Применение электромеханической трансмиссии на карьерных самосвалах БЕЛАЗ

DOI: http://dx.doi.org/10.30686/1609-9192-2018-6-142-21-23

А.Ф. Казубенко, начальник бюро электрических трансмиссий НТЦ УГК ОАО «БЕЛАЗ»

История широкого применения электромеханической трансмиссии (ЭМТ) на карьерных самосвалах большой грузоподъемности началась в 1960-х годах.

Первые самосвалы БЕЛАЗ серии 7549 грузоподъемностью 75 т с ЭМТ были оснащены тяговым генератором постоянного тока типа ГПА и электродвигателями постоянного тока с последовательным возбуждением. Коммутационная аппаратура силовой части системы управления была заимствована на железнодорожном электротранспорте, а основным элементом управления характеристиками электрических машин являлся магнитный усилитель.

Механическая характеристика электродвигателя практически идеально подошла для тяговых целей. В итоге самосвалы с ЭМТ получились более легкими в управлении, чем машины с гидромеханической передачей, уменьшение количества механических узлов привело к увеличению надежности, возможность замедления самосвала электрическим путем позволила увеличить эффективность замедления без износа механических частей, снизились затраты на расходные материалы. Все это послужило основой к дальнейшему развитию и активному применению на самосвалах большой грузоподъемности электрического привода колес. Сегодня электрическая трансмиссия применяется на машинах БЕЛАЗ грузоподъемностью от 90 до 450 т, а также на погрузчиках с вместимостью ковша 11,5 м3.

Новые карьерные самосвалы БЕЛАЗ серии 7518 грузоподъемностью 180 т

Новые карьерные самосвалы БЕЛАЗ серии 7518 грузоподъемностью 180 т

Но при всех своих достоинствах ЭМТ постоянного тока имеет ряд недостатков, которые на определенном этапе явились сдерживающим фактором их применения. Так, на самосвалах с дизельным двигателем, мощность которого превышала 800 кВт, применение тягового генератора постоянного тока стало проблематичным по ряду причин:

  • массогабаритные показатели;
  • снижение надежности щеточно-коллекторного узла при больших рабочих токах;
  • увеличение цены привода непропорционально повышению мощности.

Вышеупомянутые причины подтолкнули разработчиков к применению на карьерных самосвалах БЕЛАЗ серии 7521 грузоподъемностью от 170 т вместо генератора постоянного тока синхронного генератора с пассивным (неуправляемым) выпрямителем. Такая конфигурация ЭМТ прочно вошла в конструкцию карьерных самосвалов и применяется до настоящего времени.

Долгие годы ЭМТ с синхронным генератором и электродвигателями постоянного тока доминировала в конструкции карьерных самосвалов большой грузоподъемности. За это время значительное развитие получила система управления ЭМТ. В качестве системы управления начали применяться программируемые контроллеры. Преимущества новых систем в управлении приводом были очевидны: гибкость, автоматизация настроек, простота выявления неисправностей и т.д. На современном высоко конкурентном мировом рынке, заказчики хотят выбирать лишь самые эффективные самосвалы с низкими эксплуатационными расходами и высокой надежностью.

Это в первую очередь зависит от трансмиссии самосвала – как основного компонента в цепочке, влияющей на формирование стоимости тонны перевозимого груза. Современные тенденции в технологическом цикле перевозок на открытых разработках полезных ископаемых направлены в сторону сокращения времени цикла, более высоких нагрузок и сокращения стоимости владения транспортным средством. Это обязывает горнодобывающие предприятия приобретать надежные самосвалы, которые должны выдерживать большие нагрузки и работать в экстремальных условиях от +55 до –60 °C, в карьерах с высокой запыленностью и сложными дорожными условиями.

Развитие силовых полупроводниковых приборов и микропроцессорных систем управления позволило создать ЭМТ нового поколения – переменного тока, конкурентную по цене, превосходящую по тягово-динамическим характеристикам привод постоянного тока и обладающую широкими возможностями в части оптимизации алгоритмов управления. И сегодня БЕЛАЗ разработал и внедрил в производство новые модели самосвалов грузоподъемностью от 90 до 450 метрических тонн, с электрической трансмиссией переменного тока.

Применение асинхронного электродвигателя в ЭМТ объясняется простотой его конструкции и высокой надежностью, связанной с отсутствием щеток и коллектора. При более полном использовании мощности дизельного двигателя самосвалы с трансмиссией переменного тока обеспечивают эффективный старт из-под ковша экскаватора, движение под уклон с большей скоростью, а по горизонтальной поверхности со скоростью более 60 км/ч. Раздельное управление крутящим моментом колес улучшает способность трогания самосвала на рыхлом дорожном покрытии и увеличивает его противобуксовочные свойства. Особенности конструкции асинхронных тяговых электродвигателей и более совершенное управление электродинамическим замедлением позволяют удерживать грузовик на более высоких скоростях и обеспечивают плавное замедление вплоть до полной остановки, с возможностью удержания самосвала без применения механических тормозов.

Карьерный самосвал БЕЛАЗ-75315 грузоподъемностью 240 т с трансмиссией переменного тока

Карьерный самосвал БЕЛАЗ-75315 грузоподъемностью 240 т с трансмиссией переменного тока

Применение тормозных установок увеличенной мощности позволяет обеспечивать длительный спуск загруженного самосвала на уклонах до 16%.

Новые преобразователи на IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) характеризуются высокой эффективностью. Помимо этого, они имеют уникальную степень эксплуатационной безопасности и надежности. IGBT транзисторы допускают высокую частоту переключения, которая улучшает качество тока электродвигателей.

Транзисторы не требуют применения с ними снабберов и имеют менее сложные драйверы (модули управления). IGBT транзисторы имеют высокую перегрузочную способность, что позволяет использовать их в схеме без предохранителей.

Двигатели переменного тока позволяют сэкономить на расходных материалах и затратах на техническое обслуживание. Отсутствие коллекторного узла сводит техническое обслуживание электродвигателей к минимуму.

Раздельное управление крутящим моментом увеличивает срок службы шин.

Система управления привода переменного тока означает отсутствие силовых контакторов и других компонентов, включающих в себя расходные материалы. За исключением периодической чистки, система по своей сути не требует технического обслуживания. Система привода также имеет современную структуру диагностики, что упрощает ремонт и сокращает среднее время ремонта. Благодаря улучшению характеристик электрического торможения, возможности замедления до полной остановки, на самосвалах с новыми системами привода достигается меньший износ механических тормозов.

Наряду с классической схемой охлаждения элементов системы электропривода, с приводом вентилятора, механически связанным с дизельным двигателем, на новых моделях самосвалов применяются автономные вентиляторы с электрическим приводом. Это позволяет организовать эффективное охлаждение всех элементов трансмиссии, в любых режимах работы независимо от частоты вращения дизельного двигателя. Автономное управление системой охлаждения позволяет оптимизировать управление отбором мощности дизельного двигателя и добиться наилучшей топливной экономичности.Новый карьерный самосвал БЕЛАЗ-75320 грузоподъемностью 290 т

Новый карьерный самосвал БЕЛАЗ-75320 грузоподъемностью 290 т

Наряду с внедрением трансмиссии переменного тока на карьерной технике предприятия в настоящее время специалисты научно-технического центра ОАО «БЕЛАЗ» модернизировали карьерные самосвалы с трансмиссией переменно-постоянного тока грузоподъемностью 136, 220 т. В составе техники применена инновация ОАО «БЕЛАЗ» – бесконтакторный шкаф управления трансмиссией, основанный на работе полупроводниковых приборов. Первая машина с этим узлом БЕЛАЗ-75306 успешно эксплуатируется на Бачатском угольном разрезе (в составе УК «Кузбассразрезуголь»). По результатам испытаний машины в 2017 г. на ОАО «БЕЛАЗ» начато изготовление опытно-промышленной партии карьерных самосвалов грузоподъемностью 136, 220 т с бесконтакторными шкафами. В перспективе разработка позволит значительно снизить затраты на техническое обслуживание самосвалов с трансмиссией переменно постоянного тока, повысить надежность их работы.

В будущем БЕЛАЗ намерен продвигаться дальше и предлагать заказчику решения, которые помогут достичь эффективной работы во всех аспектах горнодобывающей промышленности.

Ключевые слова: ЭМТ, электромеханическая трансмиссия, история, развитие, карьеры, горное предприятие

Журнал "Горная Промышленность" №6 (142) 2018