Внедрение электронных систем диагностики, контроля и управления в гидравлических системах карьерных самосвалов БЕЛАЗ
М.В. Рак, зам. главного конструктора – начальник отдела НТЦ УГК
А.Е. Стефанович, начальник конструкторского бюро гидравлических систем
Е.М. Гучек, начальник отдела электронных систем НТЦ УГК
Традиционно для карьерной и специальной техники БЕЛАЗ применяет объединенную гидравлическую систему для рулевого управления, привода тормозов, опрокидывающего механизма грузовой платформы, рабочего оборудования и вспомогательных систем, что позволяет уменьшить количество насосов, оптимизировать систему распределения жидкости, сократить количество трубопроводов и снизить стоимость гидравлической системы.
Для самосвалов грузоподъемностью от 30 до 60 т применяются гидравлическая схема с открытым центром и шестеренные насосы постоянной производительности. Для самосвалов грузоподъемностью от 90 до 450 т применяются гидравлическая схема с закрытым центром и аксиально-поршневые насосы переменной производительности.
Развитие современных технологий диктует производителям карьерной техники новые требования. На первое место выходят вопросы, связанные с повышением безопасности и автоматизацией процессов управления самосвалом, предупреждением наступления аварийных ситуаций, прогнозом остаточного ресурса узлов гидравлической системы, сокращением времени на техническое обслуживание и ремонт.
В перспективе перед разработчиками ставятся задачи внедрения систем полной автоматизации изготавливаемых машин и перехода к роботизированной технике с минимизацией участия человека в управлении сложным технологическим оборудованием, особенно в местах, представляющих угрозу для его жизни.
Для решения этих задач на ОАО «БЕЛАЗ» в конструкцию разрабатываемых машин поэтапно вводится многофункциональная система диагностики, позволяющая в режиме реального времени не только сообщать в центральный процессор самосвала данные о работе основных узлов машины, но и в некоторых случаях управлять ими. В 2008 г. БЕЛАЗ совместно со специалистами кафедры гидропневмоавтоматики Белорусского национального технического университета (БНТУ) начал работы по созданию первых алгоритмов встроенной системы диагностики объединенной гидравлической системы карьерной и специальной техники.
- Карьерные самосвалы БЕЛАЗ грузоподъемностью 60, 136 т в местах эксплуатации
Сегодня эти наработки позволили внедрить объединенную систему диагностики (ОСД) на всю линейку серийно выпускаемой техники грузоподъемностью от 45 до 450 т. Вся диагностическая информация системы ОСД выводится на монитор, расположенный в кабине водителя, и при необходимости может передаваться на удаленный диспетчерский пульт, где одновременно могут контролироваться несколько сотен параметров от различных датчиков и сигнализаторов.
- Монитор водителя современного карьерного самосвала БЕЛАЗ
Система обрабатывает полученную информацию по заданному алгоритму и генерирует световые, текстовые и звуковые предупредительные сигналы о приближении или наступлении аварийной ситуации. Все случаи предельного состояния гидравлической системы автоматически заносятся в журнал ошибок. Система позволяет оператору (водителю техники) заблаговременно принять меры по недопущению аварийных ситуаций и минимизировать затраты на диагностику и ремонт гидросистемы.
Дальнейшая наша задача – развитие данной системы с целью:
– прогнозирования наступления предельного состояния отдельных узлов гидравлической системы;
– защиты от неквалифицированных действий оператора;
– автоматизации процессов управления;
– развития активных функций безопасности.
С целью повышения безопасности эксплуатации карьерной и специальной техники БЕЛАЗ – сегодня серийно внедрены некоторые функции активной безопасности:
– автоматический сброс давления из пневмогидроаккумуляторв (ПГА) рулевого управления при плановой остановке ДВС;
– включение рабочего тормоза при аварийном снижении давления в ПГА рулевого управления;
– автоматическое опускание платформы самосвала при начале движения;
– ограничение скорости движения самосвала с поднятой платформой.
- Карьерный самосвал БЕЛАЗ-75710 грузоподъемностью 450 т и фронтальный погрузчик БЕЛАЗ-78250 с вместимостью ковша 11,5 м 3
Первым шагом в развитии автоматизации управления гидравлическими системами на карьерной технике БЕЛАЗ стал проект по созданию самосвала грузоподъемностью 450 т БЕЛАЗ-75710. На нем впервые была реализована принципиально новая для БЕЛАЗа схема рулевого управления. Передний мост управляется традиционным способом с использованием гидрообъемного рулевого управления, а задний мост управляется распределителем с пропорциональным электрогидравлическим управлением по заданному алгоритму. Контроль положения мостов, величину рассогласования и управление распределителем обеспечивает бортовой программируемый контроллер.
- Фронтальный погрузчик БЕЛАЗ-78250
При проектировании гидравлической системы нового фронтального погрузчика БЕЛАЗ-78250 с емкостью ковша 11,5 м3 это направление получило дальнейшее развитие. На машине впервые были применены:
– рулевое управление с пропорциональным электрогидравлическим управлением;
– программируемые функции для автоматического управления рабочими органами погрузчика;
– функции контроля потребляемой мощности гидравлической системой с обменом информацией с тяговым электроприводом с целью оптимизации процесса набора грунта.
Помимо этого, внедрение автоматизированных функций управления позволило снизить утомляемость оператора, сократить рабочий цикл и в результате повысить производительность оборудования.
Опыт, приобретенный конструкторами научно-технического центра ОАО «БЕЛАЗ» при разработке и испытании этих образцов машин в процессе заводских и эксплуатационных испытаний, позволил приблизиться к созданию полностью роботизированного карьерного самосвала.
Полигонные испытания первого образца карьерного самосвала с дистанционным управлением успешно проведены в 2010 г., образца, движущегося по заданном алгоритму, – в 2013–2015 гг. В 2018 г. изготовлена опытно-промышленная партия самосвалов БЕЛАЗ-75131R. В настоящее время два образца карьерных самосвалов БЕЛАЗ-7513R проходят эксплуатационные испытания в составе роботизированного участка УОГР «Абаканский», Разрез «Черногорский» ООО «СУЭК-Хакасия», Республика Хакасия, Российская Федерация.
Разработаны, изготовлены и проходят эксплуатационные испытания в составе самосвалов грузоподъемностью 55 т антиблокировочная система (АБС), противобуксовочная система (ПБС) и система ограничения скорости самосвала при движении на спуске карьерных самосвалов с гидромеханической передачей.
- Карьерный самосвал БЕЛАЗ-75131
Внедрение пропорциональных следящих гидравлических систем управления требует особенно внимательного отношения к выбору и подготовке рабочей жидкости гидравлической системы. Загрязнение гидравлического масла является одной из основных причин неустойчивой работы этих систем. С этой целью на нашем предприятии постоянно совершенствуются системы очистки рабочей жидкости как на борту самосвала, так и при ее первой заправке. Проведены эксплуатационные испытания и внедрена новая линейка современных рабочих жидкостей для объединенной гидравлической системы, которая обеспечивает надежную эксплуатацию в различных климатических зонах:
– BELAZ G-Profi Hydraulic Summer HVLP 46 – для эксплуатации в летнее время в регионах с умеренным климатом;
– BELAZ G-Profi Hydraulic Tropic HVLP 68 – для эксплуатации в летнее время в регионах с тропическим климатом;
– BELAZ G-Profi Hydraulic Winter HVLP 32 – для эксплуатации в зимнее время с минимальной температурой окружающего воздуха до –40 °С.
Поставка масла на завод производится с гарантированным классом чистоты – не хуже 12 по ГОСТ 17216.
Широкое внедрение вышеперечисленных технологий в горнодобывающей промышленности во многом будет зависеть от поддержки новых инновационных идей нашими потребителями.
