Модульный карьерный самосвал: реальность или миф?
А все началось с голландца Эдди де Йонга, который, прежде чем стать главой ETF (European Truck Factory GmbH), несколько лет прожил в Индонезии, занимаясь импортом самосвалов из Нидерландов для одной из местных горнодобывающих компаний. За время своей работы Де Йонг подсчитал, что в Индонезии примерно 12% от всего времени года приходится на дождливые дни (ученые называют даже цифру в 30% и больше), которые являются причиной временной остановки предприятия из-за невозможности эксплуатации техники в таких условиях. В результате карьер вынужден простаивать 12% дней в году, что, безусловно, представляет собой серьезную проблему. Поиск ее решения и побудил голландца задуматься о разработке совершенно нового дизайна карьерного самосвала, который бы позволил индустрии преодолеть доселе нерешенные трудности и задачи.
Первые машины данного типа были разработаны около 60 лет назад, и все это время они, в основном, росли в размерах, тогда как конфигурация оборудования в общих чертах оставалась схожей, претерпевая небольшие, постепенные изменения. Поэтому не удивительно, что эксплуатация оборудования на скользких карьерных дорогах была неэффективной и небезопасной для операторов и работников на площадке, отмечает де Йонг.
Чтобы найти истинные потребности и задачи, с которыми сталкиваются как производители техники, так и конечные потребители, голландец провел масштабное исследование, опросив несколько слоев персонала из ряда горнодобывающих компаний. Таким образом, он смог выяснить, что же является технологически необходимым и желаемым с точки зрения руководящей верхушки, инженеров, операторов и механиков.
«Беседуя с руководством компаний, я спрашивал, что они хотели бы получить от нового самосвала, если его цена не является определяющим фактором», – отметил де Йонг. «Их ответ был: «наиболее дешевую цену перевозки одной тонны». Водители и механики указывали на множество необходимых вещей, однако 95% из них подразумевали решения, которые бы невозможно было использовать или реализовать по причине их высокой стоимости, времени внедрения или конкуренции на рынке».
«Как бы там ни было, в корпоративной среде обсуждение и принятие решений происходит на основе пожеланий боссов, а не механиков или инженеров, поэтому такие действия не отражают полноценной, реальной картины», – подвел итог де Йонг.
Спустя какое-то время после этих опросов голландец уволился из компании и полностью сконцентрировался на разработке своего нового прототипа. Он вернулся в Германию, где вместе с группой молодых инженеров и двумя «закаленными» ветеранами отрасли, начал использовать свои наработки, запустив тем самым проект. И вот, спустя девять лет ETF представила свой первый самосвал.
Переоценка устройства шасси, трансмиссии, двигателя
Поскольку основная рама существующих карьерных самосвалов, зачастую, и определяет срок службы всей машины, постоянно принимая на себя экстремальные напряжения, которые возникают от дорожных неровностей и ударов при погрузке породы в кузов, ETF решила применить на своем детище другое решение – монорельсовую раму (Monorail). В отличие от традиционной конструкции, когда рама ложиться поверх осей, в новом самосвале она располагается между ними, что способствует снижению центра тяжести и, как следствие, улучшению устойчивости машины.
Еще одна ключевая особенность, связанная с новой рамой – наличие дополнительных осей. Благодаря им самосвал ETF в зависимости от своего размера может иметь от 8 до 16 точек передачи нагрузки на колеса (у существующих моделей их всего четыре). При такой конструкции действующие силы равномерно распределены по всей раме, при этом практически полностью устраняются эффекты кручения. В сочетании с длинным ходом подвески, составляющим 950 мм, рама Monorail меньше подвержена усталостным напряжениям и позволяет увеличить срок службы всей машины, заявляют разработчики.
Для того чтобы ETF смогла реализовать свою желаемую полноприводную систему с возможностью управления всеми колесами, ей потребовалось пересмотреть существующую концепцию по количеству осей на самосвалах. Традиционные машины данного типа, как известно, оснащаются двумя мостами: передним и задним. На задний мост передается крутящий момент, а также основная часть веса при загрузке кузова, что в сочетании требует установки на него очень больших шин, которые, в то же время, все равно подвержены сильному износу. Учитывая дороговизну такой резины и ее нехватку из-за чрезмерного спроса, это стало еще одной причиной, почему де Йонг и его команда решили добавить в свой концепт больше осей (в зависимости от модификации самосвал ETF может иметь от 4 до 8 мостов), и «обуть» их в одинаковые шины гораздо меньшего размера, равно как и стоимости. В результате, самосвал ETF использует шины 24.00R35 вместо традиционных «монстров» 56/80R63, которые к тому же вызывают достаточно большие трудности при их транспортировке и замене. Кроме того, поскольку новая машина изначально планировалась в модульном исполнении, установка на нее унифицированной резины и системы качающихся осей, по сути, была необходимостью.
Таким образом, концепт ETF имеет полный привод и систему рулевого управления на все колеса с функциями АБС и контроля тяги. На малых и средних скоростях данная система поворачивает всеми колесами, тем самым снижая износ шин, а при движении с высокой скоростью два задних моста постепенно автоматически преобразуются в жесткую систему, увеличивая общую устойчивость и стабильность самосвала.
Все оси оснащены двумя дублирующими рулевыми гидроцилиндрами, каждый из которых имеет свою собственную замкнутую гидравлическую систему, поэтому в случае отказа одного из цилиндров, второй сможет полностью его заменить. Встроенное электронное управление оптимизирует ускорение поворота и следит за состоянием всей системы в целом.
Дополнительные оси способствуют более равномерному распределению общей массы машины на 20 колес (в конфигурации с пятью осями, по четыре колеса на каждую). Также предусмотрена система автоматического подъема осей, позволяющая уменьшить контакт резины с дорогой при движении порожнем, или предотвратить выход машины из строя в случае прокола одной из шин. При этом шины снабжены централизованной системой подкачки, а на оси установлены датчики давления и температуры, следящие за износом колес и правильным распределением нагрузки во время езды.
Говоря о подвеске, де Йонг заявил: «Мы разрабатывали наш самосвал так, чтобы он имел подвеску с таким же уровнем комфорта, как и Mercedes». И действительно, инновационная машина получила гидропневматическую, самовыравнивающуюся (поддерживающую постоянный уровень пола) подвеску, которая вместе с качающимися осями (10 градусов вправо/влево) минимизирует общий крен кузова на буграх и снижает просыпание материала при транспортировке. Все оси взаимодействуют между собой через централизованную систему, соединяющую поршневую камеру одного пружинного цилиндра с кольцевой камерой на другой стороне самосвала. Такая схема не допускает перегрузки амортизатора на одной оси во время сильных скачков при езде на особо сложных участках.
Что касается двигателя, то самосвал использует от 4 до 6 независимых систем питания. Такой подход, по мнению де Йонга, подразумевает целый ряд преимуществ для подрядчиков и операторов, в том числе даже меньший износ тормозов и рулевой системы. «Если взглянуть на рабочий цикл карьерного самосвала, то приблизительно 50% от этого времени он ездит пустым. А когда машина движется без груза, ей не нужны все 2 000 кВт мощности. 15,9-литровый турбированный двигатель вырабатывает 480 кВт номинальной и 576 кВт максимальной мощности на скорости 1 800 об/мин. Поэтому мы решили использовать несколько таких дизелей», – отметил де Йонг. В результате, при движении машины порожнем два двигателя отключаются автоматикой без вмешательства оператора, то же самое происходит и в случае выхода мотора из строя. «Если с каким-то двигателем возникнут проблемы, самосвал продолжит движение до сервиса на оставшихся трех, а поскольку машина создана по модульному принципу, техники смогут извлечь и заменить мотор всего за 15 минут, и грузовик снова будет готов к работе».
Безопасность и комфорт
Безопасность любого грузовика, в особенности большегрузного горного самосвала, который практически постоянно движется в нескольких метрах от обрыва, конечно же, начинается с тормозов. На концепте ETF применена тормозная система, использующая полностью динамическое, гидрокинетическое замедление на всех колесах с тормозящим моментом 38 000 Нм на каждое. Все колеса также имеют дисковые тормоза сухого типа и жидкоохлаждаемый стояночный тормоз с системой ABS, что еще больше увеличивает столь необходимую для таких тяжелых и мощных машин безопасность.
В Индонезии, проводя свои опросы, де Йонг очень часто натыкался на одну проблему, связанную с безопасностью вождения. «В индонезийском карьере около 60% водителей являлись женщинами из окрестных деревень и городков. Естественно, многие из них никогда даже не водили обычную машину, но при этом они учились управлять гигантскими самосвалами». Рост женщин, как правило, не превышал 160 см, поэтому доставать должным образом до педалей было проблематично. «Они вынуждены были сидеть на краю сидения, чтобы нормально давить на педали, и в таком положении им приходилось находиться более 8 часов в день. Учитывая этот опыт, мы сделали педали регулируемыми по высоте, обеспечив тем самым правильную посадку и комфортное вождение большему количеству людей; таким образом, довольно существенная проблема безопасности операторов решилась очень просто».
В числе других функций безопасности, поставляемых на самосвалах ETF в стандартной комплектации, входит система «анти-сон», сигнализирующая водителю о приближающейся усталости, прибор измерения содержания алкоголя в выдыхаемом воздухе и оптическая система безопасности, снижающая утомление во время ночных смен. После посещения канадских и австралийских «нефтяных песков» де Йонг понял, что хотя менеджеры постоянно и говорят о безопасности, водители все равно отрабатывают более чем 12-часовые смены, при этом имея дело с несколькими мертвыми зонами. Другие операторы жаловались на плохую обзорность карьерной дороги из-за ее кривизны – так как свет от передних фар распространяется преимущественно прямо, водитель, если ему необходимо совершить крутой поворот, видит перед собой так называемую «темную стену», а не участок, куда ему следует поворачивать. Поэтому де Йонг решил оснастить свои самосвалы дополнительными передними угловыми фарами.
Имея в своем распоряжении несколько камер, автоматически подсвечиваемую систему зеркал, а также пять двухдиапазонных радаров и два радара скорости, оператор обеспечен более чем достаточной видимостью и осведомленностью. Для еще большей безопасности самосвал ETF оснащен системой предупреждения столкновений как со статичными, так и с движущимися объектами.
Что касается комфорта, то в кабине установлено три сидения, позволяющие проводить удобную и эффективную программу обучения. Стекла оснащены специальной изоляцией, поглощающей температуру и шум, а также унифицированными стеклоочистителями длиной 810 мм. Оператор имеет естественную линию видимости на расстоянии 1 метра от кабины, а также беспрепятственный полукруговой обзор (360 градусов вместе с камерами и радаром). При этом программное обеспечение приборной панели было написано таким образом, чтобы отображать только своевременную и необходимую системную информацию, и не отвлекать оператора от важных функций, связанных с производительностью самосвала.
Вопросы экологии
«Второй важнейшей задачей для нас был вопрос воздействия техники на окружающую среду», – отметил де Йонг. «Все говорят об этом, но мало кто реально что-то делает». Самосвалы ETF могут эксплуатироваться на различных видах горючего, включая обычный дизель, биодизель, а также смеси дизельного топлива с сжиженным газом или водородом. По данным компании, вследствие уменьшенного расхода топлива они выделяют на 56% меньше оксидов азота (NOx) и углеводородов (HC), на 63% меньше ТЧ и на 15% меньше углекислого газа. Кроме того, благодаря установке специальной системы фильтров инженерам ETF удалось на 85% сократить количество отработанного масла, а инновационный подход в конструкции осей, подвески и трансмиссии обеспечил 47-процентную экономию средств, связанных с резиной, заявляют в компании.
Вместе с революционным самосвалом ETF привнесла на рынок и совершенно уникальную для отрасли бизнес модель, которая предлагает клиенту оплачивать аренду грузовиков на основе перевезенных тонн или количества пройденных километров. Полное техническое обслуживание, ремонт и замена резины включены в оплату арендного контракта и гарантируют 95-процентную техническую готовность (быстрая замена) в течение всего срока службы машины (до 90 000 моточасов, что эквивалентно 11 или 12 годам использования). Такая аренда означает отсутствие для клиента капитальных затрат, все что он оплачивает – это топливо и работа водителя.
Но и это еще не все. Разработчики решили не останавливаться на достигнутом и, похоже, дерзнули окончательно переписать все каноны отрасли: с помощью специальных гибких стальных тросов, содержащих кабели передачи данных по управлению скоростью, тормозами и рулевой системой, самосвалы ETF способны объединяться в так называемый автопоезд из максимум 4 грузовиков (Haul Train), управление которым осуществляется одним оператором из головной машины. В результате, за один цикл подобный «караван», при условии, что он будет состоять из наиболее мощных в линейке ETF моделей MT-400, сможет перевозить до 1 400 тонн породы. Кто-то скажет, что подобная схема весьма трудна в реализации и предусматривает большое количество дополнительных сложностей, и будет, в принципе, прав. Однако, согласитесь, почти полторы тысячи тонн перевезенного груза за цикл – звучит более чем внушительно.
От зарождении идеи до представления готовой продукции у де Йонга и его компании ушло девять трудных лет, которые сопровождались поисками инвесторов и решением, казалось бы, изначально не решаемых задач. Однако технологические достижения, реализованные на новых машинах, существенно преобразили 60-летний дизайн горных самосвалов и все-таки перенесли его в XXI век. Сможет ли эта идея прижиться на рынке и оказать глубокое влияние на горнодобывающую отрасль, или же так и останется на уровне опытных образцов, покажет только время.
