Шарнирно-сочлененные самосвалы для строительных и открытых горных работ

Родоначальником этого направления стала компания Volvo. В последующие годы благодаря ведущим компаниям, создающими мобильную землеройную, дорожно-строительную и горную технику, это направление получило дальнейшее развитие.

Этот тип самосвалов предназначен для использования в различных отраслях строительства на перевозке грузов в труднопроходимых условиях, а также при добыче полезных ископаемых и строительных материалов. Такие самосвалы нашли применение на отсыпке грунта и пустой породы в отвалы при выполнении вскрышных операций.

Необходимо отметить, что отдельные производители, используя базовые шасси таких самосвалов, оснащают их оборудованием для перевозки контейнеров, длинномерных грузов (труб при строительстве трубопроводов различного назначения), а также оборудованием для вывозки хлыстов и сортиментов в лесозаготовительном производстве.

В России работы по созданию шарнирно-сочлененных самосвалов начаты в конце 90-х годов прошлого столетия на ЗАО «Челябинские строительно-дорожные машины». Завод разработал две модели таких самосвалов грузоподъемностью 16 и 25 тонн. Дальнейшее развитие этого направления на ЗАО приостановилось.

В Белоруссии на ПО «БелАЗ» и Могилевском автозаводе были созданы три модели шарнирно-сочлененных самосвалов грузоподъемностью от 25 до 48 тонн.

За рубежом созданием и производством шарнирно-сочлененных самосвалов занят ряд ведущих компаний, в число которых входят Volvo CE (Швеция), Terex (Англия), Caterpillar (США), Komatsu (Япония), Astra (Италия), Bell (ЮАР и Германия), Case New Holland – CNH (Англия, Германия, Италия) и другие.

Рассматривая номенклатуру шарнирно-сочлененных самосвалов отечественного и зарубежного производства, которая включает 55 моделей машин, можно установить их распределение по уровням грузоподъемности. Наименьшее количество моделей приходится на группы грузоподъемностью свыше 40 т (5,6%) и до 20 т (14,5%). Наибольшее количество моделей приходится на группу грузоподъемностью 20 – 25 тонн (25,5%). На группу грузоподъемностью свыше 25 до 40 т приходится 54,4%. Указанное распределение позволяет сделать вывод о том, что наиболее востребованными являются шарнирно-сочлененные самосвалы в диапазоне грузоподъемности свыше 20 до 40 тонн.

В таблице приведены краткие технические характеристики шарнирно-сочлененных самосвалов различных производителей, структурированные по диапазонам грузоподъемности. Из этой статистики следует, что наибольшее количество моделей создано фирмами Bell (8 моделей грузоподъемностью 18 – 45,4 т), Caterpillar (6 моделей грузоподъемностью 23,6 – 38 т), по 5 моделей выпускается Volvo (грузоподъемностью 24 – 37 т), Terex (грузоподъемностью 23 – 38,8 т), Hitachi (грузоподъемностью 23,2 – 45,4 т), по 4 модели в диапазоне грузоподъемности 23 – 36 т освоено фирмами Case, John Deere и Astra. Фирма JCB освоила 3 модели в категории грузоподъемности до 20 т. Компания Komatsu выпускает 3 модели в самом распространенном диапазоне грузоподъемности от 25 до 40 т. По количеству созданных и выпускаемых моделей российский и белорусские производители уступают ведущим фирмам из стран дальнего зарубежья.

К настоящему времени сложилась четкая концепция создания шарнирно-сочлененных самосвалов, которой характерны следующие принципиальные конструктивные решения.

В основу положена модульная компоновочная схема, основанная на принципе разделения моторного и грузового модулей, соединяемых специальным шарнирным устройством. Наибольшее распространение получила колесная схема с тремя ведущими мостами (колесная формула 6х6). Применяются схемы двухосного исполнения (колесная формула 4х4), которые используются для машин грузоподъемностью не более 25 тонн. Как правило, передний модуль, на котором смонтирована моторная установка, имеет одноосное исполнение, а задний грузовой модуль – двухосное.

В качестве энергетических установок применяются среднеоборотные дизельные двигатели жидкостного охлаждения с рядным и V-образным расположением цилиндров, оснащаемые в ряде случаев системами турбонаддува и промежуточного охлаждения наддувочного воздуха. Применяемые двигатели обладают повышенным запасом крутящего момента (20 – 25%) и отвечают современным международным требованиям по экологичности выхлопных газов. Компании Volvo, Caterpillar и Komatsu устанавливают двигатели собственного производства. Фирма Moxy применяет двигатели фирмы Scania, фирма Bell – двигатели Mercedez Benz, фирма Astra – двигатели Iveco, компания Terex – двигатели Cummins. Отечественные производители применяют двигатели Ярославского моторного завода, фирм Cummins и MTU.

Типовым видом трансмиссии является гидромеханическая трансмиссия с блокируемым гидротрансформатором, планетарной коробкой передач с автоматическим управлением, переключением под нагрузкой, обеспечивающей получение 6 – 7 пе-­
редач переднего хода и до 3-х передач – заднего. Используются раздаточные коробки с механизмами блокировки межосевых дифференциалов с гидравлическими замедлителями скорости (используются при работе на спусках). Как правило, применяются все ведущие мосты с механизмами блокировки дифференциала. Механизмы блокировки привода колес позволяют выбирать оптимальные режимы работы в зависимости от грунтовых условий и рабочих нагрузок вплоть до полной блокировки всех дифференциалов. Система регулирования тягового усилия позволяет осуществлять включение и выключение всех дифференциалов непосредственно во время движения. При одновременном включении дифференциалов обеспечивается синхронное вращение всех колес.

Обычно применяются многодисковые тормоза, работающие в масле, и планетарные колесные редукторы. Эти компоненты, как правило, монтируются в едином блоке ведущего моста.

Ведущие производители шарнирно-сочлененных самосвалов Volvo, Caterpillar и Komatsu используют трансмиссии собственного изготовления. Другие фирмы Terex, Astra, Bell, Moxy применяют трансмиссии известных фирм ZF и Allison. ЗАО «Челябинские строительно-дорожные машины» применяют трансмиссии фирмы ZF и мосты фирмы Raba. Компания Bell использует мосты собственной разработки и изготовления.

Применение шарнирно-сочлененной рамы и гидравлической системы управления поворотом с обратной связью позволяет точно и плавно управлять поворотом, достигая высокой маневренности машины. Обычно угол складывания секций рамы составляет от 380 до 450 (в каждую сторону), что позволяет оператору осуществлять поворот и маневрирование передним модулем в тяжелых дорожных условиях, добиваясь высокой проходимости.

Механизм сочленения передней и задней секций рамы имеет две степени свободы. Механизм сочленения представляет из себя узел с вертикальным и горизонтальным шарнирами. Вертикальный шарнир позволяет поворачиваться передней секции относительно задней. Горизонтальный шарнир позволяет задней секции рамы прокачиваться вокруг продольной оси, обеспечивая постоянный контакт колес с грунтом при преодолении препятствий.

Применение трехточечной, не требующей технического обслуживания, подвески переднего моста допускает качание колес моста в пределах ±60, что позволяет обеспечивать постоянный контакт колес с грунтом при преодолении крупных неровностей и способствует снижению динамических нагрузок на переднюю полураму. Применение на некоторых моделях специальной балансирной балки задней тележки способствует разгрузке задней части рамы и обеспечению равномерного распределения нагрузки между задними мостами машины.

Использование кузовов симметричной конструкции с противопросыпным ограждением, которые изготавливаются из высокопрочных листовых сталей повышенной твердости и износоустойчивости к истиранию, позволяет обходиться без применения противоизносных пластин (футеровки). Оптимальные размеры кузова обеспечивают погрузку материалов и пород, а также их разгрузку как под откос насыпи, так и в бункер. Угол подъема кузова, как правило, составляет 700.

Компания Caterpillar, приступившая к производ­ству таких машин в 1985 году, в классах самосвалов грузоподъемностью 28 и 38 тонн выпускает модифицированные модели с принудительной разгрузкой перевозимого материала с помощью передвижной задней стенки самосвала. Это позволяет осуществлять разгрузку ровным слоем, когда этого требует технология ведения работ.

Применение системы выхлопных газов двигателя, встроенной в кузов, не позволяет перевозимому материалу примерзать к стенкам кузова при работе в условиях отрицательных температур.

Значительное внимание всеми фирмами уделяется созданию комфортных условий труда оператора. На всех моделях самосвалов устанавливаются цельнометаллические шумовиброизолированные кабины с хорошим, а порой панорамным, обзором фронта работ. Дизайн кабин, верхнего строения самосвалов и общее компоновочное построение подчеркивают совершенство конструкции и функциональное предназначение машины. Кабины оснащаются всеми необходимыми контрольно-измерительными приборами и системами, позволяющими контролировать основные параметры самосвалов и предупреждающими о возможности наступления аварийных ситуаций. Некоторые фирмы, например Caterpillar, оснащают самосвалы двухместной кабиной с дополнительным сиденьем для инструктора или ученика.

Применение эффективной звукоизоляции кабины позволяет достигать низкого уровня шума, который на различных режимах работы находится в пределах 72 – 79 дБ (А). Получили широкое применение электронные системы контроля параметров и режимов работы самосвалов. Такие системы в режиме реального времени отслеживают наиболее важные параметры, сигнализируя оператору обо всех нештатных ситуациях, которые могут привести к отказам и авариям, предупреждая его о необходимости принятия соответствующих мер, которые эта система подсказывает.

Многие фирмы-производители предлагают достаточно широкий спектр комплектаций и дополнительного оборудования. К их числу следует отнести комплектации кузовами для перевозки легких материалов, с пониженным габаритом по высоте, для перевозки горных пород, а также оснащенные системой Multi Lift и специальным оборудованием для перевозки длинномерных грузов.

Перечень дополнительного оборудования включает навесной задний борт, передний противопросыпной щит, боковые панели и др.

Все модели самосвалов оснащаются широкопрофильными радиального типа шинами с вездеходным рисунком протектора.

Значительное внимание уделено вопросам снижения трудоемкости и облегчения доступа к узлам, требующим технического обслуживания. Это достигается за счет увеличения интервалов между видами технического обслуживания, совмещения точек обслуживания, смазки и контроля в отдельные группы, сосредоточенные в одних местах, а также хорошей доступностью к местам обслуживания. Применяются откидные капоты, кабины, дополнительные лесенки и др. устройства в ряде случаев с гидравлическим и электрическим приводом.

Некоторые компании с учетом климатических особенностей ряда регионов России, когда эксплуатация машин осуществляется при низких отрицательных температурах, предлагают применение специального, так называемого сибирского пакета, предусматривающего оснащение важнейших узлов самосвалов электроподогревателями, рукавами высокого давления и резинотехническими изделиями (уплотнения, амортизаторы и т. п.) из специальных морозостойких материалов и установку в кабине автономного дизельного подогревателя.

Ряд фирм в сопроводительной технической документации на самосвалы дает рекомендации по правильному подбору средств загрузки, будь то экскаваторы или колесные погрузчики. Эти рекомендации направлены на подбор оптимального соотношения грузоподъемности загружающего средства с грузоподъемностью самосвала исходя из положения, чтобы загрузка самосвала осуществлялась не более чем за 4 – 5 рабочих циклов экскаватора или погрузчика.

К настоящему времени в России шарнирно-сочлененные внедорожные самосвалы еще не получили широкого применения. Опыт эксплуатации таких самосвалов производства компании Volvo в Северо-Западном, Центральном, Уральском и Сибирском регионах показывает их эффективность. Большой опыт использования шарнирно-сочлененных самосвалов имеют объединения «Сургутнефтегаз», и «Сибтранс» с базой в г. Новый Уренгой.

Валерий Ковригин
http://www.spec-technika.ru/index.php?page=issue&pid=100775&sub=100005&item=100779