Карьерные самосвалы мировых производителей

по материалам ежегодника «Мировая Горная Промышленность»

Настоящая статья посвящена карьерным автосамосвалам двухосного исполнения с жесткой рамой производства ведущих мировых фирм. В статье не рассматриваются шарнирно-сочлененные самосвалы.

Что касается карьерных самосвалов производства Белорусского и Могилевского автозаводов Республики Беларусь, то сведения о структуре их производства, типоразмерном ряде были подробно опубликованы в специальном выпуске журнала «Горная Промышленность» (февраль 2007 г.) к научно-практической конференции ПО «БЕЛАЗ», состоявшейся 8 февраля 2007 года.

Статья носит обзорный характер и не претендует на конструктивный анализ технических решений. В настоящее время в сфере производства этого вида карьерной техники ведущими зарубежными фирмами и компаниями признаны Caterpillar, Komatsu, Hitachi-Euclid, Terex и Liebherr. Распределение выпускаемых моделей самосвалов по группам грузоподъемности приведено в табл. 1.
Хорошо известная на российском рынке строительного и горного оборудования американская компания Caterpillar освоила широкую гамму карьерных автосамосвалов. Некоторые модели таких машин используются на российских горных предприятиях. Типоразмерный ряд включает 9 базовых моделей и охватывает диапазоны: по грузоподъемности -36-345 т, массе груженой машины - 71-624 т, мощности двигателя - 355-2513 кВт. Применяются двигатели собственного производства с V-образным расположением цилиндров (от 8 до 24) трех размерных групп с рабочим объемом цилиндров от 18 до 117 л. Все двигатели оснащены системами турбонаддува, промежуточного охлаждения надувочного воздуха и электронного впрыска топлива (EUI). Применяется электронный блок управления двигателем (ECM), который осуществляет контроль и управление работой мотора, включая насос-форсунки (изменяется угол опережения впрыска топлива для достижения максимальной мощности). При осуществлении процесса замедления самосвала этот блок сокращает подачу топлива с целью его экономии. На последних моделях самосвалов применены двигатели с технологией ACERT, позволяющей существенно снизить уровень выбросов токсичных веществ и дымность выхлопа. Применение этой технологии обеспечивает выполнение третьего уровня международных требований по экологии. Все двигатели обладают повышенным запасом крутящего момента не ниже 23%.

На всех моделях самосвалов применяются гидромеханические трансмиссии с планетарными коробками передач, с переключением под нагрузкой, обеспечивающие получение от 6 до 7 передач переднего хода. Блок управления коробкой передач (TCC) связан с электронным блоком управления двигателем (ECM) и регулирует частоту вращения во время переключения передач, добиваясь оптимальных рабочих характеристик и способствуя долговечности узлов. Этот блок регистрирует основные рабочие параметры и техническое состояние узла для последующей диагностики систем обслуживающим персоналом. Применение гидромеханических трансмиссий, особенно на самосвалах высокой грузоподъемности, компания объясняет их большим коэффициентом полезного действия - 0.82-0.85 против 0.76-0.79 у электроприводных трансмиссий, а также возможностью стабильной работы на уклонах до 15% против 5-7%. Для осуществления взаимосвязи работы двигателя и трансмиссии применен электронный канал передачи данных Cat Data Link. Эта система канальной связи осуществляет регулирование числа оборотов двигателя во время переключения передач с целью снижения нагрузки на привод, обеспечения плавности переключения, исключает возможность включения задней передачи при скорости движения свыше 4.8 км/ч. Она также предотвращает переключение коробки передач в нейтральное положение при скорости свыше 6.5 км/ч, что защищает коробку передач от повреждений при недостаточной смазке, исключает ее переключение с заданной передачи на более высокую, а также включение передачи заднего хода, если кузов полностью не опущен.

Наряду с отмеченным эта система защищает двигатель от работы вразнос путем перехода на повышенную передачу или рассоединения блокировочной муфты, позволяет выравнивать обороты при переключении передач, обеспечивая интервал переключения в 2-3 секунды. Электронные блоки управления этой системы позволяют сохранять в базе данных сервисный код, выявленные рассогласования, что способствует упрощению процесса определения неисправностей и сокращению времени ремонта. Программное обеспечение (ЕТ) осуществляет доступ к диагностическим данным, считывает и регистрирует их посредством канала передачи данных Cat Data Link.

Для обеспечения эффективности торможения и замедления применяются многодисковые тормоза с принудительной системой охлаждения на всех колесах. Примененная комплексная система регулирования работы тормозов (IBC) выполняет функции системы автоматического управления замедлителем (ARC), устанавливаемой на все 4 колеса и устанавливаемой на ведущие колеса системы регулирования тяги (TCS), используя охлаждаемые маслом тормоза для повышения эффективности работы машины и придания большей уверенности оператору.

Система автоматического управления замедлителем (ARC) автоматически управляет замедлителем на уклоне, поддерживая оптимальную частоту вращения двигателя. Настройки регулируются в пределах 1850-1950 об/мин с интервалом 10 об/мин. С помощью этой системы оператор может создавать дополнительное тормозное усилие, используя ручной замедлитель или педаль тормоза. Автоматическая модуляция тормоза придает плавность движению, улучшает управляемость на влажной или скользкой дороге, позволяя оператору концентрировать свое внимание на процессе вождения. Система регулирования тяги (TCS) позволяет управлять проскальзыванием ведущих задних колес в плохих дорожных условиях. Датчики, установленные в полуосях, контролируют частоту вращения колес. Если проскальзывание превышает заданный уровень, то для уменьшения их частоты вращения включаются охлаждаемые маслом дисковые тормоза, а крутящий момент автоматически перераспределяется на колеса с улучшенным сцеплением. Применяется нормальное дифференцированное воздействие для обеспечения нормальной маневренности машины. Применение системы TCS, по мнению фирмы, позволяет увеличить скорость самосвала до 15% по сравнению со скоростью при ручном управлении.

Рамные конструкции рассчитаны на восприятие максимальных скручивающих напряжений и ударных нагрузок. Применение низкоуглеродистых сталей позволяет достигать требуемой долговечности при динамических нагрузках даже в случае эксплуатации в условиях холодного климата.

Система подвески включает 4 независимых автономных пневмогидравлических цилиндра с различной степенью упругости, которые поглощают ударные нагрузки, препятствуя их передаче на основную раму. Цилиндры передней подвески крепятся к раме и служат поворотными шкворнями системы рулевого управления, обеспечивая малый радиус поворота и хорошую маневренность. Полуоси передних колес крепятся к концам штока цилиндра, исключая необходимость регулирования величины развала и продольного наклона шкворня. Величины развала и продольного наклона поворотного шкворня устанавливаются непосредственно на заводе-изготовителе. Цилиндры задней подвески обеспечивают качание заднего моста, способствуют поглощению изгибающих и скручивающих усилий, возникающих при движении по неровностям, и препятствуют их передаче на основную раму.

Компания производит несколько видов кузовов для тяжелых условий горных разработок. Стандартным является двухскатный кузов, конструкция которого хорошо удерживает груз, имеет низкий центр тяжести и обеспечивает чистоту разгрузки. Этот вид кузова имеет U-образный профиль с углом наклона около 8°, что способствует снижению ударных нагрузок и выравниванию груза в кузове. Передние и задние части кузова выполнены с наклоном, что обеспечивает удержание груза при работе на крутых склонах.

Кузов с плоским днищем способствует повышенной износоустойчивости задней части. Передняя часть кузова имеет угол наклона до 12°.

По отдельным заказам фирма готова изготавливать кузова для перевозки легких малоабразивных материалов, кузова, позволяющие разгрузку вязкого материала с высокими прилипающими свойствами, кузова, обеспечивающие погрузчику большую зону обслуживания. Другие варианты исполнения включают: удлинение задней наклонной части, наращивание боковых бортов, шарнирно-рычажные крепления заднего борта и др. Имеется вариант кузовов с футеровкой, увеличивающей срок службы основной металлоконструкции кузова.

Кабина оператора цельнометаллическая, шумо- и теплоизолированная с широким обзором фронта работ. Кабина упруго крепится к основной раме с помощью амортизаторов. Уровень шума, как правило, не превышает 80 дБА. Кабина двухместная с подрессоренным и регулируемым сиденьем кресельного типа для оператора и сиденьем для инструктора или ученика. Кабина оснащена обогревателем и кондиционером. Эти системы обеспечивают циркуляцию свежего воздуха с избыточным давлением и регулирование температуры. Рулевое колесо с регулируемой телескопической рулевой колонкой. Кабина оснащена необходимыми органами управления, расположение которых и усилия полностью соответствуют требованиям международных стандартов ISO по условиям труда и безопасности. Система защиты оператора при опрокидывании машины (ROPS) органично встроена в каркас кабины. Кабина оснащена системой обработки основной информации (VIMS). Эта система является комплексной, контролирует работу самосвала и отражает основные параметры машины в масштабе реального времени. В блок стрелочных указателей обычно входят приборы, показывающие температуры охлаждающей жидкости двигателя и тормозной жидкости, давление в пневмосистеме и уровень топлива в баке. На индикаторной панели отображается скорость движения, обороты двигателя и выбранная передача. Клавиатура этой системы позволяет оператору и технику получать как текущие данные о параметрах, так и данные, хранящиеся в памяти, для диагностирования. Основной блок использует трехуровневый режим аварийного предупреждения о неисправностях. На первом уровне включается индикаторная лампа, сигнал которой носит предупредительный характер. На втором уровне вместе с горящей индикаторной лампой загорается сигнальная лампа, а на дисплее появляется указание, как надо изменить режим работы машины. На третьем уровне включается звуковой сигнализатор, указывающий на необходимость принятия срочных мер, вплоть до прекращения эксплуатации самосвала.

Составной частью системы VIMS является система контроля грузоподъемности самосвала (TPMS). Система фиксирует массу перевозимого груза, длительность составляющих элементов рабочего цикла, расстояний, пройденных за один цикл, время и дату каждого цикла. Память системы сохраняет такие данные до 2400 циклов. Эти данные могут быть переданы на внешнюю компьютерную систему VIMS-PC. Они используются в качестве исходных характеристик, обобщаются и анализируются. По результатам анализа принимаются конкретные решения, направленные на повышение технической готовности самосвала, на составление программы технического обслуживания, на корректировку условий эксплуатации с целью достижения наибольшей эффективности и снижения удельных затрат.

За последнее время компания выполнила большой комплекс работ по созданию новых и модернизации серийных карьерных самосвалов, направленный на дальнейшее их совершенствование, повышение уровня долговечности и эффективности, а также создание еще более комфортных и безопасных условий труда оператору. Проведенная модернизация была осуществлена в диапазоне грузоподъемности 36-90 т. Две самых малых модели 769D и 771D сменили новые машины 770 и 772, а в диапазоне грузоподъемности 54-90 т внедрена новая серия самосвалов F.

Японская компания Komatsu также хорошо известна на российском рынке строительного и горного оборудования. Типоразмерный ряд карьерных автосамосвалов включает 11 моделей, охватывает диапазон грузоподъемности от 36 до 291т. На всех моделях применены двигатели собственного производства, в основном, V-образного исполнения, оснащенные системами турбонаддува и промежуточного охлаждения. Двигатели комплектуются автоматической системой установки холостых оборотов, системой высокого давления впрыска (HPI) и по своим экологическим характеристикам соответствует требованиям 2-го уровня международных норм по токсичности и дымности выхлопных газов. На самосвалах грузоподъемностью до 150 т применены гидромеханические трансмиссии с планетарными коробками передач. На машинах грузоподъемностью свыше 150 т применены дизель-электрические трансмиссии на постоянном и переменном токе. Применение многодисковых тормозов, работающих в масле, позволяет достигать надежной и стабильной работы тормозной системы. Такие тормоза гидромеханических трансмиссий используются в качестве быстросра-батывающего замедляющего устройства. Применение системы автоматического замедления скорости передвижения (ARSC) позволяет устанавливать скорость движения под уклон. Это помогает оператору сосредотачиваться на процессе вождения.

Система передней подвески стоечного типа имеет специальную А-образную раму между колесом и основной рамой. Применение антиблокировочной системы (ABS) позволяет предотвращать блокировку шин, сводя к минимуму буксование на скользкой поверхности при одновременном использовании рабочего тормоза. Применение автоматического регулятора вращения колес (ASR) не допускает буксования колес на мягком грунте и обеспечивает оптимальное сцепление. Значительное внимание уделено обеспечению комфортных условий труда оператора. Кабина двухместная с термо-шумо-изоляцией, встроенными системами защиты ROPS/FOPS устанавливается на амортизаторах. Сиденье оператора кресельного типа с пневматической подвеской, регулируемое по весу и росту водителя. Второе сиденье предназначено для инструктора или ученика. Рулевая колонка телескопического типа с изменяемым углом наклона.
Самосвалы оснащаются системой фиксации и накопления данных о полезной нагрузке и режимах работы машины. Объем памяти такой системы рассчитан на хранение данных о 2900 рабочих циклах. В качестве отдельной опции самосвалы могут оснащаться системой контроля технического состояния (VHMS) с передачей данных на сервер технических служб.

Структурным подразделением компании Hitachi, выпускающим карьерные самосвалы, является Hitachi Construction Truck Manufacturing Ltd. Семейство таких самосвалов, выпускаемых серией EH, включает 13 моделей и охватывает грузоподъемность от 32.6 до 318 т. Самосвалы малой грузоподъемности 32-36 т оснащаются двигателями Volvo, грузоподъемностью 38-60 т - двигатели Cummins. Самосвалы более высокой грузоподъемности оснащаются V-образными 12ти и 16-ти цилиндровыми двигателями фирмы Cummins и Detroit Diezel. Самосвалы грузоподъемностью до 100 т оснащаются гидромеханическими трансмиссиями Allison с планетарными коробками передач. Самосвалы большей грузоподъемности имеют дизель-электрические трансмиссии переменного тока.

Передняя подвеска независимого типа с амортизатором Neocon, работающим по принципу деформируемой (сжимаемой) жидкости, позволяет повысить надежность и эффективность эксплуатации. Эта подвеска ACCU-TRAC состоит из мощных широких продольных рычагов, опирающихся спереди на трубчатый торсион. Конструкция подвески такова, что замена цилиндра не требует демонтажа колеса, рычага и тормозного механизма.

Задняя подвеска -зависимая, с А-образным рычагом и двумя цилиндрами Neocon.

Примененный динамический тормоз и электронная система управления и контроля Statex III, разработанная General Electric, способствует повышению производительности. В эту систему управления входит контроллер скорости притормаживания, обеспечивающий постоянное плавное торможение самосвала и не допускающий повышения оборотов мотор-колес. Микропроцессор, встроенный в контроллер переключения передач, в автоматическом режиме выбирает необходимую передачу в соответствии со скоростью движения, грузовой нагрузкой и дорожными условиями. Это облегчает работу оператора. По заказу на самосвалы может быть установлена система контроля тягового усилия (ATC), предотвращающая буксование колес. В основу этой системы положены электронные устройства, контролирующие число оборотов передних и задних колес обеих сторон.

При изготовлении кузова применено горизонтальное расположение ребер жесткости, что позволяет равномерно распределять нагрузку на металлоконструкцию.

Как и многие производители самосвалов, компания уделяет значительное внимание обеспечению комфортабельных условий труда. Кабина шумо-виброизолированная, двухместная, с обширным обзором фронта работ, подрессоренным и регулируемым сиденьем. Рулевое управление действует как гидростатическая система, которая включает 2 гидроцилиндра двойного действия, гидронасос с компенсатором и разгрузочным клапаном, а также гидроаккумулятор, резервирующий мощность рулевого и тормозного управления.

Компания Tenx в области карьерных автосамосвалов освоило производство 14 моделей машин, охватывающих диапазон грузоподъемности от 31.7 до 326 т. На всех моделях приоритетное применение нашли двигатели Cummins и Detroit DiezelMTU. На моделях грузоподъемностью до 60 т применены 6-рядные двигатели Cummins, на моделях грузоподъемностью свыше 60 т - V-образные двигатели в 12-ти и 16-ти цилиндровом исполнении. Как правило, двигатели оснащены системами турбонаддува и промежуточного охлаждения.
Семейство карьерных самосвалов разделено на 2 группы по типу трансмиссии. Машины грузоподъемностью до 100т оснащаются гидромеханическими трансмиссиями Allison с планетарными коробками передач, обеспечивающими получение 5-6 передач переднего и 1-2 передачи заднего хода. Самосвалы грузоподъемностью свыше 100 т оснащаются дизель-электрическими трансмиссиями на постоянном или переменном токе. Применены дисковые тормоза.

Конструкция переднего моста позволяет снизить динамику нагрузок на металлоконструкции рамы. Компоненты рулевого управления установлены непосредственно на неразрезном мосту, что позволило свести к минимуму количество движущихся частей.

Применение электрических машин переменного тока существенно упростило привод, позволив отказаться от быстроизнашивающихся элементов (коллекторы, щетки и др.).

Подвеска переднего моста независимая, самоустанавливающаяся, с азотно-масляными цилиндрами. Подвеска заднего ведущего моста с А-образной рамой и рычажным механизмом имеет поперечную стабилизирующую связь.

Фирма в своей производственной линейке сохранила одну модель мобильного углевоза BD-270 грузоподъемностью 243 т и рабочей массой около 433 т. Мощность, в зависимости от применяемой модели двигателя, колеблется от 1193 до 1510 кВт. Углевоз создан по схеме с донной разгрузкой. Компоновка углевоза основана на применении двухосного тягача со всеми ведущими колесами, с которым агрегатирована одноосная грузовая тележка (с большой продольной базой), которая с помощью сидельного устройства опирается на тягач.

Компания Liebherr, входящая в число крупнейших машиностроительных компаний и специализирующаяся на производстве различного вида горного, строительного и грузоподъемного оборудования, выпускает карьерные самосвалы высокой грузоподъемности от 180 до 360 т, с двигателями мощностью 1343-2610 кВт. В настоящее время компанией освоено производство 4-х моделей большегрузных карьерных самосвалов с дизель-электрическими трансмиссиями на постоянном и переменном токе. На этих машинах предусмотрена возможность использования дизельных двигателей двух производителей Cummins и Detroit Diezel MTU.

Силовой привод, включающий дизельный двигатель, генератор и радиатор, смонтирован на отдельной раме, позволяющей применять различные модели компонентов, сохраняя при этом модульность линейной сборки и обеспечивая замену этих узлов в случае необходимости. Тяговые электродвигатели фирмы Liebherr представляют собой мотор-колеса пакетной структуры, чем обеспечивается модульность их конструкции и монтажа. Разработанный фирмой Siemens трехфазный привод на переменном токе позволил отказаться от применения щеток-коммутаторов, что обеспечило повышение крутящего момента, увеличение транспортной скорости и упрощение тормозной системы. Система дизель-электрической трансмиссии на переменном токе позволила существенно повысить динамическую тормозную мощность и управляемость электрической тормозной системы до рабочей скорости 0.8 км/ч. Ниже этой скорости используется гидравлическая система тормозов до полной остановки машины. Система контроля позволяет оператору контролировать все операции в режиме торможения.

Разнесенный привод на задние колеса, когда привод каждой пары задних колес отдельный, позволяет им лучше приспосабливаться к профилю трассы, не теряя контакта с ней при преодолении неровностей высотой до 300 мм.

При создании самосвалов моделей TI-272 и Т-282В фирмой был реализован принцип более рационального перераспределения нагрузок по мостам, когда нагрузки на передний и задний мост стали приблизительно одинаковыми. В то же время разнесенные между собой шарнирные соединения кузова позволили более равномерно распределить нагрузку, приходящуюся на задний мост самосвала. Применение конструкции наклонной рамы шаровой опоры с двойным параллельно-шарнирным устройством в переднем управляемом мосту позволило обеспечить лучшую управляемость при поворотах и повысить ходимость шин.

На крупных моделях самосвалов TI-272 и Т-282В в системе управления заложена дублирующая система для случая аварийного отказа основной системы управления. В этой разработке используется специальный гидроаккумулятор, позволяющий управлять машиной в аварийных ситуациях.

Гидравлические системы подъема-опускания кузова и рулевого управления с тормозной системой являются самостоятельными и не зависят друг от друга.

В механизме опрокидывания кузова самосвала Т-282В применена новая конструкция траверсы гидроцилиндра подъема кузова, которая позволяет сохранять достаточную жесткость и упругие свойства между траверсой и основной рамой кузова. Нагрузка передается через переднюю и зад-
нюю подвески, что разгружает раму и способствует снижению ее металлоемкости.

Кабина оператора двухместная, термо-шумоизолирован-ная, оснащенная необходимыми контрольно-измерительными приборами с цифровой индикацией информации и системой звуковой сигнализации, предупреждающей о возможном наступлении аварийной ситуации. Сиденье оператора с пневматической подвеской может регулироваться по росту и массе водителя. Второе сиденье - для инструктора или ученика - имеет механическую подвеску. Рулевая колонка регулируемая, телескопического наклонного типа. Кабина оборудована системами вентиляции и обогрева с фильтрацией поступающего в нее воздуха. Кабина может оборудоваться компьютерной системой, позволяющей получать обширную информацию о режиме работы самосвала.

Итальянская фирма Astra выпускает две модели карьерных самосвалов малого уровня грузоподъемности 28 и 32 т. На этих машинах применены двигатели Iveco Cursor 10F3A мощностью 260 и 280 кВт, гидромеханические трансмиссии фирмы Allison с планетарными коробками передач, обеспечивающими получение 6 передач переднего и 1 передачи заднего хода. Двигатели оснащены топливной системой, позволяющей регулировать процесс сгорания топлива, чем достигается экологичность выхлопа, которая удовлетворяет международным требованиям 3-го уровня по токсичности и дымности выхлопных газов. Тормозная система оснащена дисковыми тормозами, работающими в масляной ванне Обе модели близки по своим характеристикам, имеют одинаковую колесную базу 3.65 м. Незначительные различия касаются размеров колеи, применяемых шин и масс.

В дополнение к изложенному необходимо отметить, что американской фирмой Kress выпускается самосвал-углевоз модели 200СП с донной разгрузкой. Углевоз оснащается дизельным двигателем Caterpillar мощностью 1197 кВт, гидромеханической трансмиссией с блокируемым гидротрансформатором, позволяющей получать 6 передач переднего и 1 передачу заднего хода. Углевоз имеет пневмогидравлическую подвеску. Грузоподъемность - 220 т, емкость кузова (с «шапкой») составляет 228 м3. Компоновка углевоза выполнена с большой колесной базой. Передний и задний мосты имеют по 4 колеса, которые объединены в две пары (по 2 колеса в паре). Ведущие колеса - передние, поворачивающиеся на угол до 85° к продольной оси машины. Углевоз оснащен системами интегрированного управления тормозами (ABC), автоматизированного управления замедленным движением на спусках (ARC), контроля за сцеплением колес с поверхностью (TCS). Наряду с этим углевоз оснащен системой информационного обеспечения (VIMS), позволяющей контролировать и накапливать в памяти сведения об основных параметрах и режимах работы углевоза.

Краткие технические характеристики карьерных самосвалов, систематизированные по уровням грузоподъемности, приведены в табл. 2.

Вызывают интерес данные об изменении парка карьерных самосвалов, представленные компанией The Parker Bay и опубликованные в журнале Mining Magazine за апрель 2006 г. Эти данные приведены в табл. 3.

Компания The Parker Bay отметила, что за период 20032005 гг. среднегодовая отгрузка карьерных самосвалов грузоподъемностью свыше 90 т возросла почти в 3 раза с 570 ед. в 2003 году до 1586 ед. в 2005 году. При этом отмечалось, что за последние годы происходило интенсивное обновление парка таких машин.




Журнал "Горная Промышленность" №3 2007