Инновации в конструкциях экскаваторов-погрузчиков

Экскаваторы-погрузчики — одни из самых популярных машин, поскольку сфера их использования даже шире, чем у погрузчиков с бортовым поворотом. Недаром практически все крупнейшие производители строительной техники имеют в своем ассортименте подобные машины.

В последние годы производители строительного оборудования продолжали совершенствовать продукцию и разрабатывать новые модели, в том числе и в связи со вступлением в действие новых экологических стандартов, ограничивающим выбросы дизельных двигателей: Tier 4 Interim (в США), который соответствует стандартам Евросоюза Stage IIIB (для двигателей мощностью 76-174 л.с.) и Stage IIIA (50-75 л.с.).

Однако производители не просто сокращают уровень вредных выбросов у новых моделей экскаваторов-погрузчиков, а внедряют в конструкцию различные инновации, чтобы новые модели лучше соответствовали специфическим запросам потребителей и перспективным тенденциям в развитии рынка. Для российского потребителя новые модели интересны прежде всего не двигателями высокого экологического класса, которые еще не скоро придут в нашу страну, а этими «прочими» усовершенствованиями.

Прежде, чем перейти к подробному рассмотрению конкретных машин, отметим общие практически для всех новых экскаваторов-погрузчиков усовершенствования.

Больше инноваций — хороших и разных

Почти все современные производители решают задачу снижения выбросов за счет использования электронного управления и модернизации процесса сгорания, в результате у новых двигателей не только увеличилась удельная мощность (на единицу рабочего объема), но и приемистость и эффективность использования топлива (в среднем на 4%).

Операторы в кабине нового экскаватора-погрузчика могут получать больше данных о состоянии машины и диагностировать неисправности. У каждого нового поколения экскаваторов-погрузчиков площадь остекления кабин увеличивается на 10-15% и улучшается обзор с места оператора. Много усилий затрачивают разработчики, чтобы освободить пространство на полу кабины и упростить оператору процесс разворота от органов управления погрузчиком к управлению экскаватором. Системы кондиционирования применяются все шире и их компоненты все лучше приспосабливаются к тяжелым условиям работы машины на бездорожье. Сиденья оснащаются обогревом, регулировками по различным направлениям, поясничным упором по примеру магистральных грузовиков. В модификациях для южных регионов предусматривается охлаждение стекол. Конечно, защиту ROPS предлагают все производители даже в самых простых комплектациях. Поручни и ступени для подъема в кабину становятся больше и надежнее.

Благодаря увеличению удельной мощности появилась возможность использовать двигатели меньшего типоразмера, соответственно, уменьшились размеры шасси, улучшилась их маневренность. Ранее автоматическая система плавности хода, благодаря которой материалы не просыпаются из ковша, применялась только на фронтальных погрузчиках, но теперь практически все производители стали оснащать ею и экскаваторы-погрузчики. Все новые машины обеспечиваются широкой гаммой сменного навесного оборудования: различными ковшами, гидромолотами, гидробурами, захватами и т. д.

Гидросистемы

Существенные усовершенствования вносятся в гидросистемы. В результате удается увеличить в них расход жидкости не увеличивая оборотов двигателя и потребления топлива.

В ряде моделей экскаваторов-погрузчиков применяются гидросистемы «с открытым центром», укомплектованные шестеренчатыми насосами, имеющими постоянную производительность при любых нагрузках на систему. Если нагрузки небольшие - лишняя гидравлическая жидкость возвращается в гидробак через предохранительный клапан, который поддерживает в системе постоянное давление. Использующие их производители утверждают, что операторы могут «чувствовать» рабочее оборудование. Когда работы выполняются вблизи каких-то скрытых в земле коммуникаций и ковш при выемке грунта упирается в какое-нибудь прочное препятствие, например, в проложенную под землей трубу, опытные операторы могут почувствовать в этот момент через рычаги управления резкое увеличение давления в гидросистеме, пока не откроется предохранительный клапан и не сбросит давление. К тому же шестеренчатые насосы мене чувствительны к загрязнению гидравлической жидкости.

В гидросистемах с «закрытым центром» используются аксиально-поршневые гидронасосы переменного объема, которые работают более плавно по сравнению с шестеренчатыми и могут изменять производительность в соответствии с изменением нагрузки на систему. За счет использования аксиально-поршневых насосов удалось повысить рабочее давление, в результате увеличилось вырывное усилие ковша экскаватора и, в то же время, увеличилась точность рабочих движений. Система с «закрытым центром» производительна, поскольку поток в системе может увеличиваться для ускорения выполнения рабочего цикла, когда оператор управляет сразу несколькими движениями машины. Например, выводя стрелу экскаватора из окна здания оператор поднимает стрелу, одновременно распрямляя рукоять и запрокидывает ковш. Аксиально-поршневой насос может изменять производительность бесступенчато до нуля. Благодаря использованию такой гидросистемы улучшается топливная экономичность, в частности, на режиме холостого хода насос может вообще прекратить подачу жидкости.

Повышение топливной экономичности — это общая тенденция на рынке строительного оборудования, поэтому с появлением электронного управления двигателей стало гораздо больше моделей экскаваторов-погрузчиков с аксиально-поршневыми гидронасосами, в которых электронное управление двигателя и гидронасосов объединяется в общую систему.

Использование электроники позволило перейти на сервоуправление джойстиками. Большинство производителей включили их в стандартную комплектацию, другие предлагают как опцию. Управление джойстиками требует меньше усилий, джойстики обычно устанавливаются на подлокотниках сидений. Это удобно для оператора и повышает его производительность.

Особенно популярно управление джойстиками у потребителей, предпочитающих экскаваторы-погрузчики с полным приводом, рулевым управлением всеми четырьмя колесами и с колесами равного размера, потому что такая система управления позволяет выполнять объем работ больше среднего, а именно названные выше типы экскаваторов-погрузчиков используются на наиболее напряженных работах большого объема.

Операторы старшего поколения, которые учились работать на машинах с гидросистемами с «открытым центром», утверждают, что гидросистемы с «закрытым центром» сглаживают пики давления и поэтому с такой системой сложнее почувствовать препятствие, неожиданно встретившееся на пути роющего ковша. А поскольку в земле под городскими улицами, где работают экскаваторы-погрузчики, буквально тесно от проложенных коммуникаций, и в дальнейшем будут находиться операторы, которые отрицательно относятся к гидросистемам с «закрытым центром», так как «у такой системы хуже чувствительность и, следовательно, страдает производительность».

Впрочем, многие производители предлагают на выбор органы управления различных типов (джойстики, рычаги, рычаги-педали), и оператор может перейти с одного типа управления на другое при помощи обычного переключателя.

Новые органы управления экскаваторов-погрузчиков являются преимуществом и с точки зрения рационального использования трудовых ресурсов: оператор, умеющий управлять фронтальным погрузчиком или экскаватором, очутившись в кабине экскаватора-погрузчика может быстро освоиться, так как органы управления аналогичны, это очень удобно строительной компании: работника можно «пересаживать» на разные машины.

Ряд производителей совмещают преимущества гидросистем с «закрытым» и «открытым центром», то есть оснащают трансмиссию экскаваторов-погрузчиков аксиально-поршневыми насосами переменной производительности, а контуры рабочего оборудования — шестеренчатыми насосами.

Модели последних лет

Серия К экскаваторов-погрузчиков JohnDeere состоит из восьми высокопроизводительных и экономичных моделей 310К ЕР, 310К, 310SK, 310SK TC, 315SK 410K, 410K TC и 710К. Экскаваторы-погрузчики комплектуются двигателями John Deere PowerTech, соответствие экологическим нормам обеспечивается без обработки газов в системе выпуска.

5-ступенчатая трансмиссия PowerShift позволяет машине развивать скорость до 40 км/ч. Опционная трансмиссия AutoShift удобнее для оператора, так как во время работы ему приходится меньше переключать рычаг управления. По заказу устанавливается дифференциал ограниченного трения для подключения переднего моста (на некоторых моделях входит в стандартную комплектацию), способный включаться на ходу.

Единый рычаг управления оборудованием погрузчика имеет встроенную функцию дополнительного электрогидравлического (ЕН) управления, благодаря которой не нужен второй рычаг при работе с многоцелевым ковшом. Также усовершенствована разработанная специалистами John Deere уникальная система «полного управления машиной» TMC для экскаваторного оборудования. Изменена конструкция джойстика, которым теперь стало легче управлять, усилия поворота рычага стали одинаковыми по всем направлениям, благодаря чему работа стала более плавной и производительной. Усовершенствовано управление поворотом стрелы, что позволяет точнее выполнять выемку траншей за счет уменьшения раскачивания машины.

Стрела экскаватора имеет запатентованную конструкцию PowerCurve: широкая у основания и сужающаяся на линии глаз оператора, чтобы не мешать обзору. Стрела погрузчика имеет изогнутую форму, которая позволяет выгружать материалы на середину кузова самосвала. Капот из эластичного композитного противоударного материала открывается шире, чем на предыдущих моделях, упрощая доступ к двигателю для обслуживания. Имеется 10 регулируемых фонарей для освещения рабочей зоны. Система спутникового мониторинга машины John Deere WorkSight JDLink позволяет отслеживать на центральном компьютере в реальном времени местоположение и рабочие характеристики машины.

Эксплуатационная масса экскаваторов-погрузчиков VolvoConstructionEquipment мод. BL60B и BL70B составляет от 7070 до 10000 кг, а общая мощность двигателей — от 91 до 101 л.с. Новые двигатели Volvo рабочим объемом 3,8 л стали экономичнее до 25% по сравнению с предыдущими не потеряв мощности. Существенно увеличена производительность системы охлаждения. В системе управления машины имеется функция мониторинга состояния и диагностики MATRIS. Внутренний объем кабины увеличен на 15%, площадь остекления — на 30%.

Стрелы погрузчика и экскаватора изготовлены из высококачественной стали, сварка выполняется роботизированными установками, накладывающими швы ровно и точно, это обеспечивает прочность конструкции. Стрела погрузчика сварная, коробчатого сечения, усиленная поперечной трубчатой балкой. Увеличенная стрела экскаватора имеет форму изящной арки, такая коробчатая сварная конструкция, состоящая из малого количества деталей и швов, очень прочна, надежна и обладает отличными рабочими характеристиками. Форма стрелы обеспечивает оператору отличный обзор при выемке траншеи, позволяет машине подъехать близко к самосвалу при погрузке. Имеется три мощностных режима работы экскаватора, это позволяет экономить топливо и повысить точность рабочих движений.

Экскаваторный ковш мод. BL70B может поворачиваться на угол до 205º, что дает возможность машине копать по вертикали при всех положениях стрелы, не меняя положения самой машины.

На экскаватор-погрузчик Terex TLB840 массой 7210 кг устанавливается двигатель мощностью 94 л.с. с электронным управлением и функцией «автоматического холостого хода». Соответствие экологически нормам достигается использованием сажевого фильтра и технологии EGR (рециркуляции отработавших газов).

Установлена 4-ступенчатая автоматическая трансмиссия. Увеличен гидроцилиндр усилителя рулевого управления, благодаря этому усилия на рулевом колесе уменьшились. Тормозное усилие повысилось за счет увеличения диаметра маслопогруженных дисковых тормозов, расположенных снаружи колес.

Благодаря новой изогнутой форме стрелы машине проще выполнять работы за вертикальными препятствиями, а также ближе подъезжать к грузовику при погрузке. Глубина копания составляет 4,5 м (с опционной телескопической рукоятью 5,5 м), радиус рабочей зоны — 5,7 м (с телескопической рукоятью 6,7 м). Для высокопроизводительной выемки траншей машина развивает отрывное усилие на рукояти 35400 Н и на ковше 52900 Н. Кинематика ковша экскаватора позволяет захватывать и удерживать грузы между ковшом и рукоятью.

Турецкая компания Hidromek выпустила мини-экскаватор-погрузчик мод. HMK 62SS эксплуатационной массой 3600 кг. Благодаря компактным размерам машина очень маневренна. Управление погрузчиком осуществляется джойстиками, встроенным в подлокотники сиденья, после поворота сиденья на 180º теми же джойстиками управляется экскаватор. HMK 62SS оснащается дизельным двигателем с турбонаддувом рабочим объемом 2,4 л. Гидростатическая трансмиссия оснащена сдвоенными аксиально-поршневыми насосами, развивающими производительность до 243 л/мин. Гидроконтуры рабочего оборудования обслуживаются шестеренчатым насосом производительностью 61 л/мин. Имеется охладитель гидравлической жидкости. Транспортная скорость машины — до 12 км/ч. Задняя каретка позволяет смещать экскаваторную стрелу. Глубина копания составляет 2,7 м.

Неравноколесный экскаватор-погрузчик HMK 102B Maestro оснащается экономичным двигателем John Deere, его равноколесного «собрата» мод. HMK 102S Maestro — двигателем Perkins. Обе модели комплектуются 5-диапазонной трансмиссией AutoShift, обеспечивающей машинам транспортную скорость до 40 км/ч. Гидросистема оснащена тандемным шестеренчатым насосом с подачей 81 л/мин. По заказу может быть установлен аксиально-поршневой насос производительностью 160 л/мин. Мосты оборудованы дифференциалами повышенного трения и устройством блокировки. Угол качания переднего моста составляет 16º. Траектория подъема ковша погрузчика — параллельная. Рукоять ковша экскаватора — телескопическая в стандартной комплектации. Имеется дополнительный контур под гидромолот, функция «возврата к положению копания», «плавающая» система выравнивания ковша.

Экскаваторы-погрузчики NewHolland серии С — мод. В95С, В95С ТС (под сменное навесное оборудование), В95С LR (увеличенный вылет) и В110С - оснащаются двигателями мощностью от 95 до 108 л.с. с технологией CEGR (рециркуляция отработавших газов с охлаждением) и сажевого фильтра.

Трансмиссия автоматическая, обеспечивает по четыре передачи переднего и заднего хода с плавным изменением направления движения — реверсом. Тормоза — дисковые маслопогруженные, расположены снаружи колес. Ковш погрузчика имеет вертикальную траекторию подъема. Благодаря вырывному усилию на ковше до 5574 кг и г/п на вылете 3,66 м до 1785 кг экскаваторы-погрузчики New Holland серии С способны выполнять тяжелые работы.

В мод. В95С LR сочетаются компактные размеры мод. В95С и удлиненная стрела от мод. В110С, в результате машина имеет большую глубину копания, вылет и низкий расход топлива. Мод. В95С ТС идеально подходит для перегрузки материалов, имеет функцию самовыравнивания ковша погрузчика в верхнем и нижнем положениях.

Экскаваторы-погрузчики Case Construction Equipment мод. 580N, 580 Super N (с увеличенной шириной колеи, эксплуатационная масса 7366-7814 кг, максимальная подача насосов гидросистемы 155 л/мин при рабочем давлении 160 бар), 580 Super N Wide Track и 590 Super N оснащаются турбированными двигателями рабочим объемом 3,4 л с технологией CEGR в модификациях по мощности от 78 л.с. до 108 л.с.

Гидроразъемы для подключения контрольных приборов позволяют с уровня земли проверять гидросистему машины. Имеется функция Power Lift, благодаря которой после нажатия кнопки оператором увеличивается расход гидравлической жидкости в контуре стрелы экскаватора. В результате грузоподъемность экскаватора, как утверждается, превышает показатели конкурирующих моделей до 39%, при этом двигатель работает на более низких оборотах

В штатную комплектацию новых экскаваторов-погрузчиков также включена накладка с зубьями на днище ковша. По заказу предлагается комплект накладок, удлиняющих днище ковша, благодаря которым рабочая зона ковша, оснащенного зубьями, увеличивается. Накладка с зубьями позволяет удерживать в ковше камни большого размера или необычной формы, предохраняет днище ковша от износа.

JCB теперь устанавливает на экскаваторы-погрузчики мод. 3CX и 4CX высокоэффективные турбированные дизельные двигатели Ecomax в трех вариантах по мощности: 74 л.с., 91 л.с. и 109 л.с. Уровень выбросов понижен без применения сажевого фильтра.

В штатной комплектации - автоматическая трансмиссия JCB Powershift. Машины полноприводные. На задней оси устанавливается дифференциал ограниченного трения. Рукоять ковша — удлиненная, Extradig. JCB также предлагает по заказу установку новых гидравлических захватов для бревен на всех моделях семейств 3CX и 4CX.

Экскаватор-погрузчик 3СХ-14 (с глубиной копания 14 футов, т. е. 4,3 м) компания называет «моделью ограниченной комплектности» и позиционирует как «предназначенную для сдачи в аренду или для потребителей, предпочитающих бюджетную технику». В стандартную комплектацию машины входит открытая кабина, синхронизированная механическая коробка передач с сервоуправлением. Три соединенных шестеренчатых гидронасоса позволяют оператору понижать обороты двигателя, обеспечивая при этом высокий расход в гидросистеме, достаточный для работы с большими нагрузками. В стандартную комплектацию входит гидрораспределитель с тремя золотниками. По заказу экскаватор-погрузчик 3СХ может быть оборудован закрытой кабиной и удлиненной рукоятью ковша. В кабине усилены задние (третьи) стойки, это позволило избежать утолщения передних и средних стоек, которые мешают обзору.

У более «высоких» модификаций Super в стандартную комплектацию входит автоматическая КП с переключением под нагрузкой и новый гидронасос переменной производительности с максимально подачей 167 л/мин. Модели Super могут по заказу оснащаться экскаваторным оборудованием с глубиной копания 4,3 ; 4,6 и 5,2 м. Траектория подъема ковша — паралелльная. Машины могут комплектоваться сдвижной кареткой экскаваторной стрелы. Кабина — самая звукоизолированная среди машин этого класса, уровень шума 72 дБ(А).

***

Широта выбора для покупателя экскаваторов-погрузчиков XXI века буквально фантастическая. Кто сказал, что гидросистемы с открытым центром лучше, чем с закрытым центром, что сервоуправление джойстиками лучше, чем рычаги, что управление всеми четырьмя колесами или встроенный быстродействующий присоединитель навесного оборудования необходим всем машинам? На эти вопросы каждый покупатель отвечает по-своему в зависимости от того, какие работы должен выполнять экскаватор-погрузчик. На современном рынке покупатель сможет найти практически любой вариант комплектации.

 Текст: В. Шляховой