В настоящее время в строительстве и промышленности строительных материалов и изделий практически не осталось уже немеханизированных, тяжелых и трудоемких работ. Поэтому основной и первостепенной задачей, стоящей перед создателями и производителями строительных машин и оборудования (СМО) в нашей стране на ближайшие десятилетия, будет повышение качества и конкурентоспособности нашей техники на мировом рынке.

К основным показателям качества СМО относятся материалоемкость, энергоемкость, надежность, социальная приспособленность, экологичность и в конечном итоге, стоимость создаваемой продукции и выполняемых работ.

Практически все виды СМО состоят из таких основных частей, как привод, рабочее оборудование, несущие (рамные) конструкции и ходовое оборудование у мобильных машин.

Привод машины, включающий в себя силовую установку, трансмиссию и систему управления, является ее сердцем и, как правило, в первую очередь предопределяет ее качество.

Вторая половина XX века характеризовалась созданием на базе применения высокоточных технологий и высококачественных материалов достаточно надежных гидронасосов, гидродвигателей и других элементов гидропривода с рабочим давлением до 40 МПа, имеющих на порядок ниже габариты и массу по сравнению с электродвигателями и аппаратами их управлениями, редукторов с планетарными зубчатыми передачами, также обеспечивающими существенное снижение массы и габаритов приводов.

Это позволило к концу XX столетия создать новое поколение строительных машин (СМ) с гидроприводом, обеспечившим им в сравнении с выпускавшимися ранее машинами с механическим приводом целый ряд преимуществ: наличие индивидуального, независимого привода каждого механизма, рабочего органа и движителя; возможность создания унифицированных блочных конструкций приводов машин и их крупносерийного специализированного производства, что способствовало достижению высокого качества и снижению стоимости; возможность автоматизации систем управления рабочими органами и движителями, а также систем безопасности, диагностирования и учета работы машин и их производительности; упрощение системы сервисного обслуживания и ремонта в процессе эксплуатации.

Появилась реальная возможность увеличить удельную производительность машин на 20-50%, снизить их удельную материалоемкость и энергоемкость, резко повысить универсальность и улучшить все «показатели их социальной приспособленности (безопасность, эргономические, эстетические и экологические свойства).

В наступившем новом столетии, особенно в первой его половине, вряд ли можно ожидать коренных принципиальных преобразований в области приводов строительных машин. Развитие, очевидно, будет идти, в основном, в направлении улучшения качественных показателей: дальнейшего увеличении КПД, долговечности и надежности, снижения материалоемкости, более полной автоматизации систем управления приводами и работой машины в целом.


Снижение материалоемкости приводов и повышение их долговечности, надежности и КПД будет идти путем поиска и применения новых, более прочных и износостойких материалов, новых технологий повышения прочности деталей, и особенно поверхностей трения, подверженных быстрому износу, а также новых технологий изготовления, обеспечивающих высокую точность изделий.

Можно ожидать, что уже в ближайшие 15-20 лет долговечность, например, двигателей внутреннего сгорания, гидронасосов, гидродвигателей и гидроаппаратуры, применяемых в строительных машинах, может быть повышена в 1,7-2 раза, а их габариты и удельная материалоемкость снижены не менее чем на 30-40%; на 20-25% снизится также расход топлива.

В качестве силовых установок для стационарных или мало передвигающихся строительных машин и оборудования (башенные и козловые краны, бетоносмесители, дробилки и др.) будут оставаться электродвигатели. Однако их электроприводы в целом претерпят серьезные качественные изменения в сторону уменьшения материалоемкости и увеличения долговечности, надежности и КПД за счет широкого применения новых высококачественных изоляционных, проводниковых и других материалов, а также более высоких технологий их изготовления. Существенно расширятся возможности надежного глубокого регулирования скоростей и крутящих моментов для электроприводов с двигателями переменного тока путем применения новых малогабаритных и надежных теристорных преобразователей, что особенно важно для приводов монтажных строительных кранов. В механической части привода в большинстве СМО как с гидро-, так и с электроприводом будут использоваться соосные многопоточные планетарные и волновые зубчатые передачи, встроенные в приводные барабаны, звездочки, колеса, гидромотор- и электромотор-редукторы с износостойкими дисковыми тормозными системами. Все это обеспечит приводам СМО минимальные габариты и массу, высокую долговечность и надежность, а также повышение КПД. Существенное снижение габаритов и массы приводных систем будет способствовать также значительному снижению габаритов и массы их опорных рам и несущих конструкций и строительных машин в целом.

Наибольшей эффективности в области совершенствования приводов строительных машин и оборудования в новом столетии можно ожидать от автоматизации систем их управления. Она будет развиваться по трем основным направлениям:

- разработка и внедрение более совершенных автоматизированных эргатических (человеко-оперативных) систем управления;

- разработка и внедрение жестких автоматических не адаптивных систем управления;

- разработка и внедрение автоматических адаптивных микропроцессорных систем управления.

Развитие первых двух направлений предопределяется в первую очередь требованием обеспечения универсальности и минимальной стоимости СМО, развитие же третьего направления в основном обусловлено обеспечением конкурентоспособности на мировом рынке.

Можно предположить, что наиболее крупные фирмы будут создавать и предлагать покупателю СМО с системами управления, отличающимися различной степенью автоматизации и, соответственно, стоимостью.

Развитие эргатических систем управления будет происходить в направлении широкого применения принципиально новых стационарных и носимых (дистанционных) пультов управления. Современные" органы управления строительных машин, в основном, включают рукоятки и педали гидрораспределителей или командо- контроллеров. Новые стационарные и носимые пульты управления будут одновременно включать в свой состав и дисплейные системы отображения информации от большого числа контролируемых параметров, обеспечивающих безопасную работу машин, диагностирование технического состояния их основных агрегатов и узлов, наработку, учет их производительности и др.

По-видимому, второе и третье направления автоматизации СМО впоследствии станут доминирующими. Функции машинистов строительных машин будут постепенно сводиться к функциям операторов, подобным функциям современных пилотов, операторов АСУТП, диспетчеров тепловых и атомных энергетических установок. Это, несомненно, потребует подготовки новых кадров машинистов-операторов СМО со среднетехническим и высшим образованием. Конкурентоспособность СМО в первую очередь будет обеспечиваться современными пультами управления, надежными гидрораспределителями с электрогидравлическим управлением, системами визуализации хода технологических процессов и микропроцессорными системами управления.

Проблемными направлениями в области дальнейшего развития автоматизированных эргатических систем управления можно считать разработку математического моделирования операторных органов управления, обоснование выбора критериев оценки качества операторных органов управления, разработку универсальных учебных тренажеров по выработке навыков управления. Б области систем автоматического управления такими направлениями могут стать разработка методов инвариантного управления (например, для землеройно-транспортных машин) и методов экспресс-программирования для манипуляторных машин (например, отделочных и окрасочных), а также разработка адаптивных систем защитной автоматики. Проблемы информационного обеспечения управляемых и контролируемых процессов будут постоянно возникать вновь в связи с переходом на качественно новые микропроцессорные системы управления и широким внедрением систем бортовой диагностики.

Развитие автоматизации СМО в указанных направлениях будет способствовать существенному повышению производительности труда, снижению стоимости строительства, улучшению условий работы машинистов и строительных рабочих, а также экологических условий.

Одними из основных направлений повышения качества СМО будут оптимизация существующих конструкций и поиски новых решений их рабочего оборудования (РОБ) и рабочих органов (РО), взаимодействующих с рабочей средой.

В рабочих процессах взаимодействия РО СМО, например с грунтом при его разрушении, разработке и уплотнении, с каменными породами при их дроблении и измельчении, а также в процессах грохочения, сортировки строительных материалов, перемешивания и уплотнения бетонных и растворных смесей, формирования керамических и других изделий, основными в ближайшие годы останутся механические воздействия РО на рабочую среду. Можно полагать, что для усиления механических воздействий на разрушаемые, измельчаемые, уплотняемые и транспортируемые рабочие среды все большее применение будут находить более эффективные вибрационные, виброударные и ударные рабочие органы. Основные препятствия для широкого использования таких РО и их приводов — пока еще недостаточные долговечность и надежность, а также невозможность в целом ряде случаев обеспечить снижение до безопасных пределов их вредного влияния на здоровье операторов и окружающий работающий персонал.

Вероятно, получат развитие и другие методы воздействия на рабочие среды применительно к СМО: гидравлические, термические и комбинированные гидромеханические и термомеханические.

Основными задачами совершенствования РО СМО останутся снижение энергоемкости рабочих процессов, повышение долговечности и надежности РО, снижение их удельной материалоемкости, уменьшение вредных вибрационных и шумовых воздействий.

Задачи повышения долговечности РО будут решаться путем применения для их изготовления высококачественных материалов (обладающих при термообработке высокой твердостью), наплавки их рабочих поверхностей износостойкими сплавами, облицовки их высокотвердыми сплавами типа ВК-15 и ВК-20.

Можно полагать, что в результате решения этих задач в ближайшие 20-25 лет для большинства видов СМО удастся снизить энергоемкость рабочих процессов взаимодействия РО с рабочей средой не менее чем на 40-50% и повысить долговечность их РО не менее чем в 2-2,5 раза.

Совершенствование несущих (рамных) конструкций, а также металлоконструкций рабочего оборудования СМО и снижение их габаритов и массы будет идти по следующим основным направлениям:

- оптимизация и создание конструкций из равнопрочных элементов;

- широкое применение гнутых штампованных профилей;

- автоматическая сварка с дополнительной технологической обработкой, обеспечивающей высокую долговечность сварных соединений по усталости;

- широкое применение неразрушающих методов контроля за качеством сварки;

- широкое использование высокопрочных болтовых соединений в монтажных стыках.

Решение этих задач позволит существенно снизить материалоемкость несущих и стреловых металлоконструкций, повысить их долговечность и надежность и обеспечить их ресурс на весь предполагаемый срок службы СМО без капитальных ремонтов.

В качестве основных видов движителей для ходового оборудования мобильных СМ в ближайшем будущем останутся гусеничный и пневмоколесный движители. При этом для многих СМ, как и сейчас, в качестве базы будут использованы промышленные гусеничные тракторы, колесные тягачи и шасси грузовых автомобилей. Однако из-за недостаточно полного соответствия шасси грузовиков требованиям таких, например, машин, как краны и экскаваторы, для них более широко будут применяться специальные пневмоколесные шасси большой грузоподъемности с высокими транспортными скоростями.

В качестве гусеничных движителей преимущественное распространение получат движители тракторного типа, обеспечивающие более высокую долговечность и надежность. Для снижения давления на грунт и уменьшения его повреждения в большей степени станут использоваться уширенные и удлиненные гусеницы, а для работы в городских условиях — резинометаллические опорные траки. С этими же целями в пневмоколесных движителях все чаще будут применяться широкие и арочные шины с пониженным и регулируемым давлением. В процессе совершенствования гусеничных и пневмоколесных движителей одной из основных задач специалистов на ближайшую перспективу будет повышение долговечности этих механизмов, как по несущей способности, так и по износу.

Особо нужно отметить задачи по улучшению социальной приспособленности СМО, которые в новом столетии будут одними из важнейших и окажут существенное влияние на конкурентоспособность СМО.

Одними из основных станут задачи надежного обеспечения безопасности труда как машинистов, так и людей, связанных с работой СМО. Задачи будут решаться путем улучшения динамических и тормозных качеств, повышения устойчивости против опрокидывания и заноса, улучшения обзорности, обеспечения высококлассными приборами безопасности, предупреждающими о возможности наступления критических ситуаций, повышения надежности элементов конструкции, разрушение которых может привести к аварийной ситуации, а также путем использования автоматических устройств безопасности и блокировки. Улучшение эргономических свойств СМО будет также одной из основных задач их совершенствования с точки зрения их социальной приспособленности.

Эта задача будет решена посредством уменьшения воздействий вибрации и шума на машинистов и людей, работающих со СМО, обеспечения минимальных усилий воздействия на органы управления, создания оптимальных условий на рабочем месте машинистов и операторов (положение их тела в кресле, температура, влажность и химический состав воздуха, скорость обдува воздухом).

Большое внимание будет уделяться повышению эстетических свойств СМО, определяемых в первую очередь их внешним видом, оформлением кожухов, капотов, окраской и особенно внешним и внутренним дизайном кабин управления. Большое значение будет придаваться также улучшению экологических свойств СМО: уменьшению токсических веществ, выделяемых в атмосферу с выпускаемыми газами, снижению уровня внешнего шума от работающих СМО, уменьшению вредного воздействия на почву от движителей при передвижении и работе мобильных СМ, а также от загрязнений, связанных с проливом топлива и смазки. Улучшение социальной приспособленности СМО может существенно повысить их конкурентоспособность.