Прошлый век ознаменовал собой победу человека над природой. Поворачивались вспять реки, сокрушались горы, под проливами возводили многокилометровые скоростные тоннели. Люди научились создавать подвластных себе механических монстров, с помощью которых осуществляли самые сумасшедшие проекты по переустройству родной планеты.
Естественно прогресс прокатился и по горным работам. Карьерный экскаватор, подчиняясь воле дерзких конструкторов, трансформировался, увеличивался в размерах и массе, опережая воображение простого обывателя. Ещё бы, СССР и США сравнивали бицепсы, и вопрос, у кого самый большой в мире экскаватор (ледокол, самолет, ракетоноситель и т.п.), тоже становился актуальным.
Концепция развития горной промышленности в шестидесятых-семидесятых годах подразумевала опережающее развитие открытого способа разработки месторождений с наращиванием мощности предприятий.
Именно простая бестранспортная система разработки вскрышной толщи с экскавацией пород в выработанное пространство, как наиболее экономичная, потребовала создания и применения мощных вскрышных экскаваторов, линейные параметры которых позволили бы перемещать породу на значительное расстояние от фронта экскавации. Учитывая определённые горно-геологические условия ряда месторождений, многочисленные, в том числе и очень именитые специалисты в то время считали более перспективным создание сверхмощных вскрышных механических лопат, нежели мощных драглайнов. Обсуждались преимущества механической лопаты, такие как лучшая приспособленность к экскавации крепких, разрыхлённых скальных пород, лучшая геометрия забоя, высокий коэффициент использования ковша и др.
Стоит отметить, что первыми на путь построения гигантских механических лопат вышли разработчики США, чем, несомненно, очень подстегнули и наших специалистов. Уже в 1936 г фирмой Bucyrus-Erie был выпущен экскаватор серии 950В, а следом модель 1050В, но это было только начало (см. таб.1). В 1956 г. на угольном разрезе под управлением "Hanna Division of Consolidated Coal company" в Огайо начал работу Marion 5760 "Mountaineer" с ёмкостью ковша 45,6 м3 и длиной стрелы 45,4 м. По тем временам машина поражала своими размерами (полная высота 46 м), это был первый сверхмощный вскрышной экскаватор массой более 2500т. Он эксплуатировался вплоть до 1979 г. Машин серии 5760 было построено несколько ("Big Dipper", "Big Paul"), они незначительно отличались ёмкостью ковша и длиной стрелы.
Следующая легендарная машина Bucyrus-Erie 1850-В "Big Brutus" с ковшом ёмкостью 69 м3 и длиной стрелы 45,5 м была построена и введена в работу в 1962 г на одном из угольных разрезов "Pittsburs and Midway coal Mining Co." в Канзасе. Это единственный сохранившийся до наших дней экскаватор 1850В, он работал до 1974 г, а в1984 г был передан в музей-мемориал на радость многочисленным туристам.
Одновременно (1962 г) в Кентукки для компании "Piabody" монтировался 3850-В "Big Hog" с ковшом 88 м3 и стрелой 70 м. "Big Hog" проработал до 1985 г. Второй 3850-В "River King" (ковш 106,4 м3, длина стрелы 62,5 м) был введён в работу в 1964 г в Иллинойсе и проработал до 1992 г. "River King" стал самой большой вскрышной мехлопатой фирмы Bucyrus-Erie, за время своей эксплуатации он переработал около 558 млн.м3 вскрышных пород.
Чуть позднее, в 1965 г в Огайо для UC Co. был смонтирован 1950-В "Silver Spade" (ковш 80,2 м3, длина стрелы 61 м, раб. масса 6300 т), эта машина проработала без перерывов до октября 1982 г, и после почти шести лет простоя, в 1989 г, вновь введена в работу, продолжая уже использоваться периодически. Второй экскаватор 1950-В под именем "The GEM of Egypt" был введён в работу в начале 1967 г, имел ковш большей ёмкости 98,8 м3 и соответственно укороченную стрелу 53,1 м, за время своей работы (до 1988г) переработал 418, 6 млн.м3 вскрыши. Экскаваторы 1950-В были единственными у фирмы Bucyrus-Erie с коленчато-рычажной системой напора.
В шестидесятые годы в США фирмами Bucyrus-Erie и Marion был построен целый ряд сверхмощных вскрышных экскаваторов (см таб. 1). В СССР никто не мог остаться равнодушным к такому состоянию дел.
Таб.1. Сравнительные характеристики основных моделей вскрышных экскаваторов
| Показатели | Bucyrus Erie 950В | Bucyrus Erie 1050В | ЭВГ-35.65М | Marion 5760 | Marion 6360 | Bucyrus Erie 1850-В "BB" | Bucyrus Erie 3850-В "BH" |
| Ёмкость стандартного ковша, м 3 | 24,5 | 30,5 | 35 | 45,6 | 137 | 69 | 88 |
| Для лёгких пород, м 3 | - | 34,5 | 50 | 53,5 | 153 | - | 107 |
| Рабочая масса, т | 1130 | 1150 | 3850 | 2630 | 12700 | 4990 | 9070 |
| Максимальная высота выгрузки, м | 25,5 | 34,5 | 45 | 30,7 | 39,5 | 30,5 | 45,7 |
| Максимальная высота копания, м | 33,5 | 31,2 | 50 | 38,8 | 51 | 38 | 51 |
| Максимальный радиус копания, м | 43,1 | 40 | 65 | 44 | 64 | 45,7 | - |
| Максимальное усилие на блоке ковша, т | 120 | 150 | 210 | 250 | 770 | - | 490 |
| Средняя скорость подъёма ковша, м/с | 1 | 1,2 | 1,58 | 1,7 | 2,2 | - | 2,1 |
| Полная мощность, кВт | 900 | - | 3200 | 3700 | 15450 | 5152 | 4416 |
Ответом американцам явился, словно вышедший из "Звёздных войн" и впитавший в себя всё, что связано с понятием грандиозности, ЭВГ-35.65 №1 производства НКМЗ. Теоретически при экскавации лёгких грунтов экскаватор мог комплектоваться ковшом ёмкостью 50 м3. Шарнирно сочленённая стрела с шарниром, подвешенным к двуногой стойке, канатный напор - конструкция рабочего оборудования аналогичная применённой на экскаваторах Bucyrus-Erie (кроме 1950-В). Привод подъёма был осуществлён от двух тихоходных двигателей мощностью по 1150 кВт с одной зубчатой передачей.
Таб.2. Дополнительные характеристики ЭВГ-35.65 М
| Угол наклона стрелы, град. | 45 |
| Длина стрелы, м | 65 |
| Скорость передвижения по горизонтальной площадке, км/ч | 0.55 |
| Среднее удельное давление на грунт, МПа | 0.32 |
| Преодолеваемый подъем, град | 5 |
| Теоретическая продолжительность рабочего цикла, с | 47 |
Советское правительство избрало Черембасс (Иркутская обл.) в качестве экспериментальной площадки для испытаний новой мощной техники и новейших технологий открытой системы разработки угольных месторождений. Определённую роль сыграли геологические факторы, крепкие породы вскрыши, устойчивые грунты, выдерживающие тысячетонные экскаваторы.
Уже в 1964 г. в Черемхово приезжали участники Всесоюзного совещания по развитию открытой разработки угольных месторождений, чтобы увидеть последнее слово техники и технологии в этой сфере - разрез "Сафроновский" и наблюдать монтаж экскаватора ЭВГ-35.65 №1, самой мощной мехлопаты на то время в СССР и всей Евразии. В августе 1968 г. министр угольной промышленности СССР утвердил диораму разреза с моделью ЭВГ-35.65 как основной экспонат на Всемирную выставку "ЭКСПО-70" в японском городе Осака.
Отслужив положенный срок ЭВГ-35.65 №1 был демонтирован в 1993г. А в 1990 г, после продолжительного монтажа был введён в работу ЭВГ-35.65 М №3, который ещё год назад можно было наблюдать стоящим на приколе в траншее разреза Сафроновский (см фото). Одной из причин списания экскаватора, обладающего невыработанным ресурсом, явились трудности ремонта, связанные с уникальностью машины и отсутствием резервного фонда запасных частей. Любой отказ мог привести к долгосрочному простою и останове работ на целом направлении. Другая причина - увеличение толщи покрывающих пород, с которой ЭВГ уже не справлялся, имело место подваливание самой машины.
Сегодня машина разобрана и порезана на металлолом. Грустный финал для флагмана отечественного экскаваторостроения, особенно на фоне восстановления и сохранения отдельных экскаваторов-музеев в США.
Ещё один ЭВГ-35.65 №2 можно было наблюдать в Ида-Вирумаа на разрезе по добыче сланцев "Айду" (Эстония), гордость Эстонии - самый большой в Европе одноковшовый экскаватор.
ЭВГ-35.65 в планах являлся лишь промежуточным в линейке ЭВГ. Велись работы по проектированию ЭВГ-100.70 и в обозримом будущем ещё более мощных экскаваторов. ЭВГ-100.70 должен был стать ответом на сверхмощную мехлопату Marion 6360 "Captain", их основные технологические показатели мало отличались, за исключением одного - ЭВГ-100.70 существовал лишь на бумаге. Captain вступил в работу в 1965 г и стал самым большим экскаватором в мире. В Иллинойсе гордились им: высота гиганта 66 м, длина стрелы 64,5 м, длина рукояти 40 м, ширина базы 22 м, вес ковша 165 тонн, скорость передвижения 150 метров в час. Он работал по усложнённой схеме, вскрывая одновременно два угольных пласта. За время своей эксплуатации (до1991 г) перелопатил более 600 млн.куб.м породы. Captain был грандиозной машиной по всем показателям и олицетворяет собой предел классической схемы механической лопаты.
| Показатели | Marion 6360 "Captain" | ЭВГ-100.70 |
| Масса, т | 12 700 | 12 000 |
| Ёмкость ковша, м 3 | 137 (153) | 100 (150) |
| Длина стрелы, м | 64,5 | 70 |
В конструкции всех мехлопат были использованы две схемы рабочего оборудования - шарнирно сочленённая стрела, разгруженная от кручения и канатный напор (Bucyrus Erie 950B; 1050B; 1850В; 3850B; ЭВГ-35.65 №1) и коленчато-рычажная схема напора с односекционной стрелой (аналогично конструкции фермовых стрел драглайнов; все Marion, Bucyrus Erie 1950В). У ЭВГ-35.65М при коленчато-рычажном напоре стрела была выполнена двухсекционной.
Особенностью коленчато-рычажного напора является реализация очень больших усилий напора при углах между балансиром и рукоятью менее 30 град и более 150 град, что способствует улучшению условий врезания ковша в забой в начале траектории, но создаёт перегрузки рабочего оборудования при работе на высоте выше напорного вала. Система нивелирования машины на неровностях почвы с использованием гидравлических цилиндров, ход с индивидуальным приводом гусеничных тележек - эти конструктивные решения были общими для всех экскаваторов. На отдельных моделях существовала система перемещения контргруза, что позволяло в большей мере оптимизировать рабочие параметры.
Таб.4. Сравнительные показатели простой системы разработки с применением ЭВГ
| Показатели | ЭВГ-15 | ЭВГ-35.65 |
| Высота уступа, м | 12 | 22 |
| Ширина заходки, м | 30 | 30 |
| Расстояние от оси экскаватора до бровки уступа, м | 12,5 | 15,5 |
| Высота отвала при мощности угольного пласта 5 м | 22 | 35 |
| Расчётные: | | |
| Продолжительность цикла, с | 46,3 | 65,2 |
| Производительность экскаватора: | | |
| Сменная, м 3 | 4 430 | 7 370 |
| Годовая, тыс. м 3 | 3 520 | 5 130 |
В середине прошлого века, в период бурного развития открытого способа разработки угольных месторождений, горно-геологические условия характеризовались достаточно низким текущим коэффициентом вскрыши, мощность покрывающих пород позволяла с успехом применять простые бестранспортные схемы, под которые и были построены гиганты (таб. 4). В течение тридцати лет сливки были выбраны, горные работы всё больше уходили на глубину, увеличивалась толща покрывающих пород, для отработки которых по старым схемам требовались экскаваторы с ещё большими линейными параметрами. Но дальнейшее увеличение размеров мехлопаты характеризуется опережающим увеличением её массы, что ограниченно несущей способностью грунтов, а также прочностью материала, составляющего металлоконструкции самого экскаватора. Например, чтобы не допустить просадки тележек в почву, под гусеницы Marion 6360 "Captain" подкладывались деревянные проставки толщиной 1 м, сложенные из бруса в три ряда. Конструкторы подошли к пределу возможностей классической схемы механической лопаты. От строительства новых гигантов отказались.
В вопросах сравнения наиболее важных для процесса перевалки пород линейных параметров мехлопат и драглайнов последние выигрывают. При одинаковой массе драглайн обладает большей ёмкостью ковша, большим радиусом черпания и выгрузки. Кроме того конструктивная схема рабочего оборудования механической лопаты намного сложнее и требует больших затрат на содержание.
Сегодня существуют сверхмощные мехлопаты типа Bucyrus 495 с возможностью оснащения ковшом ёмкости до 61,2 куб.м или 4100XPB фирмы P&H с ёмкостью ковша до 76,5 куб.м, применение которых ориентировано на работу в комплексе с большегрузным транспортом. А основной объём вскрышных работ по бестранспортным схемам в настоящее время выполняют драглайны, среди которых были, и есть, свои гиганты.
