Тягово-сцепные характеристики гусеничных бульдозеров

Данная публикация продолжает цикл статей о бульдозерной технике на гусеничном ходу.

В предыдущей статье (см. «ОС» №  6, 2010 г.) рассматривался вопрос развития бульдозерных трансмиссий. Кратко можно сказать, что основными конструктивными решениями поэтапно были:

• механическая трансмиссия (МТ), применяемая с момента закрепления термина «бульдозер» в начале прошлого века за гусеничными тракторами «с лопатой» и практически не изменившаяся до сегодняшнего дня (занимает долю на рынке в первую очередь за счет бульдозеров ЧТЗ – Б130, Б170, Б10);
• гидромеханическая (ГМТ) с использованием гидротрансформатора (ГТР), занимает подавляющую долю на рынке;
• гидростатическая (ГСТ) на базе пары гидронасос–гидромотор, приобретающая все большую популярность; технологическим первопроходцем и лидером на рынке бульдозеров с ГСТ является немецкий промышленный гигант Liebherr. О преимуществах и перспективах ГСТ уже говорилось в предыдущей статье.

Следующей по значимости группой аспектов работы бульдозера являются особенности реализации тягового усилия, передаваемого от двигателя через трансмиссию и гусеницу на отвал/ рыхлитель за счет сцепных свойств бульдозера с опорной поверхностью.

Схематично маршрут потока энергии представлен на рис. 1.

Желтым выделен этап, на котором для преобразования энергии в работу необходима «точка опоры», которой в нашем случае является поверхность. Действие различных типов сил трения гусеницы о поверхность и обусловливает качество сцепления, а в конечном итоге уровень преобразования энергии в работу бульдозера. Схема взаимодействия указанных сил представлена на рис. 2.

Рамки статьи позволяют лишь укрупненно рассмотреть вопрос взаимодействия всех сил и моментов процесса бульдозерования и определить решающие факторы. В целом две указанные силы равны, и качество бульдозерования зависит от сцепления гусениц с поверхностью – вот основной вывод из схемы на рис. 2. Качество же сцепления определяется типом гусеничной тележки и схемой ее крепления к раме бульдозера при равных характеристиках поверхности грунта. Здесь мы подошли к основному вопросу статьи – этапы развития ходовой гусеничных бульдозеров и их особенности.

Копер СП 49 на базе ТМ10ЕБ с жесткой ходовой	Liеbherr PR764 – упругая балансирная ходовая	Komatsu D65 самый распространенный бульдозер в мире с полужесткой подвеской

Этап 1 – жесткая подвеска: жестко закрепленные на раме тележки с жестко закрепленными в свою очередь на ней катками. Это жесткая конструкция с опорой на обе гусеницы, башмаки которых при работе всегда находятся в одной плоскости. На рис. 3 показан главный недостаток такой схемы для бульдозера – в момент работы на неровной поверхности агрегат опирается на нее лишь двумя точками, что приводит к преждевременному выходу из строя опорных катков.

Также при движении такой бульдозер испытывает постоянные вибрационные нагрузки, приводящие к ускоренному разрушению всех элементов конструкции.

Тем не менее в определенных видах спецтехники применяется именно такая схема – трубоукладчики, роторные траншеекопатели и т. п., где скорости передвижения минимальны и при этом требуется максимальная жесткость остова базового трактора.

Этап 2 – полужесткая подвеска: трехточечная опора рамы (первоначально с рессорой) на качающиеся тележки и жестко закрепленные на те- лежках катки. И окончательное решение в виде разнесенной с бортовыми редукторами оси качания тележек и балансирной балки вместо рессоры.

Схемы жесткой (а), полу‑ жесткой подвески (б) и вынесенной оси качания тележек (в): 1 – тележка, 2 – ось ее качания, 3 – остов трактора, 4 – упругая связь тележки с остовом трактора; 5 – ведущее колесо; 6 – ось ведущего колеса

Используется преимущественно на бульдозерах до 15-го класса включительно. Схематично данный тип ходовой части представлен на рис. 4. Там же для сравнения приведена схема жесткой ходовой части.

Данный вид подвески в окончательном виде (см. рис. 4, в) наиболее распространен на сегодняшний день, поскольку ей присущи следующие особенности:

• относительная дешевизна и простота изготовления тележек;
• снижение до приемлемого уровня динамических нагрузок на остов трактора;
• при вынесенной оси качания тележки бортовой редуктор «избавлен» от прямого воздействия ударных сил от отвала и неровностей грунта;
• точность планировочных работ удовлетворяет современным требованиям;
• при работе на жестких и неровных, скальных грунтах схема закрепленных в одной плоскости катков на раме тележки не обеспечивает плавности движения. Опорными на таких поверхностях для каждой из тележек являются лишь два катка, поэтому при износе лишь одного катка требуется заменить всю «сторону», иначе при замене только одного именно он будет постоянно выходить из строя.

В связи с этим недостатком, являющимся фактически препятствием для критичных режимов работы на тяжелых бульдозерах класса тяги более 15 т и рабочей массой свыше 30 т, применяется более современный тип ходовых, открывающий последний этап их развития на сегодняшний день.

Этап 3 – балансирные упругие подвески: упруго закрепленные каретки качания на гусеничной тележке, жестко прикрепленной к раме. На балансирах кареток качания закреплены по два катка. Схема и типовые примеры реализации данной ходовой разными производителями представлены на рис. 5.

Устройство упругой балансирной подвески бульдозера и работа ходовой при преодолении твердого препятствия: 1 – оси качания каретки и балансира с катками; 2 – направляющая гусеницы; 3 – каретка; 4 – упругий амортизатор и его место работы на тележке

Данный тип ходовой начали применять на бульдозерах Caterpillar D8 и старше 1975 г. Именно эта компания традиционно выступает родоначальником большинства перспективных решений при конструировании промышленных бульдозеров. Такая же схема впервые в мировой практике реализована на более легких бульдозерах ТМ10 (23 т) Завода «ДСТ-Урал» в 2006 г. (см. рис. 5), она же реализована на бульдозерах Liеbherr PR 764, но только в последние два года. Массовое применение (собственной схемы каретки, по понятным причинам отличной от Caterpillar) на бульдозерах D155 и старше лидер мирового рынка бульдозеров Komatsu начала с 1990-х гг. (рис. 6).

Принцип работы ходовой части бульдозера Komatsu D155: а – устройство каретки; б – схема «работы» тележки и кареток на неровной поверхности: 1 – наружная каретка; 2 – резиновая подушка; 3 – внутренняя каретка; 4 – опорный каток; 5 – ось, жестко прикрепленная к гусеничной тележке; 6 – осевая линия

Особенности данного типа ходовой части:

• максимальное сцепление с грунтом среди всех типов подвесок бульдозеров класса тяги 10 т и выше (рис. 7);
• наименьшее динамическое воздействие на остов бульдозера при работе тяжелых услови- ях (рис. 8);
• наименьший износ дорогостоящих элементов ходовой части – гусениц, катков, бортовых редукторов. При этом если у Caterpillar вопрос «отвязки» бортовых редукторов от тележки решен принципиально иной конструкцией – за счет верхнего расположения бортовых редукторов, то для остальных производителей данный тип ходовой исправляет «проблему расстояния А» (см. рис. 4, в), когда слишком большое осевое качание тележки создает «перенатяг» гусеницы в полужесткой ходовой части. И другого решения «отвязки» бортовых редукторов от гусеничной тележки пока не найдено.

Компания Caterpillar демонстрирует 15%-ное преимущество в сцеплении ходовой части на балансирной подвеске (слева) и обычной (справа)	«Отвязки» бортовых редукторов на ТМ10 и работа при критическом угле подъема

К недостаткам данного типа подвески можно отнести лишь относительную дороговизну в производстве. Однако, как ни странно, при переходе на массовый выпуск подвески такого типа цены на бульдозеры не менялись, что указывает на несущественную итоговую разницу в себестоимости при серийном производстве.

Каждый специалист эксплуатирующих организаций сделает вывод из данной статьи, опираясь исключительно на свой опыт, на всю совокупность конкретных условий работы бульдозерной техники. Но хотелось бы отметить: состояние «покоя» в развитии конструкций машин сегодня означает для предприятий машиностроения фактическое отставание от рынка, а значит, его потерю. Если перешагнуть через текущий технологический уровень и работать на опережение, отечественный производитель получит некоторый шанс выбраться из фактически тупикового положения. Давление со всех сторон старых (западных) и новых (восточных) лидеров внутри российской системы «цены монополий–дефицит кадров–сжатый рынок–критически высокие налоги–высокая стоимость кредитов» исключает эволюционное развитие. Фактически кризис по- ставил жесткий барьер для многих предприятий РФ.

Завод «ДСТ-Урал», следуя за лидерами рынка ЧЕТРА и ЧТЗ, пытается избежать некоторых ошибок этих компаний. Наряду с проводимой модернизацией производства всегда стоит вопрос о целесообразности собственного изготовления отдельных узлов и агрегатов. Так, реализуя новую конструкцию бульдозера на базе гидростатической трансмиссии, «ДСТ‑Урал» изначально отказался от использования отечественных и средних по качеству импортных комплектующих. Ставка на мировых лидеров в технологии Bosсh Rexroth при максимальном сдерживании накладных расходов, «нависающих» над себестоимостью производства, дает возможность обеспечить покупателей бульдозерной техники в РФ современными машинами, построенными по последнему слову техники, причем и в техническом плане, и по уровню качества, и при всем том доступными по цене.