Карьерные самосвалы

Генезис шарнирно-сочленённых самосвалов

Мобилизация промышленности и интенсивная эксплуатация недр во время Второй мировой войны привели к истощению изведанных запасов легкодоступных ресурсов неглубокого заложения в Европе и США. В послевоенное время мировая индустрия, раскрученная маховиком военных заказов, прошла сложный этап конверсии. Лишившись государственных субсидий, металлургия, машиностроение, строительный и коммунальный сектора столкнулись с острой нехваткой руды, угля, бокситов и других полезных ископаемых.

Современный шарнирно-сочлененный самосвал БелАЗ-75281...

В 1949 г. в Германии изведанных запасов руды оставалось только на десять лет, в Великобритании – лишь на восемь. Японию и вовсе ждала участь ее заброшенных колоний. Лозунг «Всё для победы над Гитлером!» стал одной из причин появления в США «ржавого пояса» (Термин «ржавый пояс» относится к былому сосредоточию тяжелой промышленности на северо-востоке США, от Огайо до Чикаго. Фактически это самый крупный за всю историю человечества символ назревшей перестройки, когда прежде расточительные методы добычи и производства не соответствуют современным условиям.) – заброшенных шахт, выработанных карьеров, городов-призраков, что меняло социальный уклад населения.

Затраты на разработку новых месторождений увеличились в сотни раз. Резко подорожал каменный уголь. Правительства многих европейских стран рассматривали фантастические по тем временам проекты плавающих платформ для добычи на шельфе нефти и газа. Для реконструированных предприятий требовалось традиционное сырье. Следствием активного освоения новых, экономически перспективных, но труднодоступных районов в 1950-х годах в Европе стало быстрое старение и затаривание автопарка – техника не могла работать в новых условиях, так как проектировали ее еще по довоенным технологиям.

...и его прообраз – землевоз Д-600 с одноосным тягачом скрепера – прототипом БелАЗ-531

Новые разработки полезных ископаемых находились на большом удалении от мест традиционного проживания людей и производства; требовалось осваивать сложные в топографическом плане территории, использовать небольшие объемы залежей полезных ископаемых и увеличивать расходы на содержание дорожной инфраструктуры на фоне роста налогообложения за пользование недрами и территорией. В отсутствие качественно новых видов техники это заставило срочно пересмотреть традиционный и дорогостоящий технологический цикл экскаватор–самосвал.

Обычный карьерный самосвал тех лет был разработан по лекалам 1920-х годов, оснащен механической коробкой передач, гидравлическими тормозами и даже бульдозерным отвалом (!) для эффективности торможения или стоянки во время погрузки. При возрастающих аппетитах экономики эти архаизмы смотрелись потешно. Маркшейдеры, поколдовав над планами разработки новых месторождений и изучив новомодную американскую логистику, задумали «ноу-хау»: нужно менять технологическую цепочку. Остановились на схеме бульдозер–скрепер–землевоз. (В СССР эту технологию впервые применили в 1938 г. Опыт не удался по причине банальных поломок заграничных скреперов. Изобретателя новой технологии (Н. Крупко) обвинили во вредительстве и по этапу отправили на прииски Колымы – доказывать превосходство русских мускулов над производительностью чужеземных машин.)

Землевоз Д-504А с одноосным тягачом МоАЗ-546П (1969 г.)

Землевозные самосвалы – прообраз современных сочлененных самосвалов, изготавливали на базе одно- и двухосных тракторных тягачей. Тягач, сама по себе универсальная и мощная машина, к тому времени был технологически отработан, а применение в конструкции гидравлики позволяло широко использовать его для буксировки полуприцепных скреперов, кранов, трейлеров-тяжеловозов и автоцистерн, в том числе для поливки автомобильных дорог. Достоинства тягачей в составе землевозов – мощный гидропривод, унификация на 90% с самоходными скреперами, низкие стоимость и эксплуатационные расходы. Стоимость, содержание и ресурс парка из четырех карьерных самосвалов и одного экскаватора равнялись парку из пяти скреперов, семи землевозов и двух бульдозеров.

При этом цикличность спарки экскаватор–самосвал низкая и меньшая на 5...12% производительность. Двухосный тягач в эксплуатации был подобен машине, но имел ограничение по маневренности. Одноосный тягач был сверхманевренным – он мог поворачивать относительно продольной оси на 90°, и поворот осуществлялся при удержании руля в одном из крайних положений, как у скрепера (не важно, стоит машина или идет – рулевое колесо перекрывает давление в одном из контуров, и положение рамы меняется); угол перекоса рам достигает 7°, геометрическая проходимость за счет угла рампы достаточная. Эти технические выводы в теории позволили строить узкие дороги с меньшим радиусом поворотов и не сильно беспокоиться о ровности дорожного полотна.

Самый первый «сочлененник» Volvo BM DR631 (1965 г.)

Главными недостатками землевозов были их привод только на переднюю ось и зачастую недостаточное для гашения огромной инерционной массы на спусках тормозное усилие на задних колесах, что заметно ограничивало использование этих машин в карьерах глубокого заложения, где разработку горной массы ведут экскаваторы. Скрепер эффективно справлялся на относительно легких грунтах, но, по сути, это сезонная техника, не способная работать с полной отдачей на мерзлых грунтах (в северных странах, в том числе СССР, зиму использовали для регламентного ремонта). Поэтому схему с землевозами долго применяли лишь в странах с относительно теплым климатом (США, юг Европы).

Разработку грунта доверили скреперу в тандеме с бульдозером-толкачом, (Бульдозер при отсутствии самоходных скреперов мог быть также задействован с прицепными скреперами. Опять же налицо унификация парка, в которой нуждались небогатые добывающие компании.) в свободное время занятым на экскавации и рыхлении пород. Перегрузка горной массы или породы из ковша скрепера в кузов самосвала-землевоза происходила на транзитной эстакаде навалом сверху. Схема себя оправдывала в небольших карьерах, достаточно было иметь однотипный парк тягачей и пару бульдозеров.

Перегрузка грунта из скрепера в землевоз на транзитной эстакаде (Le Tourneau A-series)

В СССР на протяжении 1960-х годов МоАЗ и БелАЗ испытывали и выпускали малыми сериями землевозы, в том числе с кузовами ЧМЗАП. Наибольшая их производительность достигалась лишь на строительстве гидротехнических сооружений и в дорожном строительстве.

Постепенно накапливался бесценный материал для совершенствования техники. Например, стало ясно, что схема одноосного тягача, приспособленного больше для скрепера, нежели для землевоза, совсем не годится для карьера – за 2...3 года эксплуатации разрушается футеровка кузова, изнашивается шарнир сочленения для хобота рамы кузова. Ведомая задняя ось и поперечные перегрузки приводили к разрушению слабого механизма сочленения (неквалифицированным маркшейдерам не объяснили разницу понятий «проходимость» и «геометрическая проходимость»). Тезис о внедорожных качествах и поворачиваемости оказался мифом – одноосные тягачи в составе землевоза, в отличие от скрепера, эксплуатировали на высокой скорости, и по невнимательности водителей случалось много аварий именно в поворотах. Кузов летел по инерции в одну сторону, тягач волчком закручивался в другую. Сплошная комедия, а не карьер! Монстры, место которым в цирке.

Первый серийный ADT российского производства – ЧСДМ ВДС-16 грузоподъемностью 16 т

Пока маркшейдеры прогибались под начальство, изобретая новые технологические процессы транспортировки горных масс с помощью землевозов, инженеры Volvo без лишнего шума в середине 1960-х изобрели новый подтип транспортного средства, а проще сказать – придумали из того, что было: колесный трактор с отцепленной передней осью шарнирно крепился к задней раме, на которой был установлен кузов. Машина оказалась незаменима на бездорожье, (Соотношение грунтовых и шоссейных европейских дорог в 1970-х годах за счет послевоенного увеличения протяженности технологических дорог в среднем составляло 3:1, а до Второй мировой войны оно равнялось 2:1.) хотя в эксплуатации была недешева, в первую очередь из-за применения гидравлики и высокой удельной металлоемкости, и долго приживалась на стройках и в карьерах: очевидные достоинства – низкий уровень загрузки и высокая эффективность на бездорожье по причине косности мышления воспринимались скорее как недостаток. Новому направлению поначалу даже не стали придумывать название: dumper он и в Африке думпер. Позже шарнирно-сочлененные машины под давлением таможни, чтобы не путать с обычными самовалами, начали именовать ADT (articulated dump truck). В разное время их выпускали около 40 производителей, из которых два находились в Белоруссии и три в России.

В 2000-х годах ежегодные продажи ADT в Европе составляют примерно 2200 новых машин, тогда как скреперов – 17...20 ед. Общеевропейский парк сочлененных самосвалов превышает 15 тыс. ед., имеется хорошо налаженная сбытовая сеть «сэконд-хенда» в страны Африки, Азии и Индокитая. Стоит сразу обратить внимание на соотношение продаж скреперов и ADT: 35 лет назад ситуация была прямо противоположная. Примечательно, что в отечественных вузах охотно изучают конструкцию и эксплуатацию скреперов, хотя реально их используют все меньше и меньше. В это же самое время ADT в головах некоторых строителей и горняков остается предметом темным, а потому изучению не подлежащим.

Кузов Caterpillar 740 с эжекторной системой разгрузки позволяет вести отсыпку во время движения

Во всем мире ADT своей популярностью во многом были обязаны появлению в карьерах высокопроизводительных колесных и гусеничных погрузчиков, способных заменить в карьере бульдозер, скрепер и экскаватор одновременно. На первых порах ADT не были востребованы у горняков. Арочные шины, высокая проходимость, относительная и удельная мощность оказались в самый раз для строительного бизнеса, где были задействованы карьеры производительностью выемки до 20 млн. т/год. Груз из карьера или резерва доставляли на плече до 3 км до объекта ближайшего строительства или строительного завода. Экономическая эффективность использования ADT фактически была сопоставима с обычными строительными самосвалами, однако общий ресурс за счет высокой степени запаса прочности рамы и кузова достигал 15...18 лет. Такую технику целесообразно брать в аренду или на короткий срок эксплуатации с последующим погашением кредита в виде возврата техники по остаточной стоимости.

Отечественный опыт создания сочлененных самосвалов фактически совпал с общемировым. Первые карьерные сочлененные самосвалы конструкции Б. Погоничева и машины тихвинского завода «Трансмаш» были изготовлены на базе «Кировца» с механической КП. Впрочем, это и предопределило их неудачу. Главная проблема самосвалов – трансмиссия. Сейчас используют только гидромеханическую трансмиссию, что позволяет плавно наращивать скорость даже при максимальных нагрузке и сопротивлении качению на грунтах со средней несущей способностью.

50-тонный Kaelble KK50 применяли только в карьерах и шахтах

В то же время подземные самосвалы МоАЗ с гидромеханической трансмиссией, специально адаптированные под большие нагрузки, вполне справлялись с задачей – их до сих пор применяют в строительстве и открытых карьерах. На смену им идет свежее пополнение в виде БелАЗов и 16- и 25-тонных ЧСДМ серии ВДС. Впрочем, выпуск челябинских самосвалов до сих пор под большим вопросом – в прошлом году там не выпустили ни одной штуки, а МоАЗ и БелАЗ ввиду недавнего объединения пока решают, чей же бренд использовать для продаж.

Конструкция ADT долгие годы почти не менялась, компоновка тоже: применение ретардеров, процессоров, блокировок, кабин с защитой ROPS-FOPS, маслопогружные тормозные механизмы, привод только на передний мост и т. д. – всё на выбор клиента. Распространены кузова с разными видами разгрузки (опрокидывание прямым сваливанием, разгрузка дозатором распределения и отсыпка теледумпированием). Грузоподъемность современных ADT – 10...50 т, это определено одной из главных потенциальных сфер применения самосвалов – производством вскрышных работ, которые из-за низких эксплуатационных показателей традиционных транспортных машин часто относят к летнесезонным. Зимний период наиболее благоприятен по резерву времени, но требует наличия транспортной техники, надежно работающей в худших погодных условиях, однако тогда начинает действовать правило ограничения массы транспортного средства.

Сочлененный думпер Paus LTG 16 с самопогрузчиком

В свое время для карьеров были выпущены 100...150-тонные шарнирно-сочлененные самосвалы с электромеханической передачей, но при полной массе 300 т стоимость их эксплуатации была сопоставима с аналогичными карьерными самосвалами. В настоящее время около 10% продаж приходится на машины грузоподъемностью до 20 т. Половину рынка занимают 25-тонные машины, которые можно задействовать для широкого спектра работ. За ними следуют 30-тонные ADT (22% рынка) и самосвалы грузоподъемностью 35...40 т (10...12% рынка); 40-тонные ADT занимают сектор не более 5%, а сбыт машин грузоподъемностью свыше 40 т не превышает 1%. (Обзор конструкций наиболее распространенных сочлененных самосвалов см. в «ОС» № 12, 2004 г. Технические характеристики см. в электронной версии каталога «Горная+Шахтная Техника».)

Volvo уже несколько лет пытается расширить использование двухосных самосвалов в горном деле, применяя уникальную систему выносных подруливающих колес, которые позволяют развернуться в узких шахтах и карьерах. Terex, Randon и Bell на базе легких и средних ADT выпускают широкий спектр сортиментовозов, металловозов и рудовозов.

Разгрузка Moxy MT41 ведется подъемом кузова с одновременным открыванием заднего борта

Hydrema освоила выпуск самосвалов с кузовом поворотного типа. ЧСДМ в 2001 г. строила планы по выпуску унифицированого с ВДС-16 самосвального автопоезда с седельным сцепным устройством. CNH с 2000 г. пытается закрепиться на разных рынках, продавая технику сразу под несколькими брендами.

Использование самосвалов с шарнирно-сочлененной рамой по сути не меняет технологические цепочки в разработке месторождений, особенно в тяжелых дорожных условиях. ADT можно применять в каких угодно цепочках, где задействованы бульдозеры, грейдеры, скреперы, экскаваторы, погрузчики, конвейерный и железнодорожный транспорт, и в этом достигается больший универсализм, нежели с традиционными карьерными самосвалами и землевозами. Однако карьерные самосвалы списывать со счетов рано.

(Продолжение следует)