Эксперты предрекают, что эти машины, практичные и универсальные, буквально в ближайшие годы смогут вытеснить с рынка легкие экскаваторы, заменив их собой. Для этого у экскаватора-погрузчика есть все необходимые характеристики, тем более что использование на стройплощадке одной такой машины вместо пары «погрузчик + экскаватор» позволяет не только экономить время выполнения работ, топливо, количество работников, но и высвободить площади для движения транспорта.
Как появился этот вид оборудования?
Что мы знаем о таком замечательном виде спецтехники, как экскаватор-погрузчик? Откровенно говоря, не так уж и много. В начале ХХ века американская компания Case входила в десятку крупнейших производителей с/х тракторов с паровым двигателем и молотилок, эффективно отделяющих солому от зерна. Эта с/х техника предназначалась для фермерских хозяйств и фирм, занимающихся выращиванием и переработкой с/х продукции. Но в 1950-е годы строительная техника становится основной продукцией компании Case, оборудование для агробизнеса отходит на второй план.
И вот в 1957 г. руководство Case приобретает американскую компанию American Tractor Corporation, известного производителя гусеничных тракторов как с/х направления, так и промышленных. Кроме того, специалисты компании ATC разработали гидравлически управляемый ковш «обратная лопата», который компания собиралась установить на гусеничное тракторное шасси собственного производства.
Конструкторы компании Cаse в 50-х гг. XX столетия также вели интенсивные работы по созданию колесного трактора, у которого бы передняя часть представляла собой фронтальный погрузчик, а задняя служила базой для установки экскаваторного оборудования. Совместив разработки инженеров АTС со своими собственными наработками, специалисты Case представили рынку модель трактора Case 320 – первую модель, изготовленную одним производителем, в которой использовалось оборудование погрузчика и экскаватора с «обратной лопатой».
Надо сказать, что тракторы того периода не рассматривались в качестве базы для работы дополнительных навесных систем. На фермерских тракторах даже не предусматривалось место для монтажа навесных агрегатов, никто не предполагал, что возможности фронтального погрузчика и экскаватора можно соединить на базе одного шасси.
В то же время в Америке того периода имелось огромное число работников, вернувшихся с войн, и они порой, выполняя землеройные работы, добивались производительности более высокой, чем строительные механизмы того времени.
Модель Case 320 произвела революцию среди строительных машин, стало очевидно, что не за горами большие изменения. Объемы выемки земли за рабочий цикл и за смену, глубина выемки, вырывная сила в пересчете на стоимость приобретения и обслуживания оборудования при сравнении с ручным трудом склоняли строительные компании отказываться от использования ручного труда и приобретать машины Case.
Уже более 63 лет компания Case является одним из мировых лидеров в секторе производства экскаваторов-погрузчиков. Однако у компании проявилось немало конкурентов, продукция которых иногда превосходит по своим характеристикам параметры продукции пионера отрасли.
Гидравлика – важнейший элемент конструкции
Какие же основные параметры характеризуют современный экскаватор-погрузчик? Специалисты считают, что одним из важнейших показателей является используемая в машине гидросистема. Компании-производители спецтехники часто, давая характеристики выпускаемого экскаватора-погрузчика, указывают, что используется гидросистема с закрытым или же открытым центром. В чем разница?
Гидросистема с закрытым центром признана наиболее эффективной при использовании в конструкциях мобильного оборудования. Современные тенденции заключаются в стремлении создания строительных машин все большей и большей гидравлической мощности при сохранении оптимальных габаритов и массы, а в гидросистемах с закрытым центром максимальный расход потока гидрожидкости достигается даже при низких оборотах двигателя, причем оператор может выполнять одновременно несколько операций. Для каждой рабочей гидравлической линии оператор устанавливает величину расхода индивидуально, таким образом при одновременном выполнении нескольких рабочих операций гидролинии не влияют друг на друга, не мешают полноценному выполнению производственных задач.
На практике экскаваторы-погрузчики, оснащенные гидросистемой с закрытым центром, эффективно применяются для выполнения самого широкого круга строительных работ. В них в основном используются сложные аксиально-поршневые насосы, этот тип насосов является самым распространенным в современных гидроприводах. По количеству конструктивных исполнений аксиально-поршневые насосы во много раз превосходят прочие виды гидронасосов. Аксиально-поршневые насосы имеют высокую удельную мощность и КПД.
Движение потока жидкости в аксиально-поршневых насосах обеспечивается работой нескольких поршней, совершающих возвратно-поступательные движения. Поршневые гидронасосы могут работать как с постоянным, так и с переменным рабочим объемом.
Еще 10-15 лет назад экскаваторы-погрузчики комплектовались повсеместно только шестеренными насосами постоянного объема, но сегодня популярность аксиально-поршневых насосов связана, прежде всего, с влиянием этих насосов на рост производительности экскаваторов-погрузчиков и экономию топлива при эксплуатации.
В этой категории насосов для регулировки расхода потока рабочей жидкости обычно применяются т.н. компенсаторы давления, которые регулируют расход потока жидкости в зависимости от нагрузки на гидросистему. Таким образом снижается расход потока, система меньше работает вхолостую, когда лишняя жидкость просто сбрасывается через перепускной клапан в сливную линию и в гидробак. Перекачка в холостом режиме может вызвать перегрев системы, она снижает полезную мощность машины.
Применение аксиально-поршневых гидронасосов переменного рабочего объема эффективно при работе двигателя внутреннего сгорания с переменной частотой вращения. Гидросистемы с компенсаторами давления и регулированием производительности, в зависимости от нагрузки, обеспечивают намного более точную управляемость и многофункциональность гидравлического рабочего оборудования машины при различных оборотах двигателя.
Еще одним преимуществом эксплуатации аксиально-поршневых насосов переменного рабочего объема является способность обеспечивать максимальную гидравлическую мощность при любых оборотах двигателя. Это ценное качество, ведь даже при низких оборотах двигателя машина поднимает и опускает различные грузы абсолютно надежно и безопасно. Также гидросистемы с аксиально-поршневыми насосами переменного объема идеально подходят для машин, которые интенсивно работают экскаваторным оборудованием, а также самостоятельно часто осуществляют переезды с одной рабочей площадки на другую.
Гидросистемы с открытым центром, в свою очередь, имеют также немало преимуществ. Они, в частности, эффективны там, где оператору требуется часто выполнять однотипные операции и множество операций выполнять одновременно не нужно.
Следует подчеркнуть, что в ряде моделей экскаваторов-погрузчиков, использующих гидросистемы с открытым центром, применяются шестеренные насосы, отличающиеся постоянной производительностью при любых нагрузках на систему. Если нагрузки небольшие, лишняя гидравлическая жидкость возвращается в гидробак через предохранительный клапан, который поддерживает в системе постоянное давление.
Шестеренные насосы широко применяются в сельскохозяйственной, дорожной технике, мобильной гидравлике, в системах смазки. Свое распространение шестеренные насосы получили благодаря простоте конструкции, компактности и малому весу. Поток масла создается благодаря изменениям объема межзубьевых камер при вращении шестерен. Масло всасывается там, где шестеренки выходят из зацепления, а вот нагнетание давления происходит зубьями, которые входят в зацепление. Максимальный поток и КПД проявляются при максимально допустимой частоте вращения шестерен насоса. Достаточно простая конструкция очень надежна и не требует частого обслуживания, стоимость шестеренных насосов невысока, по сравнению, например, с ценой поршневых насосов. А, кроме того, шестеренные насосы неприхотливы с точки зрения воздействия на них загрязнений. Но недостатком является низкое, не более 0,85, значение КПД, невысокое рабочее давление, достаточно короткий срок эксплуатации.
Во многих моделях экскаваторов-погрузчиков, а также в тракторах, грузовых машинах и других видах подобной техники, используются сдвоенные шестеренные насосы. Такое соединение двух насосов обеспечивает одновременное нагнетание рабочей жидкости с помощью двух самостоятельных потоков в гидравлической системе. Каждая секция выполняет функции самостоятельного шестерного насоса. Две секции располагаются в сопряженных корпусах, но работают от одного вала, при этом они имеют отдельные всасывающие и нагнетательные трубопроводы. Сдвоенный насос компактен, занимает намного меньше места, чем два отдельных насоса, за счет того, что обе секции имеют один привод. Масса сдвоенного насоса на 13 % меньше массы двух одинарных насосов.
В режиме ожидания команд оператора, когда поток гидрожидкости для работы оборудования не нужен, гидронасос может бездействовать. Такое конструкторское решение снижает количество выделяемого тепла при регулировании расхода потока, и многие операторы отдают предпочтение системам с открытым центром именно потому, что, по их мнению, системы с шестеренными насосами прогреваются быстрее, оперативно реагируют на команды управления и более приемисты, чем те машины, в которых используются гидросистемы с закрытым центром.
Управление электронными средствами – требование времени
Повышение топливной экономичности – это общая тенденция на рынке строительного оборудования, поэтому с появлением электронного управления двигателей стало намного больше моделей экскаваторов-погрузчиков с аксиально-поршневыми гидронасосами, в которых электронное управление двигателя и гидронасосов объединяется в общую систему.
Использование электроники позволило перейти на электрическое сервоуправление джойстиками. Многие производители включили их в стандартную комплектацию, другие предлагают как опцию. Управление джойстиками требует меньше физических усилий, джойстики обычно устанавливаются на отдельных консолях или опционно, на подлокотниках сидений. Это удобно для оператора и повышает производительность работ в целом.
Особенно популярно управление джойстиками у потребителей, предпочитающих экскаваторы-погрузчики с полным приводом, рулевым управлением всеми четырьмя колесами и с колесами равного размера. Такие машины значительно дороже обычных, поэтому их оснащение, как правило, богаче. Кроме этого, сервоуправление погрузчиком позволяет уделять больше внимания управлению ходом, ведь у такого типа машин оно значительно сложнее.
Некоторые производители даже предлагают на выбор органы управления различных типов (джойстики, рычаги, рычаги-педали), и оператор может перейти с одного типа управления на другой с помощью обычного переключателя.
Новые органы управления экскаваторов-погрузчиков являются преимуществом и с точки зрения рационального использования трудовых ресурсов: оператор, умеющий управлять фронтальным погрузчиком или экскаватором, очутившись в кабине экскаватора-погрузчика, может быстро освоиться, так как органы управления аналогичны. Это очень удобно для строительной компании: работника можно пересаживать на разные машины.
Ряд производителей совмещают преимущества гидросистем с закрытым и открытым центром, то есть оснащают трансмиссию экскаваторов-погрузчиков аксиально-поршневыми насосами переменной производительности, а контуры рабочего оборудования – шестеренчатыми насосами.
Как известно, использование навесного оборудования в экскаваторах-погрузчиках стало одним из факторов широкой популярности этих машин в наше время. С помощью дополнительных гидролиний, управляемых электрическим или гидравлическим способом, как однопоточных, так и двухпоточных, приводятся в действие многочисленные навесные агрегаты. При однопоточной гидроразводке подача гидрожидкости осуществляется только в одном направлении, такая конструкция применяется для использования с экскаватором-погрузчиком гидромолотов, вибротрамбовок и т. п. агрегатов. Двухпоточные, или реверсивные, гидролинии передают гидравлический поток в двух направлениях. Они позволяют использовать с машиной гидробуры, грейферы, а вот однопоточный инструмент подключать к двухпоточной гидролинии нельзя: изменение направления движения потока может вывести установленное оборудование из строя. Поэтому для использования всего спектра существующих навесных инструментов специалисты советуют оснащать машины обоими видами гидролиний.
Для подключения ротатора может использоваться отдельная гидролиния ротации, с ее помощью осуществляется вращение, например, гидроножниц или грейферов. Кстати, многие сервисные компании предлагают модернизировать однопоточную гидролинию с преобразованием ее в двухпоточную, если, конечно, ресурс гидросистемы базовой машины это позволяет.
Примеры из реальной практики
Известная турецкая компания Hydromek предлагает на нашем рынке экскаваторы-погрузчики серий ALPHA и SUPRA. Эти машины олицетворяют универсальное решение для выполнения различных видов строительных, коммунальных и с/х работ. Качество машин турецкой компании уже по достоинству оценили наши покупатели. Одна из моделей, имеющая равновеликие колеса, Hidromek 102S ALPHA массой 9,15 т оснащается гидросистемой с рабочим давлением 227 бар. В машине используются два шестеренных насоса с потоками 90 и 57 л/мин, соответственно. Но производитель, по желанию покупателя, может заменить шестеренные насосы на аксиально-поршневой гидронасос с закрытым центром и регулировкой производительности в зависимости от нагрузки. Распределение потоков по гидроконтурам регулируется в зависимости от потребности. Гидронасос поршневого типа обеспечивает регулируемое нагрузкой питание гидравлической системы в объеме, требуемом оператору, с точным управлением вне зависимости от массы груза и оборотов двигателя. Аксиально-поршневой гидронасос работает с эффективностью до 95 %.
По согласованию с заказчиком специалисты Hidromek могут установить клапаны распределения потока, которые обеспечивают отличное гидравлическое управление. Благодаря этим клапанам, независимо от массы груза и сложности работ, например, укладку труб или прокладку каналов может выполнить оператор даже без особых навыков работы. Оператор может одновременно управлять стрелой, рукоятью и ковшом даже при низких оборотах двигателя, а также работать в зонах с шумовым ограничением – в центральных городских кварталах или на территориях больниц.
Надо отметить, что управление гидросистемами современных экскаваторов-погрузчиков сегодня все чаще доверяется электронным системам, работа которых основывается на анализе многочисленных данных, получаемых с различных датчиков, установленных на узлах машины. Безусловно, электронное управление не в пример управлению в ручном режиме позволяет более эффективно использовать характеристики машины в соответствии с конкретными условиями работы. И это приносит конкретный результат в виде экономии топлива и снижения эксплуатационных расходов.
Экскаваторы-погрузчики оснащаются гидросистемами с приоритетным разделением потоков по контурам. Используются аксиально-поршневые гидронасосы переменного рабочего объема, за счет чего производительность гидросистем регулируется в зависимости от эксплуатационной нагрузки.
Работу электронных систем можно рассмотреть на примере эксплуатации экскаватора-погрузчика мод. M542 Plus. Эту модель поставляет в Россию еще одна хорошо знакомая нашим строителям турецкая компания Sanko Makina. Компания поставляет линейку из шести моделей экскаваторов-погрузчиков MST пятой серии, все модели комплектуются гидросистемой с шестеренными насосами производительностью 154 л/мин, автоматической трансмиссией Carraro PowerShift, отключаемым полным приводом.
К преимуществам серии относится высокая производительность, модели оснащаются ковшами, имеющими максимальную вместимость в этом классе машин: в погрузочном оборудовании используется ковш 1,2 м3, а в экскаваторном – 0,2 м3. Машины надежны и долговечны, наиболее ответственные узлы и детали изготавливаются на заводах известных производителей из Европы и США.
Демонстрируя высокую производительность, топливный расход моделей тем не менее не превышает 8-12 л/ч. А быстросъемное соединение и одно- и двухпотоковая гидроразводки позволяют в кратчайшие сроки установить на машину ковш нужного исполнения, гидромолот, гидробур, различные виды вибротрамбовок и прочее оборудование.
В мод. M542 Plus с разновеликими колесами 23 и 28 дм для управления гидравлическим оборудованием используются джойстики, существенно облегчающие работу оператора. Причем электронная блокировка срабатывает и отключает джойстик при достижении определенной скорости движения машины. Гидронасос фирмы Casappa поддерживает давление в системе в 250 бар, что дает возможность мод. M542 Plus демонстрировать высокие эксплуатационные параметры для экскаваторов-погрузчиков данного класса: г/п погрузчика в 3,1 т, г/п «обратной лопаты» при стандартной стреле 1,5 т при массе машины в 8,8 т.
Гидравлическая система оснащена противоударными антикавитационными клапанами. Разгрузочный клапан автоматически регулирует основной и вспомогательный насосы для требуемого расхода. Для регулировки температуры в гидравлической системе имеется масляный радиатор, который эффективно охлаждает рабочую жидкость даже в условиях жаркого климата.
Рычаги управления экскаватора и погрузчика расположены так, чтобы обеспечить простоту использования для оператора. Электронная система управления гидравликой позволяет выбирать любой из предлагаемых режимов работы. Оператор может выбрать «экономичный», «нормальный» или же режим «повышенной производительности». Все модели пятой серии MST оснащены двухпоточной гидролинией, которая позволяет эффективно использовать в качестве дополнительного инструмента гидромолот, гидробур и подобное оборудование. По согласованию с покупателем производитель может дополнительно оснастить модель устройством гидравлического сдвига каретки экскаватора, системой глушения колебаний стрелы фронтального ковша в движении.
А вот в экскаваторе-погрузчике Terex мод. TLB 825 производства компании «РМ-Терекс», объединяющей «Тверской экскаватор», «Брянский арсенал», «Челябинские строительно-дорожные машины», Заволжский завод гусеничных тягачей, использована гидравлическая система с открытым центром и сдвоенный шестеренный насос Casappa с подачей 80 + 62 л/мин. Машина оснащается системой, обеспечивающей возможность функционирования гидравлического оборудования в режиме «точной работы»: скорость выполнения операций экскаваторным оборудованием существенно снижается, что очень удобно при производстве работ по выемке грунта вблизи подземных инженерных коммуникаций, таких как трубы, энергетические кабели и т. д. Для передачи большего крутящего момента на трансмиссию в модели предусмотрен режим «разгрузки гидравлики», который подразумевает, что поток, создаваемый одним из насосов, используя перепускной клапан, полностью сливается обратно в бак с рабочей жидкостью.
Размер имеет значение, если речь идет о шинах
Важной характеристикой современного экскаватора-погрузчика является установка колес одинаковой или различной размерности на передней и задней осях машины. В чем принципиальное отличие?
Модели с колесами различного типоразмера на осях сегодня более распространены в России. Среди преимуществ – хорошая обзорность, предоставляемая оператору, минимальный радиус поворота, а главное – более низкая цена по сравнению со стоимостью моделей на равновеликих колесах. Как правило, в моделях с колесами разного диаметра обе оси приводные, передний мост подключаемый. Эти машины в основном ориентированы на выполнение работ в городских условиях, в коммунальных организациях современных мегаполисов, поскольку компактны и просты в управлении. К тому же небольшие передние колеса имеют низкую проходимость и лучше себя ведут на твердой опорной поверхности.
Экскаваторы-погрузчики с большими одинаковыми колесами на обоих ведущих и управляемых мостах ориентированы в основном на строительные работы. Они обладают, как правило, большой мощностью, хорошей проходимостью, гидросистема таких машин обеспечивает возможность совмещения выполнения нескольких операций на предельных нагрузках, таким образом машины с равновеликими колесами характеризуются максимальной производительностью.
Одной из главных особенностей машин на равновеликих колесах является «трехрежимное рулевое управление», позволяющее выполнять оператору либо поворот только передних колес, либо поворот и передних, и задних колес, причем в разные стороны, либо поворот передних и задних колес в одну сторону, так называемый «диагональный ход».
В качестве наглядного примера можно рассмотреть модельный ряд уже упомянутого легендарного производителя, а ныне компании Case Construction Equipment. В России компания реализует сегодня экскаваторы-погрузчики серии S. Это модели 570ST, 580T, 580ST, 590ST, 695ST массой 8,1–9,1 т. Самая массивная модель, 695ST, использует большие шины одного типоразмера, остальные модели серии пользуются разновеликими на передней и задней осях, соответственно, режим рулевого управления только один.
В машинах используется гидросистема с закрытым центром и регулировкой производительности в зависимости от нагрузки. В более легких моделях задействованы сдвоенные шестеренные насосы, в мод. 695ST применяется более сложный аксиально-поршневой насос. Индекс ST в наименовании моделей говорит о более высокой производительности гидросистемы в этих моделях по сравнению с моделями, обозначенными индексом Т.
В моделях экскаваторов-погрузчиков Case используется механическая трансмиссия с гидротрансформатором Powershuttle или роботизированная КПП PowerShift с двумя сцеплениями. В первом случае преимущества заключаются в надежности и недорогом обслуживании. Опытные операторы иногда вполне могут отремонтировать КП самостоятельно, а вот отремонтировать 6-ступенчатую АКПП PowerShift можно только в условиях специализированной мастерской. Однако недостаток механической системы по сравнению с «автоматикой» – снижение производительности, неэкономный расход топлива, физическая нагрузка на оператора при управлении КПП, а также вынужденная остановка машины для переключения скоростей.
Все модели Case серии S оснащаются неполным приводом 2WD, но по согласованию с заказчиком производитель готов установить и полный привод 4WD.
Двигатель – сердце машины
Ведущие производители экскаваторов-погрузчиков уделяют большое внимание главному приводу. Например, компания JCB, известная во всем мире своими высококачественными машинами, разработала специально для популярных моделей JCB 3СХ, JCB 4СХ, JCB 5СХ двигатель оригинальной конструкции JCB Dieselmax 444. Дизели JCB обладают целым рядом положительных факторов: высокой производительностью, пиковой мощностью до 100 л. с., крутящим моментом до 425 Н•м, достигаемым даже при низких оборотах двигателя. Силовая установка комплектуется водяным насосом, системой турбонаддува. Компания также может предложить варианты экскаваторов-погрузчиков 3СХ, комплектуемые атмосферными двигателями. В двигателях JCB Dieselmax штатно установлены системы подогрева топливной смеси, что существенно облегчает пуск мотора в любых погодных условиях.
Существенного повышения производительности и снижения расхода топлива при эксплуатации мод. 4СХ и 5СХ специалистам JCB удалось добиться, внедрив инновационную систему, получившую название Torque Lock. Система позволяет «исключить» гидротрансформатор из схемы передачи мощности от двигателя к трансмиссии и таким образом сэкономить до 25 % топлива, а также ускорить выполнение рабочих операций на 10 %.
Кто же наиболее популярен?
Многочисленные опросы операторов экскаваторов-погрузчиков, причем проводившиеся в разных странах, показали, что наиболее высоко операторы оценивают работу экскаваторов-погрузчиков двух компаний – JCB и Caterpillar. Пользователи британских машин высоко оценивают надежность работы, хотя звучали порой совершенно противоположные мнения о работе трансмиссии и КП.
В части экономичности мнения большинства пользователей сходились: машины JCB признавались операторами наиболее экономичными, причем даже при эксплуатации в сложных условиях. А вот с точки зрения обеспечения оператора комфортными условиями победил однозначно бренд Cat. Экскаваторы-погрузчики Cat, по мнению очень многих операторов, наиболее прочные и удобные. Отмечалось, что, к сожалению, в моделях Cat довольно сложный доступ к обслуживаемым узлам из-за неудобного дизайна кожухов моторного отсека. Однако работа гидравлической системы Cat оценивалась всеми участниками как безукоризненная, хотя и отмечалось, что эксплуатация машин Cat в целом требует контроля работы узлов и механизмов, соблюдения установленных сроков обслуживания. Высказывались мнения об излишней насыщенности моделей Cat электроникой, однако подобные мнения являются нормой, когда обсуждаются вопросы инноваций, появляющиеся в новейших машинах.
Сегодня компания Caterpillar предлагает нашим покупателям шесть моделей экскаваторов-погрузчиков серии F2. Наиболее легкая модель, Cat 422F2, имеет массу 7,53 т и двигатель мощностью 53 кВт. Надо сказать, что в экскаваторах-погрузчиках используются оригинальные двигатели производства Cat. Самая массивная модель серии, 444F2, имеет массу 9,6 т и приводится в действие двигателем мощностью 70,9 кВт. Интеллектуальная гидравлическая система с регулированием производительности по нагрузке и возможностью перераспределения потоков по контурам обеспечивает экономию топлива с сохранением высокой производительности, так же как и использование электронного управления работой двигателя, направленное на снижение «стандартного» расхода.
Телематическая система Product Link включена в базовую комплектацию предлагаемых моделей Cat. В нее, в частности, включена бортовая система взвешивания, информация о взвешивании выводится на цветной сенсорный дисплей. Машины серии по заявке покупателя могут комплектоваться «зимним пакетом», а также системой дистанционного мониторинга Cat Product Link™, созданной для текущего контроля эксплуатации машин и минимизации простоев. Просторные кабины машин F2 укомплектованы отопителем, опционно – кондиционером, имеется аудиоподготовка.
По итогам 2019 года рост рынка спецтехники составил порядка 10-11 %. В 2020-м, очень сложном, как мы все видим, году в сегменте спецтехники спрос все-таки еще превышает предложение, и экскаваторы-погрузчики по-прежнему являются одной из наиболее востребованных позиций, хотя эксперты ожидают увидеть рост рынка в сегменте спецтехники не более 3-5%. К сожалению, экскаваторы-погрузчики – одна из наиболее значимых позиций в структуре импорта строительно-дорожных машин после гусеничных экскаваторов, наши производители пока не являются конкурентами ведущим производителям.
