Усовершенствования, появившиеся в конструкции экскаваторов-погрузчиков в последние годы
Автоматизация рабочих операций
Уже сейчас благодаря использованию электронного оборудования многие рабочие операции экскаваторов-погрузчиков автоматизированы. В настоящее время автоматические системы делают работу оператора более комфортной и помогают ему экономить дорогое рабочее время и средства, главным образом за счет экономии топлива. Но потенциал для дальнейшего расширения автоматизации и совершенствования автоматизированных систем далеко не исчерпан. В будущем автоматизироваться будут не только отдельные операции, а вся работа машины.
Удобно автоматизировать операции, которые часто повторяются, например погрузка самосвала. У ряда экскаваторов-погрузчиков имеется функция «возврат к положению копания», которая автоматически опускает ковш, как только машина подъезжает к штабелю материала. Тут еще есть резервы для дальнейшей автоматизации – например, подъем стрелы с ковшом как можно ближе к борту самосвала, выгрузка ковша и возврат его в положение, при котором активируется функция «возврат к положению копания». Полезно было бы также автоматизировать управление движением погрузчика по постоянно повторяющейся траектории во время загрузки самосвала.
Турецкая компания Hidromek выпускает линейку экскаваторов-погрузчиков с неплохим соотношением «цена-качество». Равноколесная мод. HIDROMEK 102S ALPHA массой 9150 кг с двигателем мощностью 100 л.с. оснащена функцией «автоматический возврат к положению копания» и устанавливаемой по заказу «системой стабилизации движения», которая демпфирует раскачивание ковша погрузчика при движении на неровной местности и обеспечивает плавную и быструю езду, а также рядом полуавтоматических функций: кнопка включения понижающей передачи, кнопка открытия и закрытия «челюсти» ковша погрузчика (типа «6-в-1», емкость 1,1 м3), кнопка TIPSHIFT переключения направления движения вперед-назад на рычаге управления фронтального погрузчика и др.
У машины гидромеханическая трансмиссия с блокируемым гидротрансформатором, с подключаемым полным приводом 4х4, с самоблокирующимся дифференциалом на переднем мосту и 100%-ной блокировкой дифференциала на заднем мосту. Три режима рулевого управления.
Экскаваторный ковш имеет емкость 0,17 м3, с телескопической рукоятью глубина копания достигает 5,8 м. Обе стрелы оснащаются гидроразводкой для подключения многочисленного навесного оборудования. Регулируемый отвал, закрепленный с помощью болтов, может устанавливаться и спереди, и сзади машины.
Рабочее давление в гидросистеме – 227 бар. Суммарная подача двух шестеренных насосов составляет 90+57 л/мин. Опционно предлагается аксиально-поршневой гидронасос с закрытым центром с регулировкой производительности в зависимости от нагрузки. Распределение потоков по гидроконтурам регулируется в зависимости от потребности.
Серия экскаваторов-погрузчиков ALPHA оборудуется телематической системой Hidromek SmartLink, передающей через GPS/ ГЛОНАСС на компьютер владельца машины большой объем данных и отчетов о работе машине и ее использовании оператором, диагностирует техническое состояние машины.
Копание траншей – еще один перспективный объект автоматизации. Работа состоит из повторяющихся операций: выемка грунта и выгрузка из ковша сбоку от траншеи. Если автоматизировать эти движения, будут экономиться рабочее время и топливо, к тому же для малоквалифицированных операторов автоматизация является серьезной помощью в работе. Оператору будет достаточно лишь задать размеры траншеи (глубину, длину и, может быть, ширину), дальше машина все сделает сама под управлением компьютера. Возможно даже организовать дистанционное управление, не требующее присутствия оператора в кабине.
Однако другие специалисты возражают на это: а если на пути машины встретится препятствие? Современные нормы безопасности труда не позволят оставить машину работать без присмотра человека. Возможно, в будущем развитие автоматических систем позволит им работать автономно, и нормы охраны труда тоже соответственно изменятся. Но пока о таких системах можно только мечтать.
Существуют также технологии распознавания препятствий в зонах, не видимых оператору (типа «парктроник»). Система работает совместно с камерой заднего вида, передает изображение на монитор и подает звуковой сигнал, если машина при движении задним ходом приближается к препятствию или объекту. Система учитывает изменение скорости движения машины: если машина движется назад быстрее, звуковой сигнал включается раньше, чтобы оператор успел на него среагировать.
Автоматизированные системы нивелирования. Системы, автоматически управляющие машинами и «подсказывающие» операторам, что нужно делать, конечно, существенно упрощают работу и повышают производительность операторов экскаваторов-погрузчиков. Особенно это относится к работе на экскаваторном оборудовании машины, которым операторы часто роют траншеи, дно которых должно иметь определенный уклон. Для этой цели используются системы с оборудованием, устанавливаемым на экскаваторной стреле, которые помогают операторам более точно копать траншею на заданную глубину, затрачивая при этом меньше времени.
Более совершенными являются системы автоматизированного управления с нивелированием. Современные экскаваторы-погрузчики оснащаются простыми двухмерными (2D) системами автоматизированного нивелирования. При использовании таких систем не нужны геодезисты, проверяющие уклон дна траншеи. Эти системы становятся все более популярными и распространенными у строителей. В гусеничных бульдозерах или экскаваторах уже используются 3D-системы нивелирования. Несомненно, что в недалеком будущем и для экскаваторов-погрузчиков будут разработаны подобные системы.
Усовершенствование гидросистемы
Компоненты гидросистем современных экскаваторов-погрузчиков совершенствуются, многие из них управляются электронными системами, которые получают данные от множества датчиков, установленных на агрегатах и узлах машины. Электронное управление позволяет точнее настраивать характеристики машины в соответствии с конкретными условиями работы, что в результате приносит экономию топлива и эксплуатационных расходов.
Многие современные модели экскаваторов-погрузчиков оснащаются гидросистемами с приоритетным разделением потоков по контурам и с аксиально-поршневыми гидронасосами переменного рабочего объема, за счет чего производительность гидросистемы регулируется в зависимости от нагрузки.
Еще один производитель из Турции компания MST предлагает на российском рынке экскаваторы-погрузчики 5-й серии, в частности, мод. M542 Plus с разновеликими колесами 23 и 28 дюймов и двигателем Perkins мощностью 101 л. В экскаваторе-погрузчике MST M542 Plus штатно установлены джойстики для управления гидравлическим оборудованием, что существенно снижает нагрузку на оператора и повышает удобство управления экскаваторным и фронтальными ковшами. Электронная система в целях безопасности отключает джойстик при достижении определенной скорости движения машины. Сдвоенный гидравлический насос фирмы Casappa производительностью 154 л/мин и рабочим давлением 250 бар гарантирует одни из самых высоких показателей вырывного усилия и максимальной массы поднимаемого груза в данном классе экскаваторов-погрузчиков. В зависимости от типа и условий работы система управления позволяет выбирать любой из трех режимов функционирования гидравлической системы: «экономичный» «нормальный» и «повышенной производительности».
В стандартной комплектации все машины оснащаются автоматической коробкой передач Carraro Poweshift, усиленными мостами Carraro и полноприводной трансмиссией, системой автоматического возврата ковша погрузчика на уровень грунта.
Вместимость ковша погрузчика – 1,2 м3, высота разгрузки – 3500 мм, что обеспечивает более высокую производительность (в среднем на 20%) в сравнении с конкурентами. Ковш челюстной типа «6-в-1» с проушинами, на которые можно навесить различные орудия – вилы и др.
Экскаваторная установка с телескопической рукоятью, с ковшом емкостью 0,24 м3 и глубиной копания 5404 мм. Все модели оснащены двухпоточной гидролинией, что позволяет устанавливать на стрелу экскаватора гидромолот, гидробур и другое навесное оборудование. Дополнительно на машину могут быть установлены кондиционер, система демпфирования стрелы фронтального ковша в движении, устройство гидравлического сдвига каретки экскаватора и многое другое.
Эти особенности конструкции увеличивают производительность экскаватора-погрузчика, особенно когда строительная компания (или индивидуальный предприниматель-владелец) берут подряды на работы разного типа. Таким экскаваторам-погрузчикам буквально любая задача «по плечу» и даже выполнение нескольких работ одновременно. Благодаря такой конструкции и использованию электронного управления оператор может выбирать из нескольких различных режимов работы гидросистемы, в том числе «экономичный режим» (ECO Mode).
Экскаватор-погрузчик New Holland мод. B100B с двигателем мощностью 97 л.с., массой 7630–7860 кг, полноприводный 4х4, оснащен гидросистемой с закрытым центром и с регулированием производительности в зависимости от нагрузки. В составе гидросистемы два шестеренных насоса, установленных последовательно, общая подача которых составляет 160 л/мин. Рабочее давление – до 210 бар. Электронная система управления гидросистемой позволяет перераспределять потоки в контурах, например, когда необходимо ускорить срабатывание рулевого управления, в гидроприводе рулевого управления увеличивается расход потока. Если нужно увеличить мощность оборудования фронтального погрузчика (увеличить грузоподъемность, ускорить выполнение цикла), оператор специальной кнопкой может отключить гидропривод трансмиссии и всю производительность направить в контур фронтального погрузчика.
Для экономии топлива служит кнопка, нажатием которой оператор понижает обороты двигателя до режима холостого хода. Таким образом, оператору не нужно перемещать рукой акселератор. Машина оснащена системой бортовой диагностики DIAGNOSTIC PORT.
Экскаваторный ковш типа «4-в-1». Опционно предлагаются телескопируемая рукоять экскаватора и гидроразводка под гидромолот, быстродействующие соединители для навесного оборудования на стрелы погрузчика и экскаватора, утяжеленный противовес и крюк для подъема грузов.
На этом режиме машина работает при более низких оборотах двигателя, но мощность гидросистемы и скорость движений гидравлического оборудования при этом не уменьшаются. В результате обеспечивается существенная экономия топлива (10–15%) без уменьшения производительности машины за счет того, что используется ровно столько мощности, сколько требуется. К тому же меньше изнашиваются двигатель и компоненты гидросистемы, уменьшается нагрев двигателя и гидравлической жидкости, машина работает тише, оператор может переговариваться с рабочими на стройплощадке, это повышает безопасность работы. Органы управления таких машин работают точно и передвигаются без больших усилий.
В декабре 2018 г. в Москве состоялась презентация нового экскаватора-погрузчика Caterpillar мод. 426F2 с двигателем мощностью 88 л.с., который планируется производить в России. Машина отличается «бюджетной» ценой. Экскаваторы-погрузчики Caterpillar серии F2 оснащаются гидросистемами с регулированием производительности в зависимости от нагрузки, аксиально-поршневыми насосами переменной производительности. Имеется «экономичный» режим работы ECO, который без уменьшения производительности обеспечивает до 20% экономии топлива по сравнению с обычным режимом работы. Еще на всех экскаваторах-погрузчиках серии F2 есть кнопка отключения трансмиссии: за счет этого при внедрении фронтального ковша в материал вся мощность гидравлической системы передается ковшу.
В стандартной комплектации имеется система демпфирования стрелы погрузчика. Вместимость ковша погрузчика – 1,05 м3, высота разгрузки – 2735 мм. Ковш челюстной типа «6-в-1» с проушинами, на которые можно навесить различные орудия – вилы и др.
Экскаваторная установка с телескопической рукоятью, с ковшом емкостью 0,24 м3, глубина копания – 5697 мм. Угол поворота ковша экскаватора 205° (самый большой среди аналогичных машин на рынке) позволяет удерживать материал без просыпания даже при полностью поднятой стреле. Все машины идут с двухпоточной гидролинией, что позволяет устанавливать на стрелу экскаватора гидромолот, бур и другое навесное оборудование. Caterpillar предлагает для своих экскаваторов-погрузчиков быстродействующие механические и гидравлические соединители для навесных орудий.
Машины планируется поставлять в конфигурации с полным приводом, с «зимним пакетом», 100%-но блокирующимся центральным дифференциалом, с телематической системой Product Link в стандартной комплектации.
У некоторых экскаваторов-погрузчиков имеется режим «точной работы» гидравлического оборудования, при котором скорость выполнения операций экскаваторным оборудованием уменьшается. Это удобно при выемке грунта вокруг подземных инженерных коммуникаций – труб, энергетических кабелей.
Так, у экскаватора-погрузчика Terex мод. TLB 825 гидравлическая система с открытым центром укомплектована сдвоенным шестеренным насосом Casappa с подачей 80 + 62 л/мин. Для выполнения точных работ экскаваторным оборудованием, а также для передачи большего крутящего момента на трансмиссию имеется режим «разгрузки гидравлики», когда подача одного насоса через перепускной клапан полностью сливается в бак.
Привод передних колес подключаемый (режим 4х4). Машина массой 8,03 т оснащена телескопической экскаваторной рукоятью со смещаемой осью копания и имеет глубину копания 5,78 м – одну из самых больших в своем классе. Есть гидроразводка для подключения гидромолота.
Гидромеханическая система самовыравнивания ковша погрузчика позволяет избежать рассыпания материала при подъеме. Функция плавающего положения стрелы погрузчика дает возможность разравнивать материалы по площадке, а также наполнять ковш на ровной поверхности, например, при уборке снега. Ковш погрузчика «7-в-1» позволяет выполнять копание, погрузку, бульдозерование, скреперную разгрузку, распределение и разравнивание материалов, погрузку грейфером, работу в крановом режиме с грузоподъемностью 1000 кг.
По исследованиям одной из компаний-производителей, приблизительно 20% владельцев используют экскаваторы-погрузчики для крановых операций (подъем и перенос грузов). Для таких работ имеется режим «подъем грузов» (Lift Mode или Power Lift). Нажатием всего одной кнопки оператор увеличивает расход потока жидкости в гидроконтуре стрелы экскаватора и соответственно повышает усилие подъема стрелы или вырывное усилие на ковше примерно на 15%. Электронная система устанавливает постоянные обороты двигателя, затем позволяет увеличить рабочее давление в гидросистеме на величину до 30 бар, но чтобы давление не превысило 300 бар. Все регулирует электроника.
Конечно, прочность узлов и деталей машины должна быть рассчитана на увеличившиеся нагрузки, и гидроцилиндры должны быть больше. Если машина переносит трубу или плиту, на этом режиме машина при необходимости может развить дополнительную мощность, например, для точной укладки груза при полном вылете экскаваторной стрелы. Благодаря наличию режима «подъем грузов» гидросистема работает более экономично – она развивает повышенную мощность только когда это необходимо, а не поддерживает такую мощность постоянно.
Некоторые производители увеличили расход потока жидкости в гидросистемах своих новейших моделей экскаваторов-погрузчиков для увеличения их грузоподъемности, мощности, сокращения времени выполнения рабочего цикла и улучшения прочих рабочих характеристик.
Быстродействующие соединения для фитингов гидравлических РВД все шире применяются производителями.
Некоторые компании повышают производительность гидросистем своих экскаваторов-погрузчиков путем увеличения размеров гидроцилиндров рабочего оборудования. Между рабочим давлением в гидросистеме и вырывным усилием на ковше существует прямая зависимость. Когда производители хотя увеличить вырывное усилие на ковше экскаватора-погрузчика, они вынуждены увеличивать рабочее давление в гидросистеме.
Телематические системы
Когда у компании парк машин большой, постоянно отслеживать, чем занимается и где находится каждая машина, сложно. Одним из самых важных усовершенствований современных экскаваторов-погрузчиков является расширяющееся использование телематических систем, которые позволяют владельцу парка техники дистанционно отслеживать местоположение и перемещения каждого экскаватора-погрузчика, контролировать с компьютера в головном офисе компании (или через смартфон, планшет и пр. современные гаджеты) все важные рабочие характеристики машин (например, расход топлива).
Телематические системы формируют отчеты о работе и простоях машины с указанием количества отработанных моточасов, сколько времени двигатель экскаватора-погрузчика проработал на холостом ходу (а ведь двигатель на холостом ходу не только напрасно сжигает топливо, но и «накручивает» счетчик моточасов, соответственно уменьшая время, обеспеченное гарантией производителя), сколько времени машина просто ездила взад-вперед без всякой пользы.
Эти системы также позволяют дистанционно в короткие сроки проводить диагностику неисправностей и технического состояния машины, ее отдельных систем и узлов (уровень топлива, масла, состояние фильтров и т. д.), получать сообщения об опасных отклонениях рабочих показателей машины от допустимых величин. Данные, предоставляемые телематической аппаратурой, можно использовать для составления графика проведения техобслуживания экскаваторов-погрузчиков и уменьшения времени простоя техники.
АО «ПО ЕлАЗ» (Татарстан, г. Елабуга) выпускает экскаватор-погрузчик Elaz BL-880 Plus с разновеликими колесами на передней и задней осях, созданный на базе машины Tarsus турецкой компании Ĉukurova. Эксплуатационная масса – 7800–8500 кг, мощность двигателя Perkins – 93 л.с.
Экскаватор-погрузчик ELAZ-BL 880 оснащен телематической системой ГЛОНАСС/ GPS мониторинга TIS Online, предоставляющей основные данные по работе машины и составляющей аналитические отчеты.
Мосты фирмы Carraro, дифференциал блокируемый. Опицонно предлагается полный привод 4х4. С помощью двух тормозных педалей организовано раздельное торможение колесами правой и левой стороны машины.
Производительность тандемных шестеренных насосов гидросистемы – 154 л/мин. Опционно предлагается аксиально-поршневой гидронасос. Рабочее давление в гидросистеме с открытым центром – 230 бар. В составе гидросистемы имеется разгрузочный клапан, обеспечивающий увеличение тягового усилия и экономию топлива машиной.
Емкость ковша погрузчика «6-в-1» составляет 1,1 м3, возможно выполнение семи операций. Экскаваторная стрела телескопируемая. Емкость экскаваторного ковша – 0,24 м3. На стреле имеется однопоточная гидролиния для установки сменного навесного оборудования.
Располагая этими данными, руководители строительных организаций могут улучшать организацию работы своих машин (и следовательно, сокращать производственные расходы), оценивать качество работы каждого оператора. Зная данные о количестве проработанных моточасов, владелец может вовремя подготовиться к замене изношенной машины на новую. Рассматривая отчеты, сформированные телематической системой, руководитель компании может понять, что выгоднее: иметь машину в собственности или брать в аренду.
Часто производители предлагают телематические системы непосредственно при продаже новых машин, благодаря этому владелец может сразу наглядно увидеть преимущества телематики, оценить, насколько просто получать и использовать важную информацию.
Специалистам сервисной службы дилера порой даже не нужно выезжать на место эксплуатации машины, которое может находиться весьма далеко, для того, чтобы помочь оператору устранить некоторые неисправности. Им достаточно посмотреть на экран компьютера и проконсультировать оператора.
Телематическая аппаратура также помогает бороться с хищениями техники – она позволяет в режиме реального времени точно определять местоположение машины. Владелец может задать границы зоны, в которой должна находиться машина. Как только машина пересечет эти границы, телематическая система тут же сообщит об этом ее владельцу.
Самая главная рекомендация, которую хотелось бы донести до владельцев экскаваторов-погрузчиков: как можно полнее используйте возможности телематики. К сожалению, пока телематические системы используют не более 20% владельцев экскаваторов-погрузчиков. Но развитие телематики еще только начинается, и в будущем ее возможности станут использоваться намного шире, как прогнозируют специалисты.
