Автогрейдеры: основная конструкция, системы, агрегаты и узлы

Автогрейдеры: основная конструкция, системы, агрегаты и узлы

Современные автогрейдеры — это универсальные многофункциональные машины, которые применяются для планировки и профилирования участков и откосов, разравнивания грунта, перемещения сыпучих строительных материалов, очистки дорожной поверхности от снега.

Помимо разбора технических характеристик, в этой статье мы сделаем обзор конструкции и базовых компонентов автогрейдера: от двигателя и трансмиссии, до гидравлики и системы управления, дадим представление о технологиях нивелирования, управления планировкой и телематике, а также коснемся темы дополнительных опций и навесного оборудования.

 Технические характеристики

  Рассмотрим основные технические характеристики 10 моделей американских, европейских, китайских, японских и российских производителей, чья продукция наиболее распространена на отечественном рынке дорожно-строительной техники. Несмотря на то, что они имеют весьма различные габаритные размеры и разную эксплуатационную массу — от 16,3 до 26 тонн, все они относятся к классу тяжелых машин и обладают относительно близкой друг к другу номинальной мощностью — от 160 до 187 кВ. В выделенной подборке разница в мощности объясняется тем, что либо у разных производителей модели не совпадают между собой по мощности, либо их нет на российском рынке. Поэтому мы взяли наиболее близкие по мощности модели ведущих изготовителей, и все они принадлежат к классу 250 — от 147,8 кВт.

Среди этой выборки быстрее всех оказался John Deere 672G с максимальной скоростью движения вперед 45,5 км/ч, а самым медленным – LiuGong CLG 425-4WD. Его скорость составляет 36,6 км/ч. При движении назад максимальная скорость у Komatsu GD705-5 — 34,1 км/ч, а минимальная также у LiuGong — 23 км/ч.

Наибольшее тяговое усилие выдает грейдер John Deere — 220 кН, остальные машины находятся недалеко друг от друга, с показателями в районе 100 кН. Наименьшее тяговое усилие у полноприводного SEM 922 AWD — 86 кН.

*Shantui SG21-3

Самым маневренным оказался китайский автогрейдер XCMG GR 230 с радиусом поворота 7,3 м. Наибольший радиус поворота также у «китайца»: Shantui SG21-3 разворачивается на 8,2 м. У грейдеров Case, John Deere и Shantui наибольший угол уклона передних колес — 20º, наименьший крен дает Komatsu – 15º.

Самый габаритный отвал опять-таки у Komatsu: ширина — 4320 мм, высота — 700 мм. Наиболее миниатюрный отвал у SDLG G9220 — 4267×635 мм. Выше всех поднимает отвал Case — 527 мм, замыкает список LiuGong CLG 425-4WD, поднимая отвал на 405 мм.

Практически на всех машинах установлены полноповоротные круги, которые позволяют поворачивать отвал на 360º.

Таблица 1. Технические характеристики

Конструкция

Одной из основных современных тенденций является постоянное улучшение металлической конструкции автогрейдеров. Популярность получила А-образная тяговая рама, обеспечивающая большее усилие прижатия грейдерного отвала к поверхности. Так, на грейдерах Komatsu используется А-образная конструкция из высокопрочных U-образных штампованных и сварных секций, снабженная съемной шаровой опорой. На модели SEM 922 AWD используется трубчатая конструкция А-образной тяговой рамы, а закрепленный болтами сменный шаровой шарнир позволяет снизить время и стоимость сервисного обслуживания. Чтобы отрегулировать механизм тяговой рамы достаточно снять калибровочные шайбы. Коробчатая конфигурация передней рамы с загнутым бортом дает возможность обойтись без сварных швов в местах больших нагрузок. Примечательно, что нижняя и верхняя часть передней рамы выполнена из цельной стали, что, несомненно, многократно увеличивает прочность всей конструкции.

*Case 885B

На машинах Case серии В устанавливается поворотный круг самого большого диаметра среди «одноклассников» других производителей. Его поддерживает широкое основание усиленной А-образной тяговой рамы коробчатого сечения. Нововведением являются внешние зубья зацепления на поворотном круге, которые могут самоочищаться и имеют увеличенную зону контакта. Это снижает износ и увеличивает усилие при развороте круга под нагрузкой.

На многих автогрейдерах устанавливается шарнирно-сочлененная рама, которая значительно уменьшает радиус поворота и повышает маневренность машин при работе.

 Двигатель

 В последние годы общей тенденцией является повышение мощности двигателей. Вследствие этого машины становятся более универсальными, приспособленными для выполнения разных работ, увеличиваются транспортная и рабочая скорости, грейдеры способны работать в более экстремальных условиях, при низких и высоких температурах, при сильной сильной запыленности или влажности.

Из рассмотренных 10 моделей, практически на всех установлены 4-тактные шестицилиндровые дизельные двигатели, с прямым впрыском топлива, турбонаддувом и последующим воздушным охлаждением. Также у передовых производителей силовые агрегаты оснащены электронной топливной системой. Так, на автогрейдере John Deere 672G с двигателем PowerTech Plus работает автоматическая система впрыска топлива с общей топливораспределительной рампой (HPCR), которая контролирует точный впрыск, увеличивая общую производительность двигателя. Двигатель PowerTech Plus поставляется с 4-клапанными головками цилиндров с каналами впуска и выпуска по разные стороны, турбонагнетателем с переменной геометрией (VGT) и охлаждаемой рециркуляцией выхлопных газов (EGR).

*Komatsu GD705 -5

Двигатель Komatsu SAA6D114E-3 снабжен системой впрыска Common Rail

(CRI) и обеспечивает высокую мощность при низком расходе топлива, что позволяет выполнять работу с высокой скоростью. Кроме того, двигатель может работать 2 режимах: экономичном (Е) и повышенной мощности (Р). Экономичный режим выбирается для максимальной экономии при работе в более легких условиях. Он создает условия для получения необходимой мощности двигателя при улучшенных показателях по расходу топлива. Режим повышенной мощности рекомендуется использовать на тех рабочих площадках, где автогрейдеру приходится работать в тяжелых условиях.

Как предупреждает производитель, третье поколение автогрейдеров Shantui, к которым относится SG21-3, не предназначено для работы в подземных условиях или в условиях с недостаточной вентиляцией, так как в двигателе Cummins предусмотрен непосредственный впрыск топлива, и имеющегося специального фильтра выхлопов может оказаться недостаточно.

Рассмотрим основные характеристики двигателей. Самая высокая номинальная мощность у российского автогрейдера TG 200 — 191 кВ. Недалеко отстали машины John Deere — 187 кВ, и Komatsu — 186 кВ. Замыкает перечень китайский Shantui — 160 кВ. У большинства автогрейдеров обороты двигателя составляют 2100-2200 об/мин, максимальный крутящий момент у Cat 14 — 1542 Нм. Самый объемный двигатель оказался опять-таки у Caterpillar — 12,5 л. Что касается соответствия экологическим стандартам, то самым высоким требованиям соответствует американский грейдер Cat 14 – Tier 4 Final, Stage V.

Таблица 2. Двигатель

Трансмиссия и коробка передач

На автогрейдерах John Deere используется собственная трансмиссия PowerShift™ с прочными муфтами, подшипниками и модулированным переключением на ходу. Программное обеспечение трансмиссии с переключением передач на основе событийно-управляемого программирования (EBS) позволяет измерять нагрузку на двигатель, а также другие вводные параметры, для оптимального плавного переключения, каждый раз, когда оператор выбирает новую передачу. В кабине установлен 15-позиционный переключатель управления скорости передних колес и точный режим работы на скоростях до 0 км/ч (тяга только передними колесами).

*John Deere 672G

Автоматический двухпоточный гидростатический привод на 6 колес увеличивает тяговое усилие и управляемость переднего моста. Кроме того, здесь применены раздельные левая и правая системы с насосами переменного рабочего объема. Аксиально-поршневые гидромоторы колес и обгонная муфта на транспортных скоростях увеличивают эффективность трансмиссии.

Автоматическая блокировка дифференциала остается включенной во время движения по прямой, отключается при поворотах, превышающих 10 градусов, и снова включается при движении по прямой.

*LiuGong CLG 425-4WD

Китайский автогрейдер LiuGong CLG 425-4WD оснащен полноприводной планетарной гидромеханической трансмиссией с переключением передач под нагрузкой (Power Shift) с возможностью фиксации передач (блокируемый диффернциал). Предусмотрено 6 передних передач и 3 задних. На машине также работает трехступенчатый однотурбинный гидротрансформатор.

В целом, безотносительно к модели, системы автоматического переключения передач позволяют правильно выбрать передачу в зависимости от нагрузки и скорости движения машины. К примеру, на автогрейдере Komatsu GD705-5 используется коробка передач с электронным управлением, оснащенная блокируемым гидротрансформатором. Она обеспечивает выполняемое на ходу переключение передач под нагрузкой, а также точный режим управления и автоматическое переключение передач на более высоких скоростных диапазонах.

На грейдере предусмотрена система выбора режима работы коробки передач. Автоматический режим отличается простым управлением с помощью педалей газа и тормоза, сохраняется высокая производительность и маневренность. При запуске двигателя гидротрансформатор создает более чем двукратное возрастание крутящего момента, что позволяет трогаться с места на 4-й передаче. Для плавной и легкой работы может использоваться автоматически переключаемый скоростной диапазон F5 — F8. При ручном режиме обеспечивается постоянная скорость передвижения и выполнение рабочих операций в более экономичном ключе.

Кроме того, на Komatsu есть функция предотвращения останова двигателя.  Дело в том, что при постоянном возрастании нагрузки двигатель может заглохнуть, а функция защиты двигателя срабатывает непосредственно перед остановкой, переводя его (вместе с гидротрансформатором) в автоматический режим работы.

Электронная защита от превышения номинальной частоты вращения двигателя предотвращает повреждение двигателя и коробки передач,

вызываемое преждевременным переключением на пониженную передачу и превышением допустимых оборотов двигателя при преодолении уклонов.

Плавное переключение передач,сопровождаемое изменениями крутящего момента гидротрансформатора при блокировке передачи, защищает оператора и оборудование, в том числе двигатель и коробку передач,путем снижения толчков при переключении передач.

 Гидравлическая система

*SDLG G9220

Практически на на всех современных западных и японских автогрейдерах тяжелого класса устанавливается гидравлическая система с закрытым центром и аксиально-поршневым насосом. У китайских производителей SDLG и LiuGong используется гидроситема с  открытым центром и шестеренным насосам. В чем их отличие? Система с открытым центром позволяет работать гидравлике только на повышенных оборотах. Это происходит из-за того, что объем шестеренного насоса постоянен и его производительность зависит от числа оборотов двигателя. На малых оборотах потока не хватает для нормальной работы гидравлики. В гидрораспределителе используется последовательная схема подключения золотников, поэтому гидропоток уходит в функцию, расположенную ближе к входной секции распределителя.

В системе с закрытым центром гидравлика работает на всем диапазоне оборотов. Аксиально-поршневой насос с компенсацией давления по нагрузке имеет переменный объем и качает до тех пор, пока в системе не установится давление, необходимое для преодоления нагрузки и потерь. Производительность насоса не так сильно зависит от частоты вращения, поэтому любые функции выполняются даже на низких оборотах двигателя.

*SEM 922 AWD

В качестве примера рассмотрим гидравлическую систему с пропорциональной приоритетной компенсацией давления (PPPC) на автогрейдере SEM 922 AWD. Гидрораспределители с клапанами PPPC,  разработанные специально для грейдеров, непрерывно регулируют расход и давление в гидросистеме в соответствии с нагрузкой и управлением, что облегчает контроль за всеми функциями. Аксиально-поршневой насос с переменной производительностью уменьшает тепловыделение и потребляемую мощность, а также повышает топливную экономичность. Регулирование мощности по нагрузке повышает производительность благодаря непрерывному прецизионному управлению движением отвала. Запорные и предохранительные клапаны фиксируют рабочие органы в заданном положении, исключают смещения поршней в гидроцилиндрах из-за внешних нагрузок и соответствующие повреждения от избыточного давления.

Таблица 3. Гидравлическая система

Системы управления и удобство оператора

  Безусловно, лидерами по многофункциональности и эффективности систем управления, а также относительно комфорта работы оператора являются западные производители. Так, на грейдере John Deere 672G устанавливается усовершенствованный пульт управления с целым рядом новых функций. На жидкокристаллическом мониторе отражается диагностика основных систем автогрейдера, высвечиваются аналоговые и цифровые указатели и индикаторы жизненно важных параметров. Например, функция поперечного уклона, встроенная в цветной ЖК-монитор, позволяет оператору устанавливать желаемый уклон и автоматически поддерживать его с помощью только одного рычага подъема отвала. Также, при работе не в режиме «авто» он может использоваться как встроенный измеритель уклона.

 Стандартная консоль Grade Pro, позволяет управлять машиной с помощью переключателей на подлокотнике, или эргономичной консоли со стандартными элементами управления.

 С помощью больших и мини-рычагов можно включать основные и вспомогательные функции. Переключение рычага бокового перемещения отвала влево или вправо позволяет управлять грейдером. Автоматическое выключение позволяет экономить топливо и снижает уровень шума, а также износ двигателя, трансмиссии и гидравлических систем. Эта функция также выключает машину после определенного промежутка времени, выбранного оператором.

Режим безопасности предотвращает несанкционированный запуск двигателя до ввода кода на цифровой клавиатуре герметичного модуля переключателей. Владелец, оператор и транспортные коды задаются через монитор.

 Особенностью автогрейдера Case 885B является смещенная назад, полностью остекленная кабина, что обеспечивает хороший обзор отвала, поворотного круга, седла и колес. Закругленный капот дает отличную обзорность при движении задним ходом. Кабина установлена на изолирующих опорах, что уменьшает шум и вибрацию, обеспечивая комфортное вождение.

Системы нивелирования и телематика

  Системы автоматизированного нивелирования и управления планировкой, а также телематика существенно повышают производительность и эффективность автогрейдеров, позволяют увеличить темп и качество планировки, существенно сократить эксплуатационные расходы и время на выполнение геодезических работ, обеспечить охрану труда на объекте строительства. Сроки работ снижаются в 2 раза при использовании того же самого парка техники. Это ведет к пропорциональному снижению затрат на топливо, техническое обслуживание, шины, режущие кромки отвалов.

Если говорить о системах нивелирования, то объём и сроки производства геодезических работ при строительстве дорог снижаются до 90%. Уменьшается количество персонала (геодезисты, вспомогательные рабочие, операторы), что ведет к снижению травматизма. Качественное земляное полотно с требуемой степенью уплотнения и в проектных отметках обеспечивает последующее снижение расхода асфальтобетонной смеси на обустройство дорожной одежды до 10%.

*Cat 14

К примеру, опциональная система Cat GRADE с функцией отображения поперечного наклона на грейдере Cat 14 помогает поддерживать нужный уклон, автоматически управляя одной стороной отвала. А система Cat AccuGrade™, также устанавливаемая в качестве дополнительной опции, использует технологии навигации и позиционирования, датчики машины и функцию автоматического управления отвалом, чтобы сделать рабочий процесс более быстрым, легким и эффективным. Система состоит из приёмников сигналов ГНСС и управляющих электрогидравлических устройств рабочих органов. Она обеспечивает непрерывную заданную установку и контроль положения рабочего органа машины относительно проектных отметок. Это позволяет звеньям землеройных машин выполнять работы по 3D-проекту и контролировать ход производства работ посредством передачи данных через геоинформационные системы или интерфейсы.

Телематические системы помогают контролировать состояние оборудования и способствуют снижению стоимости эксплуатации. На машинах Komatsu, например, устанавливается терминал KOMTRAX, который используя беспроводные средства связи, собирает и передает такую информацию, как данные о местонахождении машины, рабочее состояние, количество моточасов, нагрузку, средний расход топлива, время для замены, ошибки и предупреждения. Система KOMTRAX не только предоставляет информацию о грейдере, но также позволяет через веб-сайт контролировать состояние парка техники.

Дополнительные опции и навесное оборудование

*UMG СДМ TG 200

Все ведущие бренды предлагают в разных вариациях широкий набор дополнительных опций, начиная от системы стабилизации отвала и заканчивая усиленным поворотным кругом для тяжелых работ. Примечательно, что российский производитель UMG СДМ по запросу клиента также может установить на полноприводный грейдер TG 200 целый перечень дополнительных опций:

• Передний мост с двумя гидроцилиндрами и рулевой насос увеличенной производительности
• Автоматическая система нивелирования (2D и 3D)
• Модуль ГЛОНАСС
• Автоматическая система смазки шарниров рабочих органов Lincoln
• Камера заднего вида
• Дополнительное рабочее освещение (4 направления)
• Подогрев топливного фильтра
• Независимый отопитель кабины
• Автоматическая система пожаротушения с возможностью ручной активации
• Автоматический маршевый подогреватель дизельного топлива
• Чехол утепления капота.

Выбор навесного оборудования чрезвычайно широк, его можно устанавливать на переднюю, среднюю или заднюю часть машины:

– Боковое снегоочистительное оборудование для очистки обочин и откосов дорог, а также для уборки снега за дорожным ограждением (бордюром)

– Боковое рабочее оборудование

– Рыхлитель заднего расположения

– Скарификатор среднего расположения.

Бульдозерный отвал входит в базовую комплектацию.

Подбирать навесные орудия следует для конкретных условий, в которых используется автогрейдер. Нужно учитывать характер работ, тип материала, наличие свободного пространства для разворота. Это позволит максимально увеличить рентабельность машины.