) применялись более ста одноковшовых (преимущественно железнодорожных) и около 20-ти многоковшовых экскаваторов.

После первой Мировой войны, одновременно с общим развитием техники, активизировалось и развитие экскаваторов. Двигатели внутреннего сгорания и электропривод, применение гусеничного (и шагающего) хода позволили существенно увеличить мощности и мобильность экскаваторов. Экскаваторы стали полноповоротными, увеличилась номенклатура их рабочего оборудования (прямая и обратная лопата, драгляйн, струг и пр.) и сфера их применения (вскрышные, тоннельные работы и пр.). В США и в России совершенствовались одноковшовые экскаваторы. В Германии начали строить все более мощные многоковшовые экскаваторы. Появились многочисленные специальные машины (канавокопатели и др.).

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 шагающий экскаватор-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).

Уже в начале 50-х годов XX века использовались гигантские экскаваторы с ковшами объемом до 30 куб.м. (ЭГЛ-15 Ново-Краматорского завода, американские экскаваторы Марион, Бюсайрус и др.).

Во второй половине XX века традиционные типы экскаваторов совершенствовались в основном за счет применения новых машиностроительных технологий и оборудования (гидропривод и пр.).

Ручной труд на земляных работах сохранился только в тех случаях, когда имеется избыток бесплатной рабочей силы либо при малом объеме и стесненных условиях работ, не позволяющих применить необходимую землеройную технику.

Современные экскаваторы, бульдозеры и другие землеройные машины передвигаются по земле на колесах или гусеницах, по рельсам или с помощью специальных опор могут "шагать", есть и плавающие землечерпалки. Однако едва ли не самым распространенным способом передвижения тяжелых машин стал гусеничный ход. Машины на таком ходу могут надежно перемещаться по неровной поверхности, работая на стройке, в котловане или в карьере, добывая полезные ископаемые. Проблема надежного передвижения землеройных машин всегда занимала их создателей. Еще в начале прошлого века в различных странах пытались заменить колесный ход на какой-либо другой. В России в 1879 году русский крестьянин Федор Блинов получил, как тогда говорили, привилегию на "Вагон с бесконечными рельсами для перевозки грузов по проселочным дорогам". К тому времени уже были построены железные дороги, уже были известны рельсы. И изобретателю пришла идея использовать замкнутые и перебегающие по каткам "рельсы в качестве ходового устройства. Изучение чертежей и описания этого изобретения показало, что "вагон" Блинова не что иное, как гусеничный трактор. Такие машины начали строить за границей лишь в XX веке.

Освоение гусеничных тракторов позволило уже в начале 20 века использовать их как базу для землеройных машин, которые стали широко применяться при строительстве дорог, водных путей, в горнодобывающей промышленности.

Первые экскаваторы на гусеничном ходу мало походили на современные машины. Еще в начале века они изготовлялись наполовину из деревянных деталей. Деревянной была стрела, из деревянных пластин (траков) состояли гусеницы. Траки, правда, сначала обивали металлическими листами, а позднее гусеницы полностью стали металлическими.Такой экскаватор в 1912 году был использован в США на строительстве канала Кэлуметсэг.

Экскаваторами называются землеройные машины, предназначенные для копания и перемещения грунта. Все экскаваторы в зависимости от использования рабочего времени для собственно копания грунта делят на две большие группы: непрерывного действия - многоковшовые и периодического (цикличного) действия - одноковшовые.

Многоковшовые экскаваторы обе операции - копание грунта и его перемещение выполняют одновременно; одноковшовые эти операции выполняют последовательно, прерывая копание на время перемещения грунта. Таким образом, рабочее время машины, в течение которого выбирают грунт, и производительность многоковшовых экскаваторов выше, чем одноковшовых. Несмотря на это, одноковшовые экскаваторы распространены шире вследствие их универсальности, т. е. возможности применять их как на земляных, так и на погрузочно-разгрузочных работах в самых тяжелых, в том числе скальных (с предварительным взрыванием), грунтах. Применение многоковшовых экскаваторов ограничено: в основном их используют при рытье траншей и добыче нерудных материалов в карьерах с однородными грунтами без каменных включений.

По способу перемещения экскаваторы бывают сухопутные и плавучие.

По конструкции ходового устройства сухопутные экскаваторы подразделяют на гусеничные, колесные и шагающие (последнее применяют только в одноковшовых экскаваторах).

По типу применяемого основного (первичного) двигателя экскаваторы бывают дизельными или электрическими. Выбор двигателя определяется условиями, в которых будет работать экскаватор. Так, дизели используют на экскаваторах там, где машину нужно сравнительно часто перевозить с места на место, например на строительстве нефте- и газопроводов, железных и шоссейных дорог, гражданском строительстве и т. п.

На экскаваторах, постоянно работающих в одном месте, например в карьерах по добыче нерудных материалов, выгодно применять электродвигатели, которые проще и дешевле в эксплуатации.

Одноковшовые экскаваторы по назначению делят на три основные группы: строительные универсальные, предназначенные для земляных и погруэочно-разгрузочных работ в строительстве; карьерные - для работы в карьерах на разработке рудных и угольных месторождений, а также скальных пород; вскрышные - для разработки полезных ископаемых (угля, руды) открытым способом. К последней группе относятся также и мощные шагающие экскаваторы - драглайны, используемые на горных работах для перекидки верхних слоев пород в выработанное пространство, а также на строительстве крупных гидротехнических сооружений.

Кроме этих основных групп выпускают еще специальные экскаваторы, предназначенные для использования в определенных специфических условиях: подземные - для подземной разработки полезных ископаемых при большой мощности пласта, туннельные - для погрузки взорванной породы при проходке туннелей, торфяные - для добычи торфа и др.

По виду рабочего оборудования экскаваторы подразделяются на одноковшовые с жесткой шарнирно-скользящей связью ковша со стрелой (прямая лопата), с жесткой шарнирной связью ковша со стрелой (обратная лопата), с гибкой связью ковша со стрелой (драглайн, грейфер и др.) и с телескопическим рабочим оборудованием.

Наиболее распространено оборудование прямой лопаты. Им оснащаются экскаваторы любой мощности с ковшами емкостью до 15,3 м3. Экскаваторы с оборудованием прямой лопаты и с разгрузкой в транспортные средства или отвал целесообразно применять при разработке месторождений полезных ископаемых и для рытья котлованов. Преимущественно в крепких, каменистых и скальных породах и грунтах, а также в устойчивых грунтах средней крепости.

Оборудование обратной лопаты используется для рытья узких траншей (шириной 0,7- 1,5 м и глубиной до 8 м), особенно с вертикальными стенками для прокладки сетей канализации, нефтепроводов, устройства фундаментов в крепких и каменистых грунтах, а также сооружения небольших котлованов.

Рабочее оборудование экскаватора-драглайна (англ. dragline) состоит из стрелы и ковша, подвешенного к стреле при помощи подъемного и тягового канатов. Выемку грунта драглайн производит, как правило, ниже уровня установки экскаватора. Применяются ковши различной емкости - в скальных предварительно разрыхленных породах допускается работа драглайна при емкости ковша свыше 10 м. Продолжительность цикла обычно на 10-20% больше, чем при работе экскаватора с оборудованием прямой лопаты. С оборудованием драглайна работает до 40% одноковшовых экскаваторов. Драглайны, имеющие т. н. шагающий ход, получили название шагающих драглайнов.

Планировании поверхностей со значительными углами наклона с помощью следящей системы малоэффективно из-за ограниченности рабочей зоны экскаватора. Более эффективно на указанных работах могут быть использованы экскаваторы с телескопическим рабочим оборудованием, обеспечивающие прямолинейную траекторию движения рабочего органа посредством втягивания телескопической стрелы. Возможность поворота ковша вокруг продольной оси стрелы (рукояти) у этих машин позволяет осуществлять срезку и зачистку наклонных поверхностей. Эти машины имеют малую габаритную высоту рабочего оборудования, что позволяет работать в закрытых помещениях и труднодоступных местах.Оборудование грейфера применяется для погрузочных работ, рытья котлованов с отвесными стенками, для работ под водой.

Оборудование струга приспособлено для планировочных работ, удаления дорожной одежды и т.п. Отдельные модели экскаваторов, предназначенные в основном для строительства (с ковшами емкостью до 5 м3), снабжают различным сменным оборудованием не только для земляных, но и для монтажных, подъемно-транспортных, погрузочно-разгрузочных, свайных и буровых работ, валки леса и корчевки пней и т.п. Такие экскаваторы обычно называются универсальными, т.к. они применимы во многих видах земляных и строительных работ. Если число единиц сменного оборудования не превышает трех (например, лопата, драглайн, кран), экскаватор называется полууниверсальными.

Получают широкое распространение экскаваторы с гидроприводом, т. н. гидроэкскаваторы, у которых все виды рабочих органов шарнирно связаны с поворотной платформой и перемещаются с помощью гидроцилиндров, приводимых в движение насосами высокого давления (10- 40 МПа). В этом случае для передачи вращения (привод поворота, хода) обычно применяют гидравлические двигатели. Этот вид одноковшовых экскаваторов изготовляется с ковшами малой (до 1,8 м.), средней (2-3 м.) и большой (3,2-6 м.) емкости. На сегодняшний день в России получают распространение большие гидроэкскаваторы с объемом ковша свыше 12 м. Основным рабочим оборудованием таких экскаваторов является обратная лопата.

В зависимости от назначения одноковшовые экскаваторы подразделяют на строительные, карьерные, строительно-карьерные и вскрышные, кроме того, выделяют тоннельные экскаваторы, плавучие и др. Строительные экскаваторы - самый распространенный тип одноковшовых экскаваторов (около 60% мирового парка); насчитывают около 200 моделей, выпускаемых более чем 80 отечественными и зарубежными заводами. Различают: универсальные малой мощности (емкость ковша 0,05-1,8 м., грузоподъемность крана 0,7-45 т, масса 1,5-65 т); средней мощности - полууниверсальные (емкость ковша 2-3 м., грузоподъемность крана 60-80 т, масса 72-105 т); большой мощности - полууниверсальные (емкость ковша 3,25-6 м, грузоподъемность крана 100-150 т, масса 115-210 т). Удельная масса на 1 м емкости ковша для крепких грунтов составляет 33-36 т.

Механическая лопата.

Усилие черпания прямой механической лопаты складывается из направленной вверх силы тяги, прилагаемой к ковшу подъемной цепью или подъемным проволочным канатом, и осевого усилия напора, прилагаемого к рукояти, на которой закреплен ковш. По своему назначению (и вместимости ковша) механические лопаты подразделяются на универсальные (0,2-2 м3), карьерные и добычные (2-5 м3) и вскрышные (8-90 м3). Все эти экскаваторы выполняются на гусеничном ходу. На основании устанавливается поворотная платформа, несущая стрелу. Нижний конец стрелы опирается (через шарниры) на эту платформу, а верхний удерживается в рабочем положении канатным подвесом, опорой которого служат треугольные рамы, тоже закрепленные на платформе. Стрела может быть рассчитана на работу с ковшом прямой или обратной лопаты, ковшом драглайна, грейферным ковшом или работу с грузоподъемным крюком.

Универсальный одноковшовый экскаватор.

Экскаватор такого типа легко перестраивается на любой вид работ путем замены переднего рабочего оборудования. Все основные параметры таких экскаваторов (вылет стрелы, размеры гусеничных опор, габариты, мощность привода, линейные скорости, вместимость ковша, грузоподъемность, вид двигателя) стандартизованы. Как правило, они выпускаются с бензиновыми или дизельными двигателями, но может быть предусмотрен и электропривод.

Карьерные и добычные одноковшовые экскаваторы.

Такие машины рассчитаны на самые тяжелые условия эксплуатации. Они проектируются как механические лопаты, допускающие переоборудование в драглайн. Поскольку они предназначаются для карьеров, шахт, крупных строительств, где имеется подвод электроэнергии, их оборудуют системой электропривода, основанной на управлении по напряжению всеми или некоторыми функциями - черпанием, поворотом стрелы, напором и перемещением. Основой такой системы служит двигатель-генераторный агрегат, в котором электродвигатель переменного тока механически связан с отдельными электрогенераторами, питающими приводы разных групп оборудования. Частоты вращения и вращающие моменты приводов регулируются изменением тока возбуждения электрогенераторов и электродвигателей.

Вскрышные механические лопаты.

Для таких экскаваторов характерны большие радиусы черпания и разгрузки (более 100 м) и большая вместимость ковша (90 м3 и более). От малых универсальных и карьерных экскаваторов, перемещающихся на двух жестко закрепленных гусеничных тележках, они отличаются конструкцией гусеничного хода. Каждый из четырех углов их основания опирается на двухленточную гусеничную тележку. Горизонтальность основания автоматически поддерживается гидравлическими домкратами, цилиндры которых закреплены на основании экскаватора, а поршни - на гусеничных тележках.

Шире других используются существуют два варианта конструкции переднего оборудования. В одном из них основными узлами являются одноканатная двухбарабанная лебедка, рукоять круглого сечения и канатный напорный механизм, закрепленный на поворотной платформе. Подъемный механизм сбалансирован, так что при опускании ковша поднимается противовес, а опусканием противовеса облегчается поднятие ковша при срезании грунта. В другом варианте используется трехканатная лебедка без противовеса. Стреле, рукояти и напорному механизму придается особая конструкция с промежуточным шарниром, обеспечивающая независимость подвеса. Напорный механизм, закрепленный на треугольной или портальной ферме, воздействует на двухзвенную рукоять, которая поддерживается и направляется подвижным жестким звеном.

Драглайн.

В отличие от прямой механической лопаты, которая разрабатывает забой, расположенный выше горизонта установки самого экскаватора, экскаватор-драглайн (как и обратная лопата) разрабатывает грунт ниже уровня стояния машины. Его ковш подвешен на подъемном канате, а черпание осуществляется подтягиванием «на себя» вторым, тяговым канатом. Ковш врезается в грунт под тяжестью собственного веса. Такое устройство позволяет разрабатывать даже крепкую скальную породу, разрыхленную взрывом.

Благодаря своим большим рабочим размерам (глубине черпания, радиусу и высоте разгрузки) драглайн особенно подходит для строительства каналов и дамб, подводного черпания, разработки россыпных месторождений и месторождений, требующих раздельной выемки покрывающей породы и промышленной руды.

Производительность драглайна зависит от глубины черпания и высоты подъема, а также от рабочего угла поворота стрелы. Экскаватор с вместимостью ковша 20 м3 снимал покрывающую породу с угольного пласта с производительностью ок. 640 000 м3 в месяц (720 рабочих часов). В ходе 14-дневных испытаний драглайн с вместимостью ковша 9 м3, разгружавший материал в хоппер, показал производительность погрузки, равную 400 м3 за 1 ч.

Основание драглайна служит для закрепления поворотной платформы. На платформе установлены стрела и барабаны лебедок для подъемного и тягового канатов. Барабаны через муфты и зубчатые передачи связаны с отдельными дизелями или электродвигателями. Подъемный канат огибает шкив на конце стрелы, а тяговый пропассован через направляющее устройство у основания стрелы. Для опускания ковша и стравливания подъемного каната машинист выключает сцепление барабанов, и ковш опускается под собственным весом. Скорость опускания регулируется тормозами. Для поворота стрелы даже на дизельных экскаваторах предусматривается система управления с двигатель-генераторным агрегатом. На экскаваторах же с электроприводом такая система управления применяется для всех функций.

Большие драглайны выпускаются на шагающем ходу, который состоит из центральной опорной плиты, боковых лыж и кулачкового или рычажного механизма, приводящего их в движение. Когда экскаватор опирается на плиту, лыжи приподняты и могут перемещаться. После их опускания экскаватор вместе с центральной плитой приподнимается, опирается на лыжи и перемещается. Шаг перемещения составляет ок. 2 м. Поскольку лыжи закреплены на поворотной платформе, ее поворотом можно изменить направление перемещения, так что машина может перемещаться даже в боковом направлении. Благодаря высокой маневренности и проходимости шаговый ход вытесняет гусеничные и другие ходовые устройства.

Башенный драглайн (канатно-скреперная установка).

Это экскаватор-драглайн, стрела которого заменена натянутым между двумя башнями канатом, несущим ковш. Такой драглайн может иметь эффективный «вылет стрелы» (расстояние между башнями) до 500 м. Применяются башенные драглайны двух типов: с волочением ковша по земле от точки черпания до точки разгрузки и с перемещением его над землей. Башни могут быть установлены на гусеничном ходу. По натяжному канату ходит кабельная тележка, к которой прикреплен ковш. Когда натяжному канату дается слабина, ковш под собственным весом движется от высокой башни к низкой. На больших пролетах ковш снабжается хвостовым канатом. При приспущенном натяжном канате посредством тягового каната осуществляется черпание. По заполнении ковша натяжной канат натягивается, и ковш приподнимается для перемещения по поверхности земли. Когда ковш приходит в зону разгрузки, натяжной канат натягивают так, чтобы можно было поднять ковш на нужную высоту. Ковш разгружается через дно, для чего ему часто придают серповидную форму. Такие драглайны применяются преимущественно на строительстве дамб обвалования. Канатно-скреперные установки второго типа широко используются на заводах по производству щебня и гравия; ковш в них обычно без открывающегося дна, и управление разгрузкой осуществляется посредством тягового каната.

Без них эти стройки затянулись бы на десятилетия, и далеко не факт, что на них хватило бы рабочей силы. История сталинской индустриализации началась в 1882 году, в городке Бьюсайрус штата Огайо, где на местном заводе Bucyrus Foundry & Manufacturing Company запустили в серийное производство рельсовый паровой экскаватор под названием Thompson`s Iron Steam Shovel - "Железная паровая лопата Томпсона". Этот агрегат стал прообразом для первого и единственного российского дореволюционного парового экскаватора "Путиловец", выпуск которого начался в 1903 году на Путиловском машиностроительном заводе.
В отличие от современных экскаваторов, работающих на гидравлике, у "Бьюсайруса" все рабочие механизмы приводились в действие цепными лебедками. Объем ковша составлял 1,4 кубических ярда, а команда экскаватора состояла из четырех человек: машиниста, он же "командир экипажа", кочегара, слесаря-смазчика и оператора ковша. Кроме того, каждому экскаватору придавалась бригада путейцев из семи человек, которые вручную укладывали перед ним рельсы. Масса машины составляла 75 тонн. Чуть позже появилась более мощная 85-тонная модификация с ковшом на два кубических ярда. Экскаватор Томпсона на момент его создания считался самым производительным в мире. За сутки он мог вынуть и переместить в вагонетки до 4000 кубометров грунта. Для сравнения, суточная норма выработки на одного землекопа составляла в зависимости от сложности грунта от 2,5 до 4 кубометров. Таким образом, одна паровая лопата заменяла до тысячи обычных. При этом она была относительно несложной в производстве и могла выпускаться на любом паровозном заводе.
Неудивительно, что, когда в России в связи с большими масштабами железнодорожного строительства возникла необходимость в экскаваторах, за образец взяли машину фирмы "Бьюсайрус", хотя к 1903 году она считалась уже не новой. С 1903 по 1917 год в Петербурге было построено 37 "Путиловцев", которые работали по всей стране, от Восточной Сибири до Кольского полуострова.
В 1929 году программа индустриализации потребовала возобновления производства экскаваторов. Разработкой новой машины решили не заморачиваться, а просто стряхнули пыль с чертежей "Путиловца" и передали их на Ковровский механический завод, которому предстояло стать флагманом советского экскаваторостроения. Там освоение производства землеройной машины поначалу шло ни шатко, ни валко. Первый прототип сделали только весной 1931 года, второй собрали еще через несколько месяцев. Такие темпы работ, разумеется, начальство не радовали, и их решили резко ускорить, передав завод в ведение ОГПУ. Не знаю (хотя, догадываюсь), какими методами действовали чекисты, но под их чутким руководством предприятие моментально заработало с пулеметной скоростью, выдав в 1932-34 годах, аж 177 экскаваторов. То есть, за три года их сделали почти в пять раз больше, чем дореволюционный Путиловский завод выпустил за 14 лет! В связи с изменением места производства название машины сменили с "Путиловца" на "Ковровца". "Ковровцы" использовались на многих стройках, но большинство из них отправили на строительство канала Москва-Волга, где появление этих мощных агрегатов, позволило резко интенсифицировать земельные работы. К примеру, на так называемой Глубокой выемке в районе Химок десятки тысяч землекопов за первые два года вынули два миллиона кубометров грунта, а за последующие два года 32 экскаватора извлекли из русла будущего канала восемь миллионов кубометров, прокопав гигантскую траншею глубиной 24 метра, шириной - 140 метров и длиной шесть километров. С уверенностью можно сказать, что без "паровых лопат" эта, и многие другие стройки не успели бы завершиться до войны.
Самое удивительное, что некоторые экземпляры "Ковровцев" проработали до конца 1980-х годов. К сожалению, до наших дней ни один из них не сохранился, в "смутные времена" 90-х все эти эпохальные машины были разобраны на металлолом.

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

Сооружение насыпи с использованием вагонеток на строительстве Амурской железной дороги.

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.

Проведение нулевых работ по сооружению временного моста на Амурской железной дороге. Не уверен, но как мне кажется – это забивают деревянные сваи.

Сооружение металлического моста на Амурской железной дороге. Металлические фермы моста собирались из отдельных балок

Сооружение опоры моста через реку Хор на строительстве Уссурийской железной дороги.

Разработка выемки на строительстве Уссурийской железной дороги. Это фото показательно для тех, кто придерживается мнения, что дорогу восстанавливали. Но вполне возможно, что полотно завели в такой «овраг» (для наименьших затрат)

Выемка и насыпь на Уссурийской железной дороге. Открытые платформы для перевоза грунта

Пройдемся по немногим фотографиям паровых экскаваторов того времени.

Экскаватор "Путиловец". Выполнение земляных работ на строительстве железной дороги. Январь 1915 г.

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.

Экскаватор "Путиловец" с заводским номером 21, изготовленный в 1913 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".

Это приемник экскаватора "Путиловец" – экскаватор паровой неполноповоротный на железнодорожном ходу с ковшом емкостью 2,5 м3 "Ковровец".

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.

20 ноября 1934 года работники «Ковровца» поставили на Глубокую выемку. Фото из книги "Москва-Волга", П.И. Лопатин. - М., 1939.

Затем начались выпуски паровых экскаваторов:
МIIIП-1,5 "Воткинец"
МПП-0,75 "Костромич"

Подборка фотографий паровых экскаваторов:

Паровая драга на строительстве Панамского канала

Экскаватор на рельсовом ходу рядом с узкоколейными рельсами. Точная дата неизвестна, рубеж XIX-XX веков.

Песчаный карьер близ с.Шапки(ныне Ленинградская обл.),куда в 1912г.проложена линия из Тосно.Погрузка производится паровым экскаватором Путиловского завода.Песок на карьере добывается с 1816г.

Паровой экскаватор на железнодорожном ходу в Шапкинском карьере.

Паровой экскаватор на рудниках Урала

Мончегорск. Паровой экскаватор на гусеничном ходу, 1937г.

Паровой экскаватор в процессе работы (1921 год)

В частности в США тоже использовалось много паровой техники. Фото парового экскаватора 1919 года на карьере близ Сан-Диего, калифорния

Рисунок проведения земляных работ для части линии железной дороги между Спрингфилдом и Вустером, Массачусетс, Западная Железная дорога, экскаватор Отиса

Как пример. Суэцкий канал (длина 160 км, начало строительства - 1859 г) сооружался около 10 лет (в основном, вручную). Общая численность рабочих, занятых на постройке, достигала 40 тысяч человек. За время строительства было перемещено примерно 75 млн. кубометров грунта. При сооружении Панамского канала (1880-1913гг) было перемещено 160 млн. кубометров грунта. На втором этапе строительства (1903-1913гг) применялись более ста одноковшовых (преимущественно железнодорожных) и около 20-ти многоковшовых экскаваторов.

Экземпляры образца 1929г. кое-где даже уцелели:

Работа парового экскаватора (в начале видео)

Самый большой в мире экскаватор, работающий на паровом двигателе, был построен компанией Marion Power Shovel. Машина была собрана в 1906 году для компании General Crushed Stone Company, которая изначально использовала экскаватор в карьере для добычи камня. Сначала экскаватор был поставлен на рельсы, замкнутые в круг, а колеса были как у поездов, только гораздо больше учитывая, что вес машины был 105 тонн. Через некоторое время производитель выпустил специальный комплект для конвертации экскаватора на гусеничный ход, что и было сделано в 1923 году.

Он еще жив. Этот экскаватор служил вплоть до 1949 года, когда его запарковали недалеко от карьера, где он и стоит по сей день.

Перейдем к паровым кранам:

Паровой кран. Построен на Сормовском заводе в начале ХХ века.

Кран ПК-ЦУМЗ-15 № 918 с грейфером работает на угольном складе станции Москва-Бутырская в конце 50-х годов

Шеститонники строились серийно Кировским машиностроительным заводом имени 1 мая в 30 - 50-ые годы. А так же Одесским краностроительным заводом имени Январского восстания, но в меньшем количестве. Если все они выпускались в едином номерном ряде, то всего их было построено более 3000 штук. В журнале «Железнодорожный транспорт» №12 за 1997 год в рубрике «ретро-фото» опубликована фотография крана ПК-6 номер 3093, если, конечно, он правильный.
Из заводских ворот все шеститонники выходили паровыми, что отражено в названии ПК-6 - паровой кран грузоподъемностью 6 т.
Краны ПК-ЦУМЗ-15 с паровым приводом грузоподъемностью 15 тонн строились Кировским заводом серийно.

Они работали до середины 20в и даже позже (где-то на Украине)

УЖКП-1,5 – стреловой полноповоротный самоходный железндорожный паровой кран колеи 750 ммс выносными аутригерами и механизмом подтаскивания груза. Завод изготовитель – Valmet (Финляндия). Год начала выпуска – 1949г.

Паровой кран на строительстве лондонского метро

Некоторые паровые краны работают до сих пор: Плавучий кран 83-х лет до сих пор в рабочем состоянии

Почему-то забыта эта паровая техника. А ведь для районов крайнего севера - она просто незаменима. Не привязана к завозу горючего, может работать в глухих районах. Нужны лишь дрова и вода. При современном материаловедении паровой двигатель мог быть усовершенствован и приближен к ДВС по характеристикам.

Как видно из этих примеров – в конце 19в., начале 20в. тяжелый труд по строительству дорог, каналов был вовсе не полностью ручным. Техника было. Да, ее было мало, но на ответственных участках она присутствовала. Малое количество фотографий с паровыми машинами – еще не повод думать, что времена полного ручного труда были вплоть до начала индустриализации 20-30гг.