Тяжелые экскаваторы – высокие технологии

Как новейшие технологии повышают рабочие характеристики самых больших экскаваторов строительной отрасли
По статистическим данным, в настоящее время в России после прохождения «дна» рынок строительной техники стал расти. В секторе строительных экскаваторов больше всего повышается спрос на машины самого тяжелого класса, востребованные в нефтегазовой промышленности и находящиеся на грани строительной и горнодобывающей отраслей, которые работают и на крупномасштабных стройках, и в щебеночных карьерах. Что же предлагают в этом секторе ведущие производители и какие тенденции отмечаются в экскаваторной технике, узнаем в этой статье.

Разные режимы работы

В современных экскаваторах оператор может выбирать различные режимы работы машины и двигателя в зависимости от нагрузок и условий при выполнении данной конкретной задачи. Таким образом, при нетяжелой работе в экономичном режиме обеспечивается значительная экономия топлива, а при больших нагрузках использование полной мощности машины позволяет выполнить работу быстрее, тем самым повышается производительность.

В производственной линейке компании Hitachi самыми большими экскаваторами, пригодными для широкомасштабных земляных работ в крупных строительных проектах, в нефтегазовой промышленности и в карьерах, являются модели шестого поколения Dash-6 ZX870 LC-6 и ZX670LC-6 массой 85,6 и 69,9 т соответственно. Электронная система управления позволяет устанавливать следующие режимы работы: High Productivity (высокой производительности), на котором обеспечивается высокая мощность и скорость выполнения операций; Power (мощностный), на котором обеспечивается оптимальное соотношение мощности, скорости рабочих движений и топливной экономичности; и Economy (экономичный), на котором обеспечивается максимальная топливная экономичность при высокой производительности.

У наиболее тяжелых экскаваторов Doosan мод; DX700LC и DX530LC новейшего поколения массой 70,1 и 52,9 т соответственно есть режимы копания и работы сменным навесным оборудованием. С помощью поворотного переключателя можно выбрать любой из четырех режимов: Power Mode (используется 100% мощности двигателя), STD Mode (85% мощности); E Mode (75% мощности, копание и погрузка); Lifting Mode (80% мощности, подъем балок и труб).

В линейке экскаваторов рассматриваемого типа у компании CASE Construction Equipment самыми крупными являются мод. CX800B и CX700B массой 81 и 69,5 т соответственно. Эти машины, хоть и относятся не к последнему поколению, регулярно модернизируются и оснащаются новыми системами, повышающими производительность и экономичность. Наиболее «свежими» являются выпущенные недавно два экскаватора новейшей серии D: мод. CX490D и CX500D – самые большие экскаваторы экологического класса Stage IV/ Tier 4F в серии D, предназначенные для крупномасштабных земляных работ, в том числе дорожно-строительных, и щебеночных карьеров, имеющие увеличенную скорость движений, производительность и улучшенную реакцию на управляющие воздействия. К сожалению, данные машины не поставляются на рынок РФ ввиду низкого качества топлива, но CASE предлагает предыдущее поколение экскаваторов – модель CX470B. Главным отличием этой модели от серии D является адаптированный под российские условия двигатель. У всех экскаваторов CASE есть три режима работы: Speed Priority (увеличенные скорость и мощность для тяжелых работ), Heavy Duty (для тяжелых работ) и Automatic (автоматический, обеспечивающий оптимальное соотношение между производительностью и топливной экономичностью). Эти режимы помогают машине затрачивать энергии ровно столько, сколько необходимо для выполнения данной конкретной работы.

Повышение эффективности работы гидросистемы

Возможности выбора режимов работы у многих современных экскаваторов сочетаются с повышением эффективности гидросистемы. Гидравлика в современных экскаваторах обеспечивает плавную работу механизмов машины с высокой чувствительностью и точностью, когда оператору не требуется постоянно поправлять положение рабочих органов.

У крупнейшего в «строительно-карьерной» линейке экскаватора Volvo Construction Equipment мод. EC750E массой 72,8–74,9 т новый 502-сильный двигатель Volvo D16 с электронным управлением, у которого мощность увеличена на 11%, а расход топлива уменьшен на 5% по сравнению с агрегатом предыдущего поколения. Машина оснащена совершенно новой системой полного электрогидравлического управления, созданной «с нуля». В гидравлических системах прежнего выпуска поток становился нестабильным при переключении с одного режима работы на другой, в новой системе этот недостаток устранен, поток изменяется насосом плавно, в результате повышены точность управления, производительность и топливная эффективность.

С помощью уникальной системы Volvo ECO mode оператор может выбирать оптимальный для данных условий режим работы: Idle (холостой ход); Fine (точные работы); General (обычные работы) и Heavy (режим высокой мощности для тяжелых работ). Система ЕСО оптимизрует работу гидросистемы, уменьшая потери потока и давления, и обеспечивает экономию топлива без потери производительности. С помощью нового гидрораспределителя MCV перераспределяются потоки и давление в контурах стрелы, рукояти, механизма поворота надстройки. Имеется электронная система управления навесным оборудованием, которая позволяет «запомнить» до 20 настроек гидросистемы под разные орудия – величины потоков и давления в гидроконтурах.

К тому же у новой машины увеличен диаметр гидроцилиндра подъема стрелы и увеличено рабочее давление в гидросистеме. Благодаря этому экскаватор EC750E развивает усилие резания грунта на 7% выше, а величина потока в гидросистеме увеличена на 4%, и уменьшено время выполнения рабочего цикла по сравнению с моделью предыдущего поколения.

У экскаваторов Doosan мод. DX700LC и DX530LC система электронного управления гидросистемой e-EPOS (Electronic Power Optimizing System, система оптимизации мощности) со­единяется с электронным управлением двигателя ECU с помощью системы SPC (Smart Power Control, интеллектуальное управление мощностью), оптимизируя их работу, за счет чего обеспечивается повышение топливной экономичности и производительности машин. Правда, SPC активна только когда машина копает. Система Pump Torque Control согласует работу двигателя и нагрузку гидронасоса, гарантируя, что двигатель машины не заглохнет от высокой нагрузки насоса. Имеется «включающаяся нажатием одного пальца» система форсирования мощности гидросистемы. Мощность гидромотора поворота надстройки увеличена на 11% для того, чтобы машина могла лучше поворачивать надстройку при работе на склонах.

Настоящим «сердцем» машин CASE CX800B, CX700B, CX470В можно назвать «Интеллектуальную гидросистему CASE» (CASE Intelligent Hydraulic System, CIHS), согласующую работу двигателя и гидравлического оборудования. Благодаря ей машины стали более производительными, но не потеряли при этом точности управления, стали работать быстро, мощно и плавно. Эта новая система представляет собой комплекс из ряда систем управления отдельными агрегатами и функциями и обеспечивает высокую топливную экономичность. Электроника постоянно отслеживает управляющие команды, поступающие от оператора, изменения условий работы и соответственно перераспределяет потоки в контурах гидросистемы. В состав CIHS входят: Boom Economy Control («Экономичное управление стрелой», уменьшающая обороты двигателя при движении стрелы вниз и повороте надстройки); Auto Economy Control (система «автоматического холостого хода», снижает обороты двигателя после определенного времени работы на холостом ходу и выключает двигатель еще через некоторое время, если машина не работает); Swing Relief Control («Система разгрузки механизма поворота надстройки», регулирующая мощность механизма поворота надстройки); Spool Stroke Control («Система управления ходом золотника гидрораспределителя», которая регулирует давление в гидроконтуре во время выемки грунта. За счет использования этой системы в экскаваторах CASE экономится гидравлическая энергия); Auto Power Boost (форсаж мощности, при необходимости увеличивает давление в гидросистеме).

У экскаваторов Hitachi ZX870 LC-6 и ZX670LC-6 электронное управление позволяет включать режим форсирования мощности фирменной гидросистемы HIOS III. При работе гидросистемы в обычном режиме электроника обеспечивает оптимальный баланс работы двигателя и гидросистемы.

Системы нивелирования и автоматизированного управления

Улучшение управляемости и точности выполнения работ при одновременном уменьшении энергопотребления – цели, к которым стремятся ведущие производители современных тяжелых экскаваторов. Конечно, старый метод земляных работ неудобен – оператору приходится часто останавливать работу, чтобы проверить, правильно ли выполнена нивелировка, и в случае обнаружения ошибки переделывать работу. Существенно повышают производительность и экономическую эффективность работы машин системы, автоматизирующие управление рабочими процессами и помогающие операторам и руководителям машинных парков выполнять их работу. Руководители могут эффективно контролировать ход работ и загрузку оборудования с помощью телематических систем навигации техники.

Самыми тяжелыми в линейке экскаваторов Caterpillar нефтегазового и строительного назначения являются мод. 390FL и 374FL массой 92 и 75 т соответственно, прошедшие в 2017 г. модернизацию. Машины оснащены множеством автоматизированных систем, начиная с более простых, например SmartBoom, автоматизирующая управление однотипными повторяющимися движениями стрелы, и PAYLOAD Technologies – автоматическая бортовая система взвешивания грузов, в реальном времени информирующая оператора, и до более сложных, таких как системы нивелирования Cat Grade with Assist – двухмерная 2D и трехмерная 3D. Система обеспечивает автоматическое выполнение движений, которыми ранее оператор управлял вручную. Особенно полезна система на завершающих стадиях работ: она показывает, когда нужно прекратить выемку грунта, и таким образом предотвращает выполнение лишней работы и затраты на исправление ошибок. Оператору достаточно ввести значения глубины копания и угла наклона склона, и система на цветном экране монитора будет ему показывать, как следует срезать или насыпать грунт, устраняя необходимость привлекать к работе геодезистов, чтобы размечать места работ колышками и проверять углы наклона поверхности. Система предупреждает звуковым сигналом, когда нужно остановить работу машины.

Но на этом список автоматизированных систем экскаваторов Caterpillar не заканчивается. Телематические системы Cat VisionLink, Cat Connect, Cat ProductLink позволяют дистанционно собирать множество данных о работе машин компании, отслеживают местоположение и перемещения машин, контролируют расход топлива, определяют, кто из операторов нуждается в дополнительном обучении, составляют отчеты о работе оборудования и график техобслуживания машин, контролируют его выполнение, повышают время полезной работы и исправного состояния экскаваторов и т. д., в общем помогают экономить рабочее время и финансы компании.

Экскаваторы Hitachi ZX870 LC-6 и ZX670LC-6 оснащаются телематической системой ZXLink Ultimate, регистрирующей и представляющей оператору и руководителям машинного парка множество параметров работы машины: ее местоположение, маршруты перемещения, расход топлива, количество отработанных моточасов; выполняющей диагностику неисправностей, составление отчетов и др.

В будущем автоматизация управления работой дорожно-строительной техники увеличится, считают специалисты. Следующим шагом в повышении экономичности и производительности будет создание систем, согласовывающих работу всех агрегатов машин, занятых на строительном объекте.

Прочие системы, способствующие повышению эффективности выполнения работ

Вкратце перечислим особенности конструкции, способствующие повышению эффективности выполнения работ, характерные для всех или большинства современных экскаваторов ведущих брендов.

Все ведущие производители экскаваторов обеспечивают комфортные условия работы оператора. Кабины устанавливаются на виброгасящие опоры, как правило, защищены конструкциями ROPS/ FOPS, оборудованы системой климат-контроля, герметизированы, и внутри поддерживается избыточное давление, препятствующее проникновению пыли в кабину. Сиденья оператора имеют пневмоподвеску. Камеры заднего и бокового вида обеспечивают отличный обзор «слепых» зон на 360° вокруг машины.

Немаловажное для России дополнение к конструкции – наличие систем предпускового подогрева блока цилиндров двигателя, масла, охлаждающей жидкости, а также система подогрева сиденья оператора. Частота вращения вентилятора системы охлаждения обычно регулируется в зависимости от потребности, это способствует экономии топлива и поддержанию более ровного теплового режима двигателя.

Стрелы и рукояти ковша усиливаются наварными пластинами в местах концентрации наибольших напряжений. Предлагается несколько вариантов длины и типов стрел и рукоятей.

Ходовая часть, как правило, оснащена Х-образной рамой, шарниры гусениц герметизированы и содержат смазку, рассчитанную на весь период службы. Здесь следует отметить, что ходовая часть экскаватора Volvo СЕ мод. EC750E оснащена системой раздвижения гусениц для повышения устойчивости машины при работе. Такое же решение предлагает CASE для экскаваторов CX700B и CX800B.

Обычно в качестве опции предлагается централизованная система автоматической смазки. Для повышения универсальности, коэффициента использования и в конечном счете рентабельности эксплуатации для всех экскаваторов предлагается широкий ассортимент сменного навесного оборудования.

И конечно, простые, но эффективные приспособления, повышающие безопасность труда: ребристая нескользящая насечка на ступенях лестниц и площадках для обслуживания машины, поручни и ограждения, дополнительные приборы освещения.

Технические характеристики тяжелых экскаваторов
Компания Модель Эксплуатационная масса, т Мощность двигателя, кВт (л.с.) Экологический класс двигателя Емкость ковша, м3 Глубина копания, мм Вылет стрелы, мм Высота выгрузки, мм
CASE
Construction
Equipment
CX490D 49,4–50,8 270 (362) Stage IV/ Tier 4F 2 6720–7720 11 970–11 100 7410–7840
CX500D 49,6–51 270 (362) Stage IV/ Tier 4F 3 6340–6490 10 800–10 550 7160–7310
CX700B 69,5 345 (463) Stage III/ Tier 3 1,89–4,52 9850–8400 12 900–14 300 8710–8020
CX800B 81 397 (532) Stage III/ Tier 3 1,89–4,52 8530–10 660 13 720–14 300 8840–9510
Volvo CE EC750E 72,8–74,9 374 (502) Stage IV/ Tier 4F 4,81–7,14 7210–9020 11 460–13 750 7000–8970
Caterpillar Cat 374FL 71–75,2 352 (472) Stage IV/ Tier 4F 3,8–4,6 7220–9650 11 450–14 230 7080–9000
Cat 390FL 86,3–92 391 (532) Stage IV/ Tier 4F 3,9–6 7160–11 800 12 230–17 250 7990–10 960
Doosan DX 530LC 50,8–52,9 274 (373) Stage IV/ Tier 4F 1,63–3,03 7320–7740 11 865 7620–7915
DX 700LC 70,1 345 (463) Stage III/ Tier 3 2,5–5,2 6780–9030 11 040–13 610 6880–8660
Hitachi ZX670LC-6 69,9 345 (463) Stage IV/ Tier 4F 2–4,05 9150 13 850 7330–9170
ZX870LC-6 85,6 382 (512) Stage IV/ Tier 4F 1,9–4,5 7140–12 160 12 340–17 560 9080–11 260
 

Нам обещают, что новая система взимания платы за проезд по федеральным дорогам «Платон» поможет профинансировать ремонт, расширение, модернизацию и строительство отечественных автомагистралей. Как известно, дорожный ремонт и строительство должны выполняться как можно быстрее, чтобы не перекрывать надолго и так постоянно загруженные трассы. Вот тут-то и могут пригодиться новые тяжелые экскаваторы, которые выходят на рынок. Они обеспечивают высокую скорость и мощность, позволяющие выполнять строительные работы быстрее.

Автор с сожалением вынужден констатировать, что отечественные предприятия в настоящее время не производят экскаваторов тяжелого класса, и хотелось бы пожелать изменения этой ситуации.