Автогрейдер: эволюция

Современный автогрейдер способен за несколько дней проложить грунтовую дорогу протяженностью в пару десятков километров в местах, которых еще не коснулась цивилизация. Он формирует профиль дорог, выполняет планировку откосов, насыпей и кюветов, выравнивает дорожное полотно перед укладкой и даже распределит по поверхности слой асфальтобетонной смеси за неимением специализированной техники. Но универсалом эта машина была не всегда. За сегодняшней высокой функциональностью автогрейдера стоит два с лишним века работы изобретателей, конструкторов, инженеров — и практический опыт многих поколений профессионалов-дорожностроителей

Как это часто случается с изобретениями, прототип современного грейдера появился гораздо раньше, чем возникла потребность в машинах этого типа. Еще в конце XVIII века (а, если быть точным, в 1795 году американец Роберт Фултон создал подобие телеги со стальными колесами и двумя парами отвалов впереди и сзади, которая приводилась в движение с помощью лошадиной силы. Угол наклона отвалов с помощью штурвала задавал находившийся в телеге человек. Сохранились литографические изображения, иллюстрирующие процесс работы этого протогрейдера, о котором вспомнят лишь в 1866 году, когда в США развернется процесс активного строительства дорог — и который станет востребованным к самому концу XIX века, когда на смену лошади придет автомобиль. Ведь именно этот вид транспорта впервые в человеческой истории потребует ровного дорожного полотна. Для транспортных средств, в качестве тягловой силы которых использовалась лошадь, вполне было достаточно дорог, выровненных бревном, которое тащиди за телегой — такой способ в странах Старого Света, включая Россию, использовался веками.

Впрочем, и другие сферы человеческой жизнедеятельности в век прогресса уже испытывали потребность в аккуратно нивелерованных поверхностях. Например, только зарождавшаяся авиация остро нуждалась в идеально нивелированных взлетно-посадочных полосах для самолетов. А сельское хозяйство, в котором начиналась активная механизация, испытывала нужду в ровных грунтовых участках для подъезда и работы поливочных и других агропромышленных машин.

Именно тогда, в последней трети XIX века, вместе с прицепными грейдерами появляются и самоходные: их оснащают паровыми моторами, а вскоре и двигателями внутреннего сгорания — мощность силовых агрегатов первых самоходных грейдеров не превышала 15 лошадиных сил, но уже к началу ХХ века несколько выросла. Постепенно ДВС вытесняют паровые агрегаты по причине большего коэффициента полезного действия — их КПД составляет 15 – 20% вместо 4 – 5% у парового. Кроме того, развитию конструкции грейдера весьма способствует улучшение конструкции за счет применения фрикционных муфт, заменивших использовавшиеся ранее кулачковые. Особенно активно применение гидромуфт и гидротрансформаторов разворачивается несколько позже — в двадцатые годы ХХ века — и позволяет снизить вредные динамические воздействия на конструкцию грейдера и саморегулируемую характеристику привода.

Уже у первых образцов автогрейдеров на смену металлическим колесам приходят шины из цельной резины. Появляются и модели на гусеничном ходу. А вот управление главным рабочим органом — отвалом, по-прежнему остается ручным. При этом расстояние между колесными базами у новых моделей сравнительно с предыдущими неизменно возрастает: ведь чем больше расстояние между осями, тем выше коэффициент выравнивания и, соответственно, качество нивелировки.

Совершенствуется и конструкция главного рабочего органа — отвала. Уже в 70-х годах XIX века отвал грейдера, повернутый в плане, способен не только срезать грунт, но и сдвигать его вбок. В таких моделях, как правило, уже реализован механизм подъема и опускания ножа. Чуть позже применено конструктивное решение в виде механизма наклона колес, позволяющее избегать сдвигания грейдера в сторону при давлении на отвал.
Ближе к двадцатым годам нового века создатели автогрейдеров экспериментируют с пневматическими шинами, позволяющими технике развивать более высокие скорости — как при транспортировке, так и непосредственно во время работы. Учитывая, что масса автогрейдера той эпохи составляла 10, а то и 15 тонн, пневмоколеса существенно улучшали его проходимость. К 1920 году появляются арочные шины с нагрузкой на на колесо до 15 тонн и давлением на грунт 1,5 – 2 кгс/см2, что делает актуальным производство грейдеров весом до 30 тонн.

По сравнению с предыдущими образцами у автогрейдеров двадцатых годов прошлого века увеличились мощность, производительность, появились варианты сменного оборудования для различных условий и видов работ.
Претерпевает изменение и система управления грейдером — благодаря применению упомянутых фрикционных муфт оно становится более легким по сравнению с уже архаичными на тот момент образцами машин с паровым двигателем, усилие на основных рычагах которых составляло до 4-5 кгс, а на педалях тормозов — до 15 кгс.

С развитием технологии производства улучшается и рама грейдера — в 20-х годах становится литой, а прежде клепанные элементы конструкции становятся сварными.

В середине 30-х годов ХХ века был создан легкий двухосный автогрейдер на пневматических шинах с приводом на обе оси. А в 1942 году появляется первый трехосный грейдер со всеми ведущими колесами — интересно отметить, что широкое распространение машины этого типа получат только к концу следующего десятилетия. Параллельно со специализированной техникой в середине прошлого века и позже довольно широко используются автогрейдеры на базе колесных тракторов с пневматическими шинами.

КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОГРЕЙДЕРОВ:
По типу колес: металлические/пневматические колеса.
По массе и мощности: легкие 9-12 т — до 90 л.с. / средние 13-15 т — до 150 л.с. / тяжелые 19-20 т — до 300 л.с.
По типу трансмиссии: механическая/гидромеханическая.
По типу бортовых передач: бортовой редуктор (у легких и средних)/ раздельные ведущие мосты (у тяжелых машин).
По типу рамы: с жесткой рамой/с шарнирно-сочлененной рамой.

Подлинно революционным шагом в производстве автогрейдеров в середине двадцатого века становится переход от механического к гидравлическому управлению рабочими органами — сперва на западе, а затем и в СССР. Это тема отдельного большого разговора, касающегося на только автогрейдеров, но и спецтехники в целом, и здесь мы подробнее рассматривать не будем.
На послевоенное время, а именно — на 1947 год, приходится и дата создания первого отечественного автогрейдера. По первой букве фамилии своего разработчика А.Вольберга сделанная в Эстонии машина получила название В-1 и предназначалась для ремонта грунтовых и гравийных дорог. Двухосная машина массой 3,17 тонны была построена с широким использованием узлов грузового автомобиля ГАЗ-АА — в частности, бензинового двигателя, заднего и переднего мостов. На этапе проектирования была выполнена временная деревянная рама, на которую примерялись и к которой подгонялись агрегаты машины. Гидравлическое и оборудование для грейдера изготавливалось на пайдеском предприятии. Комиссия при Главном управлении шоссейных дорог дала удовлетворительное заключение — и уже в следующем 1948 году было изготовлено 122 единицы этой техники. Вскоре после демонстрации первого советского грейдера, проходившей в Таллине приуроченной к 1 мая, В-1 был удостоен республиканской премии.

Арнольд Вольберг продолжал совершенствовать конструкцию машины — и уже вскоре предложил модифицированные версии В-3, В-4, В-5 и В-6, а также более тяжелая В-8. В пятидесятых годах появится и трехосный автогрейдер В-6-3, а также завершающий серию В-10 — также трехосный, с дизельным двигателем, который выпускался до 1962 года. Этот шестиколесный грейдер с отвалом (длина/высота) 3660х500 миллиметров, рассчитанным на заглубление 150-250 мм и угол резания от 57 до 105 градусов, был оснащен сорокакиловаттным дизельным агрегатом и мог развивать скорость до 34 километров в час. Экземпляр автогрейдера В-10 до сего дня находится в Эстонском дорожном музее.

Именно первые отечественные автогрейдеры серии В во многом определили стандарт в плане рабочих характеристик этой техники на последующие десятилетия. Большинство отечественных машин этого типа комплектовались ножами длиной 2,5-4,5 метра и имели производительность до 45 кубометров в час.

Современные российские автогрейдеры выпускаются несколькими производственными предприятиями, наиболее известные из которых «Брянский Арсенал» и Челябинский завод дорожно-строительных машин. Среди мировых лидеров производства этой техники следует выделить Volvo, Caterpillar, CNH(Case-New Holland), Komatsu. В последнее время во всем мире широко распространились китайские автогрейдеры XCMG, SDLG, Shantui, LongGong, Changlin – будучи, по сути, аналогами машин известных мировых марок, они имеют высокую функциональность и, вместе с тем, доступную стоимость.

Уже упомянутый переход на гидравлическое управление рабочими органами автогрейдера не только облегчил труд оператора, но и со временем позволил оснащать эти машины автоматическими системами нивелирования, позволяющими добиться необходимых параметров профилируемой поверхности за меньшее число проходов, что ощутимо повышает производительность грейдера.

В целом в результате эволюции в последние десятилетия прошлого века автогрейдер приобрел именно те черты, которые имеет сегодня. Как правило, это трехосная машина, состоящая из рамы, трансмиссии, ходовой части, системы управления и кабины машиниста. Отвалу современного автогрейдера, который способен вращаться на 360 градусов благодаря особой системе креплений к раме, можно придать практически любое положение. Тяговая рама крепится на универсальном шарнире, широкая ее сторона поддерживается гидроцилиндрами. Вместе устройства составляют рычажный механизм, в поперечном направлении рама фиксируется еще одним гидроцилиндром. Скользящие опоры поддерживают поворотный круг, к которому и крепится отвал.

Передние колеса автогрейдера способны не просто поворачиваться в обе стороны, но и наклоняться. Колесная формула автогрейдеров описывается схемой АхВхС: количество осей с колесами/ведущие оси/общее количество осей; наиболее распространенный вариант — 1х2х3, для работы на тяжелых грунтах часто используют грейдеры 1х3х3х.

Заметна тенденция ко все большему распространению гидромеханических трансмиссий у грейдеров — это объясняется тем, что количество передач у машин этого типа доходит до шестнадцати, и их механическое переключение очень утомительно для оператора. Другая тенденция — рост числа моделей с шарнирно-сочлененной рамой, уменьшающей радиус разворота машины и расширяющей спектр ее возможностей.

САМЫЙ МАЛЕНЬКИЙ
Самый миниатюрный из серийно выпускаемых автогрейдеров — полноприводный Laser-Grader. Его масса — около полутора тонн, длина — 3,5 метра, ширина — 1,2 метра. Оснащенный двигателем мощностью более двадцати лошадиных сил автогрейдер дополнен современной нивелировочной системой, позволяющей значительно ускорить работы на придомовой территории или обустройстве теннисного корта.
САМЫЙ БОЛЬШОЙ
Автогрейдер-рекордсмен с собственным именем Acco Grader был выпущен в единственном экземпляре в 1980 году компанией Umberto Acco Company из Италии. Машина весом 160 тонн была снабжена отвалом с десятиметровым ножом. Пара двигателей, размещенных в разных частях конструкции (один вращает задние колеса, а второй используется для привода переднего моста), были способны вырабатывать 1250 киловатт мощности (1700 л.с.). Изначально грейдер предназначался для поставки в Ливию — но сперва итальянская таможня «не дала добро» на экспорт в соответствии с действовавшими на тот момент требованиями, а затем отношения западными странами и Ливией серьезно осложнились. В итоге грейдер-гигант остался трудиться дома, в Италии.

Таким образомовременный автогрейдер — высокотехнологичная дорожно-строительная машина, воплотившая в себе множество конструктивных решений, разработанных за многие десятилетия эволюции этого типа техники.
Разумеется, сегодняшние конструкторы также не останавливаются на достигнутом, стараясь, насколько это возможно. улучшить характеристики автогрейдера, оптимизировать работу всех его узлов и агрегатов.
Для уменьшения массы техники в процессе ее изготовления применяются достаточно легкие в то же время прочные стали — их вес совокупно составляет до трети от массы машины. Громоздкие части рабочего оборудования при этом выполняются их легких сплавов — алюминия, дюралюминия и так далее. Одновременно усовершенствование техники идет по параметру мощности — как за счет улучшения характеристик силовых агрегатов, так и за счет повышения КПД (использование подшипников качения вместо подшипников скольжения): за последние полвека эта характеристика у автогрейдеров выросла на 50-80 процентов.

Надежность, маневренность, ремонтопригодность машин за указанный период времени также удалось улучшить кардинально. Что касается автоматизации управления и использования геодезического оборудования, среди всей спецтехники автогрейдер сегодня является лидером по применению подобных систем: они, как правило, включают в себя датчик поворота отвала, датчик поперечного уклона отвала и датчик общего продольного наклона грейдера, являющийся одновременно и узлом сбора информации, а также целый ряд других компонентов. Современные автогрейдеры, оснащенные геодезическим оборудованием, могут работать по команде системы управления — находящийся же в кабине оператор машины играет при этом лишь роль контролера, наблюдающего за процессом.

Многофункциональность современных машин также отличает их от техники предыдущих поколений. Автогрейдер начала XXI века способен работать при профилировании с грунтами всех категорий с добавками вяжущего, сооружать корыта для дорожных оснований, очищать дороги от снега, выполнять рыхление отслуживших свое асфальтовых покрытий и булыжных мостовых, отрывать и очищать кюветы и каналы. Во многом такая универсальность этих машин объясняется широким набором сменного оборудования, которым оснащается эта техника: кроме основного рабочего органа — грейдерного отвала, наиболее распространенные среди них — бульдозерный отвал, кирковщик и снегоочиститель, фронтальные плуги, удлиннители грейдерных отвалов, фронтальные щетки, задненавесные экскаваторы — и даже оборудование фронтального погрузчика, которое может предлагаться как опция.

И все же главные рабочие процессы, для которых грейдер предназначен изначально — это профилирование и планирование. Современными автогрейдерами эти работы могут выполняться с предельной точностью благодаря системам автоматизированного управления, и именно с ними связаны многие перспективы развития этого типа техники. Уже сегодня в ряде стран Европы и многих штатах США вводятся законодательные требования, обязывающие строительные и дорожно-строительные компании, выполняющие муниципальные заказы. инвестировать средства в технологии автоматизированного управления спецтехникой; не исключено, что в ближайшем будущем эта тенденция получит развитие и в России.

Распечатать


Подписка на новости с сайта

Мы сами не любим получать десятки писем с бесполезной информацией и отправлять их в спам, так что обещаем присылать только интересные письма и только по спецтехнике
Ваш email:
email рассылки Конфиденциальность гарантирована
email рассылки
Категории
Статьи

Комментировать

*

*

Похожие

Журнал "Прогресс технологий"