Карьерные самосвалы

Автомобильный карьерный транспорт получил широкое распространение на открытых разработках горнодобывающих отраслей во всем мире. Применение автотранспорта в горном деле подтверждает его высокие технико-экономические показатели при использовании в сложных условиях: глубокое или сложное залегание полезных ископаемых, разработка месторождений с ограниченными запасами (при ограничении размеров в плане до 2,5 км) или малым сроком эксплуатации. Автотранспорт рационально использовать в карьерах с небольшими объемами производства (примерно 50...90 млн. т/год) при расстоянии транспортировки грузов 3...5 км.

Основу автомобильного карьерного транспорта составляют самосвалы. Используют также выемочно-транспортирующие машины – скреперы (при совмещении экскавационных работ) и подъемно-транспортное оборудование – фронтальные погрузчики (особенно на схемах разработки с применением драглайна или кранлайна).

Самосвалы имеют свои преимущества перед конвейерным транспортом в условиях транспортировки горных пород с разными физико-механическими свойствами. При этом в отличие, например, от железнодорожного транспорта достигается упрощение процесса отвалообразования, есть возможность передвигаться по относительно крутым (4...5° или 8...100‰) подъемам автодорог за счет сокращения длины транспортных коммуникаций. Основные недостатки автотранспорта – цикличность, зависимость от состояния дорог, снижение производительности в сезон дождей, в гололедицу, снегопад, загрязнение атмосферы отработавшими газами, высокие энергоемкость и эксплуатационные затраты.

В настоящее время наиболее широко в карьерах применяют три типа автосамосвалов: строительные грузоподъемностью 10...25 т для передвижения по дорогам общего пользования, строительные с шарнирно-сочлененной рамой грузоподъемностью 10...50 т и внедорожные карьерные грузоподъемностью 23...345 т. Менее распространены карьерные автопоезда в составе седельных тягачей для буксировки самосвальных прицепов и полуприцепов. В ограниченных случаях используют рудничный автотранспорт.

Маркировка отечественных машин соответствует отраслевой нормали ОН 025 270-66 (см. таблицу), а по классификации транспортных средств, принятой в правилах ЕЭК ООН и ГОСТ Р51709–2001, их относят к категории № 3. За рубежом, например в Японии, также существуют внутренние стандарты, однако в маркетинговых интересах производители обычно вводят собственную классификацию по классу грузоподъемности и применяют собственную индексацию.

Использование строительных самосвалов в карьерах обычно ограничено их малой грузоподъемностью и затруднениями при перевозке крупнокусковых грузов, однако они незаменимы в местах, где перевозки технологически можно осуществлять только по дорогам общего пользования (например, в дорожном или гидротехническом строительстве в местах с высокой плотностью населения, где применение специализированного транспорта затруднено), на перевозке сыпучих и мелкокусковых грузов (песок, щебень, предварительно разрыхленная порода) или в карьерах с малыми объемами добычи на плече до 40 км. Сейчас в России самосвалы «строительной группы» выпускают ЗАО «Бецема», заводы Пушкинский машиностроительный, «Урал», КамАЗ, НефАЗ, КЗКТ («Русич») и «Яровит», в ближнем зарубежье – МАЗ, КрАЗ и МЗКТ («Волат»).

Внедорожные самосвалы с шарнирно-сочлененной рамой (для удобства их часто называют ADT – от англ. articulated dump truck) обычно используют в строительстве, но в отличие от строительных самосвалов они приспособлены для применения на бездорожье. (См. журнал «ОС» № 12, 2004 г.) Сейчас на российском рынке этот вид спецтехники представлен пятью производителями – БелАЗ, МоАЗ, ЧСДМ, Bell и Volvo.

Кроме этого во всем мире такие машины выпускают компании Caterpillar, CNH (известны под марками Astra, Case, DDT, Link-Belt, FIAT-Kobelco, New Holand, O&K), Desmond, Hydrema, JCB, John Deere (также Hitachi), Kaelble, Komatsu, Mitsubishi, Moxy, NHL, Randon, Royal, RTC и Terex. Самосвалы с шарнирно-сочлененной рамой выпускают с колесной формулой 4х2, 4х4, 6х4 и 6х6. Двухосные модели Volvo A25D по заказу оборудуют специальной системой подруливания (с выносными колесами, расположенными в базе), что позволяет разворачиваться в камерах шахт и на открытых площадках с ограниченным створом для маневров. Некоторые модели выпускают в варианте для подземных работ. Класс автомобилей ADT в России является сравнительно новым, хотя до 2000 года предпринимались отдельные попытки начать их производство. В некоторых карьерах с начала 1980-х годов ограниченно использовали шахтные сочлененные самосвалы серии МоАЗ-7405-9586.

Самосвалы для подземных работ сейчас выпускают Atlas Copco, Burdmachines, Bumar, Caterpillar-Elphinston, Dux, GIA (Kiruna Truck), Kaelble, Marcotte, Normet, Paus, Tamrock и YMC. Конструкция этих машин позволяет использовать их на открытых горных разработках, но специфика подземных работ (для чего они, собственно, и сконструированы) не позволяет применять их с полной отдачей в карьерах.

Основу автопарка, используемого на открытой разработке полезных ископаемых, составляют карьерные (внедорожные) самосвалы. Сейчас их выпуском занимаются более 20 компаний: БелАЗ, МоАЗ, Ashok-Leyland, Bharat, Case, Caterpillar, Caterpillar-Elphinston, Hindustan, Hitachi (Euclid), Komatsu, Kyomsungsang (Kumsusan – Кымсусан), Kress, Liebherr, NHL, Perlini, Randon, Rimpull, Shaofeng (Шаофэн), Tamrock (Toro Supra), Terex (Unit Rig и Payhauler), Terberg и Zhonghuan (Чжунхуань). Разнообразие применяемых за многолетнюю историю развития самосвалов схем привело к тому, что наиболее целесообразной стала схема с приводом на задние колеса и разгрузкой кузова назад. Прочие схемы, например привод на переднюю, среднюю ось, поворотный кузов или кузов с боковой разгрузкой, думперы и проч., в карьерах так и не прижились.

Выпуском полноприводных двухосных моделей заняты МоАЗ, Terex. Кроме этого многоосные автомобили выпускают Ashok-Leyland (ALRD 20, 6х2) и Tamrock (производит в двух вариантах – 10х6х8 и 8х8х8), в их моделях изменение направления движения осуществляется поворотом мостов вокруг оси подвешивания к раме – рулевая трапеция попросту отсутствует.

Компании Terex и Rimpull предлагают на рынке автопоезда – полуприцеп с донной разгрузкой в составе с карьерным тягачом. Такие самосвалы целесообразно применять в комплексе со специальными разгрузочными механизмами. Подобная схема опорожнения кузова используется на карьерных 180-, 200- и 330-тонных самосвалах Kress. Необходимо заметить, что подобную схему разгрузки широко применяли на Западе в угольных разрезах в 1950–1970-х годах. Вместо самосвалов использовали высокопроизводительные самоходные скреперы, которые загружали в карьере и перегружали на эстакадах горную массу в конвейерные транспортеры или в кузова землевозов, отвозивших ее на склад. Большинство землевозов в то время представляли собой двухосный трактор-тягач или одноосный тягач скрепер в составе с прицепом-кузовом ковшовой формы. Эту схему сейчас не используют по причине высоких затрат на содержание парка инфраструктуры (в среднем расходы увеличиваются на 22...83%).

Для современных автосамосвалов с колесной формулой 4х2 расчетный (руководящий) уклон в карьерах по соображениям пропускной способности, обеспечения безопасности и скорости движения принимается равным 70...80‰. В исключительных случаях на отдельных участках допускается уклон до 100‰. При использовании автопоездов с колесной формулой 6х2 и 6х4 для обеспечения эффективности перевозок целесообразнее пологий уклон 40...50‰.

Все современные автомобили, используемые в карьерах, оснащены дизелями мощностью 200...3550 л.с. с турбонаддувом, рабочим объемом от 10 до 117 л. Применение других двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных силовых установок не оправдало себя ни экономически, ни экологически, ни технологически. Удельная мощность дизелей находится в пределах 3,7...5,6 кВт/т. Привод на колеса осуществляется от двигателя через гидромеханическую коробку передач (на самосвалах грузоподъемностью до 100 т) или от системы дизель-электрического привода с мотор-колесами, оснащенными индивидуальной силовой установкой – электродвигателем. Применение электромеханической трансмиссии вкупе с невысокой удельной мощностью дало возможность использовать на карьерных самосвалах систему электропривода от внешней электросети. Такая схема позволяет снизить издержки при транспортировке горной массы на большое расстояние – до 20 км при значительных объемах добычи, тепловую нагрузку на дизель на затяжных подъемах, а также в карьерах с большим залеганием полезных ископаемых. Например, система Siemens, используемая для электроснабжения дизель-троллейвозного транспорта, зарекомендовала себя как экономически эффективная и экологически чистая и широко использовалась на карьерах ЮАР (Palabora Mining Company, 1981–1985 гг.), Намибии (Rossing Mine, 1986 г.) и Заира (Gecamines, 1986 г.). Тяговые сети карьеров выполнены на постоянном токе номинальным напряжением 1,5 и 3,0 кВ или однофазном переменном токе номинальным напряжением 10 кВ.

Кузова самосвалов изготавливают из низколегированной стали с высокой прочностью на растяжение. В качестве разгрузочного привода применяют мощное гидравлическое подъемное устройство – телескопические гидроцилиндры, позволяющие опрокидывать кузов назад на угол 43...65° и выгружать грузы массой до 300 т. Разгрузка занимает от 9 до 30 с. Одна и та же модель самосвала для разных условий эксплуатации может быть оснащена кузовами различного исполнения – с плоским, двускатным днищем, ковшового типа, с футеровкой, с запираемым задним бортом (для перевозки грузов высокой плотности). Все кузова оснащены защитным козырьком над кабиной, обеспечивающей требования стандарта FOPS (защита от падающих сверху предметов). Машины грузоподъемностью до 70 т оснащают кузовами с принудительной «эжекторной» разгрузкой и теледумперами, разгрузка которых осуществляется за счет уменьшения внутреннего объема кузова. Опрокидывание кузова таких машин происходит за счет смещения груза к заднему борту.

Основных игроков на рынке карьерных самосвалов не много. Первенство по числу выпускаемых машин держит БелАЗ, в состав которого еще в 2004 году вошел Могилёвский автозавод. На рынке крупных самосвалов лидирует Caterpillar. Деятельность этой компании в сфере производства карьерных автосамосвалов началась в 1963-м с выпуска 35-тонного самосвала Caterpillar 769.

До этого компания выпускала одно- и двухосные тягачи для самосвальных прицепов и полуприцепов Athey. Сейчас компания выпускает девять моделей карьерных автосамосвалов и четыре базовые модели строительных самосвалов с шарнирно-сочлененной рамой, не считая машин Elphinston, собираемых в Австралии.

Следом за Caterpillar идет компания Komatsu, и основу ее производства составляют самосвалы грузоподъемностью 25...300 т, в том числе модели, доставшиеся в наследство от Dresser. Активно конкурируют с этими гигантами на рынке компании Terex и Hitachi. В секторе сочлененных самосвалов выделяются компании CNH, Bell и Volvo, но основной упор они делают на использование своих машин в дорожном строительстве.

Продолжение следует