Подвижной состав "Сильное звено"


Автомобильный транспорт часто называют кровеносной системой экономики страны, которая пронизывает все отрасли промышленности и сельскохозяйственного производства, сферу оказания услуг и т. д. Не случайно, что с помощью этого вида транспорта осуществляется перевозка 70 % всех производимой товаров в нашей стране. При этом свыше 80 % товаропроизводителей не имеют других способов доставки продукции, кроме автомобильного. При этом значительная часть грузов транспортируется автомобильными поездами. Велика их роль в междугороднем и международном транспортном сообщении, при перевозке крупногабаритных тяжеловесных грузов. в нефтегазовом комплексе, строительстве, лесозаготовительном и сельскохозяйственном производстве. Попробуем разобраться какие типы автопоездов получили распространение в современной транспортной системе.

 

Выходят на дорогу тягачи

Трудно не согласиться, с тем, что эффективность перевозки широкой гаммы грузов с помощью прицепного состава во многом определяется типом и конструкцией буксирующих транспортных средств. Важно отметить, что автопоезда классифицируются по типу связи (тяговая, опорная, смешанная) между звеньями – прицепные, седельные и с роспуском; по назначению – для местных и магистральных перевозок; по типу кузова – универсальные (общетранспортные), специализированные и специальные; по числу звеньев – двух-, трёх-, и многозвенные; по наличию привода – пассивные и активные.

В качестве автомобилей-тягачей при формировании автопоездов, использующихся на местных перевозках, применяют базовые и модифицированные модели грузовиков. В свою очередь магистральные автопоезда, предназначенные для междугородных перевозок грузов на дальние расстояния, выделяют в особую группу автотранспортных средств.

На среднюю скорость движения, также как и на средний расход топлива магистральных автопоездов решающее значение оказывает удельная мощность (отношение мощности двигателя к полной массе автопоезда), независимо от ограничения скорости движения в различных дорожных условиях. Скоростные режимы движения магистральных автопоездов, местных перевозок и магистральных различные. Например, в городских условиях средняя скорость существенно ниже, чем на магистралях, что объясняется влиянием складывающейся ситуации (остановки у светофоров. снижение скорости на перекрестках и т. д.) и большим ограничением скорости. Неустановившейся режим движения в этих условиях способствует частому переключению передач и вызывает увеличение нагруженности трансмиссии.

 

Связанные одной цепью

Автомобили-тягачи, прицепы и полуприцепы можно разделить на две основные группы в зависимости от создаваемых осевых нагрузок на дорожное полотно. Осевая нагрузка и нагрузки на тележку автотранспортного средства в зависимости от расстояния между крайними осями не должны превышать для одиночной ведущей оси 115 кН, а для одиночной не ведущей оси 100 кН. Нагрузка на двухосную тележку прицепа или полуприцепа при расстоянии между осями от 1000 до1300 ммсоставляет 160 кН, если упомянутое геометрическое значение находится в границах от 1300 до1800 мм, нагрузка не должна превышать 180 кН, а при таком же или большем расстоянии нагрузка определена 200 кН. Нагрузка на трехосную тележку прицепа или полуприцепа при межосевом расстоянии от 1000 до1300 ммсоставляет 210 кН, а при геометрическом значении от 1300 до1800 мм– 240 кН.

Технико-экономические показатели автопоезда определяются его эксплуатационными качествами, которые в свою очередь обусловлены совершенством конструкции тягача и прицепного звена. При этом возможность реализации допустимых полных масс автопоезда диктуется тягово-сцепными свойствами тягача. Число ведущих колес автомобиля-тягача зависит от назначения автопоезда и условий его эксплуатации, в том числе от нагрузки на ведущий мост (тележку) и полной массы автопоезда.

Автопоезда для работы на дорогах с твердым покрытием (асфальтовых, бетонных, булыжных и щебеночно-гравийных, обслуживаемых государственными дорожными организациями) комплектуются неполноприводными тягачами с колесной формулой 4х2, 6х4, 8х4, 8х6, 10х4, 10х6 и прицепными звеньями, рассчитанными на относительно небольшие динамические нагрузки. Поэтому они имеют высокие показатели эффективности, такие как коэффициент прицепной нагрузки (коэффициент сцепного веса), удельная грузоподъемность и производительность автопоезда.

В свою очередь автопоезда, эксплуатирующиеся в тяжелых дорожных условиях – на грунтовых дорогах различной структуры и влажности и при резко меняющемся рельефе местности – комплектуются полноприводными тягачами с колесными формулами 4х4, 6х6, 8х8, 10х10, а также прицепными звеньями повышенной проходимости, с увеличенной прочностью и улучшенной устойчивостью. В ряде случаев ведущими являются колеса прицепного состава. Справедливости ради надо сказать, что полноприводные тягачи с успехом работают и на дорогах общего назначения.

Коэффициенты сцепного веса в зависимости от дорожных условий эксплуатации автопоезда находится в пределах 0,26 – 0,33 при магистральных перевозках на дорогах I и II категорий; 0,4 – 0,45 при транспортировке на дорогах с твердым покрытием других категорий. В этой связи нужно отметить, что коэффициенты сцепного веса отечественных автопоездов находятся в границах 0,43 – 0,77.

Ограничения автопоездов по габаритным размерам ширины и высоте соответственно 2,5 и4 м. Габаритная длина автопоезда не должна превышать16 мс полуприцепом и18 мс прицепом. Для трехзвенных автопоездов габаритная длина составляет24 м. Возможность реализации допустимых полных масс автопоезда в значительной степени зависит от грузоподъемности кузовов и расстояния между крайними осями.

При определении внутренней длины платформы полуприцепа учитывают максимально возможную грузоподъемность, габаритные ограничения и рациональное размещение стандартизованных видов тары. Для полуприцепов внутренние размеры платформы обычно определяются из расчета 0,5 –0,6 мна 1 т грузоподъёмности с учетом внутренней ширины.

Статистика свидетельствует о том, что подавляющая часть грузов транспортируется автопоездами полной массой до 52 т с габаритной длиной и шириной 24 и2,5 мсоответственно, а также нагрузкой на колесную ось 100-115 кН. Удельная мощность, динамические качества и маневренность таких автопоездов позволяет им двигаться в общем автотранспортном потоке. Следует отметить, что для транспортировки грузов массой до 30 т не требуется применения специальных автомобилей-тягачей т. е. могут использоваться обычные серийные модели. Как раз этим обстоятельством и объясняется весьма острая конкуренция среди компаний-изготовителей в данном секторе.

 

Сделайте свой выбор

При выборе того или иного типа транспортного средства учитывается ряд факторов. Например, габаритная длина седельного автопоезда на четверть короче такого же показателя прицепного автопоезда, что имеет значение при размещении его на стоянках, ограниченных по размеру стоянках или стройплощадках и при управлении во время движения в колонне. Для седельного автопоезда характерно более полное использование сцепного веса, создаваемого грузом при реализации тяговых усилий. Движение автопоезда с полуприцепом задним ходом и совершаемое им маневрирование значительно проще, чем у прицепного аналога. Потребная мощность двигателя седельного тягача на 35-40 % меньше, чем для прицепного автопоезда, поскольку масса последнего на такую же величину больше. Рама нагруженного полуприцепа испытывает существенно меньшие крутящие моменты, чем рама прицепа, что позволяет использовать не только закрытые тонкие профили сечений, но и открытые. Применение седельного автопоезда более целесообразно при перевозке тяжеловесного строительного оборудования большой длины.

Вместе с тем седельный тягач привязан к данному полуприцепу, тогда как тягач-буксировщик может работать с несколькими основными прицепами и использоваться для других целей после его разъединения с прицепным звеном. Седельный тягач имеет ограниченную нагрузку на опорно-сцепное устройство, что может привести к перегрузке задней тележки полуприцепа или неправильной развесовке автопоезда. Устойчивость полуприцепов седельных автопоездов несколько ниже, чем буксируемых прицепов. Однако у седельных автопоездов полному опрокидыванию полуприцепов может препятствовать тягач, чего лишены прицепные системы. Поэтому принято считать, что оба типа по устойчивости являются равноценными. При одинаковой полной массе (примерно одинаковой грузоподъемности) объем кузова автопоездов с прицепами, как правило, больше, чем автопоездов с полуприцепами. Удельная грузовместимость прицепных автопоездов на 20 – 25 % больше, чем седельных одинаковой с ними полной массы.

 

Поговорим о тенденциях

При выборе общей компоновки магистральных автопоездов главными задачами являются повышение грузоподъемности и грузовместимости, приспособленности к конкретным условиям эксплуатации, снижение себестоимости изготовления и эксплуатации. Повышение грузоподъемности достигается рядом компоновочных решений, позволяющими максимально реализовать допускаемые осевые нагрузки и полную массу. К ним относятся применение оптимального расположения кабины относительно двигателя, увеличение расстояния межу сближенными осями для реализации предельно допустимой осевой нагрузки, числа осей и звеньев автопоезда.

В настоящее время автомобили-тягачи для выполнения различной транспортной работы выполняются по трем основным компоновочным схемам – с кабиной расположенной за двигателем (капотная компоновка), с кабиной над двигателем (бескапотная компоновка), с кабиной перед двигателем. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки. Полукапотная компоновка применяется преимущественно на малотоннажных грузовиках. В Европе и Азии подавляющее большинство тягачей имеют бескапотную компоновку. В Северной и в значительной мере Южной Америке в связи с менее жесткими габаритными ограничениями по длине автопоезда доминируют грузовики с капотной компоновкой. Однако имеются примеры расположения двигателя позади кабины. В России и СНГ нашли применение компоновочные решения всех трех схем. Для магистральных тягачей используются капотная компоновка и схема с кабиной расположенной над двигателем.

Для перевозки грузов наибольшее распространение получили двухзвенные четырёх-, пяти- или шестиосные автопоезда, состоящие из двух- или трехосного тягача и двух- или трехосного прицепа или полуприцепа. Увеличение числа осей для двухзвенного автопоезда более пяти не целесообразно вследствие значительного усложнения конструкции. Предельная полная масса двухзвенного автопоезда при соблюдении допустимых осевых нагрузок составляет 52 т.

Увеличение полной массы и числа звеньев автопоездов связано с дальнейшим повышением мощности силовых установок, совершенствованием конструкции трансмиссий, обеспечением маневренности и устойчивости подвижного состава, обладающего увеличенными габаритными размерами и повышенной гибкостью в поперечной плоскости, повышением надежности узлов и агрегатов шасси и т. п.

Повышение грузоподъемности автопоезда в условиях обеспечения допустимой габаритной длины достигается за счет уменьшения расстояния между тягачом и прицепом благодаря применению укороченных тягово-сцепных устройств, уменьшения длины кабины в результате переноса спального места в надстройку над кабиной, применения низкорамных прицепов, которые оснащаются низкопрофильными шинами с минимально возможным диаметром. Получаемая при этом высота грузового помещения3,2 мобеспечивает двухъярусную погрузку поддонов высотой1,5 м. Такой же эффект дает использование полуприцепов со ступенчатым полом. Прицепные магистральные автопоезда по сравнению с седельными имеют значительно больший резерв повышения полезного объема.

Перспективное направление в развитии магистральных тягачей – модульная схема, которая заключается в создании транспортных средств состоящих из отдельных типовых модулей – тягового, кабины, верхней рамы, грузового, несущей рамы, выкатной тележки и ведомой оси. Тяговый модуль включает двигатель в блоке с коробкой передач и редуктором ведущего моста разрезного типа с независимой пневмоподвеской ведущих колес. Верхняя рама снабжена сцепным и фиксирующим устройством для соединения с полуприцепом и служит основанием для установки кабины, топливного бака, гидроцилиндров рулевого привода и поворотного круга. Грузовой модуль представляет собой платформу с несущей рамой, выполненной в виде сменного кузова, цистерны, контейнера и пр. Подобные транспортные средства обладают целым рядом особенностей. Во-первых, имеется возможность образования автопоезда в составе одноосного тягача с тяговым модулем, расположенным под кабиной и полуприцепа. Во-вторых, получается жесткая система, состоящая из кабины, верхней рамы и полуприцепа, что обеспечивает автопоезду качества переднеприводного автомобиля. В-третьих, тяговые модули можно распределить по всей длине автопоезда, в том числе и на прицепных звеньях. В-четвертых, появляется возможность равномерного распределения осевых нагрузок и применения широкопрофильных шин. Примером реализации подобной схемы является не безизвестный МАЗ «Перестройка», появившийся в1988 г.

 

 

Сердечные ритмы

Техническое совершенство тягачей и их эксплуатационные характеристики во многом определяются типом и конструкцией силовых установок. Номинальную мощность двигателя устанавливают из условия обеспечения требуемых скоростей движения при заданной полной массе автопоезда, а число и расположение цилиндров выбирают с учётом достижения оптимальных показателей по массе двигателей, их габаритных размеров и компоновки моторного отсека.

Использование бензиновых моторов стало большой редкостью. Сейчас около 70 % всех тягачей мощностью до500 л. с. оснащаются рядными 6-цилиндровыми дизелями. Остальные двигатели представляют V-образные 6-, 8-, 10-, 12-цилиндровые агрегаты. По количеству моделей рядные 6-цилиндровые дизели почти вдвое превышают все V-образные. В России же рядные 6-цилиндровые дизели находятся в стадии разработки и испытаний.

В настоящее время около 90 % дизелей грузовиков оборудованы турбнаддувом и значительная часть имеет тенденцию расширения охлаждаемого и наддувочного воздуха, что в совокупности значительно повышает не только форсировку двигателя, но и его экологические и технико-экономические показатели. Применение дополнительной силовой турбины, как, например, на дизеле фирмы Scania еще больше улучшают эти характеристики. Тоже самое можно сказать и о некоторых моделях дизелей концерна Caterpillar, предназначенных для работы в тяжелых эксплуатационных условиях, Они оборудованы двумя последовательно соединенными турбонагнетателями, которые работают с таким же количеством интеркулеров. В итоге в цилиндры подается больший объем воздуха, обеспечивая более полное сгорание топлива. Подобное решение, обеспечивающее оптимальную подачу воздуха в камеры сгорания на постоянно меняющихся режимах и нагрузках, способствует лучшему сгоранию топлива и меньшему образованию токсичных веществ. В противовес этому компания IVECO применяет турбокомпрессоры с изменяемой геометрией типа VGT.

Чтобы снизить расход топлива и токсичность отработавших газов современные дизели оснащаются системой непосредственного впрыска топлива, индивидуальными насос-форсунками, электронными системами управления рабочими процессами и диагностики важнейших элементов двигателя. Довольно активно используется система рециркуляции отработавших газов и катализаторы окисления. Все новые грузовики, выпускаемые в Европе, с2002 г. соответствуют стандарту Eвро-3. Не менее жесткие экологические нормы приняты и в США.

Многолитровые двигатели тягачей, тяжеловесных автопоездов, работающих в сложных эксплуатационных условиях, снабжаются радиаторами системы жидкостного охлаждения увеличенной площади, либо дополнительными радиаторами, устанавливаются более мощные охладители (теплообменники, радиаторы) наддувочного воздуха и масляной системы.

 

Трансмиссии

Трансмиссии современных тягачей призваны обеспечить наиболее полное использование энергетических возможностей двигателей. Данное утверждение в первую очередь относится к коробкам передач. Среди них наиболее популярными являются механические ступенчатые агрегаты. В зависимости от класса тягача коробки передач могут насчитывать от 5 до 18 ступеней. Их переключение осуществляется водителем либо с использованием сервомеханизмов. Полуавтоматические трансмиссии снабжены сцеплением или коробкой передач с автоматическим управлением или сервопереключением. В автоматизированных трансмиссиях имеется автоматически управляемое сцепление, автоматически переключаемая коробка передач и устройство автоматического регулирования топливоподачи двигателя в процессе переключения передач. Автоматические коробки передач, включают блокируемый гидротрансформатор, как правило, 3-6 ступенчатую механическую (планетарную) коробку передач, гидронасос и систему управления. Переход с одной ступени на другую в этом случае происходит без участия водителя с помощью специального механизма в зависимости от скорости или сопротивления движения тягача и от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Преимуществом такого типа трансмиссии является плавное изменение передаточного отношения и работа без разрыва силового потока от двигателя к колесам при переключении ступеней. К недостаткам можно отнести сложность конструкции и несколько больший расход топлива (обычно на 3-7 %) по сравнению с механическими аналогами. Оптимизация работы гидромеханической трансмиссии и улучшение технико-экономических показателей автомобиля достигается внедрением программируемых микропроцессорных систем управления, которые все шире используются в последние десятилетия.

Особенность оптимизации параметров двигателя и трансмиссии магистральных тягачей обусловлена специфическими условиями их эксплуатации. Поскольку скорость движения транспортных средств такого типа близка к максимально допустимой (100-130 км/ч) по дорожным условиям, а основное время движения происходит на высшей передаче, передаточное число главной передачи определяет диапазон частот вращения коленчатого вала двигателя. Рабочему диапазону скоростей автопоезда соответствует работа двигателя в наиболее экономичном диапазоне частот вращения коленчатого вала.

С целью повышения избирательности трансмиссии для обеспечения более высоких средних скоростей движения на современных магистральных автопоездах в основном применяют коробки передач с числом ступеней более 10. При этом наибольшее распространение нашли 12- и 16-ступенчатые агрегаты. Высшая передача чаще всего является прямой, что объясняется стремлением повысить КПД трансмиссии на наиболее используемой передаче во время движения. Многоступенчатые коробки передач магистральных автопоездов имеют обычно ряд передаточных чисел, отличный от геометрического, с несколько уплотненными значениями на высших передачах в результате расширения интервалов между низшими ступенями. Для полной реализации преимущества многоступенчатой коробки передач, осуществления экономического алгоритма переключения передач (переключение передач в зоне малых частот вращения коленвала с наименьшими удельными расходами топлива), все шире применяют автоматизированные системы управления коробкой передач на базе современной микроэлектроники.

Тип редукторов главной передачи ведущих мостов тягачей, предназначенных для магистральных перевозок зависит от полной массы автопоезда и колесной формулы тягача. Если полная масса автопоезда менее 34 т и тягача с колесной формулой 4х2, а также тележек ведущих мостов тягачей с колесной формулой 6х4 с такой же или большей полной массой целесообразно применение одноступенчатых редукторов главной передачи. Вместе с тем на двухосных тягачах, работающих в составе автопоездов полной массой более 34 т, для повышения долговечности ведущих мостов в основном используются двухступенчатые главные передачи с одинарным центральным и колесным планетарным редукторами.

 

Валерий НЕЧАЕВ, фото автора