Колесни и верижни минитоварачи

Големите малки работяги

В наши дни минитоварачите са доста по-различни от първите модели. В много голяма степен обаче се е запазила концепцията на товарачната уредба, при която в задната си част рамената са свързани с шарнирна връзка към задната част на рамата. Така двете рамена се движат от двете страни на операторското място - както при всички големи и малки челни товарачи от 50-те и 60-те години на 20 век. В днешно време обаче отпред може да се монтира не само кофа, но и най-разнообразен механичен и хидравличен прикачен инвентар.

На пазара днес се предлагат над 40 вида различни работни органи за монтаж към минитоварач. Някои работят с по-голям хидравличен дебит, поради което има модели минитоварачи, които са съобразени с това изискване. Сред най-популярните видове прикачен инвентар са кофа, палетни вилици, хидравличен чук, метачно устройство, свредел, гребло за сняг, фреза за асфалт и ротационен каналокопател. Това говори от само себе си колко универсална строителна машина е минитоварачът.

Текст: списание Строители

За днешните минитоварачи компактното шаси също е задължително и в него е поместено задвижването. То разчита на хидравлика. За колелата от всяка страна се използва по един хидромотор - общо два. Към всеки от тях има зведочка, а всяка звездочка е свързана към колелата с две метални вериги (при различните производители има някои разлики). Звездочките и веригите служат за две цели: те разпределят мощността от хидромотора към двете колела и така осигуряват намаляване на предавателното число с цел подаване на по-голям въртящ момент към колелата.

Този тип задвижване позволява двойката колела от всяка страна да се движи независимо с различни скорости и посока. Така се осигурява и самото завиване, което по-скоро представлява пързаляне и може да стане дори на място - подобно на верижните машини. От там идва и името на колесния минитоварач - Skid Steer Loader. За реализирането на самото задвижване и работните функции се използва дизелов двигател, който от своя страна задвижва няколко хидравлични помпи: например две помпи с променлив дебит за задвижване на хидромоторите, една помпа с постоянен дебит за работните движения на товарачната стрела и прикачния инвентар и евентуално още една по-малка за управлението.

При различните производители кабините са оборудвани по различен начин. Някои са съвсем спартански, а други напомнят съвременен лек автомобил, но без кормилото. В днешно време управлението се осъществява чрез многофункционални джойстици, но се предлагат и няколко варианта на лостове. От гледна точка на изпълнение на командите управлението може да бъде с хидравлично пилотно налягане, електро-хидравлично или механично със сервоусилавател, по-рядко електрическо.

За последните над 60 години различните производители са изпробвали голям брой концепции на габаритни размери и работно тегло. Целта е да се съчетаят три важни характеристики: компактност, стабилност и товароподемност. През предходните десетилетия се отдава, като че ли предимство на компактността, но понастоящем "модата" на малко по-дългите шасита, осигуряващи по-голяма товароподемност и стабилност, отново се завръща.

През 1959г. инженерите от американската компания Melro Manufacturing пресмятат, че 70% от масата на товарача в ненатоварено състояние трябва да бъде отзад, а 30% отпред. С товар в кофата това съотношение става на обратно, при което се постига желаната висока маневреност и теглителна сила. Добре балансиран, товарачът се пързаля на гумите си при завиване, не прекалено рязко, че те да се износват много бързо, но достатъчно пъргаво за да го направят маневрен. Така през 1960г. се появява моделът М400, чийто чертежи остават водещи при разработките за много години напред, а съотношението на масата 70:30 за колесните минитоварачи е важно конструктивно правило и днес. Както е известно, през 1962г. Melro Manufacturing регистрира легендарната марка Bobcat.

Производители, видове и модели минитоварачи

Днес има над 30 производители на минитоварачи, сред които трябва да споменем Bobcat, Case, Caterpillar, Sunward, Gehl, Hundai, JCB, Komatsu, Kramer, LiuGong, New Holland, Takeuchi и Yanmar. Според ходовата част минитоварачите се разделят на колесни с пързаляне при завиване, колесни със завиващи колела и верижни (с гумени вериги). Всеки вид ходова част си има своите предимства и недостатъци. Основните аргументи "за" и "против" двете масово използвани концепции - колесни с пързаляне при завиване и верижни, ще разгледаме подробно малко по-нататък. Тук само ще отбележим, че вариантът с четири завиващи колела е рядко срещан. Неговото основно предимство е, че щади максимално повърхността, по която се движи - например тревни площи. Освен това той предлага най-високите скорости на придвижване заради бързото завиване, а и разходите за смяна на гумите са много по-ниски в сравнение с другите два варианта.

Според товарачната си уредба минитоварачите се разделят на машини с товарачна стрела с две рамена и с едно рамо. Използването на две рамена е класическа конструкция и се предпочита от повечето производители заради доказаните си качества през десетилетията. Все пак в този случай има и един малък недостатък. За врата на кабината служи големия преден прозорец, който се отваря странично. За да се влезе в кабината, операторът трябва да стъпи върху горния ръб на кофата или на напречна греда на стрелата. Така се появява риск от подхлъзване, особено в мокро и кално време.

Този въпрос е решен при другия вид товарачна уредба, който използва само едно рамо. То е разположено отдясно, а отляво има врата за възможно най-безопасното и удобно влизане в кабината. Разбира се, тук изискванията към стрелата са доста по-завишени като конструкция, избор на стомани и технология на производство. От друга страна обаче тази концепция позволява много по-лесно "развитие" във височина. Стрелата може да стане телескопична и да предложи по-голяма работна височина. Така минитоварачът, колесен или верижен, става по-скоро телескопичен минитоварач.

Независимо от броя на рамената, товарачните уредби се разделят на още два вида: с радиално и с вертикално издигане на кофата (или друг прикачен инвентар). При варианта с радиално издигане рамената са свързани към корпуса на машината само с по един щифт (пин). При самото издигане кофата най-напред леко се отдалечава от товарача и след преминаване на височината, където е щифта, кофата започва да се приближава към машината, описвайки траектория подобна на арка.

Радиалното издигане предлага редица предимства като повече компактност и стабилност при пренасяне на товари, както и лесно товарене с палетни вилици или изсипване на кофата в самосвал с не много високи бордове. При вертикалното издигане, кофата или палетните вилици следват траектория, която е почти права линия. Така при максималната работна височина машината има по-голям досег напред и е отлично решение, когато е необходимо товарът да се изсипе в самосвал или приемен бункер с високи бордове. Този вид товарачна уредба осигурява и по-голяма товароподемност. Но за целта нейната конструкция използва малко по-сложна лостова система, а е възможно да има и втори повдигащ цилиндър за всяко рамо.

Моделните гами при различните производители не надхвърлят повече от десетина колесни модела и шест-седем верижни. Те се класифицират основно според някой от трите параметъра: работна маса, граничен товар на преобръщане и товароподемност. Обикновено граничният товар на преобръщане при колесните машини е около две трети от работната маса. Това е максималното тегло, което товарачът може да повдигне в статично състояние, без да отлепи задните гуми от земята. Номиналната товароподемност се определя като процент (примерно 50%) от граничния товар на преобръщане. Заради конструкцията на ходовата си част и по-ниския център на тежестта верижните модели предлагат сравнително по-голям граничен товар на преобръщане за същото работно тегло. При минитоварачите (колесни и верижни) обикновено най-малкият модел е с работна маса около 1200кг, а всеки следващ по-големина се различава с по 200-300кг от предходния. Най-големите тежат по около 5 тона.

Дебатът: колесен или верижен минитоварач

Верижният минитоварач е много популярeн в САЩ, където съотношението на продажбите на верижните към колесните варианти е 50:50. В Европа то е 15:75. Първите минитоварачи на гумени вериги са разработени в средата на 80-те години на миналия век от фирмата ASV (САЩ), която понастоящем е собственост на Yanmar (Япония). По-късно верижните модели влизат в гамите на почти всички водещи световни производители. Реално дебатът е между колесните модели, завиващи с пързаляне (Skid Steer Loaders), и тези с гумени вериги (Compact Tracked Loaders/Multi Terrain Loaders). 

Основното преимущество на верижните машини е, че с тях може да се работи и на най-разкаляния строителен обект, когато традиционния колесен минитоварач вече е забуксувал. Гумените вериги имат това предимство, че повърхността им, контактуваща с терена, е много по-голяма и така минитоварачът постига доста по-добро сцепление с повърхността, запазвайки маневреността си. Те са перфектните машини за възстановителни работи след наводнения, когато земята е още подгизнала от водата. 

Верижните модели постигат отлични резултати при работа на песъчливи почви – с до 30-40% по-голяма производителност от тази на колесния в такива условия. Предимствата се запазват и при заснежени и заледени повърхности (например при почистване на сняг). Това означава, че верижните минитоварачи биха могли да се използват 365 дни в годината, т.е. без да се прекъсва строителният сезон. Неравният терен също не притеснява верижният минитоварач, особено, ако ходовата част е с окачване. При тази версия веригата следва винаги профила на терена, осигурявайки по-малко специфично налягане върху повърхността, а в същото време износването е по-малко. В този случай и стабилността на машината е много по-голяма, отколкото, ако ходовата част е „твърда”.

Трябва да се има предвид, че и в двете версии на ходовата част верижният минитоварач е много по-стабилен от колесния. Това му дава възможност лесно да вдига и пренася материали с маса близка до граничния товар на преобръщане, а и с палетни вилици се носят много по-лесно обемисти неща, например тръби с голяма дължина. Важно е да се отбележи, че разпределението на масата верижния минитоварач е 50% в предната и 50% в задната част, докато при колесния съотношението, както стана ясно, е 30% отпред и 70% отзад. В същото време центърът на тежестта на верижният минитоварач е обикновено по-ниско от този на колесния. 

 В сравнение с колесната машина масата на верижният минитоварач се разпределя върху веригите по съвсем друг начин, т.е. върху много по-голяма площ, което означава по-ниско специфично налягане върху земята. Интересен е фактът, че специфичното налягане на малките верижни минитоварачи не надминава 17kPa, което е по-малко от това на човек със средно тегло. При колесните машини този параметър е от порядъка на 240kPa. Това прави верижният минитоварач много по-подходящ за преминаване и работа върху деликатни повърхности като например тревни площи, голф игрища и др. Тук конкурент е само колесният минитоварач със завиващи колела.

Когато минитоварачът се оборудва с гребло за подравняване на земна маса за оформяне на път, със сигурност по-удачният вариант е той да бъде на вериги, защото не оставя забележими следи върху готовата повърхност. Всъщност най-големите верижни модели успешно заменят леките булдозери. Реално верижният минитоварач тежи доста повече от колесен със същите размери, има по-мощен двигател, по-голяма сила при избутване на материала, а и по-голяма сила на загребване с кофата. Една от любопитните способности на верижните минитоварачи е, че могат да преминават напречно през изкопани канали, които не са твърде широки - за колесните това е невъзможно.

Веригите обаче не са панацея. Категорично, има ситуации, в които верижната машина не може да замести колесната, или поне това няма как да стане по най-ефективния начин. Основното преимущество на колесния минитоварач е при работа с преминаване по твърди повърхности, например суха пръст, асфалт и бетон. На такъв терен колесната машина е много по-пъргава и производителна. Освен това гумите също се износват, но един комплект от тях е в пъти по-евтин от веригите. В същото време колесните минитоварачи возят много по-меко, докато верижните откровено "друсат яко" по твърди повърхности. През последните години започнаха да се предлагат все повече варианти на верижна ходова част с окачване, намаляваща характерното друсане, но те едва ли ще убедят европейските оператори, които са по-разглезени от американските.

Гумените вериги не са за препоръчване на обекти, където се разрушават сгради, има остри отломки от бетон и стърчащи арматури. В този случай са необходими или метални вериги или бандажни гуми. Освен това при честа смяна на повърхността може да се окаже по-удачно да се използва минитоварач, върху чиито колела са монтирани допълнителни вериги от типа ОТТ (Over the Tire Tracks). Не е за подценяване и въпросът с бюджета – верижният минитоварач е по-скъп с 25% - 40% от колесен със същата маса. Поддръжката изисква повече време и разходи, защото верижната ходова част е по-сложна и с повече компоненти

Дигитализация и роботизация при мини товарачите

Днес мини товарачите вече позволяват интеграция в концепцията за дигитализация на строителната площадка. Това може да става чрез използването на различни технологии и иновации. Мини товарачите могат да бъдат оборудвани със сензори, които събират информация за работните им параметри, като скорост, разход на гориво, работни часове и други. Тази информация може да се предава през IoT връзка до облакови базирани системи за мониторинг и управление, които осигуряват реално време данни и анализи. Мини товарачите могат да бъдат снабдени с GPS системи, които им позволяват да бъдат проследявани и контролирани на строителната площадка. Това позволява на операторите и управителите да знаят точната позиция на машината и да планират и координират работата им по-ефективно.

Някои модерни мини товарачи предлагат възможност за автоматизирано управление или дистанционно управление. Това позволява на машината да извършва определени задачи автоматично или да бъде управлявана от разстояние, което подобрява безопасността и ефективността на операциите на строителната площадка. Чрез използването на технологии за виртуална реалност (VR) или разширена реалност (AR), мини товарачите могат да бъдат визуализирани и симулирани в цифрово пространство. Това позволява на операторите и инженерите да изпитат и тестват работата на машините предварително, преди да ги приложат на реалната строителна площадка.

Вече съществуват и автономни роботи мини товарачи. Тези са оборудвани със специални сензори, камери и компютърни системи, които им позволяват да функционират без човешко управление. Те могат самостоятелно да изпълняват задачи като преместване на материали, товарене и разтоварване на палети, почистване на повърхности и други. Движат се по зададен маршрут и избягват препятствия и опасности, като използват технологии като лазерно сканиране, компютърно зрение и геопозициониране. Автономните роботи мини товарачи имат потенциал да подобрят производителността, ефективността и безопасността на работата на строителни площадки и други среди. Те могат да работят 24/7 без нужда от почивка или наблюдение от човек, което води до по-голяма продуктивност и оптимизация на ресурсите. В същото време, те могат да намалят риска от инциденти, свързани с човешки грешки или неспазване на процедурите за безопасност. Сред компаниите, които разработват и предлагат решения за роботизирани мини товарачи са Built Robotics, Clearpath Robotics и Robotnik.