Совок, ковш и полтрубы
Самосвальные кузова, типы, формы, сферы использования
В этой статье мы познакомимся с ними подробнее.
Материалы, из которых изготавливают самосвальные кузова
Сталь. Грузовые кузова самосвалов обычно изготавливают цельнометаллическими – сварными из высокопрочной низколегированной листовой стали, рассчитанной на действие больших нагрузок на растяжение, и усиливают стойками.
Ведущие мировые производители карьерных самосвалов используют кузова, выполненные из стали с твердостью до 400 HB (по Бриннелю), что обеспечивает их высокую прочность и абразивную стойкость. Это способствует увеличению срока службы и снижению массы надстройки. Кроме того, использование стали повышенной твердости позволяет отказаться от распространенной сейчас технологии защиты внутренних поверхностей кузовов большегрузных самосвалов листами брони – так называемой футеровки.
Футеровка применяется довольно широко. После износа броня легко заменяется новой футеровкой. Основная конструкция кузова благодаря такой защите служит намного дольше. Конечно, кузова такого вида дороже и поэтому применяются в основном для транспортировки абразивных материалов. В России футеровочные листы изготавливают из высокопрочной стали 110Г13Л, имеющей поверхностную твердость до 400–500 HB. Они надежно защищают кузов от ударных и истирающих нагрузок. Однако при этом снижаются объем и масса полезного груза в кузове. К тому же на замену износившихся листов футеровки затрачивается дорогое рабочее время самосвала, т.е. увеличиваются производственные затраты и снижается рентабельность эксплуатации.
В 2022 г. БЕЛАЗ вывел на рынок ряд новых моделей и модификаций своих прославленных карьерных самосвалов. Так, главной новинкой 2022 г. стала модель БЕЛАЗ-7513М в гибридном исполнении г/п 130 т, на которой установлены серийный российский двигатель малой мощности 537 кВт и аккумуляторные батареи общей мощностью 727 кВт. Также БЕЛАЗ представил дизель-троллейвоз БЕЛАЗ-7530E г/п 220 т, модель БЕЛАЗ-7558H с двигателем на сжиженном природном газе (СПГ) г/п 90 т. и БЕЛАЗ-7558Е г/п 90 т, работающий от энергии современных аккумуляторных батарей с возможностью восполнения заряда за счет рекуперации электрической энергии на спусках и многие другие.
Все новые модели карьерных самосвалов комплектуются кузовами разной вместимости, но одного типа: двускатной V-образной формы в продольном сечении, имеющими глубокий угол сразу за передним бортом. Такая форма позволяет сместить большую часть груза ближе к задней оси и глубоко вниз. Соответственно опускается и центр тяжести. Использование кузовов данного типа позволяет существенно повысить поперечную устойчивость самосвалов.
Итак, общим недостатком стальных кузовов являются большая собственная масса и низкая коррозионная стойкость. Чтобы исправить этот последний недостаток, стальные детали подвергают глубокой гальванической антикоррозионной обработке.
В «оптимизированных» конструкциях современных кузовов карьерных самосвалов для того, чтобы уменьшить массу, высокопрочная сталь используется только в зонах, на которые воздействуют наибольшие нагрузки и абразивные воздействия. Даже при интенсивной эксплуатации, после перевозки сотен тысяч тонн материалов в карьерах, эта сталь не проявляет признаков существенного износа. Благодаря такой конструкции кузовов срок службы карьерных самосвалов увеличивается на 25–30% по сравнению с машинами, оснащенными кузовами старой традиционной конструкции.
XCMG ведет широкие конструкторско-исследовательские работы по усовершенствованию своих самосвалов, внедряет собственные инновационные решения в области технологии и конструкции, а также использует при производстве самые современные мировые технические решения. При производстве самосвалов используются высокопрочные сорта стали и ответственные компоненты европейского происхождения.
В России официальным дистрибьютором XCMG является ООО «СюйГун Ру». Поставляемые в Россию модели самосвалов XCMG имеют грузоподъемность от 45 до 60 т.
Машины комплектуются кузовами классического прямоугольного сечения с обогревом и открывающимся задним бортом. Представленные на российском рынке модели XGA3250D5WC 6х2 и XGA3310D5WE 8х4 оснащаются уже хорошо себя зарекомендовавшим дизельным двигателем Weichai мощностью 276 и 316 кВт соотвественно.
Шарнирно-сочлененные самосвалы XCMG – особый вид техники, который мы не будем рассматривать в данной статье ввиду ограниченности объема.
Алюминий. Для перевозки сельскохозяйственных грузов, а также легких и сыпучих строительных материалов кузова иногда изготавливают из алюминиевых сплавов. За счет меньшей, чем у стального, собственной массы алюминиевого кузова масса перевозимого полезного груза при той же грузоподъемности шасси самосвала возрастает. Кузова из алюминиевых сплавов не требуют тщательной покраски, поскольку не корродируют.
Однако заметим, что любые другие грузы, кроме вышеназванных, на дорогах с неровным покрытием довольно быстро разбивают алюминиевый кузов. Прочность у алюминия гораздо ниже, чем у стали, и острые грани щебня и бетонных осколков вызывают абразивный износ стенок и днища, на них начинает прилипать и примерзать грунт. Для защиты от подобных повреждений внутренние поверхности алюминиевых кузовов покрывают защитными полимерными материалами, что удорожает изделие. Кроме того, алюминиевые кузова сложнее и дороже стальных в ремонте.
Некоторые производители выполняют кузова из алюминиевых листов и полых профилей специального сечения. Используются внутренние алюминиевые панели боковых бортов разной толщины в разных по высоте зонах в зависимости от интенсивности износа, например, 4 и 5 мм. Благодаря такой конструкции борта получаются легче. На дно кузова у заднего борта также ставят листы значительно толще остальных листов днища, так как этот участок при выгрузке подвергается максимальному абразивному воздействию. Алюминиевые кузова обычно ставят на шасси на пневмоподвеске.
Добавим, что алюминий в качестве материала для рам и кузовов транспортных средств в мире используется все шире. Известны и кузова из компонентов, изготовленных из разных металлов: со стальным дном и стальными или алюминиевыми бортами, на алюминиевом подрамнике. Но в России, где производится много собственного алюминия, алюминиевые кузова и рамы пока остаются экзотикой.
Пластмассы. В технической литературе также часто пишут о самосвальных кузовах из армированных пластмасс и композитных материалов. У них те же преимущества перед стальными, что и у кузовов из сплавов алюминия. Однако в практике, тем более в России, такие кузова не встречаются.
Применение алюминия и пластмассы несомненно позволяет уменьшить массу самосвала, повысить коррозионную стойкость кузова, снизить уровень шума при погрузке, улучшить очищаемость при разгрузке, а также за счет снижения полной массы самосвала уменьшить сопротивление качению и расход топлива. Но для нашей страны это пока дело будущего.
Самосвальные кузова выполняются из стали, бортовые прямоугольного либо округлого сечения (U-образные), с разгрузкой назад или на три стороны, возможна установка надставных бортов.
Самосвалы МАЗ применяются в различных сферах, начиная от сельского хозяйства (зерновозы и пр.), коммунальной отрасли и заканчивая строительной и горнодобывающей промышленностью. В линейке 2- и 3-осные модели с грузоподъемностью от 4,2 до 21 т. Каждая модель самосвала имеет множество модификаций, это позволяет любому покупателю подобрать комплектацию, оптимальную именно для его задач.
Типы самосвальных кузовов
Конечно, для каждой сферы применения используются специализированные типы самосвальных кузовов.
Карьерные. В конструкции карьерных самосвалов, как правило, используется подъемный кузов с задней разгрузкой. Кузова карьерных самосвалов обязательно оснащают козырьком, защищающим крышу кабины от падающих предметов в соответствии с требованиями ГОСТ ISO 3449–2014 «Машины землеройные. Устройства защиты от падающих предметов» (FOPS). Карьерные самосвалы и соответственно их специализированные кузова не рассчитаны на буксировку прицепов.
Кузова для перевозки материалов в карьерах делают шире обычных, чтобы их было удобнее и быстрее загружать ковшом экскаватора или фронтального погрузчика. Широкие кузова, оснащенные задним откидным бортом, также обеспечивают самосвалу хорошо сбалансированное распределение веса по всем колесам. Оптимизированное распределение веса увеличивает срок службы кузовов и шин самосвалов за счет равномерного износа компонентов конструкции.
Клиентам предлагаются самосвалы: универсальные, зерновозы, силосовозы, строительные, вездеходы, карьерные, специальные (углевозы, на гусеничном шасси и т. п.), емкостью от 10 до 35 м3 и грузоподъемностью от 10 до 20 т. Возможна разгрузка назад либо на три стороны. Борта с верхней навеской. Запоры бортов ручные либо автоматические, боковые нижние борта оборудованы либо пружинным механизмом для облегчения ручного закрывания, либо оно происходит автоматически при подъеме/ опускании платформы.
Сечение кузовов: прямоугольное либо «корытообразное». Задний борт либо боковые борта открывающиеся. Для перевозки силоса и подобных грузов предлагается установка сетчатых надставных бортов.
Некоторые кузова оснащаются защитным козырьком между кабиной и самосвальной платформой, с устройством для намотки защитного полога (тента) кузова.
Автомобильные шасси могут быть отечественными и импортными, 2-, 3- и 4-осными, оснащенными дизельными или газовыми двигателями.
«Автомастер» имеет три производственных корпуса, в которых используется следующее современное оборудование: установки плазменной и лазерной резки металла; листогибочный пресс; гильотинные ножницы; сварочный робот; дробеструйная и окрасочная камеры.
Дорожные самосвальные кузова используются для перевозки сельскохозяйственных грузов, твердых коммунальных отходов, строительных материалов и пр. Эти кузова работают как бортовые платформы. Самосвалы с дорожными кузовами могут буксировать самосвальные прицепы (например, сельскохозяйственные автопоезда).
Заметим, что при перевозке сыпучих грузов по дорогам общего пользования в соответствии с ПДД материал в самосвальном кузове должен быть со всех сторон закрыт тентом из плотной ткани, которым в этом случае комплектуется дорожный самосвальный кузов (это правило не касается перевозок по технологическим дорогам карьеров и промышленных предприятий).
Для подземных работ. Шахтные самосвалы комплектуются кузовами особой формы. Ограниченные размеры журнальной статьи не позволяют нам рассмотреть их подробнее.
Формы самосвальных кузовов
Кузова самосвалов могут иметь разную форму в зависимости от того, в каких отраслях и для перевозки каких материалов они применяются, какая требуется жесткость конструкции, как должен быть расположен центр тяжести и т.д.
Ковшовые. Одним из наиболее простых по конструкции является кузов ковшового типа: прямоугольного сечения, с плоским ровным днищем, с приподнятой задней частью без заднего борта. Кузов цельнометаллический, сварной, задней разгрузки, боковые борта не открываются. Часто выполняется равномерно расширяющимся от передней части к задней, что улучшает выгрузку при подъеме кузова. Кузовами такого типа часто оснащают карьерные самосвалы.
Кузова с плоским днищем применяют для перевозки невязких, скальных грунтов, т.к. эти материалы мало прилипают ко дну кузова. Также могут применяться для транспортировки строительных растворов, бетонных смесей, сыпучих материалов.
Достоинствами кузовов ковшового кузова являются простота конструкции, герметичность благодаря приваренным бортам, прочность и жесткость конструкции, простота в эксплуатации (водителю не нужно открывать и закрывать борта). Кузов с плоским днищем позволяет дозированно, постепенно разгружать материал. За счет плоской формы днища зазор между ним и дорогой больше, чем у кузовов с другими формами днища.
Недостатки ковшового кузова: необходимость большого угла подъема платформы (до 70–80°) и, как следствие, ухудшение поперечной устойчивости самосвала, затрудненность разгрузки плохо сползающего груза (влажный песок, глина и др.), небольшая полезная вместимость вследствие нерационального использования объема, довольно большая масса из-за громоздкой конструкции из толстостенной стали, которая должна выдерживать огромные ударные нагрузки и постоянные абразивные воздействия острых граней осколков скал, щебня и камней.
Конструкции и технологии производства кузовов разрабатывают специалисты машиностроительного центра «ССМ-Тяжмаш», который является подразделением «Северстали». Во многих случаях используется технология реинжиниринга т.е. «творческое копирование» импортных изделий. Уже освоено производство пяти модификаций кузовов.
Изготавливаются кузова на «Череповецком металлургическом комбинате» (входит в «Северсталь») по полному циклу: начиная с раскроя металла и до сборки и покраски готовых изделий. Окончательную сварку кузовов выполняют уже на месте эксплуатации. Используются износостойкие марки стали производства «Северсталь» – Powerhard и Powerweld.
В 2022 г. было выпущено 15 кузовов, примерно по 3 ед. в месяц. В 2023 г. проект получил продолжение. Таким образом «Северсталь» защищает парк самосвалов отечественных горнодобывающих предприятий от импортозависимости. Облегчение кузова в сочетании с увеличенной грузоподъемностью обеспечивает снижение расхода топлива самосвала при минимальном техническом обслуживании. Ремонтировать такие кузова не будут: по истечении срока эксплуатации они подлежат утилизации. Гарантийный срок службы кузовов один год, но специалисты «Северстали» рассчитывают, что в действительности кузова проходят полтора-два года. Решения компании охватывают все варианты обслуживания самосвальной техники (оригинальный, облегченный, одноразовый, увеличенные борта). «Северсталь» готова гибко адаптироваться ко всем потребностям клиентов, активно сотрудничает с другими игроками рынка и готова работать с техникой всех производителей.
Совковые. У кузовов этого типа прямоугольное сечение и в отличие от «ковша» днище имеет двускатную V-образную форму в продольном сечении – задняя часть приподнята и задний борт отсутствует. Также такие кузова обычно используются в карьерных самосвалах.
Кузова-совки характеризуется задней разгрузкой, низкой полезной емкостью вследствие нерационального использования объема, большим углом подъема (80°), громоздкостью и тяжестью конструкции.
Применяются они для перевозки вязких грунтов, т.к. вязкие грунты меньше прилипают к днищу такой формы. К тому же в кузове с V-образным днищем груз лучше самостоятельно центруется (бòльшая часть веса перераспределяется на заднюю ось самосвала) и меньше высыпается из кузова. Центр тяжести самосвала располагается ниже, чем при плоском днище, и машина становится устойчивее при движении по технологическим дорогам в карьерах.
Прямоугольные. Широко распространены самосвальные кузова, имеющие прямоугольное поперечное сечение. Иногда их еще называют П-образными. Передний борт может иметь небольшой наклон в сторону кабины.
Их достоинствами являются: большая полезная вместимость (больше, чем у кузовов полукруглой формы), низко расположенный центр тяжести (ниже, чем у полукруглых) и за счет этого хорошая устойчивость самосвала на любой поверхности (больше, чем у самосвалов, оборудованных кузовами других типов), удобство в эксплуатации, низкая стоимость и ремонтопригодность. Кузов прямоугольного сечения из-за простоты формы дает возможность расположить мощную систему обогрева кузова по всей площади днища.
Самый серьезный недостаток кузовов прямоугольного сечения – то, что в углах могут застревать остатки перевозимого груза, особенно сыпучие материалы в зимний период.
Полукруглые. Для уменьшения массы «тары» (по сравнению с кузовами с вертикальными бортами) используют самосвальные кузова полукруглого поперечного сечения (по-английски их называют half-pipe – «половина трубы»), а также округлого многогранного и ранее выпускавшиеся кузова полуэллиптического сечения. У кузовов такой формы внутренние поверхности меньше повреждаются от ударов кусков скал с острыми краями: камни ударяются о борта и днище кузова по касательной. Кроме того, в кузовах такой формы сыпучие грузы (а также бетон, растворы и пр.) меньше прилипают, т.к. в таких кузовах меньше углов, а давление на стенки распределяется равномерно. К тому же при погрузке создается меньше шума.
Недостатками полукруглых кузовов являются небольшая полезная вместимость, высоко расположенный центр тяжести, возможна только задняя разгрузка, и при такой форме кузова сложно скомпоновать систему обогрева.
Корытообразные – это нечто среднее между прямоугольным и полукруглым сечениями: плоское днище и скошенные под большим радиусом наклоненные борта. Иногда кузова такого типа называют U-образными. Считается, что корытообразные кузова совмещают достоинства кузовов прямоугольного и полукруглого сечения: материалы выгружаются и не прилипают в углах кузова, а полезный объем больше, чем у полукруглого кузова.
Направление выгрузки
Задняя выгрузка. Кузова такого типа наиболее распространены, особенно на большегрузных самосвалах (от 10 т и выше), выполняющих перевозки стройматериалов, а также работающих в карьерах. Заднего борта может не быть либо он открывающийся.
Боковая выгрузка. Кузова такого типа могут разгружаться на обе стороны – вправо и влево или только в одну сторону, чаще в левую (так лучше видно водителю). Данный способ разгрузки применяется при перевозке сыпучих грузов в аграрном и строительном секторах, когда самосвал буксирует самосвальный прицеп, т.е. работает в составе автопоезда (и в некоторых других случаях!). Понятно, что разгружаться назад при наличии прицепа невозможно. Подъемный гидроцилиндр (один или два) располагаются у кузова такого типа под платформой.
С открывающимися бортами. Тут нужно сделать отступление: кузова с боковой разгрузкой оснащаются откидными боковыми бортами, открывающимися в направлении разгрузки, передний и задний борта жестко соединяются с днищем. Борта, как правило, подвешиваются на верхних петлях (фартучная подвеска). При выгрузке замок разблокируется (вручную или дистанционно), кузов наклоняется, и борт открывается под действием тяжести высыпающегося груза. Когда кузов опускается, борт возвращается на место и запирается расположенными снизу замками. Впрочем, встречаются конструкции самосвальных кузовов с открывающимися бортами на петлях нижнего расположения. От того, как открывается вбок борт, зависит, сколько сыпучего груза попадет при выгрузке на колеса и под колеса самосвала. Оптимальная конструкция с этой точки зрения – борт на нижних петлях, который при открывании не опускается вертикально вниз, а фиксируется, образуя продолжение плоского днища кузова. По этому борту, как по «козырьку», груз ссыпается несколько дальше от колес.
Откидные борта для перевозки зерна, угля и т.д. часто изготавливают из двух частей с нижней и верхней навеской. Для определенных видов грузов и перевозок задний борт самосвального кузова также может быть открывающимся либо заднего борта может не быть совсем. Считается, что для более надежного примыкания борта к кузову задний борт должен быть скошенным, что мы и видим в конструкции большинства кузовов. В некоторых случаях применяются конструкции заднего борта в виде распашных ворот с боковой навеской на стойки. Такие борта позволяют перевозить длинномерные грузы и производить разгрузку назад без подъема кузова.
Трехсторонняя выгрузка. Такой универсальный самосвал при определенных ситуациях и работах может быть очень удобен. Например, в условиях недостатка места для маневра самосвала выгрузку можно производить точно в нужное место с минимальными потерями груза.
Самосвальные кузова с боковой и трехсторонней разгрузкой пользуются популярностью в сельскохозяйственной отрасли. Известны кузова с двусторонней разгрузкой: влево и назад. Боковая разгрузка кузова не применяется на карьерных самосвалах вследствие их недостаточной поперечной устойчивости при разгрузке.
Прочие. Кузова с разгрузкой с предварительным подъемом кузова (для заполнения железнодорожных вагонов, бункеров с высокими бортами и т.п.) используются для перегрузки твердых бытовых отходов, подачи удобрений в разбрасыватели и пр. Изредка используются кузова с боковой разгрузкой, выполненные в виде герметичных ванн и предназначенные для перевозки жидких грузов – пульпы, бетона и т.п. На определенных работах применяются узкоспециализированные самосвалы с донной разгрузкой. У нас машины такого типа эксплуатируются в сельском хозяйстве, на Западе порой служат для подвоза асфальтобетонной смеси с выгрузкой прямо на место укладки.
Из разряда экзотики также самосвальные кузова с поворотной разгрузкой, позволяющие выгружать груз вперед, назад или вправо/ влево при помощи вращающейся платформы. Кузова такого типа обычно устанавливаются на гусеничные шасси.