Автогрейдеры

Эти машины, напоминающие гигантских богомолов, непременный атрибут любой дорожной стройки. Производители называют их профилирующими (ровняющими), но в действительности область применения автогрейдеров гораздо обширнее. С их помощью можно на пустом месте и без привлечения другой техники построить невысокую грунтовую насыпь для дороги и вырезать в ней «корыто» для дорожной одежды, отремонтировать обочину, очистить придорожный кювет, спланировать откос, идеально выровнять грунтовую поверхность на большой площади, удалить снег и снежный накат с дорожного полотна. И это только основные виды работ, к которым при необходимости (или богатой фантазии) может быть добавлен еще как минимум десяток занятий. Здесь и послойное разравнивание на полотне дороги асфальтобетонных или битумогравийных смесей, и буксировка застрявшей техники, и патрулирование дорожных участков и многое другое.

Число производителей автогрейдеров в мире велико, хотя эти машины менее многочисленны, чем, скажем, бульдозеры или одноковшовые погрузчики. Несмотря на обилие марок, лежащие в основе конструкций автогрейдеров технические идеи практически одинаковы. Именно они придают этим машинам столь оригинальный вид. Современный автогрейдер – это как правило длиннобазовые трехосные машины, у которых две пары задних колес расположены очень близко друг к другу, а между средней и передней осями размещается грейдерный отвал, длина которого больше высоты в 5...7 раз. (Для бульдозера это соотношение составляет примерно 2,5).

Грейдерный отвал – основной рабочий орган машины и его главное достоинство – способность занимать в пространстве практически любое положение. Он может вращаться в горизонтальной плоскости на 360° в любом направлении, становиться вертикально справа или слева от автогрейдера, выдвигаться вправо или влево более чем на треть своей длины, поворачиваться вокруг собственной режущей кромки. В общем, вид внушительной машины, «размахивающей» своим отвалом, производит неотразимое впечатление. А получил он такую замечательную возможность благодаря системе крепления отвала к раме машины.

У автогрейдера длинная база и близко посаженные колеса задних осей

Главная особенность системы крепления заключена в том, что собственно отвал является частью узла, основу которого составляет тяговая рама автогрейдера, представляющая собой А- или Т-образную в плане металлоконструкцию, сваренную из балок коробчатого сечения и шарнирно прикрепленную к передней части основной рамы (хребтовой балки) машины в одной точке над осью передних колес. Для крепления тяговой рамы используется универсальный шарнир, позволяющий ей поворачиваться во все стороны и вращаться вокруг собственной продольной оси. Прочность шарнира вполне соответствует усилиям, возникающим на отвале.

Широкая сторона тяговой рамы поддерживается двумя гидроцилиндрами подъема/опускания отвала (левым и правым). Вместе эти устройства образуют своеобразный рычажный механизм, жесткость которому в поперечном направлении придает еще один гидроцилиндр, служащий для выноса тяговой рамы в сторону и образующий диагональ «четырехугольника». Такая система обеспечивает раме большие возможности перемещения, диапазон которых резко увеличивается, если гидроцилиндры подъема/опускания отвала и гидроцилиндр выноса тяговой рамы крепятся к скобе, вращающейся вокруг хребтовой балки машины.

Отвал сдвинут влево, колеса наклонены вправо, так начинается насыпь

К тяговой раме крепятся скользящие опоры (пять и более), поддерживающие большое зубчатое колесо с внешним или внутренним зацеплением – поворотный круг, к которому прикреплен отвал, вращающийся относительно тяговой рамы благодаря гидромотору или гидроцилиндрам. Особенности крепления отвала к поворотному кругу позволяют поворачивать его относительно режущей кромки и сдвигать относительно круга влево или вправо.

Большая подвижность главного рабочего органа – не единственная особенность автогрейдеров. Другим замечательным и легко бросающимся в глаза отличием этих машин является способность не только поворачивать передние управляемые колеса, но и наклонять их вправо или влево от вертикали на угол до 20°. И поворот, и наклон передних колес осуществляется гидроцилиндрами (один или два на операцию в зависимости от размера машины). На ведущие передние колеса крутящий момент с переднего моста передается с помощью шарниров равных угловых скоростей (в случае механической и гидромеханической трансмиссий). Передняя ось (или мост), а с ней и передние колеса могут качаться относительно рамы автогрейдера на величину до 35°, что выравнивает их сцепление с опорной поверхностью.

Грейдерный отвал можно поставить даже вертикально

Менее заметны, но не менее полезны балансирные тележки (они же бортовые редукторы) правого и левого бортов, к которым крепятся ведущие колеса средней и задней осей. На самом деле у большинства автогрейдеров есть только один задний (и обязательно ведущий) мост, передающий крутящий момент на балансирные тележки. Задние мосты современных моделей автогрейдеров, как правило, оснащаются дифференциалами – либо блокируемыми, либо повышенного трения. Известно, что и те, и другие обеспечивают относительно равномерное распределение крутящего момента между разными бортами самоходных машин, повышая тем самым их проходимость в сложных грунтовых условиях. Вместе с тем в транспортном режиме такие дифференциалы работают как у обычного автомобиля, позволяя сохранить хорошую управляемость автогрейдера, снизить износ резины и расход горючего.

Особенность бортового редуктора автогрейдера состоит в том, что, во-первых, он может покачиваться вокруг оси, совпадающей с осью моста, и во-вторых, у него два выходных вала – по одному для среднего и заднего колеса. Таким образом, бортовой редуктор равномерно распределяет крутящий момент между ведущими колесами средней и задней осей и одновременно прижимает их к опорной поверхности с одинаковой силой, выравнивая тем самым силу тяги каждого из них. Кроме того, балансирная подвеска бортового редуктора улучшает планирующие свойства машины, так как при наезде на препятствие среднего или заднего колеса отвал приподнимется только на часть высоты этого препятствия.

«Излом» рамы и наклон передних колес заметно уменьшают радиус поворота

Краткой, но выразительной характеристикой ходовой части автогрейдеров является их «колесная формула». Это общепринятое сочетание трех символов, составляемое по схеме «A х B х C». A показывает количество осей с управляемыми колесами, B – число ведущих осей и C – общее количество осей. У строителей наиболее популярны машины с формулой 1 х 2 х 3, хотя в тяжелых грунтовых условиях или ситуациях, когда скорость работы важней всего, предпочтительна формула 1 х 3 х 3. Как правило, это тяжелые машины массой 19 тонн и более, широкое использование которых до недавних лет сдерживалось их непропорционально большой ценой. Возможно, когда бурное развитие гидрообъемных трансмиссий коснется и этой отрасли дорожного машиностроения, стоимость полноприводных автогрейдеров не будет столь разительно отличать их от заднеприводных собратьев. Кстати, подбор величины крутящего момента передних колес полноприводного автогрейдера под условия работы не только повышает силу тяги, но и значительно улучшает его курсовую устойчивость (потеря курсовой устойчивости при больших сопротивлениях на отвале – слабое место всех автогрейдеров).

Автогрейдеры отличаются широким диапазоном скоростей. Прежде, у машин с механическими трансмиссиями, количество передач доходило до 16 и более. Работа с ними повышала утомляемость оператора, что сводило на нет все выгоды многоступенчатой трансмиссии.

Выше сидишь – дальше глядишь

Именно поэтому автогрейдеры стали одними из первых дорожно-строительных машин, получивших гидромеханические трансмиссии. Сочетание гидротрансформатора, автоматической коробки передач и раздаточной коробки позволяет оператору сосредоточиться на качестве и безопасности работ с быстро меняющимися силовыми характеристиками, и не заботиться о наилучшей скорости их выполнения. Вместе с тем такая трансмиссия обеспечивает высокие транспортные скорости (до 40 км/ч и более), что весьма важно при частых перебросках «своим ходом» на значительные расстояния.

Одно из замечательных свойств автогрейдера – высокая планирующая способность, обусловленная большой межосевой базой, породило проблему плохой маневренности машины. Для того, чтобы развернуться автогрейдеру, как правило, не хватало ширины насыпи и приходилось делать это в несколько приемов или описывать большой круг, съезжая с насыпи в боковые кюветы. Непродуктивность подобных маневров, порождающая недовольство владельцев машин, заставила конструкторов в конце концов снабдить автогрейдер шарнирно-сочлененной рамой, позволяющей снять остроту проблемы маневренности. Ее имеет значительная часть современного парка автогрейдеров, а некоторые производители выпускают все модели в двух вариантах: с жесткой и шарнирно-сочлененной (иногда говорят «ломающейся») рамой.

Наклон передних колес облегчает планирование откоса

В технике часто случается, что улучшение одного качества влечет за собой изменение (улучшение или ухудшение) нескольких других. Для автогрейдеров «ломающаяся» рама не стала исключением. Оказалось, что нововведение не только улучшило маневренность, но и обогатило технологические возможности машины. Стало возможным планирование площадей с боковым смещением колес передней и задних осей относительно друг друга. Это позволило повысить курсовую устойчивость и предотвращать повреждение задними колесами только что спланированной поверхности.

Технически «ломающаяся» рама в основном повторяет аналогичные элементы фронтальных погрузчиков, колесных бульдозеров, катков и других машин. В автогрейдерах шарнир, как правило, соединяет хребтовую балку, к которой крепится тяговая рама и гидроцилиндры управления ею, и моторную раму, на которой кроме двигателя также размещаются трансмиссия, кабина и органы управления. Поворот хребтовой балки относительно моторной рамы на угол до ±30° обеспечивается двумя гидроцилиндрами. Система управления «изломом» рамы автогрейдера не участвует в рутинном изменении направления движения машины. Она используется только для уменьшения радиуса разворота или при движении «крабом», поэтому ее работа не синхронизирована с поворотом передних колес.

Задний подгребающий отвал сокращает время ухода за грунтовыми дорогами

Практически все современные автогрейдеры оборудуются автоматическими системами управления. Их необходимость была осознана около 30 лет назад и, однажды появившись, они постоянно совершенствовались, становясь все более и более незаменимыми. Основная функция таких систем – сохранение заданной ориентации отвала в пространстве при движении машины, выдерживая как поперечные, так и продольные уклоны в пределах допусков, предписываемых строителями. Разумеется, обрабатываемая поверхность должна быть выровнена настолько, чтобы разница между проектными отметками и реальной поверхностью не превышала пределов регулирования грейдерного отвала.

Для создания независимой системы координат грейдерного отвала могут использоваться маятниковые, копирные (проволочные и лазерные) и гироскопические задатчики. Целесообразность применения какого-либо из них определяется ценой, которую готов заплатить потребитель за эффект от применения системы. Показатель эффективности автоматических систем профилирования – производительность автогрейдера, определяемая скоростью его движения, при которой отвал успевает реагировать на изменения профиля поверхности, не выходя за пределы нормативных допусков.

Так выглядит строящаяся дорога из кабины автогрейдера

Отдельного упоминания заслуживают усилия машиностроителей, направленные на сокращение простоев автогрейдеров. Специфика машины такова, что без специального переоборудования ее можно использовать только для планирования и профилирования, доля которых в общем объеме работ относительно невелика. Естественно, владельцы автогрейдеров не желают мириться с простоем дорогой техники. Учитывая их настроения, фирмы-производители стали создавать для автогрейдеров наборы сменного оборудования, позволяющие, во-первых, расширить их возможности на основных работах, а во-вторых, «освоить смежные профессии».

Современные автогрейдеры очищают и разравнивают за один проход более широкие поверхности и перемещают далеко вбок валы снега или грунта благодаря удлинителям грейдерных отвалов. Они разравнивают поверхность перед собой передними бульдозерными отвалами и заравнивают колеи своих колес задними подгребающими отвалами. Они прокладывают траншеи в снежной целине фронтальными снежными плугами, рыхлят прочные обочины и взламывают твердые покрытия кирковщиками и рыхлителями, убирают мусор подметальными щетками. Производители с наиболее богатой фантазией даже комплектуют автогрейдеры задненавесными экскаваторами и оборудованием фронтального погрузчика.

Цилиндрическая щетка превращает автогрейдер в дворника

Среди производителей автогрейдеров можно насчитать немало фирм, уже встречавшихся в наших предыдущих обзорах. Впрочем это не должно удивлять, так как большинство машиностроительных компаний, подвизающихся на рынке дорожно-строительной и землеройной техники, постоянно расширяют и модернизируют свои производственные программы, стремясь занять верхние строчки табели о рангах. Гораздо более впечатляет бесконечная смена собственников в такой казалось бы консервативной и устоявшейся сфере бизнеса.

Одна и та же торговая марка, знакомая не одному поколению строителей и владельцев машин, переходит как призовой вымпел от одной компании к другой. Американские марки автогрейдеров становятся польско-американскими или шведскими, английские – итальянскими и так далее. Поэтому говорить о традиционных концепциях, которым соответствуют те или иные марки автогрейдеров, следует осторожно, так как часто под известной эмблемой могут скрываться совершенно другие идеи, новая конструкторская школа и неожиданные технические решения. И конечно же относительной становится «национальность» машин – ее скорее определяют специфические потребности или традиции регионального рынка, на которые ориентируются крупнейшие машиностроительные компании. Например, Caterpillar производит автогрейдеры в стандартной, североамериканской и так называемой, универсальной комплектациях. Аналогичной практики придерживается и подавляющее большинство других участников этого бизнеса. Об этом, в частности, свидетельствует обычное для рекламных каталогов и проспектов примечание, объявляющее, что «стандартная комплектация машины зависит от особенностей местного рынка».