Механизмы для земляных работ

Землеройные машины с паровым двигателем применялись для подводной выемки грунта в гаванях и для углубления рек. В 1870 г. вышла книга П. П. Панаева [44], в которой содержались необходимые расчеты, формулы, описания наиболее удачных конструкций и предложенных им самим усовершенствований. Панаев тщательно изучал работу землечерпалок, ковшами захватывающих грунт со дна рек и морей. Одна из сконструированных им землечерпалок успешно работала в Одесском порту.

В 70-80-х годах полезная работа исполнительного механизма землечерпалок составляла около 65% полной работы пара на поршне.

В 1887 г. инженер И. В. Жирухин опубликовал важный научный труд, описывающий механизмы для выемки грунта и отвозки его от места строительства в отвал [45].

Профессор В. Е. Тимонов, руководитель многих крупных работ по механическому углублению рек и портов, в конце XIX в. опубликовал несколько руководств, в которых подробно рассказал о работе землечерпалки "Либава", об истории землесосных машин, о их производстве и эксплуатации [46-48].

Необходимость широкого использования земснарядов в нашей стране была очень острой. Это вызывалось тем, что речной флот России испытывал большие неудобства от заносимости фарватеров. В 1895 г. в докладе министра путей сообщения указывалось на недостаток землечерпалок на внутренних водных путях.

77. Первый землесос, применявшийся на Днепре в 70-х годах XIX в. (разрез)

Землевсасывающие снаряды впервые в нашей стране появились в 70-х годах (рис. 77). Их использовали для устройства канала глубиной 4,5 м в устье Днепра. В 1884 г. землесосы работали на Волге и Неве. Практика показала полезные качества земснарядов, поэтому, несмотря на малую мощность и несовершенство конструкции первых землесосов, они с выгодой работали на Днепре около 20 лет, пока их не сменили более совершенные снаряды. В 1892 г. профессор В. Е. Тимонов предложил более совершенную, чем применявшиеся за рубежом, конструкцию землесоса (рис. 78). Землесос В. Е. Тимонова успешно работал на Днепре у г. Александровска (ныне Запорожье).

78. Землесос системы В. Е. Тимонова (схема)

Землечерпалки и землесосы оставались наиболее мощными машинами для разработки грунта на протяжении XIX и первых лет XX в., когда крупные сухопутные экскаваторы по мощности двигателя догнали земснаряды.

К началу XX в. по инициативе инженера В. Г. Клейбера на Волге работало 18 землечерпалок с часовой производительностью 250 м³ и два землесоса - 1,5 тыс. м³ грунта. Несколько землесосов работало в портах Балтийского и Черного морей.

В 1906 г. на Волге работали две импортные землечерпалки производительностью 1,5 тыс. м³ в час с двигателями мощностью 1425 и 800 л. с. и одна землечерпалка Сормовского завода производительностью 350 м³ в час с двигателем мощностью 275 л. с. Всего на внутренних водных путях России в начале 1906 г. находилось в эксплуатации 81 землечерпалка и шесть землесосов общей конструктивной производительностью около 12 тыс. м³ в час, из них 29 машин отечественного производства.

Об успехах в конструировании и строительстве земснарядов в нашей стране в начале XX в. можно судить по следующему примеру. В 1907 г. работал одночерпаковый снаряд "Федор Зброжек", построенный на Путиловском заводе и по своим техническим характеристикам превосходивший импортные аналогичные машины. Мощность его машин 200 л. с., предельная глубина черпания 10,5 м, производительность 50-100 м³ в час. Этот снаряд работал еще в 1931 г. [49].

В начале 1912 г. число земснарядов в России выросло до 103. Землечерпательные работы, несмотря на менее совершенное оборудование, обходились у нас дешевле, чем в США, что объяснялось более низкими ценами на рабочую силу и топливо.

С 1900 по 1915 г. на отечественных заводах было построено 66 земснарядов, в том числе 48 многочерпаковых и 18 землесосов, с общей часовой производительностью соответственно 8500 и 7575 м³ грунта.

В 30-х годах XIX в. в США появился первый экскаватор Отиса с паровым двигателем мощностью 15 л. с., с ковшом емкостью 1,14 м³, вылетом стрелы 5,7 м, производительностью 30-40 м³ в час. Машину обслуживали 11 человек. Готовясь к прокладке железной дороги Петербург-Москва, русское правительство купило четыре из семи построенных к тому времени в США одноковшовых экскаваторов. Так, Россия стала обладательницей самого большого в мире парка экскаваторов.

В 1845-1857 гг. на строительстве дороги Петербург-Москва экскаваторами Отиса было вынуто и погружено в вагонетки свыше 170 тыс. м³ грунта, что составляет 0,2% общего объема земляных работ. Остальной грунт был выбран рабочими-землекопами. Еще до окончания строительства экскаваторы были переданы на Урал, где их впервые в мире использовали на вскрышных работах на рудниках Нижнего Тагила.

В 1847 г. русский изобретатель Кушелевский предложил идею землечерпательной машины, способной работать на воде и на суше и соединяющей в себе достоинства плавучей землечерпалки и сухопутного экскаватора.

Первый отечественный паровой экскаватор появился в России в 1854 г. в Нижнем Тагиле. Здесь для ускорения работы по снятию слоя грунта над породой был создан особый земляной механизм, который приводился в движение подвижной паровой машиной.

В 1902 г. на Путиловском заводе в Петербурге было освоено изготовление одноковшовых паровых экскаваторов на железнодорожном ходу со сменными ковшами - емкостью 2,6 м³ для легких грунтов и 1,5 м³ для тяжелых. Производительность этих экскаваторов составляла от 100 до 215-290 м³ /час. За 15 лет завод изготовил 32 таких экскаватора, использовавшихся преимущественно на работах в железнодорожных карьерах по добыче песка и гравия. Успешно действовали эти экскаваторы даже при разработке мерзлого грунта на постройке около Ачинска второго пути Сибирской железной дороги.

Кроме одноковшовых Путиловский завод выпустил 26 многоковшовых экскаваторов производительностью 100 и 240 м³ /час.

В 1913-1915 гг. в нашей стране работало почти исключительно на строительстве железных дорог около 200 экскаваторов. И несмотря на это, земляные работы, составлявшие главную статью расходов на железнодорожном строительстве, по-прежнему выполнялись ручным способом с использованием тачечной и конной возок. Известны отдельные случаи весьма высокой производительности одноковшовых экскаваторов на земляных и карьерных работах, свидетельствующие о хорошей организации работ. Так, при разработках твердых глинистых грунтов Гляденской выемки Алтайской железной дороги в 1914-1915 гг. одноковшовый паровой экскаватор Путиловского завода с черпаком емкостью 2,29 м³ показал среднюю выработку 337,9 м³/час.

Разработанный грунт отсыпали на ширококолейные железнодорожные платформы. Поезда между пунктами погрузки и выгрузки двигались по двум путям, соединенным стрелочными переводами. Посредине пути был устроен разъезд и пост. Каждая стрелка имела телефонную связь с главным постом, соединенным такой же связью с верхними бортами выемки. В 1914 г. эти пути пропускали до 45 пар рабочих поездов в сутки.

Большую роль в развитии строительных машин играло совершенствование их ходовой системы. Если в XIX в. подвижность машины достигалась устройством железнодорожного и колесного хода, то с первого десятилетия XX в. начал использоваться более совершенный, гусеничный ход. Экскаваторы на гусеничном ходу появились в нашей стране перед первой мировой войной.