Самосвал. Виды, устройство, характеристики автосамосвалов и прицепов-самосвалов

1. Классификация автосамосвалов

Автосамосвалами (автомобилями-самосвалами и автопоездами-самосвалами) называются автотранспортные средства, предназначенные для перевозки различных грузов и их выгрузки с помощью опрокидывающегося кузова.

Кузов (платформа), шарнирно укрепленный на раме, может наклоняться назад или на боковую сторону на угол 45–60°.

Основными грузами, перевозимыми автосамосвалами, являются сыпучие (навалочные), насыпные, полужидкие (растворы) и скальные грузы, а также грузы, не требующие осторожности при разгрузке.

Автомобили-самосвалы и самосвальные автопоезда составляют около четверти эксплуатируемых грузовиков, а их суммарная грузоподъемность около трети грузоподъемности всех, находящихся в эксплуатации грузовых автомобилей.

Автосамосвалы могут быть классифицированы по 7 основным признакам (рис. 1):

• а) по назначению – строительные, сельскохозяйственные, карьерные, узкоспециализированные;
• б) по направлению разгрузки кузова (платформы) – заднее, боковое одностороннее, боковое двухстороннее, трехстороннее;
• в) по грузоподъемности – малой – до 2 т, средней – 2–7 т, большой – 7–14 т, особо большой (большегрузные) – свыше 14 т;
• г) по типу транспортного звена – автомобиль-самосвал, автопоезд-самосвал, прицеп-самосвал, полуприцеп-самосвал;
• д) по приспособленности к типу дорог – для всех видов дорог, для дорог ограниченного использования (для дорог с нагрузкой на мост не более 100 кН);
• е) по проходимости – внедорожные большегрузные (типа БелАЗ), внедорожные высокой проходимости (4×4, 6×6 и др.),
• дорожные обычной и повышенной проходимости (4×2 или 6×4);
• ж) по приспособленности для работы с прицепом – одиночный самосвал, самосвал-тягач.

Рисунок 1 – Классификация автосамосвалов

Автосамосвалы изготавливают на базе шасси основных моделей грузовых автомобилей, прицепов, полуприцепов и отличаются от них формой и длиной грузового кузова, наличием надрамника и подъемного механизма грузового кузова.

Наиболее распространены автосамосвалы строительной группы (рис. 2).

Строительные самосвалы служат для перевозки сыпучих грузов (земля, песок, щебень, гравий и др.), строительных растворов (бетон, известь, гипс, мыльная щелочь и др.) и других различных строительных грузов (силикатный кирпич, цемент и др.).

Строительные самосвалы предназначены для движения по дорогам с твердым покрытием и поэтому имеют колесную формулу 4×2 или 6×4. Они могут быть оснащены бензиновыми двигателями или дизелями и имеют относительно высокие максимальные скорости движения (70…90 км/ч). Их грузоподъемность составляет 2,25…12 т, вместимость грузового кузова 2…7,2 м³, опрокидывание кузова – преимущественно заднее, угол подъема кузова при разгрузке 48…60°, а время его подъема и опускания 15…20 с.

Рисунок 2 – Строительные самосвалы

В России выпускается целый ряд моделей строительных самосвалов и их модификаций, выполненных на базе шасси грузовых автомобилей ГАЗ, ЗИЛ, КамАЗ и др.

Новые строительные самосвалы, по сравнению с ранее выпущенными, имеют повышенную грузоподъемность и больший объем грузового кузова, более мощные двигатели и повышенные тяговоскоростные свойства.

Сельскохозяйственные самосвалы (рис. 3) служат для перевозки навалочных и насыпных сельскохозяйственных грузов (удобрения, корма, зерно, силос, кукуруза, овощи, картофель, свёкла и др.). Эти самосвалы могут быть также использованы для различных хозяйственных и строительных работ.

Рисунок 3 – Сельскохозяйственные самосвалы

Сельскохозяйственные самосвалы работают в тяжелых дорожных условиях. При перевозке сельскохозяйственных грузов их пробег вне дорог составляет почти половину суммарного пробега.

Сельскохозяйственные самосвалы отличаются от строительных самосвалов большими объемами грузовых кузовов и трехсторонним направлением разгрузки. Кроме того, сельскохозяйственные самосвалы дополнительно оборудуются надставными бортами, которые увеличивают вместимость кузовов в 1,5 – 2 раза, что позволяет при перевозке сравнительно легковесных и малоплотных (плотность менее 1 т/м³) сельскохозяйственных грузов полнее использовать их грузоподъемность. При перевозке сыпучих грузов (зерно, удобрения и др.) для предотвращения выдувания их из кузова сельскохозяйственные самосвалы оснащают тентами.

Грузоподъемность сельскохозяйственных самосвалов 2,4…5,5 т, вместимость кузова 4,3…6 м³ (с надставными бортами 6,7…12,5 м³), угол подъема кузова при разгрузке 48…58°, время подъема и опускания кузова 15 с.

В России выпускается целый ряд моделей сельскохозяйственных самосвалов, выполненных на базе шасси грузовых автомобилей ГАЗ, ЗИЛ, КамАЗ и др.

Карьерные самосвалы (рис. 4) используют на открытых горных выработках. Эти самосвалы, как правило, особо большой грузоподъемности, с дизельным двигателем, работающим на экологически чистом топливе для предотвращения загазованности углубленных карьеров.

Карьерные самосвалы предназначены для перевозки горных пород и твердых полезных ископаемых (руда, каменный уголь и др.). Они служат для работы вне дорог, и их движение по дорогам с асфальтовым покрытием недопустимо из-за больших осевых нагрузок и удельных давлений колес на поверхность дороги.

Рисунок 4 – Карьерные самосвалы

Карьерные самосвалы обычно имеют колесную формулу 4×2, укороченную базу, дизельные двигатели большой мощности (300…1700 кВт), автоматические трансмиссии (гидромеханические, электрические), гидропневматические подвески, одно- и двухместные кабины. Все это обеспечивает им повышенные тяговоскоростные свойства (максимальные скорости 50…60 км/ч), высокую маневренность и плавность хода, а также хорошие условия для работы водителей.

Эти самосвалы обладают хорошей проходимостью благодаря большому дорожному просвету (500…700 мм), большому диаметру (1,5…2,5 м) и значительной ширине колес (0,5 м и более); грузоподъемность карьерных самосвалов 30…180 т, вместимость грузового кузова 15… 70 м³, опрокидывание кузова – заднее, угол подъема кузова 50…55°, а время его подъема 22…25 с. Боковое опрокидывание грузового кузова на карьерных самосвалах не применяется вследствие недостаточной их поперечной устойчивости при разгрузке.

Карьерными также являются самосвалы марки БелАЗ (рис.  5), которые выпускаются в республике Беларусь.

Рисунок 5 – Карьерный самосвал БелАЗ

Узкоспециализированные самосвалы (рис. 6) применяют для перевозки только одного определенного вида груза (бетоновозы, цементовозы, минераловозы, зерновозы).

Чаще всего разгрузка таких самосвалов производится назад. Выпускаются самосвалы с предварительным подъемом груза (выгрузка на железнодорожный состав).

Кузова могут быть съемными (сменными) и саморазгружающимися. Последние предназначены для работы в пределах стройплощадки. Центр тяжести груженого кузова у них располагается за опорой кузова (в направлении его разгрузки). После отпирания запора (замка), удерживающего задний борт кузова, он опрокидывается под действием момента с плечом от центра тяжести до опоры. Центр тяжести пустого кузова находится перед опорой. Поэтому, после сползания груза, кузов стремится опуститься в исходное горизонтальное положение.

Рисунок 6 – Узкоспециализированные самосвалы

2. Устройство автосамосвалов

Автомобиль-самосвал состоит из шасси грузового автомобиля с кабиной и самосвальной установки.

Самосвальная установка включает (рис. 7 и рис. 8): грузовой кузов, надрамник и гидравлический подъемный механизм (гидравлическое опрокидывающее устройство).

Кузов предназначен для размещения груза, а форма и размеры кузова соответствуют специфике груза. При конструировании кузова  учитывается фактор максимальной универсальности для перевозки различных грузов. Кузова могут оснащаться съемными уплотнителями бортов для исключения потерь груза при его перевозке, тентом для укрытия грузов от выдувания, съемными надставными бортами для лучшего использования грузоподъемности шасси.

Рисунок 7 – Грузовой кузов (а) и надрамник (б) самосвалов КамАЗ: 1 – боковина; 2 – козырек; 3, 6 – борта; 4, 7, 14, 15 – усилители; 5 – стойка; 8 – основание; 9, 11 – опоры; 10, 13, 16, 19 – поперечины; 12 – лонжерон; 17 – кронштейн; 18 – рама

Рисунок 8 – Кузов самосвала: 1 – продольная балка; 2 – упорная штанга; 3 – ось опрокидывания; 4 – цапфа; 5 – запорный крюк; 6 – ось подвески заднего борта; 7 – тяга

Кузов является наиболее трудоемкой, металлоемкой и быстро изнашиваемой частью самосвальной установки. Он может быть без открывающихся бортов и с открывающимися (откидывающимися) бортами.

Кузова с открывающимися бортами имеют ручные или дистанционно управляемые запоры. Для механической фиксации кузова в поднятом положении он может оснащаться упором.

Надрамник представляет собой сварную конструкцию и предназначен для установки на шасси автомобиля кузова и других узлов самосвальной установки (гидроцилиндра, оси опрокидывания и др.). Он состоит из двух продольных лонжеронов швеллерного сечения, закрепляемых на раме автомобиля, и поперечных балок.

На различных автомобилях-самосвалах надрамники аналогичны и отличаются лишь по типу профилей лонжеронов и поперечных балок, их размером и расположению отдельных элементов.

Подъемный механизм предназначен для обеспечения разгрузки кузова самосвала путем его наклона (опрокидывания) и последующего возвращения в исходное (транспортное) положение. Он также обеспечивает фиксацию кузова в любом промежуточном положении при его подъеме и опускании.

На автомобилях-самосвалах наибольшее распространение получили гидравлические подъемные механизмы, привод которых осуществляется от двигателя автомобиля через коробку передач. Эти механизмы компактны, надежны, безопасны в работе, обладают плавностью и быстротой действия, имеют большой срок службы.

3. Кузова автосамосвалов

Грузовые кузова самосвалов обычно изготавливают цельнометаллическими – сварными из листовой стали – и усиливают стойками. Иногда их делают из алюминиевых сплавов или армированных пластмасс, что позволяет уменьшить массу самосвала, повысить коррозионную стойкость кузова, снизить уровень шума при погрузке, улучшить очищаемость при разгрузке, а также за счет снижения полной массы самосвала уменьшить сопротивление качению и расход топлива.

В зависимости от типа и свойств перевозимого груза кузова самосвалов могут иметь различную форму (рис. 9): прямоугольную, корытообразную, полуэллиптическую, ковшовую, совковую. Кроме того кузова бывают с открывающимися в направлении разгрузки бортами (назад, вбок, на все стороны), без открывающихся бортов и без задних бортов (рис. 10).

Одним из наиболее простых по конструкции является кузов ковшового типа. Кузов самосвала КамАЗ (рис. 11) цельнометаллический, сварной, без открывающихся бортов, прямоугольного сечения. Он выполнен равномерно расширяющимся от передней части к задней, что обеспечивает его лучшую разгрузку при опрокидывании.

Рисунок 9 – Формы кузовов автомобилей-самосвалов

Рисунок 10 – Схемы открывания бортов грузовых кузовов и выгрузки самосвалов: а, б – прямоугольные с открывающимися в бок бортами; в – корытообразный без открывающихся бортов; г – полуэллиптический с открывающимся назад бортом; д – ковшовый без задних бортов; е – совковый без задних бортов

Рисунок 11 – Кузов (платформа) самосвала КамАЗ: 1 – боковина; 2 – козырек; 3, 6 – борта; 4, 7 – усилители; 5 – стойки; 8 – основание

Кузов состоит из основания 8 с продольными верхними и нижними усилителями 4 и 7, боковых бортов 6 со стойками 5, переднего борта 3 и козырька 2 с боковинами 1. В передней части кузова приварен кронштейн крепления верхней опоры гидроцилиндра подъемного механизма, а в задней части – кронштейны шарниров оси опрокидывания.

Достоинства ковшового кузова:

• простота конструкции;
• герметичность, прочность и жесткость конструкции;
• проще в эксплуатации (не нужно отрывать и закрывать борта). Недостатки ковшового кузова:
• необходимость большого угла подъема платформы и, как следствие, ухудшение продольной устойчивости самосвала;
• затрудненность разгрузки плохо сползающего груза (влажный песок, глина и др.);
• нерациональное использование объема.

В связи с указанными недостатками большее распространение получили кузова с открывающимися бортами.

Кузова с открывающимися бортами могут иметь верхнее или нижнее расположение шарниров, обеспечивающих соответствующее открывание бортов.

Способ открывания борта вбок существенно влияет на степень подсыпания груза под колеса самосвала (рис. 12). Наименьшее подсыпание груза под колеса наблюдается с фиксацией откидного борта под углом, равным углу подъема кузова (рис. 12 в).

Рисунок 12 – Влияние способа открывания борта на степень подсыпания груза под колеса

Рисунок 13 – Автосамосвалы с различным способом разгрузки

4. Самосвальные прицепы и полуприцепы

Самосвальные прицепы и полуприцепы позволяют существенно повысить грузоподъемность и производительность самосвалов, а также снизить себестоимость транспортных работ. В связи с этим автопоезда-самосвалы получают все более широкое распространение.

При перевозке грузов буксировка прицепов-самосвалов (рис. 14) осуществляется автомобилями-самосвалами, а транспортировка полуприцепов-самосвалов (рис. 15) – автомобилями-тягачами (рис. 16). При этом маневренность, проходимость и устойчивость автопоездов с прицепами-самосвалами значительно ниже, чем автопоездов с полуприцепами-самосвалами.

Рисунок 14 – Прицепы-самосвалы

Самосвальные прицепы и полуприцепы имеют один или два моста, оборудованы металлическими сварными опрокидывающимися кузовами с задним или тремя (задним и двумя боковыми) открывающимися бортами. Их кузова могут также дополнительно оборудоваться съемными надставными бортами. Направление разгрузки прицепов и полуприцепов-самосвалов – заднее или боковое на две стороны. Грузоподъемность их составляет 4…13,5 т, а вместимость кузова – 3…8 м³. Подъемный механизм кузова прицепов и полуприцеповсамосвалов имеет гидравлический привод от автомобиля-тягача.

Рисунок 15 – Полуприцепы-самосвалы

Подъемный механизм предназначен для обеспечения разгрузки кузова самосвала путем его наклона (опрокидывания) и последующего возвращения в исходное (транспортное) положение. Он также обеспечивает фиксацию кузова в любом промежуточном положении при его подъеме и опускании.

Гидравлические подъемные механизмы бывают с ручным и дистанционным управлением краном управления (гидрораспределителем).

Рисунок 16 – Автопоезда-самосвалы