Карьерные самосвалы: борьба концепций
Сравнение эксплуатационных качеств карьерных и шоссейных самосвалов
Специализированный карьерный автотранспорт широко применяется как на открытых горных работах, так и при строительстве крупных объектов, ирригационных сооружений. Удельный вес карьерного автотранспорта в технологических перевозках на предприятиях горнодобывающей промышленности сегодня составляет около 70%. И доля автоперевозок только растет.
Возьмем для сравнения эксплуатационных качеств карьерного автотранспорта грузоподъемностью (далее – г/п) от 30 до 60 т с набирающими популярность в этой же рыночной нише шоссейными самосвалами в качестве примера, пожалуй, самую востребованную на территории СНГ технику БЕЛАЗ.
«БЕЛАЗ-ХОЛДИНГ» является крупнейшим мировым производителем карьерных самосвалов г/п от 30 до 450 т. Сегодня техника с маркой «БЕЛАЗ» успешно эксплуатируется в хозяйствах горнодобывающих комбинатов на территориях различных стран мира.
Самосвалы г/п от 30 до 60 т широко и успешно используются в небольших строительных и угольных карьерах с подготовленными технологическими дорогами, а также при строительстве крупных ирригационных сооружений. Однако в последние годы в данном диапазоне грузоподъемности в местах эксплуатации наблюдается массовое внедрение специализированных автосамосвалов на базе шоссейных грузовых автомобилей (Scania, Reno, Volvo, Tatra, Howo и др).
Данный вид машин отличается увеличенной мощностью двигателя, увеличенным объемом кузова, усилением рамы и элементов подвески по сравнению с классическими шоссейными самосвалами. Однако общая компоновочная схема не имеет принципиальных отличий от шоссейного варианта – количество мостов от трех и более, лимитированные габариты по ширине, устройство рамы, трансмиссии и подвески. Надо отдать должное производителям данного вида автотранспорта, так как г/п шоссейных самосвалов сравнялась уже с г/п классических карьерных, то есть от 30 т и выше. При этом цена на новый автомобиль ощутимо ниже, чем на карьерный той же грузоподъемности. Стараясь снизить капитальные затраты, владельцы предприятий все чаще присматриваются к данным машинам, приобретают их для замещения и обновления парка карьерных самосвалов. И как утверждают представители компаний-производителей, после перехода на новый вид транспорта экономические показатели автоперевозок не только не возрастают, но даже и снижаются. Однако скоротечные оценки не всегда объективны, и перед принятием решения о замене одного вида машины на другой надо постараться качественно рассмотреть и сравнить все показатели.
Центр тяжести и рама
Карьерный автотранспорт эксплуатируется в самых разноЖЖЖобразных климатических, горно-геологических и дорожных условиях. Большинство горных предприятий в России расположены в зонах резко континентального климата. Низкая (до –40 °С и ниже) температура зимой с сильным ветром, высокая температура летом (до +40 °С). В горной местности самосвалы работают при пониженном атмосферном давлении, что снижает мощность двигателей и увеличивает расход топлива. Классический рамный автосамосвал создавался именно под условия сложной дорожной обстановки горного предприятия. И речь тут идет в первую очередь не о проходимости вязких заболоченных или запесоченных участков – речь в большей степени о профиле дороги. Для карьерного автотранспорта характерны небольшие расстояния перевозки (от 1 до 5 км), движение по дорогам со сложно-переменным профилем и большим числом крутых поворотов, по временным дорогам с плохим покрытием.
Продольный профиль карьерных дорог представляет собой чередование подъемов и спусков разной величины и длины. Продольные уклоны дорог достигают 10–12%, а на отдельных коротких участках и более того (как в поперечном, так и продольном направлении). Двигаясь по такой дороге, самосвал испытывает воздействие знакопеременных опрокидывающих моментов, поэтому для него важен показатель отношения высоты центра тяжести груженого автомобиля к его ширине. Колея у карьерных самосвалов ощутимо шире, чем у шоссейных, а центр тяжести груза внутри грузовой платформы значительно ниже, чем в кузове шоссейного самосвала. Следствием этого является бóльшая устойчивость «карьерника» при опрокидывании и соответственно бóльшая скорость транспортировки, меньшие требования к состоянию поперечного профиля дороги.
Становой хребет самосвала – его рама. Рама карьерного самосвала разительно отличается от рамы обычного грузового автомобиля. Она выполнена таким образом, чтобы выдерживать высокие ударные и скручивающие нагрузки. Профиль карьерных дорог требует применения колес большого диаметра и ширины, что увеличивает дорожный просвет и влияет на тяговые характеристики. В то же самое время увеличение высоты машины уменьшает ее устойчивость, поэтому профиль рамы сконструирован так, чтобы максимально снизить центр тяжести груженого автомобиля.
Соотношение размеров и параметров
Традиционно карьерные самосвалы создаются для работы в комплексе с карьерными экскаваторами. Следует отметить, что в процессе проектирования стараются увязать самые различные параметры. Конечно, важным является правильное соотношение размеров ковша и кузова транспортного средства. Ширина кузова должна позволять производить эффективную разгрузку ковша без просыпей, регулировать укладку горной массы. Имеет значение количество разгружаемых ковшей. Подсчитано, что наибольшая эффективность работы экскаваторно-автотранспортного комплекса достигается при условии, когда количество разгружаемых ковшей в кузов транспортного средства составляет три – пять.
Соответственно связаны размеры рабочей площадки с рабочими параметрами экскаватора и радиусами поворота самосвала. В стесненных условиях рабочей площадки карьерный самосвал должен становиться под загрузку и покидать ее при минимуме маневров. При этом установку самосвала следует производить с таким расчетом, чтобы экскаватор работал с наименьшим углом поворота, обеспечивая при этом наивысшую производительность. Недаром ведущие мировые производители карьерной техники (Caterpillar, Komatsu, Hitachi, Liebherr) предлагают сегодня потребителю комплексное решение, а именно связку экскаватор – самосвалы собственного производства, утверждая, что максимально увязывают параметры техники между собой. Или, как это делают БЕЛАЗ и «ИЗ Картэкс», объединяются для проектирования совместного экскаваторно-автотранспортного комплекса. Если сравнить наименьший радиус поворота у карьерного самосвала и у шоссейного той же грузоподъемности, то у последнего радиус поворота будет больше на 1 м и более. А это потребует расширения площадки, усложнения отработки забоя, лишних перемещений экскаватора. Это прямые потери рабочего времени, усложнение процесса отработки на конкретном участке.
Конечно, ощутить преимущества работы хорошо подобранного комплекса можно только при условии высокой интенсивности горных работ. А это не всегда достигается ввиду экономических реалий, компетентности топ-менеджмента и проч.
Подвеска и шины
При разгрузке ковша экскаватора типа ЭКГ (самый массовый на горных работах в СНГ) горная масса падает единовременно в кузов с большой высоты (от 2,5 м и более). Выдержать такие удары может только специально спроектированная подвеска. Подвеска карьерного самосвала состоит из нескольких пневмогидравлических цилиндров и направляющего устройства, представляющего собой систему продольных и поперечных штанг. Пневмогидравлический цилиндр подвески – пневматическая рессора поршневого типа в комбинации с гидравлическим амортизатором. Такая конструкция позволяет эффективно гасить колебания машины, сглаживать ударные нагрузки. Никакие другие «усиленные рессорные подвески» не способны обеспечить удовлетворительную работу самосвала при эксплуатации внутри карьеров. Рабочие характеристики пневмогидравлического цилиндра отличаются большей энергоемкостью сжатия и отбоя при увеличенном ходе, нежели просто набор рессор. Именно они гасят ударные нагрузки от падения кусков горной массы в кузов самосвала. Подвеска держит машину при движении на «ухабах» временных дорог.
Шины самого легкого карьерного самосвала (г/п 30 т) имеют наружный диаметр 1615±25 мм, ширину профиля 498±15 мм. Более массивные колеса позволяют компенсировать неровности временных дорог, обеспечивают увеличенный дорожный просвет, лучшие условия сцепления. Ходимость шин напрямую зависит от состояния дорожного полотна. Острые куски скальной породы способны вспарывать боковые поверхности колес размером 9.00-22.5, в то время как большое колесо того же БЕЛАЗа просто не почувствует воздействия. Карьерный самосвал режет колею намного меньше, чем шоссейный многомостовый на своих относительно узких колесах (пример – 9.00-22.5). Естественно, для поддержания дорог потребуется меньше затрат, когда по ним ходят только карьерные самосвалы. На практике значения пробега самосвалов БЕЛАЗ г/п 30–60 т до списания составляют (усредненно): для самосвалов г/п 30–45 т – до 450 тыс. км и выше, для г/п 55–60 т – 600 тыс. км и выше. При этом годовой пробег на большинстве карьеров составляет в пределах 60 000–100 000 км в зависимости от среднего расстояния перевозки. Такой объем работы в условиях горных предприятий выполнить автосамо-свалу шоссейного типа практически невозможно.
Также одним из главных недостатков шоссейных самосвалов является отсутствие систем безопасности ROPS и FOPS, без которых работа транспорта внутри карьера запрещена.
У «шоссейников» тоже есть преимущества
Если правильно учесть все аспекты автоперевозок, провести экономический анализ, то применение классических «карьерников» покажет бóльшую эффективность по сравнению с применением шоссейных автосамосвалов.
Однако сфера применения «усиленных, адаптированных» шоссейных самосвалов расширяется. И это факт, который объясняется наличием у них немалых преимуществ. Первое важное преимущество – возможность выезжать на дороги общего пользования, куда закрыт путь карьерному самосвалу. Зачастую существует необходимость транспортировать материал за пределы карьера, а для этого нужно либо возводить технологическую дорогу, либо пользоваться существующей общего назначения.
Второе – больший сцепной вес за счет большего количества приводных мостов и наличия блокировок дифференциалов. Да, по вязким, скользким материалам эти машины идут лучше. Их любят использовать при вывозе вскрышных пород, в которых немалое содержание глины.
Все спекуляции на тему меньшего расхода горючего у шоссейных самосвалов можно отнести на счет плохого контроля расхода топлива на предприятии-перевозчике. КПД дизеля и трансмиссии у обоих типов самосвалов имеют значения одного уровня.
Карьерный самосвал – это мощная маневренная машина большой грузоподъемности, не требующая обустройства шоссейных трасс. Он предназначен для перевозки сыпучих грузов и горных пород по дорогам с прочным основанием, для работы в комплексе с тяжелыми карьерными экскаваторами. Самосвалы БЕЛАЗ создавались с учетом всех этих требований и являют собой классическую отшлифованную конструкцию большегрузных рамных самосвалов с колесной формулой 4х2. В то же самое время существует целый сектор технологических автоперевозок, где автосамосвалы шоссейного типа имеют неоспоримое преимущество перед классическими «карьерниками». Выбор типа автотранспорта должен основываться на качественном анализе условий работы предприятия с учетом времени окупаемости конкретного проекта, ресурса самих автосамосвалов.
