Машина с гигантской производительностью

Смысл указанных мероприятий сводился к следующему. Рассмотрим работу обычного экскаватора. Машинист манипулирует действием единственного рабочего органа – ковша, который выполняет функции и разработки грунта, и его транспортировки. Причём все операции производятся последовательно. Если провести аналогию с механической обработкой металла, то машинист экскаватора может быть уподоблен токарю, который резцом «отковыривает» от заготовки по кусочку, а затем этим же резцом отбрасывает стружку в сторону. Коренной недостаток одноковшового экскаватора заключается в универсальности его единого рабочего органа – ковша. Чтобы его преодолеть, создатели новой машины решили разделить функции её основных частей.

Теперь разработку грунта вёл непрерывно вращающийся фрезерный рабочий орган, а его транспортировку – ленточные транспортёры. Фреза устанавливалась в передней части машины. Разработанный грунт подавался на совок, из которого осуществлялась его транспортировка наклонным приёмным ленточным, а затем – поворотным транспортёрами. И уже с последнего земля отбрасывалась в сторону. Поворотный транспортёр длиной 17,4 м мог поворачиваться в плане на угол до 90° в любую сторону. Машина имела гусеничный ход. Непрерывно перемещаясь вперёд со скоростью 228 – 468 м/ч, она разрабатывала траншею шириной 3,4 м и глубиной до 2 м.

Первая подобная конструкция была изготовлена в 1958 г. и получила название ЗФМ-3000 (землеройно-фрезерная машина производительностью 3000 м3/ч). Для сравнения напомним, что теоретическая производительность экскаватора Э-1252 (ёмкость ковша «прямой лопаты» 1,25 м3) едва превышает 100 м3/ч. Предполагалось, что ЗФМ-3000, имевшая массу всего 100 т, заменит 6-7 «пятикубовых» экскаваторов, каждый из которых весит в 2 раза больше! Надо отметить, что в тот период это была наиболее крупная из строительных машин с автономным приводом. Установленная на её борту дизель-электростанция оснащалась дизелем ленинградского завода «Звезда» мощностью 700 л.с.

Как часто бывает в технике, подобным революционным планам не суждено было сбыться. Главным препятствием стал низкий ресурс транспортёрных лент, которые не выдерживали такой колоссальной нагрузки. Испытания выявили и ряд других недочётов. Конструкция машины была коренным образом переработана. Усовершенствованный вариант (ЗФМ-2) имел уже более скромные показатели. Производительность на мягких грунтах достигала 2500 м3/ч, а на тяжёлых грунтах – 1500 м3/ч. Мощность силовой установки составляла 500 л.с., а вылет отвального транспортёра – 16 м.

В августе - сентябре 1964 г. на московском стадионе в Лужниках проходила первая международная выставка строительных и дорожных машин. Экспонировавшаяся на ней ЗФМ-2 привлекала всеобщее внимание и получила почётный приз. Другим экспонатом этой выставки был экскаватор Э-2503. В том же 1964 г. государственная комиссия подписала акт приёмки ЗФМ-2 к серийному производству. Однако всего было изготовлено лишь 4 машины ЗФМ-2. Две из них работали на строительстве канала «Иртыш-Караганда», а ещё две – на сооружении Ширабадского магистрального канала в Узбекистане.

Как видим, дальнейшего распространения землеройно-фрезерные машины не получили. И причин тому было несколько. По-прежнему «узким местом» оставались транспортёрные ленты. Не были искоренены и другие отказы машин. Кроме того, фрезерный рабочий орган, прекрасно справлявшийся с однородными грунтами, с неоднородными работать уже не мог. Не всегда оказывалась применимой и сама технология, предусматривавшая отрывку траншеи заданного профиля с укладкой вынутого грунта в отвал. Сыграла свою роль и перегруженность завода серийной продукцией.

В настоящее время многие зарубежные фирмы выпускают аналогичные машины непрерывного действия для горных работ, разумеется, без каких бы то ни было ссылок на приоритет Воронежского завода.

Появление типоразмерного ряда

Однако вернёмся в начало 60-х годов прошлого века. В то время был разработан новый отраслевой типоразмерный ряд одноковшовых экскаваторов, составленный по основному параметру – ёмкости ковша. При создании указанного ряда требовалось найти оптимальный компромисс при решении двух противоречивших друг другу задач. С одной стороны, требовалось до минимума сократить количество типов экскаваторов, а с другой – было необходимо как можно больше снизить экономические потери от недоиспользования возможностей машин. В связи с этим был разработан оптимальный ряд, составленный в виде геометрической прогрессии с коэффициентом 1,6, включавший  в себя 7 размерных групп с ковшами ёмкостью 0,15; 0,25; 0,4; 0,65; 1; 1,6 и 2,5 м3.

Большинство выпускавшихся к тому времени экскаваторов уже соответствовало требованиям этого ряда, исключение составляли воронежские Э-1251 и Э-1252. Имея ёмкости ковшей 1,25 м3, они несколько превосходили по своим параметрам костромские Э-10011 с «кубовыми» ковшами, но до требуемых 1,6 м3 явно не дотягивали. Кроме того, остальные заводы за истекшие годы серьёзно обновили свою продукцию, а Э-1251 и Э-1252 по существу мало чем отличались от экскаваторов конца 1940-х годов. Эти машины были тяжелы и громоздки, требовали частичной разборки при транспортировке по железной дороге, да и при внутригородских перевозках возникали большие трудности. Многие конструктивные решения, сохранившиеся на экскаваторах Э-1251 и Э-1252, к 60-м годам прошлого века давно устарели. В частности, идёт речь о большом количестве тяжёлых литых деталей, наличии открытых зубчатых передач, не имевших масляных ванн, червячного привода стрелоподъёмной лебёдки, рабочего места машиниста, не отделённого от машинного отделения, изобиловавшей утечками гидравлической системы управления и т.д. Особенно много хлопот доставлял совершенно не приспособленный для такой работы быстроходный дизель.

Дизель-электрические машины

В начале 1960-х годов многие специалисты, в том числе и имевший огромное влияние Н.Г.Домбровский (известный учёный, профессор, заведующий кафедрой МИСИ), считали перспективным создание дизель-электрических строительных экскаваторов средней мощности с многомоторным индивидуальным приводом механизмов. С целью удешевления конструкции для экскаваторов Ковровского и Воронежского заводов был предложен привод с асинхронными электродвигателями, работающий на переменном токе. На Ковровском заводе был создан экскаватор Э-6516 с ковшом ёмкостью 0,65 м3, а на Воронежском – Э-1602, для которого названный параметр составил 1,6 м3.

Экскаватор Э-1602

Как известно, асинхронные электродвигатели отличаются простотой конструкции и дешевизной, но имеют низкий пусковой момент и трудно поддаются регулированию скорости. Поэтому на указанных выше экскаваторах для привода лебёдок была предложена оригинальная кинематическая схема. Её основу составили компактные двухступенчатые планетарные редукторы, встроенные в барабан лебёдки. Каждая ступень редуктора имела 3 основных вращающихся элемента: солнечную шестерню, водило с сателлитами и эпициклическое зубчатое колесо. Ведущий вал солнечной шестерни первой ступени был связан с валом электродвигателя и со шкивом остановочного тормоза. Водило с сателлитами первой ступени являлось передаточным звеном к солнечной шестерне второй ступени, а водило второй ступени было соединено со шкивом ленточного управляемого тормоза. Эпициклические зубчатые колеса обеих ступеней имели внутренние зубья и жёстко соединялись с барабаном лебёдки.

Когда электродвигатель был выключен, а остановочный и управляемый тормоза замкнуты, барабан лебёдки оставался неподвижным и заторможенным. При включении электродвигателя и размыкании остановочного тормоза барабан начинал вращаться в соответствующую сторону. Его скорость регулировалась нажатием управляемого тормоза. При размыкании управляемого тормоза происходило свободное вращение барабана.

Каждая из гусениц имела индивидуальный привод также от асинхронного электродвигателя. Только механизм поворота платформы, требовавший особой мягкости работы и чувствительности управления, был оснащён электродвигателем постоянного тока, для питания которого на поворотной платформе смонтировали преобразовательный агрегат в составе асинхронного короткозамкнутого электродвигателя и генератора постоянного тока.

На экскаваторе устанавливался двигатель ЯМЗ-238 с трёхфазным генератором. Кроме того, была предусмотрена возможность работы машины от внешней сети и использования дизель-электростанции для питания посторонних потребителей электроэнергии, например сварочных агрегатов и т.д.

Конструкторы вложили в новый экскаватор все самые современные на тот момент решения. В частности, были полностью исключены быстроизнашиваемые и ненадёжные цепные и открытые зубчатые передачи, достигнута высокая степень унификации деталей механизмов, которые выполнялись в виде отдельных блоков, укрытых капотом. Кабина машиниста с прекрасным обзором, отоплением и вентиляцией устанавливалась отдельно, изолированно от механизмов. При разработке гусеничного хода первоначально предусматривалась попарная балансирная установка опорных катков, а в окончательном варианте была применена малоопорная схема, аналогичная применённой на экскаваторах Э-2503, но с меньшей шириной гусениц.

На машине Э-1602 было предусмотрено 5 видов сменного рабочего оборудования: «прямая лопата», «обратная лопата», драглайн, грейфер и кран. Ёмкость ковшей «прямой» и «обратной лопат» составляла 1,6 м3, драглайна – 1,0-2,2 м3, грейфера – 2,0 м3. Грузоподъёмность кранового оборудования в первоначальном варианте достигала 25 т, а затем была повышена до 32 т.

Основным рабочим оборудованием являлась «прямая лопата». Создатели этой машины применили ковш с полукруглой режущей кромкой без зубьев и очень популярную в те годы схему рабочего оборудования «прямой лопаты» с шарнирно-сочленённой стрелой и трубчатой рукоятью, разгруженной от крутящего момента. Подобная схема к тому времени была реализована на 8-«кубовом» экскаваторе ЭКГ-8и Ижорского завода.

На Э-1602 стрела «прямой лопаты» состояла из двух частей, причём нижняя удерживалась в рабочем положении жёстким раскосом, а верхняя – канатными тягами. Напорный механизм имел двухсторонний канатный привод, а подъёмный механизм – 2 параллельно работающих полиспаста. Теперь уже трудно сказать, чем руководствовались авторы такого решения. Запасовка канатов получилась очень сложной. При этом необходимо было выдерживать строго одинаковую длину левого и правого подъёмных полиспастов. Напорный полиспаст требовал постоянной подрегулировки, чтобы не допускать провисания канатов. Хорошо ещё, если экскаватор постоянно работал в карьере и только с «прямой лопатой». А если требовалось его перевозить с одного объекта на другой, то сборка и разборка машины выливалась в весьма трудоёмкую операцию. Кроме того, была затруднена и замена одного вида рабочего оборудования на другой.

Экскаватор ЭР-100

Базовая модель Э-1602 задумывалась как родоначальник целой серии экскаваторов и кранов. Так, в 1964 г. изготовили специальный монтажный гусеничный кран К-402 грузоподъёмностью 40 т, а позже – 63-тонный К-632. В 1966 г. был создан роторный стреловой экскаватор ЭР-1001, позже переименованный в ЭР-100. Экскаваторы Э-1602, краны К-402 и К-632 были изготовлены в единичных образцах. Выпуск роторных экскаваторов ЭР-100 продолжался в крайне небольших количествах до середины 70-х годов прошлого века. Причина известна: дизель-электрические экскаваторы были технологически сложнее серийных, и освоению их производства мешала перегрузка заводских мощностей выпуском серийной продукции.

Новые представители «лёгкого» класса

В результате на Воронежском заводе сложилась противоречивая ситуация. Вплоть до середины 1960-х годов перспективными планами предусматривался переход на производство новых дизель-электрических экскаваторов и монтажных кранов. Продолжение выпуска в так называемом «лёгком» классе экскаваторов (Э-1251 и Э-1252) рассматривалось как временная мера. Однако, как известно, нет ничего более постоянного, чем временные решения. Годы шли, а экскаватор Э-1602 так и продолжал числиться в разряде «перспективных». Основной же продукцией завода оставались всё те же «временные» Э-1251 и Э-1252. А поскольку они считались «временными», то и не было смысла заниматься их усовершенствованием. Поэтому в конструкции этих машин вносили лишь небольшие, непринципиальные изменения.

В начале 60-х годов прошлого века для экскаватора Э-1252 было создано сменное рабочее оборудование «обратной лопаты» с ковшом ёмкостью 1,4 м3. Впервые в отечественной практике были применены стрела изогнутой формы и поворотный ковш, что позволило довести глубину копания до 7,3 м.

Ещё в 1960 г. по заданию Министерства строительства электростанций заводскими конструкторами был спроектирован кран Э-1258. Основным его отличием от выпускавшегося тогда крана Э-1254 можно считать изменение передаточного отношения косозубой зубчатой передачи, расположенной между главным редуктором и горизонтальным валом главной трансмиссии. У Э-1254 оно было таким же, как у экскаватора Э-1252 (i=160:40=4). У нового же крана Э-1258 передаточное число составило i=164:37=4,43. Соответственно были уменьшены рабочие скорости выполнения всех операций, кроме подъёма и опускания стрелы. В 1963–1964 гг. в серийном производстве Э-1258 пришел на смену Э-1254.

Вместо дизеля 2Д6 Барнаульского завода «Трансмаш» стали устанавливать аналогичный дизель У2Д6 Свердловского турбомоторного завода. Этот двигатель отличался боковым расположением водяного и масляного насосов, конструкцией масляного фильтра и внешним подводом масла к деталям клапанного механизма. Для экскаватора Э-1252 и крана Э-1258 мощность дизеля У2Д6 была установлена на уровне 130 л.с. при частоте вращения коленчатого вала 1500 об/мин.

Основные изменения в конструкции экскаваторов Э-1252 и кранов Э-1258, вносившиеся в 1964-1967 гг., были связаны с новыми требованиями Госгортехнадзора. В частности, была упразднена возможность установки кранового и грейферного рабочего оборудования у электрических экскаваторов Э-1251, поскольку правила Госгортехнадзора теперь запрещали размыкание кинематической связи при наличии электрического привода подъёмной лебёдки. Постоянно разомкнутый тормоз механизма поворота заменили на постоянно замкнутый. У экскаваторов Э-1252 ввели управляемый постоянно замкнутый тормоз стрелоподъёмной лебёдки. Крановое оборудование укомплектовали электромеханическим ограничителем грузового момента ОГП-1. В 1966 г. у экскаваторов Э-1252 с крановым оборудованием и у крана Э-1258 ввели постоянно замкнутые тормоза главной лебёдки с сохранением педального управления (при нажатии на педаль тормоз размыкался).

Экскаватор Э-1252Б	Кран Э-1258Б

Вместе с тем становилось всё яснее, что выпуск дизель-электрических экскаваторов откладывается на неопределённый период, и модернизация серийных машин необходима. В 1967 г. были изготовлены первые образцы усовершенствованных экскаваторов Э-1251Б, Э-1252Б и кранов Э-1258Б. Основные изменения оказались направлены на улучшение условий работы машиниста. При сохранении общей конструкции кузова кабину оператора  изолировали от машинного помещения, увеличив её ширину и площадь остекления. Переднюю, полностью остеклённую стенку кабины для улучшения обзорности наклонили вперёд. Вместо четырёхрычажного пульта управления применили двухрычажную схему, уже давно применявшуюся на экскаваторах других заводов. В машинном отделении теперь предусмотрели по одному окну. Сдвижные двери кабины и кузова заменили на распашные. Для улучшения внешнего вида по периметру поворотной платформы был пущен декоративный швеллер.

Дополнительный противовес в комплекте к решётчатой стреле выполнялся внутренним. Для него предусмотрели специальные ниши в задней отливке поворотной платформы. Вместо малоэффективного тормоза гусеничного хода появились два стопора, входившие в зацепление непосредственно с гребнями звеньев гусениц. Наконец, после многолетних страданий механизаторов, на заводе решили отказаться от применения капризных дизелей 2Д6 и У2Д6. Первоначально на экскаваторы Э-1252Б и Э-1258Б установили двигатель Алтайского моторного завода АМ-03 мощностью 130 л.с. Однако при серийном производстве на «рядовой» вариант устанавливали алтайский дизель А-01М, а на экспортный – ярославский ЯМЗ-238Г мощностью 150 л.с., поскольку для выполнения всей производственной программы ярославских двигателей не хватало. В новой серии появились «северные» модификации Э-1252БС и Э-1258БС. В том же, 1967 г. началось серийное производство усовершенствованных экскаваторов, а в декабре 1968 г. - выпуск прежних моделей Э-1251, Э-1252 и Э-1258 завершился.