Вскрышные работы, перевалка, добыча, сортировка — эти и другие процессы, характерные для горных работ, требуют целого парка техники и оборудования. Что касается погрузки и транспортировки добытой породы, для этих целей чаще всего используются карьерный погрузчик и карьерные же самосвалы различной конструкции. Карьерные экскаваторы для этого также применяются, однако при загрузке самосвала погрузчик имеет ряд преимуществ, главные из которых — высокая маневренность и больший объем ковша. По этой причине в настоящей статье мы рассмотрим работу в паре именно этих двух разновидностей техники для транспортировки горной породы, добываемой при открытых разработках.
Карьерные, они же внедорожные ,самосвалы имеют габариты и вес, существенно превышающие аналогичные показатели у дорожных машин этого типа. Как правило, к месту работ их доставляют в разобранном виде — и уже после выполняют сборку. Появившиеся в тридцатые годы прошлого века в США, эти машины прошли большой путь эволюции, однако в целом их конструктивные особенности остались теми же. Оптимальной на сей день считается схема с двумя осями, с задним или полным приводом и разгрузкой ковшеобразного кузова назад. Учитывая огромные нагрузки, которые приходятся на машины этого типа, рама и ряд других важных конструктивных элементов карьерных самосвалов изготавливают из высокоуглеродистых легированных сталей, отличающихся высокой прочностью. Силовая установка у современных карьерных самосвалов, как правило, гибридного типа: дизельный двигатель приводит генератор переменного тока, который питает тяговые электродвигатели, вращающие колеса. (Хотя существуют и модели со сдвоенным силовым агрегатом и без генератора и электродвигателей.)
Выпуском карьерных самосвалов в мире занято около трех десятков производственных компаний. На постсоветском пространстве карьерные самосвалы изготавливает белорусский БЕЛАЗ. Это предприятие выпускает не только технику в наиболее востребованном сегменте грузоподъемности от 30 до 45 тонн, но и настоящие самосвалы-гиганты, способные перевозить на порядок большие объемы горной породы. В настоящее время непревзойденным рекордсменом по части транспортировки горной породы является карьерный самосвал БЕЛАЗ-75710, способный при любых климатических условиях перевозить до 450 тонн горной массы не только на открытых разработках, но и в сложных горнотехнических условиях глубоких карьеров.
При создании этого выдающегося во всех смыслах образца технологического транспорта проектировщики использовали лучшее из многолетнего опыта предприятия и при этом ушли от многих стандартных решений. В результате БЕЛАЗ-75710 получил жесткую раму особой конструкции при сдвоенной ошиновке обоих мостов; восемь шин максимальной грузоподъемности; две ведущих оси (полный привод, формула 4х4); оригинальную кинематику поворота (обе оси управляемые), а также подвески (применение в конструкции подвески стоек стабилизаторов поперечной устойчивости); оригинальное решение для силового привода за счет двух дизель-генераторных установок, которые предусматривают отключение одного из двигателей при движении порожней машины.
В результате этих и других конструктивных решений карьерный самосвал достиг наивысшего показателя грузоподъемности, высокой для своего размера маневренности (радиус поворота данного гиганта составляет 19,8 метра при длине самого самосвала 20,6 метра; к примеру, радиус поворота 360-тонного самосвала составляет 17 метров), устойчивости без потери плавности хода, экономичности за счет оптимального алгоритма работы двухдизельной моторной установки MTU DD 16V4000 мощностью 2х2300 л.с., высокой производительности, а также надежности и безопасности эксплуатации. Последнее стало возможным во многом благодаря применению «умной» электромеханической трансмиссии переменного тока с электрическими дифференциалами, противооткатной, противоюзовой и противобуксовочной системами. БЕЛАЗ-75710 способен преодолевать продольные затяжные уклоны дорог до 12% и кратковременные уклоны до 18%.
Карьерный самосвал-гигант развивает скорость до 64 километров в час. Удельный расход топлива у него при номинальной мощности составляет 198 г/кВтч. Геометрическая вместимость кузова машины составляет 164,9 кубометра, с шапкой — 268,3 кубометра. Эксплуатационная масса машины в базовом исполнении — 390 500 килограммов; полная масса — 840 500 килограммов.
Здесь нужно отметить, что если производство карьерных самосвалов во всем мире ведется небольшими партиями, то выпуск таких уникальных машин, как БЕЛАЗ-75710, осуществляется штучно. Первый экземпляр карьерного самосвала-гиганта был сделан осенью 2013 года, а в году следующем он отправился в город Березовский Кемеровской области для эксплуатации на угольном разрезе «Черниговский», где вскоре провез по полигону груз массой 503,5 тонны. Этот рекорд был официально зарегистрирован и внесен в Книгу рекордов Гиннесса.
Второй по счету самосвал БЕЛАЗ-75710 был собран в 2016 году. В течение нескольких лет он проходил тестирование на территории, принадлежащей заводу-производителю. А затем была выпущена и третья машина этой модели. Все три экземпляра предназначены для эксплуатации на территории России.
Интересно заметить, что с выпуском БЕЛАЗ-75710 белорусское предприятие вывело карьерный самосвал как тип техники на принципиально новый уровень грузоподъемности: до его появления самым мощным считался БЕЛАЗ-75501, способный перевозить до 280 тонн груза.
Кроме карьерных самосвалов классической конструкции выпускается немало техники с шарнирно-сочлененной рамой. Считается, что такая конструктивная особенность обеспечивает технике большую проходимость и маневренность. Самосвалы с шарнирно-сочлененной рамой, как правило, имеют три оси и шесть ведущих колес, однако производители часто оборудуют их автоматическим или ручным выключением межосевого дифференциала. Нередко эта техника оборудуется различными устройствами, усовершенствующими процедуру разгрузки. Например, компания Caterpillar оснащает некоторые из своих моделей механизмом принудительной (эжекторной) разгрузки при помощи толкающей плиты, позволяющей выгружать содержимое кузова без его опрокидывания и прямо во время движения, а компания Hydrema снабдила кузов поворотным механизмом, благодаря чему разгрузить самосвал можно не только назад, но и в любую из боковых сторон. Усовершенствования внедряются и в целях повышения проходимости техники: например, компания BELL выпускает модель карьерного самосвала на гусеничном ходу.
Рассмотрим подробнее новую модель самосвала с шарнирно-сочлененной рамой производства Caterpillar — Cat® 740 GC с номинальной полезной нагрузкой 36,3 тонны. Отличительные черты новинки собственным весом чуть более 32 тонн — новые органы управления, система защиты коробки передач при быстром переключении движения вперед/назад, система помощи при подъеме кузова, инновационная система регулирования тяги, система защиты от опрокидывания самосвала и режим экономии топлива ECO. Кроме того, модель 740 GC оснащена новейшей системой автоматического управления замедлением при помощи компрессионного тормоза, не требующей вмешательства оператора, что улучшает безопасность и эффективность работ. Для повышения комфорта управления включение стояночного тормоза производится при помощи рычага КПП, что снижает утомляемость оператора. Кроме того, система помощи при остановке и трогании на подъеме автоматически удерживает машину без использования педали рабочего тормоза и позволяет начать движение в гору без отката назад.
Кабина самосвала получила максимальную площадь остекления и добротную защиту от внешнего шума, а также легкие и прочные двери, при открывании которых автоматически включаются дисплеи машины. Опционально можно установить поляризационное стекло, снижающее нагрев внутреннего пространства кабины. Сиденье оператора снабжено массой регулировок; пассажирское сиденье может складываться.
Уже упомянутая автоматическая система регулирования тяги позволяет своевременно включать блокировку дифференциала для предотвращения проскальзывания колес, что повышает производительность, а также снижает эксплуатационные расходы за счет меньшего износа шин. Автоматическая система регулирования подачи топлива предотвращает неравномерное движение машины, связанное со случайными нажатиями оператором педали акселератора при перемещении по неровной поверхности.
Переключение передач и управление подъемом и опусканием кузова у 740 GC совмещены в одном рычаге. При включении автоматического подъема кузова оператору не требуется повышать обороты двигателя, а при включении автоматического опускания кузов возвращается в нижнее положение при одиночном нажатии на переключатель. При приближении к крайним точкам подъема или опускания автоматически снижается скорость подъемного гидроцилиндра во избежание ударных нагрузок.
Кнопки на комбинированном рычаге управления коробкой передач/подъемом кузова позволяют ограничить скорость машины, удержать передачу и включить стояночный тормоз. Кроме того, система защиты коробки передач при движении вперед/назад позволяет самосвалу безопасно останавливаться, если переключение направления хода было выполнено во время движения. В маловероятном случае отказа основной и вспомогательной тормозной систем у машиниста есть возможность включить стояночный тормоз с помощью кнопки аварийного торможения, расположенной на правой стороне приборной панели.
Новый самосвал Cat 740 GC имеет типичную для такого класса машин конфигурацию полного привода 6х6 и оборудован силовой установкой Cat С15 ACERT мощностью 449 л.с.
Другим, не менее важным участником транспортно-погрузочных работ в карьерах является фронтальный погрузчик. Чаще это машины на пневмоколесном ходу, реже — на гусеничном. Кроме вскрышных работ их широко применяют при загрузке породы в кузов карьерного самосвала: стоимость их меньше, чем цена экскаватора, к тому же значительно ниже и эксплуатационные расходы, связанные с работой погрузчика. Добавив сюда уже упомянутые маневренность и скорость передвижения, которые превышают те же показатели у экскаватора во много раз, мы получаем идеальную машину для транспортировки породы на небольшие (до одного километра) расстояния и ее погрузки. В связи с этим спрос на карьерные погрузчики стабильно высокий. Поэтому производители этой техники постоянно работают над увеличением ее грузоподъемности, мощности, скорости, износостойкости шин и повышением экологичности силовой установки.
Типичный карьерный погрузчик — шарнирно-сочлененного типа: его моторная и грузовая полурамы соединены между собой парой вертикальных шарниров. Передний мост погрузчика жестко крепится на грузовой полураме, задний — подвешивается на моторной. Кроме рамы ходовая часть машины включает в себя систему подвески, колеса и шины. Погрузочное оборудование машины состоит из шарнирно установленной стрелы прямой или изогнутой формы и механизма управления ковшом; управление оборудованием у большинства современных моделей гидравлическое.
Карьерный погрузчик в своей погрузочно-транспортной ипостаси в одиночку выполняет работу, которой заняты бульдозеры и экскаваторы. Конструктивно он схож со строительным шарнирно-сочлененным погрузчиком, однако при этом в разы мощнее, и производительность его благодаря ковшу большого объема многократно выше. Чтобы оценить, что представляет собой колесный карьерный погрузчик, взглянем поближе на наиболее популярную модель этой техники производства компании Hitachi, чьи машины сегодня трудятся на открытых разработках по всему миру. Карьерный погрузчик ZW310-5A хорошо зарекомендовал себя у горнодобывающих предприятий, а возможность установки на машину угольного ковша вместимостью 6 кубометров делает ее отличным помощником и в угольной промышленности.
ZW310-5A оснащен надежным двигателем Cummins мощностью 320 л.с. Одна из главных особенностей всей линейки погрузчиков ZW-5A и ZW310-5A в числе прочих — система активного управления двигателем Active Engine Control System, которая играет ключевую роль в обеспечении экономии топлива. Датчики, расположенные по всей машине, отслеживают ее состояние и регулируют работу двигателя, уменьшая потери энергии и расход топлива.
В стандартной комплектации погрузчик ZW310-5A оснащается новой автоматической трансмиссией, которая дает возможность выбирать оптимальную передачу в соответствии с нагрузкой. Это позволяет ускорить передвижение, сократить рабочие циклы, оптимизировать распределение мощности и расход топлива при различных видах нагрузки. ZW310-5A оборудован режимом повышенной мощности, который востребован в тех случаях, когда необходимо хорошее тяговое усилие или ускорение. А благодаря индикации режима ECO — работа в режиме топливной эффективности — оператор погрузчика может контролировать эффективность выполняемых работ.
Среди других инновационных решений, которые позволяют значительно улучшить управляемость машины, — система отключения фрикционов, режим задержки переключения, ограничительный клапан и автовыравниватель стрелы, что положительно сказывается на общей эффективности работы. Джойстиковое управление погрузчиком значительно облегчает работу оператора, делая ее более эффективной.
Вместимость стандартного погрузочного ковша с шапкой у этой модели составляет 4,5 кубометра. Эксплуатационная масса Hitachi ZW310-5A со стандартным ковшом — 23 040 килограммов. Усилие отрыва — 17 950 кгс. Время, которое карьерный погрузчик тратит на подъем стрелы, составляет 5,8 секунды, на опускание стрелы — 3 секунды, на разгрузку ковша — 1,4 секунды. Машина способна развивать скорость до 34,7 километра в час при движении назад или вперед. Высота разгрузки ZW310-5A при максимальной высоте подъема пальца поворота ковша с углом разгрузки 45° составляет 2920 миллиметров для угольного ковша и 3000 миллиметров для ковша стандартного скального.
Свои рекордсмены есть и среди карьерных фронтальных погрузчиков. Абсолютным чемпионом в этом классе выступает 262-тонный LeTourneau L-2350 с ковшом объемом 40,5 кубометра, в который без труда помещаются два поставленных один на другой лимузина. Габариты погрузчика-колосса (длина/ширина) — 20,3х6,5 метра, высота подъема ковша 13,7 метра. За один подход L-2350 способен загрузить в кузов самосвала 75 тонн горной породы — таким образом, чтобы загрузить гигантский БЕЛАЗ-75710 (если две этих машины, конечно, встретятся), ему потребуется всего 6 рабочих циклов.
На погрузчик LeTourneau L-2350 установлен V-образный силовой агрегат Detroit Diesel мощностью 2332 л.с., который за день работы расходует порядка 4000 литров дизельного топлива. Максимально возможная для этого карьерного погрузчика скорость невысока — всего 15 километров в час, однако ее вполне достаточно, чтобы эффективно работать в карьере. Шины погрузчика высотой 4 метра и шириной 1,7 метра стоят около ста тысяч долларов каждая и изнашиваются примерно за полгода. Чтобы увеличить срок службы резины, колеса LeTourneau L-2350 обматывают металлическими цепями. Стоимость же самого погрузчика составляет порядка 7,6 миллиона долларов.
В завершение скажем о российских особенностях открытых горных разработок и особом значении, которое приобретают в этой ситуации карьерные погрузчики. Для специалистов отрасли не является секретом весьма высокая степень износа экскаваторной техники — по этой причине экскаваторы немалую часть времени находятся на ремонте или в стадии сервисного обслуживания. В таких условиях эффективность работ можно повысить, используя для погрузки породы в самосвалы многофункциональные машины — карьерные погрузчики. Такая замена не потребует ни серьезных изменений в технологической схеме, ни дополнительных инвестиций. И более того: как отмечают специалисты компании Caterpillar, при использовании для погрузки в самосвалы современных карьерных погрузчиков производительность всего горно-транспортного комплекса в целом может вырасти на четверть.
Источник: https://proteh.org/
