Две жизни одной лопаты

В 1952 году отделом кранов и экскаваторов Всесоюзного Научно-Исследовательского Института строительного и дорожного машиностроения разработан технический проект гидравлической лопаты с ковшом ёмкостью 0,15 м3. Главная особенность - применение прогрессивного по тем временам объемного гидравлического привода. Все движения рабочих органов осуществляются при помощи гидроцилиндров или, следуя терминологии времени - гидравлических домкратов, что позволило исключить шестеренчатые и зубчатые передачи, валы, барабаны и другие сложные механизмы управления, характерные для механического привода.

Гидравлический экскаватор Э-151

Повышенные эксплуатационные качества достигнуты за счет отсутствия быстроизнашивающихся стальных канатов, фрикционов и т.п. Новую машину отличали малые габаритные и весовые параметры, а применение в качестве хода полноприводного грузового автомобиля Горьковского завода, добавило ещё несколько положительных моментов: высокую маневренность, отличную проходимость и большую транспортную скорость.

Гидравлическая лопата получила индекс Э-151: "Э" - экскаватор; "15" - емкость ковша в декалитрах, равная 0,15 м3; "1" - модель первая. В качестве сменного рабочего оборудования в комплекте машины ковш для земляных работ и крюк для подъема грузов. 
Ковш может монтироваться по схеме как прямой, так и обратной лопаты. Наибольшая высота копания при оснащении прямой лопатой 2,0 м. Такой же показатель, но только глубины копания, при работе обратной лопатой. Теоретическая производительность 18-24 м3 грунта в час, грузоподъёмность с крановым оборудованием - 1 т. Столь скромные показатели раскрывали основное назначение машины - для механизации земляных работ малых объемов в городах и сельской местности.

Рабочие размеры обратной лопаты

Планом на 1953 год предусматривалось в сентябре месяце изготовить, а в ноябре - провести приемочные испытания опытного образца гидравлической лопаты. Однако, технический совет ВНИИстройдормаша, исключил возможность её применения в народном хозяйстве из-за слишком малой абсолютной производительности, хотя это было заложено ещё на стадии проектирования. 

Гидравлическая лопата Э-151 в работе с рабочим  оборудованием, смонтированным по схеме обратной лопаты

Решающим стал экономический фактор - оценка по относительной производительности (м3/час на 1 т собственного веса), характеризовавший Э-151 как технически отсталую землеройную машину по сравнению с существующими экскаваторами. Здесь нет ничего удивительного - с начала 50-х годов разработка экскаваторов в СССР была поставлена, выражаясь современным языком, "на поток". 

Гидравлическая лопата Э-151 в работе с рабочим оборудованием обратной лопаты - конец наполнения ковша

Шли постоянные эксперименты по системам приводов, управления, механизмам передвижения и проч., т.е. поиск оптимальных по конструкции и эксплуатационным качествам машин. Гораздо дешевле и эффективней оказалось применение в качестве базы для гидравлических экскаваторов колесных тракторов и именно по этому пути продолжилась дальнейшая работа. Вопрос об изготовлении опытного образца Э-151 был снят. Таким образом, конструкция гидравлической лопаты вдохнула "жизнь" в последующие разработки, а для неё самой эта "жизнь", вообщем-то, закончилась.

Рабочие размеры прямой лопаты

И пылилась бы документация в архиве, если бы машиной не заинтересовались военные. Опыт недавно законченной войны требовал скорейшего оснащения армии высокоэффективными механизмами. Предполагаемая высокая мобильность Э-151 вполне соответствовала требованиям инженерных войск. Но, для решения вопроса о применении гидравлической лопаты на военно-инженерных работах, только этого недостаточно - следовало практически оценить её работоспособность как, собственно, машины для экскавации грунта. 

Главвоенстрой Министерства Обороны СССР принимает решение о скорейшем изготовлении гидравлической лопаты Э-151 для проведения всесторонних испытаний. В первой половине 1953 года учебно-производственными мастерскими Московского Авиационного института, в основном соответствуя чертежам ВНИИстройдормаша, машина была создана.

Гидравлическая лопата Э-151 с рабочим оборудованием, смонтированным по схеме прямой лопаты

Рассмотрим конструкцию более подробно. Э-151 состоит из рабочего оборудования, привода к нему, поворотной платформы и ходовой части. Привод к рабочему оборудованию - гидравлический, с отбором мощности от двигателя базового автомобиля, посредством коробки скоростей, двух зубчатых колес и редуктора. Вал отбора мощности проходит через центральную цапфу поворотной платформы и приводит в движение три лопастных гидравлических насоса. Из них два насоса производительностью 100 л/мин - для подъема или опускания стрелы и рукояти; третий насос производительностью 18 л/мин - для поворота платформы. 

Каждый насос соединен гидропроводами, проходящими через пульт управления, с гидроцилиндром соответствующего действия. Экскаватор неполноповоротный - допускает поворот рабочего оборудования вправо на 100 град. и влево на 180 град. от продольной оси. Шасси автомобиля повышенной проходимости ГАЗ-63 использовано без каких либо изменений в его ходовой части, но с укороченной на 0,5 м рамой. Габаритные размеры: продольная база хода 2800 мм, высота 3430 мм, ширина 2000 м. Вес 4900 кг. Транспортная скорость 50 км/час.

Гидравлическая лопата Э-151 в работе с рабочим оборудованием прямой лопаты - конец наполнения ковша

Испытания опытного Э-151 проходили с 14 июля по 15 октября 1953 года в различных районах Московской области: Кузьминки, Алабино, Монино, Кашира и др. За этот период образец проработал всего ... 51 час чистой работы. Такой низкий коэффицент использования машины объясняется, главным образом, тем, что в процессе испытаний производилась доводка машины и устранялись дефекты в конструкции.

Рабочим оборудованием, смонтированным по схеме прямой лопаты, вполне удовлетворительно разрабатывался рыхлый грунт и погрузка последнего в кузов автосамосвала. В более плотных грунтах машина работала неустойчиво: во время резания вывешивался передний мост, и начиналось опрокидывание. Как следствие, это способствовало заметному снижению производительности.

Недостаточная устойчивость наблюдалась и при подъеме максимального груза (1 т) крюком кранового оборудования, что происходило из-за сравнительно небольшой опорной базой машины при малом собственном весе.

При работе оборудованием обратной лопаты, несколько снизилось влияние недостаточной устойчивости машины на её производительность. Правда, и при работе обратной лопатой наблюдалось вывешивание, но уже не переднего, а заднего моста машины. Здесь причина не только в малом весе машины, но и в неудачной конструкции самого ковша - отсутствия заднего угла резания. При начале наполнения его передняя стенка упиралась в грунт забоя и препятствовала врезанию зубьев, приводя к вывешиванию. Это обстоятельство в какой-то степени способствовало в невозможности достижения проектной глубины копания: машина не могла отрывать траншеи глубиной более 1,7 м (2,0 м по проекту).

Так же на испытаниях не удалось достичь проектной продолжительности рабочего цикла (22 сек), которое составило, фактически, 30 сек, т.е. 2 цикла в минуту. Таким образом, гидравлический привод машины обладал существенным недостатком - малой скоростью движения элементов рабочего оборудования. Этим, собственно, и объясняется довольно низкая средняя производительность и увеличенная продолжительность рабочего цикла. В дополнение, необходимо указать на принципиальную новизну конструкции экскаватора и отсутствие у машиниста необходимых навыков в работе с ним.

Положительными качествами гидравлической лопаты, как уже указывалось, являлись её мобильность и маневренность, выраженные в способности быстро передвигаться по хорошим дорогам и оперативно переходить из походного положения в рабочее и наоборот. За время испытаний машина прошла самоходом около 700 км. Скорость движения по бездорожью в условиях осенней распутицы составляла около 8 км/час, а по асфальтированному шоссе - достигала 50 км/час.

Выводы совместной комиссии Инженерного Комитета ИВ и ВНИИстройдормаша по результатам испытаний следующие. Оценка военных: работоспособность машины не соответствует характеру земляных работ, выполняемых при инженерном обеспечении боя. Рекомендовать её для использования на военно-инженерных работах было бы преждевременно. Выводы гражданских: несмотря на положительные качества, гидравлическая лопата обладает низкой производительностью и недостаточной устойчивостью при работе, что дополнительно усугубляется отсутствием выносных опор.

Несмотря на это, специалисты увидели поведение новой машины в работе, оценили взаимодействие различных узлов и механизмов, проверили работоспособность гидравлического привода. Инициатива военных по изготовлению опытного образца Э-151, несомненно, заслуживает особого уважения - один натуральный образец лучше десятка самых тщательных расчетов. Вторая "жизнь" гидравлической лопаты дала необходимый практический материал для развития и дальнейшего улучшения конструкций землеройных машин этого типа.

И видео с советскими экскаваторами, которые до сих пор в строю:

Ну а это Америка, там у энтузиастов древняя техника в особом почете: