بیل مکانیکی عبارت از اتاقک گردانی است که سوار بر چرخها بوده و در انتهای جلویی آن بیل متصل شده است. بیل  انتهایی عبارت است از تیر اصلی بیل، میله جام، جام و کابلهای فلزی مورد لزوم که حرکات بیل را تأمین می کنند. در شکل زیر اجزای اصلی یک بیل مکانیکی نمایش داده شده است:

تاریخچه ساخت بیل مکانیکی

بیل مکانیکی امروزی از ۱۴۰ سال پیش توسعه و رشد کرده اند. اواخر دهه ۱۸۰۰ صنعتگران مکانیک متوجه شدند که نیروی هیدرولیک می تواند به کاربردهای حفاری کمک کند. از آنجا بود که بیل مکانیکی مدرن توسعه یافت. بیل مکانیکی های اولیه با استفاده از نیروی بخار فعالیت می کرد و کمک بسیار بزرگی به فعالیت های مهندسی ارائه داند.

نحوه عملکرد بیل مکانیکی

در بیل های مکانیکی ، هیدرولیکی عمل حفاری به وسیله فشار بیل و سپس بالا بردن آن با مواد کنده شده انجام می گیرد. میله جام به کمک دستگاه کنترل ماشین بیل مکانیکی ، جام را به داخل زمین فشار می دهد یا آن را از منطقه حفاری بیرون می کشد. پس از انجام حفاری و پر شدن جام، با استفاده از کابل بالا آورنده، جام بلند می شود و سپس با حرکت افقی تیر اصلی جام به منطقه تخلیه منتقل شده و بار با آزاد کردن چفت در جام تخلیه می گردد. چون می توان بیل مکانیکی را با فشار در خاک فرو برد لذا سخت ترین نوع خاک و حتی سنگ نرم یا ترک خورده را می توان با بیل مکانیکی حفاری نمود.

با آنکه بیل مکانیکی قادر است چه در زیر سطح تراز ماشین و چه در بالای آن کار کند، بهرحال بهترین راندمان برای بیل های مکانیکی وقتی به دست می آید که محل کار بالای سطح زمین و تا زیر لولای دوران میله جام shipper shaft باشد.

 یکی از مزایای بیل مکانیکی این است که این ماشین در موقع حفاری در سطح زمین دارای راندمان بسیار بالاست بدین دلیل که می تواند در حین حفاری راه پیشروی خود را باز کند. در ضمن بیل مکانیکی قادر است که دیواره های قسمت حفاری شده را شکل داده و شیب ترانشه را اصلاح کند. مواد حفاری شده بوسیله بیل مکانیکی را می توان در کامیون یا مستقیماً در محل خاکریز تخلیه نمود.

مانور با بیل مکانیکی

برای حفاری مؤثر، بیل مکانیکی باید یک سطح عمودی در مقابل داشته باشد. این سطح را جبهه حفاری می نامند. اگر حفاری در کنار یک تپه یا عوارض سطحی نظیر آن باشد، این جبهه به زودی ایجاد می شود. اما اگر حفاری قرار است در زیر سطح زمین صورت گیرد، بیل مکانیکی باید اول یک سطح شیبدار تا رسیدن به جبهه حفاری در زمین ایجاد نماید و سپس اقدام به حفاری در جبهه نماید.

دقت و قدرت حفاری بیل معکوس نسبت به سایر ماشین آلات مشابه مانند دراگلاین بیشتر است به همین جهت بیل معکوس مخصوصاً در مورد کندن خندق بسیار مفید می باشد. چون خندقها با عمق و عرض معین کنده می شوند معمولاً بهترین شاخص میزان کار خندق کنی فوت طول (یا متر طول) خندق کنده شده با ابعاد معین در واحد زمان می باشد. بنابراین عرض جام بیل معکوس باید به اندازه عرض خندق یا اندکی بیش از آن انتخاب شود. چون سیکل کار یک ماشین معین بستگی زیادی به اندازه جام ندارد، در صورت امکان و با توجه به عرض خندق و ظرفیت ماشین باید از بزرگترین نوع جام استفاده نمود. بیل معکوس، بخصوص نوع هیدرولیکی آن، برای لوله گذاری هم مورد استفاده قرار می گیرد.

موارد استفاده از بیل مکانیکی

بعلت قابلیت کنترل جام و دقت زیاد کار این ماشین، از بیل معکوس برای کندن خندق، ریختن خاک برای پوشاندن کف، قرار دادن لوله در محل و خاکریزی بر روی آن استفاده می شود. از این ماشین برای کندن زیر زمین بناها و همچنین برای اصلاح شیب خاکریز استفاده می کنند.

در انتخاب یک بیل مکانیکی با جام معکوس مناسب باید به مسائل زیر توجه زیادی نمود:

1. ماکزیمم عمق مورد نظر خاکبرداری
2. بزرگترین شعاع عمل مورد نیاز برای حفاری و تخلیه مواد
3. ماکزیمم ارتفاع تخلیه
4. ابعاد محوطه مورد نیاز برای عملکرد بیل معکوس با توجه به ابعاد اتاق و تیر اصلی.

در این مورد باید به ساختمانها و موانع موجود در اطراف منطقه توجه نمود.

انواع بیل مکانیکی

علاوه بر بیل مکانیکی با جام معکوس که به آن پرداخته شد، سایر بیل‌های هیدرولیکی بر اساس شکل ظاهری و کاربردشان دارای انواع گوناگون می‌باشند که در ادامه به بررسی آن‌ها پرداخته شده‌است.

بکهولودر

این ماشین ترکیبی از لودر و بیل مکانیکی می‌باشد. به این ماشین بیل مکانیکی با جام معکوس نیز گفته می‌شود.

قسمت‌های تشکیل دهنده این بیل شامل موارد ذیل می‌باشد:

• اطاقک فرمان
• جرثقیل
• جام بیل کششی
• کابل‌های لازم جهت کنترل قسمت‌های گوناگون

این بیل قادر به انجام فعالیت‌های گوناگون در سطوح بسیار بالاتر و بسیار پایین‌تر از سطح اتکاء خود می‌باشد. همچنین در انواع متفاوت زمین‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. همانطورکه گفته شد درقسمت این ماشین یک بیل مکانیکی وجود دارد قدرت این بیل نیز بر اساس زاویه آن با زمین و شعاع عملکرد بازوها فرق میکند شرکتهای سازنده براساس نوع ماشین آلات نمودارهایی مبنی برقدرت بیل در حالات مختلف ارائه میدهند .

دراگ لاین یا بیل کششی

دراگلاین تشکیل شده از یک اتاقک فرمان، یک تیر جرثقیل، یک جام دراگلاین و کابل های لازم جهت کنترل قسمتهای مختلف یاد شده. این ماشین موارد استفاده بسیار دارد. حفاری با دراگلاین در سطوح بالاتر از سطح اتکاء ماشین تا سطوح خیلی پایین تر از سطح اتکاء ماشین و زمینهای نرم تا زمینهای متوسط سخت امکان پذیر می  باشد.

یکی از مهمترین موارد برتری دراگلاین بر سایر ماشین آلات ، همانا بازوی طویل آن برای حفاری و تخلیه مواد کنده شده بوده و سیکل کار آن نیز بسیار کوتاه است. کابل بالا برنده برای بالا و پایین بردن جام می باشد. در دراگلاین حفاری از طریق کشیدن جام بر روی مواد حفاری توسط کابل کششی صورت می گیرد.

کلامشل

جرثقیل خاکبردار یا کلامشل دستگاهی است مجهز به تیر مشبک جرثقیل، جام کلامشل و کابلهای لازم جهت کنترل دستگاه. کلامشل برای انجام عملیاتی از قبیل کندن چاه و گودال های عمودی یا پی کنی، انتقال مواد از محل دپو به انبارها و تخلیه مواد از واگنهای باری خط آهن مناسب است.

جام جرثقیل یا کلامشل از دو قطعه که به هم لولا شده اند تشکیل شده است. در هنگامی که کابلهای بستن جام و بالا بردن جام فاقد کشش باشند، از سرباره های اضافی باز کردن جام استفاده می شود. وقتی که جام باز باشد، وزن آن به وسیله کابل نگهدارنده تحمل می شود و کابل زیرین که از جام به وسط تیر مشبک متصل است برای جلوگیری از کج شدن و نوسانات جام در حین عملیات به کار می رود.