Паровые машины и иная ретро-техника при строительстве дорог и каналов. Экскаватор (история изобретения)

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.

1. 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.
2. 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.

   

3. Экскаватор может быть двух видов – гусеничный и колесный . Первый продвигается даже там, где нет дорог, а второй используется для городских условий.

   

4. 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.

   

5. 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.

   

6. 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.

   

7. 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.

   

8. 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».

   

9. 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.

   

10. 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.

    

11. 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.

    

12. 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.

    

13. 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.

    

14. 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.

    

15. 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.

    

Появлению первого экскаватора способствовало активное железнодорожное строительство в США, нехватка рабочих сподвигнула американца Отиса в 1832-1836гг разработать и создать модель первого парового экскаватора, который имел ходовую часть железнодорожного типа, ковш объёмом 1,14 куб.м, двигатель в 15 л.с., среднюю производительность в 45-50 куб.м/час. Такой экскаватор мог заменить около 50 строительных рабочих, а уже через несколько лет усовершенствованные модели Отиса могли заменить до 180 рабочих. Первым покупателем экскаватора стала Англия в 1842 году, после чего годом позже ещё четыре экскаватора были направлены в Россию для строительства Николаевской железной дороги. Но российские подрядчики не захотели использовать его при строительстве, и в 1848 году они были проданы на Урал, где в Нижнем Тагиле экскаватору нашли новое применение - для использования при добыче руды.

Крупномасштабное строительство каналов и железных дорог во второй половине девятнадцатого века, способствовало к активному развитию землеройных машин.

Германия в то время активно применяла "строительные локомобили", на которых были установлены одноканатные грейферы.

Россия же, до конца девятнадцатого века продолжала пользоваться дешёвой рабочей силой и все землеройные работы выполнялись в ручную. И только при строительстве Транссибирской магистрали началось использование американских "землекопных машин".

В 1902 году на Путиловском заводе был построен первый русский неполноповоротный экскаватор железнодорожного типа, который оснащался сменным ковшом 2,3 куб.м и 1,5 куб.м. Весом в 65-75 тонн экскаватор обладал производительностью 100-290 куб.м./час. Благодаря интенсивности использования экскаватора при земляных работах в России к 1917 году их было построено 35 единиц, а строились и использовались машины такого типа до 30-х годов.

Иногда использовались плавучие неполноповоротные экскаваторы с прямой лопатой.

Масштабное строительство огромных каналов во второй половине XIX и начале XX веков требовало перемещения гигантских масс грунта.

Суэцкий канал начал создаваться в 1859 году, конечная его длинна насчитывала 160 км, при строительстве было перемещено 75 млн. кубометров грунта, а использовалась в основном ручная рабочая сила, что растянуло сооружение канала на 10 лет.

Панамский канал строился с 1880 по 1913 гг. В период с 1903 по 1913 гг. было задействовано более 100 одноковшовых и около 20 многоковшовых экскаваторов. Объём грунта, перемещённого при строительстве, составил 160 млн. куб.м.

Конец первой Мировой войны стал началом общего развития техники, это сказалось и на экскаваторах. Экскаваторы начали оснащаться двигателями внутреннего сгорания и электроприводами, мощность и мобильность экскаваторов увеличилась за счет применения гусеничного и шагающего хода, вместе с увеличением видов дополнительного оборудования (прямая и обратная лопата, струг, драглайн…) увеличилась и сфера применения (тоннельные, вскрышные работы…). В то время, пока США и Россия пытались совершенствовать одноковшовые экскаваторы, Германия активно занималась строительством более мощного многоковшового экскаватора и специальных машин.

К началу 50-х годов использовались экскаваторы ЭГЛ-15 (Ново-Краматорского завода), Марион и Бюсайрус (американского производства), имеющие гигантские размеры и ковш объёмом в 30 куб.м.

Применение новых машиностроительных технологий во второй половине ХХ века позволило существенно усовершенствовать экскаватор, наряду с разработкой дополнительного оборудования он стал действительно универсальной машиной.

Сейчас ручной труд при выполнении земляных работ используется очень редко, причиной могут быть либо чересчур стеснённые условия работы или при избытке бесплатной рабочей силы.

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

С давних времен люди занимались земляными работами. Современные объемы таких процедур просто колоссальны (стройки, карьеры, дороги). Вручную все процессы сделать просто нереально и слишком долго. На помощь приходит специальная техника. Рассмотрим далее, что такое экскаватор и какова его роль в промышленном хозяйстве.

Введение

Механизировать процесс выработки земли пытался более пятисот лет назад Леонардо и еще многие ученые. Современные машины отличаются по многим параметрам, в зависимости от модификации и прямого предназначения. Основная классификация проводится по следующим параметрам:

• Типу ходовой части (колеса, гусеницы, железнодорожный ход и прочее).
• Эксплуатационным особенностям (для строительства, карьеров, разработки шахт и тому подобное).
• Силовому агрегату.
• По принципу действия.

Все эти показатели могут комбинироваться в различных вариациях, в связи с чем разработано огромное количество модификаций рассматриваемой техники.

Гусеничный ход

Что такое экскаватор на гусеницах? Это машина, которая пройдет по дорогам с любым покрытием, а также без него. Подавляющее большинство самоходной экскаваторной техники помещается именно на базу с гусеничным ходом. Исключение составляют аналоги, работающие в черте города. Рассматриваемые модели легко преодолеют рыхлый грунт, торфяники, бездорожье, лесные и каменные препятствия.

Другие типы шасси

Экскаваторы на пневматических колесах отлично зарекомендовали себя для работы в городских условиях. Гусеничные аналоги здесь не подходят, поскольку будут просто разрушать асфальтовое покрытие. Колесные модели не только щадяще относятся к дорожному оформлению, но и отлично амортизируют, а также имеют минимальный уровень шума.

Что такое экскаватор шагающего типа? Подобная модификация лишена гусениц или колес. В нижней части агрегата находится опорная плита, служащая площадкой при работе. Перемещается машина при помощи специальных гидравлических башмаков. Она поднимается на них, переносит себя и снова опускается на опорную плиту. Скоростной режим передвижения может составлять до 80 км/ч.

Экскаваторы на рельсовом ходу обычно эксплуатируются в горнодобывающих выработках. Цепные модели размещаются на рельсах, широко расположенных между собой. Эта дистанция называется порталом, в него удобно заезжать грузовикам под погрузку.

Землеройные универсальные устройства можно монтировать практически на любое шасси. Комбинированные модификации могут оснащаться колесами и железнодорожными опускаемыми парами при необходимости передвижения по рельсам. Имеются плавучие аналоги (земснаряды).

Принцип действия

Одноковшовые вариации работают в циклическом режиме: набрал - перенес - высыпал. К приспособлениям непрерывного действия относятся роторные и траншейные экскаваторы. К первым моделям причисляются агрегаты с несколькими ковшами, которые закреплены на большом вращающемся колесе. В качестве примера траншейного аналога можно привести легкие агрегаты для прокладки кабеля. Земснаряды набирают песок под водой по вакуумно-всасывающему принципу.

Невозможно определить один оптимальный и универсальный способ работы. Все зависит от вида добываемого материала и окружающих условий. В каждом определенном случае требуется конкретный вид техники.

Особенности

Обзор экскаваторов продолжим колесными моделями для строительства. Несмотря на то что гусеничные модификации лидируют в сфере разработки грунта, для строительных площадок оптимальным вариантом станут агрегаты на колесах. Они мобильнее, скоростнее, не портят асфальт и оперативно перебрасываются с одного на другой объект.

Шахтные экскаваторы имеют компактные габариты, что актуально в замкнутых пространствах. Как правило, они используются в горизонтальных выработках под землей и в тоннелях для отгрузки горных пород.

В открытом карьере эксплуатируются модификации, которые могут обеспечить максимальное перемещение и погрузку материала. На таких работах применяются несколько типов машин. Главное требование к ним - чтобы ковш экскаватора был максимально вместительным. Среди карьерных моделей:

• Драглайны. Конструкция этих агрегатов не предусматривает жесткого соединения ковша со стрелой. Черпак удерживается при помощи цепи, аналог которой подтягивает или опускает его.
• Гусеничные повышенной проходимости.
• Гидравлические версии с возможностью усиления нажимного воздействия на породу. Применяются обычно на вскрышных работах.
• Модификации роторного типа, обеспечивающие максимально полную подачу полезных ископаемых.

Силовые установки

Изучение технических характеристик экскаватора продолжим в части двигателей. Первые машины работали от парового двигателя, затем на смену им пришли дизельные, бензиновые и электрические моторы. Наиболее популярными силовыми агрегатами считаются дизельный и обусловлено их экономичностью.

Дизельный вариант отличается мобильностью. Такая техника позволяет много перемещаться по обрабатываемому объекту и за его пределами. Если процесс предполагает передвижение на небольшие расстояния, разумнее использовать электрический аналог. Для карьерных выработок как раз подойдет именно такая техника.

Ведется разработка легких экскаваторов, которые питаются от аккумуляторных батарей. При этом машина управляется оператором дистанционно либо традиционным способом.

Применение

Что такое экскаватор и зачем он нужен? Прежде всего, рассматриваемая техника - это землеройная машина, основной задачей которой является выемка, перенос грунта и породы. При этом экскаваторы могут работать не только на площадках, где находятся, но и на участках, уровнем ниже или выше. Кроме того, материал может добываться без проблем из-под слоя воды.

Полученную породу техника загружает в транспортировочные единицы (машины, баржи, вагоны). При необходимости грунт можно отсыпать в отвал. Гидравлический экскаватор позволяет быстро и качественно обеспечить рытье каналов, траншей, котлованов, расчистку территории с максимальной точностью. Рассматриваемые машины дали возможность полностью механизировать земляные работы, облегчив существенно труд людей. Обыкновенная строительная модель способна за один подход перенести до 4 кубов земли или песка.

Самые большие экскаваторы

Самая огромная машина в рассматриваемой категории имеет впечатляющие габариты. Гигант был разработан и собран немецкой фирмой Thyssen Krupp Fordertechnik в 1978 году. Собиралась техника на протяжении 5 лет, ее стоимость превысила 100 миллионов Евро. «Монстр» трудится до сих пор в угольном разрезе Гамбаха.

Функционирует машина около 20 часов в сутки, производительность - 240 000 куб. м угля. Такие объемы достаточно сложно загрузить и вывезти, но это и не требуется. Подобные большие экскаваторы требуются для вскрышивания массы, в которой более половины материала составляет непригодная порода. Габариты гиганта: длина/ширина/высота - 240/46/96 м. Масса - 13,5 тысяч тонн. Длина стрелы - 200 м. Объем каждого ковша - 6,6 куб. м.

Экскаватор Hitachi

Ниже приведены технические параметры одного из самых производительных экскаваторов - «Хитачи ZX200»:

• Длина/ширина/высота - 8,94/2,86/2,95.
• Вес - 19,8 тонны.
• База колесная - 3,37 м.
• Клиренс - 45 см.
• Давление на почву - 0,47 кг/кв. см.
• Глубина выработки - 6,05 м.
• Объем ковша экскаватора - 0,51 куб. м.
• Предельная тяговая сила - 203 кН.

Силовой агрегат «Хитачи ZX200»

Техника оборудуется четырехтактным дизельным двигателем с 4 цилиндрами. Мотор имеет непосредственный впрыск горючего, распределительный вал в верхнем размещении и охлаждение водяного типа. Новые экскаваторы этой модификации оснащены силовой установкой, которая агрегирует с современной системой гидравлики типа HIOS III, обеспечивающей возможность программирования ручного и автоматического режима работы. Кроме того, данный блок дает возможность максимально эффективно использовать гидравлическое давление, увеличивая выработку при экономичном потреблении топлива.

Основные параметры двигателя:

• Объем рабочий - 5,19 л.
• Мощность номинальная - 166 лошадиных сил.
• Крутящий момент по максимуму - 550 Нм.
• Размер цилиндра в диаметре - 105 мм.

Устройство

Оснащен стрелой (длина - 5,68 м) и рукоятью с увеличенным тяговым усилием и поворотным моментом (2,91 м). Конструкторы модернизировали управление движением, в результате чего скорость двигателя наращивается в автоматическом режиме при маневрах или на подъеме, когда требуется повышенное тяговое усилие.

Габариты кронштейнов на верхних поддерживающих катках увеличены. Это позитивно сказывается на рабочем ресурсе узла. Дополнительную жесткость агрегату придает измененная конфигурация и усиление гусениц. Кроме того, увеличены рамы коробчатого сечения и центральная балка Х-образного типа. Весь комплекс усовершенствований добавил к прочности почти 35 %. Пластины Х-образной балки изготовлены в виде монолитных элементов, что позволило значительно укрепить центральную часть рамы.

Итог

Модернизация и конструктивное совершенствование экскаваторов идет своим чередом в непрерывном режиме. Конструкторы продолжают добиваться улучшения качества работ, что обусловлено ростом объемов строительства и добычи полезных ископаемых.