«Тяжёлые» и «лёгкие» машины

В 1952 г. Воронежский экскаваторный завод изготовил две первых «двухкубовых» машины Э-2001. Эта машина снабжалась одномоторным электрическим приводом и по кинематической схеме была аналогичен «однокубовому» Э-1003. Любопытно, что для привода гусеничного хода применили цепи с небывалым шагом – 140 мм.

При общем конструктивном подобии с 1003-й моделью для более тяжёлой машины потребовалась новая система управления. На экскаваторе Э-2001 была впервые предусмотрена пневматическая система, причём не только для основных, но и для вспомогательных переключений. Кабина оператора была изолирована от машинного отделения. В последующие годы завод продолжил выпуск этих экскаваторов. Так, в 1954 г. было изготовлено 6 машин Э-2001, в 1955 г. – 12, в 1956 г. – 21. Таким образом, на заводе появились две основные категории экскаваторов: так называемые «лёгкие» и «тяжёлые». Конечно, объёмы производства последних были значительно меньше.

Экскаватор Э-2001

В 1954 г. на одной из «кубовых» машин - Э-1004 вместо дизеля 2Д6 установили дизельный агрегат 6КДМ-50 от недавно созданного трактора Т-140. Этот двигатель, конечно, гораздо больше соответствовал условиям работы на экскаваторе. Но увеличенная масса тракторного двигателя шла вразрез с начавшейся кампанией по снижению металлоёмкости изделий. Поэтому экскаватор с таким мотором так и остался в единственном экземпляре, а плохо зарекомендовавший себя, но лёгкий и быстроходный 2Д6 «застрял» на экскаваторе на долгие годы. В том же 1954-м на базе Э-2001 был выпущен опытный образец Э-2002 с дизельным двигателем 2Д12Б. Но дальнейшего распространения эта модель не получила.

В 1955 г. серия «лёгких» экскаваторов была модернизирована. При этом изменили конструкцию стрелы с «прямой лопатой», ввели возможность применения напорного механизма как с независимой, так и с зависимой, и комбинированной схемой. На поворотной платформе «отменили» сходни, которые прежде располагались вдоль задней и боковых стенок. Лобовое окно рабочего места машиниста сделали с наклоном. Упростили привод лопастного насоса гидроуправления. Длину основной стрелы уменьшили с 13 до 12,5 м, увеличив при этом максимальную грузоподъёмность с 15 до 20 т. Для удлинения основной стрелы было предусмотрено три вставки длиной 2,5; 5 и 10 м. В результате появилась возможность получить 8 вариантов длины стрелы от 12,5 до 30 м. Усовершенствованным экскаваторам были присвоены индексы Э-1003А и Э-1004А. В следующем, 1956 г., у этих экскаваторов практически без внесения конструктивных изменений была повышена номинальная ёмкость ковша «прямой лопаты» с 1 до 1,25 м3, а машины переименовали соответственно в Э-1251 и Э-1252.

Экскаватор Э-1252

Следует при этом заметить, что полоса подобных «модернизаций» практически одновременно прошла по всем экскаваторным заводам. Ленинградский Э-258 превратился в Э-301, Калининский Э-255 – в Э-353, Ковровский Э-505А – в Э-651, а только что созданный в Костроме Э-756 стал обозначаться как Э-801. Таким «изящным» приёмом удалось «убить даже не двух, а гораздо большее число зайцев». Ведь в результате повысилась общая «кубатура» выпускаемых промышленностью экскаваторов с соответствующим снижением их удельной металлоёмкости. Да и в зарплате обнаружилась определённая экономия. Ведь в одночасье экскаваторы стали мощнее и перешли в следующую тарифную категорию... с падением расценок за кубометр вынутого грунта.

Монтажные краны на гусеничном ходу

В том же 1956-м с «разоблачением культа личности Сталина» на ХХ съезде КПСС был принят генеральный курс на полносборное строительство жилых, гражданских и промышленных зданий из готовых железобетонных и металлических конструкций, по сути определивший условия проживания большинства городского народонаселения СНГ и в начале 3-го тысячелетия. При этом потребовалось большое количество монтажных кранов, одним из важнейших составляющих которых являются гусеничные. В то время единственным производителем гусеничных монтажных кранов был Раменский механический завод треста «Стальконструкция» - небольшое предприятие, выпускавшее краны только для своего ведомства.

Совмин СССР постановил организовать выпуск гусеничных кранов на предприятиях строительного и дорожного машиностроения. Наиболее подходящим для этого сочли Воронежский экскаваторный завод. Разумеется, просто подвести под эту категорию экскаваторы с крановым оборудованием было нельзя: они выпускались и до этого, да и по рабочим характеристикам не соответствовали требованиям монтажа. В то же время разработать и освоить выпуск совершенно новых машин в столь короткий срок было нереально.

В этих условиях было принято компромиссное решение. На базе серийного экскаватора Э-1252 создали гусеничный монтажный кран Э-1254. Причём в конструкцию Э-1252 было введено 2 изменения. В частности, одноступенчатый редуктор заменили на двухскоростной. В результате при включённой повышенной ступени передаточное число трансмиссии было таким же, как и на базовом экскаваторе. На пониженной же ступени передаточное число редуктора было в 3,5 раза больше. Соответственно уменьшались и рабочие скорости. Вторым нововведением стал механизм независимого привода стрелоподъёмной лебёдки. Он представлял собой специальный механизм реверса, вал которого получал вращение от редуктора через двухрядную цепную передачу. В качестве фрикционных муфт подъёма и опускания стрелы использовали муфты пускового двигателя П-23.

Если пониженной ступенью редуктора машинисты практически никогда не пользовались, то преимущества независимого привода стрелоподъёмной лебедки были оценены по достоинству. Кроме облегчения и ускорения работы, при этом повысилась и её безопасность. Ведь ранее на экскаваторах Э-1004 с крановым оборудованием бывали случаи падения стрелы. Это происходило по следующим причинам. Достаточно было попасть на тормозной шкив даже небольшому количеству масла из корпуса червячной передачи, как действие тормоза сводилось практически к нулю. Предположим, машинист опускал стрелу. Если он сразу после этого выключал подвижную шестерню, не дождавшись её остановки, то она вместе с червяком продолжала вращение по инерции. В этом ей «помогал» натянутый стрелоподъёмный канат. При отсутствии тормозного действия вал червяка всё разгонялся и разгонялся, что приводило к падению стрелы с самыми тяжёлыми последствиями. Повлиять на ситуацию машинист уже не мог, поскольку при выключенной подвижной шестерне кинематическая связь трансмиссии экскаватора со стрелоподъёмной лебёдкой отсутствовала. На кране Э-1254 тормозной шкив был выведен из опасной зоны, а тормозная лента оснащена приводным гидроцилиндром. Кроме того, в случае начала развития описанного процесса машинист всегда мог «поймать» стрелу, включив одну из фрикционных муфт.

Кран Э-1254 был оборудован стрелой длиной от 12,5 до 30 м, причём 25- и 30-метровые стрелы могли оснащаться гуськом и крюковой обоймой вспомогательного подъёма. К тому же предусмотрели и комплектация его грейфером ёмкостью 1,5 м3. Следует также заметить, что было изготовлено и испытано 2 варианта башенно-стрелового оборудования.

Конструктивная схема крана Э-1254	Конструктивная схема крана Э-2006

С аналогичными изменениями на базе конструкции экскаватора Э-2002 создали кран Э-2006 грузоподъёмностью 50 т. С 1956-го гусеничные краны Э-1254 и Э-2006 стали выпускать серийно, параллельно с экскаваторами Э-1251, Э-1252 и Э-2001.

В поисках оптимального варианта электропривода

Традиционно канатные одноковшовые экскаваторы строительного класса, оснащённые дизельными или электрическими двигателями, в большинстве случаев выпускаются с групповым одномоторным приводом. При этом от единого двигателя крутящий момент передаётся на все механизмы посредством системы валов, зубчатых и цепных передач, фрикционных и кулачковых муфт. Это удешевляет машину и упрощает технологию её изготовления. Почти все основные детали и узлы, кроме двигателей и подшипников качения, можно изготавливать непосредственно на экскаваторном заводе без применения дорогостоящих технологий. Однако за эту дешевизну и простоту приходится расплачиваться. Ведь характеристика такого привода далека от оптимальной, практически отсутствует защита механизмов от перегрузок. Поэтому более мощные карьерные и вскрышные экскаваторы оснащены индивидуальным многомоторным электроприводом.

«Двухкубовые» экскаваторы Воронежского экскаваторного завода по мощности и области применения вплотную примыкают к карьерному классу, и всё сказанное в значительной степени относится и к ним. В 1957-м на заводе имени Коминтерна был создан Э-2005 с многомоторным электрическим приводом, работающим на постоянном токе и выполненным по схеме «генератор – двигатель» («Г – Д»).

Экскаватор Э-2005

Суть функционирования этой системы такова. Первичным двигателем является электромотор трёхфазного переменного тока, который питается от внешней сети. Его вал при помощи соединительной муфты связан с валом генератора постоянного тока. Последний питает постоянным током приводной электродвигатель конкретного механизма. Такая система сложна и дорога, но при этом позволяет в широких пределах регулировать частоту вращения электромотора постоянного тока за счёт управления возбуждением генератора. Поэтому, если требуется раздельно управлять несколькими электродвигателями, как, например, на экскаваторе, для каждого из этих моторов требуется отдельный генератор. Это, конечно, ещё более усложняет и удорожает машину.

На экскаваторе Э-2005 применили систему «генератор – двигатель» с трёхобмоточными генераторами («ТГ – Д»), аналогичную той, что была использована на карьерных экскаваторах СЭ-3 и ЭКГ-4. При этом генератор имеет три обмотки возбуждения: независимую и параллельную, включенные согласно, и последовательную, действие которой противоположно действию двух первых. Данный привод имеет «мягкую», так называемую «экскаваторную» характеристику, при которой с увеличением момента сопротивления на якоре электродвигателя и с ростом тока якоря автоматически происходит уменьшение тока возбуждения генератора, в результате чего снижается частота вращения якоря электродвигателя. При уменьшении же указанного момента частота вращения якоря электродвигателя увеличивается. Это свойство привода позволяет наиболее полно использовать мощность электрических машин.

Кроме того, действует автоматическое ограничение как максимального крутящего момента на якоре электродвигателя, так и максимальной частоты его вращения. Так, при достижении крутящим моментом предельно допустимого значения частота вращения якоря резко падает. При полной остановке якоря (в случае появления непреодолимого препятствия) по обмоткам протекает так называемый «стопорный» ток, величина которого не приводит к выходу из строя электрических машин.

Однако система «ТГ – Д» обладает рядом недостатков, связанных с инерционностью протекающих процессов и значительным отклонением характеристики электропривода от желаемой. Поэтому на более новых карьерных экскаваторах ЭКГ-4,6 уже в начале 60-х годов прошлого века перешли на схему «Г – Д» с силовыми магнитными усилителями, при которой сравнение управляющих параметров и формирование выходного сигнала происходит не на обмотках электрических машин, а на электромагнитном усилителе. Такую же систему в 1961-м применили и на новых воронежских экскаваторах Э-2503, которые через 2 года начали выпускать вместо Э-2005. Машина Э-2503 стала основной моделью в «тяжёлом» классе на долгие годы и изготавливалась вплоть до полного завершения выпуска канатных экскаваторов на заводе в начале 1987 г.

Экскаватор Э-2503	Экскаватор Э-2505

Кроме введения индивидуального электропривода механизмов, на экскаваторе Э-2005 серьёзные изменения коснулись и механического оборудования. Многоопорный гусеничный ход заменили на малоопорный. В первоначальном варианте катки попарно устанавливались в балансиры, затем применили классическую схему с катками большого диаметра, во всю высоту гусеницы.

Малоопорный гусеничный ход, весьма распространённый на карьерных экскаваторах, отличается от многоопорного худшим распределением нагрузки на звенья гусениц, но большей прочностью самих катков, что существенно для работы на твёрдых породах. В механизме передвижения применили исключительно зубчатые передачи, а от ненадёжных цепных полностью отказались. Напорный механизм с электродвигателем и редуктором установили непосредственно на стреле «прямой лопаты». Стрелоподъёмную лебёдку вместе с редуктором и электродвигателем разместили на двуногой стойке таким образом, что канатный барабан заменил один из блоков стрелоподъёмного полиспаста. Так как стрелоподъёмный механизм включался редко, для его привода применили обычный асинхронный электродвигатель трёхфазного переменного тока напряжением 380 В.

И всё-таки на экскаваторах Э-2005/2503 оказалось невозможным реализовать полностью индивидуальный привод. Гусеничный ход приводился в движение от вала главной лебёдки через подвижное зубчатое колесо. Особые сложности вызвало наличие трёх видов сменного рабочего оборудования. Ведь если основное оборудование – «прямую лопату» заменить на драглайн, то напорный механизм «уходит» вместе с «прямой лопатой», зато для драглайна требуется использование обоих барабанов главной лебёдки: один для тяги, второй – для подъёма ковша. Поэтому алгоритмы работы электрических цепей для разных видов рабочего оборудования совершенно разные. Для упрощения переоборудования экскаватора было принято оригинальное решение. Ключевые точки электрических цепей управления вывели на панель зажимов. Для каждого вида рабочего оборудования имелся набор накладок, которые устанавливали на зажимы, тем самым замыкая нужные цепи.

Принцип управления экскаватором с «прямой лопатой» был таким же, как и у карьерных экскаваторов ЭКГ. Правым командоконтроллером управляли подъёмом ковша, левым – напором, а двухпедальным – поворотом платформы. При установке драглайна вместо левого командоконтроллера устанавливали сельсинный командоаппарат управления тормозами главной лебёдки, при помощи которого производилось растормаживание тягового барабана при работе подъёмного и наоборот. Поэтому управление экскаватором с оборудованием «драглайн» требовало определенных навыков.

Кроме выпуска экскаватора Э-2503 с многомоторным электроприводом механизмов, работающим на постоянном токе, завод продолжал производство одномоторных модификаций. С 1961-го вместо Э-2001 был создан экскаватор Э-2501, а вместо крана Э-2006 – кран Э-2508. По существу это были те же Э-2001 и Э-2006, но имевшие малоопорный гусеничный ход, поворотную платформу и кабину, унифицированные с аналогичными узлами экскаватора Э-2503. По сравнению с предшественниками максимальная грузоподъёмность крана выросла с 50 до 60 т. Экскаваторов Э-2501 было изготовлено совсем немного, а кран Э-2508 выпускали серийно с 1962 по 1980 гг.

Кран Э-2508	Кран Э-2508С

При этом сложилась любопытная ситуация. Прежде экскаватор Э-2001 с одномоторым приводом был базовой моделью, а Э-2005 и -2006 – его модификациями (соответственно экскаватор с многомоторным приводом и кран с одномоторным). При переходе к землеройным машинам с ёмкостью ковша 2,5 м3 их места заняли соответственно Э-2501, Э-2503 и Э-2508. Однако с прекращением выпуска экскаватора Э-2501 сложилась ситуация, при которой почти 20 лет параллельно выпускались две «боковые ветви» этого типа (Э-2503 и -2508) при отсутствии объединяющей их исходной модели Э-2501.

В 1965-м на базе Э-2503 создали специальный экскаватор Э-2505 для работы в условиях низких температур. Это была первая в отрасли машина в северном исполнении. Позже для обозначенной области применения выпустили и гусеничный кран Э-2508С.