Тенденции в развитии современных карьерных самосвалов на жесткой раме
Компании стремятся уйти от дизельного топлива
Компании стремятся сократить эксплуатационные расходы за счет снижения затрат на дизельное топливо: так, возобновился интерес к троллейной транспортировке. Недавно были успешно запущены троллейные самосвалы Hitachi (EH3500AC-3, EH3500ACII и EH4500) на рудниках Lumwana и Kansanshi в Замбии, Komatsu 860E и 960E на руднике Sishen в ЮАР, сами компании-производители начали предлагать подобные системы, в том числе Caterpillar и Liebherr. Приступили к расчетам дизель-троллейвоза грузоподъемностью (г/п) 240 т на БЕЛАЗе. Угледобывающая компания Tavan Tolgoi в Монголии выразила заинтересованность во внедрении троллейной системы и приступила к переговорам об этом с китайской компанией NHL.
Опытно-демонстрационный проект по электрификации транспортировки был запущен на крупнейшем в Швеции открытом руднике по добыче меди Aitik компании Boliden, в котором принимают широкое участие представители отрасли и академических кругов. Проект направлен на разработку, внедрение и эксплуатацию электрического маршрута транспортировки добываемой руды с троллейными линиями и четырьмя самосвалами на электрическом приводе. Срок реализации проекта – 4 года; строительством электрической инфраструктуры займутся Eitech и АВВ, модернизацией самосвалов – Pon Equipment и Caterpillar, вспомогательными исследованиями – Технический университет Чалмерса. Первая троллейная линия на руднике будет 700 м длиной и сэкономит 830 м3 дизельного топлива в год, однако последующая система будет намного более рентабельной.
Появился интерес к полностью электрическим самосвалам. По заказу Ciments Vigier SA двумя компаниями – Kuhn Schweiz AG и Lithium Storage GmbH на базе японского самосвала Komatsu HD605-7 был разработан самосвал E-Dumper, который работает на электрическом двигателе мощностью 590 кВт (800 л.с.) с крутящим моментом до 9,5 тыс. Н.м. На машине установлены литиевые аккумуляторы емкостью 700 кВт/ч. Грузоподъемность (г/п) самосвала достигает 60 т. Вес модели составляет 110 т, из которых на литий-ионный аккумулятор приходится 4,5 т. Накапливать энергию поможет также рекуперативная тормозная система. Подсчитано, что на каждом из 20 ежедневных спусков в карьер E-Dumper сможет выработать до 40 кВт/ч энергии. Благодаря этому E-Dumper получит избыток энергии – около 200 кВт/ч, которую он может возвращать в энергетическую систему. Базовая модель Komatsu HD605-7 г/п 63 т имела общий вес 109 т и была оборудована дизельным двигателем мощностью 715 л.с. Первая опытная модель E-Dumper работает на известковом карьере La Tscharner в Швейцарии с января 2018 г. и показала хорошие эксплуатационные характеристики, высокую производительность, позволила повысить рентабельность работ за счет экономии на топливе и сократить выбросы углекислого газа. Несмотря на достаточно высокую стоимость – более $1 млн, в Ciments Vigier планируют заказать еще восемь подобных машин. В октябре 2016 г. проект eDumper получил европейскую награду eMove360° в категории «Электрические транспортные средства».
Важным направлением развития большегрузного карьерного транспорта становится использование газа в качестве моторного топлива. Дизельное топливо дороже сжиженного природного газа. А во-вторых, это экологические аспекты, т. к. при сжигании природного газа не образуется вредных примесей в выхлопных газах, что особенно важно для глубоких карьеров. Грузовые автомобили, работающие на сжиженном газе, уже давно не редкость. Но крупнотоннажные карьерные самосвалы с газовым оборудованием встретишь не часто. Дело в том, что традиционные поставщики дизельных двигателей пока не имеют серийного газопоршневого и газодизельного исполнения своей продукции, адаптированной для использования в составе карьерной техники.
Некоторые предприятия самостоятельно взялись за перевод карьерной техники на новое топливо. В числе первых в России в 2015 г. это сделали на Ковдорском ГОКе. Переоборудование производится силами БЕЛАЗа, поставщиком навесного оборудования выступила немецкая компания Heizmann, а топливной системы – компания «Гелиймаш» (Москва). Резидент Кузбасского технопарка ООО «Сибирь-Энерго» (г. Новокузнецк) при минимальном участии белорусских машиностроителей завершает работу по переводу 20 карьерных самосвалов БЕЛАЗ-7513 г/п 136 т на газовое топливо, осуществляется доводка навесного оборудования и топливной системы машин. Оба проекта представляют карьерные самосвалы, работающие по газодизельному циклу, где дизельное топливо частично заменяется природным газом. В 2017 г. в Новокузнецке заработал первый за Уралом завод по сжижению природного газа. Завод спроектировало и изготовило «под ключ» дочернее предприятие китайской государственной аэрокосмической корпорации CАSIC – Aerosun Corp. В основе производства лежит высокотехнологичный принцип смешения хладагентов (MRC-процесс), не имеющий аналогов в России. «Производительность первой очереди составляет 17,8 млн м3 в год. Такой объем позволит обеспечить топливом 30 карьерных самосвалов г/п 130 т. Стоит отметить, что в Кузбассе работает около 2 тыс. одних только БЕЛАЗов, которые заправляются дизтопливом.
В 2017 г. крупнейшая мировая компания по добыче и производству алмазов – АК «АЛРОСА» заявила, что перейдет на самосвалы, работающие на природном газе вместо дизельного топлива. Из-за специфики региона и отсутствия транспортной инфраструктуры топливом приходится запасаться на целый год в навигационный период. Для некоторых ГОКов ввиду отдаленности стоимость топлива возрастает в разы. «АЛРОСА» договорилась с компаниями ОАО «БЕЛАЗ» и немецкой MTU о разработке самосвалов с газопоршневыми двигателями. «АЛРОСА» рассчитывает как на замену уже функционирующих дизельных двигателей на газовые, так и на поставку самосвалов с газовыми двигателями. Парк автосамосвалов в «АЛРОСе» составляет более 220 ед. – это карьерные самосвалы г/п 30, 42–45, 110–130 т.
Американская компания Arch Coal, Inc. разместила заказ на GFS Corp (GFS) для конвертации самосвалов Komatsu 930E по газодизельной технологии EVO-MT™ 9300 NG+D Systems™ на руднике «Кэмпбелл» (США). В рамках текущей программы GFS Corp. будет модернизировать почти четверть карьерной техники Arch Coal – самосвалы Komatsu 930E для эксплуатации на сжиженном природном газе (СПГ) с использованием технологии EVO-MT 9300 System. Arch Coal является одним из крупнейших угледобывающих комплексов в мире с годовой добычей 1 млрд т. В компании работает 148 мощных самосвалов.
В настоящее время GFS Corp. предлагает системы преобразования на СПГ для четырех моделей карьерных самосвалов: Caterpillar 777 и 793, а также Komatsu 830 и 930. GFS Corp. разрабатывает, производит и продает собственные решения, которые обеспечивают высокую мощность, для тяжелых дизельных двигателей для работы на природном газе.
Между канадским отделением компании Shell и компанией Caterpillar действует соглашение о совместном проведении испытаний газодизельных карьерных самосвалов на СПГ на нефтяных песках в районе Форта Мак Мюррей (Канада). Компания Shell переоборудовала находящиеся в эксплуатации самосвалы Caterpillar и будет закупать новые карьерные самосвалы в газовом исполнении уже с завода.
Компания Caterpillar также имеет собственную стратегию создания транспортных средств на природном газе. У Caterpillar уже есть опыт переоборудования сверхтяжелой техники, и в частности карьерных самосвалов, для работы на сжиженном природном газе. Сейчас компания готовится к освоению серийного производства грузовиков-тяжеловесов на СПГ. Для наращивания уровня своей газомоторной компетенции Caterpillar в 2011 г. приобрела компанию MWM Holding GmbH – одного из мировых лидеров газового двигателестроения (мощностью от 400 до 4300 кВт). Созданием новых карьерных самосвалов с интегрированной газовой аппаратурой Caterpillar открывает новую страницу своего развития. Сейчас компания работает над серией мощных газодизельных самосвалов Cat 793, 795 и 797. В основу системы заложены технология непосредственного впрыска газа под давлением, разработку которой компания ведет совместно с Westport Innovations Inс.
Идя навстречу многочисленным запросам потребителей, ОАО «БЕЛАЗ» самостоятельно реализует несколько проектов по созданию карьерных самосвалов на газомоторном топливе. Первый – это перевод двигателей Cummins КТА50-С на 136-тонных БЕЛАЗ-75139 на газодизельный режим работы на Ковдорском ГОКе. Следующим значимым проектом стало изготовление самосвала БЕЛАЗ-75476 г/п 45 т с газотурбинным двигателем «Кунгур-550», разработанным на базе двигателя ЯМЗ-240НМ2. Конвертация и поставка двигателя, как и разработка и поставка топливной системы, выполнены ООО «Технология 1604» (г. Екатеринбург). Мощность двигателя доведена до 550 л.с. (против имеющихся штатно 500 л.с. у ЯМЗ-240НМ2). Из-за увеличения мощности двигателя на 50 л.с. машина стала более производительной. С апреля 2018 г. БЕЛАЗ-75476 работает в АО «Невьянский цементник» (Свердловская обл.).
В дальнейших планах сотрудничество ООО «Технология 1604» с ОАО «БЕЛАЗ»: предполагается создание карьерного самосвала серии 7513 г/п 136 т с газопоршневым двигателем на базе двигателя компании Cummins КТА50-С в 2019 г. и карьерного самосвала семейства 7558 г/п 90 т с газопоршневым двигателем на базе двигателя компании Cummins КТА38-С в 2020 г. Вместе с тем освоение газотопливной системы на карьерных самосвалах идет непросто.
Так, система СПГ, используемая на Ковдорском ГОКе, имеет немало недоработок, поскольку нет единого производителя оборудования, которое собрано от нескольких компаний, поэтому уже больше года система не может запуститься. Система, созданная Caterpillar, успешно прошла испытания в суровых условиях канадского климата, но из-за высокой цены за газотопливное оборудование «катовский» проект экономически недостаточно выгоден. В настоящее время наилучших результатов в мире в производстве газомоторного оборудования для карьерных самосвалов добилась компания GFS Corp.
