Mercedes-Benz: Hydrauliczny pomocnik
W branży budowlanej napęd na wszystkie koła w ciężkich pojazdach to temat-rzeka. Niektórzy potrzebują go przez cały czas, inni nigdy, a wielu – tylko od czasu do czasu. Mercedes-Benz oferuje rozwiązania ściśle dopasowane do wymagań użytkowników – odnosi się to zarówno do licznych konfiguracji osi, wersji silnikowych czy rodzajów kabin, jak i do układów napędowych. Teraz ofertę uzupełnia kolejny wariant Arocsa, wyposażony w hydrauliczny napęd pomocniczy (HAD). Za tą nazwą kryje się wyjątkowo pomysłowy napęd hydrauliczny kół przedniej osi, przeznaczony do okazjonalnego zastosowania w terenie.
Są takie pojazdy budowlane, które w czasie swojego życia rzadko kiedy zjeżdżają z utwardzonych dróg. Inne pracują w wymagającym terenie niemal bez przerwy. Jaki typ napędu będzie dla nich odpowiedni? W obu przypadkach odpowiedzi na to pytanie można udzielić błyskawicznie. Ale jest jeszcze trzeci, szczególnie popularny rodzaj eksploatacji, łączący jazdę po asfalcie i bezdrożach. Dotyczy on pojazdów, które od czasu do czasu użytkowane są w terenie i potrzebują dodatkowego układu napędowego – muszą np. pokonać trasę z trudno przejezdnymi odcinkami lub strome podjazdy, albo pracują na obszarach, gdzie występują silne opady śniegu. Podobnie jest z wywrotkami i ciągnikami siodłowymi z niskopodłogowymi naczepami, przeznaczonymi do transportu ciężkich maszyn budowlanych.
Zakres tych zastosowań jest zresztą bardzo szeroki. Klasyczne pojazdy budowlane przewożące materiały sypkie – w ich przypadku najbardziej liczy się ładowność, ale przy załadunku i rozładunku niezbędna jest też niezawodna przyczepność. Wywrotki tylnozsypowe wymagają dodatkowej trakcji przy rozładunku na nieutwardzonej lub śliskiej nawierzchni. Ciężarówki wożące drewno dłużycowe muszą często pokonywać wymagające drogi wiodące przez las, a te, które transportują towary rolne – przez pola uprawne. Większość z nich przemieszcza się głównie po twardych nawierzchniach, jednak bez dodatkowego napędu wszystkich kół nie jest w stanie wykonywać swojej pracy. To samo odnosi się do samochodów wykorzystywanych do zimowego utrzymania dróg lub w regionach, gdzie drogi są w słabej kondycji bądź często pada śnieg. W każdym z tych przypadków potrzeba wyjątkowo wszechstronnego pojazdu – takiego, jak np. Mercedes-Benz Arocs HAD.
Technika idzie w sukurs
Rozwinięcie skrótu HAD to w języku polskim „hydrauliczny napęd pomocniczy”, dodatkowy układ napędowy wykorzystywany tylko wtedy, gdy istnieje taka konieczność. Jego konstrukcja znacznie różni się od klasycznego, stałego lub dołączanego napędu na wszystkie koła ze skrzynią rozdzielczą, wałem napędowym, dyferencjałem i półosiami. Do zalet napędu hydraulicznego należą niewielka masa, ograniczony wpływ na zużycie paliwa i emisję spalin oraz wszechstronność w konfiguracji pojazdu. W przypadku samochodów Mercedes-Benz listę tę uzupełnia całkowita bezobsługowość, niskie zużycie paliwa z uruchomionym napędem hydrostatycznym, a przede wszystkim połączenie z przekładnią Mercedes PowerShift 3. Napęd HAD stosowany przez Mercedes-Benz jest opatentowany i wykorzystuje elementy francuskiej firmy Poclain, globalnego lidera w zakresie hydraulicznych układów napędowych. Odpowiednie podzespoły zostały dostosowane do montażu w ciężarówkach spod znaku trójramiennej gwiazdy. Inżynierowie Mercedesa odpowiadają m.in. za opracowanie kluczowej technologii sterowania.
Żeby uruchomić hydrauliczny napęd pomocniczy, kierowca musi tylko wcisnąć odpowiedni przycisk na desce rozdzielczej. Można to zrobić na postoju, jeszcze przed wjazdem na plac budowy lub już po zjechaniu z utwardzonej drogi. W efekcie Arocs HAD radzi sobie nawet z nieprzewidzianymi sytuacjami na drodze. Napęd wyróżnia się wyjątkową elastycznością, kierowca może aktywować blokady dyferencjałów niezależnie od stanu działania HAD. Innymi słowy, jeśli warunki tego wymagają, może uruchomić blokadę tylnego mechanizmu różnicowego bez korzystania z napędu przednich kół.
Szeroka gama
Arocs HAD jest oferowany w wielu wariantach. Dostępne konfiguracje osi obejmują odmiany 4×2, 6×2 z osią wleczoną oraz 6×4, a każda z nich wyposażona jest w pneumatyczne zawieszenie tylnej/tylnych osi. W gamie jednostek napędowych do wyboru są dwa silniki, każdy w czterech wersjach mocy. Silnik Mercedes-Benz OM 470 o pojemności 10,7 l rozwija od 326 KM (240 kW) do 428 KM (315 kW), a 12,8-litrowa jednostka OM 471 generuje od 421 KM (310 kW) do 510 KM (375 kW). Siła napędowa jest kierowana do kół za pośrednictwem całkowicie zautomatyzowanej przekładni Mercedes PowerShift 3 z 12 lub 16 przełożeniami.
Również oferta kabin nie pozostawia niczego do życzenia. Do wyboru są warianty ClassicSpace w trzech wersjach długości, CompactSpace, StreamSpace oraz BigSpace, dostępne z szerokością 2,3 lub 2,5 m. Napęd HAD można zamówić także dla Actrosa i Antosa w tych samych specyfikacjach. I choć w przypadku tych modeli zapotrzebowanie na napęd wszystkich kół jest mniejsze, to nie brakuje sytuacji, gdy i tu potrzeba dodatkowej trakcji. Tam, gdzie znaki drogowe zwalniają pojazdy z napędem wszystkich kół z obowiązku zakładania łańcuchów śniegowych, HAD pozwala uniknąć ich czasochłonnego montażu – np. w przypadku użytkowanych w górach ciężarówek dystrybucyjnych z ogumieniem 385/65 R 22.5.
Wyrafinowana technika
Podstawowe elementy napędu HAD obejmują pompę wysokiego ciśnienia, przednią oś z hydrostatycznymi silnikami w piastach, moduł boczny oraz blok zaworów. Podzespoły hydrauliczne są połączone za pomocą przewodów hydraulicznych przesyłających ciecz pod zróżnicowanym ciśnieniem. Sercem napędu jest wydajna pompa wysokiego ciśnienia, umieszczona w centralnym miejscu przy silniku i napędzana bezpośrednio przez przystawkę odbioru mocy. Pompa ma moc do 112 kW, a jej wydajność przy maksymalnym ciśnieniu 450 barów sięga 350 l/min.
Przednia oś Arocsa HAD ma klasyczną konstrukcję, ze stalowym zawieszeniem i tarczami hamulcowymi. Z zewnątrz wariant HAD można rozpoznać po zmodyfikowanych pokrywach kół. Oś dostępna jest w dwóch rozstawach kół, dopasowanych do wybranej wersji modelu. Na potrzeby integracji silników z piastami kół po lewej i prawej stronie opracowano nowe zwrotnice oraz obręcze.
Hydrostatyczne silniki w piastach przednich kół zamieniają ciśnienie hydrauliczne na pracę mechaniczną. Są to jednostki gwiazdowe z centralnym wałem korbowym, o 10 cylindrach umieszczonych promieniowo na obwodzie koła. Ich tłoki są naprzemiennie wypychane przez ciśnienie hydrauliczne. Siła reakcji wytwarza moment, który napędza przednie koła. Każdy z silników ma pojemność 934 cm3, moc 40 kW i osiąga maksymalny moment obrotowy 6250 Nm. To iście kosmiczna wartość. Olej hydrauliczny do ich zasilania jest dostarczany bezpośrednio przez sworzeń zwrotnicy. Zamontowany w końcówce obrotowy rozdzielacz zabezpiecza przewody wysokiego ciśnienia przed zawinięciem w trakcie skręcania. Układ nie musi więc kompensować ruchów kierownicy, a jedynie ruchy zawieszenia – co ma istotny wpływ na wydłużenie jego żywotności.
Trzy obiegi
Układ hydrauliczny składa się z trzech obiegów. Obieg wysokiego ciśnienia odpowiadający za napęd silników w piastach osiąga ciśnienie robocze do 450 barów. Obieg niskiego ciśnienia (do 30 barów) służy do sterowania układem – utrzymuje tłoki silników w piastach w pozycji spoczynkowej, gdy nie są używane. Trzeci obieg składa się z bezciśnieniowego przewodu nadmiarowego, którym nadmiar płynu hydraulicznego powraca do zbiornika.
W układzie krążą 32 l oleju. Mercedes-Benz wykorzystuje tu syntetyczny olej przekładniowy, podobny do stosowanego w ciężarówkach. Przeznaczono go do pracy w szerokim zakresie temperatur – od -40 do 90 st. C., obejmującym najbardziej ekstremalne warunki. Gdy kierowca uruchomi HAD zimą, specjalne oprogramowanie automatycznie podgrzewa olej do minimalnej temperatury roboczej około 15 st. C., zwiększając sprawność systemu. Przed zbyt wysokimi temperaturami chroni moduł chłodzenia zlokalizowany w module bocznym, po prawej stronie ramy. Jego moc wynosi około 20 kW. Składa się z chłodnicy oleju i wentylatora we wspólnej, zamontowanej pionowo obudowie, zbiornika hydraulicznego oraz filtra oleju.
Kluczową rolę odgrywa blok sterowania zaworami, również umieszczony w module bocznym, poniżej ramy. Składa się on ze wszystkich zaworów potrzebnych do sterowania napędem hydraulicznym, odpowiada też za przekazywanie stałej ilości oleju z obiegu wysoko- do niskociśnieniowego (w celu chłodzenia). Z blokiem zintegrowano również czujniki ciśnienia w różnych obwodach oraz czujnik temperatury. Jego wykonana ze staliwa obudowa została zoptymalizowana pod kątem masy. W połączeniu z frezowanymi blokami zaworów, zaoszczędzono około 35 kg.
Wysoka wydajność modułu chłodniczego – 20 kW – umożliwia ciągłą pracę w terenie przy prędkościach do 15 km/h. Przy wyższych prędkościach przenoszony jest jedynie niewielki moment obrotowy, dlatego HAD zachowuje wówczas pełną funkcjonalność przez około 5 minut. W rezultacie umożliwia realizację praktycznie wszystkich zadań, jakie wykonują pojazdy budowlane w mieszanym trybie eksploatacji.
„Mózg” HAD
„Mózgiem” hydraulicznego napędu pomocniczego jest moduł połączony z jednostką sterującą przekładnią (TCU – transmission control unit). Nadzoruje on działanie pompy, bloku zaworów i wentylatora, a więc całego dodatkowego układu napędowego. Główną zaletą opracowanego przez Mercedesa systemu sterowania jest elastyczność – wartość momentu obrotowego generowana przez silniki w piastach kół jest dostosowana do sytuacji na drodze. System zbiera informacje z czujników: analizuje poślizg i masę pojazdu, a także jego nachylenie. W porównaniu z prostymi rozwiązaniami typu 0-1, wyrafinowane sterowanie napędem HAD zapewnia lepszą trakcję: generuje tyle momentu, ile potrzeba w danej sytuacji. Jednocześnie układ odznacza się dłuższą żywotnością i w znacznie mniejszym stopniu wpływa na zwiększenie zużycia paliwa oraz emisji spalin.
Jazda jest prosta
Zautomatyzowane skrzynie cieszą się dużą popularnością również w pojazdach budowlanych. Ponad 90% Mercedesów z tego segmentu wyposażonych jest w całkowicie zautomatyzowaną przekładnię PowerShift 3. Chroni ona przed przeciążeniem główne podzespoły układu napędowego, od silnika i sprzęgła do skrzyni i osi – zwłaszcza podczas użytkowania w terenie. Ponadto pozwala kierowcy w pełni skupić się na wykonywanych zadaniach i prowadzeniu ciężarówki na grząskiej lub śliskiej nawierzchni.
W przeciwieństwie do porównywalnych rozwiązań, sterowanie HAD pozwala dozować moment obrotowy – układ dostarcza go dokładnie tyle, ile akurat potrzeba, zależnie od pozycji pedału gazu. Jego interwencja następuje błyskawicznie, w momencie najmniejszego poślizgu tylnych kół. W rezultacie kierowca może zapomnieć o spektakularnym, bezsensownym „mieleniu” kołami. Co ważne, ciśnienie w układzie automatycznie wzrasta w momencie ruszania, co ułatwia sprawne ruszanie w terenie lub na stromych podjazdach. Napęd pomocniczy jest dostępny do prędkości 25 km/h. Przy wyższych dodatkowa przyczepność nie jest już potrzebna. Z tego względu włączony HAD przechodzi w tryb uśpienia. Gdy tylko prędkość pojazdu spadnie poniżej 25 km/h, znów automatycznie przechodzi w tryb aktywny i interweniuje, poprawiając trakcję. Taka strategia ułatwia pracę kierowcy. HAD działa również podczas cofania, na pierwszym i drugim biegu wstecznym. Przy okazji HAD ułatwia hamowanie bez zużywania elementów układu hamulcowego. Ponieważ pompa systemu hydraulicznego napędzana jest przez przystawkę odbioru mocy z silnika, pojazdy z HAD mogą zostać opcjonalnie wyposażone w dodatkowy, równie mocny i lekki retarder wodny.
Bez przerwy w ciągu
Aby zapewnić maksymalną trakcję, po aktywacji napędu HAD skrzynia biegów nigdy nie pomija żadnych przełożeń. Kolejna jego zaleta ujawnia się przy zmianie biegów: ponieważ HAD jest napędzany przez odsilnikową przystawkę odbioru mocy, w trakcie zmiany biegów chroni przed przerwami w dostawie siły pociągowej – na przednich kołach zawsze dostępny jest pełen uciąg. Gdy samochód przekroczy prędkość 60 km/h, HAD zostaje samoczynnie całkowicie wyłączony. Chroni to główne podzespoły i obniża zużycie paliwa oraz emisję spalin. Napęd pomocniczy jest także automatycznie odłączany po unieruchomieniu silnika – dzięki temu nie jest bez potrzeby aktywowany przy następnej jeździe.
Centralny ekran na panelu wskaźników informuje kierowcę o aktualnym stanie działania napędu przednich kół. Jeśli stosowna lampka ma kolor biały, HAD pozostaje aktywny, ale w danej chwili nie przekazuje momentu. Gdy zaczyna świecić na niebiesko, HAD napędza przednie koła. Status napędu wskazuje również dioda na jego włączniku.
Kolejnym atutem Arocssa z układem HAD jest wyjątkowa zwrotność. W przeciwieństwie do mechanicznych układów napędu na wszystkie koła, HAD nie zmniejsza kąta skrętu – jest on identyczny jak w ciężarówkach z tylnym napędem. Także siły kierujące są takie same. Ze względu na rozdzielność napędów przednich i tylnych kół w układzie napędowym nie dochodzi do żadnych przeciążeń. Jeśli istnieje taka potrzeba, w ciężarówce z HAD kierowca może założyć łańcuchy śniegowe na przednie koła.
Dobra trakcja, większa ładowność
Jak w przypadku wszystkich Arocsów, tak i wariant z hydraulicznym napędem pomocniczym korzysta z perfekcyjnie skalibrowanego i wysoce wydajnego zespołu napędowego. Płynie z tego dwojaka korzyść: dodatkowy napęd na żądanie zwiększa zużycie paliwa w standardowej eksploatacji wyłącznie minimalnie. Po drugie, opracowany przez Mercedes-Benz system pracuje w trybie kontrolowanym. W przeciwieństwie do porównywalnych napędów, zapotrzebowanie na olej napędowy rośnie w stopniu proporcjonalnym do mocy, jakiej potrzebuje kierowca.
Przykładowa kalkulacja dla Arocsa 1843 LS – chętnie wykorzystywanego na placach budowy z naczepą wywrotką – wygląda następująco: podczas jazdy po asfalcie z wyłączonym napędem HAD jego zużycie paliwa jest jedynie o 1,5% wyższe niż ciężarówki z tylnym napędem, identyczną skrzynią i osiami hipoidalnymi przy jednoczesnym zachowaniu ogromnych rezerw przyczepności. Podstawą dla tych obliczeń jest typowy profil zastosowań z przeważającym udziałem jazdy drogami pozamiejskimi i mniejszym autostradami oraz w mieście.
Wybierający model wagi ciężkiej – Arocsa HAD z osiami ze zwolnicami i skrzynią biegów z nadbiegiem – w tych samych warunkach mogą spodziewać się wzrostu zużycia paliwa o około 2% względem bazowego pojazdu z napędem HAD i hipoidalną tylną osią. Dla porównania, konwencjonalny dołączany napęd wszystkich kół powoduje zwiększenie zapotrzebowania na olej napędowy o 8%, a stały – nawet o 10% w odniesieniu do konfiguracji z HAD i hipoidalną tylną osią. W efekcie spadają nie tylko koszty, ale i emisja CO2.
Na szczególną uwagę zasługują również masy i ładowności Arocsa HAD – ciężarówka oferuje znacznie wyższą ładowność niż ta wyposażona w klasyczny napęd na wszystkie koła. Zastosowanie napędu pomocniczego zwiększa masę pojazdu zaledwie o 400 kg. Dołączany napęd na wszystkie koła w przypadku dwuosiowego Arocsa waży ponad dwa razy więcej (825 kg),
a stały zwiększa ten wynik o dodatkowe 575 kg, dając łącznie 1400 kg – ma skrzynię rozdzielczą, dyferencjał, wał napędowy, grubszą ramę i inne elementy, których nie potrzebuje wariant HAD.
(rum)
Fot. Mercedes-Benz, Sławomir Rummel
