Экскаватор: чудо инженерной мысли XIХ века

Важной группой строительных машин, освободивших человечество от тяжелого физического труда и позволивших ему проводить колоссальные по своим масштабам строительные и изыскательные работы, стали экскаваторы.

Поначалу был изобретен кабельный экскаватор. 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, Gradall или Caterpillar, стали известнейшими брендами, само имя которых ассоциируется с понятием экскаватора. Другие давно исчезли, разрушенные экономическими неурядицами или поглощенные более удачливыми конкурентами.

История создания экскаватора началась в XVIII в. с изобретения парового двигателя. Первый паровой экскаватор был построен 23-летним американским инженером Уильямом Отисом в 1836 г. Именно его можно по праву назвать “отцом” экскаватора.

Первый образец оказался довольно неудачным, и в 1837 г. совместно с опытным инженером Джозефом Харрисоном-младшим Отис строит улучшенную версию машины, которая соответствует его требованиям. Патент же из-за пожара в патентном бюро удалось получить лишь в 1839 г.

Созданную машину Отис назвал “крановой лопатой для выемки грунта и удаления земли”, в народе же ее прозвали “Лопатой Отиса”. Она являлась довольно маломощной (до 20 л.с.), неуклюжей и громоздкой техникой и была лишь частично поворотной, т.к. стрела экскаватора не могла двигаться более чем на 180 градусов.

Одна из американских газет тогда писала, что “Лопата Отиса” стала одним из тех редких изобретений, где гений, работая для себя, создал нечто, способное изменить весь цивилизованный мир”. Машины Отиса вызывали такой неподдельный интерес и одновременно ужас у обычных граждан, что они толпами приходили поглазеть на это чудо.

Отис умер в 26 лет, успев создать всего лишь семь паровых машин, две из которых остались в Северной Америке, остальные разъехались по миру. Считается, что впервые экскаватор Отиса был задействован в 1837 г. в постройке железной дороги Огайо-Балтимор, однако подтверждающих документов не осталось. Документально подтвержденное использование парового экскаватора состоялось в 1838 г. в Спрингфилде, штат Массачусетс, на постройке Западной железной дороги, где паровая “Лопата Отиса” верой и правдой прослужила три года.

Вполне вероятно, что одну или две машины Отиса в 1840 г. использовали при постройке доков в Aтлантик-сити, штат Нью-Джерси, а затем в Бруклине и Бостоне. В 1842 г. один экскаватор Отиса был задействован около Брентвуда при постройке железной дороги в восточных графствах Великобритании.

Джон Дункан – английский предприниматель, которому предположительно был продан патент на использование “Лопаты Отиса” в Великобритании и странах Европы, очевидно так и не сумел самостоятельно воспроизвести ни единого образца. Европа с неохотой воспринимала технические новшества, считая “наглых янки” выскочками. Такое отношение к идеям американцев замедляло развитие научно-технического прогресса в Европе. В последующем ей придется наверстывать упущенное семимильными шагами.

Последующие свидетельства об использовании “Лопат Отиса” на территории Европы и США довольно туманны. Известно, что последняя созданная им машина сломалась к концу 1905 г. на постройке Чикагской железной дороги в штате Иллинойс.

По современным подсчетам, “Лопаты Отиса” могли совершать работу, равную усилиям 120 человек, а их производительность составляла около 100 куб.м грунта в час. Передвигаться они могли исключительно по рельсам, которые специально прокладывались к месту проведения работ. И этот фактор значительно усложнял их использование, ибо прокладка рельс являлась задачей дорогостоящей и трудозатратной.

Представители российских властей впервые увидели “Лопату Oтиса” при постройке Западной железной дороги в 1839 г. Инженеру-консультанту железнодорожной компании, майору Георгию Уистлеру было поручено приобрести машину Отиса для использования ее в строительстве железной дороги между С.- Петербургом и Москвой. Так в 1842 г. первый паровой экскаватор появился и в России.

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. А вот свою истинную популярность они приобрели лишь во 2-й половине XIX в. – когда железнодорожная сеть покрыла значительную территорию США и Англии.

Первым создателем паровых экскаваторов в Европе стала английская компания Ruston&Proctor&Co во главе с ее владельцем, инженером и талантливым предпринимателем Джозефом Растом. К 1877 г. им было произведено около ста паровых экскаваторов, часть из которых он экспортировал в США на строительство Манчестерского судоходного канала. А в 1890 г. он отправляется в Россию, где успешно выигрывает тендер на поставку нескольких десятков своих машин для строительных работ в районе Полесья.

Одними из первых и, пожалуй, самых успешных компаний, поставивших производство паровых экскаваторов на промышленные рельсы, стали две конкурирующие американские корпорации – Marion Steam Shovel Company и Bucyrus Foundry, обе организованные в 1883 г. в Мэрионе, штат Огайо.

Создатели Marion Steam Shovel Company инженер-изобретатель Генри Барнхарт и Эдвард Хубер в этом же году патентуют свое усовершенствование пружинного крепления ковша, заменив хрупкую и малоподвижную цепь, чем обуславливают большую надежность и повышение производительности машины.

Именно к ним в 1903 г. правительство США обратилось с просьбой обеспечить строительство Панамского канала паровыми экскаваторами, но лишь 24 машины принадлежали Marion Steam Shovel Company, а компанией Bucyrus Foundry было поставлено 77 экскаваторов. Но именно экскаватор от Marion на данной стройке века в июле 1908 г. установит мировой рекорд по производительности.

Вплоть до 1920 г. выпускаемые экскаваторы остаются частично поворотными с возможностью передвижения только по рельсам, что ограничивает сферу их применения. С изобретением Бенджамином Холтом гусеничного хода экскаваторы можно уже эксплуатировать и в труднопроходимых местах. Появляются образцы с дизельным и электродвигателем, которые постепенно вытесняют паровые машины.

Впрочем, одним из главенствующих изобретений в истории экскаватора стало внедрение в его систему управления гидравлики. Первенство изобретения гидравлической системы экскаватора на сегодняшний день оспаривают Англия, Франция и Италия. Самые ранние сведения о попытках создания экскаватора на гидравлике можно найти в далеком 1882 г. в истории английской компании Armstrong Whitworth, специализировавшейся на производстве вооружения, военных кораблей и самолетов.

Уильям Джордж Армстронг, основатель компании Armstrong Whitworth (1810-1900) был английским инженером-гением, чьи изобретения опережали свой век. Это был крупнейший промышленник Великобритании и один из самых богатых людей в Европе своего времени. В истории Англии он стал первым ученым, кто за вклад в науку был удостоен звания пэра.

Именно Армстронг первым придумал гидравлическую систему управления механизмами, внедрив ее в работу шлюзовых ворот в гаванях, подъемных кранов и мостов. Его гидравлический механизм, разводящий Тауэрский мост в Лондоне, стал шедевром инженерной мысли своей эпохи. А его первой строительной машиной, управляемой гидравликой, стал подъемный кран, образец которого был построен в 1845 г. в Ньюкасле.

В дальнейшем его изобретение гидравлической системы активно эксплуатировали в военной промышленности, в подъеме и перегрузках полевых орудий, на заводах по изготовлению боеприпасов; гидравликой оснащались подъемные механизмы шлюзов в шахтах Королевского флота.

Однако именно попытка постройки гидравлического экскаватора у Армстронга не увенчалась успехом. Машиной получилась слишком громоздкой, малоподвижной и плохо справляющейся со своими функциями. Но, невзирая на неудачу соплеменника, именно своего ученого англичане считают прародителем гидравлического экскаватора.

Шли годы. И как это часто бывает с величайшими открытиями, над созданием экскаватора с гидравлическим приводом одновременно, независимо друг от друга, трудились совершенно разные инженеры. В Америки его создавали братья Ферверды, уроженцы Нидерландов, переехавшие в Огайо и организовавшие всем известную компанию Gradall Tractor. Именно их таланту экскаватор обязан телескопической стрелой. А в 1941 г. увидел свет их первый гидравлический экскаватор, моделей которого было создано всего три.

Существенная нехватка рабочей силы на проектах по строительству автомагистралей во время Второй мировой побуждала инженеров к более серьезной работе над созданием гидравлического экскаватора. Война изменила взгляды общества на конструкцию строительных машин. Глобальные разрушения, оставленные фашизмом, требовали от техники мобильности, а существующие малоподвижные гусеничные экскаваторы перестали отвечать требованиям. Все чаще производители строительной техники стали монтировать свои машины на базу автомобиля, дабы обеспечить ее высокую мобильность и возможность быстрой передислокации с одной строительной площадки на другую.

В 1948 г. появился первый колесный прототип экскаватора, оснащенный улучшенной гидравликой. Его создателями стали братья-итальянцы Карло и Марио Брунери, в 1954 г. продавшие патент на изготовление мобильной версии экскаватора французской компании SICAM. Модель, созданная братьями и названная Yumbo S25, стала первым гидравлическим экскаватором, установленным на колесную базу грузовика. А вот промышленный выпуск экскаваторов, оснащенных гидравлическим приводом, первой сумела наладить немецкая компания Atlas только в 1950 г.

Однако выпускаемые гидравлические экскаваторы все еще являлись частично поворотными, их угол поворота стрелы не превышал 270 градусов, что затрудняло выполнение многих работ. В 1951 г. со своим изобретением на английский рынок вышла компания Hymac, представив первый полноповоротный образец экскаватора на гидравлике. Именно эту компанию по праву считают пионером в области разработки и производства полноповоротных экскаваторов.

Впоследствии она выпустит целую линейку моделей экскаваторов Hymac 580, которые тысячами разойдутся по всему миру.

Практически одновременно с Atlas и Hymac в 1951 г. к промышленному производству экскаваторов на гидравлике подключится французская корпорация Poclain. Долгих 10 лет ее конструкторы будут работать над полноповоротной системой экскаватора, в конце концов, добившись желаемого результата только к 1960 г.