Екскаватор (англ. excavator, від латів.(латинський) excavo — довбаю, видовбую), основний тип машин, призначених для розробки (копання) м'яких гірських порід (грунту) в масиві або скельних в роздробленому стані, а також для вантаження їх в транспортні засоби (автомобілі, же.-д.(железнодорожний) вагони і ін.) або укладання у відвал. Е. у СРСР виконують близько 35% об'ємів земляних робіт в будівництві і понад 80% об'ємів на відкритих гірських роботах; загальний річний об'єм екскаваторних робіт в СРСР досягає 15 млрд. м-коду 3 (1976).
За принципом дії розрізняють 2 основних групи: одноковшові (переривчастого, або циклічного, дії) і багатоковшові Е. (безперервної дії). В перших всі основні операції циклу виробляються в постійній послідовності, в других — одночасно.
Одноковшові Е. Робочий цикл цього поширеного класу Е. складається з операцій різання (копання) грунту (з одночасним заповненням ковша), переміщення заповненого ковша до місця розвантаження, вивантаження грунту з ковша і повернення ковша в забій; тривалість робочого циклу залежно від потужності і типа Е. і умов роботи вагається від 12 до 80 сек. Продуктивність одноковшового Е. на 1 м-код 3 ємкості ковша залежно від умов роботи складає від 100 до 350 тис. м-коду 3 в рік, або 80—180 м-код 3 /ч. Одноковшові Е. використовуються для розробки будь-яких, у тому числі найміцніших і неоднорідніших, грунтів з крупними твердими включеннями. Для роботи в м'якших грунтах одноковшові Е. можуть забезпечуватися ковшами збільшеної ємкості. Скельні породи і мерзлі грунти перед розробкою одноковшовим Е. розпушують (зазвичай вибухом).
По роду ходового устаткування розрізняють гусеничні, колісні, крокуючі, на ж.-д.(железнодорожний) ходу, плавучі, колісно-гусеничні одноковшові Е. По типові приводу — з одним двигуном і із змішаним і індивідуальними приводами всіх робочих механізмів. По роду силової установки — з приводом від двигуна внутрішнього згорання, електричні гідравлічні, пневматичні і комбіновані. По вигляду управління — з ручним, гідравлічним, пневматичним, електричним і змішаним. По вигляду робочого устаткування Е. підрозділяються на одноковшових з жорстким шарнірно-ковзаючим зв'язком ковша із стрілою (пряма лопата), з жорстким шарнірним зв'язком ковша із стрілою (зворотна лопата), з гнучким зв'язком ковша із стрілою (драглайн, грейфер і ін.). Найбільш поширено устаткування прямої лопати ( мал. 1 а); їм оснащуються Е. будь-якій потужності з ковшами ємкістю до 153 м-код 3 (див. Механічна лопата ) . Е. з устаткуванням прямої лопати і з розвантаженням в транспортні засоби або відвал доцільно застосовувати при розробці родовищ корисних копалини і для риття котлованів, переважно в міцних, кам'янистих і скельних породах і грунтах, а також в стійких грунтах ср. фортеці. Устаткування зворотної лопати ( мал. 1 , би) використовується для риття вузьких траншей (шириною 0,7— 1,5 м-коду і глибиною до 8 м-код ), особливо з вертикальними стінками для прокладки мереж каналізації, нафтопроводів, пристрою фундаментів в міцних і кам'янистих грунтах, а також спорудження невеликих котлованів. Робоче устаткування Е.-драглайна ( мал. 1 , в) складається із стріли і ковша, підвішеного до стріли при допомозі підіймального і тягового канатів. Виїмку грунту драглайн виробляє, як правило, нижче за рівень установки Е.; ковши застосовуються різній ємкості — в скельних заздалегідь розпушених породах допускається робота драглайну при ємкості ковша понад 10 м-код 3 . Тривалість циклу зазвичай на 10—20% більше, ніж при роботі Е. з устаткуванням прямої лопати. З устаткуванням драглайну працює до 40% одноковшових Е. Драглайни, що мають т.з. крокуючий хід, отримали назву крокуючих драглайнов. Устаткування грейфера ( мал. 1 , г) застосовується для вантажних робіт, риття котлованів з прямовисними стінками, для робіт під водою. Устаткування струга ( мал. 1 , д) пристосоване для планувальних робіт, видалення дорожнього одягу і т.п. Окремі моделі Е., призначені в основному для будівництва (з ковшами ємкістю до 5 м-код 3 ), забезпечують різним змінним устаткуванням не лише для земляних, але і для монтажних, підйомно-транспортних, навантажувально-розвантажувальних, свайних і бурових робіт, валяння лісу і корчування пнів і т.п. Такі Е. зазвичай називаються універсальними, т.к. оні застосовні в багатьох видах земляних і будівельних робіт. Якщо число одиниць змінного устаткування не перевищує три (наприклад, лопата, драглайн, кран), Е. називається напівуніверсальними.
Набувають широкого поширення Е. з гідроприводом, т.з. гидроекськаватори, в яких всі види робочих органів шарнірно пов'язані з поворотною платформою і переміщаються за допомогою гідроциліндрів, що приводяться в рух насосами високого тиску . В цьому випадку для передачі обертання (привід повороту, ходу) зазвичай застосовують гідравлічні двигуни. Цей вигляд одноковшових Е. виготовляється з ковшами малою (до 1,8 м-код 3 ), середньою (2—3 м-код 3 ) і великій (3,2—6 м-код 3 ) ємкості; у СРСР освоюються гидроекськаватори з ковшом 12—20 м-коду 3 . Основне робоче устаткування — зворотна лопата. Питома потужність гідравлічних Е. залежно від умов роботи (м'які або міцні грунти) складає від 133 до 213 квт на 1 м-коду 3 ємкості ковша.
Залежно від призначення одноковшові Е. підрозділяють на будівельних кар'єрні, будівельно-кар'єрні і вськришниє, крім того, виділяють тунельні Е., плавучі і ін. Будівельні Е. — найпоширеніший тип одноковшових Е. (близько 60% світового парку); налічують близько 200 моделей, що випускаються більш ніж 80 отечеств. і зарубіжними заводами. Розрізняють: універсальні малій потужності (ємкість ковша 0,05—1,8 м-коду 3 , вантажопідйомність крану 0,7—45 т , маса 1,5—65 т ); середній потужності — напівуніверсальні (ємкість ковша 2—3 м-коду 3 , вантажопідйомність крану 60—80 т , маса 72—105 т ); великій потужності — напівуніверсальні (ємкість ковша 3,25—6 м-коду 3 , вантажопідйомність крану 100—150 т , маса 115—210 т ) . Питома маса на 1 м-коду 3 ємкості ковша для міцних грунтів складає для цих Е. 33—36 т. Для ефективнішого використання Е. забезпечуються в м'яких грунтах ковшами збільшеною на 25—60% ємкостей, а в дуже міцних — зменшеною на 20—25%. Е. малій потужності часто мають змінне гусеничне і пневмоколісне ходове устаткування і одномоторний привід. В гідравлічних Е. індивідуальний або змішаний привід. Кар'єрні Е. виготовляються з устаткуванням лопати, рідше із змінним устаткуванням драглайну і крану. Відрізняються потужним робочим устаткуванням, високими робочими зусиллями і швидкостями, коротким циклом роботи, що обумовлює по порівнянню з ін. Е. тих же тіпоразмеров велику продуктивність при вантаженні в транспортні засоби, особливо при міцних грунтах. Е. середній (ємкість ковша 2—4 м-коду 3 ) і великій (ємкість ковша 5—20 м-коду 3 ) потужності, масою 76—900 т , призначені для роботи в кар'єрах, особливо в міцних, заздалегідь підірваних породах і грунтах з вантаженням головним чином у великовантажні автосамоскиди. Випускаються як в вигляді напівуніверсальних Е., так і спец.(спеціальний) лопат із стандартним і подовженим устаткуванням для верхнього вантаження в засоби транспорту, розташовані на бровке забою (виїмки). Ходове устаткування — гусеничне. Силове устаткування — електричне з індивідуальним приводом механізмів по системі генератор — двигун. Питома потужність пріводного двигуна 60— 80 квт на 1 м-коду 3 ємкості ковша, тиск на грунт 0,15—0,25 МПа швидкість ходу 0,6—1,5 км. / ч. Гідравлічні кар'єрні Е. мають ємкість ковша до 8—9 м-коди 3 , розробляються моделі з ковшами ємкістю 12—20 м-коду 3 . будівельно-кар'єрні Е. середній і великій потужності призначені для роботи в основному на кар'єрах нерудних будівельних матеріалів. По своїй конструкції вони займають середнє положення між будівельними і кар'єрними. Вськришниє Е. виготовляють зазвичай з устаткуванням лопати для переміщення у відвал вськришних порід на кар'єрах. Вськришниє Е. з ковшами ємкістю до 15 м-коди 3 застосовуються також для вантаження в транспортні засоби, розташовані на бровке забою, що розробляється. Ємкість ковша від 6 до 153 м-код 3 , маса 700—12 700 т. Ходове устаткування потужних моделей — 4 спарених гусениці. Силове устаткування таке ж, як в кар'єрних Е. Удельная маса 45—90 т на 1 м-коду 3 ємкості ковша, швидкість ходу 0,3—0,5 км/ч. Окрім механічної лопати на вськришних роботах застосовуються драглайни на тому, що крокує ходу із стрілами завдовжки до 100 м-код , з ковшами ємкістю від 5 до 168 м-код 3 , масою до 14 тис. т. Вони є основним устаткуванням при безтранспортних системах розробки родовищ корисних копалини. У 1977 в СРСР введений в експлуатацію один з найбільших в світі крокуючих драглайнов із стрілою довжиною 100 м-коду і ковшом ємкістю 100 м-коду 3 .
Тунельні і шахтні Е. використовують в підземних умовах у виробленнях великого поперечного перетину при проходці тунелів, спорудженні камер підземних споруд, виїмці корисних копалини. Ємкість ковша 0,75—1 м-коду 3 , маса 16—30 т.
Багатоковшові Е. складаються з робочого устаткування (ковши, шарнірна ковшова рама, стріла); металоконструкції (надбудови), на якій воно укріплене; механізмів приводу (силового устаткування); управління; платформи, на якій встановлені всі ці вузли і агрегати, і ходового устаткування — нижньої рами з рушієм. Ходове устаткування багатоковшових Е.— гусеничне (при будь-якій масі), пневмоколісне (до маси в 30—40 т ), рідше рейкове (железнодорожноє), що крокує або рельсо-крокує (останні два при будь-якій масі і переміщенні Е. по м'яких грунтах). В процесі роботи багатоковшовий Е. виробляє різання (копання), захват, транспортування і розвантаження грунту на магістральний конвеєр або у вагони. По вигляду робочого устаткування багатоковшові Е. підрозділяються на двох основних типів: ланцюгові і роторні. У ланцюгових екскаваторах ковши (від 12 до 40 штук) укріплені на безконечному ланцюзі, рухомому по катках в що направляють ковшової рами. Більшість конструкцій ланцюгових Е. може забезпечити точну обробку укосів споруди, завдяки чому ними виконуються профіліровочниє роботи ( мал. 2 , а і б). У роторних екскаваторах робочий орган — колесо (ротор) з 6—12 (інколи до 24) ковшами ( мал. 2 , г) . Грунт з ковшів ротора висипається на конвеєр роторної стріли безпосередньо або через живильник і передається на розвантажувальний конвеєр. Загальна відстань, на яку переміщається грунт, досягає 150 м-коду , висота копання до 50 м-код , глибина копання до 25 м.
Ротор майже повністю звільнений від транспортування грунту, що дозволяє збільшити швидкість копання до 3— 4,4 м/сек замість 0,4—1,2 м/сек в ланцюгових машин. Моделі малої потужності, з ковшами ємкістю 25—150 л , можуть працювати в кар'єрах нерудних будівельних матеріалів; середній потужності, з ковшами ємкістю 200—450 л , — на крупних будівельних роботах; великій потужності, з ковшами 500—4500 л , — на крупних кар'єрах. Роторні Е. застосовуються також для складування, відвантаження матеріалів при великих об'ємах, з продуктивністю до 12 500 м-код 3 /ч і більш. Маса Е. на 1 л ємкості ковша 0,9—1,5 т. Середня продуктивність 1,8—2,5 м-коду 3 / ч на 1 л ємкості ковша.
Залежно від напряму руху ковшів відносно переміщення Е. розрізняють багатоковшові Е. поперечного і подовжнього копання і поворотні. ДО Е. поперечного копання (див. мал. 2 ) відносяться в основному ланцюгові Е., які під час роботи рухаються в напрямі, перпендикулярному плоскості руху ковшів. Машини можуть працювати з верхнім і нижнім копанням і встановлюються на рейковому або гусеничному ходу. ДО Е. подовжнього копання відносяться ланцюгові і роторні Е., які під час роботи рухаються в напрямі, паралельному або співпадаючому з плоскістю руху ковшів, — траншеєкопачі, канавокопачі. Зазвичай — це машини малої потужності (маса до 75 т ), на гусеничному або пневмоколісному ходу. Призначені вони для риття траншей шириною від 0,35 до 2, рідше за 3 м-код при глибині від 1,2 до 2 м-код для роторних Е. і до 8 м-код — для ланцюгових. Ці Е. виконуються також у вигляді навісного устаткування на тракторах, колісних тягачах і автомобілях. До поворотних багатоковшовим Е. відносяться ланцюгові Е., що мають ковшову раму, встановлену на поворотній платформі, що обертається на опорному крузі; зазвичай обладналися гусеничним ходом ( мал. 2 , би). Полноповоротность збільшує масу Е. на 30—40%. Ємкість ковшів досягає 3600 л. Застосовують для відробітку тупикових забоїв і розробки з одного уступу поперемінно верхнім і нижнім забоєм двох уступів.
Багатоковшові Е. найбільш продуктивні в умовах зосереджених об'ємів відкритих гірських і земляних робіт в м'яких, середніх і однорідних міцних грунтах, особливо при постійних або таких, що мало змінюються поперечних профілях забоїв або споруд з правильними укосами. Е. малій потужності, з ковшами ємкістю до 150 л , можуть працювати з будь-яким виглядом транспорту, а машини середньої і великої потужності — з же.-д.(железнодорожний) і конвеєрним транспортом. Окрім вськришних робіт на кар'єрах багатоковшові Е. застосовують в меліорації і для відвальних робіт. Е. для меліоративних робіт зазвичай відносяться до ланцюгових машин поперечного копання; відрізняються невеликим питомим тиском на грунт (біля 3—10 4 Па ) і призначені для риття траншей з укосами і невеликих каналів ( мал. 2 , д) . Глибина копання до 2,5 м-код , ширина каналу до 12 м. Ємкість ковша 25—75 л , маса Е. 12—20 т. Питома потужність близько 1 квт на 1 л ємкості ковша, продуктивність 1,5—3 м-коду 3 /ч на 1 т маси (більше значення — для малих моделей). Рідше застосовуються Е. подовжнього копання із спеціальним робочим устаткуванням. Відвальні Е., або абзетцери ( мал. 2 , е), з роторним або ланцюговим робочим органом і консольними відвальними конвеєрами застосовуються для виконання великих об'ємів відвальних робіт при виїмці вськришних порід в кар'єрах багатоковшовими Е. Абзетцери укладають рихлі породи вськриши у верхній відвал заввишки до 25 м-код або в ніжній — заввишки до 50 м.
Історична довідка. Ідея створення землерийних машин належить Леонардо да Вінчі, який на початку 16 ст запропонував схеми Е.-драглайнов. Перша парова землечерпалка була побудована на Іжорськом заводі під керівництвом А. А. Бетанкура в другому десятилітті 19 ст Одноковшовий неполноповоротний Е. на рейковому ходу був запатентований в 1834 В. Отісом (США); широке вживання одноковшових Е. почалося з кінця 19 ст у зв'язку з розвитком будівництва залізниць. У 1910 з'явилися перші електричні Е., у 1912 — повноповоротні Е. на гусеничному ходу з двигунами внутрішнього згорання, в 1916 — з дизелем, в 20-і рр. — перші повноповоротні Е. середній потужності з великими робочими розмірами на рейковому ходу для відкритих гірських робіт. Виробництво одноковшових Е. у Росії було почато в 1901 на Путіловськом (нині ленінградський Кировський) заводі. У СРСР виробництво Е. було організовано в 1931. З 1947 Уральський завод важкого машинобудування (УЗТМ) вперше в світі організував серійний випуск кар'єрних Е. з ковшами ємкістю 3—5 м-коду 3 . В 1958 на УЗТМ був виготовлений крокуючий Е.-драглайн з ковшом 25 м-коду 3 і стрілою 100 м-коду , а на Новокраматорськом машинобудівному заводі (НКМЗ) в 1965 — Е.-лопата з ковшом 35 м-коду 3 для міцних грунтів. У 1975 УЗТМ закінчив виготовлення крокуючого драглайну з ковшом ємкістю 100 м-коду 3 і стрілою 100 м. УЗТМ освоює найбільш потужну кар'єрну лопату, з ковшом 20 м-коду 3 , для міцних грунтів (1976). За кордоном виробництво Е. зосереджено в США (фірми «Маріон», «Бюсайрус», «Харнітфегер» і ін.), Великобританії, ФРН(Федеральна Республіка Німеччини), ГДР(Німецька Демократична Республіка), Франції, Японії, ПНР(Польська Народна Республіка), ЧССР(Чехословацька Соціалістична Республіка) і ін. країнах. У США в 1968 фірма «Бюсайрус» виготовила крокуючий Е.-драглайн з ковшом ємкістю 168 м-коду 3 для м'яких грунтів, а фірма «Маріон» Е.-лопату з ковшом ємкістю 153 м-коду 3 .
Сухопутний багатоковшовий Е., винайдений у Франції М. Кувре в 1860, був застосований на будівництві Суецького каналу. В кінці 19 ст багатоковшові Е. отримали широке вживання в Германії на відкритих гірських роботах по видобутку бурого вугілля. У Росії виробництво багатоковшових Е. було почато на Путіловськом заводі (1901). У 1921 в Германії з'явилися Е. з ковшами ємкістю 525 л , в 1933—1200 л , в 1939—1500 л , в 1941— 2000 л . У 1958 у ФРН(Федеральна Республіка Німеччини) був введений в дію роторний Е. з ковшами ємкістю 3600 л . У СРСР в 1967 НКМЗ почав випуск потужних роторних Е. продуктивністю 3000 м-коду 3 /ч , а в 1973 —5000 м-код 3 / ч.
Перспективи розвитку. Основний напрям розвитку екськаваторостроєнія — збільшення продуктивності Е. за рахунок вживання машин все більшій одиничній потужності. Зміна структури парку Е. станеться і у зв'язку з впровадженням гідравлічних Е. Доля легованих сталей в конструкції Е. малій потужності зросте до 35—40%, середній потужності — до 40—50%, великій потужності — до 70—80% маси Е. Увеліченіє швидкості робочих рухів Е. викличе зменшення тривалості його робочого циклу. Створюються роторні Е. для розробки порід з питомим опором копанню до 16 . 10 6 Па , траншеєкопачі продуктивністю 2500—3000 м-коду 3 /ч для роботи в мерзлих породах з питомим опором копанню 0,8 . 10 7 — 10 7 Па (ширина траншеї 2—2,5 м-коду і глибина до 3 м-код ) із швидкістю 400—500 м/ч , тобто в 10—20 разів швидше і в 5—6 разів економічніше, ніж існуючі Е. цього класу. Широке вживання отримають т.з. Е.-малютки масою не більш 300— 800 кг Для Е. безперервної дії розробляється автоматичне управління з регулюванням всіх параметрів, що визначають протікання робочого процесу. На цій основі проектуються системи з самооптімізацией алгоритмів відробітку підуступів і забою в цілому. Створюються автоматичні системи управління всіма машинами комплексу безперервної дії — отвалообразователямі, перевантажувачами, мостами.
Літ.: Панкратов С. А., Динаміка машин для відкритих гірських і земляних робіт, М., 1967; Домбровський Н. Р., Екскаватори, М., 1969; його ж, Багатоковшові екскаватори, М., 1972; Вітрів Ю. А., Різання грунтів землерийними машинами, М., 1971; Сучасні кар'єрні екскаватори, 2 видавництва, М. 1971; Теорія і практика відкритих розробок, під ред. Н. Ст Мельникова, М., 1973; Barnes W., Excavating machinery, L., 1928; Williamson Н. F., Myers K. Н., Designed for digging, Evanston (Ill.), 1955; Kühn G., Interessante Baggereinsätze, Wiesbaden, 1955; Pajer G., Pfeifer М., Kurth F., Tagebaugroßgeräte und Universalbagger, B., 1971.
