История возникновения и развития экскаваторов. Что такое экскаватор? Обзор и технические характеристики экскаваторов

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.

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).

Экскаватор – основной тип землеройных машин, оснащенных ковшом. Его основным назначением является разработка грунтов (горных пород, полезных ископаемых) и погрузка сыпучих материалов из штабелей.

Конечно же, экскаваторы, как и многие старые аналоги техники, применялись еще в Древнем Египте и Древнем Риме. Тогда они использовались для углубления русел рек и каналов. Однако задокументированная история возникновения землеройных машин начинается в 16 веке, когда Леонардо да Винчи предложил первые схемы экскаваторов - драглайнов. Так, к 1500 году относится набросок чертежа грейфера для землечерпалки. Несколько лет спустя ученый руководил прокладкой каналов в засушливой Миланской долине, где он и применил землечерпалку собственной конструкции.

В 1718 году французские механики де ла Бальм и Белидор представили проект землеройного устройства с двумя ковшами. Механизм работал в портах Тулона и Бреста. А в 1773 г. в США вышла книга с рисунком первого деревянного колесного скрепера, который перемещала лощадь. Скрепер был построен и работал на сооружении дорог.

В 1832-1836 годах в Америке шло активное строительство гигантской сети железных дорого, что вызвало нехватку человеческой рабочей силы. Тогда американский инженер Элиша Грейв Отис, больше известный нам как изобретатель безопасного лифта, разработал первый паровой одноковшовый экскаватор. Он был неполноповоротным, имел железнодорожную ходовую часть, был оснащен ковшом 1,14 м куб., паровым двигателем мощностью 15 л.с., обеспечивал среднюю производительность 45-50 куб.м/час и заменял примерно 50 строительных рабочих. Первоначально экскаваторы Отиса использовались преимущественно на строительстве железных дорог, где уже через несколько лет заменяли более 200 рабочих.

В 1847 году русский механик Кушелевский предложил идею землеройной машины, которая могла бы работать как на воде, так и на суше. Этот экскаватор должен был объединить в себе все преимущества речной землечерпалки и сухопутного экскаватора.

В начале 20 века, с развитием электроэнергетической отрасли быстро развивалась и конструкция экскаваторов. В 1905 году немецкая фирма "Оренштейн & Коппель" выпустила первые паровые полноповоротные машины, то есть экскаваторы с поворачивающейся кабиной. Ковши этих машин вмещали до 4 кубометров земли.

В 1910 году американская фирма "Бюсайрус" выпустила в свет полноповоротный экскаватор на гусеничном ходу. В этом же году появились первые электрические экскаваторы. Начиная с 1912 года начал работать первый экземпляр с двигателем внутреннего сгорания на гусеничном ходу. А еще через четыре года в экскаваторы стали устанавливать дизельные двигатели.

В наши дни экскаваторы классифицируются по типу шасси, типу привода, типу рабочего оборудования, возможности поворота рабочего оборудования относительно опорной поверхности. Они способны работать практически в любых условиях и на любых поверхностях с невероятной грузоподъемностью.

Современные ковшовые экскаваторы ушли далеко вперед с технической стороны, хотя несомненно без инженерной мысли прошлых столетий неизвестно, какая техника использовалась бы сейчас.

Почетный паровой экскаватор, труба которого изрыгает дым шипящего пара как самолет, грохочущий механический робот, с ковшом словно челюсти, существует сегодня как пережиток прошлого. Действительно, остатки таких экскаваторов, оставленных людьми или хорошо сохраненных, сейчас можно обнаружить на старых площадках горной промышленности и в музеях по всему миру как напоминания ушедшей эры, когда пар ещё приводил большое количество транспортных средств и судов в действие.

Конец 19-ого и начало 20-ого века было временем расцвета парового экскаватора, которое запомнилось быстрым развитием промышленности, способствовавшим прогрессу.

Эти большие роющие машины, приводимые в действие паром, превзошли человеческий труд на порядок. Землеройная мощность машины сделала его основной частью строительного оборудования на больших строительных объектах, таких как рытье фундамента под небоскребы, в строительстве Голландского Тоннеля и осуществление одного из самых грандиозных технических подвигов всех времен- строительство Панамского канала.

В течение долгого времени паровые экскаваторы, и их преемники становились более крупными и мощными. В 20-ом веке с развитием дизельных, электрических и гидравлических новшеств машиностроительной сферы, паровые экскаваторы стали терять свою актуальность.

В 19-м веке изобретатели использовали паровую энергию, чтобы приводить все типы механических устройств в действие. Одним из таких блестящих изобретателей был Уильям Отис, который спроектировал машину, роющую эффективнее, чем команды мужчин, нанятых для строительства железной дороги.В 1839 году, в свои 20 лет Отис (двоюродный брат изобретателя лифта Элиша Отиса) получил американский патент на изобретение первого в своём роде парового экскаватора.

Он умер от брюшного тифа, когда ему было26 лет, и управление патентом взяла на себя его семья.

В конечном счете, чтобы удовлетворить необычайно растущий спрос на перемещение земли, возникший в связи с развитием железной дороги в Соединенных Штатах и в других странах, появились новые изобретатели и компании с собственными проектами парового экскаватора.

Первый «полноповоротный» паровой экскаватор был изобретен в Англии в 1884 г., появление новой функции увеличило стоимость на машины. Этот прогресс сопровождался и другими новшествами. Появились колёса, на которых он перемещался не только по железной дороге, изменилось управление спускоподъемными механизмами, увеличивался объём ковша и т.п.

Marion Steam hovel Company, основанная в 1884 году, в Мэрион, штат Огайо, возникла с развитием железной дороги, которая открыла западные Соединенные Штаты и Канаду. К началу 1900 года компания стала доминирующим производителем экскаваторов, а город, в котором производились машины, стал известным как «город, который построил Панамский канал», так как ключевую роль в его строительстве сыграли паровые экскаваторы.

Существовал и другой властный игрок в бизнесе экскаваторостроения, это был литейный завод компании Бюсайрус производящий оборудование для земляных работ, основанный в 1880 году. Бюсайрус также мог претендовать на то, чтобы выступать в роли главного подрядчика в строительстве многих амбициозных проектов того времени — включая Панамский канал. Согласно истории компании, 77 экскаваторов завода принимали участие в историческом соединении Атлантического и Тихого океанов.

В архивах компании есть сохранившиеся фотографии 1908 года, на которых президент Теодор Рузвельт поднялся на борт 95-тонного парового экскаватора компании, осматривая процесс строительства Панамского канала.

Как бы это не выглядело смешно, по иронии судьбы в 1997 году Бюсайрус совершила покупку одного из ее давних конкурентов, которым оказалась компания Марион, к тому времени уже называвшаяся Marion Power Shovel Company.

Работа этих гигантов происходила следующим образом, как уже можно догадаться, движущей силой являлось грамотное использование пара, который производил кипящий котёл из воды поступающий из гигантской емкости.

В управлении участвовал второй человек, которого часто называли пожарным, в его обязанности по обслуживанию котла входили: топка углем и поддерживание нужного давления обеспечивающего пар, необходимый для движения агрегатов.

От котла вниз по трубе пар под высоким давлением поступал в один или несколько цилиндров, приводя в движение поршни, которые в свою очередь поставляли механическую энергию для систем парового экскаватора, включая основной двигатель и лебедку.

Ближе к концу стрелы на отдельном стволе находился ковш управляемый стальными тросами, всё это устройство напоминало огромный рот, который копал грунт и выкидывал его в грузовик или другой подходящий транспорт.

Все это было установлено на шасси, которое позволяло медленно перемещаться с места на место. Первые паровые экскаваторы были довольно сыры, и поэтому, чтобы они могли передвигаться, рабочим приходилось прокладывать рельсы. Впоследствии с развитием землекопы получили колёса, а позже и гусеницы которые позволили им перемещаться более независимо.

Эти трудолюбивые машины помогли построить мир, одержимый экономическим ростом, но после десятилетий популярности, они всё-таки потеряли свою востребованность.

Паровая техника просто освободила дорогу для более современных технологий. В 1930-х годах паровые двигатели в крупном масштабе начали заменять на дизельные. Кроме того, появление гидравлических систем оказалось более надежным и эффективным, чем цепи, кабели и шкивы, используемые для приведения в действие машин паром.

Паровой экскаватор не исчез полностью. Из-за их крупного размера, полностью демонтировать их было не просто. Многие были оставлены после того, как их работа была выполнена и они все еще могут быть найдены ржавеющими в старых карьерах или добывающих местах. Некоторые были восстановлены и хронятся как достопримечательности или музейные экспонаты. Другие же оказались в руках коллекционеров, которые поддерживают их в исправном состоянии и представляют их на мероприятиях, спонсируемых Исторической Ассоциацией Строительного оборудования.

Паровые экскаваторы были предшественниками современных, от землекопов Drivable до громыхающих машин линии Bremen, используемых для добычи полезных ископаемых которые все еще очень распространены сегодня.

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.