بیل مکانیکی: از ظهور تکنولوژی تا روزهای مدرن
هرگاه به ساخت و سازهای بزرگ و پیچیده فکر می‌کنیم، بیل مکانیکی یکی از ابزارهای اصلی که به ذهن ما می‌رسد. این دستگاه قدرتمند توانسته است در طول تاریخ بشر، به یکی از سمبل‌های پیشرفت و توسعه شود. اما آیا تا به حال به تاریخچه و اصول عملکرد بیل مکانیکی فکر کرده‌اید؟ در این پست، ما به بررسی تاریخچه بیل مکانیکی از ابتدای برآمدن آن تا روزهای مدرن می‌پردازیم.
در طول قرون، بیل مکانیکی تحولات بزرگی را تجربه کرده است. از استفاده اولیه آن در امپراتوری روم و قرون وسطی، گرفته تا ابتکارات و نوآوری‌های امروزی که باعث افزایش بهره‌وری و کارایی آن شده است، از طراحی اولیه بیل مکانیکی با زنجیره و باکت آن، تا استفاده از سیستم‌های هیدرولیکی و الکترونیکی هوشمند.
در این مقاله به بررسی تاریخچه بیل مکانیکی در پروژه‌های ساخت و ساز، به خصوص در صنعت ساختمان و زیرساخت‌های عمرانی، می‌پردازیم.
پس با ما همراه باشید تا در این سفر به تاریخچه بیل مکانیکی، از ورود تکنولوژی به صنعت تا روزهای مدرن، بپردازیم و بیشتر در مورد این دستگاه فوق‌العاده بیاموزیم.
تاریخچه بیل مکانیکی
دانشمندان اولین نمونه های استفاده از بیل مکانیکی در دوران باستان یافتند. در زمان باستان، بشر از سنگ ها یا چوب ها برای ساخت بیل مکانیکی استفاده می کردند. اما با گذشت زمان و توسعه فناوری، بیل مکانیکی ها به شکلی پیشرفته تر و کارآمدتر توسعه یافتند.
Boulton & Watt اولین بیل مکانیکی بخار را در سال 1796 ابداع کرد. و در سال 1833 ویلیام برانتون حق اختراع بیل مکانیکی دیگری را به ثبت رساند که اطلاعات بیشتری در مورد آن در سال 1836 ارائه کرد. اما ویلیام اوتیس بود که پدر خوانده اصلی دستگاه های بیل مکانیکی امروزی را اختراع کرد. او نمونه ای ساخت که با کارآمدی و متفاوت از نمونه های قبلی، نسل جدید بیل های مکانیکی را شروع کرد . و برای آن در سال 1839 حق اختراع دریافت گرفت.
عملکرد بیل مکانیکی های اولیه
اولین بیل مکانیکی ها به عنوان “چرخش جزئی” شناخته میشدند، زیرا بوم نمی‌توانست تا 360 درجه بچرخد. آنها بر روی شاسی راه آهنی که دیگ بخار و موتورهای حرکتی روی آن نصب بود ساخته میشدند. بازوی بیل و موتورهای محرک در یک انتهای شاسی نصب و موجب محدودیت چرخش میشد. بوژهایی با چرخهای فلنجی تعبیه و نیرو توسط یک زنجیر درایو به محورها چرخ‌ها منتقل میشد. ریل‌های راه‌آهن موقت توسط کارگران در جایی که انتظار می‌رفت بیل کار کند، گذاشته می شد و در صورت لزوم آنها را جابجا میکردند.
بیل های بخار در نیمه دوم قرن نوزدهم محبوبیت بیشتری پیدا کردند. ظهور کابل فولادی در دهه 1870 که در ابتدا با بالابرهای زنجیری پیکربندی شد، امکان نصب آسان تر وینچ ها را فراهم کرد. بعداً ماشین‌ها با چرخهای زنجیری عرضه شدند که نیاز به ریل را نیز برطرف کردند.
بیل گردان 360 درجه در انگلستان در سال 1884 ساخته شد. و به فرمت ترجیحی برای این ماشین ها تبدیل شد. و طراحی با استفاده از چهار سیلندر بخار و بدون کابل یا زنجیر، شوک و آسیب سیلندر هنگام کار با سرعت بالا را از بین برد.
ورود سیستم هیدرولیک
این درک که نیروی هیدرولیک اعمال شده میتواند باعث افزایش قدرت حفاری در ماشین می شود، برای اولین بار در دهه 1880 به ذهن سازندگان تجهیزات رسید. Sir W G Armstrong & Company اولین بیل مکانیکی را با استفاده از فناوری هیدرولیک در سال 1882 در انگلستان ساخت. این دستگاه در ساخت اسکله هال مورد استفاده قرار گرفت. برخلاف بیل مکانیکی های امروزی که از سیال هیدرولیک استفاده می کنند، در این نمونه از آب برای کارکرد عملکردهای هیدرولیک استفاده می شد. همچنین، این یک ماشین هیدرولیک واقعی نبود، بلکه یک ماشین ترکیبی بود که از کابل برای استفاده از باکت استفاده میکرد، اما با یک سیلندر هیدرولیک مجموعه‌ای از نوارهای ضربی را به کار می‌برد.
در طی این دهه تولیدکنندگان آمریکایی شامل شرکت ماریون استیم شوول که در سال 1884 تأسیس شد، شرکت Bucyrus و شرکت Erie Shovel که اکنون تحت مالکیت کاترپیلار است، بودند.
بیشتر شدن کاربرد بیل های مکانیکی در صنایع
همزمان با رشد جمعیت و بزرگتر شدن شهرها و توسعه صنایع، شهرهای پررونق در آمریکای از بیل برای حفر پایه ها و زیرزمین های آسمان خراش های اولیه استفاده می کردند.
صد و دو بیل مکانیکی بخار ، در حفاری ده ساله کانال پاناما در سراسر تنگه پاناما کار کردند. از این تعداد، هفتاد و هفت مورد را ساخت بوسیروس بقیه بیل‌های ماریون بودند. این ماشین‌ها در کار خود کوه‌ها را جابه‌جا کردند. خدمه بیل با هم مسابقه می دادند تا ببینند چه کسی می تواند بیشترین خاک را جابجا کند.
در معادن بیل‌های بخار به عملیات استخراج کمک میکردند: معادن آهن مینه‌سوتا، معادن مس شیلی و مونتانا، معادن پلاسر کلوندایک – همگی دارای تجهیزات حفاری زمین بودند. با رشد تعداد معادن روباز – ابتدا در بینگهام کانیون و بعدها یوتا و سایر نقاط معدن خیز کارکرد بیل ها برجسته شد.
بیل مکانیکی روز به روز بیشتر کاربردی میشد و قادر بود فعالیتهای سنگینی که تا به آن روز دغدغه زیادی بودند رفع کند. در نتیجه، بیل های بخار در سراسر جهان از استرالیا تا روسیه به معادن زغال سنگ در چین استفاده شد. بیل ها برای کارهای ساختمانی، جاده سازی و معدن نیز جایگاه خود را به دست آوردند.
اما همچنان ایده استفاده از آب در سیستم هیدرولیک رایج بود.
اولین بیل مکانیکی تمام هیدرولیک
در سال 1897 شرکت ماشین کلیگور اولین بیل مکانیکی تمام هیدرولیک را ساخت و عرضه کرد. این دستگاه فقط از چهار سیلندر بخار مستقیم و بدون کابل یا زنجیر استفاده می کرد و ساختار صلبی داشت.
کیلگور چندین مزیت را برای طراحی در مقایسه با بیل های معمولی با کابل یا زنجیر اضافه کرد. او در ساخت آن تقریباً به طور کامل از فولاد استفاده کرد. که به آن استحکام بینظیری میداد. تمام حرکات، از جمله هر انتهای حرکت سیلندر، با بالشتک مهار شد که باعث از بین رفتن ضربه یا آسیب در هنگام کار با حرکت کامل با سرعت بالا شد.
استفاده از سیلندرهای بخار برای همه عملکردهای باکت، دامنه حرکتی را بر خلاف بیل های دیگر به دیپر می داد. و برخلاف اکثر بیل‌های دیگر، می‌توانست به صورت افقی مشغول کار شود، و میتواند سنگ‌ها و موانع دیگر را راحت‌تر از سایر بیل‌ها جابجا کند.
عکس موجود در این آگهی به وضوح سیلندر بخار را نشان می دهد که میله دیپر را بالا و پایین می کند. سیلندر دوم که عملکرد crowd را تامین میکرد، به سختی در داخل بوم بین سیلندر بالابر و نوک بوم قابل مشاهده است.
مشخصات بیل کلیگور
تمام حرکات این بیل مکانیکی قدرت برابر داشتند. باکت را می توان تحت بار از مخزن خارج کند، به جای اینکه مجبور باشد آن را به سمت بالا بکشد تا آن را پر کنید. اگر بیل از ریل خارج می شد، می‌توانست با اعمال قدرت کامل در تمام حرکات باکت، آن را دوباره روی ریل ببرد. دیپر را می شد با سیلندرها به شدت تکان داد تا مواد گیر کرده در داخل آن جدا شود.
با حذف زنجیر، کابل، شیار، درام، کلاچ اصطکاکی، چرخ دنده و موتورهای بالابر، طراحی بیل مکانیکی کلیگور بسیار ساده و با قطعات کم کار شد. او سادگی عملکرد بیل را به طرز چشمگیری گسترش داد. چهار سیلندر توسط دو اهرم کنترل می شد و حرکت دست اپراتور روی هر اهرم دقیقاً و فوراً در باکت تکرار می شد.
قرن بیستم
در ابتدای قرن بیستم بیل های کاملا چرخشی پا به عرصه بازار گذاشتند. اتاقک اپراتوری این دستگاه ها مانند سایر بیل‌های راه‌آهن، با دیپر چرخ می‌خورد. در حالی که اتاقک بیل کیلگور روی چهارچوب اصلی بود که باعث میشد از چرخش کامل جلوگیری کند. و به جای طناب یا اهرم، از پدال پا برای استفاده از باکت استفاده می شد.
کیلگور ه کارکرد اقتصادی بیل را به بازار عرضه کرد. سیلندرها به بخار کمتری نیاز داشتند، بنابراین سوخت و آب کمتری نسبت به سایر بیل مکانیکی ها داشتند، زیرا قطعات کمتری برای تغذیه وجود داشت. اپراتور تمام عملکردهای دستگاه را کنترل میکرد می کرد، اما به یک خدمه دوم نیاز داشت تا دیپر را به کار گیرد در حالی که اپراتور همه چیز را اجرا می کرد.
بیل های بخار در دهه 1920 به طور گسترده در برنامه های جاده سازی در آمریکای شمالی مورد استفاده قرار گرفتند. هزاران مایل بزرگراه ایالتی در این دوره همراه با کارخانه ها و اسکله ها، بنادر، ساختمان ها و سوله های غلات به بهره برداری رسیدند.
ورود موتور دیزل
در طول دهه 1930، بیل مکانیکی های بخار با بیل‌های ساده‌تر و ارزان‌تر حفاری که مجهز به موتور دیزلی بودند که پیشگامان بیل‌های امروزی بودند جایگزین شدند. معادن روباز در این زمان برق دار شدند. و پس از جنگ جهانی دوم، با ظهور شیلنگ‌های هیدرولیک فشار قوی، بیل‌های هیدرولیکی بر بیل‌های وینچ کابل‌کش برتری یافتند.
بسیاری از بیل‌های بخار در راه‌آهن کشورهای در حال توسعه باقی ماندند تا اینکه موتورهای دیزلی جایگزین آنها شدند.
اما بیل مکانیکی های معدنی بزرگ و چند تنی هنوز از آرایش بیل کابلی استفاده می کردند. در دهه‌های 1950 و 1960، ماریون شوول بیل‌های بزرگی برای عملیات زغال‌سنگ در شرق ایالات متحده ساخت. از این میان باید از دستگاه های زیر نام برد
- ماریون 360
- ماریون 5900 ، که بزرگترین بیل ساخته شده تا آن روزگار بود.
- ماریون 6360 کاپیتان، با یک باکت 180 یارد مکعبی معادل 140 متر مکعب
در حالی که بوسیروس یکی از معروف ترین هیولاها به نام بروتوس بزرگ را ساخت. که هنوز هم موجود است. ماشین حفاری غول پیکری که آنرا به اختصار GEM نامید. که برای اولین بار در در بلمونت، شرق اوهایو مشغول به کار شد. و از سال 1967 تا 1988 فعالیت می کرد، اندازه ای مشابه داشت.
لطفا برای مطالعه سایر مقالات اینجا کلیک کنید.
