משאבת בטון

משאבת בטון היא כלי שמטרתו להעביר בטון למקומות שהגישה אליהם מוגבלת. בדרך כלל מותקנת המשאבה על משאית המצוידת במנוף, המעביר את צינור הפליטה של המשאבה לאזור אליו מעוניינים ליצוק את הבטון.

רקע היסטורי
עד לראשית המאה ה-20, הובלה תערובת הבטון ממערבל הבטון אל אתר העבודה בדליים הנישאים באמצעות אדם או במנופים. הדבר הצריך הרבה זמן וכוח אדם. בשנת 1927, הגיעו המהנדס הגרמני מקס גיס (Max Giese) ועמיתו פריץ הל (Fritz Hell), לרעיון של שאיבת בטון ממערבל הבטון למקום העבודה, ללא צורך בדליים. על מנת שהבטון יוכל להישאב במכונה שבנו, הם הפחיתו את כמות המים בתערובת והוסיפו לו חצץ, מה שעשה את הבטון חזק יותר. הם הצליחו לשאוב את הבטון לגובה של 38 מטרים ולמרחק של 120 מטרים.
במקביל, נרשם פטנט על שאיבת בטון בהולנד בשנת 1932 על ידי יאקוב קורנליוס קויימן (Jacobus Cornelius Kooijman). פטנט זה שולב יחד עם הפטנט הקודם של המפתחים הגרמנים.

המערכת

המשאית צריכה להיות מותאמת לנשיאת המערכת. המשקל אותו צריכה המשאית לשאת הוא גבוה, ולכן נדרש לשם הובלת המערכת רישיון נהיגה מדרגה C. הכוח (ליתר דיוק, הספק) להפעלת המערכת מגיע בדרך כלל ממנוע המשאית. כדי להעביר את הכוח מהמנוע את המערכת, משתמשים בגל הינע (Drive Shaft). גל ההינע מעביר את הכוח אל משאבת השמן ההידראולי. שלדת משאבת הבטון מתחברת לשלדת המשאית. על שלדה זו מורכבות מערכות המשאבה. החלק העליון של שלדה זו נקרא 'בטן' ואליו מחוברות הרגליים והצריח.

רגליים 
רגלי המשאבה משמשות לאיזון המשאית, לייצובה, ולהגדלת שטח הבסיס שלה כדי למנוע התהפכות. בנוסף, אם המשאית לא תהיה מאוזנת  אופקית, הכוח שיידרש על מנת לסובב את המנוף יהיה גדול יותר. 
הרגליים נושאות בנטל העומס הכבד של המנוף (עשרות טונות), ולכן הן בנויות בצורה חזקה. הלחץ בכפות הרגליים מעיק על הקרקע. במקרים מסוימים הקרקע עלולה לשקוע (בחול, בבוץ, באבני מדרכה וכדומה). כדי למנוע את השקיעה, מחלקים את הלחץ על שטח גדול יותר של קרקע. דבר זה מושג על ידי שימוש בקרשים ובפלטות עץ. כיוון שהרגליים חלולות, לעיתים נעשה שימוש בחלל שלהם כמכל ראשי או משני של שמן או מים. ישנן אפשרויות רבות לחבר את הרגליים לגוף המשאבה: באמצעות ציר עם מייצבים, ציר עם הארכה ומייצבים, מייצבים בלבד, הארכה עם מייצבים ותצורת X. גם הסדר בו יחוברו הרגליים הוא שונה: לפעמים הקדמיות X והאחוריות ציר עם מייצבים. לפעמים הקדמיות ציר עם הארכה ומייצבים והאחוריות רק מייצבים, ועוד אפשרויות רבות.

צנרת 

הצינורות הסטנדרטיים הם באורך של 3 מטרים, קוטרם כ- 5.5 צול והם עשויים ממתכת. ישנם גם צינורות קצרים יותר. הצינורות מחוברים אחד לשני בקלמרה (חבק). במקום החיבור ישנן גומיות על מנת להבטיח אטימה טובה. כדי ליצור זווית בין שני צינורות, משתמשים לרוב בצינורות קצרים המכופפים בצורת 'ר' היוצרת זווית של 90°, אך ישנם גם צינורות זווית היוצרים זוויות קטנות יותר. כל צינור מכופף נקרא 'זווית'. חלק נוסף הוא הצינור הסופי, צינור זה עשוי מתכת מצופה גומי. מצינור הגומי נשפך הבטון אל המקום המיועד. הוא עשוי גומי כדי לאפשר לו גמישות לתמרון קל בידי פועל הבניין. כדי לחבר צינורות בעלי קוטר שונה, משתמשים במתאם מתכת (Adapter). בדרך כלל משתמשים בו בנקודת חיבור הצנרת המגיעה ממערכת השאיבה אל הצנרת העולה אל הצריח. מקום נוסף בו משתמשים במתאם הוא בחיבור צינור גומי נוסף לצינור הסופי. החיבור מתבצע כדי להאריך אותו או כדי להצר את קוטרו. חלק נוסף שנמצא בצנרת הוא 'פקק שמנת' (יוסבר להלן). כדי לאפשר תנועה בין הזוויות (למשל, בנקודת חיבור שתי זרועות המנוף), סכים בגריז את נקודת החיבור של הזוויות ואת הגומיות.

משאבת שמן
משאבת השמן מקבלת את הכוח הדרוש להפעלתה מגל ההינע. תפקיד המשאבה הוא ליצור לחץ בשמן כדי להפעיל בעזרתו את רוב המערכות של המשאבה (כגון בוכנות הידראוליות). ישנן תצורות שונות של משאבות שמן (משאבה מרכזית ובנוסף משאבת שירותים וכדומה). חשוב להדגיש שמשאבת השמן היא חלק מן המערכת ההידראולית המפעילה את משאבת הבטון ולא משמשת לשאיבת בטון.

צריח
הצריח הוא נקודת החיבור של המנוף לבטן המשאבה. אל הצריח מגיע צינור הבטון מכיוון הסל הצנרת מתחברת למנוף בצורה מושלמת בעזרת זוויות המאפשרות את סיבובו של המנוף. מהבטן מתחברים למנוף גם צינורות שמן מאוגדים יחד בשרוול בד המתחברים לניפלים (צינורות מתכת לשמן) שעל המנוף. שרוול זה מגביל את סיבוב המנוף לסיבובים אחדים לכל כיוון (אחרת, השרוול ימתח וייקרע). ציר המנוף מתחבר לצריח בעזרת מספר ברגים גדולים (בוקסות) המאפשרות לו תנועה חופשית ימינה ושמאלה אך רק מעט מרווח מעלה ומטה. במקרה בו יש חופש תנועה גדול מדי מעלה - מטה, יש להחליף את הבוקסות השחוקות.

ישנן שתי אפשרויות לסובב (לצודד) את המנוף:
 מסרק: על ציר המנוף ישנו גלגל שיניים גדול. בצידי הצריח ישנו מוט אחד או שניים משוננים, כאשר הם נעים קדימה ואחורה (כל אחד לכיוון שונה), הם מסובבים את הצריח (בצורה דומה פועל גם הגה המכונית, אך במכונית, גלגל השיניים מניע את המוט המשונן). תנועת המסרק מוגבלת, ולכן המנוף מוגבל למעט יותר מסיבוב בודד סביב צירו (כדי להסתובב יותר, צריך להסתובב לכיוון השני). במסרק משתמשים בדרך כלל במנופים שגודלם לא עולה על 36 מטרים. 
 גיר: גם כאן, כמו בצידוד בעזרת מסרק, על ציר המנוף יש גלגל שיניים. במקרה זה, לצד גלגל השיניים יש מנוע (אחד או שניים) שעובד על לחץ שמן. מנוע זה יכול לסובב את המנוף ללא מגבלה, אך עדיין, צידוד המנוף מוגבל בגלל השרוול ההידראולי.

מנוף
מנוף המשאבה הוא בעל מספר זרועות (בין שלוש לשש). אורך המנוף נע בין 16 מטרים לבין 63 מטרים. לאורכו של המנוף מורכבת צנרת בטון המזרימה אותו אל הצינור הסופי. כדי להניע את זרועות המנוף משתמשים בבוכנות הידראוליות (Piston). הבוכנה משתמשת בלחץ של נוזל (ראו חוק פסקל) על מנת לייצר כוח רב תוך הפעלת כוח מועט. כל בוכנה ניזונת משמן המגיע אליה משלושה "ניפלים" (צינורות מתכת). הניפלים מקבלים את אספקת השמן ממשאבת השמן, משם הוא זורם בצינורות של השרוול ההידראולי, דרך הניפלים עד הבוכנה. כל בוכנה מחוברת בצד אחד במעין 'אוזניים' למנוף. בצד השני היא מחוברת למספר מוטות הנקראים 'עצמות'. תפקיד העצמות הוא להמיר את תנועת הבוכנה, את כיוונה ואת עוצמתה כדי לאפשר את פתיחת הזרועות. העצמות הן חוליה שעומס רב מופעל עליה. ולכן, העצמות צריכות להיות חזקות. לכל חברה של משאבות, ולכל דגם שונה, יש, בדרך כלל, צורת עצמות ייחודית. על פי צורת העצמות ניתן לזהות את דגם המשאבה ואת אורכה. מערכת דומה (אם כי פשוטה יותר) של עצמות ניתן לראות גם על גבי זרוע של מחפר.

סל 

הסל הוא כלי קיבול גדול (בנפחים של כ-400 עד 500 ליטר) המשמש כמאגר בטון ממנו המשאבה שואבת בטון ומזרימה אותו אל יעדו. הבטון מגיע לסל מתוך מערבל בטון השופך את הבטון לתוכו. הסל הוא מעין קופסה עם כיסוי רשת (לבטיחות), מכאן נשאב הבטון בעוצמה דרך הצנרת עד הגיעו אל המקום הרצוי. בתחתית הסל ישנו פתח הסגור בפקק. את הפקק פותחים כדי לרוקן את הסל ממים ובטון בזמן שטיפת המשאבה. פתיחתו וסגירתו מתבצעת בעזרת פטיש. בדגמים מסוימים ישנו מערבל קטן המערבב את הבטון הנמצא בסל ומשאיר אותו בתנועה, למקרה שהבטון ישהה זמן רב בסל. אם הבטון יישאר ללא תנועה, הוא עלול להתייבש ולסתום את המערכת. שיטה נוספת למניעת יבוש הבטון מושגת על ידי שאיבת הבטון קדימה ואחורה מדי פעם. ידית ההפעלה של המערבל נמצאת, על פי רוב, בצמוד לידית ההפעלה של צינור המים, כלומר, בין הסל למדרגות הסיפון.

מערכת השאיבה
מערכת זו היא לב המשאבה, תפקידה הוא להזרים את הבטון בצנרת. יש שני סוגים עיקריים של מערכות לשאיבת בטון: מערכת צילינדרים ומערכת תוף.

סל השאיבה מנוקב בשני חורים גדולים (קוטרם כ-180 מילימטרים, לפעמים אף יותר) לחורים אלו מחוברים שני גלילים גדולים, שבעזרת בוכנה שואבים אל תוכם בטון, כל פעם גליל אחד (כמו במזרק). אורך הגלילים נע בדרך כלל בטווח של 1,400-2,100 מילימטרים (כשני מטרים), כאשר האורך הוא כפול (כדי לאפשר מקום לבוכנה). כאשר גליל אחד מתמלא בטון, מתחבר צינור אל קצהו הפתוח בסל. ברגע החיבור, גליל אחד מלא בטון וראש הבוכנה ('ראש הגומי') נמצא בקצה המרוחק מהסל בעוד בגליל השני אין בטון וראש הבוכנה נמצא קרוב לסל. כעת, הבוכנה שבראש הגליל המלא מתחילה לנוע לכיוון הסל ובכך לדחוף את הבטון אל הצנרת. במקביל, הבוכנה השנייה שואבת בטון מהסל אל הגליל - כך שבזמן שגליל אחד מתרוקן, הגליל השני מתמלא בטון ואז נצמד אליו צינור. תמיד הבוכנות נעות בכיוונים נגדיים, כאשר מערכת הבקרה מבוססת על חיישנים אלקטרונים (בעבר התבססה המערכת על אמצעים מכניים כדי לווסת את תנועת הבוכנות קדימה ואחורה). בשעת תקלה, ניתן לשלוט על תנועת הבוכנות בצורה ידנית. בקצה הצילינדרים, במקום בו הם מסתיימים ומתחיל החלק הצר יותר אליו נכנסים המוטות של הבוכנה, ממוקמת בריכת מים המחברת בין הגלילים, כך, שהמים נמצאים מסביב החלק האחורי של ראשי הגומי. תפקיד המים הוא לנקות, לצנן וליצור סיכה בין ראש הגומי לגליל.

קצה הצינור שנע בין הצילינדרים בא בשתי תצורות.
 בתצורת "פיל" או "אלפנט" (Elephant), קצהו האחד נע בין הצילינרים על פי הצורך, ואילו הקצה השני מחובר לצנרת. בתצורה זו, הצנרת נמצאת בקצה העליון של הסל. כך שהפיל יוצר צורה המזכירה חדק של פיל ומכאן שמו. תצורה זו נמצאת בשימוש של חברת Putzmeister. 
 בתצורה השנייה, תצורת S, המערכת מורכבת מצינור בצורת S שקצהו האחד נע בין הגלילים ואילו קצהו השני מחובר לדופן הסל החיצונית (שם יש חור נוסף), שם הוא מתחבר להמשך הצנרת. במקרה זה, הצנרת מורכבת או לצידו של הסל, או מעליו. כדי להצמיד את החדק או את ה-S אל הצילינדרים משתמשים ב"משקפיים"- פלטת מתכת בעלת שני חורים. ל"משקפיים" יש גם גומיות מיוחדות לאטימה מרבית. להידוק החדק אל המשקפיים ישנה פלטת מתכת המתחככת באחורי החדק, את הפלטה ניתן להדק בעזרת שני ברגים גדולים הנמצאים באחורי הסל. כדי להזיז את ה"חדק" או את ה-S בין שני הצילנדרים, במהירות ובזמן הנכון, ישנן שתי בוכנות (ובמקרים מסוימים: בוכנה אחת) אשר מניעות את המערכת במהירות רבה (על פי פקודה ממרכז הבקרה). פעולות אלו נקראות Piston flapping ומתרחשות בתדירות של כעשרים פעמים בדקה.

תוף
תצורת תוף (Rotor System, "וויבאו") משמשת בעיקר משאבות קטנות ומשאבות משולבות (מערבל בטון עם מערכת שאיבה ומנוף קטן), יתרונה הוא קומפקטיות ואפשרות לשאוב בקלות גם טיט. קצב השאיבה שלה נמוך משמעותית ממערכת שאיבה של צילינדרים (כשישים קוב לשעה לעומת 120 קוב לשעה).

עקרון הפעולה של המערכת הוא כדלהלן: נתון צינור גומי, מלא נוזלים, לחיצה על הצינור והעברת אצבע לאורכו, תגרום לתנועת הנוזל במקביל לתנועת האצבע (בדומה לשימוש בשקית עם קצפת לקישוט עוגה). כך פועלת גם משאבת תוף: בסל המשאבה יש חור אחד המחובר לצינור גומי, הצינור מקופל בחצי עיגול (בצורת האות U). בין שני חלקי הצינור יש גלגל גדול שעליו מחוברים שני גלגלים קטנים. גלגלים אלו נעים לאורך הצינור ודוחפים את הבטון לאורכו (אנימציה של מערכת שאיבה הדומה לתצורת תוף).

עזרים וחלקים נוספים
סיפון: הסיפון הוא משטח באחורי המשאית עליו ניתן לעמוד בזמן העבודה. כדי לעלות לסיפון ישנן מדרגות בצידי הסל. ניתן להרכיב משטח עץ מעל הקבינה כדי לאפשר למפעיל לעמוד עליו. 
צינור שטיפה: כדי לשטוף את המשאית, מורכב עליה מכל מים בנפח של כ-700 ליטר. אל המכל מחוברת משאבת מים המקנה למים לחץ של כמה עשרות באר. עם משאבות מים מיוחדות אפשר להגיע ללחץ של 200 באר. ידית ההפעלה של המערכת נמצאת, ברוב הדגמים, בין הסל לבין המדרגות של הסיפון.
מתז סולר: כדי למנוע הידבקות בטון למשאית ולסל, מותז על הסל ועל אחורי המשאית סולר. הסולר מקל על ניקיון המשאית ועל מעבר הבטון בצנרת. התזת הסולר נעשית על ידי מתז סולר או על ידי מברשת.

שליטה וניהוג
כדי לשלוט על המשאבה משתמשים במספר מערכות שליטה. 
מתג שילוב: כדי לחבר את מנוע המשאית למשאבת השמן (על ידי גל ההינע), יש מתג הממוקם בתוך תא הנהג. ישנה גם אפשרות להפעיל בנפרד את מערכת החשמל של המשאבה. אופן שילוב המתג משתנה בין דגמי המשאבות (לעיתים צריך לשלב הילוך בתיבת ההילוכים או לבצע פעולות אחרות).
שלט:  השלט מהווה את מרכז הבקרה היעיל ביותר. על שלט שגודלו כ- 15X30 סנטימטרים מרוכזים כעשרה כפתורי בקרה. הפונקציות הבסיסיות מאפשרות שליטה על כיבוי מנוע המשאית, שינוי סל"ד המשאית, צופר, 'מצב רגליים', כיבוי חירום של מערכות החשמל (מתג ה-'24'), מהירות מנוף, כיוון שאיבה (קדימה או אחורה), עוצמת שאיבה וניהוג המנוף. 
ישנם שלטים אלחוטיים המאפשרים שליטה בטווח של כמה עשרות מטרים באמצעות גלי רדיו. שלטים ישנים יותר משתמשים בכבל חשמלי. השלט 'נרתם' אל המפעיל בערת רצועה מיוחדת, בדרך כלל סביב אזור המותניים.
ישנם שלטים חדישים יותר המציעים פונקציות מתקדמות.
פיקוד רגליים: לאחר שילוב למצב משאבה מתא הנהג, ולאחר שניתנה פקודה בשלט המשאבה על 'מצב רגליים', ניתן לשלוט עליהן בעזרת מספר ידיות הנמצאות ליד הרגליים או עליהן. כדי לפתוח את הרגליים יש לשחרר את התפס שתופס אותן (התפס הותקן על מנת למנוע את פתיחת הרגליים תוך כדי נסיעה במקרה של תקלה). לאחר מכן יהיה ניתן לפתוח את הרגליים בעזרת הידיות. בגלל השוני בין תצורות הרגליים, והנדסת אנוש שונה בין חברות שונות של משאבות, ידיות הפתיחה שונות בין משאבה למשאבה (אפילו בדגמים שונים של חברה אחת). בדרך כלל יש ידית אחת לביטחון (אותה צריך לדחוף), וביד השנייה לשלוט על הרגליים (הורדת המייצבים, פתיחת הרגל או הוצאת ההארכה - 'הנשלף').
סלקטורים:  לבטן המשאבה מחובר ארון. בארון נמצאות מספר ידיות השולטות על בוכנות המנוף. ניתן לשלוט ממנו על המנוף, אך נוח יותר לשלוט עליו בעזרת השלט. בכל מקרה שבוכנה מופעלת, מוזזת הידית המקבילה לה מתוך הסלקטורים (על ידי לחץ השמן במערכת).
ארון בקרה: ארון הבקרה נמצא על הסיפון. בארון זה מרוכזים פריטים אלקטרונים ומספר מתגים: שאיבה, מאוורר (לקירור המערכת) וכדומה. בנוסף מורכבים עליו מספר שעוני חיווי. לידו מורכבת, בדרך כלל, ידית מכנית לשליטה על מצב המצערת (סל"ד המנוע).

תצורות שונות של משאבות בטון
 
ישנן תצורות שונות של משאבות בטון:
משאבת בטון על משאית: מדובר במשאבה הנזכרת לעיל.
משאבת בטון על גרור: לעיתים, המשאבה מגיעה בתצורת גרור (סמי טריילר) כאשר מנוע המשאבה נפרד ממנוע המשאית.
משאבת מייקו: זוהי משאית בעלת מערכת שאיבה, לפעמים אף בעלת מנוף קצר (כ- 20-30 מטר), ועם מנוע עצמאי, שעיקר העבודות שלה מבוצעות על ידי חיבור צינורות גומי רבים למערכת השאיבה, במקום שמערכת השאיבה תחובר לצנרת היוצאת למנוף (הצנרת הנוספת מגיעה לאורך של עשרות מטרים). במשאבות עם מנוף, חיבור צנרת הגומי יעשה מהצינור הסופי. יתרונה של מערכת המייקו הוא באפשרות להעביר את צנרת הגומי דרך מעברים צרים ביותר כגון: חלונות, חדרים ומרתפים (בעיקר בהרחבת בית קיים).
משאבת בטון על מערבל בטון:  משאבה זו נקראת משאבה משולבת. היא מורכבת ממערבל בטון, עליו יש מערכת שאיבה קטנה (בדרך כלל בעלת כושר שאיבה מוגבל) ומנוף. יתרונה הגדול הוא ביציקות קטנות. שאז נחסך מהמפעיל לחכות למערבל הבטון. יתרון נוסף הוא מבחינה כלכלית, אם בעלי המשאבה הם בעלים גם של מפעל בטון, שאז הם מרוויחים גם את מכירת הבטון, וגם את שאיבתו.
משאבה סטטית: משאבה סטטית מורכבת משני חלקים:
מערכת שאיבה: זוהי מערכת שאיבה עצמאית (עם מנוע עצמאי), המורכבת על עגלת גרור קטנה היכולה להגרר על ידי משאית קלה.
 
מנוף: המנוף הוא מנוף רגיל של משאבה, המורכב על עמוד בדומה לעמוד של עגורן. העמוד מוצב על שלד הבניין. עם כל קומה שמתווספת, מגביה המנוף את עצמו על בוכנות בדומה לדרך בה מגביה עצמו עגורן. המנוף מחובר למערכת השאיבה.  יתרון המערכת הוא הימצאותה באתר הבניה. אם מדובר באתר בנייה גדול, החיסכון בכסף ובנוחות גדולים- אין צורך להזמין משאבה שוב ושוב. מה עוד, שמשאבות כאלו יכולות להגיע לגבהים שמשאבת בטון רגילה לא תוכל להגיע (למשל, גורדי שחקים).
יש משאבות בטון רגילות על משאית, שניתן להסב אותן למשאבות סטטיות. כך שהמנוף יורכב על העמוד המיוחד. ואילו שאר המשאית תשמש כמערכת השאיבה.

נתונים ומספרים
לשם המחשה, מובאים להלן נתונים על משאבת בטון טיפוסית מדגם  BRF 42.14 H :
 אורך המנוף במצב אנכי: 41.9 מטרים.
 אורך המנוף במצב אופקי: 38.0 מטרים (כאשר המנוף במצב אנכי, מתווסף לגובהו גם גובה הצריח, שבמקרה זה שווה ל-3.9 מטרים).
 קצב שאיבה: 140 קוב (מטר מעוקב) לשעה.
 לחץ הבטון בצנרת: 70 באר.
 אורך הצילינדרים: 2100 מילימטרים.
 קוטר הצילינדרים: 210 מילימטרים.
 מספר החלפות של ה- Piston flaper לדקה ('מכות'): 27.
 מספר זרועות: 4, תצורת קיפול מנוף- R.

האותיות BRF מסמנות כי זוהי משאבת בטון ניידת, עם מערכת שאיבה של צילינדרים (Elephant; כאשר S במקום R, תסמן על מערכת שאיבה צילינדרים עם S). האות B מסמנת בטון, והאות F מסמנת ניידות.
המספר 42 מסמן את גודלה התאורטי של המשאבה במטרים.
14 מסמן על קצב שאיבה של 140 קוב לשעה.

קישורים חיצוניים

ציוד מכני הנדסי
כלי רכב
בטון
בטון
גרמניה: המצאות