«Автомат», «палка», робот или гидростатическая трансмиссия?

Споры непримиримых лагерей сторонников ручного и автоматического переключения скоростей вскоре могут уйти в небытие. Всё больше моделей коммерческого транспорта получают автоматические или роботизированные коробки передач, а спецтехника — бесступенчатые. В чём их плюсы и недостатки для водителей, и ждать ли их распространения в разных видах техники? Об этом мы беседуем сегодня за нашим виртуальным круглым столом с экспертами рынка.

— Раньше бытовало мнение, что у транспорта с механической коробкой передач расход топлива меньше, чем у аналогов с другими типами коробок передач. Это действительно так или ситуация изменилась?

Вадим Каменсков, глава представительства Allison Transmission в РФ и СНГ, кандидат технических наук

Вадим Каменсков, глава представительства Allison Transmission в РФ и СНГ, кандидат технических наук

«Для полноценного ответа на данный вопрос необходимо дать чёткое определение понятию «расход топлива» и ответить на вопрос: «расход на что?». Нередко за расход топлива мы принимаем привычное нам как автовладельцам отношение литров израсходованного топлива к 100 километрам пройденного пути. Данная оценка зачастую неприменима к  коммерческой технике, и это легко проиллюстрировать. В среднем на 100 километров пути расход топлива у мопеда с двигателем 50 см3 составляет приблизительно 4 литра, тогда как седельный тягач потребляет около 30.

Можно ли сказать, что мопед более экономичен? Смотря для какой работы. Чтобы перевезти 20 тонн груза на 100 километров, тягачу потребуется 30 литров, тогда как на «экономичном» мопеде придется сделать около 300 ходок и израсходовать около 1000 литров. Однако доставлять небольшое курьерское отправление в соседний район вряд ли целесообразно на седельном тягаче.

Для коммерческого транспорта более корректно сравнивать эффективность расходования топлива как меру количества полезной работы, выполненной на литр затраченного топлива. В своей работе мы часто становимся свидетелями переоценки понятия «расход топлива» со стороны руководства эксплуатирующих организаций, когда в их парк поступает техника с автоматической трансмиссией Allison.

Например, один из заказчиков выразил недовольство, столкнувшись с повышенным расходом топлива на пополнивших парк лесовозах с АКП. Однако при более детальном рассмотрении оказалось, что машины с АКП также привозили больше леса и в отношении вывоза леса на литр расходуемого топлива сильно опережали такие же машины с механической коробкой передач. Большая эффективность обуславливалась тем, что машины с АКП преодолевали плечо быстрее, т. е. выполняли больше работы в единицу времени. Повышение продуктивности единичного транспортного средства целесообразно, так как позволяет уменьшить количество машин в парке без ущерба для количества выполняемой парком работы.

Опыт показывает, что эффективность механической и роботизированной коробок передач проявляется в простых нагрузочных циклах, характеризующихся малым количеством переключений передач на километр пути. В тяжёлых условиях, с низкой средней скоростью и большим количеством переключений передач на километр пути более эффективна гидромеханическая планетарная АКП».

Александр Нилов, технический инструктор John Deere

Технический инструктор ООО «Джон Дир Русь» (бренд John Deere) Александр Нилов

«Транспорт и строительные машины ― это две совершенно отдельные истории, потому что в ДСТ и сельскохозяйственных машинах важен высокий крутящий момент, а для транспорта он не так критичен, как и работа на одних и тех же передачах.

Да, с механической коробкой расход топлива чуть меньше, но сейчас все коробки передач, которые обладают гидротрансформатором (то есть устройством для передачи энергии от двигателя к трансмиссии), оснащены блокировкой этого гидротрансформатора. В этом случае коробка превращается в механическую, поэтому говорить о повышенном расходе топлива не совсем корректно. При этом удобство в эксплуатации и надёжность такой трансмиссии в разы превосходит затраты на топливо.

Так что ситуация изменилась, поскольку современные коробки гораздо «умнее». У John Deere не все машины оснащены коробками с гидротрансформаторами: например, в грейдерах стоит трансмиссия, переключаемая в зависимости от ситуации. Она полностью автоматическая и управляется трансмиссионым блоком управления, в ней нет гидротрансформатора. На экскаваторах-погрузчиках стоит гидротрансформатор и  коробка передач с муфтами, которые управляются при помощи трансмиссионного электронного блока управления.

Это даёт большое удобство оператору, сокращает износ трансмиссии и позволяет в итоге сэкономить топливо, потому что различные устройства, такие как отключение сцепления в момент поднятия ковша, позволяют не нагружать двигатель напрасно».

Максим Левинсон, менеджер отдела гарантии и технической поддержки ООО «Скания-Русь» (Scania)

«Во многом это действительно так. Если говорить о тяжёлых грузовых автомобилях, то на них устанавливаются 10-16-ти скоростные коробки передач, которые позволяют наиболее эффективно использовать возможности двигателя в  различных дорожных ситуациях, а значит, добиваться минимального расхода топлива. Кроме того, механические коробки передач имеют более высокий КПД, что объясняется меньшими внутренними потерями на прокачку рабочей жидкости».

Игорь Валеев, заместитель главного конструктора по автомобилям научно-технического центра ПАО «КАМАЗ»

«С развитием технологий, совершенствованием алгоритмов переключения передач механические коробки передач уступают по расходу топлива, например, автоматизированным коробкам передач, т. к. в случае применения автоматизированной коробки передач мы исключаем влияние человеческого фактора, всё переключение происходит по заранее прописанному алгоритму, который оптимизирован под конкретные условия движения.

Например, можно активировать режим, который обеспечивает максимальную топливную экономичность, а можно обеспечить максимальные динамические характеристики автомобиля. Также в современных автоматизированных коробках передач предусмотрена возможность «видеть» маршрут и рельеф местности, что позволяет «предугадывать» моменты переключения передач, что также способствует снижению расхода топлива».

Фёдор Колесник, ведущий специалист отдела технической поддержки и омологации ООО «КЛААС» (CLAAS)

«В случае с сельскохозяйственной техникой это не совсем так. На мощных тракторах в подавляющем большинстве сейчас устанавливают автоматизированную трансмиссию. Например, гидромеханическую, где переключение передач происходит либо полностью автоматически, либо вручную ― с разрывом и без разрыва потока мощности.

Есть КПП полностью бесступенчатые, где в процессе переключения передач механизатор вообще не принимает участия. Один из лидеров в производстве таких КПП ― компания ZF. Такие трансмиссии позволяют двигателю трактора уходить в диапазон вплоть до 1300 оборотов в минуту. А это существенно снижает расход топлива. Чем меньше обороты мотора, тем меньше тактов впрыска делает топливная система в рабочую зону. Соответственно, расход горючего будет меньше. А самое главное ― человек вообще не принимает участия в процессе выбора передаточного отношения КПП.

В случае с механической КПП за изменение передаточного числа отвечает сам механизатор. Он должен подумать и решить, какую передачу подобрать и включить для выполнения той либо иной операции. И его решения не всегда эффективны, что отражается на расходе топлива».

— В условиях плотного трафика и обилия светофоров водители зачастую устают выжимать сцепление и переключать скорости, чтобы трогаться «в час по чайной ложке». Такая же ситуация в случае монотонных операций на спецтехнике. Какие решения производители стали предлагать для снижения усталости водителей/операторов по этой причине?

Максим Левинсон, Scania

«Если речь идёт о маршрутных транспортных средствах или коммунальной и развозной технике, совершающей более 10 остановок на 1 км движения, то, действительно, на передний план выходят проблемы усталости водителя и износа деталей, которые обеспечивают трогание с места. В таких условиях более выгодными становятся гидро- или электромеханические трансмиссии. Последние позволяют, кроме снижения потерь на проскальзывание, вернуть часть энергии при торможении, но нуждаются в дорогостоящем блоке батарей».

Игорь Валеев, ПАО «КАМАЗ»

Игорь Валеев, ПАО «КАМАЗ»

«Для решения этих вопросов возможно применение либо автоматических (гидромеханических) трансмиссий, либо автоматизированных. Главной особенностью автоматических (гидромеханических) коробок передач является наличие гидротрасформатора ― гидравлического устройства, служащего для преобразования (изменения) крутящего момента от двигателя к трансмиссии. Гидротрансформатор способен увеличивать момент на ведомом валу в зависимости от действующих на него сил сопротивления.

Главными преимуществами такого типа коробок передач является максимально плавное переключение передач и передача крутящего момента. Главным недостатком таких коробок передач является их высокая сложность, стоимость и относительно низкий КПД (по сравнению с механическими коробками передач).

Автоматизированные коробки передач по своей сути представляют собой обычные механические коробки передач, в которых автоматизирован процесс переключения передач, что позволяет полностью исключить участие водителя в этом процессе, отдав его на откуп исполнительным механизмам. При этом КПД таких коробок передач выше, чем у гидромеханических.

Гидромеханические коробки передач целесообразно использовать на тяжелой внедорожной технике, где во главе угла стоит плавность передачи крутящего момента от двигателя к колёсам автомобиля. Для дорожных автомобилей целесообразно использовать автоматизированные коробки передач, т. к. они обеспечивают максимальную топливную экономичность».

Вадим Каменсков, Allison Transmission

«Если рассматривать коммерческую тяжёлую технику, то её передвижение по дорогам вносит свою специфику в управление. Помимо проблем с троганием машины массой 50+ тонн с МКПП, любой водитель знает про риск перегрева тормозов при спуске. Если предстоит продолжительный спуск, то пользоваться рабочей тормозной системой эффективно не получится. Любое нажатие на тормоз ведёт к очень быстрому росту температуры тормозных колодок. А если отпустить педаль тормоза, чтобы дать колодкам остыть, то огромная масса машины за несколько секунд разгонит её до неуправляемой скорости.

Для таких случаев производители спецтехники предусматривают вспомогательную тормозную систему: моторный горный тормоз и  различные типы замедлителей. В зависимости от типа замедлителя, водителю может потребоваться заранее включить определённую передачу, потом включить дополнительный тормоз, который обычно срабатывает с задержкой.

Для облегчения работы водителя существует функция контроля скорости на спуске, принцип работы которой напоминает знакомый всем «круизконтроль». В зависимости от первоначальных настроек, электронный блок управления АКП постоянно отслеживает поведение водителя, текущую скорость машины и уклон, на котором происходит движение. Когда машина начинает движение вниз и водитель снимает ногу с педали газа или же слегка нажимает на педаль тормоза (сценарий предварительно настраивается производителем ТС), блок управления АКП запоминает скорость, с который двигалась машина, и уже самостоятельно выбирает передачу и степень срабатывания гидрозамедлителя АКП или моторного тормоза для поддержания нужной скорости без нажатия на педаль тормоза.

Водитель легко может уменьшить или увеличить скорость спуска нажатиями на педаль тормоза или газа. Для операторов узкоспециализированной техники есть всевозможные комбинации режимов автоматического включения и удержания передач».

Фёдор Колесник, CLAAS

«Сейчас в тракторной технике применяют много разных систем, направленных на снижение усталости механизатора. Например, CLAAS Sequence Management. Система записывает последовательность действий при выполнении с/х операции, которую выполняет механизатор, заезжая в загонку и  выезжая из неё.

Далее ему остается нажать на определённую клавишу, после чего машина сама будет повторять операции, которые он выполнил. За счёт этого значительно снижается нагрузка на механизатора в процессе работы.
Уменьшают её и бесступенчатые, гидромеханические КПП. Механизатор не думает о процессе выбора и включения необходимой передачи, меньше устаёт, и, как следствие, даёт большую выработку к концу рабочего дня».

Александр Нилов, John Deere

«Я бы не сказал, что строительная или сельхозтехника всё время останавливалась и трогалась, это больше актуально для легковых машин в пробках. Но на грейдерах, скажем, вообще не нужно трогать педаль сцепления, как и на бульдозерах. На экскаваторах-погрузчиках тоже, потому что всё это делает автоматика. Она вовремя и разомкнёт, и замкнёт муфту сцепления.

На грейдерах John Deere установлена передовая мощная трансмиссия, которая переключается в зависимости от ситуации. Например, если грейдер сначала снимает небольшой слой почвы, и нагрузка на него небольшая, то он может двигаться на высоких скоростях, а при возрастании нагрузки автоматически снижаются передачи, что позволяет сохранять наибольшее тяговое усилие и наибольшую производительность. Более того, операторам советуют не пользоваться сцеплением, на наших машинах это делать не нужно и даже вредно, потому что автоматика выполняет это качественнее».

«Автомат», «палка», робот или гидростатическая трансмиссия?

— «Механику» ремонтировать проще и дешевле, уверены многие водители. так ли это, если сравнить ресурс трансмиссии, стоимость комплектующих и работы?

Александр Нилов, John Deere

«Самая дорогая машина ― это та машина, которая стоит в ремонте, потому что она не приносит прибыль. Даже если ремонтировать механическую трансмиссию проще и дешевле, она всё равно проигрывает трансмиссии, которую вообще не нужно часто снимать и ремонтировать.

Трудно сравнивать стоимость комплектующих и работы, но я знаю, что технические специалисты, занятые в ремонте трансмиссий, исправляют их быстро, аккуратно и надёжно. Наши коробки работают годами, и нарекания бывают крайне редко. Поэтому лучше не ремонтировать, чем ремонтировать, и лучше иметь автоматическую коробку, чем простую механическую, которую нужно часто чинить».

Вадим Каменсков, Allison Transmission

«Единичный ремонт механической коробки передач действительно дешевле и менее требователен к квалификации механика по сравнению с другими типами коробок передач. Вопрос в количестве таких ремонтов за срок эксплуатации. В своей работе мы сталкивались с парками, которые сразу при закупке тяжёлых грузовиков приобретали подменные механические коробки передач. Не менее важен в данном вопросе и учёт таких факторов, как упущенная от простоя во время ремонта механической коробки передач выгода.

Кроме этого, нужно учитывать, что коробка передач является крупным узлом, влияющим на режимы работы других сочленённых с ней узлов. Опыт нашей работы показывает, что гидромеханическая планетарная АКП снижает динамические нагрузки во всей трансмиссии. Это положительно сказывается на снижении расходов на ремонт крестовин, редукторов, осей и облегчает работу силовой установки.

Конечной целью эксплуатации коммерческого транспорта является выполнение работы с максимальной экономической эффективностью. Поэтому целесообразно оценивать влияние типа коробки передач на стоимость владения всего транспортного средства. Опыт работы наших клиентов показывает, что в тяжёлых условиях эксплуатации расходы на ремонты на машине с механической коробкой передач выше таких расходов на машине с АКП на отрезке жизненного цикла. Причем разрыв растёт экспоненциально по мере старения и износа техники.

Современные гидромеханические планетарные АКП, применяемые на коммерческой технике, уже давно используют адаптивные алгоритмы компенсации естественного износа и не требуют дополнительной регулировки во время всего срока службы. Такие АКП непрерывно проводят «самонастройку», что приводит к минимизации работ по сервисному обслуживанию. А «мокрые» сцепления (муфты), применяемые в АКП, более долговечны».

Максим Левинсон, Scania

«В целом это так. Стоимость ремонта зависит от трудоёмкости работ и требуемой квалификации персонала. Для устранения неисправностей гидромеханических трансмиссий необходимо специальное оборудование, отдельное помещение, а  также большое количество расходных элементов и материалов. С другой стороны, современные гидромеханические коробки Allison или ZF обладают высокой надёжностью и  при соблюдении правил эксплуатации и обслуживания служат очень долго».

Игорь Валеев, ПАО «КАМАЗ»

«Если говорить об автоматических (гидромеханических) коробках передач, то, да, их ремонт требует высокой квалификации персонала. Если говорить об автоматизированных коробках передач, то ремонт их механической части ничем не отличается от ремонта обычной механической коробки передач».

Фёдор Колесник, CLAAS

Фёдор Колесник, CLAAS

«Возможно, так было 10-15 лет назад, когда вся техника работала, в основном, на механических КПП. Запчастей для них требовалось немного, сервис был хорошо развит. Но сейчас техника стала более современной, а вслед за этим усовершенствовался и сервис. На тракторы теперь устанавливают либо гидромеханические, либо бесступенчатые трансмиссии. И при необходимости их можно отремонтировать в любом сервисном центре официального дилера CLAAS.

Возможно, стоимость оригинальных комплектующих и самой работы будет немного дороже при ремонте бесступенчатой КПП. Но  если мы сравним конечную выгоду от использования механической коробки и бесступенчатой, то станет очевидно: преимущества от использования последней с лихвой покрывают экономию денежных средств, полученную за счёт меньшей цены на комплектующие и работу для механической КПП».

— Есть мнение, что роботизированные коробки плохо справляются с затяжными подъёмами и перегреваются. Так ли это, и как производители рекомендуют
не попадать в такие ситуации?

Игорь Валеев, ПАО «КАМАЗ»

«Нет, это не соответствует действительности».

Фёдор Колесник, CLAAS

«Вероятно, такое мнение сложилось лет 5-7 назад, когда у КПП было не более 10 передач. Соответственно, если трактор ехал в гору, механизатор был вынужден переключаться с одной передачи на другую, чтобы поддерживать оптимальный крутящий момент на колёсах в случае, если была механическая КПП.
При наличии роботизированной КПП иногда происходило следующее: при движении в гору робот переключал передачи с одной на другую, чтоб уверенно двигаться вперед. Это было связано с небольшим диапазоном передач и приводило к перегреву масла внутри КПП.

Механизатор в таком случае был вынужден останавливать трактор и  ждать, пока масло остынет. Но сейчас у большинства роботизированных КПП достаточно большой диапазон передач, соответственно, таких негативных моментов, как раньше, практически не случается. Другими словами, нынешние роботизированные КПП, имея большой диапазон передач, выбирают ту, которая удовлетворяет скорости, и снижают излишнюю частоту вращения внутри КПП».

Максим Левинсон, Scania

Максим Левинсон, менеджер отдела гарантии и технической поддержки ООО «Скания-Русь» (Scania)

«Нет, не так. Роботизированная коробка передач ― это обычная механическая коробка, оснащенная актуаторами, которые выполняют действия по включению и выключению сцепления и перемещению вилок включения передач. На работу самой коробки система управления не оказывает никакого влияния.

Соответственно, на подъём по грязи или скользкой дороге автомобили с роботизированными трансмиссиями идут точно также, как и с обычными ручными. Разница лишь в качестве программного обеспечения, которое может быть лучше адаптировано для тех или иных условий. Кроме того, любой «робот» имеет режим ручного переключения, когда водитель может самостоятельно выбирать передачу.

Так, например, компания Scania выводит в настоящее время новую линейку коробок передач G33/G25 с расширенным диапазоном передаточных чисел, которая имеет только роботизированную систему переключения Scania Opticruise и предназначена для автомобилей, работающих в особо тяжёлых условиях. Благодаря оптимальному выбору передачи для движения в конкретных условиях такие коробки передач снижают расход топлива как минимум на 1% по сравнению с традиционным ручным управлением».

Александр Нилов, John Deere

«Возможно, это справедливо для легковых автомобилей, и то машины, которые плохо справляются с затяжными подъёмами и перегреваются, ― плохие. Наша техника рассчитана на работу в тяжёлых условиях, на перемещение большого количества грунта, высокое тяговое усилие, и жалобы на перегрев трансмиссий John Deere никогда не поступали. Если взять грейдеры, то у них очень интересно сделана система охлаждения: радиаторы стоят буквой П.

Они находятся не друг за другом, как на многих машинах, поэтому воздух свободно проходит через радиаторы, и получается очень высокая теплоотдача. На грейдерах есть трансмиссия Event Base Shift, о которой я уже упомянул: она переключается в зависимости от нагрузки. Она прекрасно охлаждается, инженеры рассчитали самые тяжёлые моменты при жаркой погоде, поэтому проблем с перегревом не бывает».

Вадим Каменсков, Allison Transmission

«Принцип работы известных на данный момент серийных моделей роботизированных коробок передач с одним и двумя сцеплениями можно упрощённо охарактеризовать так: при каждом трогании и переключении передач происходит кратковременная передача управления двигателем блоку управления коробкой передач. Блок роботизированной коробки передач на некоторое время снижает крутящий момент до минимума, а после выполняет переключение.

Процесс очень похож на езду на механической коробке передач, когда водитель отпускает газ, а потом выжимает сцепление и переключает передачу.

Дело в том, что, во-первых, текущие модели роботизированных коробок передач при проектировании до сих пор конструктивно остаются именно роботизированными механическими коробками передач, где все действия вместо водителя осуществляют сервоприводы, и поэтому до сих пор сохраняются особенности работы, которые присущи МКП. А во-вторых, даже при использовании более распространённых сейчас в легковом сегменте роботизированных коробок передач с двумя сцеплениями, необходимо все равно снижать крутящий момент во время переключений и при трогании для обеспечения ресурса коробки при сохранении комфорта передвижения.

При езде на машине с МКП в подъём многие обращали внимание, что при трогании сцепление отпускается долго с большим проскальзыванием. Таким образом водитель обеспечивает более плавное нарастание крутящего момента без риска заглушить двигатель. Но при проскальзывании сцепления, а особенно если речь идёт о коммерческом транспорте, где мощности более 500 л. с. не редкость, такое сцепление будет сильно нагреваться и не  прослужит долго. Если сцепление «бросать», то нагрев будет меньше, но возникнут другие проблемы (заглохнет двигатель, пострадает комфорт, возникнут ударные нагрузки).

В роботизированных коробках передач всё это должен учитывать электронный блок. Многие модели роботизированных коробок передач на подъёме при большой массе машины сталкиваются именно с перегревом сцепления при трогании и переключениях передач. Зачастую всё может идти по замкнутому циклу: момент двигателя снижается, происходит потеря тяги на колёсах, тяжёлая машина резко замедляется, происходит срабатывание сцепления, но для того, чтобы опять разогнать машину до нужной скорости, уже не хватает крутящего момента и МКП снова требуется переключится на передачу ниже.

При остановке на подъёме и последующем трогании такая машина может просто скатиться назад, пытаясь включить сцепление. Производители техники, конечно, знают об этом и пытаются найти компромисс, выбирая мосты с большим передаточным числом и т. п. На текущий момент пока более эффективна гидромеханическая планетарная АКП с продвинутыми адаптивными алгоритмами переключения передач, что позволяет осуществлять переключения без снижения крутящего момента и обеспечивать требуемый ресурс».

— Раньше на спецтехнику ставили преимущественно механическую трансмиссию. Сейчас в приоритете гидрообъёмный привод передачи мощности (ГСТ). Некоторые производители тех грузовиков тоже экспериментировали с гидромоторами, но пока рынок распространения таких машин не увидел. Стоит ли ждать появления ГСТ в коммерческом транспорте, или это удел тяжёлой техники?

Вадим Каменсков, Allison Transmission

«Спецтехника, как правило, работает в тяжёлых условиях. Для таких условий целесообразно, во-первых, изменение передаточного отношения под нагрузкой, то есть без разрыва потока мощности, и,  во-вторых, применение узла, обеспечивающего передачу 100% потока мощности через жидкостную связь. Это обеспечивает демпфирование динамических нагрузок, свойственных тяжёлым условиям.

Механическая коробка передач не обладает ни одним из названных свойств. Гидрообъёмный привод преобразует механическую энергию вращения коленчатого вала двигателя в гидродинамическую энергию движущегося потока жидкости и снова в механическую энергию на исполнительных механизмах. Такой привод позволяет регулировать передаточное отношение под нагрузкой. Однако преобразование энергии из одной формы в другую всегда сопровождается большими потерями. Причём такое преобразование происходит во всем диапазоне работы гидрообъёмной трансмиссии.

Гидрообъёмные трансмиссии обладают большими компоновочными преимуществами, но сильно уступают гидромеханическим планетарным передачам в  эффективности. Этим ограничено их применение на коммерческом транспорте. По нашему мнению, оптимальным решением для спецтехники и коммерческой техники, работающей в тяжёлых условиях, являются гидродинамические планетарные АКП. Они обеспечивают переключение передач без разрыва потока мощности и содержат гидротрансформатор ― элемент, обеспечивающий расширение диапазона планетарного редуктора за счёт трансформации крутящего момента и 100% жидкостную связь.

Причём, в отличие от гидрообъёмных передач, 100% жидкостная связь может быть исключена блокировочной муфтой, обеспечивающей прямую механическую связь двигателя и планетарного редуктора. Таким образом, в отличие от гидрообъёмного привода, гидродинамические планетарные передачи не страдают от низкой эффективности во всём диапазоне, как гидрообъёмные передачи.

На наш взгляд, такие преимущества гидрообъёмного привода, как простота преобразования вращательного движения в поступательное и свободная компоновка, обеспечат применяемость такому приводу на крупной спецтехнике. Остальная спецтехника и коммерческий транспорт, работающий в тяжёлых условиях, будут постепенно переходить на гидродинамические планетарные АКП».

Игорь Валеев, ПАО «КАМАЗ»

«Гидрообъёмный привод характерен только для узкоспециализированной техники и техники, применяемой в сельском хозяйстве. На коммерческом транспорте появление такого типа трансмиссий на сегодняшний день не целесообразно по причине высокой стоимости, сложности и низкого КПД».

Максим Левинсон, Scania

«Для тракторов или экскаваторов, у которых гидравлические приводы основного оборудования являются главными, это, возможно, и имеет смысл, но для грузовых или легковых автомобилей ― точно нет. Гидростатическая трансмиссия требует изготовления высококачественных деталей и давления в приводе порядка 250 Бар.

Такие элементы очень дороги в производстве и требуют высокой квалификации обслуживающего персонала. Некоторые производители автомобилей экспериментировали с гидростатическим приводом передних ведущих колес, но никакого выигрыша по сравнению с обычной механической трансмиссией не получили».

Фёдор Колесник, CLAAS

«Всё зависит от того, о какой технике идёт речь. ГСТ ― один из способов приводить в действие сельскохозяйственные машины. За счёт использования ГСТ до 80% мощности двигателя можно реализовать на рабочих органах.

Возьмём для примера зерноуборочные или кормоуборочные комбайны ― все они имеют гидростатический привод. Основная задача этих машин ― обмолачивать или измельчать культуры. Соответственно, большая доля мощности их двигателей должна быть реализована именно на рабочих органах, а не на колёсах.

Другое дело ― тракторы, чья задача ― тащить. Гидростатическая трансмиссия в прямом своём проявлении на них встречается очень редко: вся мощь их мотора должна быть направлена именно на колёса».

Александр Нилов, John Deere

«Мы гидростатические трансмиссии используем очень широко. Ими оснащены наши бульдозеры, мини-погрузчики, лесные машины ― все они прекрасно работают. Их преимущество ― гибкость передачи крутящего момента. На грузовиках, кранах, тяжёлой технике других производителей тоже есть гидростатический привод, который помогает массивной машине трогаться с места. На наших грейдерах есть очень широко востребованный гидростатический привод передних колес.

Если грейдеру не нужен высокий крутящий момент, он идёт на механической трансмиссии, управляемой электроникой, Event Base Shift Transmission. А когда нам нужен высокий крутящий момент, мы можем подключить гидростатический привод передних колес, он даёт повышение тягового усилия примерно на треть. Всё это управляется электроникой ― и на бульдозерах, и на грейдерах».

«Автомат», «палка», робот или гидростатическая трансмиссия?

— Европейские производители грузовиков проводят обучение водителей для достижения топливной эффективности. Каковы особенности подобных программ, и есть ли такие для операторов спецтехники?

Игорь Валеев, ПАО «КАМАЗ»

«Да, такие программы существуют. Если говорить о дорожной технике, то главной целью подобных программ является обучение водителей максимально эффективному использованию техники в первую очередь с точки зрения экономии топлива».

Фёдор Колесник, CLAAS

«Давайте возьмём тот же трактор с бесступенчатой трансмиссией и большим количеством настроек: к примеру, где можно регулировать момент переключения между планетарными редукторами, агрессивность работы КПП и т. д. Эффективное использование этих настроек позволит существенно снизить расход топлива в зависимости от поставленной задачи: будь то вспашка или транспортные работы. Компания CLAAS помогает механизатору понять все эти настройки: как они работают, за что они отвечают, а значит, и как эффективно использовать технику.

Например, вместе с тракторами, произведёнными у нас на заводе, клиенту приходит памятка: как правильно настроить машину для эффективной работы. В ней прописано, в частности, как настроить КПП на лёгких тяговых или транспортных работах, какую агрессивность выбрать при вспашке и т. д. Также CLAAS создает большое количество обучающих анимаций на тему эффективного использования техники. Получить знания можно и в CLAAS Академии, где есть даже специальный курс по трансмиссиям. Там, среди прочего, есть и блок об эффективном использовании топлива».

Александр Нилов, John Deere

«Подобные программы проводят инструкторы дилеров. Я тоже работал в такой должности и могу сказать: чтобы грейдер эффективно работал, не нужно постоянно нажимать на педаль сцепления. Это даёт, во-первых, преимущество в тяговом усилии, во-вторых, в плавном снимании грунта ― без кочек, без рывков.
На бульдозере у гидростатической трансмиссии два режима:

1) режим деакселератора трансмиссии и двигателя, то есть когда оператор нажимает на педаль, снижая обороты двигателя и трансмиссии;
2) режим деакселератора, когда снижается только скорость машины, а обороты двигателя остаются те же самые, что даёт преимущество в тяговом усилии, и оператору не придётся отъезжать назад и снова подъезжать к призме, которую он сдвигает; всё это влияет на топливную экономичность.

Обычно дилер рассказывает обо всех этих приёмах операторам, он инструктирует, как наиболее эффективно использовать машину при передаче техники клиенту. Клиент или его сотрудники могут дистанционно анализировать эффективность работы машины при помощи программы JDLink, в ней можно отслеживать работу машин, в том числе вывести число нажатий на  педаль сцепления и педаль тормоза. Всему этому учат на  упомянутых программах. Они разные, поскольку условия применения техники у разных клиентов могут очень сильно отличаться».

Вадим Каменсков, Allison Transmission

«Действительно, некоторые из наших клиентов (европейские производители грузовиков) проводят обучение водителей по топливной эффективности, есть даже симуляторы для мобильных телефонов. Однако мы, как производитель «настоящих автоматов», стремимся и эту задачу снять с плеч водителей, позволив им сконцентрироваться на их прямой функции, на управлении транспортным средством. Для этих целей постоянно совершенствуют топливосберегающие пакеты управления АКПП.

Функции этих пакетов постоянно анализируют работу двигателя, действия водителя, дорожную обстановку и текущую массу машины. На  основании этих данных система в каждый момент времени рассчитывает наиболее оптимальные точки переключения, а также может скорректировать ускорение транспортного средства для сглаживания «агрессивности» вождения, минимизируя таким образом количество неэффективно потраченного топлива».

Максим Левинсон, Scania

«Любой производитель техники заинтересован в том, чтобы её эксплуатировали правильно. Далее возникает вопрос, кто берёт на себя бремя обучения. Это могут быть как представительства производителя, так и дилеры либо независимые учебные заведения. Важно предусмотреть возможность практики, чтобы оператор сразу смог опробовать новые приёмы работы. Поэтому инструкторы Школы водительского мастерства Scania регулярно выезжают для проведения курсов на место эксплуатации техники.

Нельзя забывать и об оценке эффективности, и здесь отличным подспорьем является телематика: к примеру, система мониторинга автопарка Scania FMS даёт возможность и  самому водителю, и его руководителю на предприятии, и  инструктору отслеживать показатели в режиме онлайн. Причём телематические системы позволяют проводить курсы не только очно, но и удалённо, благодаря чему в последнее время очень востребован дистанционный коучинг. Ещё одна особенность в том, что для сохранения полезных навыков управления техникой недостаточно одного курса, нужно повторять регулярно, хотя бы раз в год».

— Какие ограничения присущи бесступенчатым трансмиссиям, какие — автоматическим, а какие — роботизированным?

Вадим Каменсков, Allison Transmission

«Распространение механических бесступенчатых трансмиссий, теоретические преимущества которых впервые упомянуты Леонардо да Винчи более 500 лет назад, сильно ограничено свойствами металлов и технологиями их обработки.

Существующие бесступенчатые трансмиссии имеют разные конструктивные особенности, и  до  сих пор ведутся работы по повышению их ресурса и эффективности. «Идеальной» конструкции пока не существует.
Если не брать в расчёт ресурс, то основное ограничение — это диапазон передаточных чисел. Эта проблема отчасти решается комбинацией нескольких вариаторов, однако это ещё больше усложняет систему, что негативно сказывается на сроке службы.

Гидродинамические планетарные АКП ограничены сферой целесообразного с экономической точки зрения применения. Как правило, их применение оптимально для тяжёлых и средних условий работы с частым переключением передач. При работе в цикле с малым числом переключений (например, на магистральном тягаче) на первый план выходит такой фактор, как механический КПД передачи.

Коробка передач находится длительное время на одной и той же передаче, и даже 1% разницы в  КПД зубчатой пары и планетарного ряда сильно отражается на общем расходе топлива. Конечно, всё меняется, как только цикл становится более динамичным, т. к. на первое место выходят потери скорости, связанные с разрывом потока мощности, и способность АКП поддерживать оптимальную работу двигателя.

Что касается роботизированных коробок передач, то основные недостатки известных моделей я уже сказал ранее. Помимо вопросов при движении в подъём тяжёлых машин и недостаточной динамики ввиду разрывов потока мощности, этим коробкам, как и механическим коробкам передач, присущи ограничения при маневрировании на малых скоростях. Если гидродинамическая планетарная АКП может двигаться на сколь угодно малой скорости за счёт гидротрансформатора, то роботизированная коробка ограничена передаточным числом первой передачи.

При маневрировании на первой передаче снизить скорость ниже той, которая ограничивается конструктивно передаточными числами и значением скорости вращения коленчатого вала двигателя на холостых оборотах, никак не получится без риска заглушить двигатель. При притормаживании гружёного транспортного средства в зону скорости вращения двигателя ниже холостых оборотов он может либо начать дергаться и «прыгать», что негативно сказывается на ресурсе сцепления, либо блок управления коробкой просто выжимает сцепление и машина останавливается. Особенно это актуально для строительной и мусороуборочной техники, где постоянно требуется точно подвести машину на нужную точку.

Помимо этого, большим недостатком роботизированных коробок передач является прямая зависимость от качества электрических коммуникаций машины. Блок управления осуществляет постоянное управление двигателем, поэтому при любой электрической неполадке в цепи питания коробки или неполадке в шине данных коробка перестает функционировать. Некоторые модели МКП и современные гидромеханические планетарные АКП лишены этого недостатка».

Александр Нилов, John Deere

«Это ограничения для операторов, то есть предупреждения и так далее. Но все ограничения, которые могут повредить трансмиссии, уже заложены в её электронном блоке управления. Если оператор давит на газ и едет под гору, машина сама автоматически снизит скорость, она не поедет выше той скорости, которая заложена конструктором. Например, экскаватор-погрузчик не поедет 60 км/ч, он автоматически снизит скорость. То же самое большие бульдозеры ― они тоже оснащены гидростатической трансмиссией и не покатятся под гору, а будут притормаживать автоматически. Это что касается бесступенчатых трансмиссий.

Автоматические трансмиссии стоят на экскаваторах-погрузчиках. На них выставлены ограничения по скорости, ограничения включения блокировки моста, всё это происходит автоматически, оператор не может включить блокировку моста при высоких оборотах двигателя, но это будет возможно сделать при снижении оборотов двигателя до 1125 об/мин.

В роботизированных коробках все ограничения уже заложены в блоке управления, так называемая «защита от дурака», поэтому практически любой человек может управлять этой машиной и при этом не повредить трансмиссию».

Фёдор Колесник, CLAAS

«Для бесступенчатых трансмиссий, по большому счёту, нет никаких ограничений. Все они уже учтены в логике работы КПП, человеческий фактор здесь полностью исключен. Случаются нюансы в работе роботизированных трансмиссий. За переключение передач и диапазонов в  ручном режиме отвечает механизатор, соответственно, присутствует человеческий фактор. Вот здесь и встречаются ограничения.

Представим ситуацию: трактор выполняет вспашку ― достаточно тяжёлую тяговую работу. Если в этот момент переключить диапазон, то машина кратковременно остановится, так как переключение диапазонов выполняется с разрывом потока мощности. Возникнет большая нагрузка на всю трансмиссию, а это негативный момент. Поэтому есть условие: при выполнении тяжёлых тяговых работ на ходу переключать только передачи внутри диапазона, но не диапазоны. Можно отметить ещё одно небольшое ограничение для роботизированных КПП ― это минимальная скорость движения.

Есть ряд сельскохозяйственных работ, для выполнения которых требуется довольно низкая скорость движения. Роботизированные КПП в стандартном оснащении не могут справиться с такой задачей. Но это ограничение можно нивелировать путем установки в КПП ходоуменьшителя».

Игорь Валеев, ПАО «КАМАЗ»

«Для бесступенчатых трансмиссий главным ограничением является величина крутящего момента, подобный вид трансмиссии применяют, как правило, только на легковом транспорте. Автоматические (гидромеханические) и автоматизированные коробки передач, такого ограничения не имеют, но их целесообразно использовать с учётом типа автомобиля и предполагаемых условий его эксплуатации».

Максим Левинсон, Scania

«Большинство бесступенчатых трансмиссий используют в качестве рабочего тела жидкость под давлением. При этом преобразование давления жидкости в механическое движение связано с преодолением трения в гидромоторе. Таким образом, возникает достаточно большой процент потерь на трение и нагрев жидкости, что снижает КПД всей системы.

Дополнительным ограничением служит загустевание рабочей жидкости в условиях низких температур, что требует предварительного прогрева всей системы перед началом работы. При использовании механического вариатора также возникают увеличенные потери на трение. Кроме того, при одинаковой величине крутящего момента вариатор требует больших размеров деталей.

Автоматические гидромеханические трансмиссии позволяют получить хорошие стартовые характеристики транспортного средства при умеренных потерях в КПД при дальнейшем движении. Их недостатком можно считать избыточные потери на нагрев жидкости и ограниченное число ступеней, не позволяющее удерживать двигатель в зоне оптимальных характеристик при меняющихся внешних условиях.

Роботизированные трансмиссии дешевле в производстве и проще в обслуживании, чем гидравлические и гидромеханические, они дают возможность использовать максимальное количество передач для выбора соответствия возможностей двигателя и внешних условий. Но при этом в них сохраняется фрикционное сцепление, которое сильно подвержено износу и перегреву; есть ограничения по времени переключения, которые также не позволяют в полной мере использовать все преимущества многоступенчатой трансмиссии».

Статья опубликована в журнале Грейдер №3 2021

Понравился материал? Подпишитесь
на отраслевой дайджест и получайте подборку статей каждый месяц
.