Краны повышенной проходимости на автомобильных и специальных колесных шасси
Один или два двигателя?
У автокранов небольшой грузоподъемности двигатель шасси традиционно приводил в движение и крановую установку. Тяжелые мобильные краны оснащались двумя двигателями: большей мощности для шасси и меньшей для крановой установки.
Так, ИМЗ «Автокран» выпускает автокран ИВАНОВЕЦ КС-65740-7 г/п 40 т на вездеходном шасси КАМАЗ-63501 с колесной формулой 8x8. Кран оснащается единым двигателем мощностью 235 кВт для шасси и крановой установки.
В конструкцию машины входит телескопическая 4-секционная стрела длиной 30,3 м, возможна комплектация гуськом длиной 9 м, устанавливаемым под углами 0 и 30°. Зона работы крановой установки 360°. Система управления крановыми операциями электропропорциональная. Привод механизмов крана гидравлический с возможностью совмещения рабочих операций. Предлагается дополнительный противовес массой 7 т.
ИМЗ «Автокран» сосредоточился на производстве кранов самого массового по грузоподъемности диапазона: от 16 до 40 т со стрелами длиной от 18 до 31 м, в том числе кранов повышенной проходимости на отечественных шасси КАМАЗ и Урал.
Однако после поэтапного вступления в силу новых экологических норм для внедорожной техники Tier 4F/ Stage IV в (2012–2015 гг.) в систему выпуска двигателей мобильных кранов пришлось устанавливать нейтрализаторы и сажевые фильтры. Конечно, это не могло понравиться производителям кранов, и некоторые из них стали отказываться от использования отдельных двигателей крановых установок. Таким образом, у современных производителей мобильных гидравлических кранов сложились две принципиальные концепции конструкции: традиционная с двумя двигателями и новая с одним двигателем и для ходовой части, и для крановой установки. Сторонники каждой из концепций приводят свои аргументы в их пользу.
Один двигатель. Некоторые ведущие производители в конструкции тяжелых кранов на спецшасси теперь используют только один двигатель. Они отказываются от отдельного двигателя крановой установки с его сложной системой нейтрализации отработавших газов, считая, что такая конструкция помогает уменьшить массу силовой установки, а сэкономленные килограммы можно использовать для усиления несущих элементов грузоподъемного оборудования.
Противники концепции «одного двигателя» указывают, что единственный двигатель крана на спецшасси должен быть способен одинаково полноценно обеспечивать как работу машины на строительном объекте, так и переезды на другие места, т. е. иметь универсальные рабочие характеристики. А универсальность, как известно, плохо сочетается с оптимизацией и экономичностью.
Однако интересную «компромиссную» концепцию создали инженеры компании Manitowoc. Кран Manitowoc GMK6400, 6-осный 400-тонный, оснащен одним двигателем, от которого приводится и шасси, и крановая установка, и электрогенератор для прочих нужд.
Инженеры Manitowoc уверены, что их концепция станет главным трендом в краностроении. Без снижения мощности удалось обеспечить уменьшение потребления топлива двигателем большого объема на величину до 7% за счет оптимизации его использования.
В процессе разработки концепции «одного двигателя» инженеры Manitowoc выяснили, что во время работы крана при одинаковой величине развиваемой мощности двигатель большего объема, работающий на малых оборотах, имеет более высокую топливную экономичность по сравнению с двигателем меньшего типоразмера, которому приходится работать на высоких оборотах. А вот при работе на режиме холостого хода картина резко отличается: у большого двигателя расход топлива примерно на 60% выше, чем у малого. Проблема еще и в том, что двигатель мобильного крана до 80% времени работает как раз на холостом ходу.
Чтобы решить эту проблему, инженеры Manitowoc создали т. н. Fuel Saver – «экономичную» электронную систему управления, работающую подобно системе start/ stop на современных грузовиках. Система уменьшает обороты холостого хода единственного двигателя крана, предварительно отключив от двигателя гидронасосы, и если двигатель еще какое-то заданное время не используется для работы крана, система его выключает. Чтобы снова завести двигатель и вывести его на рабочий режим, оператору достаточно просто слегка тронуть любой из джойстиков.
Опционально система может быть дополнена небольшим дизельным двигателем, который заводится, когда выключается основной двигатель крана, и приводит в действие генератор. Генератор обеспечивает электроэнергией кондиционер, радиоприемник и световые приборы, поддерживая комфортные условия работы для оператора. Если бы не было этого небольшого дизеля, для питания вышеперечисленного оборудования пришлось бы оставлять работать на холостом ходу большой двигатель. Малый дизель потребляет около 2,5 л топлива в час, тогда как расход топлива у основного двигателя на холостом ходу составляет 7,5 л. Таким образом, экономия топлива получается около 5 л/ч.
Особенно большая экономия топлива получается на кранах самой высокой грузоподъемности, которые обычно дольше работают на холостом ходу, чем небольшие «краны-такси» (небольшие мобильные краны, перемещающиеся с одной строительной площадки на другую без использования вспомогательных транспортных средств и готовые к выполнению разнообразных работ по подъему грузов). Небольшие краны прибывают на стройку, выполняют работу и уезжают, тогда как мощным кранам большой грузоподъемности часто приходится подолгу ожидать, когда закончатся подготовительные работы, чтобы потом выполнить подъем тяжелого груза.
Когда основной двигатель мощного мобильного крана работает меньшее время, подобный «экономичный» малый дизель помогает увеличить интервалы между регулярными ТО, а также объемы необходимого обслуживания и износ большого двигателя.
Кроме экономии средств владельцев за счет топлива и техобслуживания концепция «одного двигателя» позволяет разработчикам экономить место и массу в конструкции крана, делать кран более компактным и легким.
Два двигателя. Другие ведущие краностроительные компании, например Link Belt и Tadano, предпочитают использовать два двигателя на своих мобильных кранах.
Сторонники концепции «двух двигателей» считают, что таким образом можно подобрать оптимальные характеристики для каждого из двигателей в соответствии с его функциями, а не находить какой-то компромиссный вариант характеристик единственного двигателя, подходящих для таких разных задач. Двигатель шасси должен развивать мощность, достаточную и для движения машины на высокой скорости по дороге, и для движения по труднопроходимой поверхности на строительной площадке, и быстро развивать высокий крутящий момент, чтобы машина могла преодолеть крутой подъем. Двигатель крановой установки (вместе с гидросистемой) должен обеспечивать очень точные движения грузоподъемного оборудования, поэтому система управления двигателя должна быть исключительно точной и адаптируемой, чтобы крановая установка могла поднять, перенести и безопасно установить груз в нужное место без отклонений. Современные двигатели с электронным управлением оптимально подходят для такой работы.
Так, мобильный кран Tadano ATF 400G-6 экологического класса Euromot 3B г/п 400 т, предназначенный для движения по дорогам и бездорожью, оснащается двумя двигателями: мощностью 480 кВт для привода шасси и мощностью 195 кВт для крановой установки.
Шасси 6-осное (колесная формула 12х8) с гидропневматической подвеской с возможностью регулировки уровня рамы, в гидросистеме подвески имеется функция электрогидравлической блокировки цилиндров. Трансмиссия обеспечивает 12 передач переднего и 2 – заднего хода. Привод рулевого управления гидравлический двухконтурный с резервным насосом. Имется 7 режимов рулевого управления в зависимости от скорости и потребности.
Основная стрела пятисекционная телескопическая из высокопрочной мелкозернистой стали имеет длину 60 м + удлинитель 49,5 м, возможна комбинация 47,9+76 м. Управление крановыми операциями осуществляется двумя джойстиками. Противовес общей массой 138 т состоит из модулей шести типов, возможно большое число комбинаций по массе. Управление монтажом-демонтажом модулей противовеса производится посредством пульта дистанционного управления. Машина развивает скорость до 85 км/ч.
Компания Tadano предлагает огромный ряд кранов повышенной проходимости с двигателями, соответствующими нормам Stage V, Stage IV и Euromot 3A/3B. Для строительных компаний особенно интересны краны повышенной проходимости на автомобильном шасси. Они универсальны, обладают высокой скоростью передвижения и способны поднимать грузы от 70 до 220 т.
Специалисты доказывают, что использование двух двигателей дает значительные преимущества по сравнению со схемой с одним двигателем, прежде всего в плане долговечности большого двигателя шасси. Намного рациональнее использовать малый двигатель в течение долгих часов работы крановой установки вместо того, чтобы «гонять» для этого большой двигатель, расходуя его моторесурс. В среднем двигатель шасси может иметь наработку около 200 моточасов в год, тогда как двигатель крановой установки проработает 1400 моточасов – в семь раз больше. Таким образом, износ мощного двигателя шасси увеличится в восемь раз, если он один будет использоваться в мобильном кране! К тому же расход топлива у двигателя меньшего объема и мощности существенно меньше, т. е. эксплуатационные расходы будут ниже.
Искрогасители. Краны повышенной проходимости, предназначенные для работы на газо- и нефтепромыслах, а также на производстве и в местах с повышенной пожаро- и взрывоопасностью, по понятным причинам должны оснащаться искрогасителями системы выпуска. Проблема в том, что системы выпуска новых кранов уже оснащаются нейтрализаторами, которые создают противодавление потоку отработавших газов, и установка искрогасителя увеличивает это противодавление. Поэтому производители кранов и их двигателей запрещают установку искрогасителей от несертифицированных производителей.
Однако ряд производителей двигателей заявляет, что нейтрализатор в системе выпуска их двигателя сам выполняет функции искрогасителя и установка дополнительного устройства не требуется, причем имеются соответствующие сертификаты на двигатель.
Газовое топливо. Все большую актуальность для России приобретает использование газового топлива, правительство и бизнес предпринимают ряд мер по развитию парка газовой коммерческой техники и сети заправочных станций. Использование газа обеспечивает ряд преимуществ: расходы на топливо при эксплуатации крана могут снижаться до 70% и более. К тому же октановое число сжиженных нефтяных углеводородных газов составляет 103–105 ед., что практически исключает детонацию в двигателе. Газ не содержит вредных примесей (свинец, сера), которые на химическом уровне разрушают детали камеры сгорания. Газ легко смешивается с воздухом и равномерно наполняет цилиндры однородной гомогенной смесью, не смывает масляную пленку со стенок цилиндров и не разжижает масло в картере, воздушно-газовая смесь сгорает полностью, не образуя нагара на поршнях, клапанах и форсунках.
Срок службы двигателя продлевается на 30–40%, масла – в два раза. Мощность двигателя практически не уменьшается, а содержание вредных веществ в отработавших газах снижается по сравнению с автомобилями на дизтопливе в два раза и более. Штатная система питания требует минимальных переделок. В сумме эти факторы обеспечивают экономию эксплуатационных затрат вдвое и более. К тому же газ, вопреки широко распространенному заблуждению, не опаснее бензина и безвреден для окружающей среды: утечка газа менее пожароопасна, чем утечка бензина. Жидкое топливо, испаряясь, в течение более продолжительного времени, создает взрывоопасную смесь с воздухом. Воспламеняется смесь бензина с воздухом в более широких пределах (при более низких и более высоких концентрациях), чем у газовоздушной смеси.
Как и во всяком деле, у газового топлива есть, конечно, и недостатки, в частности, оно испаряется из баллонов, автомобили на газовом топливе должны постоянно работать, что, в общем, характерно для крановой техники.
АО «Клинцовский автокрановый завод» (КАЗ) выпустил первый кран повышенной проходимости с двигателем, работающим на метане: мод. «Клинцы» КС-55713-5К-1 г/п 25 т, шасси с колесной формулой 6х6.
Привод крановых механизмов гидравлический, раздельный от аксиально-поршневого гидронасоса. Возможно совмещение выполнения крановых операций. Стрела крана КС-55713-5К-1 трехсекционная, длиной 21 м, с одним гидроцилиндром выдвижения и канатным полиспастом, может телескопироваться с грузом до 6 т на крюке. Гусек длиной 7,5 м устанавливается под углами 0 и 30°. Максимальная глубина опускания крюка от уровня земли при стреле 9 м на вылете 5 м составляет 13 м. На кране установлена современная грузовая лебедка с планетарным редуктором и дисковым тормозом. За счет высокого КПД планетарного механизма экономится до 10% топлива при работе грузовой лебедки. Кабина крановщика оборудована отопителем, откидным задним люком, солнцезащитными шторками на лобовом и верхнем стеклах и опционно аудиосистемой. Скорость движения крана – до 50 км/ч. Срок службы крана при 1,5-сменной работе в паспортном режиме составляет 10 лет.
АО «КАЗ» выпускает автокраны, в том числе комплектующиеся рабочей платформой высотного доступа (люлькой), г/п от 16 до 40 т, со стрелами длиной 18–34 м на шасси КАМАЗ, Урал, МАЗ, CAMC, Volvo FE.
Прочие проблемы и тренды двигателей мобильных кранов. Проблемы с размещением двигателей тоже в числе основных трудностей при создании кранов на спецшасси. В настоящее время все больше краностроительных компаний предпочитают использовать двигатели рядной компоновки, и в будущем это, очевидно, будет преобладающим типом двигателей для кранов на спецшасси.
Напомним, что двигатели высоких экологических классов рассчитаны на сверхнизкосернистое дизельное топливо. Чтобы краны могли поставляться на рынки стран с менее жесткими требованиями по экологии, разработчики делают их конструкцию модульной, и агрегаты, нейтрализующие вредные выбросы, могут быть без затруднений установлены или сняты при необходимости. Иногда производители кранов на спецшасси вынуждены оснащать их разными двигателями для разных рынков.
Специалисты крановой отрасли считают, что обычные дизельные двигатели еще много лет будут основным источником энергии в мобильных кранах, но в конце концов, очевидно, их заменят более экологичные силовые агрегаты.
Так, мод. KC-5571BY-S-22 г/п 32 т на полноприводном шасси с колесной формулой 6х6 с двигателем Weichai мощностью 275 кВт оснащается 4-секционной стрелой длиной 30,28 м, которая поднимает груз на высоту до 30,4 м. Допускается опускание груза на глубину до 10 м. Зона работы крана равна 360°. Крановое оборудование управляется двумя джойстиками производства HUSCO (Великобритания). Возможно совмещение крановых операций. Механизм поворота и редуктор лебедки планетарного типа с дисковыми тормозами производства Bonfiglioli (Италия). Применение в гидросистеме оцинкованных трубопроводов в комплексе с гидроаппаратами ведущих мировых производителей позволяет значительно снизить затраты на обслуживание крана в процессе эксплуатации. Кабина крановщика тепло- и шумоизолированная, оборудуется отопителями разных марок по выбору заказчика. Скорость машины – до 60 км/ч.
Сроки службы кранов повышенной проходимости
Сроки службы кранов зависят от того, кто и как их использует, насколько интенсивно и в каких условиях, и даже от привычек хозяина: одни любят часто менять технику, другие используют машину «до последнего».
Компании, сдающие краны в аренду, обычно эксплуатируют их 3–5 лет и затем продают. Но у многих небольших строительных компаний и владельцев кранов – частных предпринимателей краны служат по 10–15 лет и более, прежде чем их обменяют на новую машину.
При надлежащем техническом обслуживании экономически оправданный срок службы автокрана может достигать 10 000 моточасов, или 25 лет работы. Двадцать лет для автокрана еще не старость, а «зрелый возраст». Однако специалисты рекомендуют заменять автокран после десяти лет эксплуатации, чтобы воспользоваться преимуществами инноваций, появившихся за эти годы в конструкциях новых моделей.
Так, у автокрана повышенной проходимости мод. КС-65740-4 производства ООО «Камышинский крановый завод» (ООО «ККЗ») номинальный 80%-ный ресурс до капитального ремонта при условии соблюдения требований эксплуатационных документов составляет 7300 моточасов, т. е. при 1,5-сменной работе в паспортном режиме срок службы крана составит 10 лет.
КС-65740-4 г/п 40 т оснащается полноприводным шасси КАМАЗ с колесной формулой 8x8, с единым двигателем мощностью 265 кВт. Длина 4-секционной стрелы составляет 30,34 м + удлинитель 9 м. Допускается телескопирование стрелы с грузом не более 4 т. Передвижение крана с грузом на крюке запрещено. Максимальная глубина отпускания груза, равного 50% от допустимого, стрелой рабочей длины 10,16 не менее 10 м. Машина комплектуется дополнительным отдельно возимым противовесом массой 7 т. Преодолеваемый краном уклон не более 16°. Скорость движения крана не более 60 км/ч.
ООО «ККЗ» образовано в ноябре 2017 г. на базе производственных мощностей ЗАО «ГАЗПРОМ-КРАН». Основной деятельностью предприятия является проектирование и производство гидравлических кранов на автомобильных и специальных шасси, а также запасных частей и комплектующих. В настоящее время завод серийно выпускает крановые установки г/п от 25 до 50 т на автомобильных и специальных шасси.
Тем не менее в эксплуатации можно найти автокраны с 20–30-летним сроком службы, но большинство таких «ветеранов» трудится где-то в далеких провинциях и сельской местности, где надзорные ведомства не так придирчивы.
