Конструктивные схемы карьерных гусеничных самосвалов

В.Б. Домнин, В.М. Неволин, А.В. Бесчастный,
ФГУП «Уральское конструкторское бюро транспортного машиностроения» (ФГУП «УКБТМ»)

Эффективность открытой разработки месторождений, залегающих на глубине более 600 м, значительно возрастает при интенсивной углубке рабочей зоны и минимальном объеме разноса бортов карьера. Для решения этой задачи возникает необходимость создания принципиально нового вида карьерного транспорта, способного работать в сложных горнотехнических условиях на уклонах до 20°.

Специалистами лаборатории транспортных систем карьеров и геотехники ИГД УрО РАН выполнен анализ возможности применения различного вида карьерного транспорта для работы в зоне интенсивной углубки кимберлитовых карьеров. В результате было установлено, что в полной мере предъявляемым требованиям соответствует самосвал на гусеничном ходу с кузовом на поворотной платформе.

В настоящее время выпуском транспортных средств на гусеничном ходу занимается ряд зарубежных фирм (краткая характеристика гусеничной транспортной техники приведена в предыдущей статье).

Машины этих производителей имеют резино-металличе-ские гусеничные ленты и предназначены для транспортировки грузов и строительных материалов по слабым неподготовленным грунтам, отличаются хорошей маневренностью, скоростью перемещения грузов. При этом большинство деталей унифицировано с гидравлическими экскаваторами соответствующих производителей. Однако эти образцы производимой гусеничной техники спроектированы и изготовлены без учета сложных горнотехнических условий карьеров, поэтому применение их в качестве карьерного транспорта не представляется возможным.

По результатам расчетов специалистами ИГД УрО РАН совместно с разработчиками технологии углубочных работ и представителями транспортных предприятий ГОКов Якутии выбраны основные параметры и составлены технические задания для разработки базовых моделей карьерных гусеничных самосвалов.

В соответствии с техническим заданием, ФГУП «УКБТМ» выполнено техническое предложение по теме: «Карьерный гусеничный самосвал грузоподъемностью 40тонн» и отчет о научно исследовательской работе потеме: «Расчет стоимостных и эксплуатационных показателей гусеничного карьерного самосвала». На этапетехнического предложения специалистами ФГУП «УКБТМ» было проработано два варианта конструктивного исполнения карьерного гусеничного самосвала грузоподъемностью 40 тонн.

Вариант 1 - гусеничный самосвал с кабиной, силовым блоком и грузовой платформой, расположенными на полноповоротной (360°) платформе (см. рис.).

Вариант 2 - гусеничный самосвал с кабиной, силовым блоком и грузовой платформой, размещенными на силовой раме и поворотным на 180° креслом водителя и органами управления (см. рис.).

Гусеничные самосвалы с поворотной платформой небольшой (до 10 т) грузоподъемности хорошо себя зарекомендовали при работе в неблагоприятных дорожных условиях и ограниченном для маневрирования пространстве за счет хорошей проходимости и возможности изменения направления движения без разворота (т.к. достаточно повернуть платформу на 180° и самосвал готов к движению в противоположном направлении).

Однако использование технических решений, заложенных в конструкции самосвала небольшой грузоподъемности, сопряжено со значительными трудностями при создании самосвалов грузоподъемностью свыше 40 т, предназначенных для работы в карьерах. Это связано, прежде всего, с тем, что размещение значительных грузовых масс на поворотной платформе требует их уравновешивания, а также необходима передача больших объемов рабочей жидкости через поворотный коллектор гидросистемы. Кроме того, будет иметь место большой радиус «обметания» платформы при ее повороте.

Все это приводит к усложнению и удорожанию конструкции, делает экономически и конструктивно нецелесообразным размещение агрегатов на поворотной платформе.

Этих недостатков лишен самосвал, выполненный по варианту 2. Возможность размещения агрегатов и нижней части грузовой платформы в межгусеничном пространстве значительно понижает центр массы машины, что повышает ее устойчивость при работе на больших уклонах. Отсутствие поворотной платформы позволяет использовать самосвал в тупиковых траншеях шириной немногим более ширины машины. Поэтому, при равных условиях, гусеничный самосвал по варианту 2 будет иметь более высокие эксплуатационные показатели и широкую возможность для дальнейшей модернизации и построения специализированных машин на его базе. Гусеничный самосвал данной конструкции следует рассматривать как наиболее перспективный вид транспорта для работы в составе нового углубочного комплекса на завершающем этапе доработки кимберлитовых карьеров.

Рабочий цикл гусеничного самосвала, выполненного на жесткой платформе, при работе по челночной схеме выглядит следующим образом:

- груженый самосвал с «погрузочной» площадки поднимается по транспортной берме на горизонтальную перегрузочную площадку с максимальной рабочей скоростью 6 км/ч (при этом грузовая платформа располагается спереди, а кабина сзади, по ходу движения самосвала);

- на горизонтальной перегрузочной площадке производится разгрузка грузовой платформы ее опрокидыванием вперед и затем осуществляется разворот оператора на 180° вкабине самосвала;

- порожний самосвал с перегрузочной площадки спускается по транспортной берме на «погрузочную» площадку с максимальной транспортной скоростью - 10 км/ч при этом грузовая платформа располагается сзади, а кабина спереди, по ходу движения самосвала;

- на «погрузочной» площадке производится загрузка самосвала и разворот оператора на 180° в кабине самосвала. Цикл повторяется.

Карьерный гусеничный самосвал грузоподъемностью 40 т предназначен для перевозки грузов в сложных горнотехнических и климатических условиях на уклонах до 20° и оснащен комплексом узлов и агрегатов с механическими и гидравлическими передачами, допускающими эксплуатацию в районах с холодным климатом с предельными температурами от -60°C до +40°С (см. таблицу).

Гусеничный самосвал состоит из следующих основных узлов и систем: рамы, ходового механизма, грузовой платформы, двигателя, гидросистемы, кабины.

Рама - основной несущий элемент гусеничного самосвала. Рама гусеничного самосвала представляет собой сварную пространственную конструкцию коробчатого сечения, выполненную из низколегированной высокопрочной стали, обеспечивающей требуемую гибкость, долговечность и стойкость к ударным нагрузкам в условиях холодного климата.

Ходовой механизм обеспечивает гашение колебаний и высокую управляемость при движении гусеничного самосвала. Ходовой механизм включает в себя гидрообъемный привод (раздельный на каждый борт), два бортовых редуктора с тормозами и гусеничный движитель.

Гидропривод хода состоит из двух регулируемых аксиально-плунжерных реверсивных насосов фирмы Bosch Rexroth, установленных непосредственно на двигатель, и двух гидромоторов изменяемого объема, установленных на бортовых редукторах. Бортовые редукторы осуществляют пере-
дачу крутящего момента от гидромоторов к ведущим колесам и обеспечивают переключение передач и торможение.

Тормоз выполнен соосно с ведущим валом гидромотора и представляет собой постоянно-замкнутый пакет дисков трения, которые автоматически размыкаются при трогании самосвала с места. Дисковый аварийно-стояночный тормоз удерживает самосвал на уклоне до 25°, а также обеспечивает аварийное торможение при отказе гидросистемы.

Гусеничный движитель выполнен, преимущественно, из хорошо себя зарекомендовавших узлов ходовой части бульдозеров фирмы Komatsu (Япония), которые по лицензии производит ОАО «Чебоксарский Агрегатный Завод».

Грузовая платформа (кузов) предназначена для работы в тяжелых условиях горных разработок. Грузовая платформа ковшового типа, сварная из листового проката низколегированной стали, усиленная балками коробчатого сечения, имеет каналы для обогрева выхлопными газами. Углы наклона бортов кузова оптимально подобраны для наилучшего удержания груза на уклонах.

Двигатель - двенадцатицилиндровый V-образный дизельный с турбонаддувом Cummins QST-30-1050, который обеспечивает высокую эффективность, надежность и экономичность работы и отвечает международным нормам по выбросу вредных веществ с отработавшими газами.

Гидросистема выполнена с использованием надежных и высокоэффективных компонентов фирмы Bosch Rexroth (Германия). Гидросистема хода оборудована клапанами и регуляторами, обеспечивающими автоматический контроль движения и защиту от перегрузки. Автоматический контроль движения позволяет легко управлять самосвалом посредством зависимости рабочего объема насосов от величины нажатия на педаль газа, а регулятор предельной нагрузки не позволяет двигателю заглохнуть.

Гидросистема управления и опрокидывания платформы состоит из насосов фирмы Bosch Rexroth и золотникового гидрораспределителя. Полная фильтрация рабочей жидкости осуществляется фильтрами HYDAC с электрическими сигнализаторами засоренности.

Кабина оператора спроектирована с учетом современных требований эргономики. Эргономичная конструкция кабины ориентирована на создание максимально удобных условий работы оператора. Зоны входа и выхода, широкий дверной проем, наличие поручней, нескользкие ступени обеспечивают легкие доступ и покидание кабины оператором. Отличный обзор наряду с использованием наружных видеокамер способствует повышению производительности труда операторов.

Конструкция кабины представляет собой каркасную конструкцию, выполненную из труб квадратного сечения, обшитую листовым металлом, и состоит из минимального количества деталей, что, наряду с применением сортового проката, снижает себестоимость изготовления и стоимость технологической оснастки при изготовлении. Наличие металлического каркаса в конструкции кабины позволяет максимально повысить жесткость конструкции и безопасность работы оператора.

Эргономичные органы управления обеспечивают легкое управление машиной в течение всего рабочего дня.

Сиденье оператора фирмы Pilot (Германия) с подвеской и инерционным ремнем безопасности делают работу оператора максимально комфортной и безопасной.

Воздушный отопитель кабины Airtronic фирмы Webasto (Германия) поддерживает комфортную температуру внутри кабины в холодное время года.

Управление движением самосвала осуществляется одной рукояткой типа «джойстик». В нейтральном положении джойстика ведущие колеса самосвала заблокированы дисковым сто-
яночным тормозом. При перемещении джойстика из нейтрального положения вперед или назад происходит автоматическое разблокирование стояночного тормоза и осуществляется плавный разгон самосвала в направлении отклонения джойстика, при этом динамика разгона машины зависит от величины отклонения джойстика. При перемещении джойстика вправо или влево происходит поворот машины, при этом радиус поворота зависит от крутизны угла отклонения джойстика.

Разработанная конструкция гусеничного самосвала обеспечит выполнение основных требований технического задания и позволит создать машину, оптимально подходящую для работы в составе нового углубочного комплекса на завершающем этапе отработки глубоких карьеров.

В настоящее время ФГУП «УКБТМ» получено положительное решение о выдаче патента РФ на конструкцию гусеничного самосвала.

ЛИТЕРАТУРА:

1. А.Н. Акишев, В.А. Бахтин, С.Л. Бабаскин, А.В. Глебов, П.И. Тарасов. Перспективы использования гусеничных транспортных средств при отработке глубоких ким-берлитовых карьеров // Материалы VIII Международной научно-практической конференции. - Екатеринбург: УрО РАН, 2005.

2. П.И. Тарасов, В.О. Фурин, А.Г. Ворошилов, С.В. Лобанов, В.М. Неволин. Обзор конструктивных схем гусеничных самосвалов для карьеров Якутии // Материалы VIII Международной научно-практической конференции. - Екатеринбург: УрО РАН, 2005.

3. Пояснительная записка к техническому предложению «Карьерный гусеничный самосвал грузоподъемностью 40 тонн». - Нижний Тагил: ФГУП «УКБТМ», 2005.

4. С.Л. Бабаскин. Изыскание эффективной технологии доработки прибортовых рудных целиков на примере карьера «Удачный» АК «Алроса» // Материалы II всероссийской молодежной научно-практической конференции. - Екатеринбург: УрО РАН, 2008.

Журнал "Горная Промышленность" №2 2008, стр.71