ОБЗОР: САМОСВАЛИ С ТВЪРДА РАМА ЗА РАБОТА В ОТКРИТИ РУДНИЦИ

Транспортирането на огромни количества разкривка и полезни изкопаеми налага използването на гигантски самосвали, които могат да превозват в своя кош наведнъж изненадващо големи количества материал – дори над 200 m3. Тези камиони-гиганти са с внушителни размери, теглото им в натоварено състояние може да достигне 800 t, мощността на двигателя – над 4000 к.с., а диаметърът на колелата да надхвърли дори два пъти човешкия ръст.

Специализираните самосвали, които се използват в мините и кариерите, се разделят са най-общо два вида – с твърда (неподвижна) и със съчленена рама. При камионите с твърда рама шасито представлява една цялостна конструкция, докато при тези със съчленена рама на практика има две шасита, които са свързани помежду си с шарнирна връзка. Съчленената рама дава редица преимущества като например изключително висока проходимост, независимо от терена (на практика път не е необходим), по-малки радиуси на завиване и др., но поради по-малките възможни полезни товари – до 55-60 т, тяхното приложение в мините не е толкова мащабно.
Самосвалите с твърда рама имат предимството, че могат да превозват много по-тежки товари. Те могат да се разделят на две категории според своя полезен товар. Машините с товароносимост от 30 t до 130 t се наричат обикновено извъншосейни самосвали, тъй като имат разнообразно приложение в различни по големина кариери за добив на инертни материали и други видове минерални суровини, както и в малки и средно големи мини. Самосвалите с твърда рама с полезен товар в диапазона 130 – 370 t са типични минни самосвали и се използват в средни и големи открити рудници.
Минните самосвали използват два вида задвижване – дизел-механично или дизел-електрическо. При първият вид се разчита на дизелов двигател и автоматична скоростна кутия, а при втория вид дизеловият двигател задвижва електрогенератор, който на свой ред захранва с електричество електромоторите, монтирани към задните колела на самосвала. През последните десетилетия електрическото задвижване стана преобладаващо при по-тежките самосвали, тъй като осигурява много по-голяма динамика на придвижването, сравнително лесна поддръжка и по-малко разходи при експлоатация, основен принос за което има развитието на инверторните технологии.
Предвид вида и естеството на превозвания материал се използват различни видове и форми на кошовете на самосвалите: дъното може да бъде плоско, V-образно и т.н.
В своята обичайна работа в мините самосвалите с твърда рама се товарят от големи верижни багери или челни товарачи. За постигане на максимална ефективност е необходимо правилното съчетаване на товарещата и товарените машини според капацитета съответно на кофата и кошовете. Обикновено се счита за ефективно един минен багер да може да напълни коша на минния самосвал с четири или пет пълни кофи. Целта е едно натоварване да се извърши в рамките на 2-3 минути.
В днешните условия на работа в мините се използват различни най-съвременни технологии, чрез които се цели намаляване на разходите за експлоатация на техниката. Някои производители предлагат дизел-електрически модели, които могат да бъдат оборудвани с пантограф. Чрез него камионът се захранва от предварително изградена контактна електромрежа и така изкачването с пълен кош става само на ток – по-бързо и по-евтино. Използването на модерните информационни технологии в мините доведе до появата на самосвали с автономно управление – без оператор в кабината. Автоматизацията на транспорта в мините е най-актуалната тенденция през последното десетилетие, като към момента по откритите рудници в света работят стотици минни самосвали с автономно управление.
На следващите страници представяме шест от най-големите и известни производители с предлаганите от тях самосвали с твърда рама за работа в мини и кариери според заявените от компаниите моделни гами и технико-технологични преимущества.

БелАЗ

БелАЗ 75710 с полезен товар 450 t и мощност 4600 к.с. - най-големият минен самосвал в света

Завод БелАЗ е един от най-големите производители на механизация за открит добив и едромащабни строителни работи. Производствената гама на техниката с марка БелАЗ се предлага в различни конфигурации на двигател, хидравлика, дизел-електрическо задвижване, скоростна кутия, вместимост на коша и други параметри, съобразени с конкретните природни и технически дадености и изискванията на клиента. Производствената програма на завода включва самосвали с полезен товар от 30 t до 450 t, поливооросителни машини, влекачи за изтегляне на дефектирали колесни машини, колесни булдозери, челни товарачи, тежкотоварни платформи за металургията и други производствени сфери, както и самолетни влекачи.
Заводът е основан в Жодино, Беларус през 1947 г. и първоначално произвежда техника за пътно почистване и поддържане. През 1957 г. в него е прехвърлено производството на 25-тонните самосвали МАЗ-525 и по тази причина той е преименуван на Белорусский автомобильный завод (БелАЗ). Първите собствени модели на самосвали – 27-тонен и 40-тонен, са пуснати в производство съответно през 1965 г. и 1967 г. Първият минен самосвал с твърда рама – БелАЗ 549, с полезен товар 75 t и дизел-електрическо задвижване е пуснат в производство през 1976 г. В следващите няколко години се появяват и по-големи модели с товароносимост 110 t и 180 t.
Днес БелАЗ е единствената компания в света, която произвежда минни самосвали на конвейерен принцип. Съвременната производствена програма на БелАЗ е съставена от две гами от самосвали с твърда рама. Гамата от минни камиони с дизелов двигател и механична трансмисия включва шест модела с полезни товари и мощности на двигателя съответно 30 t/420 к.с., 32 t/435 к.с., 42 t/500 к.с., 45 t/600 к.с., 55 t/700 к.с. и 90 t/1050 к.с. Влагат се дизелови двигатели от водещи световни брандове като Cummins, Scania и Liebherr. Автоматичната скоростна кутия е 6-степенна. Гамата с дизел-електрическо задвижване обхваща десет модела с полезни товари и мощности на двигателя: 90 t/1050 к.с., 120 t/1200 к.с., 130 t/1600 к.с., 160 t/ 1875 к.с., 180 t/2000 к.с., 220 t/2300 к.с., 240 t/2500 к.с., 290 t/2850 к.с.,
360 t/3300 к.с. и 450 t/ 2х2300 к.с. И тук се влагат се дизелови двигатели от водещи световни марки като Cummins и MTU. Както се очаква от клиентите, дизел-електрическото задвижване осигурява по-малко експлоатационни разходи, в съчетание с висока производителност. Моделът 75710 с полезен товар 450 t
е най-големият минен самосвал в света.
Всяка година минни самосвали БелАЗ се експортират до над 30 страни по света.

Caterpillar

Водещият световен производител на строителна, кариерна и минна техника предлага богата палитра от самосвали с твърда рама. Както се очаква от компания с водещи позиции, Caterpillar произвежда две пълни гами от самосвали с твърда рама. Първата включва извъншосейни камиони с дизелови двигатели и механична трансмисия за работа на мащабни строителни обекти, кариери и малки мини с полезен товар от
38,2 t до 90,8 t. Втората гама е съставена от големи тежкотоварни самосвали за работа в средни и големи мини, като тя включва както модели с дизелови двигатели и механична трансмисия, така и самосвали с дизел-електрическо задвижване.
„Леката” гама обхваща пет базови модела с полезен товар и максимална мощност на двигателя, както следва: 38,2 t/522 к.с., 46,8 t/613 к.с., 56 t/786 к.с., 64,6 t/836 к.с. и 90,8 t/1040 к.с. Тези самосвали впечатляват с високата си максимална скорост на придвижване, която при модела 772G (полезен товар до 46,8 t) достига почти 80 km/h.
Гамата от тежкотоварни минни самосвали включва четири модела с дизелови агрегати и механична трансмисия, като полезните товари и мощности на двигателите са респективно 140 t/1471 к.с., 191 t/2130 к.с., 231 t/2687 к.с., 364 t/4057 к.с. Останалите четири модела от тежката гама са с дизел-електрическо задвижване и предлагат следните полезни товари и мощности: 297 t/3550 к.с., 327 t/3550 к.с.,
338 t/3448 к.с. и 372 t/3550 к.с. Към настоящия момент Caterpillar има четири минни самосвала, подготвени за автономно управление (без оператор), като се очаква към края на 2020 г. към тях да се присъедини и още един модел.

Минен самосвал Caterpillar 797F с полезен товар 364 t и мощност 4057 к.с.

Hitachi

Минен самосвал Hitachi ЕН3500АС-3 с полезен товар 181 t и мощност 2000 к.с.

Hitachi CM е един от дългогодишните и традиционни участници на глобалния пазар на минна техника за открит добив, в т.ч. и традиционен производител на минни самосвали с твърда рама. В миналото за тези машини е отговарял само канадският клон Hitachi Construction Truck Manufacturing Ltd. Тогава гамата е била от два модела: ЕН4500 с полезен товар 280 t и ЕН5000 – 300 t.
По-късно развойният център е преместен в Япония, където през 2008 г. е конструиран новият модел ЕН3500АС II с товароносимост 190 t. В този самосвал Hitachi влага най-съвременното за времето си дизел-електрическо задвижване с променлив ток и технологията IGBT, използвана днес при всички електромобили. През 2010 г. се появява и вторият нов модел с модерно дизел-електрическо задвижване – EH4000 AC II (полезен товар 220 t).
Днес Hitachi CM предлага в Европа три модела минни самосвали, само с дизел-електрическо задвижване. Това са ЕН3500АС-3 с полезен товар 181 t и мощност на дизеловия двигател 2000 к.с., ЕН4000АС-3 (221 t/ 2500 к.с.) и ЕН5000АС-3
(296 t/2850 к.с.).
Hitachi CM е един от големите пионери в технологиите за оптимизиране на работата в мините. Сред тях изпъкват технологията за монтиране на модул с пантограф за свързване на самосвала с електрическа контактна мрежа, която се използва за съществено намаляване на разходите за енергия при изкачване с пълен кош. Върхът на съвременните минните технологии днес са автономните минни машини, в т.ч. самосвали, които се управляват не от оператори в кабините, а от най-модерни автономни системи. Платформата за автономно управление на Hitachi се нарича Solution Linkage и към нея могат да се свързват автономни машини от различни производители. Визията на Hitachi за бъдещето е: само автономни машини в мините.

Komatsu

Komatsu е един от водещите световни производители на минни самосвали с твърда рама. Компанията предлага богата палитра от модели, разделени в две гами. По-леката гама включва т. нар. извъншосейни камиони, отличаващи се с дизелови двигатели и механична трансмисия – с полезен товар от 36,5 t до 142 t. По-тежките модели са с дизел-електрическо задвижване и с полезен товар от 180 t до 360 t.
По-леката гама е съставена от общо шест базови модела с максимален полезен товар на кошовете и мощност на дизеловите агрегати съответно 36,5 t/518 к.с., 40 t/518 к.с.,
55 t/778 к.с., 63 t/778 к.с., 92,2 t/1200 к.с. и 142 t/1576 к.с. Машините разчитат на дизелови двигатели, собствено производство на Komatsu. Компанията вече въвежда агрегати, съответстващи на най-строгите екологични норми на ЕС по Етап V. За тяхното покриване се влага двоен филтър за частици (DPF). За по-голяма проходимост операторът разчита на системата KTCS за управление на сцеплението на колелата с терена, която автоматично активира спирачката на съответното колело за постигане на оптималното сцепление с повърхността. За максимална безопасност, системата Komatsu KomVision е част от стандартното оборудване – чрез 6 свързани камери се създава изображение на камиона от типа “птичи поглед”, което се вижда на монитора в кабината. Телематичните системи Komtrax и Komtrax Plus проследяват в детайли техническото и работното състояние на самосвалите и осигуряват важна информация за оптималното управление на машинопарка.
Гамата от по-тежките самосвали, с дизел-електрическо задвижване, е съставена също от шест базови модела. Максималният полезен товар на кошовете и мощността на дизеловите агрегати са съответно 180 t/2000 к.с., 225 t/2500 к.с., 252 t/2700 к.с., 288 t/2700 к.с., 324 t/3500 к.с. и 360 t/3500 к.с. Някои от изброените по-горе системи за управление се влагат и при по-големите самосвали. Специфичното за камионите-гиганти на Komatsu са супермощните дизелови двигатели, собствено производство. За електрическата част на задвижването (с променлив ток) се използват най-съвременни технологии като например IGBT, влагана при всички съвременни електромобили. Системата Invertex IIe осигурява независимо управление на електромоторите на задните колела, което предлага изключителна проходимост по кален или хлъзгав терен. Влагат се високотехнологични електрически ретардери с огромна мощност – между 3400 к.с. и 6000 к.с., осигуряващи оптимално спускане по стръмни надолнища и съвсем рядко натискане на крачната спирачка. Шест модела от тази гама имат варианти за автономно управление (без оператор в кабината), а два модела имат версии с пантограф за използване на електрическа контактна мрежа при изкачване.

Минен самосвал Komatsu 730E-10 с полезен товар 186 t и мощност 2000 к.с.

Liebherr

Минен самосвал Liebherr Т 264 с полезен товар 240 t и мощност 2738 к.с.

Един от емблематичните и най-запомнящи се експонати на bauma в Мюнхен – най-голямото в света изложение за строителна, подемна, кариерна, и минна техника, е огромен минен самосвал на Liebherr. Това е така, защото немската компания всъщност е един от сериозните играчи на световния пазар на минна техника, като гигантски верижни багери и самосвали с неподвижна рама от марката Liebherr могат да се видят по откритите рудници на всички континенти.
Минните самосвали Liebherr с неподвижна рама се произвеждат от завод на компанията във Вирджиния, САЩ – Liebherr Mining Newport News Co. Той е основан през 1995 г. и е разположен на площ 312 000 m2. Първите модели, които започват да излизат там са Т 252 с полезен товар 182 t и Т 262 с полезен товар 218 t. През 1998 г. е въведен и моделът Т 282 с товароносимост 327 t. Всъщност от самото начало Liebherr произвежда минни самосвали само с дизел-електрическо задвижване.
Днес компанията предлага три модела минни самосвали с неподвижна рама: Т 236 с полезен товар 100 t и мощност на двигателя 1217 к.с., Т 264 (240 t/2738 к.с.) и Т 284 (363 t/ 4080 к.с.).
По време на световното изложение bauma 2019 (8-14 април, Мюнхен) Liebherr представи най-новия си модел Т 236. Специфичното при него е, че полезният му товар е 100 t – клас, в който другите производители залагат най-вече на дизелов двигател и механична трансмисия, а инженерите на Liebherr са предпочели най-съвременно дизел-електрическо задвижване. Това решение позволява на самосвала да се изкачва безпроблемно по много по-стръмни нагорнища в сравнение с аналогичните камиони с механична трансмисия. По-доброто адаптиране към естествената геология на мината позволява да се спестят значителни средства при подготовката на трасетата и рампите за самосвалите.

Volvo CE

През 2018 г. Volvo CE въведе за първи път в гамата си минни самосвали с твърда рама. Това са машини от най-ново поколение, но зад гърба си имат богата десетилетна история. Преди повече от 70 години екип от технически експерти и инженери въвежда първия в света самосвал за пресечени терени, излязъл от завода в Мадъруел, Шотландия, собственост на Volvo CE от 2014 г. Дълго време преди това заводът произвеждаше самосвали под марката Terex Trucks. Сега тези внушителни камиони имат зад гърба си също и основните ценности на Volvo CE в инженеринга и производството, като продължават да се произвеждат в същия завод, откъдето десетилетия наред са излизали самосвали с твърда рама.
Двата модела – R70D и R100E, които се предлагат на европейския пазар, осигуряват полезен товар съответно 65 t и 95 t, a мощностите на двигателите са съответно 771 к.с. и 1065 к.с. Те са подходящи за работа, както в кариери, така и в мини, и рудници. Захранвани от най-съвременни дизелови агрегати, минните самосвали постигат високи производителност, въртящ момент и мощност, дори при ниски обороти на двигателя. Дизайнът на самосвалите е сравнително опростен и разполага със солидни конструкционни запаси за максимална издръжливост дори при най-тежки условия на експлоатация.
Работоспособността и горивната ефективност са подобрени с помощта на две вградени системи за превключване на предавките – мощна и икономична, за съобразяване на шофирането при всякакви условия на работа. Операторът може предварително да избере работния режим на автоматичната скоростна кутия, за да я адаптира към различното натоварване на коша.
Минните самосвали на Volvo CE са проектирани за дълъг експлоатационен живот чрез влагане на надеждни компоненти. Например основната спирачна система е допълнена от ретардер към скоростната кутия – стандартно оборудване, което намалява оборотите на двигателя и свежда до минимум използването на крачната спирачка. Хидравличната система има няколко нива на филтриране за предпазване от замърсяване по направлението на потока. Самосвалите разполагат с безопасен режим (Safe Mode) на двигателя, който предупреждава оператора, когато се включи предпазната система на агрегата при влошаване на някой от неговите работни параметри (например висока температура или ниско ниво на охлаждащата течност и др.). В такъв случай мощността и оборотите на двигателя ще се понижат постепенно в зависимост сериозността на проблема, предпазвайки двигателя от повреда.