Un escavatore (chiamato anche escavatrice o macchina escavatrice ) è una macchina movimento terra generalmente semovente (cioè dotata di un organo di trazione proprio) utilizzata principalmente per operazioni di scavo, carico e scarico di materiale. È impiegata per esempio durante lavori edili o stradali, per la movimentazione di carbone o altro materiale nelle miniere, o per la rimozione di porzioni di terreno non particolarmente coerente.
I principali tipi di escavatore, relativamente al loro funzionamento e alle caratteristiche costruttive, sono gli escavatori idraulici (equipaggiati con benna o altra attrezzatura intercambiabile), gli escavatori a fune (con benna), gli escavatori a ruota di tazze e gli escavatori a catena di tazze.
L'operatore che aziona la macchina viene detto "escavatorista".
Storia
Macchine precorritrici
I primi disegni di dispositivi analoghi ai moderni escavatori furono prodotti già da Leonardo da Vinci nel XV secolo. Draghe galleggianti azionate dalla forza umana, animale o eolica, furono largamente usate nel Regno Unito e nei Paesi Bassi a partire dal XVII secolo per la rimozione del fango dai canali di navigazione. A inizio del 1700, tali macchine erano comunemente impiegate nella pulizia dei principali porti dell'epoca: Tolone, Brest, Genova e Venezia. Il primo escavatore a vapore, da cui ebbe origine successivamente l'escavatore idraulico (cioè che utilizza per il movimento dell'organo di lavoro un sistema con martinetti idraulici), fu sviluppato a Birmingham nel 1796 dall'inventore scozzese James Watt e dall'imprenditore inglese Matthew Boulton, Saul Wordsworth, iVT International - FEATURE: A brief history of the excavator e fu utilizzata nel porto di Sunderland, in Inghilterra. Alcune di queste macchine erano simili per funzionamento ai moderni escavatori a catena di tazze. Nel 1804 l'inventore e imprenditore Olivier Evans sviluppò il primo esemplare di escavatore anfibio per il porto di Filadelfia, caratterizzato da una serie di ganci per la rimozione di rami, pietre e sedimenti. La macchina di Evans è considerata anche la prima automobile degli Stati Uniti.
Primi prototipi
Il primo brevetto di un escavatore a vapore su rotaia, opera dell'ingegnere ferroviario americano William Smith Otis, Hilary Zhao, Excavator History: The Industrial Revolution Through the Centuries risale al 1836. L'escavatore a vapore di Otis, progettato tra il 1833 e il 1835, è considerato anche il primo escavatore a benna singola operante al suolo. Era piuttosto rudimentale rispetto agli escavatori moderni, essendo costituito essenzialmente da un telaio ferroviario in legno e ferro a cui era collegato un braccio meccanico, con benna singola, che poteva essere parzialmente ruotato (entro un angolo di circa 180°) attraverso funi azionate dalla forza umana. Furono realizzati solo pochi esemplari dell'escavatore a vapore di Otis, la cui produzione, da parte dell'azienda John Souther & Company, continuò comunque fino al 1913. A partire dagli anni 1870, con la scadenza del brevetto, altre aziende misero in commercio escavatori a vapore simili a quello di Otis, impiegati principalmente nella costruzione di ferrovie.
I primi "escavatori idraulici" erano in realtà azionati in parte in maniera idraulica e in parte attraverso dei cavi; un'altra differenza rispetto agli escavatori idraulici moderni era l'utilizzo di acqua al posto del fluido idraulico. Un esempio di tali primi escavatori idraulici furono gli escavatori prodotti dall'azienda W. G. Armstrong and Co e utilizzati per costruire il porto di Hull, in Inghilterra. Un altro escavatore di questo tipo fu testato nel 1914 dall'ingegnere meccanico Frank H. Armstrong (che, nonostante il nome, non era imparentato con William George Armstrong, capo dell'azienda W. G. Armstrong and Co) per l'azienda statunitense Penn Iron Mining Company. La Kilgore Machine Company costruì nel 1897 un escavatore a vapore controllato da un sistema idraulico costituito da quattro cilindri a vapore ad azionamento diretto, che quindi non prevedeva funi o catene per il suo funzionamento. Sebbene l'escavatore del 1897 della Kilgore Machine Company sia da alcuni definito "il primo escavatore completamente idraulico", tale primato è stato attribuito anche ad altri escavatori, come lo "Yumbo" dei fratelli Bruneri del 1951 e l'escavatore del 1941 dell'azienda Gradall, in Ohio.
Nel 1884 fu costruito dall'azienda Whitaker & Sons (a Leed, in Inghilterra) il primo escavatore a benna con rotazione a 360°. Tale tecnologia divenne ampiamente utilizzata nel XX secolo.
Adozione dei cingoli
Tra la fine del XIX secolo e l'inizio del XX secolo risale l'invenzione dei cingoli, inizialmente in legno, utilizzati sui trattori a vapore da Benjamin Holt, fratello di Charles Holt, capo della Holt Manufacturing Company, da cui ebbe origine più tardi l'azienda Caterpillar. All'inizio degli anni '50 Pierre Bataille, dell'azienda francese Poclain, inventò quello che viene considerato il primo escavatore cingolato a pala anteriore completamente idraulico. Tale escavatore era costruito sul telaio di un fuoristrada Dodge modificato, trainato da un trattore, al quale era collegato tramite presa di potenza (PTO), per cui la postazione di guida dell'escavatore e quella del trattore erano separate. Il trattore di Pierre Bataille, progettato nel 1949, fu presentato alla Fiera delle macchine agricole (Agricultural Machinery Show) nel 1951. Nello stesso anno i fratelli italiani Carlo e Mario Bruneri brevettarono un escavatore completamente idraulico a benna rovescia, equipaggiato con pompa e martinetti idraulici. Nel 1954 il brevetto dell'escavatore ideato dai fratelli Bruneri fu denominato "Yumbo" e venduto, assieme ai diritti di fabbricazione, alla società francese Sicam, che commercializzò il primo modello, dotato di cingoli, sotto il nome di "S25".
Ulteriori sviluppi tecnologici Negli anni '60 si ebbe la commercializzazione di escavatori idraulici da parte dell'azienda giapponese Kato Works Co. Ltd. Alla fine degli anni '60 risale invece il primo escavatore compatto (o "miniescavatore"), progettato in Cina per essere utilizzato nelle risaie, e commercializzato nel 1971 dall'azienda giapponese Kubota con il nome di "Kubota Rabbit". Un altro dei primi miniescavatori è stato l'escavatore semovente gommato "YNB 300" della Yanmar Construction Company. Negli anni '80 gli escavatori compatti si diffusero quindi nel Nord America e in Europa, per essere impiegati in una molteplicità di settori. Nella metà degli anni '80, delle aziende costruttrici di miniescavatori facevano parte JCB, Kubota, Beresford e Manitou. Tra gli anni '60 e gli anni '80 si sviluppano inoltre i primi escavatori idraulici meccatronici (tra cui l'escavatore Komatsu PC05-7), nei quali l'impianto idraulico è controllato elettronicamente.
Nel 1998 fu prodotto dall'Istituto di microtecnologia di Mainz (IMM) il più piccolo escavatore motorizzato al mondo, avente una lunghezza di 63 mm e un peso di 12 g. Il funzionamento di tale "microescavatore" è assicurato da due micromotori della lunghezza di 5 mm.
Nell'ottobre del 2012, l'escavatore a benna frontale denominato "Cat 6120B H FS", prodotto dalla Caterpillar, ha ottenuto il primato del più grande escavatore idraulico a benna. L'escavatore Cat 6120B H FS ha un peso di tonnellate e la sua benna ha una capacità di 65 m3. È inoltre il primo escavatore a utilizzare una tecnologia che recupera l'energia associata alla discesa del braccio meccanico durante la sua decellerazione, immagazzinandola in appositi capacitori elettrici.
Escavatori idraulici
Gli escavatori idraulici utilizzano per il loro funzionamento un sistema che comprende dei martinetti idraulici collegati al braccio meccanico dell'escavatore. Il fluido viene spinto o aspirato da apposite pompe nei martinetti, determinando così l'allungamento e accorciamento: in questa maniera il sistema idraulico va a comandare il movimento del braccio meccanico dell'escavatore.
Gli escavatori idraulici sono macchine piuttosto versatili, che trovano largo impiego in diversi tipi di attività, in particolare nell'ambito delle costruzioni, ma anche nell'ambito minerario e in attività di movimentazione terra o altri materiali. Sono utilizzati ad esempio nell'ambito delle costruzioni per effettuare lo scavo di fondazioni, per la movimentazione dei materiali da costruzione, oppure per la costruzione di trincee sia di grandi dimensioni (ad esempio per il passaggio di una strada o di una linea ferroviaria) sia di dimensioni limitate (ad esempio per la posa di tubazioni o di cavi elettrici interrati). Utilizzando attrezzi diversi dalla benna, gli escavatori idraulici possono ampliare il numero di applicazioni possibili, includendo ad esempio lavori di demolizione di edifici, movimentazione di rottami, movimentazione di traversine e rotaie e sollevamento di materiali e lavori in ambito agricolo e forestale (ad esempio per il trasporto di legno, cereali, cippato, terreno agricolo, ecc.). Per l'utilizzo in spazi ristretti, si utilizzano i cosiddetti i cosiddetti "escavatori compatti" (o miniescavatori), che hanno una massa operativa non superiore a 6 tonnellate.
I principali tipi di escavatori idraulici, distinti a seconda del loro attrezzo e del modo in cui è mosso l'attrezzo, sono: Escavatori a benna frontale: la benna ha la bocca rivolta verso il lato opposto dell'escavatore. Viene spinta contro la parete di scavo nel punto più basso possibile e viene quindi sollevata asportando il materiale dal basso verso l'alto. Escavatori a benna rovescia: al contrario degli escavatori a benna frontale, la benna ha la bocca rivolta verso l'escavatore. Viene utilizzata per effettuare degli scavi al di sotto del piano su cui è posta la macchina, oppure ad altezze minime al di sopra dello stesso. Il movimento di raccolta è dato dal braccio, che muove la benna lungo la parete da scavare dal punto più lontano a quello più prossimo all'escavatore. Escavatori a benna mordente: sono solitamente impiegati per lavori di scavo che richiedono di raggiungere un punto molto inferiore al piano d'appoggio della macchina, ad esempio nella costruzione di fondazioni profonde oppure nel dragaggio di fondali marittimi o lacustri nei pressi della riva o della chiatta su cui l'escavatore è montato. La benna viene calata aperta sul punto di scavo, dove penetra nel terreno e, grazie a un azionamento solitamente idraulico, viene chiusa in modo da raccogliere il materiale.
Parti principali
Come altre macchine movimento terra (bulldozer, pala caricatrice, terna, ecc.), gli escavatori idraulici possono essere considerati come l'insieme di tre parti principali: macchina base: è l'escavatore privato dell'attrezzatura (braccio dell'escavatore) e dell'accessorio (solitamente una benna); è costituita da un corpo basso, denominato "carro", dove sono installati gli organi necessari allo spostamento della macchina (ruote, cingoli, ecc.) e da una struttura superiore, denominata "torretta", che include la postazione di guida e di comando (spesso cabinata), il vano motore e l'attacco per il braccio escavatore. Negli escavatori moderni, la torretta generalmente può ruotare di 360° rispetto al carro. A seconda del tipo di sistema di alimentazione degli organi di locomozione, gli escavatori sono distinti in escavatori a vapore, escavatori a combustione interna ed escavatori elettrici; attrezzatura: è il braccio meccanico dell'escavatore, privato dell'accessorio, collegato alla macchina base e al quale è collegato l'accessorio; può essere a raggio fisso (monoblocco) o a raggio variabile (cioè un braccio snodato, costituito da più componenti); nel caso in cui sia necessario raggiungere con l'attrezzo punti molto distanti dall'escavatore (ad esempio nell'ambito delle demolizioni), si utilizzano escavatori con braccio telescopico o escavatori detti "a lungo braccio";