Тенденции в развитии современных карьерных самосвалов на жесткой раме

Caterpillar нуждается в особом представлении

Глобализация компании в 2011 г. достигла нового уровня – за $8,8 млрд. Cat взял под свой контроль компанию Bucyrus International, в составе которой находилось мощное производство карьерных самосвалов с электроприводом Unit Rig. Благодаря использованию самых современных систем электропривода переменного тока и технологии IGBT самосвалы Unit Rig отличались мощностью и долговечностью при выполнении работ. Под крылом Caterpillar эти машины утратили былое величие, оставив след в истории в виде двух моделей, которые решено было полностью модернизировать и оставить в линейке карьерных самосвалов – MT4400D AC и MT5300D AC.

В настоящее время типоразмерный ряд включает 13 основных моделей в диапазонах: по грузоподъемности – 36–363 т, мощности двигателя – 483–4056 л.с. Применяются, как и все комплектующие, дизельные двигатели только собственного производства с рабочим объемом от 15 до 106 л.

Первая модель карьерного внедорожного самосвала Cat 769 увидела свет в 1962 г. Технические решения, принятые при проектировании, заложили основу для последующих поколений самосвалов Caterpillar – механическая силовая передача с автоматической коробкой, пневмогидравлические амортизаторы подвески, маслоохлаждаемые тормоза, прочная рама. Эта модель оказалась долгожителем: она выпускалась под различными модификациями почти 45 лет. Первое поколение – 769 без буквенной индексации выпускали до 1967 г., в 1967–1978 гг. на конвейере стояла 769В, затем в 1978–1995 гг. 769С, ее сменила 769D, производство которой прекратили в 2006 г.

Самосвалы Cat 770-й серии успешно заменили автомобили 769-й серии. Они комплектуются двигателем С15 ACERT мощностью 476–511 л.с., механической 7-ступенчатой трансмиссией и имеют вместимость двускатной грузовой платформы 25 м³. Общая масса автомобиля с грузом составляет 71 т.

В 2010 г. Caterpillar запустил в производство новые карьерные самосвалы моделей 770 и 772, отличительной особенностью которых является центральное расположение водительской кабины. Идея о центральном расположении кабины взамен традиционно бокового для самосвалов этого класса имеет ряд преимуществ. Помимо лучшей обзорности упрощается работа водителей. Кабина на 8% больше по объему, шире на 36 см, площадь стекол больше на 52%. В ней также имеются двойные широкообзорные и плоские зеркала с подогревом, а также удобное кресло с восемью степенями регулировки производства Caterpillar, расположенное в центре рабочего места водителя. Новое сиденье является более удобным, а его расположение оставляет достаточно свободного места для водителя, одновременно обеспечивая легкий доступ в кабину. Кроме того, машины имеют боковые лестницы, а также видеокамеру заднего вида WAVS с возможностью установки 18-сантиметрового ЖК-монитора. 772-я модель заменила 771-ю, производимую с 1992 г.

Самосвалы 773-й серии интересны тем, что именно эту модель было решено собирать в России на заводе в Тосно в Ленинградской области. Доля локализации производства самосвалов свыше 50%, что подтверждено сертификатом происхождения. Но дальнейшая локализация весьма проблематична. Завод в Тосно сотрудничает с небольшим количеством российских компаний, основными из которых являются поставщики металла. Caterpillar находится в постоянном поиске потенциальных поставщиков, но стоимость компонентов российского производства оказалась выше зарубежных аналогов. Специалистами предприятия были оценены более 120 российских компаний. Российская модель 773Е отличается от аналога 773G, производимого на заводе Decatur (Декейтер) в США, меньшей мощностью двигателя 3412Е (681 л.с. против 733 л.с. у дизеля С27) и меньшей грузоподъемностью (г/п) (55,5 т против 57,2 т у американского аналога). Основные комплектующие для сборки самосвалов в Тосно поступают с индийского завода Caterpillar около г. Ченнай, который выпускает карьерные самосвалы 773Е и 777Е.

Самосвалы 777-й серии по­шли в производство в 1974 г. (первыми были серии 777, 777В, 777С, их сменили 777D и F.) 90-тонные карьерные самосвалы Caterpillar 777-й серии используются в России с 1997 г. на крупнейшем золоторудном Олимпиадненском месторождении (компания «Полюс») в Красноярском крае. Всего было поставлено около 50 машин – 33 модели 777D с двигателем 3508В мощностью 1000 л.с. и 15 – 777F с двигателем С32 ACERT мощностью 1025 л.с. Машины зарекомендовали себя великолепно, многие из них перешагнули рубеж пробега 1 млн км. В процессе эксплуатации выяснилось, что двигатель 3508В, установленный на 777D, не требователен к российскому топливу, а что касается Cat 777F и установленного на нем двигателя C32, опыт показал, что эти двигатели более прихотливы к качеству топлива и смазочных материалов. В остальном машина Cat 777F, которая пришла на смену Cat 777D, неплохая. Узлы и агрегаты, такие как коробка передач, редуктор заднего моста, бортовые редукторы, практически идентичны с самосвалом Cat 777D.

Самосвалы серии G стали новым поколением машин Caterpillar г/п 90 т. Компания Caterpillar учла все отзывы клиентов и создала самосвал, который обладает надежностью, экономичностью, точностью управления и обеспечивает комфорт и уверенность операторов. Выпускается новый 777G в США на заводе Декейтер.

В Индии и России производятся самосвалы Caterpillar г/п 90 т серии Е. Характеристики моделей G и E в целом идентичны. На заводе в Тосно первый самосвал 777Е был собран еще в 2014 г., но в серию пошел только в 2017 г. Специалисты завода поясняют, что самосвал имеет лучшие в сравнении с предшествующим поколением эксплуатационные показатели. Инвестиционный вклад в запуск новой модели составил около $300 тыс.

Остановлюсь несколько по­дробнее на описании самосвала, собираемого в России.

Силовая передача – модернизированный двигатель Cat® C32 ACERT™ и мощный гидротрансформатор с трансмиссией с ECPC (электронная система управления давлением в муфтах коробки передач) обладают превосходными эксплуатационными характеристиками. Коробка передач с ECPC с управляемым перемещением дроссельной заслонки регулирует частоту вращения коленчатого вала двигателя, работу муфты блокировки гидротрансформатора и фрикционных муфт коробки передач, что обеспечивает более плавное переключение и увеличение срока службы деталей.

Стратегии экономии топлива 777E позволяют выявлять способы сокращения расхода топлива и расходов на топливо.

1. Экономичный режим двигателя изменяет характер работы двигателя для полного использования преимуществ ровной и наклонной поверхностей в целях поддержания показателей мощности и снижения расхода топлива.
2. Ограничитель скорости автоматически выбирает наиболее экономичную передачу и скорость для текущей местности.
3. Функция остановки двигателя на холостом ходу определяет, когда самосвал остановлен и работает на холостом ходу дольше установленного периода времени, в этом случае будет использована процедура выключения двигателя для экономии топлива.

Электронная система управления коробкой передач определяет рабочие параметры двигателя и производит автоматическое переключение на более высокую передачу во избежание превышения частоты вращения. Если превышение частоты вращения происходит на максимальной передаче, выполняется отключение муфты блокировки и включаются тормоза. Рабочее место оператора всех новых машин имеет эргономичную планировку и представляет собой комфортную, удобную и безопасную среду. Удобное расположение органов управления, рычагов, переключателей и приборов повышает производительность труда и снижает утомляемость. Кабина обеспечивает прекрасный обзор дороги и участков вокруг машины.

Большая площадь остекления кабины гарантирует превосходную обзорность. Удобно расположенные поручни обеспечивают три точки контакта для безопасного и удобного доступа и аварийного выхода оператора. Данные важных элементов силовой передачи, включая переключение передач, частоту вращения двигателя и расход топлива, расширяют возможности диагностики и позволяют сократить время простоя и снизить эксплуатационные расходы. Программа Electronic Technician (ET) – диагностический прибор Cat ET обеспечивает техническим специалистам легкий доступ к архиву диагностических данных через канал передачи данных Cat Data Link. Тормозная система Cat с передними тормозами сухого типа и задними маслоохлаждаемыми многодисковыми тормозами обладает высокой надежностью и обеспечивает управляемость машиной даже на самых плохих дорогах.

Задние тормоза мокрого типа и ограничитель передачи при поднятом кузове входят в стандартную комплектацию. Если машина оснащена передними маслоохлаждаемыми многодисковыми тормозами, то замедление распределяется по всем четырем углам машины: 60% – на задние колеса и 40% на передние колеса. Это обеспечивает превосходную управляемость машиной при движении по скользким дорогам и снижает риск блокировки колес. Система автоматического управления замедлителем (ARC) (дополнительно) обеспечивает электронное управление торможением на уклонах, гарантируя сохранение оптимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя, постоянное масляное охлаждение и улучшенную управляемость.

Система регулирования тяги (TCS) (дополнительно) выполняет электронный контроль и управление пробуксовкой задних колес для обеспечения максимального сцепления и повышения производительности самосвала на рыхлых грунтах. Если скорость вращения при проскальзывании превышает установленный лимит, задние колеса начинают подтормаживаться. При этом крутящий момент автоматически передается на колесо, имеющее большее сцепление с поверхностью и оптимальную управляемость. Цельнометаллические оси задних колес обеспечивают увеличенный срок службы, а цилиндры задней подвески имеют обратную конструкцию для снижения риска загрязнения. Эти прочные и надежные амортизаторы имеют большой диаметр и заполнены азотом при низком давлении и маслом, что обеспечивает их долговечность и позволяет свести к минимуму потребность в техобслуживании.

В линейке 136-тонных самосвалов лидером стал новый карьерный самосвал Cat 785D, разработанный для обеспечения максимальной производительности и низких удельных издержек в строительстве и карьерных разработках. Грузоподъемность самосвала варьируется от 129 до 141 т в зависимости от конфигурации.

Машина оснащена двигателем Cat 3512C HD мощностью 1450 л.с., который сертифицирован в соответствии с EPA Tier II. Для 785D компания Caterpillar представила Х-образную конструкцию кузова, благодаря чему объем кузова теперь составляет 85 м³ вместо 78 м³ при двухскатной конструкции. Новая система привода насоса обеспечивает непрерывную фильтрацию заднего моста, таким образом, среди основных преимуществ можно выделить более чистое масло, снижение времени вынужденного простоя и увеличение сроков службы деталей. Увеличен ресурс и для дисковых тормозов, которые устойчивы к «засаливанию».

Новая прокладка воздухозаборника и фильтров обеспечивает легкое обслуживание и ведет к снижению эксплуатационных расходов. Самосвал 785D оснащен механической трансмиссией Caterpillar, которая позволяет всем моделям серии 785 достигать высокой производительности и надежности при работе в сложных условиях, свойственных для горнодобывающей отрасли.

В странах СНГ широкое распространение получили самосвалы предыдущей серии 785С.

Так, на Украине работает 120 машин этой модели, в том числе 45 – в ЗАО «Полтавский ГОК». Самосвалы, эксплуатируемые в карьере данного предприятия менее 10 лет, уже переходят миллионный рубеж пробега. Это очень важный показатель эффективности и экономической целесообразности использования техники. Надо отметить, что для горнодобывающих предприятий мира в отличие от стран СНГ такой пробег карьерного самосвала не исключение, а норма.

На смену 177-тонному самосвалу Cat 789С в 2011 г. пришел 181-тонный Cat 789D.

Новый карьерный самосвал отличается от предшественника повышенной производительностью, безопасностью и ремонтопригодностью. 789D сохранил множество технологий, проверенных временем на модели 789C. В движение самосвал приводится дизельным двигателем Cat 3516В мощностью 1900 л.с. или Cat 3516C HD с четырьмя турбонагнетателями мощностью 2000 л.с. Он способен работать на высоте до 3660 м без потери мощности.

Caterpillar также представил специальный кузов Combination для модели 789D. Он базируется на обычном самосвальном кузове, но предназначен для перевозки материалов с низкой плотностью. Стандартные самосвальные кузова доступны в версиях X, MSD II и Dual Slope для максимально полного удовлетворения задач покупателя. 789D разрабатывался для использования с большими по размеру колесами 40.00-R57 и 42/90 R57, а в стандарте оснащается шинами размерностью 37.00-R57. Новый самосвал сохранил удачную систему тормозов с масляным охлаждением, которая объединяет рабочий, вспомогательный, парковочный тормоз и ретардер. 789D доступен в конфигурации XQ с пониженным уровнем шума. Он использует специальные шумопоглощающие материалы и приспособления, позволяющие значительно снизить уровень издаваемого шума. Был проведен также ряд изменений в конструкции с целью повышения надежности грузовика. Новый привод насоса обеспечивает непрерывную фильтрацию масла в заднем мосту. Тормозные диски увеличенного срока службы стали стандартным оснащением 789D. Они прослужат практически в два раза дольше, чем тормозные диски 789C. А новый воздушный фильтр проще и быстрее заменять.

В 2008 г. Caterpillar продемонстрировал карьерные самосвалы 793-й серии F г/п 218–227 т, причем машина была доступна в обоих вариантах: механические (793F) и электрические (793F AC) версии. В настоящее время дилеры в России предлагают только механическую 793F. К серийному выпуску машин завод в Декейтере приступил с 2010 г. Этот самосвал считается самым быстрым среди аналогичных машин, легко обгоняя соперников на крутых подъемах. Так же, как и предыдущие серии, эти модели самосвалов оснащены 6-ступенчатой планетарной коробкой передач, бортовыми редукторами двойного понижения и имеют электронное управление. В 2018 г. компания Caterpillar объявила, что она завершила сборку пятитысячного карьерного самосвала 793-й серии, который представляет уже пятое поколение CAT793, выпускаемой с 1991 г.

Примечательно, что даже самый первый CAT793, введенный в эксплуатацию 27 лет назад, все еще находится в эксплуатации, обеспечивая лучшие в своем классе затраты на тонну. А один из «долгожителей» в семье CAT793 был построен в 1992 г. и наработал 173 000 моточасов – почти 20 лет в карьере в США. Пятитысячный CAT793 доставлен в один из карьеров в Австралии. Самые большие популяции CAT793 работают на железорудных и медных рудниках, на угольных и золоторудных карьерах в Австралии, а также в Северной и Южной Америке.

Новые в линейке Caterpillar карьерные самосвалы г/п 313 т компания в соответствии с требованиями рынка оснастила электрическим приводом и приступила к производству опытных моделей в 2009 г. На 795F AC установлен двигатель С175-16 мощностью 3400 л.с. На Cat 795F AC реализованы такие усовершенствования, как внедрение 4-точечной совмещенной системы рабочих тормозов и тормоза-замедлителя на основе фирменных маслопогруженных маслоохлаждаемых тормозов и электрического тормоза-замедлителя, что обеспечивает высокий уровень надежности тормозной системы и доверие водителя к машине. Внешний генератор – источник электропитания электродвигателей может быть подключен без съема каких-либо компонентов машины. Тяговые электродвигатели колес установлены непосредственно в мостах, что обеспечивает их быстрый демонтаж и отделение от бортовых редукторов при техническом обслуживании. Защитные решетки спрофилированы радиально, что создает однородный воздушный поток, вследствие чего повышается надежность работы системы охлаждения.

В 1999 г. Caterpillar впервые представил самосвал серии 797 г/п 326 т и полной массой 558 т с габаритной высотой 9 м, который стал крупнейшим в мире 2-осным автомобилем с механической трансмиссией. БелАЗ-75710, имеющий в настоящее время среди карьерных самосвалов самую большую г/п в мире (450 т), механической передачи не имеет, а входит в класс дизель-электрических машин.

Вторым поколением серии 797 стал 797B, введенный в эксплуатацию в 2002 г., как и предшественник, он был оснащен двигателем Cat 3524B мощностью 3370 л.с., но обладал более высокой г/п – 345 т. 797B оставался в производстве до декабря 2009 г., пока Caterpillar не начал полномасштабное производство преемника модели – 797F.

Этот гигант массой 624 т обладает г/п 363 т, на нем установлен самый современный двигатель Cat C175-20 ACERT мощностью 3793–4000 л.с. Махина высотой 7,44 м, шириной 9,53 м и длиной 15,09 м развивает скорость 68 км/час! 797F является одним из наиболее массовых карьерных самосвалов на планете и первым по популярности в США и странах западного полушария.

В числе последних новинок от Caterpillar и самосвал 794АС с электроприводом, представленный на выставке в Лас-Вегасе в 2016 г. 291-тонный самосвал оснащен двигателем Cat С175-16 мощностью 3548 л.с. Самосвал предназначен для эксплуатации в условиях, требующих использования машины с электроприводом. Как заявляют представители компании, система привода Cat AC «обладает лучшими в отрасли показателями замедления, торможения и управляемости. Модель 794, разработанная и изготовленная компанией Caterpillar, является усовершенствованным самосвалом с электрическим приводом переменного тока, обеспечивающим надежность, безотказную работу, удобство обслуживания и низкие эксплуатационные расходы».

Особого внимания заслуживает объединение самосвалов семейства MT Unit Rig и семейства продуктов Cat

В рамках приобретения Bucyrus International в 2011 г. ассортимент продукции компании Caterpillar пополнился линейкой самосвалов с электрическим приводом. С 2011 г. Cat вложила значительные средства в продукты Unit Rig. Результатом усилий стали две полностью интегрированные модели. Самосвалы новой серии D, входящей в семейство MT, имеют исключительно высокий уровень содержания компонентов Cat. Эта серия, которую планируется выпускать на заводе Decatur, обеспечена практически всеми традиционными для Cat средствами поддержки продукта и материалами непосредственно на месте производства.

В декабре 2012 г. Корпоративный совет компании Caterpillar по маркировке техники одобрил размещение наименования Cat и корпоративной гаммы цветовой окраски на самосвалах MT4400D AC и MT5300D AC. Модель MT4400D AC представляет собой интеграцию двигателя Cat 3516C HD и электронной системы привода Cat 240T AC в самосвал Unit Rig MT4400. В машине задействована высокоэффективная система Electro-Motive Diesel’s (EMD) от Caterpillar. Другой особенностью MT4400D AC является мощный ретардер и задние дисковые тормоза с масляным охлаждением, которые дают оператору уверенность и контроль над процессом работы. Выпуск был начат в 2013 г.

В 2014 г., надеясь стать лидером в производстве эклектических карьерных самосвалов, Caterpillar выпустил 290-тонную модель MT5300D AC серии Unit Rig MT с двигателем C175-16 и системой электрического привода Cat 360T AC. Новый самосвал занимает свое место в линейке между 227-тонным 793F и 313-тонным 795F AC. Все системы и компоненты MT5300D AC, включая шасси, гидравлику, электрическую систему, подвеску, двигатель и электропривод, прошли миллионы часов испытаний и тестов, чем подтвердили свою надежность, выносливость и эффективность. Самосвал MT5300D AC спроектирован как высокопроизводительная, безопасная и надежная машина, простая в управлении и обслуживании. Кабина оператора с системой защиты при опрокидывании ROPS имеет улучшенную обзорность рабочей площадки.

В компании Caterpillar была разработана долгосрочная программа развития производства увеличения выпуска карьерных самосвалов с инвестициями в размере $700 млн, которая была успешно завершена в 2014 г. Все производство самосвалов Caterpillar в США сосредоточено теперь на заводе Декейтер площадью 2,1 км² в штате Иллинойс, мощности которого загружены на годы вперед. В этом же штате на других заводах выпускаются двигатели и узлы трансмиссии.