Прогулки с экскаваторами: как российские инженеры многотонные машины ходить учили

Предки советских гигантов

Полноценный шагающий экскаватор создали на Урале уже после Второй мировой войны, но его прапрадедушка, стопоходящая машина, которая работала по тому же принципу, появилась намного раньше —  еще в конце XIX века. Модель шагающего механизма была создана русским механиком и математиком Пафнутием Чебышевым и произвела фурор на Всемирной выставке в Париже в 1878 году. Устройство, которое имитировало движение лошади при ходьбе, не особо привлекало российских «миллионщиков», зато вызвало интерес у французов — они даже попросили ученого оставить им чудо-машину, однако сам создатель предпочел вернуть изобретение на Родину, подарив просителям лишь гравюру с его изображением.

Увы, в тот момент ни профессор, ни его российские коллеги не стали думать над тем, как именно можно использовать механизм, у которого была масса преимуществ перед колесами или гусеницами. Технология уже тогда могла применяться в стесненном пространстве или на зыбком грунте, однако в России о ней забыли почти на век. Зато в Америке про чудо-устройство помнили — стопоходящая машина стала прообразом первого пешеходного механизма для драглайна, который в 1913 году изобрел Оскар Мартинсон. На тот момент инженер произвел настоящую революцию, хотя в его устройстве не было того, чем впоследствии прославились советские экскаваторы — гидравлического привода, значительно упрощавшего обслуживание машин.

Топ-топ, топает малыш

Несмотря на то, что первые эксперименты с шагающими экскаваторами проводились за рубежом, их родиной все равно считается Россия, поскольку именно советские конструкторы совершенствовали устройство машины, за счет чего можно было развивать ее мощность и размер. Строго говоря, отцом всех советских шагающих экскаваторов был один-единственный человек — конструктор Всесоюзной проектно-технической конторы экскаваторостроения Борис Иванович Сатовский, который мечтал создать подобную машину еще в 30-е годы, будучи студентом. Идея о новом механизме движения машины пришла к Сатовскому после того, как он увидел на улице человека с чемоданами, который, несмотря на разный вес и размер багажа, шел ровно и прямо. Задумавшись о том, как именно можно применить принцип работы разных мышц человеческого тела в железном гиганте, инженер придумал систему, которая и должна была заставить экскаватор ходить, при этом снизив его давление на грунт до минимума.

Дело в том, что машинам, которые весят более 1000 тонн, гусеницы и тем более колеса не подходят — давление не должно превышать 2 кг/см*2, иначе, согласно закону квадрата — куба, гигант постепенно уйдет под землю. Следовательно, машину нужно было поставить на огромную плиту, которая значительно снизила бы давление и при этом позволила стреле вращаться.

По задумке Сатовского, перемещение экскаватора должно было осуществляться автономно (подъем корпуса машины, выталкивание опор, перемещение массы и так далее), но эта идея осталась бы нереализованной, если бы не другой конструктор «Уралмаша» — Тимофей Емельянович Исаев. Этот инженер, впоследствии получивший за свое изобретение Сталинскую премию, предложил гидравлический метод шагания вместо системы эксцентриков на массивном валу, которую вовсю применяли на Западе.

Мысль о том, что силу напора можно использовать для передвижения больших машин, появилась у Исаева в 1945 году — он увидел, как из неисправного гидранта бьет вода, и решил, что этот способ заставит «мышцы» экскаватора работать последовательно и на автопилоте. Сказано — сделано: уже в конце 40-х годов Сатовский и Исаев представили вниманию руководства и прессы первый в стране мощный шагающий экскаватор с гидравлическим приводом. Машину, на создание которой требовалось несколько лет, завершили за 8 месяцев, и уже в 1950 г. она начала работать на строительстве Волго-Донского канала.

Длина стрелы экскаватора-первопроходца составляла всего 38 метров, а емкость ковша была чуть более 3 кубометров, но и после этого инженеров чуть ли не на руках носили — журналисты, коллеги, даже автор уральских сказов Павел Бажов восторгались экскаватором, называя его «Царь-машиной». Сам Борис Сатовский, однако, не разделял такого мнения — по подсчетам конструктора, при прочих равных стрелу экскаватора можно было сделать длиннее, а платформу — тоньше. Нужно ли говорить, что вскоре на «Уралмаше» создали отрасль тяжелого машиностроения, отвечавшей за производство шагающих экскаваторов со стрелами длиной 90-100 метров.

Расступитесь, экскаватор идет!

Первым экскаватором, вызвавшим у советских людей настоящую гордость, стал знаменитый гигант ЭШ 65/100, который до сих пор стоит в Тулунском угольном разрезе. Каждую деталь машины конструкторы продумывали до мелочей — например, инженер Хаим Винокурский, который проектировал стрелу, вдохновился балетом «Лебединое озеро» и сделал легкую, но прочную конструкцию из труб, скрепленных стальными канатами.

Кроме того, шагающий Колосс был сделан из качественного дорогого сплава, а на вопрос о том, зачем делать лопату из золота, Сатовский оскорбленно отвечал, что если ему нельзя будет использовать такую сталь, то он не будет конструировать экскаваторы вообще. Разумеется, дело было не в прихоти разработчика — дешевые сплавы сделали бы и без того грузную машину еще тяжелее, к тому же при сниженных показателях она не смогла бы держать перепады температуры и работать одинаково хорошо при любых условиях.

Для постройки гиганта, который монтировали несколько лет, возвели шатер высотой в 10-этажный дом, куда бесперебойно подавали горячий воздух. Машину собирали параллельно с производством деталей — их доставляли в Иркутскую область со всех концов страны, и если посчитать вагоны с деталями экскаватора, то получится примерно 10 товарных поездов. Окончательно ЭШ 65/100 достроили в 1976 году, и с тех пор он перерабатывал по 10 млн тонн горной массы в год в течение 15 лет.

Почти сразу после создания этого экскаватора, Сатовский сделал проект ЭШ 100/100, который при одинаковой длине стрелы (100 метров) обладал увеличенным объемом ковша (100 кубометров против 65) и весил 10,5 тысяч тонн. Когда рекордный для СССР ЭШ 100/100, создававшийся для работ на Назаровском угольном разрезе, был собран, выяснилось, что рабочая площадь находится в нескольких километрах от места возведения.

Поскольку разбирать, перевозить и заново строить экскаватор не было возможности, его решили прогулять до карьера — ради променада железной махины даже пришлось перекрывать Транссибирскую магистраль. Экскаватор пришел на работу вовремя — запас прочности в гидравлическую систему был вложен просто колоссальный. Гигантская машина, повидавшая мир, пробыла на разрезе 13 лет, за которые она переработала более 120 млн тонн породы, а после, когда объемы добываемого угля упали, была законсервирована и сдана в металлолом.

Памятник в степи

У экскаваторов, даже таких прославленных, как творения Сатовского, всегда незавидная судьба — они рождаются на забое и умирают там же, поскольку перегонять такой ходячий дом сложно, дорого и долго. В итоге гигантов либо разбирают на детали, либо оставляют на местности, как это произошло с ЭШ 65/100. Величественная машина высотой в 9-этажный дом, в ковше которой легко могли бы поместиться 4 автомобиля, все еще находится в рабочем состоянии, но в нынешних условиях, когда повсеместно используются усовершенствованные экскаваторы, куда меньшие по размеру и не требующие особенных деталей, пользоваться старым добрым ЭШ 65/100 просто невыгодно.

Тем не менее, несмотря на упрощение и удешевление современной техники, ходячие гиганты, созданные на «Уралмаше», до сих пор считаются эталоном качества, и лучшее подтверждение тому — железный исполин, памятник чуду инженерной мысли, до сих пор стоящий в Тулунском разрезе и медленно разрушаемый временем. В 5 тысячах тонн этого экскаватора, который видно едва ли не за километр, все еще дремлет огромная сила, и, возможно, когда-нибудь про законсервированный здесь производственный участок угольного разреза вспомнят и воскресят историю, вновь запустив двигатель величественной машины.

Экскаватор, который страдал лишним весом

Однако не всем шагающим гигантам повезло доживать свой век в карьере — история самого известного экскаватора-ходуна закончилась несколько печальнее. Несмотря на то, что советские конструкторы стремились побить мировые рекорды по масштабу экскаваторной личности, американцев переплюнуть они так и не смогли: в 1969 году на угольном карьере в Огайо появился драглайн 4250-W, он же Big Muskie — самый большой в мире шагающий экскаватор.

Все, что связано с этим заокеанским гигантом, до сих пор вызывает удивление: на сооружение экскаватора, который весил около 13 тысяч тонн, имел высоту почти 70 метров, обладал 149-метровой стрелой и ковшом объемом 168 кубометров, ушло 2 года, 25 млн долларов (что сейчас эквивалентно 163 млн) и сотни тысяч человеко-часов, а обслуживала его бригада из пяти человек.

Чтобы обеспечить работу экскаватора, к нему приставили специальную машину — она перевозила кабель под напряжением 13 800 вольт, от которого работали его главные приводы. Карьерный монстр потреблял массу электроэнергии (ее могло бы хватить на 27,5 тысяч домов), поэтому Central Ohio Coal Company пришлось договариваться с местными энергокомпаниями о том, чтобы они обеспечили необходимый запас мощности.  Тем не менее, «Биг Маски» работал бесперебойно и особенно активно добывал уголь ночью, поскольку в темное время суток стоимость 1 киловатт/часа была значительно ниже.

Стоит отметить, что из-за своих рекордных характеристик «Биг Маски» мог передвигаться только очень медленно — после того, как на одном участке работа была завершена, экскаватор переползал на расстояние не больше полутора километров, преодолевая его едва ли не за 10 часов. Более того, машина была настолько тяжелой, что для ее передвижения сооружали специальную трассу, укрепленную толстыми деревянными балками (иначе экскаватор мог застрять по дороге, перевернуться или вообще намертво увязнуть в грунте).

Однако эти танцы с бубном стоили того — за 22 года службы на угольном разрезе в Огайо, «Биг Маски» удалил около 460 млн кубометров вскрышных пород (для сравнения, при строительстве Беломорско-Балтийского земляных работ было всего на 21 млн. кубометров), вследствие чего на разрезе добыли более 20 млн тонн бурого угля.

Гигант прекратил свою работу в 1991 году, однако предпосылки для этого появились еще в конце 70-х, когда в «Закон о чистом воздухе» внесли поправки о косвенных последствиях угледобычи. С той поры железный гигант тяготил своих хозяев все больше — он требовал особых условий эксплуатации и слишком дорого обходился. Законсервированный «Биг Маски» простоял в карьере вплоть до 1999 года, когда Агентство по охране окружающей среды США потребовало убрать из карьеров всю технику.

Тогда, понимая, что дальнейшее промедление повлечет за собой миллионные штрафы, Central Ohio Coal Company утилизировала экскаватор, выручив за его останки почти миллион долларов. Кстати, ковш механического Годзиллы можно увидеть и сейчас — он находится в музее горного дела Miners Memorial Park в Огайо, а вот карьера, где «Биг Маски» проводил раскопки, больше не существует — на его месте теперь располагается сафари-парк The Wilds. 

Смотрите второй сезон программы «Техногеника» c 18 февраля по субботам в 15:00 на Discovery Channel.