بیل مکانیکی

بیل مکانیکی از جمله ماشین‌ ها و تجهیزات حفاری سنگین وزن در کاربردهای ساختمانی و مهندسی است. این ماشین، شامل یک موتور دیزلی است که به منظور کند و کاو و حفاری زمین در کاربردهای گوناگون مورد استفاده قرار می گیرد. این دستگاه با سطل خود، می تواند جهت ایجاد گودال، ترانشه و پایه ها موثر و مفید واقع شود.

قسمت بازوی مفصلی این دستگاه شامل دکل و استیک و همچنین باکت و کابین گردان یا فیرو در بخش بالایی آن و قسمت زنجیر یا چرخ لاستیکی در بخش پایینی است. این ماشین را که از جمله دستگاه های اصلی اکثر مشاغل ساختمانی بزرگ می باشد، می توان نمونه ارتقاء یافته بیل‌ بخار دانست. بیل مکانیکی که اغلب به عنوان یک حفار شناخته می شود، برای انواع کاربردهای جابجایی مواد، محوطه سازی، پروژه های تخریب، پروژه های معدن، لایروبی رودخانه ها و ساخت و ساز مورد استفاده قرار می گیرد.

مطلب پیشنهادی: بررسی مشخصات و خرید دستگاه حفاری دریل واگن

تاریخچه بیل مکانیکی

تاریخچه ساخت و استفاده از دستگاه بیل مکانیکی

بیل مکانیکی از سال ها پیش، به عنوان اصلی ترین دستگاه خود مختار کاوش و حفاری به شمار می رفته است و پس از مدتی به صورت بیل های مکانیکی هیدرولیکی امروزی برای همه شناخته شده و جایگزین گشته است. در گذشته، بیل مکانیکی برای قدرت حفاری خود به کابل یا سیم و طناب نیاز داشت، اما امروزه آنها به سیستم های هیدرولیک متکی هستند که آنها را سریع تر و کارکرد آنها را آسان تر می کند. اختراع بیل بخار اوتیس (Otis) توسط فردی انگلیسی به نام ویلیام اس اوتیس در سال 1935 سرآغاز پیدایش بیل های مکانیزه در جهان بود. این نوآوری چشمگیر، تاثیر شگرفی در صنعت حفاری داشت. بیل های کابلی در سده نوزده میلادی و همچنین اوایل قرن بیستم مدرن ترین و به روز ترین تکنولوژی دنیا محسوب می شدند.
لازم به ذکر است، نخستین بیل بخار مدت ها قبل از بیل مکانیکی، در سال 1796 توسط Grimshaw of Boulton طراحی شده بود اما بیل اختراع شده توسط اوتیس با دارا بودن مکانیزم حرکت و همچنین یک سطل، قادر به کندن و برداشتن زمین خشک بوده است.
استفاده از بیل بخار تا پایان قرن نوزدهم متداول و رایج بوده است و از ملزومات حفاری معدن و نیز صنعت ساختمان سازی به شمار می رفته است. به تدریج با پیشرفت صنعت، این نوع بیل ها، جای خود را به بیل های ریلی دادند که قادر به انجام حرکت رفت وبرگشتی بر روی یک ریل بودند و به طبع، امکان چرخش کامل 360 درجه را نداشتند. در دهه 1884، اولین بیل چرخشی توسط یک شرکت انگلیسی به نام Whitaker & Sons طراحی و تولید گردید. پس از گذشت حدود سیزده سال، شرکت Kilgore Machine در شهر Minneapolis در سال 1897 از اولین بیل هیدرولیکی تولید شده توسط این شرکت، رو نمایی نمود.

مطلب پیشنهادی: خرید دستگاه حفاری راسول
از جمله کاربردهای مهم این نوع از بیل های بخار، حفر کانال پاناما بوده است که پروژه آن در سال 1904 آغاز گردید. پس از آن، بسیاری از شرکت های تجاری از سال 1920 ماشین آلاتی را تولید نمودند که نیروی مورد نیاز آن ها به جای بخار، به وسیله گازوئیل و یا نفت تامین می گردید. امکان سوار نمودن آن ها بر روی چرخ و یا چرخ زنجیر به جای ریل موجب سهولت در حرکت آن ها می شد.
حدود 100 سال پس از اختراع بیل بخار توسط Otis، در سال 1931، آخرین بیل ریلی تولید گردید. در همان سده، تولید بیل های مکانیزه ای که در معدن مورد استفاده قرار می گرفتند، توسعه چشمگیری یافت. سرانجام در دهه 1925 بیل هایی با نام 120-B توسط شرکت Bucyrus تولید شد. این نوع بیل ها حاصل پیشرفت بیل های ریلی و قابلیت چرخش این دستگاه ها تا 360 درجه بودند که در نهایت سبب بروز انقلابی عظیم در صنعت بیل های مکانیزه گردید.

مطلب پیشنهادی: از جدیدترین و کاربردی‌ترین ابزارآلات حفاری می‌توان به تجهیزات حفاری ژئوتکنیک اشاره کرد.

کاربردهای بیل مکانیکی

کاربردهای بیل مکانیکی

بیل مکانیکی زمانی که برای اولین بار وارد عرصه صنعت شد شبیه به یک تراکتور به نظر می آمد که حالا دارای یک بازو شده است. به تدریج با قرار گرفتن سیلندرهای بیشتر بر روی موتور این ماشین پیشرفت خارق العاده ای رقم زده شد. با گذشت بیش از 140 سال از تولید اولین ماشین بیل در جهان، این دستگاه پرکاربرد تا به امروز تبدیل به یک رکن اساسی در صنعت و نیز بسیاری از پروژه های ساخت و ساز شده است. ساخت این دستگاه با گذشت زمان به روزتر شده و استفاده آسان از آن نیز میسر گشته است.
این دسته از ماشین آلات سنگین که به عنوان حفار نیز شناخته می شوند، در معدن برای جابجایی مواد از سطح زمین استفاده می شوند تا در صورت امکان خاک و سنگ ها را کنار زده و فرایند استخراج مواد آسان تر انجام گیرد. از بیل های مکانیکی مختلفی از جمله بیل های چرخ سطلی، بیل های برقی و بیل های دراگلاین در معدن استفاده می شود. این ماشین ها اغلب می توانند تا صدها متر مکعب ماده را در مدت زمان یک ساعت حفاری کنند و عملیات معدنکاری را سریع انجام دهند.

مطلب پیشنهادی: خرید دستگاه حفاری ارس

امروزه موارد استفاده از بیل مکانیکی فزونی یافته است که به طور مختصر در زیر به چندی از آن ها اشاره می کنیم:

  • استفاده در پروژه های معدنکاری
  • استفاده در پروژه های حفر کانال، گودال، زیرسازی
  • استفاده در پروژه های مختلف تخریب
  • استفاده جهت حمل و نقل مواد گوناگون
  • استفاده در عملیات گود برداری جهت آماده سازی منطقه به منظور ساخت ساختمان
  • استفاده در تمامی عملیات خاکبرداری
  • استفاده جهت برش توسط ادوات هیدرولیکی
  • استفاده جهت لایروبی رودخانه ها
  • قابلیت استفاده جهت تسطیح زمین
مطالعه آزاد: کرگیری نوعی روش نمونه برداری از خاک در اعماق زیاد است که اطلاعات مهم و کاربردی را به ما می‌دهد.
انواع بیل مکانیکی

انواع بیل مکانیکی

همان طور که در بخش قبل ذکر گردید، بیل مکانیکی برای انجام انواع مختلفی از کارها طراحی و تولید شده است و شامل انواع مختلفی می باشد. بیل های مکانیکی را می توان بر حسب پارامترهای گوناگونی تقسیم بندی نمود. از جمله تقسیم بندی های رایج این دستگاه ها، تقسیم بندی بر اساس ابعاد و اندازه، نوع حفاری، نوع کاربرد و… می باشد که در ادامه به شرح آن ها می پردازیم.

تقسیم بندی بیل های مکانیکی بر اساس ابعاد و اندازه

ماشین های بیل مکانیکی در اندازه های مختلفی تولید می شود. طبق تعریف انجمن سازندگان تجهیزات، این دستگاه ها از نظر اندازه و وزن به سه دسته اصلی تقسیم می شوند:

بیل های استاندارد

این دسته از بیل ها، بین 22046 تا 200000 پوند، وزن دارند. دو نمونه رایج این دسته، بیل مکانیکی 43000 تا 49999 پوندی و بیل مکانیکی 30000 تا 35000 پوندی هستند که از آنها جهت خاکبرداری های عظیم در معدن و نیز بلند کردن اجسام سنگین استفاده می شود.

بیل های Midi

این بیل ها، بین 13227 تا 22046 پوند وزن دارند. از این دسته، می توان زمانی استفاده می شود که منطقه تحت عملیات دارای محدودیت باشد اما در عین حال، به چیزی قوی تر از مینی بیل مکانیکی نیاز داشته باشیم.

مینی بیل مکانیکی

این دسته از بیل ها، کمتر از 13227 پوند وزن دارند. این ماشین‌های همه کاره دارای ابعاد بسیار کوچک هستند که آن‌ ها را برای فعالیت‌ هایی از جمله حفاری سنگ، حمل تکه های حاصل از حفاری معدن و پروژه‌ های تخریب جزئی، به خصوص زمانی که فضای منطقه عملیات کوچک است، ایده‌آل میسازد.

مطلب پیشنهادی: یکی دیگر از انواع حفاری، حفاری با راسول است. برای اطلاعات بیشتر به مقاله آن مراجعه کنید.

تقسیم بندی بیل های مکانیکی از نظر نوع حفاری

بیل های مکانیکی از نظر نوع حفاری نیز تقسیم بندی می شوند که در ادامه به معرفی و بررسی هر یک از آن ها می پردازیم.

بیل مکانیکی زنجیری

بیل مکانیکی زنجیری، با برخورداری از سطح تماس زیاد، فشار نسبتا کمی را به سطح زمین وارد نموده و جهت کار در مناطقی که دارای خاک سستی هستند، مورد استفاده قرار می گیرند. وجود دندانه در زنجیر آنها، باعث ایجاد شیار در سنگ ها می شود و می توان به کمک این دستگاه، در شیب ۴۰ درصد نیز فرایند سنگبرداری را انجام داد. سرعت بیل های مکانیکی زنجیری، حداکثر به ۸ کیلومتر بر ساعت می رسد.

backhoe loader (بکهو لودر)

این گروه از بیل های مکانیکی را می توان تلفیقی از یک ماشین لودر و یک بیل مکانیکی دانست.

بیل مکانیکی جام معکوس

در این دسته از بیل ها، جام به صورت وارونه می باشد و فرایند حفاری معدن با کشیده شدن بازو به سمت دستگاه، صورت می گیرد.

بیل های جام جلو(شاول)

از جمله دستگاه های پرکاربرد در حفاری و استخراج معدن، بیل های مکانیکی جام جلو می باشند. این دستگاه ها، نسبت به لودرها دارای قابلیت های کمتری هستند، با این وجود به دلیل عدم محدودیت ارتفاع جهت حفاری در سطوح بالا و بارگیری کامیون ها بسیار مناسب می باشند.

بیل کششی یا دراگلاین

به کمک این نوع از بیل مکانیکی، می توان فعالیت های گوناگون در سطوح بسیار زیاد و همچنین بسیار پایین تر از سطح اتکاء آن، انجام داد. از دیگر ویژگی های این دستگاه، بهره گیری از آن، در انواع زمین ها می باشد. از جمله مزایای استفاده از این دستگاه، مدت زمان کم یک سیکل کاری و بازده بالای آن می باشد. باید در نظر داشت در برخی کاربردها، عرض و عمق جام از گنجایش و ظرفیت آن مهم تر می باشد. یک دراگلاین از قسمت های مختلف شامل جام بیل کششی، اتاقک فرمان، کابل های کنترل بخش ها و …تشکیل شده است. از این ماشین، در موارد کانال زنی، لوله گذاری و انجام حفاری های پایین تر از سطح نیز استفاده می شود.

بیل منقاری (clamshell grab)

بیل منقاری که به آن چنگک نیز گفته می شود، در عملیات گوناگون مورد استفاده قرار می گیرد که در ادامه به چند مورد از آن ها اشاره می کنیم:

  • انجام عملیات های لایروبی در کانال ها و نیز موج شکن ها
  • انجام فرایند های حفاری قائم در اعماق از قبیل گودال شمع ها، پرده های آب بند، دیوارهای حائل و غیره
  • بلند کردن و جابجایی مواد به صورت عمود از یک نقطه به نقطه دیگر مانند تخلیه بار به داخل قیف و …
  • جابجایی و حمل مواد نرم نظیر قطعات سنگ های شکسته شده، ماسه، شن و زغال سنگ

باید بدانیم، در یک بیل مکانیکی چنگک، توانایی نفوذ جام به وزن آن بستگی داشته و همچنین محاسبه راندمان دقیق آن کار آسانی نیست. حتی الامکان می بایست از سبک ترین جام برای این بیل ها استفاده نمود.

مطلب پیشنهادی: در مورد دستگاه کرگیری معدن چقدر اطلاعات دارید؟

بیل های مکانیکی با چرخ لاستیکی

عموما شرکت های سازنده و اجاره دهنده بیل مکانیکی، در فرایند هایی از قبیل جاده سازی، اصلاح بخش هایی از پروژه و … که در آن ها بیل مکانیکی باید بطور پیوسته در منطقه عملیات حرکت داشته باشد، بیل مکانیکی چرخ لاستیکی را پیشنهاد می کنند. این دستگاه سرعت بیشتری نسبت به سایر بیل ها دارد و می تواند با راندمان بیشتری عملیات را انجام دهد. می توان گفت قیمت این بیل هیدرولیکی از سایر دستگاه ها بیشتر بوده و سرعت آن بر اساس قدرت موتور، به ۴۰ کیلومتر بر ساعت نیز می رسد.

قطعات بیل مکانیکی

اجزا و قطعات بیل مکانیکی

به طور کلی یک بیل مکانیکی هیدرولیک از دو بخش اصلی زیرین و خانه (house) تشکیل شده است که بر روی یک قسمت دوار قرار دارد. این خانه شامل کابین، وزنه تعادلی (جهت خنثی نمودن نیروی ناشی از حفاری) ، موتور، بوم، بازوی حفاری (دیپر یا به اصطلاح استیک) و سطل است. بوم از جلوی خانه بیرون آمده و توسط یک مفصل به بازوی حفاری می ‌رسد. سطل یا سایر لوازم جانبی شامل چنگک، چکش هیدرولیک و غیره به انتهای دیپر متصل می شود. اپراتور عملکرد بوم، بازو و سطل را از طریق استیک کنترل می کند. قطعات بیل مکانیکی را به 6 گروه تقسیم بندی نمود که شامل موارد زیر هستند:

قطعات موتوری

انواع قطعات موتوری بیل مکانیکی شامل اجزا زیر می باشد:

تسمه سفت کن

کاربرد این قطعه، کنترل حرکت دورانی تسمه و انتقال قدرت موتور به سایر اجزا می باشد که می تواند در عملکرد water pump و ژنراتور اثرگذار باشد.

بوش موتور

بوش موتور از جمله قطعات موتوری است که درون بلوک سیلندر قرار می‌گیرد. ایجاد بستری مناسب برای حرکت پیستون بر عهده این قطعه می ‌باشد. جنس بوش عموما از چدن و یا فولاد است.

قطعات هیدرولیک

این قطعات، شامل شارژ پمپ، رلیف شارژ پمپ، بالانسر پمپ هیدرولیک، روتاری گروپ پمپ مادر و پیستون هیدرولیک می باشد.

پیستون هیدرولیک

پیستون هیدرولیک از جمله قطعات هیدرولیک بیل مکانیکی می باشد که درون روتور یا همان سیلندر قرار می گیرد تا در تبدیل انرژی به انرژی هیدرولیک به پمپ کمک کند. پیستون ها سوخت و هوا را با یکدیگر مخلوط می کنند تا در تامین انرژی هیدرولیکی پمپ مفید واقع شوند.

روتاری گروپ پمپ هیدرولیک

پمپ های هیدرولیک دقیقا نقش اساسی را در سیستم های هیدرولیک عهده دار هستند. این پمپ ها انرژی مکانیکی تامین شده توسط موتور های الکتریکی، احتراق داخلی و… را به انرژی هیدرولیکی تبدیل می کنند. پمپ های هیدرولیک انرژی سیال را تحت یک سیکل هیدرولیکی یا نیوماتیکی ارتقا می دهند. نهایتا در مواقع مورد نیاز از این انرژی بهره می برند.

قطعات سیل کیت

این قطعات شامل کیت پمپ هیدرولیک، کیت تعمیر جک استیک، oil ring، کیت جک بالابر و کیت شیر کنترل هستند.

Oil ring

این قطعات بر روی پیستون قرار می گیرند و مانع نفوذ روغن به سایر قطعات بیل مکانیکی می شوند. در این حالت پیستون می تواند بهینه کار کند. جلوگیری از فرسودگی و ایجاد سایش بین سیلندر و پیستون از دیگر وظایف این قطعه می باشد. همچنین oil ring نقش مهمی در انتقال حرارت بین پیستون و سیلندر را عهده دار می باشد.

کیت شیر کنترل

شیر کنترل در اصل، قسمت دستور دهنده در پمپ های هیدرولیک بیل مکانیکی محسوب می شود. این قطعه میزان دبی ورودی و خروجی پمپ ها را تحت کنترل خود داشته و همچنین فشار پمپ ها را معین می کند. این کیت ها نقش بسیار مهمی در آب بندی کیت ها دارند.

قطعات زیربندی

قطعات زیربندی شامل رولیک، ریپر، فنر زنجیر سفت کن، باکت، سرندی ، پیچ کفشک و انواع ناخن های باکت هستند.

ریپر

ریپر یا اصطلاحا شیارزن، از جمله قطعات مهم زیربندی در بیل مکانیکی است. این قطعه وظیفه هموار نمودن زمین های سخت و ناهموار را عهده دار می باشد. این عمل، موجب می شود که سطح زمین به سنگ‌ های کوچکتر و قطعات ریز تقسیم شود و جابجایی آن آسان‌تر گردد.

انواع ناخن های باکت

ناخن ها از جمله پرکاربردترین و منحصر به فردترین قطعات بیل مکانیکی در راهسازی می باشند. این قطعات، به علت قرار داشتن در معرض فرسایش شدید و اصطکاک زیاد مستعد آسیب فراوان و استهلاک می باشند؛ در نتیجه می بایست از کیفیت مطلوب و همچنین دوام کافی برخوردار باشند.

فیلتر و اگزوز

این دسته از قطعات، شامل فیلتر آب، پیش فیلتر فن دار، خاک گیر هواکش، فیلتر المنت، فیلتر روغن ، فیلتر گازوئیل، انواع اگزوز، خرطومی اگزوز و فیلتر هیدرولیک می باشد.

پیش فیلتر فن دار

در این قطعه از عناصر فیلتر هوا و نیز سیستم های کامل فیلتر هوا با جریان هوای معین استفاده می شود.

فیلتر گازوئیل

این فیلتر، با تسویه نمودن گازوئیل مصرفی از انواع آلاینده های جامد و مایع مانند آب و … سبب رفع مشکلاتی از جمله استارت نشدن دستگاه، پرش موتور دیزل، افت فرکانس در هنگام زیر بار رفتن دستگاه و… می شود.

چکش هیدرولیکی

در معادن در برخی موارد به جای باکت از چکش های هیدرولیکی یا پیکور استفاده می گردد که شامل قلم های استاندارد، چیزل، هرمی و خاص می باشند.

پیشنهاد آرمیکو: چکش حفاری DTH نیز از جمله چکش‌های پر استفده در حفاری می‌باشد.

قطعات پمپ انژکتور

این تجهیزات بیل مکانیکی، شامل المنت پمپ انژکتور ، پلانجر پمپ انژکتور، سوزن انژکتور و سیت پمپ انژکتور می باشند که در ادامه به معرفی آن ها می پردازیم.

المنت پمپ انژکتور

این قطعه، از اساسی ترین اجزا و قطعات پمپ های انژکتور و یا پمپ های گازوئیل می باشد. المنت در پمپ ها نقش احتراقی داشته و موجب نقل و انتقال سوخت و نیز منجر به آزاد گشتن نیروی سوخت می شود.

سوزن انژکتور

سوزن انژکتور قطعه‌ ای بسیار حساس از نظر نحوه عملکرد بوده و در صورت پاشش غلط سوخت به درون محفظه احتراق موتور دیزل، امکان بروز مشکلات زیر وجود دارد:

  • احتراق ناقص سوخت
  • پایین آمدن راندمان موتور
  • دود کردن موتور در زمان انجام کار
انتخاب بیل مکانیکی

انتخاب بیل مکانیکی

یکی از نکاتی که پیمانکاران هنگام شروع یک پروژه باید به آن دقت کنند، انتخاب بیل مکانیکی مناسب می باشد. در انتخاب این بیل ها، باید پارامتر های مختلفی را مد نظر قرار داد. در زیر تعدادی از آن ها را مرور می کنیم:

  • بررسی عمق مورد نیاز عملیات حفاری به منظور سنجش میزان ارتفاع سطل بیل مکانیکی
  • ارتفاع مورد نیاز بیل:
    – باید دانست بوم، بازو و سطل تا چه اندازه باید به سمت بالا و بیرون حرکت کنند تا بتوان مواد را در محل مورد نظر قرار داد.
  • ظرفیت سطل بیل:
    بدیهی است هر چه میزان گنجایش سطل بیل مکانیکی بیشتر باشد، عملیات سریع تر انجام می پذیرد؛ اما در موارد خاص، استفاده از بیل با یک سطل کوچکتر کنترل بیشتری را در فرایند پروژه فراهم می آورد.

دستورالعمل ها و پروتکل های ایمنی برای استفاده از بیل مکانیکی

در صورت عدم رعایت نکات فنی خاص، استفاده از هر گونه ماشین آلات سنگین، می تواند خطرات جبران ناپذیری را ایجاد نماید. اپراتورهای بیل مکانیکی، می بایست تنها پس از دریافت آموزش های مناسب، اقدام به بر عهده گرفتن وظایف خود کنند. پیروی از پروتکل های ایمنی و سازگاری با شرایط عملیات می تواند در روند ایمن عملیات حفاری موثر باشد. در ادامه به ارائه چند راهکار برای رعایت ایمنی حین کار با بیل مکانیکی می پردازیم:

  • اپراتور باید از کلاه، جلیقه ایمنی، محافظ گوش و محافظ تنفسی استفاده نماید.
  • هرگز نباید زیر سازه هایی مانند پیاده روها را بدون سیستم پشتیبانی مناسب حفاری نمود.
  • هرگز نباید قسمت های زیر بیل مکانیکی را حفاری نمود.
  • کابین را باید مرتبا پاکسازی کرده و پنجره ها را تمیز نگه داشت.
  • در حین کار با بیل مکانیکی می بایست از چرخش های تند و یا حرکات ناگهانی خودداری نمود.
  • همیشه هنگام پارک کردن سطل را پایین آورده و روی سطح کاملا صاف پارک نمود.
  • در شیب ها نباید به صورت مورب حرکت کرد.
  • مسیر حرکت بیل مکانیکی را معین نمود تا حد امکان یک مسیر صاف باشد.
  • هرگز نباید از حداکثر ظرفیت وزن مجاز سطل تجاوز نمود.
  • هنگام رانندگی برای دید بهتر، باید سطل را به زمین نزدیکتر کرد.
  • پیش از جابجایی تجهیزات، باید تمام نقاط کور را بررسی نمود.
  • از سالم بودن دستگاه اطمینان حاصل نمود و در صورت بروز هر گونه خطر ایمنی، آن را را گزارش داد و همچنین هر گونه تعمیرات مورد نیاز را فوراً انجام داد.
  • همیشه بستن کمربند ایمنی از مهمترین الزامات می باشد که نباید آن را فراموش کرد.
  • قبل از شروع کار حفاری، طرح های سایت را باید به دقت بررسی نموده و با شرکت های تاسیساتی محلی تماس حاصل نمود.
شرکت اطلس کوپکو از جمله بهترین شرکت‌های صنعتی در زمینه ارائه تجهیزات حفاری می‌باشد.
Excavator