Гидравлический привод или электрический? Изучаем нюансы

Несмотря на ряд преимуществ электрических приводов, их доля в строительной технике намного меньше по сравнению с гидравлическими. Считается, что высокую выходную мощность экскаваторам, бульдозерам и другой тяжёлой технике обеспечивают гидравлические системы, однако они более требовательны к обслуживанию, нежели электроприводы.

Последние, в свою очередь, тоже не лишены недостатков. Вместе с экспертами разберёмся, в чём причина доминирования гидравлики на рынке и какие нюансы важно учитывать при работе с каждой системой.

Барьеры для производителей

Электроприводы в строительной технике пока не получили широкого распространения в нашей стране в силу нескольких причин, говорят специалисты. Первый и самый очевидный барьер для развития производства техники с электрическими и гибридными приводами в России — зависимость от иностранных технологий. Потеряв при распаде СССР значительную часть развивавших это направление предприятий, страна поставила на паузу в несколько лет научно-технический потенциал в этой области.

К тому же в основном в Советском Союзе и постсоветской России традиционно развивались компетенции, связанные с механическими и гидравлическими системами. Это было обусловлено доступностью ресурсов и технологий в то время. Совершенно логично, что в таких условиях импортная продукция вытеснила отечественную.

Сегодня, чтобы начать выпуск тяжёлых машин с электрическими и электрогидравлическими приводами, производителям придётся преодолеть целый ряд вызовов, считает коммерческий директор ОАО «Научно-производственное предприятие «Темп» им. Ф. Короткова» Юлия Татунёва.

«Причин ограниченного развития производства несколько. Во-первых, это дефицит специалистов, обладающих необходимыми знаниями и навыками для работы с современными технологиями. Во-вторых, отсутствие в течение длительного времени инвестиций в научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в этой сфере. Предприятия, которые вкладывают такие инвестиции, сейчас вынуждены конкурировать с зарубежными производителями, которые производят приводы массово, и стоимость своих инвестиций распределять на большее количество выпускаемой продукции.

Третья проблема — сложности с поиском производственных мощностей, соответствующих выпуску высокотехнологичной продукции», — перечисляет она и добавляет ещё один фактор — ограниченный внутренний спрос на высокотехнологичную продукцию, который снижает стимулы для развития производства.

То, что спрос на технику с электрическими приводами практически отсутствует, из своего опыта отмечает руководитель проектов ООО «Роботек» Дмитрий Войстроченко.

«За последние 5 лет в компании, где я работал, мы выпустили сотни гидравлических вибропогружателей и всего один электрический, и то по спецзаказу. Дело в том, что электрические приводы требуют значительных изменений в инфраструктуре. На крупных стройках необходимо организовать надёжное и мощное электроснабжение, что не всегда возможно, к тому же кабели подвода энергии к агрегатам могут быть с лёгкостью повреждены проезжающим мимо гусеничным экскаватором или грузовиком.

Кроме того, климат нашей страны накладывает ограничения на применение электропривода в строительной технике. Эксплуатация электрических машин в сложных погодных условиях, таких как грязь, влага, минусовые температуры, сопряжена с рисками. Гидравлика же проверена временем и надёжна», — заключает г-н Войстроченко.

Неуверенность во внутреннем спросе, которая обусловлена необходимостью значительных первоначальных вложений, длительным периодом окупаемости и наличием более дешё-
вых китайских аналогов, — вот условия российского рынка, которые определяют скорость развития и объём производства в России, делится своим мнением директор по производству автомобилей малых серий «СТ Нижегородец» Иван Ермаков.

При этом нельзя совершенно категорично утверждать, что в России мало развито производство техники с электрическим и электрогидравлическими приводами, считает главный технический консультант ОАО «РИАТ» Юрий Гречаный.

«Так, например, в России производят большое количество троллейбусов с электроприводом колёс, автозаводы „КАМАЗ” и „ГАЗ” приступили к производству электробусов. Все карьерные самосвалы БЕЛАЗ, собираемые в Белоруссии, имеют электропривод, компоненты для которого поставляют из России. Магистральные тепловозы и электропоезда российского производства также на электроприводе.

Таким образом, электрический или электромеханический привод колёс и вспомогательных механизмов в российских дорожных машинах применяется в основном в специализированной технике, где требуются высокая точность, плавность хода и надёжность», — поясняет он.

Однако эксперты сходятся во мнении, что массовое внедрение таких систем в транспортной и дорожно-строительной технике пока ограничено из-за высокой стоимости и сложности технологий по сравнению с механическим приводом. Помимо этого, многие современные методики в области подобной продукции разрабатываются и внедряются за рубежом. Их импорт сейчас обходится дорого и требует адаптации к местным условиям.

«Ограничение поставок техники и комплектующих из западных стран хоть и увеличило на рынке объём продукции отечественных производителей, но в большей степени привело к его активному освоению компаниями из Китая», — констатирует г-н Ермаков.

Несмотря на то, что последние несколько лет отечественное машиностроение идёт по пути уменьшения зависимости от иностранных компонентов, внутренние элементы и агрегаты полностью заместить пока не удаётся, признают специалисты.

«Наша техника производится с использованием преимущественно собственного передела. Трансмиссия, ходовая система, рамные конструкции, навесное оборудование, кабина, облицовка — всё собственного изготовления. Но есть компоненты, которые мы приобретаем, прежде всего, это двигатели и гидравлические элементы.

Причём задача компании — иметь на каждый приобретённый узел не менее 2-3 альтернативных производителей компонентов. Помимо этого, нельзя забывать об обеспечении оптимального для потребителя соотношения цены и качества. Но зависимости компонентной базы только от российских производителей нет», — заключает директор по маркетингу ООО «ЧЕТРА» Денис Куваев.

Что касается электрогидравлического привода — комбинированной системы, где электрическая энергия используется для питания гидравлических насосов и двигателей, приводящих в движение колёса, то в России такая система применяется в основном в специализированной технике. То есть именно там, где требуется передача высокой мощности, а также в системе вспомогательных приводов, считает Юрий Гречаный и отмечает широкое распространение гидравлической конструкции на современных дорожно-строительных и коммунальных машинах.

В пример эксперт приводит основную продукцию холдинга «Амкодор»: погрузчики, лесозаготовительные машины и коммунальную технику, — которая работает с использованием гидравлического привода колёс и навесного оборудования. Помимо этого, в стране производят подметально-уборочные машины с гидравлическим приводом колёс, щёток и мусоросборника серии УКМ «Кургандормаша» и погрузчики типа ПУМ-500 «Уралвагонзавода».

Технический директор ООО «ЧЗСА» Илья Дурандин подчёркивает, что для понимания вопроса необходимо чётко разделять назначение гидравлического и электрогидравлического привода по действующему механизму: хода или привода рабочих контструкций. Сейчас, по его мнению, набирает обороты переход от механического на электрический привод ходовых систем.
«Сегодня распространение получают самоходные средства с электрическим приводом. Данная тенденция чётко отслеживается в сфере логистики.

Там, где ещё вчера преобладала техника с приводом от ДВС, всё больше и больше наблюдается переход на электрическую тягу. Что касается привода рабочих механизмов, то, как правило, переход происходит на электрогидравлические системы, так как некоторые типы приводов не реализуемы чисто электрическими приводами. Например, гидравлический цилиндр очень сложно, а в некоторых ситуациях и вовсе невозможно заменить электрическим аналогом», — поясняет он.

Преимущества и недостатки

У любой техники, как и у её составных компонентов, есть свои плюсы и минусы, а также те сферы применения, в которых они показывают лучшие характеристики. Выбор конкретного типа определяется разработчиком в зависимости от назначения, условий эксплуатации и возможности обслуживания, говорят эксперты, но тем не менее отмечают, что гидравлика проигрывает электроприводу по нескольким параметрам.

В большинстве случаев гидроприводы более габаритные, трудоёмкие в обслуживании и ремонте, чувствительны к перепадам температур. От температуры зависит вязкость рабочей жидкости, а низкое давление может стать причиной возникновения кавитации в гидросистеме или выделения из жидкости растворённых газов.

«Хотя гидропривод в настоящее время широко используют в коммунальной и дорожно-строительной технике, он всё же имеет ряд недостатков по сравнению с электроприводом. При работе в районах с холодным климатом работоспособность и долговечность гидроприводов снижается. Кроме этого, они имеют меньший КПД по сравнению с электроприводом и менее точны в управлении, так как обладают задержками в реакции на команды и сложности в поддержании постоянной скорости вращения исполнительных устройств», — перечисляет слабые места гидроприводов Юрий Гречаный.

Помимо этого, гидравлические системы могут вызывать рывки и вибрации, особенно при резких изменениях нагрузки.

«С развитием технологий и материалов, а также с внедрением инноваций в области гидравлики можно ожидать некоторого улучшения характеристик гидроприводов. Однако фундаментальные ограничения, связанные с физическими свойствами гидравлических жидкостей, вряд ли будут полностью преодолены. В то же время электроприводы продолжают развиваться благодаря улучшению электронных систем управления и материалов, что делает их ещё более конкурентоспособными в различных приложениях», — рассуждает Юлия Татунёва.

Среди главных преимуществ электропривода эксперты в первую очередь называют его стоимость, простоту в управлении и обслуживании. Такие агрегаты имеют меньше движущихся частей, а также реже подвергаются поломкам из-за перегрузок.

«Электропривод компактнее и легче гидравлических систем, он не требует бака для масла, трубопроводных конструкций, шлангов высокого давления и дополнительной системы охлаждения. Это позволяет снизить общий вес машины и увеличить полезную нагрузку», — продолжает сравнение г-н Гречаный.

Он добавляет, что эффективность электрического привода можно значительно повысить за счёт использования системы рекуперации и аккумулирования энергии.

«К несомненным плюсам электроприводов можно отнести экологичность, высокую точность и увеличенный межсервисный интервал. Также электроприводы легко интегрируются с современными системами управления и автоматизации. Данные виды приводов имеют ряд преимуществ и недостатков по отношению друг к другу.

Использование той или иной технологии связано с условиями эксплуатации, техническими характеристиками и экономическими аспектами. Возможно, оптимальным решением станет использование гибридных систем, которые сочетают в себе преимущества обоих типов привода», — считает директор департамента маркетинга ГК «Ростсельмаш» Александр Альперин.

Однако перечисленные факторы не могут однозначно дать ответ, какая система лучше, эксперты акцентируют внимание на том, что полного уравнивания их возможностей в ближайшее время не предвидится. Выбор между ними будет зависеть от конкретных условий эксплуатации и требований к системе.

«Условно одинаковые машины с электроприводами и гидроприводами могут иметь разные возможности в зависимости от конкретных целей. Электроприводы обычно превосходят в точности и гибкости управления, что делает их оптимальными для задач, требующих высокой точности и адаптивности. Гидроприводы могут быть предпочтительны в условиях, где необходимы мощность и надёжность, особенно в тяжёлых промышленных приложениях», — говорит Юлия Татунёва.

«Думаю, неправильно говорить, что гидроприводы в чём-то проигрывают электроприводам, каждая из этих систем имеет свои плюсы и минусы. Неоспоримым преимуществом гидравлических систем являются достаточно компактные размеры при очень высоком развиваемом усилии.

В то же время они очень требовательны к качеству и чистоте рабочей жидкости, в данном случае гидравлическому маслу, и сложны в управлении: требуют клапана, дросселя и другого управляющего и распределительного оборудования.

По сравнению с гидравлическими системами, электрический привод меньше нуждается в обслуживании, гораздо легче поддаётся управлению с учётом современного уровня развития микроэлектроники, а также более гибок к автоматизации и роботизации. Я вижу будущее за комбинацией этих двух систем привода и постепенного отказа от ДВС», — делится мнением Илья Дурандин.

Посчитаем затраты

Со временем электроприводы будут превалировать, предполагает и начальник конструкторского бюро перспективных автомобилей ОАО «РИАТ» Владислав Хайруллин. Сейчас электроприводная техника имеет недостаток в стоимости аккумуляторов, но в будущем влияние этого фактора будет сильно уменьшено, отмечает он. А это, в свою очередь, скажется на снижении стоимости владения техникой, считает его коллега, директор по развитию ОАО «РИАТ» Роман Форманюк.

Несмотря на то, что электроприводы более энергоэффективны и требуют меньших затрат на обслуживание, стоимость их ремонта может быть значительной, предупреждает Иван Ермаков.

«Электротехника кажется выгодной в плане энергозатрат, но при этом требует дорогого обслуживания. Высокая стоимость комплектующих, сложность диагностики, необходимость в квалифицированном персонале для ремонта — всё это увеличивает совокупные эксплуатационные расходы. Комплектующие стоят дороже в текущих экономических обстоятельствах, а ремонт требует высокой квалификации.

Особенно это ощущается при разработке больших проектов, таких как многоквартирные микрорайоны. В этом случае необходимо подвести сотни киловатт электроэнергии для питания экскаваторов и навесного оборудования, что повлечёт за собой большие инфраструктурные затраты и создание дополнительных условий для соблюдения требований техники безопасности. В итоге совокупная стоимость владения будет выше, чем у гидравлических аналогов», — рассуждает Дмитрий Войстроченко.

Юрий Гречаный, напротив, считает, что, даже несмотря на большую стоимость, использование электропривода существенно уменьшает общую цену владения техники за счёт упомянутого ранее высокого КПД, который может снизить потребление энергии, а значит, и эксплуатационные расходы.

«Периодичность обслуживания электропривода больше, а затраты на неё меньше. В электроприводе практически нет расходных материалов таких как специальное гидромасло, сальники, шланги и фильтры. Кроме этого, машины с электроприводом имеют большую остаточную цену. Всё это вместе снижает общую стоимость владения транспортных, дорожно-строительных и коммунальных машин с электроприводом», — заключает он.

Помимо этого, современные электроприводы часто оснащены системами диагностики и защиты, которые продлевают срок их службы и снижают вероятность внезапных поломок. Это также способствует снижению затрат на ремонт и простои оборудования, дополняет Юлия Татунёва и напоминает про экологическую составляющую. Электроприводы не требуют использования масел и других рабочих жидкостей, что снижает затраты на их утилизацию и уменьшает негативное воздействие на окружающую среду. Эксперт считает, что высокие первоначальные вложения не должны пугать владельцев техники, они дают отложенный эффект в будущем.

«Хотя электроприводы могут иметь более высокую начальную стоимость по сравнению с другими типами приводов, их эксплуатационные преимущества могут компенсировать эти затраты в долгосрочной перспективе», — уверена она.

«Снизить затраты можно за счёт горюче-смазочных материалов и сервисного обслуживания. Стоимость энергии, получаемой из углеводородных видов топлива, значительно выше стоимости электроэнергии, затрачиваемой на питание электропривода, даже с учётом всех потерь на её преобразование (потерь на зарядных станциях для зарядки АКБ, потерь на преобразователях электропривода).

Напомню, что КПД современных электрических установок достигает 95%. Электропривод требует гораздо меньших интервалов обслуживания и количества операций во время его проведения, практически не имеет расходных материалов», — приводит свои аргументы Илья Дурандин и добавляет, что в ООО «ЧЗСА» проводили собственные исследования.

«По результатам проведённых расчётов, а также подтверждающего их анализа расходов на сервисное обслуживание среди наших клиентов, можно сделать однозначный вывод, что стоимость владения электрифицированной техникой значительно ниже, чем у техники, оборудованной ДВС», — заключает он.

А вот Александр Альперин не уверен настолько однозначно в том, что электроприводы снижают стоимость владения техникой. Сокращение расходов на топливо, упрощение обслуживания и уменьшение износа компонентов — несомненно, приятные бонусы, которые уменьшают затраты на замену и ремонт. Однако высокая начальная стоимость и инвестиции в инфраструктуру для зарядки электроприводов обойдутся недёшево, предполагает он.

Также необходимо обеспечить стабильное электроснабжение, что может стать проблемой в удалённых и труднодоступных районах. Помимо этого, для обслуживания и ремонта может потребоваться более квалифицированный персонал, что будет увеличивать затраты. Поэтому при выборе каждому владельцу необходимо провести тщательный анализ условий работы и определить, что ему будет выгоднее, советует эксперт.

Гидропривод правит бал

Итак, преимущества, условия эксплуатации, подводные камни и потенциал применения каждого типа привода названы, владельцы техники уже успели посчитать свою выгоду и готовы дружно заняться переоснащением техники с гидроприводом на электропривод. Однако им придётся охладить свой пыл. Если автоматизировать обе системы возможно, хотя и с натяжкой, то практического смысла в полном переоснащении эксперты не видят вовсе.

«В целом такое переоснащение возможно, но, скорее всего, нецелесообразно, так как потребует проектирования новой системы привода, расчёта мощности и нагрузок, интеграции с существующими системами. Далее — закупка и установка компонентов, тестирование и настройка, обучение персонала. Если учитывать все необходимые факторы, то для переоснащения потребуется провести полноценные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, что равнозначно разработке нового исполнения техники», — поясняет Александр Альперин.

Естественно, что стоимость всех работ окажется сопоставимой с ценой новой машины, а значит, наиболее разумным решением с точки зрения использования ресурсов, как временных, так и денежных, всегда будет являться приобретение техники, которая изначально спроектирована и предназначена для выполнения производственных задач, а не тюнинг уже существующего парка, подводит итог Денис Куваев.

«Скорее, в ближайшие 10 лет будут развиваться гибридные решения, где электродвигатели питают гидросистему. Полный же переход на электропривод имеет смысл лишь в нишевых применениях, таких как коммунальные службы, малогабаритные машины для работы в замкнутых пространствах и шахтах, в общем, в тех местах, где повышены требования к безопасности, экологии и уровню шума. Гидравлика же универсальна, проверена временем, дешевле в ремонте и обслуживании, поэтому без неё в строительной технике никуда», — говорит Дмитрий Войстроченко.

Он напоминает, что ещё буквально 5-10 лет назад мало кто мог представить массовое распространение электромобилей из-за неудовлетворительной дальности поездок без подзарядки. Однако создание твердотельных батарей и удешевление их производства изменило правила игры, и сегодня мы видим, что электромобили не уступают в дальности хода автомобилям с ДВС, а доля рынка «электричек» растёт гигантскими темпами. Возможно, что-то подобное произойдёт и в нише гидроприводов для строительной техники, но пока электропривод остаётся скорее исключением, чем правилом.

«В настоящее время в России недостаточно площадок с необходимой инфраструктурой для использования техники с электроприводом. Можно предположить, что техника с таким типом привода в России не займёт лидирующих позиций на рынке в ближайшие 5-10 лет. Думаю, что пока преимущество на рынке будет оставаться за техникой с гидроприводом», — констатирует Александр Альперин.

А пока век электропривода не наступил, специалисты напоминают, что гидропривод на дорожно-строительных и специальных машинах работает надёжно и безотказно при условии своевременного обслуживания его систем. Продлить срок жизни техники с гидроприводом помогут регулярная диагностика состояния компонентов, своевременная замена фильтров и мониторинг утечек.

Не допускается работа системы гидропривода при давлении, выходящем за пределы допустимых значений, с перекручиванием рукавов, местными вздутиями на их наружной поверхности, а также выполнение ремонтных работ при наличии высокого давления в системе. Соответственно, запрещено использование системы гидропривода без манометров для контроля давления, подчёркивает Иван Ермаков.

Отдельное внимание персоналу, обслуживающему технику, необходимо уделять рабочим жидкостям, а именно использовать только рекомендованные и качественные типы гидравлического масла, регулярно проверять их уровень и отсутствие загрязнений в них. Также эксперты советуют постоянно контролировать температуру рабочей жидкости, так как перегрев может привести к ускоренному износу компонентов, а переохлаждение — к увеличению вязкости масла и снижению эффективности работы.

«Нельзя игнорировать предупреждающие сигналы или признаки износа, такие как утечки, вибрации или изменение звука работы. Замену изношенных компонентов необходимо производить своевременно, в соответствии с рекомендациями производителя, при этом использовать только оригинальные или сертифицированные запчасти.

Применение аналогов или некачественных компонентов может снизить надёжность системы. Кроме этого, важно производить работы в соответствии с рекомендованными режимами, избегая перегрузок. Превышение допустимых нагрузок может привести к выходу техники из строя», — даёт наставления г-н Альперин.

Текст: Марина Каталакиди