Новые качества фронтальных погрузчиков

Нормы, ограничивающие токсичность отработавших газов, стимулируют конструкторов к совершенствованию трансмиссии, гидросистемы, системы охлаждения и конструкции машины в целом, повышая производительность и экономичность фронтальных колесных погрузчиков с двигателями мощностью 75...130 кВт.

Законодательные меры по ограничению токсичности выхлопа и шума двигателей, предпринимаемые правительствами развитых стран, дают результаты. Жесткие законодательные нормы не только предъявляют повышенные требования, но и открывают перед конструкторами новые возможности совершенствования машин. Улучшение конструкции, повышение производительности и экономичности машин, надежности и ресурса, сокращение времени обслуживания, значительное улучшение эргономичности, создание оригинального, привлекательного внешнего дизайна стало долговременной тенденцией развития отрасли.

Введение европарламентом в действие с 1 января 2003 года норм токсичности Stage 2 для внедорожной техники с двигателями мощностью 75...130 кВт (100...177 л.с.) стало причиной обновления модельных рядов фронтальных погрузчиков эксплуатационной массой 11...14 т. Нормы EPA Tier 2, принятые в США, корреспондируют с европейскими нормами. Ведущие машиностроительные компании заранее начали подготовку к этому моменту и уже в начале 2003 г. представили свои новинки. Их конструктивные решения удовлетворяют требованиям текущего момента и в то же время разработаны на отдаленную перспективу.

Фронтальные погрузчики Komatsu оборудованы гидрообъемной трансмиссией. WA250-5 с полной нагрузкой преодолевает подъемы на 6% быстрей предшественника. Погрузку самосвала он производит тоже быстрей, притом значительно – не менее чем на 29% сокращает расход топлива. В состав гидрообъемного привода погрузчика включены высокоскоростной и низкоскоростной гидромоторы. Когда требуется большой крутящий момент, оба гидромотора работают совместно, а когда скорость машины повышается, низкоскоростной гидромотор отключается. Погрузчики Liebherr и Terex оснащены приводами аналогичной конструкции.

Caterpillar 928G оснастили дизелем с турбонаддувом, интеркулером и электронным управлением впрыском. Двигатель и радиатор размещены в отдельных отсеках, гидропривод вентилятора работает независимо от оборотов двигателя. Как результат совершенствования полуавтоматической планетарной КП с фрикционным сцеплением в масляной ванне и электронным управлением примерно на 10% по сравнению с предшественником 928F увеличились мощность, масса машины, вместимость ковша и усилие отрыва, что, впрочем, можно сказать и о других моделях нового поколения. Кроме того, 924G поставляют с оригинальной моноблочной стрелой VersaLink, отличающейся высокой жесткостью кручения и оснащенной механизмом быстрой смены навесного оборудования.

Механизм быстрой смены Volvo

При разработке двигателя для строительных машин конструкторы стремятся не только увеличить его мощность и снизить токсичность выхлопа, сохранив или даже уменьшив массогабаритные показатели, но и увеличить крутящий момент на низкой частоте вращения. Это позволяет сократить рабочий цикл и увеличить эффективность и экономичность машины. На современных дизелях мощностью 75...130 кВт получили широкое распространение турбонаддув, промежуточное охлаждение, электронное управление впрыском, что не так часто встречалось на двигателях предыдущего поколения.

Усовершенствования на этом не заканчиваются. Гидропривод вентилятора с электронным управлением работает независимо от оборотов двигателя, обеспечивая постоянную температуру охлаждающей жидкости. Получает распространение охлаждающая жидкость на основе пропиленгликоля, менее токсичная, чем антифриз на основе этиленгликоля. В погрузчиках Case, New Holland, John Deere, JCB, Liebherr и др. система охлаждения изолирована от двигателя и размещена в отдельном отсеке. Радиаторы теперь не располагаются один за другим. В машинах Case, New Holland и Liebherr блоки радиаторов установлены между кабиной и двигателем. В машинах концерна CNH модуль радиаторов образует фигуру кубической формы с вентилятором в центре.

Погрузчик Volvo L70E, оснащенный бревнозахватом

Ни один радиатор не установлен последовательно за другим. Вентилятор создает потоки воздуха, проходящие через радиаторы и затем обдувающие двигатель. Такая конструкция позволила специалистам Case сместить двигатель к задней части погрузчика, за задний мост. Использование двигателя в качестве противовеса позволило уменьшить массу машины.

Электронное управление впрыском позволяет эффективней организовать совместную работу двигателя и электронных блоков управления гидросистемой и трансмиссией, где каждый компонент «знает», как работают другие. В результате каждая система корректирует свою работу таким образом, чтобы повысить общую производительность машины. Кроме того, электронная система впрыска в сочетании с высоким крутящим моментом на низких оборотах создает новые возможности по внедрению в рабочую гидросистему регулируемых аксиально-поршневых гидронасосов. Уже на малых оборотах машина развивает значительное усилие отрыва, что позволяет начать работу, не дожидаясь набора оборотов. Безусловно, в сравнении с шестеренными насосами эта система эффективнее и экономичнее, но, с другой стороны, сложней и дороже.

Развитие элементов гидропривода позволило конструкторам использовать вместо гидротрансформатора гидрообъемный привод КП. Помимо высокой производительности связка гидронасос–гидромотор дает конструкторам больше свободы в компоновке машины, эффективном распределении ее массы. На погрузчиках Liebherr двигатель приводит в действие гидронасос, который преобразует крутящий момент в поток жидкости под высоким давлением (до 320...350 бар).

От гидронасоса поток жидкости по закрытому контуру подается напрямую на гидромотор, вращающий первичный вал коробки передач, и затем возвращается в гидронасос. Такое решение позволило развернуть двигатель на 180° и вынести его назад и вниз за заднюю ось, сместив туда центр тяжести погрузчика. Это дало возможность увеличить грузоподъемность и длину стрелы, устойчивость машины и одновременно уменьшить радиус поворота без увеличения общей массы машины.

Фронтальные погрузчики с гидрообъемной трансмиссией предлагают сегодня компании Komatsu, Liebherr, Coyote. Гидрообъемной трансмиссией оборудованы две из пяти моделей Terex. Сравнение новой модели Komatsu WA250-5 с гидрообъемной трансмиссией и модели WA250-3 с гидродинамической трансмиссией показало преимущества новых технологий. Машина пятой серии немного легче, чем машина третьей серии, но при погрузке самосвала рабочий цикл новой модели был короче и коэффициент наполнения ковша больше примерно на 14% по сравнению с WA250-3. Пятая серия показала огромное преимущество по топливной экономичности – 51%. При испытаниях по транспортировке материала на расстояние 46 м и погрузке в самосвал новый фронтальный погрузчик превзошел третью серию по производительности на 5%, показав при этом топливную экономичность выше на 29%.

Погрузчик Dressa c Н-образным механизмом запрокидывания ковша

Существенное влияние на производительность погрузчика оказывает конструкция рабочего оборудования. Безусловно, Z-образная схема опрокидывания ковша останется основной. Однако, предлагая большое усилие отрыва, эта простая и проверенная конструкция «не умеет» самостоятельно поддерживать постоянное положение ковша. Для этого приходится вводить электрогидравлические управляющие схемы, поддерживающие груз в горизонтальном положении во время всего цикла подъема, что особенно важно при погрузке паллет вилами. Параллельно развиваются схемы рабочего оборудования, в конструкцию которых заложена эта возможность, например VersaLink у Caterpillar и TP-linkage у Volvo CE. Кроме того, эти системы оборудуют механизмами быстрой смены навесного оборудования, что значительно расширяет сферу применения погрузчика и позволяет использовать одну машину для выполнения целого комплекса работ.

На рынке фронтальных погрузчиков очень сильная конкуренция. Чтобы выделиться из множества похожих и внешне, и по характеристикам машин, производители инвестируют значительные ресурсы в разработку, с тем чтобы придать своей технике отличительные особенности, которые бы не только привлекли внимание покупателя и полностью удовлетворили его растущие требования, но и вызвали бы восхищение и желание продолжить сотрудничество.