Развитие землеройной техники

Историю землеройной техники, в частности экскаваторов, можно начать писать с начала XV 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 XVI 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 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 четыре раза превышало производительность ручной драги. Большой вклад в развитие технологии экскаваторостроения внесли 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 XX 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 четырех 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. Так, в конце 20-х годов XIX 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 горных 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 удобностью 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. 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.

Принято считать, что начало создания машин для экскавации относится к XIX веку, когда в 1832–1836 гг. американцем Отисом был создан первый паровой одноковшовый экскаватор (рис. 12.1). Правда, его создание не было связано с горнодобывающей промышленностью. В первую очередь оно было обусловлено активным строительством железных дорог в США в тридцатых годах девятнадцатого века и нехваткой при этом строительных рабочих.

Рисунок 12.1. Первый паровой экскаватор на железнодорожном ходу.

Экскаватор был неполноповоротным, имел железнодорожную ходовую часть, был оснащен ковшом 1,14 куб. м, паровым двигателем мощностью 15 л. с., обеспечивал среднюю производительность 45–50 м³/час и заменял примерно 50 рабочих. Уже через несколько лет экскаваторы Отиса заменяли 180 рабочих. Первоначально экскаваторы использовались только на строительстве железных дорог. В 1843 г. четыре из семи построенных Отисом экскаваторов были проданы в Россию для использования при строительстве Николаевской железной дороги. Однако строительные подрядчики не восприняли эти машины и в 1848 г. продали их на Урал. В Нижнем Тагиле экскаваторы, впервые в мировой практике, были использованы на вскрышных работах при добыче руды.

Рисунок 12.2. Строительный локомобиль с одноканатным грейфером.

Во второй половине девятнадцатого века масштабное строительство железных дорог и каналов потребовало перемещения все больших масс земли, которое уже не могло быть осуществлено с помощью ручного труда землекопов. Это привело к активному развитию разнообразных землеройных машин. В Германии применялись «строительные локомобили» (рис. 12.2), оснащенные одноканатными грейферами. Производство одноковшовых экскаваторов в России было начато в 1901 г. на Путиловском заводе (ныне Тверской экскаваторный). До конца века основные объемы выемочно-погрузочных работ на горных предприятиях в России выполнялись вручную (лопаты, тачки, грабарки), поскольку дешевая рабочая сила существовала в избытке. Для выемки и перемещения грунта использовались также конные волокуши с металлическим ковшом, которые назывались «скреппелами» или «землеройками».

Первый русский одноковшовый неполноповоротный железнодорожный экскаватор со сменным ковшом (2,3 куб. м. для легких грузов и 1,5 куб. м. для тяжелых грузов) был построен на Путиловском заводе в 1902 году. Производительность его была 100–290 куб.м./час, вес 65–75 т. До 1917 года было построено 35 таких машин. В начале XX века экскаваторы использовались в России довольно интенсивно. Например, при возведении сухого дока в Кронштадте в 1909–1910 годах работы велись в две смены по 10 часов каждая. Машины этого типа (рис. 12.3) изготавливались до 30-х годов XX века. В отдельных случаях применялись плавучие экскаваторы. Плавучие экскаваторы выполнялись, как правило, неполноповоротными с прямой лопатой.

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

Рисунок 12.3. Паровой железнодорожный неполноповоротный экскаватор «Ковровец».

Уже в начале 50-х годов XX века использовались гигантские экскаваторы с ковшами объемом до 30 куб. м. (ЭГЛ-15 Ново-Краматорского завода, американские экскаваторы Марион, Бюсайрус и др.). Во второй половине XX века традиционные типы экскаваторов совершенствовались в основном за счет применения новых машиностроительных технологий и оборудования (гидропривод и пр.). Ручной труд на земляных работах сохранился только в тех случаях, когда имеется избыток бесплатной рабочей силы либо при малом объеме и стесненных условиях работ, не позволяющих применить необходимую землеройную технику.

Проблема надежного передвижения землеройных машин всегда занимала их создателей. Еще в начале прошлого века в различных странах пытались заменить колесный ход на какой-либо другой. В России в 1879 году русский крестьянин Федор Блинов получил, как тогда говорили, привилегию на «вагон с бесконечными рельсами для перевозки грузов по проселочным дорогам». К тому времени уже были построены железные дороги, уже были известны рельсы. И изобретателю пришла идея использовать замкнутые и перебегающие по каткам рельсы в качестве ходового устройства. Изучение чертежей и описания этого изобретения показало, что «вагон» Блинова не что иное, как гусеничный трактор. Такие машины начали строить за границей лишь в XX веке. Освоение гусеничных тракторов позволило уже в начале XX века использовать их как базу для землеройных машин, которые стали широко применяться в горнодобывающей промышленности.

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

В первые годы Советской власти имеющийся малочисленный парк экскаваторов был представлен паровыми машинами иностранного производства. Не имея отечественного горного машиностроения, Советское государство было вынуждено закупать экскаваторы за границей. Так, в 1920 году было закуплено 10 одноковшовых экскаваторов завода «Артур-Коппель». В СССР производство экскаваторов было организовано в 1931 году. Выпущены первые 15 машин. Это были паровые экскаваторы типа ППГ-1,5 на гусеничном ходу с ковшом емкостью 1,5 м³. В то же время отечественная промышленность приступила к выпуску многоковшовых экскаваторов. Только за 1932 год было выпущено 15 одноковшовых и 93 многоковшовых экскаваторов. Их появление ознаменовало начало технического перевооружения карьеров мощными по тем временам отечественными экскаваторами.

С 1947 г. Уральский завод тяжелого машиностроения (УЗТМ) впервые в мире организовал серийный выпуск электрических карьерных экскаваторов с ковшами емкостью 3–5 м³. Именно эти экскаваторы положили начало семейству отечественных экскаваторов механических лопат ЭКГ–4; ЭКГ–4,6; ЭКГ–5.

История первого отечественного роторного экскаватора начинается с 1948 года, когда в мастерских бывшего Воронежского рудоуправления была изготовлена первая модель экскаватора непрерывного действия с рабочим органом роторного типа. Первый роторный экскаватор с черпаками емкостью 100 л начал работать в 1934 году в Ленинградской области на карьере огнеупорных глин. Важной вехой в развитии отечественного экскаваторостроения явился выпуск в 1947 году Копейским и Карпинским заводами нескольких шагающих драглайнов ЭШ-1 с ковшом емкостью 3,4 м³ и длиной стрелы 38 м. Вес этих экскаваторов был равен 165 т.

В 1958 г. на УЗТМ был изготовлен шагающий экскаватор-драглайн с ковшом 25 м³ и стрелой 100 м, а на Новокраматорском машиностроительном заводе (НКМЗ) в 1965 - экскаватор-лопата с ковшом 35 м³ для крепких грунтов. В 1975 УЗТМ закончил изготовление шагающего драглайна с ковшом ёмкостью 100 м³ и стрелой 100 м. УЗТМ осваивает наиболее мощную карьерную лопату, с ковшом 20 м³, для крепких грунтов (1976).

Особенно бурным развитием техники в горнорудной промышленности характеризуется послевоенный период. Экскавация горной массы производится экскаваторами ЭКГ-5, ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭКГ-20. На карьерах Никополь-марганцевого бассейна и Курской магнитной аномалии применяются экскаваторы–драглайны ЭШ-15/90, ЭШ-25/100, роторные комплексы ЭРГ-400/1000, ЭРГ-1600/3600 и др. Большое внимание уделяется улучшению условий работы в забое и борьбе с силикозом. Для открытых работ предусматривается выпуск мощных экскаваторов типа ЭШ с ковшом емкостью 80–100 м³ и длиной стрелы 100 м, вскрышных экскаваторов типа ЭВГ с ковшом емкостью 100–150 м³ и радиусом разгрузки 70 м,карьерных гидравлических экскаваторов типа ЭГ с ковшом емкостью более 20 м³ и роторных экскаваторов с производительностью более 12000 м³/чв комплексе с отвалообразователями или транспортно-отвальными мостами.

Характерной особенностью развития горнорудной и угольной промышленности в послевоенный период явилось повсеместное использование средств комплексной механизации основных технологических процессов. Для решения задач комплексной механизации горнорудной промышленности необходимо создание мощной машиностроительной базы по производству горных машин. Изготовление очистных машин ведет Горловский машзавод. Механизированные крепи для очистных забоев изготавливают Дружковский машзавод, Киселевский машзавод, Узловский машзавод. Проходческие комбайны готовит Копейский машзавод, погрузочные машины – Копейский и Ясногорский машзаводы. Режущий инструмент для горных машин изготавливает Краснолучский машзавод. Средства транспорта для горных предприятий производятся на Анжерском, Краснолучском, Александровском и Дружковском заводах. Бурильные машины, средства автоматизации, обогатительное оборудование изготавливают на Конотопском, Прокопьевском и других машиностроительных предприятиях.

Для удовлетворения потребностей угольных и горнорудных предприятий в горной технике привлечены гиганты отечественной индустрии – Уральский и Новокраматорский заводы тяжелого машиностроения, производящие экскаваторы и мощное буровое оборудование.

Перечень заводов, производящих горное оборудование, можно продолжить, но даже приведенные основные машиностроительные базы в достаточной мере характеризуют их потенциальные возможности в создании высокопроизводительной горной техники.

В период становления горнорудной промышленности научные кадры были сосредоточены в таких высших учебных заведениях страны, как Московский, Ленинградский и Свердловский горные институты, которые активно включились в разработку планов ее восстановления и развития. Первое конструкторское бюро по подъемным устройствам было организовано в 1925 г., а в 1928 г. был создан институт Гипрошахт в Харькове с филиалами в Ленинграде, Томске и Днепропетровске.

Первые научные учреждения были созданы в 1927 р. в Харькове (ВУГИ) и в Макеевке (МакНИИ). Они возглавили научные направления в области горной технологии, механизации производственных процессов, обогащения, экономики и безопасности производства. В связи с освоением восточных регионов страны создаются новые научные центры: в 1934 г. – Кузнецкий научно-исследовательский угольный институт, в 1936 г. – Подмосковный научно-исследовательский угольный институт, которые включаются в решение крупных научных задач, возникающих в связи с разнообразными горнотехническими условиями.

Послевоенный период характеризуется созданием научных основ открытой разработки месторождений. Под руководством академиков Н. В. Мельникова, В. В. Ржевского и др. разработаны высокоэффективные технологические схемы и совместно с конструкторами созданы экскаваторы с емкостью ковша до 15 м³ и длиной стрелы до 100 м, станки для бурения скважин диаметром 243 мм. В 1945 г. были созданы проектно-конструкторские институты: Гипроуглемаш с Малаховским экспериментальным заводом, ЦЖИподземмаш, Донгипроуглемаш и др., усилены бассейновые институты.

В 1962 г. организуется Институт горного дела (ИГД) им. А. А. Скочинского как единый научный и методический центр угольной промышленности. В этот период разрабатываются теория и конструкции угледобывающих комплексов (акад. A. M. Терпигоревым, чл.-кор. А. В. Докукиным, проф. А. В. Топчиевым и их школами), средства транспорта (чл.-кор. АН СССР А. О. Спиваковским и его школой), технология высокопроизводительной выемки угольных пластов (акад. Л. Д. Шевяковым, проф. А. С. Бурчаковым и др.), основы рудничной аэрологии (акад. А. А. Скочинским, проф. Ф. А. Абрамовым и их школами), проходческие комплексы (проф. Д. И. Малиовановым, проф. Н. А.Малевичем и др.).

Вопросы для обсуждения:

1. Расскажите о первом опыте бурения скважин в России.

2. Расскажите об истории развития буровой техники на открытых горных работах.

3. Эволюция развития буровой техники для подземных горных работ.

4. Расскажите о современной буровой технике и перспективах ее развития.

5. Расскажите об идеях создания землеройных машин Леонардо да Винчи.

6. Где и когда была создана первая плавучая землечерпалка?

7. Расскажите о трагической судьбе русских проектов, которые могли сыграть заметную роль в развитии горных машин.

8. Расскажите о развитии отечественного экскаваторостроения.

9. Каковы основные направления развития землеройной техники?

Дата добавления: 2014-12-27