Многофункциональные дорожно-строительные машины (Часть 1)
Обзор типов сменного рабочего оборудования

Многофункциональные дорожно-строительные машины, получившие широкое распространение в строительстве, коммунальном и сельском хозяйстве, в отличие от специализированных машин выполняют не одну, а несколько рабочих операций. Они эффективны при выполнении разнородных (многооперационных) работ на строительных объектах, особенно малообъемных. Многофункциональность современных дорожно-строительных машин достигается за счет оснащения их наборами сменных рабочих органов различного назначения (принцип «парк из одной машины») или навески на машину комплекса постоянных рабочих органов.

Широкий набор сменных рабочих органов характерен для одноковшовых и телескопических погрузчиков, одноковшовых экскаваторов, установок для устройства буронабивных свай и др. Для мини-погрузчиков и погрузчиков среднего типоразмера, например, предлагается до 30…40 типов сменных рабочих органов, что делает их наиболее универсальными строительными машинами.

Сменные рабочие органы различаются не только по видам выполняемых работ и сложности устройства, но и по способам навески, дополнительным приводным устройствам, времени замены. Одинаковые по назначению сменные рабочие органы навешивают на машины разными способами, что по-разному проявляется в условиях работы. Классификация сменного рабочего оборудования дорожно-строительных машин приведена на рис. 1.

Первый тип – быстросменное рабочее оборудование, применяется чаще других. Характерной его особенностью является наличие переходных крепящих устройств для быстрой замены рабочих органов. Быстродействующие переходные крепящие устройства позволяют за короткое время (1–2 мин с учетом подъезда к стеллажам, местам хранения сменных рабочих органов) снять одно рабочее оборудование и установить другое.

На рис. 2 приведены переходные крепящие устройства замкового и штоково-втулочного типов для одноковшовых погрузчиков. Рама переходного крепящего устройства устанавливается обычно с помощью пальцев на стреле погрузчика и Z-образном механизме поворота ковша. На раме и рабочем оборудовании есть направляющие элементы – выступы, трубы или проушины, позволяющие поддеть верх рабочего оборудования и отцентрировать его на раме, а также нижние механизмы крепления. На погрузчиках малых типоразмеров чаще применяют одноточечный механизм крепления (в середине нижней части рабочего органа) в виде замков-защелок.

На рис. 2а показано устройство замены рабочего оборудования на погрузчиках Bobcat. Наклонный выступ рамы А переходного крепящего устройства подводится снизу к верхнему выступу рабочего органа В, при подъеме рабочее оборудование соприкасается с рамой. Затем необходимо опустить рычаг С (вручную) для введения подпружиненной защелки D в совмещенные отверстия рамы и рабочего органа – обеспечивается плотное соединение. На некоторых моделях погрузчиков к рычагу можно дотянуться из кабины, открыв переднюю раму со стеклом.

На рис. 2б показано переходное крепящее устройство со штоково-втулочным нижним креплением рабочего оборудования на раме (рабочее оборудование не показано), устанавливаемое на многих погрузчиках средних и больших типоразмеров. Выступающая труба рамы поддевает верх рабочего органа, затем при подъеме рама и рабочее оборудование соприкасаются, совмещаются нижние втулки рамы и проушины рабочего органа, затем во втулки и проушины вдвигаются штоки с помощью рычага и тяг, для чего оператору необходимо выйти из кабины. Двухточечная нижняя фиксация (в сочетании с верхним креплением по всей длине поддевающей трубы или в двух разнесенных проушинах) обеспечивает более равномерное распределение нагрузки по всей длине рабочего оборудования и позволяет избежать его перекосов и поломок при работе в тяжелых условиях.

На рис. 3 показаны переходное крепящее устройство для экскаваторов и его элементы. Вставка устанавливается на рукояти и механизме поворота ковша.

Некоторые типы быстросменного рабочего оборудования являются активными и имеют прямой подвод энергии непосредственно к рабочему оборудованию – гидродвигателю шнека-бура, фрез, дисковых пил, дорожных щеток, виброкатка и виброплиты, роторного отбрасывателя снега и др. Требуется также подводить гидропоток к гидромолоту, к гидроцилиндрам (например, на двухчелюстном ковше, на прижимных захватах и др.). Для этого на переходные крепящие устройства устанавливают гидропорты для быстрого подсоединения-разъединения трубопроводов, а гидрораспределители имеют дополнительные секции.

Многоцелевое рабочее оборудование – тип 2 (см. рис. 1) отличается объединением в едином блоке нескольких рабочих органов или их элементов, из которых выставляется необходимое рабочее оборудование перестановкой или поворотом отдельных элементов с помощью дополнительных гидроцилиндров или гидродвигателей (поворотом челюсти ковша погрузчика, рычага рыхлительного зуба, боковых открылков секционного отвала бульдозера и т. п.). Блок рабочего оборудования постоянно навешен на машину.

На рис. 4 показаны широко применяемый двухчелюстной ковш погрузчика и выполняемые им работы. Ковш является составным с поднимаемой передней частью (челюстью), что позволяет погрузчику работать, как с обычным ковшом (работы 1–2 на рис. 4), так и дополнительно выполнять следующие виды работ:

• бульдозерные (3, рис. 4), для чего задняя челюсть ковша выполнена в виде отвала бульдозера с режущим ножом. Отвалом можно копать грунт, перемещать его на расстояние до 100 м, разравнивать и планировать поверхности;
• грейферные – захват и перевалка сыпучих и штучных грузов (6);
• распределение слоями материалов типа песка и щебня, подсыпка и обратная засыпка (5).

Погрузчики с двухчелюстным ковшом за счет возможности выполнять бульдозерные операции вытесняют бульдозеры со строек с небольшими объемами работ. Двухчелюстной ковш также может оснащаться откидным вилочным подхватом. Более сложные комбинации рабочих элементов на двухчелюстном ковше не практикуются из-за повышения массы блока рабочего оборудования и снижения востребованности отдельных рабочих элементов с увеличением их количества. Двухчелюстной ковш с его несложной конструкцией существенно расширил возможности погрузчиков. Двухчелюстной ковш навешивается на погрузчики с помощью переходного крепящего устройства или шарнирно-пальцевого крепления.

Примеры многоцелевого рабочего оборудования экскаваторов приведены на рис. 5 и 6. Экскаватор с челюстным ковшом, дополнительно поворачиваемым в поперечной плоскости (см. рис. 5), оснащен двухшарнирной вставкой и гидроцилиндром поворота. Экскаватор выполняет следующие работы: копание «обратной лопатой», погрузочно-транспортные работы, грейферный захват, боковое копание и откосообразование.

Экскаваторное многоцелевое рабочее оборудование захватно-клещевого типа показано на рис. 6. В него входят двусторонний клык-рыхлитель со сменными передним 7 и задним 8 зубьями, шарнирно прикрепленный к двуплечему рычагу 5, и ковш «обратная лопата» 4. Рычаг поворачивается гидроцилиндром 2 относительно рукояти 1. При разработке грунта зубом 7 рыхлитель движется к опирающемуся на грунт зубьями ковшу 4, прорезая в грунте щель. Зуб 8 при работе движется снизу вверх к экскаватору и используется как для рыхления, так и для взламывания дорожных покрытий, разборки зданий, погрузочных и установочных работ. Ковшом 4 выполняется обычная работа «обратной лопаты».

На рис. 7 показан вариант многоцелевого рабочего оборудования бульдозера в виде трехсекционного отвала (авторское свидетельство № 1553619), трансформирующегося путем поворота боковых секций в отвалы полусферический, сферический (для увеличения накапливающей способности) и короткий средний (для разработки прочных грунтов). Боковые секции соединены со средней секцией шарнирами, расположенными в продольной вертикальной плоскости, и поворачиваются с помощью гидроцилиндров. Подобное трансформирующееся оборудование применимо также на снегоочистителях.

Основным преимуществом многоцелевого рабочего оборудования по сравнению с быстросменным оборудованием являются меньшие затраты времени на каждую его замену, общие потери времени на замены тем меньше, чем больше требуемое количество замен на строительном объекте. Но у многоцелевого рабочего оборудования выше масса, которая постоянно навешена на машину, оно сложнее, и, следовательно, его эксплуатация стоит дороже. Иногда многоцелевое рабочее оборудование навешивается на машину с помощью переходных крепящих устройств (тип 2.1 по классификации рис. 1), что еще больше усложняет оборудование.

Сменные рабочие органы с обычным шарнирно-пальцевым креплением (тип 3 по рис. 1) продолжают применять на дорожно-строительных машинах. На погрузчиках такое оборудование закрепляют на стреле и механизме поворота ковша, на экскаваторах – на рукояти и гидроцилиндре ковша. При замене рабочего оборудования соединительные пальцы сначала вынимают из проушин, а затем снова вставляют в проушины нового оборудования, что приводит к существенным потерям рабочего времени (до 30 мин на одну замену). Но масса рабочего оборудования и его креплений в этом варианте наименьшая, не нужны дополнительные гидроцилиндры. Этим компенсируются издержки от потери времени.

Применяемые на погрузчиках наборы сменных рабочих органов в этом варианте меньше, чем с быстросменным и многоцелевым рабочим оборудованием, и используются в основном на машинах среднего и большого типоразмера. На экскаваторах всех типоразмеров этот вариант применяется чаще.

На практике часто используются также машины с двойным, независимым одно от другого постоянно установленным рабочим оборудованием: бульдозеры-экскаваторы, погрузчики-экскаваторы, бульдозеры-рыхлители и др. (тип 4 по классификации рис. 1). Такие машины без замены рабочего оборудования выполняют два вида работ.

Понятно, что двойное рабочее оборудование удорожает машину, а при перебазировании возникают повышенные транспортные издержки. Такие машины часто приобретают организации с небольшим парком машин для экономии первоначальных капиталовложений в основные средства. Но в полной мере использование машин с двойным независимым рабочим оборудованием оправдывает себя, если на строительном объекте востребованы оба рабочих органа. Каждый из рабочих органов обычно допускает установку других сменных рабочих органов, в том числе многоцелевых, например двухчелюстного ковша (см. рис. 5 и 8). В этом случае выполняется более двух видов работ. Сменные рабочие органы обычно навешивают с помощью шарнирно-пальцевых креплений или (реже) переходных крепящих устройств. Применение переходных крепящих устройств экономит время на замену рабочих органов. Впрочем, количество необходимых замен рабочих органов у машин с двойным независимым рабочим оборудованием обычно меньше. Примером навески одного рабочего органа на переходные крепящие устройства, другого – с шарнирно-пальцевым креплением являются некоторые экскаваторы-погрузчики JCB, New Holland (см. рис. 8), у которых рабочее оборудование погрузчика установлено на переходное крепящее устройство, а экскаватора – с помощью шарнирно-пальцевого крепления.

Многофункциональность машин с комплексом независимых рабочих органов на одной машине (тип 5, рис. 1) достигается в основном не заменой рабочих органов, а постоянной установкой нескольких рабочих органов (более двух) на одной машине. Комплекс рабочих органов увеличивает сложность и стоимость машины, время на установку (или перестановку) рабочего оборудования примерно одинаковое с вариантом 3. К этому типу можно отнести ресайклеры для ремонта асфальтобетонных покрытий, грунтосмесительные машины для устройства покрытий усовершенствованных дорог из укрепленных грунтов, автогрейдер для снегоочистительных работ, оборудованный кроме основного отвала боковым отвалом и поворотной подметальной щеткой. В последнем примере рабочее оборудование может применяться как одновременно (совмещение операций), так и по отдельности.

Выбор сменных рабочих органов следует проводить не только по видам выполняемых работ и типоразмеру рабочего органа, но и по характеристикам строительного объекта и условиям работы на нем. Сопоставление и выбор машин и сменных рабочих органов к ним должен проводиться на основе стоимостных критериев оценки эффективности работы машин и затрат времени на замену рабочих органов на строительном объекте.