Автоматизированные механические коробки передач ZF для самосвалов КАМАЗ

Мы в России уже почти привыкли к автоматическим коробкам на автомобилях. А ведь лет десять-пятнадцать коробка-«автомат» казалось практически недосягаемой роскошью… Постепенно стало признаком хорошего тона покупать легковые автомобили с «автоматами», хотя все равно АКП является и элементом демонстрации благосостояния. Но ведь «автоматы» теперь ставят даже на тольяттинские легковушки, тем самым делая удобнее их управление и поднимая престиж автозавода. Да что там продукция «АВТОВАЗа», допустим, даже с бюджетной «Лада Калина» или «Грантой» – ​«автомат» ставят на самые демократичные российские автобусы – на «ПАЗики», чего раньше никогда не было. Кроме того, «Группа ГАЗ» готовится комплектовать АКП «ГАЗели»!
Если не брать в расчет автобусы, то в России в сегменте коммерческого автотранспорта по применению автоматических коробок передач все же лидируют магистральные грузовики – ​седельные тягачи и шасси 6х2 под установку рифрежераторных фургонов или тентованных платформ. Конечно, в России, в отличие от Европы и Америки, все еще есть опытные водители, которые вполне обходятся без «автоматов», но сейчас и у нас растет спрос на автоматизированные коробки. Среди водителей грузовиков все меньше желающих шевелить «кочергой» весь день. Кому лень, а кто и не умеет. К примеру, у Volvo Trucks среди магистральных тягачей Volvo FH в России около 90 % грузовиков уже продается с «роботами». В Европе на флагманский Mercedes-Benz Actros третьего поколения еще 10 лет назад обычную 16-ступенчатую «механику» надо было заказывать отдельно, зато автоматическая коробка PowerShift 2 шла в базовой комплектации. Хотя в целом, в России по другим маркам грузовиков продажи автомобилей с АКП составляют около 20-25 процентов, а то и того меньше.

Старый, надежный «автомат»

Отрадно, что и на камские грузовики пару лет назад начали серийно устанавливать «роботизированные» коробки ZF AS-Tronic – ​на магистральные седельные тягачи КАМАЗ‑5490 NEO. Флагману автозавода необходимо было поднять статус, и немецкий заслуженный «автомат» пришелся как нельзя кстати.
Первое поколение автоматизированных коробок передач ZF AS-Tronic появилось в 1997 году, причем на седельных тягачах IVECO EuroStar. MAN начал применять эти же «роботы» чуть позже. С 2000-го года выпускают ZF AS-Tronic второго поколения – ​это самая распространенная автоматизированная коробка в Европе и в России. Причем если в самом начале выпуска AS-Tronic оснащали всего 5000 тяжелых грузовиков, а также междугородних и туристических автобусов, то уже в 2008 году – ​70 000 автомобилей. Интересно, что этот «робот» ставят и на грузовики строительного назначения: в 2004 году на тест-драйве IVECO Trakker в Сицилии 12-ступенчатые коробки ZF AS-Tronic стояли на самосвалах, в том числе и на четырехосных 8х4.
У ZF AS-Tronic особая конструкция. В первую очередь, немцы являются приверженцами корпусов из алюминиевого сплава. Другая особенность –  два промежуточных вала вместо одного. Коробка состоит из основной трехступенчатой коробки, повышающего редуктора – ​делителя, установленного спереди, и двухдиапазонного планетарного демультипликатора – ​понижающего редуктора, установленного в задней части корпуса. С учетом того, что в основной коробке нет синхронизаторов, а есть только блокирующие муфты, два промвала дают возможность сделать весь агрегат более компактным по длине, что важно при установке трансмиссионного замедлителя ZF Intarder на тягачах с короткой колесной базой. Сдвоенные валы уменьшают и нагрузки на их конические подшипники, а работоспособность подшипников напрямую связана с общим ресурсом коробки. Промежуточные валы расположены горизонтально. На переднем конце правого вала установлен масляный насос. А на левом валу смонтирована многодисковая фрикционная муфта (это еще одна особенность этих коробок), которая выполняет функции синхронизаторов и подтормаживает при переключении «вверх» ведомый диск сцепления, первичный вал и оба промежуточных вала. Если при переключении «вниз» надо увеличить обороты коленвала, то за это дело возьмется электроника управляющая двигателем – ​«газанет» ровно настолько, насколько нужно. Разве что двойного выжима сцепления не сделает… Переключение происходит даже без намека на треск и скрежет шестерен, без ошибок в течение всего рабочего дня. Кстати, управляет сцеплением пневмоцилиндр, в котором есть две пары клапанов. Одна пара отвечает за быстрое включение-выключение, которое необходимо при переключении передач в движении автомобиля, а другая пара обеспечивает плавное трогание с места, почти на грани пробуксовки.

Базис и надстройка

Начав с производства совершенно оригинальных по конструкции 12-ступенчатых автоматизированных коробок ZF AS-Tronic, компания ZF Friedrichshafen AG в дальнейшем пошла другим путем. На выпускаемые механические коробки начали устанавливать электронно-пневматические механизмы переключения передач. Так появилось целое семейство коробок-«роботов» ZF AS-Tronic: две 6-ступенчатые AS-Tronic Lite, рассчитанные на работу с двигателями, имеющими крутящий момент 700 и 850 Н.м, семь коробок с 12-ю передачами 12AS-Tronic Mid, рассчитанные на момент 1000, 1200, 1400 и 1600 Н.м. Целых 13 версий 12-ступенчатых коробок ZF 12AS-Tronic ориентированы на моторы с моментом 1600, 1900, 2100, 2300, 2500 и 2700 Н.м, но здесь использовалась конструкция с двумя промвалами. Кроме того, освоили выпуск двух вариантов «тяжелых» 16-ступенчатых коробок ZF 16AS-Tronic, выдерживающих момент 2200 или 2600 Н.м.
Огромная гамма автоматизированных коробок: под любые двигатели, для любых автомобилей! Казалось бы, чего еще нужно. Но модернизировав линейку механических коробок и присвоив им приставку «Eco»: Ecolite, Ecomid, Ecosplit, немцы взялись и за обновление автоматизированных коробок. На основе 9-ступенчатых коробок семейства ZF Ecomid создали семейство «роботов» ZF EcoTronic mid – ​легко заметить, что раньше «автоматов» с девятью передачами не было. А эти коробки, в первую очередь, ориентированы на применение на среднетоннажных грузовиках и автопоездах с полной массой до 36 тонн на основе среднетоннажников. Области применения ZF EcoTronic mid: межрегиональные перевозки, эксплуатация в городах на «развозе», широкая гамма строительных автомобилей, полноприводные грузовики. В спецификациях особо подчеркивается, что у этих коробок есть «мощная ползучая передача, которая облегчает старт с высокотоннажным грузом и медленное движение в условиях холмистого рельефа». Действительно, первая передача – ​это «черепаха» с числом 9,48 или 12,73, в зависимости от исполнения коробки. Опять таки ZF EcoTronic mid – ​это несколько коробок: самая «слабая» 9 AS 910, рассчитанная на момент в 900 Н.м, 9 AS 1100 – на 1100 Н.м, 9 AS 1310 – на 1300 Н.м и самая «мощная» 9 AS 1510 под моторы на 1500 Н.м Это дизель мощностью около 400 л.с. Как обычно, в зависимости от исполнения, у коробок два варианта высшей передачи: прямая с 1,0 и обозначением TD, повышающая с числом 0,75 с обозначением ТО. Часто в немецких спецификациях по коробкам ZF Ecomid указывают не 9 передач, а 8+1. И это – ​правильнее. Потому что в основной коробке четыре скорости, в два раза увеличивает количество передач понижающий планетарный редуктор  – ​демультипликатор, установленный сзади основной коробки. То есть получается восемь передач. И есть особая, первая передача – ​именно «черепаха». С ней уже набирается 9 скоростей.
Обычно с ростом крутящего момента, проходящего сквозь коробку, увеличивают модуль зубчатого зацепления – ​зуб становится чуть длиннее и одновременно толще в основании. Это приводит к необходимости увеличивать межцентровое расстояние между валами коробки, делать разные корпуса. Немцы из ZF делают хитрее: они с ростом момента увеличивают длину шестерен, то есть длину находящихся в зацеплении зубьев. В результате, допустим, у 9-ступенчатых коробок семейства ZF Ecomid разных моделей, как и у ZF EcoTronic mid, очень высока унификация.
Премьера семейства ZF EcoTronic mid состоялась на выставке IAA‑2016 в Ганновере. К этому времени коробки ZF Ecomid выпускались уже более 10 лет. Но с учетом специфики работы автоматизированной «механики» для ZF EcoTronic mid изменили синхронизаторы – ​чтобы ускорить переключение передач. На место обычного механизма переключения – ​сверху коробки  – установили электропневматический исполнительный блок. На место обычного ПГУ сцепления – ​на левой стороне коробки, смонтировали блок управления сцеплением. Причем самой педали сцепления нет – ​даже для трогания с места в каких-то сложных дорожных условиях. Все обеспечивает умная электроника. И здесь очень важный момент: программное обеспечение ZF EcoTronic mid выполнено на основе электроники самой современной модульной автоматизированной коробки ZF Traxon. В результате автоматизированные механизмы выключения сцепления и выбора передач на семействе ZF EcoTronic mid позволяют использовать в эксплуатации самые различные режимы: от простейших Economy и Power до сложного режима раскачки, возможности особо точного маневрирования и функции «старт-стоп».

ZF EcoTronic mid для КАМАЗа

При разработке и организации производства семейства ZF EcoTronic, естественно, учитывались требования рынков, где изготавливают коробки ZF Ecomid и эксплуатируют автомобили с этими КП. А это ни много ни мало, а четыре завода ZF Friedrichshafen AG на трех континентах. Или по другому – ​ страны БРИКС и их соседи. Именно поэтому 9-ступенчатые «роботы» ZF EcoTronic, как говорят сейчас, ​в страны Евросоюза поставляться не будут. Европа переходит на автоматизированные коробки семейства ZF Traxon.
Разработка и адаптация ZF EcoTronic mid на автомобили проводились во Фридрихсхафене. Осенью 2017 года для российского рынка было собрано два одинаковых самосвала КАМАЗ‑65115 с коробками 9 AS 1310 на 1300 Н.м, с шестицилиндровыми двигателями Cummins ISB 6,7 мощностью 285 л.с. Один из них проходил испытания в России, второй – ​в Германии. Испытания проводились водителями и инженерами ZF Friedrihshafen AG. С российской стороны автомобиль испытывал НТЦ «КАМАЗ» при поддержке инженеров «ЦФ КАМА». Испытания КАМАЗ‑65115 с автоматизированной коробкой ZF EcoTronic mid проводились на различных дорогах в условиях, максимально приближенных к реальной эксплуатации самосвала. По итогам испытаний установка «роботов» ZF EcoTronic mid на автомобилях КАМАЗ‑65115 была одобрена к производству, а грузовики в таком исполнении – ​сертифицированы. То есть этот самосвал стал первым КАМАЗом поколения К3, а фактически даже и К2 – ​с «классической» камазовской кабиной, на котором установлена автоматизированная механическая коробка передач. Такое сочетание – ​просто удивительно! Понятно, что адаптация «роботов» ZF EcoTronic mid идет и к другим моделям камских грузовиков. Наверняка, с такой трансмиссией нашим перевозчикам были бы интересны бортовые КАМАЗ‑65117, седельные тягачи этого семейства. Кроме того, с «роботом» даже самосвалы успешно пошли бы на экспорт в некоторые страны. Учитывая модульность конструкции коробок ZF EcoTronic mid и применение картеров маховика по стандарту SAE 1, самая «тяжелая» среди них коробка» ZF 9 AS 1510 вполне найдет применение и с моторами Cummins ISL 8,9 мощностью 375 л.с./1550 Н.м на 20-тонных самосвалах КАМАЗ‑6520. А возможно, и с Cummins ISL с самой мощной настройкой – ​400 л.с. и 1700 Н.м. Интерес к роботизированным коробкам ZF EcoTronic mid проявляет и автомобильный завод «Урал» из Миасса – ​там «автомат» планируют агрегатировать с моторами ЯМЗ‑536 со средней настройкой мощности. Не захочет отставать от российских автозаводов и белорусский МАЗ, но когда это произойдет, на какие грузовики будут ставить ZF EcoTronic mid  – ​время покажет.
Важный момент: среди заводов концерна ZF Friedrihshafen есть только два предприятия, имеющие «смешанный» конвейер для одновременного выпуска двух видов коробок передач – ​9-ступенчатой ZF Ecomid и 16-ступенчатой КП ZF Ecosplit. Один из них – ​во Фридрихсхафене, другой – ​СП «ЦФ КАМА» в Набережных Челнах. С учетом того, что в Челнах с 2008 года изготавливают коробку ZF Ecomid 9S 1310 при локализации свыше 50 % деталей, немудрено, что там же готовятся выпускать ZF EcoTronic mid 9 AS 1310. Когда начнется это производство – ​сейчас не совсем понятно. Дело – ​в экономике: нужны объемы, не менее 500, а лучше 1000 коробок-«роботов» в год. Иначе для российских автозаводов дешевле получается покупать импортные ZF EcoTronic mid – ​из Бразилии или из Китая. Кстати, цену на роботизированную коробку сотрудники «ЦФ КАМА» называть отказываются, ссылаясь на коммерческую тайну. Но обычно установка коробки-«робота» вместо аналогичной «механики» увеличивает ценник примерно на тысячу евро или чуть больше, то есть на 75-100 тысяч рублей. Это о расходах. А в выигрыше от установки АКП – ​безопасность движения, которая дороже денег. И экономичность – ​расход топлива гарантированно уменьшается на 5 %, а в лучшем случае  – ​на 10-15 %. Есть и другие цифры. Как говорят на «ЦФ КАМА» – ​предварительные расчеты показывают, что с учетом разницы в стоимости КП и АКП, совокупной стоимости владения грузовиком на 400 тыс. км пробега экономия составит порядка 10-12 тыс. евро. Ну и конечно, таким КАМАЗом интересно и легко управлять. Если бы не привычный интерьер – ​можно подумать, что едешь на иномарке. Мы пробовали ездить на первом российском самосвале КАМАЗ‑65115 с ZF EcoTronic mid 9 AS 1310, и нам – ​понравилось.

Информация

• Из семи крупнейших европейских производителей только трое – ​Mercedes-Benz, Volvo и Scania – изготавливают коробки передач сами, в том числе и автоматические. DAF, IVECO, MAN и Renault применяют или применяли ранее коробки ZF. Именно ZF является крупнейшим производителем электронно-управляемых механических коробок для магистральных грузовиков и междугородних автобусов. Их еще называют «роботизированными». Причем коробки семейства ZF AS-Tronic не гнушается устанавливать на свои автобусы даже Mercedes-Benz и Setra. Но на грузовики строительного назначения, особенно для наиболее тяжелых условий эксплуатации, в Европе ставят автоматические коробки Allison с гидромеханической передачей. Подобные АКП с гидротрансформатором есть у Mercedes-Benz, у Volvo и, конечно же,  ​у ZF.
• Не будь современный автомобиль так серьезно насыщен электроникой, никаких коробок-«роботов» на нем бы не было. Придумать и сделать электропневматический привод в управлении обычной механической коробкой – ​не штука, а вот полностью освободить мозг и руки водителя от подбора нужной передачи – дело сложное. Тут уже нужна увязка показаний кучи электронных датчиков и микропроцессорных блоков, свой «коробочный компьютер» и соответствующее программное обеспечение, которое чаще всего нельзя просто перенести с одной марки автомобиля на другую. Нужна тонкая и дорогостоящая настройка.
• Один из основных вопросов, касающихся роботизированных коробок – ​есть ли на автомобиле педаль сцепления. Компания ZF является приверженцем принципа «двух педалей», в то же время, Scania на своей автоматизированной коробке Opticruise педаль сцепления все же оставила, но как опцию. Ее можно заказать для особо тяжелых условий эксплуатации. Шведы считают, что такие условия, к примеру, у лесовозного автопоезда полной массой 60 тонн и длиной 25,25 метра.