Технологические преимущества гидростатического привода землеройной техники LIEBHERR

В настоящее время на мировом рынке предлагаются бульдозеры, колесные и гусеничные погрузчики с тремя различными системами привода (традиционным гидродинамическим, применяющимся с 1955 г., гидростатическим и гидродинамическим с дифференциалом поворота), которые предусматривают соответственно разные системы управления и тормозов.
В конце 70х годов компания LIEBHERR вместе с фирмой LINDE разработала гидростатический привод и первая в мире оснастила им все свои бульдозеры. Его основными технологическими преимуществами являются: возможность бесступенчатого регулирования скорости трактора в интервале 011 км/час; перемещение грунта по кривой траектории; разворот (вращение) на месте.
Традиционный гидродинамический привод не обладает такими возможностями. Поэтому специалистами различных фирм была разработана сложная система гидродинамического привода с дифференциалом поворота, чтобы обеспечить требуемые технологические параметры.
На бульдозерах LIEBHERR с возрастанием нагрузки гидравлическая система получает дополнительно некоторую часть мощности двигателя, что компенсируется гидростатическим приводом за счет уменьшения скорости движения машины. При этом максимальное тяговое усилие остается в любой ситуации постоянным. Это регулирование осуществляется специальной электронной системой Litronic без участия водителя.
Независимо от системы управления, гидродинамический привод с дифференциалом при возрастании нагрузки на гидравлику теряет как скорость, так и тяговое усилие. Для повышения тягового усилия механический привод может использовать только понижающую передачу. Если этого становится недостаточно, машина резко теряет скорость и существенно падает производительность бульдозера.
Бульдозер с гидродинамическим приводом с традиционным управлением при максимальной нагрузке обычно работает на первой передаче. Если в этой ситуации необходимо увеличить мощность гидравлики, то возрастает нагрузка на двигатель изза необходимости увеличения числа оборотов. При этом ограничиваются возможности управления машиной. В результате оператору приходится опорожнять отвал, изза чего падает производительность машины.
Помимо указанных технологических преимуществ бульдозеры фирмы LIEBHERR имеют ряд конструктивных особенностей:
• все точки контроля и техобслуживания двигателя расположены и доступны с правой стороны;
• используется модульная гидросистема с компактными гидроагрегатами, имеющими функциональнооптимизированное расположение и легкий доступ для техобслуживания;
• привод гусеницы с планетарной передачей и гидромотором интегрированы в раму ходовой тележки, в результате чего тяговое усилие передается прямо на гусеничную цепь без участия промежуточных элементов;
• опорные оси поддерживающих катков интегрированы в раму ходовой тележки, не затрагивая привод гусеницы, снимая тем самым с него ряд нагрузок;
• кабина и передняя часть оснований рамы бульдозера откидывается с помощью специальной гидросистемы, что обеспечивает легкий и оптимальный доступ ко всем узлам и агрегатам;
• обеспечен большой дорожный просвет.
Двигатели Liebherr работают при низком числе оборотов, то есть их эксплуатация осуществляется с более низким уровнем шума (75 дБа против 8385 дБа у обычных бульдозеров).
Гидродинамический привод хорош в условиях непродолжительного использования при высоких нагрузках. Коэффициент полезного действия этого привода невысокий, ресурс — 20003000 моточасов. Происходит большой нагрев масла, что приводит в ряде случаев к выключению двигателя.
В гидростатическом приводе выделяется меньше тепла, поэтому проблем эксплуатации бульдозеров при положительных температурах воздуха не существует.
Замена фильтров у бульдозеров Liebherr производится через 2000 моточасов; интервал замены масла — не менее 500 час.
Бульдозеры, оснащенные гидростатическим приводом имеют важные технологические преимущества при эксплуатации.
При движение по кривой траектории уменьшается только скорость вращения внутренней гусеницы. При этом тяговое усилие и сцепление с грунтом обеих гусениц остается постоянным. В результате обеспечивается постоянно максимальное наполнение отвала.
В случае гидродинамического привода с дифференциалом при движении по кривой траектории у этих машин ускорение внешней гусеницы при максимальном тяговом усилии приводит к пробуксовыванию этой гусеницы и уменьшению ее сцепления с грунтом. В результате необходимо уменьшить наполнение отвала.
При движении по кривой траектории бульдозера с гидродинамическим приводом с традиционным управлением блокирование внутренней гусеницы приводит к потере тягового усилия на этой гусенице, пробуксовыванию внешней гусеницы и уменьшению ее сцепления с грунтом. Изза этого необходимо практически полностью уменьшить наполнение отвала.
Постоянный привод на обе гусеницы с бесступенчатым регулированием скорости/тягового усилия облегчает работу бульдозеров с гидростатическим приводом на грунтах с низкой несущей способностью за счет постоянного низкого давления на грунт.
В гидродинамическом приводе с дифференциалом прерывание тягового усилия при переключениях передач приводит к рывкам, а значит, к дополнительному давлению на грунт, что при поворотах усугубляет пробуксовывание внешней гусеницы.
Прерывание тягового усилия при переключении передач и поворотах бульдозера с гидродинамическим приводом с традиционным управлением приводит к рывкам, следовательно, к дополнительному давлению на грунт, что на практике оборачивается значительным зарыванием гусениц в грунт.
На бульдозерах с гидродинамическим приводом с традиционным управлением рабочие тормоза и фрикционные муфты поворота нуждаются в техобслуживании и замене, что повышает стоимость эксплуатации.
При работе на ограниченном пространстве машины Liebherr особенно наглядно демонстрируют свои преимущества.
Для работы в аналогичных условиях бульдозеров с гидродинамическим приводом с дифференциалом необходимо применять машины меньшего класса. Однако бульдозеры рабочим весом до 18 тонн дифференциалом поворота не оборудуются.
Изза постоянного прерывания привода и блокирования одной из гусениц при поворотах бульдозер с традиционным управлением работает рывками и не точно. В тесных условиях производительность машины с традиционным приводом резко падает.
Гидростатический привод позволяет бульдозерам Liebherr в любой ситуации осуществить точный разворот (вращение) на месте, в том числе при работе на крутых склонах, где к машине предъявляются особые требования по точности маневров.
Изза разных нагрузок на гусеницы бульдозера с дифференциалом поворота его разворот осуществляется по неуправляемому радиусу. Разворот (вращение) на месте невозможен, а при развороте на откосе бульдозер “дрейфует”.
При работе бульдозеров Liebherr даже на очень крутых склонах торможение осуществляется с помощью гидростатического привода. Эта система надежно выполняет роль неизнашивающегося рабочего тормоза.
В концепции гидродинамического привода с дифференциалом используется обычная тормозная система, которая при работе на откосах подвергается особо сильным нагрузкам и повышенному износу. При отсутствии тормозов и сцепления техобслуживание бульдозеров Liebherr дешевле и проще (на всех  бульдозерах отсутствуют масленки). Срок службы подшипников гусеничной цепи составляет 1200013000 моточасов, их износ — 0.5 мм.
При повороте на обеих гусеницах бульдозера Liebherr действует одинаковая сила, что приводит к более низкому расходу топлива (на 510% меньше, чем у обычных машин). Управление бульдозером “впередназад” и повороты осуществляются одним рычагом (джойстиком), в то время как у обычных для этих операций используется, как правило 45 рычага и педали (табл.1).
Для оценки эксплуатационных возможностей бульдозеров фирмы LIEBHERR в качестве примера было выполнено сравнение бульдозернорыхлительного агрегата PR751 Litronic  с БРА основных конкурентов в тяговом классе 35 тс. Оценка БРА производилась по величине сменной производительности, расчет которой выполнен на основе методики, основанной на использовании тяговых характеристик тракторов. Физикомеханические свойства разрабатываемых механическим рыхлением пород соответствуют свойствам мерзлого песчаногравийного грунта района Западной Сибири (σр = 50 кГс/см2 — предел прочности пород на разрыв; σв = 10 кГс/см2 — боковое сцепление пород).
Эксплуатационная производительность рыхлителя определяется по выражению:
 
 3600.Tсм.Lв.h3 (bн+h3.ctgα).Kи
Q=____________________________________,м3/смена                      3.6.Lв /V + tп  
где Тсм — время смены, час;
Lв — длина рабочего блока  (Lв=100 м);
bн—ширина стойки рыхлителя (bн=10 см);
Kи — коэффициент использования (Kи=0.7);
α — угол откоса стенок образуемой выемки (α=45°);
tп — время, затрачиваемое на переезд с одной борозды на другую — поворот, изъятие зуба, заглубление зуба (tп=15 сек);
h3 — заглубление зуба, см.
Величина h3 определяется по формуле В.И.Емельянова [1.]:

        ___________________________
    √FT2.cos2β+Fp2sin2ϕ
h3=__________________________ ,  см,
       (σp+σв).nc.bн.tgα
где  FT — сила тяги трактора, кГс:
 FT = (Gт +Gd+Gp+RN)·f;
 Gт  — вес базового трактора, кГс;
 GB — вес бульдозера, кГс;
 GP — вес рыхлителя, кГс;
 f — коэффициент сопротивления перемещению трактора. В расчетах принято f=0.5;
RN — вертикальная составляющая усилия рыхления, кГс:
RN = hF·bн·sp·ctg(µ+ρ);
hF — эффективная глубина рыхления, см. В расчетах принято hF = 40 см;
µ — угол резания, град.;
ρ — угол трения пород по материалу наконечника рыхлителя, град;
Fp — сила давления гидроцилиндров зуба рыхлителя, кГс: при подъеме   Fp1 = 0.785 D2·РА; при опускании Fp 2 = 0.785(D2d2).PA, где D и d — диаметр поршня и штока гидроцилиндра, см;
РА — давление в гидросистеме рабочих цилиндров, кГс/см2;
β — угол, под которым на зубья рыхлителя действует сила тяги трактора, град;
ϕ — угол, под которым на зубья рыхлителя действует сила давления штоков гидросистемы, град.;
nc — количество рабочих зубьев (стоек);
n — рабочая скорость рыхления, км/ч.
Величина n устанавливается на основе графика тяговой характеристики рыхлительного агрегата (рис.9) по величине развиваемого тягового усилия F (кН), которое расчитывается по формуле Г.В.Бычкова [2]:
F=(1.1£1.3) σp·nc·bн·hз, кН.
Результаты расчетов приведены в табл.2.
Анализ результатов расчетов указывает на то, что наибольшей производительностью в конкретных горногеологических условиях обладает рыхлительный агрегат PR 751 фирмы LIEBHERR.
В настоящее время компанией LIEBHERR выпускается 4 базовых модели бульдозеров в классе 2055 тонн (табл.3). Компания поставляет бульдозеры в более 100 стран мира. В год ею производится 850 бульдозеров, из них 50% закупается странами Западной Европы. В классах бульдозеров до 35 т доля LIEBHERR составляет 4050% мирового рынка.5
—ÔËÒÓÍ ÎËÚÂð‡ÚÛð˚
1. ¬.».≈ÏÂθˇÌÓ‚ Ë ‰ð. “ÂıÌË͇ Ë ÚÂıÌÓÎӄˡ ÔÓ‰„ÓÚÓ‚ÍË ÏÌÓ„ÓÎÂÚÌÂÏÂðÁÎ˚ı ÔÓðÓ‰ Í ‚˚ÂÏÍÂ. Ã., Õ‰ð‡, 1978 „.
2. √.¬.¡˚˜ÍÓ‚, ¬.—.’ÓıðˇÍÓ‚. –‡Ò˜ÂÚ Ô‡ð‡ÏÂÚðÓ‚ ð˚ıÎÂÌˡ Ë ðÂÊËÏÓ‚ ð‡·ÓÚ˚ ¡–¿. √ÓðÌ˚È ÊÛð̇Î. »Á‚ÂÒÚˡ ¬”«Ó‚ Nπ7, 1985.

Журнал "Горная Промышленность" №3 1998