Экскаваторы

Экскаватор представляет собой один из самых распространенных и одновременно многофункциональных видов землеройной и горнодобывающей техники. Его универсальность обеспечивается за счет различных видов навесного оборудования, которое используется в дополнение к традиционному экскаваторному ковшу (или набору механических лопат для многоковшовых экскаваторов). Название машины происходит от латинского excavo или более позднего английского excavator, что переводится как «выкапывать» или «выдалбливать».

Оба глагола достаточно точно указывают на основное назначение экскаватора. Техника активно используется в строительстве и горнодобывающей промышленности для разработки земли и горных пород. Которые затем направляются в отвал или грузятся на различный транспорт для перевозки к месту переработки/складирования. Рассмотрим более детально, что представляют собой экскаваторы, историю их разработки и основные виды современной техники такого типа.

Краткая история появления экскаваторов

Считается, что первым идею землеройной машины предложил еще Леонардо да Винчи, причем очень давно – на стыке 15 и 16 веков. Существующий на тот момент в Италии уровень промышленности и ремесел уже позволил воплотить столь смелый замысел в реальную жизнь.

В результате сам автор активно участвовал в прокладке каналов, расположенных в Миланской долине. Хотя некоторые исторические источники говорят об еще более раннем использовании похожих землеройных машин, датированном 1420 годом, которые применялись для углубления каналов и расширения морских гаваней. Особенно активно развитием экскаваторного дела занималась Венеция. По вполне понятным причинам – из-за необходимости постоянного обслуживания множества каналов.

Первый прообраз современного одноковшового экскаватора (имеющего наибольшее распространение сегодня) появился в Соединенных Штатах Америки в 30-е годы позапрошлого века. Он был разработан Уильямом Смит Отисом и обладал несколькими характерными особенностями:

• использовался для устройства насыпей под ж/д пути;
• передвигался по уже проложенным рельсам;
• имел неповоротную конструкцию;
• обладал ковшом емкостью более кубического метра;
• комплектовался паровым двигателем мощностью 15 л. с.

Примечательно, что 4 из первых 7 экскаваторов Отиса был проданы в Российскую империю и активно использовались для прокладки железнодорожных путей из Санкт-Петербурга в Москву. После успешного решения задачи техника переместилась на Урал и продолжала применяться в горных выработках Нижнего Тагила. То есть уже тогда были наглядно продемонстрированы два главных направления практического использования современных экскаваторов: строительство и горнодобывающая промышленность.

С течением времени модельный ряд одноковшовых экскаваторов стремительно расширялся. Как и количество компаний-производителей. Модель первого электрического экскаватора была разработана в 1910 году. Полноповоротная гусеничная машина с двигателем внутреннего сгорания выпущена в 1912 году. Еще через четыре года – в 1916-м – на экскаватор был установлен дизель. Мощные и производительные экскаваторы на рельсовом ходу, предназначенные для открытых горных разработок, были выпущены в 20-е годы прошлого века.

Важным этапом развития нового типа землеройной техники стало появление многоковшовых экскаваторов (другое название – абзетцеры). Они представляли собой монументальные машины, которые передвигались по рельсовым путям и демонстрировали впечатляющую производительность.

Устройство и отличительные признаки современного экскаватора

Сегодня под экскаватором обычно понимается одноковшовая самоходная машина, которая оснащается экскаваторным ковшом. Его характерным отличием от других землеройных машин выступает разработка земли или горной породы с помощью подвижного рабочего органа, который установлен на неподвижном шасси. Последнее может быть нескольких типов: гусеничное, колесное, шагающее, вездеходное, рельсовое и т.д.

Традиционное устройство экскаватора предусматривает наличие нескольких конструктивных компонентов, включая уже упомянутые выше и ряд новых:

1. Рама/корпус. Несущий каркас машины, на который крепятся остальные части и элементы. Обычно выполняется из высокопрочного профильного металлопроката.
2. Двигатель. Силовой агрегат, который используется как для передвижения самого экскаватора, так и функционирования гидравлики, необходимой для эксплуатации рабочего оборудования.
3. Кабина. Предназначена для размещения оператора, управляющего экскаватором на всех этапах его функционирования.
4. Шасси. Используется преимущественно для перемещения внутри рабочей площадки и с объекта на объект. Возможные варианты с кратким описанием
5. Основной рабочий орган. Представляет собой экскаваторный ковш преимущественно одного из двух типов: обратная или прямая лопата. Первый используется, если разрабатываемая земля/порода находится ниже уровня шасси машины. Второй – выше или в одной плоскости.
6. Дополнительное и вспомогательное навесное оборудование. Устанавливается в дополнение или (что бывает реже) вместо ковша. В подобном качестве выступают самые разнообразные приспособления и механизмы, включая бур, вилы, грейфер, отвала и многое другое (более подробно – в соответствующем разделе классификации экскаваторов).

Описанное устройство является типовым. В зависимости от назначения, сферы применения, условий эксплуатации и задач, поставленных заказчиком, возможно внесение самых различных конструктивных изменений. Что дает на выходе широкий спектр разнообразных экскаваторов, доступных на сегодняшнем российском и мировом рынке землеройной и специальной техники.

Сфера применения экскаваторов

Универсальность экскаваторов выражается в обширном спектре выполняемых работы. Включая выемку грунта, его перемещение, добычу горных пород и множество других операций. Поэтому наиболее часто землеройная техника в следующих видах хозяйственной и коммерческой деятельности:

1. Гражданское и военное строительство (устройство котлованов и плоскостных сооружений, демонтаж, ремонт).
2. Складская и логистическая деятельность (погрузочно-разгрузочные работы в портах, центрах логистики, складских базах и других подобных объектах).
3. Жилищно-коммунальное хозяйство (уборка мусора, монтаж и демонтаж коммуникаций, подготовка площадок и т.д.)
4. Инфраструктурное строительство (рытье траншей для прокладки трубопроводов, выполнение насыпей для устройства автомобильных и железных дорог, мелиорация, углубление и очистка водных бассейнов, многое другое).
5. Добыча полезных ископаемых (разработка горных пород в шахтах, на открытых выработках, в карьерах и т.п.)
6. Сельское хозяйство (выполнение вспомогательных, демонтажных, ремонтных и строительных работ).
7. Лесное хозяйство (расчистка площадок для лесозаготовки, уборка мусора, корчевание, погрузка бревен, мусора, кустарника и т.д. в транспорт, другие схожие виды работ).

Широкий функционал экскаваторов достигается за счет активного использования разнообразного навесного оборудования. Которое удачно дополняет традиционный экскаваторный ковш и позволяет выполнять самые различные работы (более подробно об этом – в соответствующем разделе классификации техники).

Классификация экскаваторов

Самый наглядным показателем разнообразия выступает большое количество критериев, которые используются для классификации экскаваторов. Поэтому имеет смысл рассмотреть наиболее распространенные более внимательно.

По весу

Существует несколько вариантов градации экскаваторной техники по массе машины. Чаще всего используется следующая, позволяющая разделить экскаваторы на 5 категорий:

1. Микро – весят менее 1 тонны. Применяются для работы внутри и снаружи зданий или сооружений, в том числе – в очень стесненных условиях.
2. Мини – до 6 тонн. Мобильная спецтехника с широким набором выполняемых функций. Сочетает компактные размеры с минимальным давлением на грунт и другие поверхности. Способна работать (тем более – в колесном варианте) на различных видах покрытий, включая асфальт и бетон.
3. Малогабаритные – до 10 тонн. Универсальные экскаваторы, предназначенные для производства земляных и сопутствующих работ на небольших объектах и с частым перемещением между ними.
4. Стандартные – до 30 тонн. Самая распространенная землеройная техника. Широко применяется в строительстве, в том числе – при возведении серьезных объектов.
5. Производственные – до 100 тонн или больше (штучные экземпляры, которые изготавливаются по индивидуальным заказам, обычно - для реализации конкретных проектов.) Основная сфера деятельности – горнодобывающая промышленность и строительство уникальных сооружений, например, тоннелей.

Приведенная классификация по массе экскаваторов носит несколько условный характер. Так как многие машины или находятся на стыке отдельных категорий, или имеют намного более широкую сферу применения.

По назначению

В зависимости от функционального назначения, принято выделять следующие типы экскаваторов:

1. Строительные. Отличаются универсальностью и относительно небольшой массой. Обладают ковшом, объем которого редко превышает 1,5-2 куб. м.
2. Карьерные. Специализируются на добыче полезных ископаемых на открытых карьерах. Выделяются от прочих экскаваторов более мощным шасси и увеличенным объемом ковша (практически без верхнего ограничения по емкости).
3. Вскрышные. Основным назначением становится подготовка стройплощадок и удаление верхнего слоя грунта/породы на будущих выработках полезных ископаемых. Главным требованием к подобной технике становится маневренность в сочетании с высокой производительностью.
4. Шахтные. Предназначены для работы в стесненных условиях шахт и подземных выработок. Отличаются компактными размерами, минимальным уровнем вредных выхлопов и повышенными требованиями к безопасности оператора.

По типу шасси и ходовой части

Один из самых разнообразных критериев для классификации. Позволяет разделить экскаваторы на четыре категории, причем в одной из них – первой в списке – еще и на несколько подкатегорий:

1. Сухопутные. Делятся на три вида экскаваторов: колесные, гусеничные и шагающие (два первых – самые распространенные). Колесная техника отличается высокой скоростью и подходит для работы сразу на нескольких объектах. Гусеничные экскаваторы обладают повышенной проходимостью, большим весом и серьезной мощностью. Шагающие эффективны при эксплуатации на пересеченной местности, особенно – на крупных горнодобывающих предприятиях, в том числе – со сложным рельефом местности.
2. Рельсовые. Широко применяются для очистки путей от снега и мусора. Активно используются на промышленном производстве с заранее известным и постоянным рабочим циклом.
3. Плавающие. Специальная землеройная техника, которая предназначена для работы на водной поверхности или в болотистой местности. Особенно активно применяется для очистки акваторий водоемов, используемых для водных грузовых и пассажирских перевозок
4. Комбинированные. Отличаются от прочих экскаваторов наличием выдвижного шасси, обеспечивающего плавный ход и перемещение по разным рабочим поверхностям. Ближе всего по типу к шагающим машинам.

По типу двигателя

Самые первые модели экскаваторов предусматривали использование парового двигателя. Сегодня техника комплектуется или дизельным, или электрическим силовым агрегатом. Первый вариант (то есть дизель) особенно активно применяется для строительства, в коммунальном и сельском хозяйстве. Основные преимущества дизельных установок хорошо известны и заключаются в следующем:

• высокий КПД;
• оптимальное сочетание мощности и производительности;
• экономичность в работе;
• минимальные требования к уходу и техническому обслуживанию.

Экскаваторы с электрическим двигателем намного чаще используются на шахтах и других подземных выработках. Их главным плюсом становится отсутствие или минимальный уровень вредных выхлопов, что в стесненных условиях подобных объектов выходит на первый план и компенсирует неизбежное удорожание вместе с увеличением эксплуатационных расходов (по сравнению с дизелем).

По принципу действия

Данный критерий позволяет разделить землеройную технику на два типа: непрерывного и циклического действия. В первую категорию входят так называемые многоковшовые экскаваторы. Они подразделяются на две группы. У одной ковши/резцы или скребки монтируются на цепь, которая непрерывно движется по раме, на концах которой установлены звездочки. У другой рабочим органом выступает ротор/колесо со скребками или ковшами, установленное на вращающуюся ось. В обоих случаях удается добиться высокой производительности при минимальном уровне сопутствующих расходов.

Вторая категорий экскаваторов имеет циклический принцип действия. Она представлена огромным количеством одноковшовых машин. Поэтому именно такой вариант спецтехники обычно ассоциируется при упоминании слова «экскаватор» в первую очередь.

По виду навесного рабочего оборудования

Завершающий критерий классификации предусматривает использование различного вспомогательного и дополнительного навесного оборудования (в добавок к экскаваторному ковшу или даже вместо него). В подобном качестве могут использоваться:

1. Бур.
2. Рыхлитель.
3. Гидромолот.
4. Грейфер.
5. Вилы.
6. Различные виды захватов (для бревен, для паллетов и т.п.)
7. Драглайн.
8. Вибротрамбовка.
9. Гидроножницы.
10. Фрезы.
11. Устройство для срезки свай и многое другое.

Приведенный перечень сложно назвать исчерпывающим. Фактически, на большую часть экскаваторов можно установить практически любое навесное оборудование. Что объясняется универсальностью и высокой производительностью гидравлической системы подобной спецтехники.

Критерии выбора экскаватора

Выбор подходящего экскаватора – непростая задача, решение которой усложняет разнообразие доступных для приобретения или аренды землеройных машин. Наиболее часто критериями для отбора становятся: масса, технические характеристики, тип шасси, функционал, стоимость (аренды или покупки) и т.д. Оптимальным способом сделать грамотный выбор становится консультация опытного профессионала. Такой подход к решению задачи становится еще актуальнее, если учесть возможность ее бесплатного предоставления, которую предлагаются серьезные поставщики спецтехники.