CC BY
185
УДК 629.1-442:656.13:622.3 © А.Ф. Казубенко, 2019
Самосвалы БЕЛАЗ с электромеханической передачей
КАЗУБЕНКО Андрей Феликсович
Начальник бюро электрических трансмиссий УГК НТЦ ОАО «БЕЛАЗ», 222161, г. Жодино, Республика Беларусь, e-mail: elektro@belaz.minsk.by
В статье рассказывается о карьерной технике БЕЛАЗ с электромеханической трансмиссией. Приводятся история разработки машин с приводом этого типа, их технические особенности, новые и перспективные разработки ОАО «БЕЛАЗ» в этой области.
Ключевые слова: карьерные самосвалы БЕЛАЗ, электромеханическая трансмиссия, синхронный генератор, электрическая трансмиссия, асинхронный электродвигатель, биполярный транзистор, система управления приводом, схема охлаждения электропривода.
■ ВВЕДЕНИЕ ■
История широкого применения электромеханической трансмиссии (далее-ЭМТ) на карьерных самосвалах большой грузоподъемности началась в 60-х гг. XX века. Первые самосвалы БЕЛАЗ серии 7549 грузоподъемностью 75 т с ЭМТ были оснащены тяговым генератором постоянного тока типа ГПА и электродвигателями постоянного тока с последовательным возбуждением. Коммутационная аппаратура силовой части системы управления была заимствована на железнодорожном электротранспорте, а основным элементом управления характеристиками электрических машин являлся магнитный усилитель.
■ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ТРАНСМИССИЯ ■
Механическая характеристика электродвигателя практически идеально подошла для тяговых целей. В итоге самосвалы с ЭМТ получились более легкими в управлении, чем машины с гидромеха нической передачей. Уменьшение количества механических узлов привело к увеличению надежности, возможность замедления самосвала электрическим путем позволило увеличить эффективность замедления без износа механических частей, снизились затраты на расходные материалы. Все это послу-
жило основой к дальнейшему развитию и активному применению на самосвалах большой грузоподъемности электрического привода колес. Сегодня электрическая трансмиссия применяется на машинах БЕЛАЗ грузоподъемностью от 90 до 450 т, а также на погрузчиках с вместимостью ковша 11,5 куб. м.
Но при всех своих достоинствах ЭМТ постоянного тока имеет ряд недостатков, которые на определенном этапе явились сдерживающим фактором их применения. Так на самосвалах с дизельным двигателем, мощность которого превышала 800 кВт, применение тягового генератора постоянного тока стало проблематичным по ряду причин:
- массогабаритные показатели;
- снижение надежности щеточно-коллекторного узла при больших рабочих токах;
- увеличение цены привода непропорционально повышению мощности.
■ ПРИМЕНЕНИЕ НА САМОСВАЛАХ СИНХРОННОГО
ГЕНЕРАТОРА С ПАССИВНЫМ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ ■
Вышеупомянутые причины подтолкнули разработчиков к применению на карьерных самосвалах БЕЛАЗ серии 7521 грузоподъемностью от 170 т вместо генератора постоянного тока синхронного генератора с пассивным (неуправляемым) выпрямителем. Такая конфигурация ЭМТ прочно вошла в конструкцию карьерных самосвалов и применяется до настоящего времени.
Долгие годы ЭМТ с синхронным генератором и электродвигателями постоянного тока доминировала в конструкции карьерных самосвалов большой грузоподъемности. За это время значительное развитие получила система управления ЭМТ. В качестве системы управления начали применяться программируемые контроллеры. Преимущества новых систем в управлении приводом были очевидны: гибкость, автоматизация настроек, простота выявления неисправностей и т.д.
На современном, высококонкурентном мировом рынке заказчики желают выбирать лишь самые эффективные самосвалы с низкими эксплуатационными расходами и высокой надежностью, что в первую очередь зависит от трансмиссии самосвала как основного компонента в цепочке, влияющей на формирование стоимости тонны перевозимого груза. Современные тенденции в технологическом цикле перевозок на открытых разработках полезных ископаемых направлены в сторону сокращения времени цикла, более высоких нагрузок и сокращения стоимости владения транспортным средством. Это обязывает горнодобывающие предприятия приобретать надежные самосвалы, которые должны выдерживать большие нагрузки и работать в экстремальных условиях от +55 до -60 °С, в карьерах с высокой запыленностью и сложными дорожными условиями (рис. 1).
50
МАЙ, 2019, "УГОЛЬ"
■ САМОСВАЛЫ С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ■
Развитие силовых полупроводниковых приборов и микропроцессорных систем управления позволило создать ЭМТ нового поколения - переменного тока, конкурентную по цене, превосходящую по тягово-динамическим характеристикам привод постоянного тока и обладающую широкими возможностями в части оптимизации алгоритмов управления.
И сегодня БЕЛАЗ разработал и внедрил в производство новые модели самосвалов грузоподъемностью от 90 до 450 т с электрической трансмиссией переменного тока (рис. 2).
В настоящее время эти самосвалы являются самой востребованной техникой предприятия. В 2018 г. БЕЛАЗ поставил на мировой рынок рекордное количество карьерных самосвалов особо большой грузоподъемности - 722 ед. Причем весомые достижения отмечены у БЕЛАЗа в отдельных классах грузоподъемности: по 130-тонникам доля мирового рынка составляет почти 80%, по 220-тонникам - более 50%.
■ ПРЕИМУЩЕСТВА АСИНХРОННЫХ
ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ■
Применение асинхронного электродвигателя в ЭМТ объясняется простотой его конструкции и высокой надежностью, связанной с отсутствием щеток и коллектора. При более полном использование мощности дизельного двигателя самосвалы с трансмиссией переменного тока обеспечивают эффективный старт из-под ковша экскаватора, движение под уклон с большей скоростью, а по горизонтальной поверхности - со скоростью более 60 км/ч. Раздельное управление крутящим моментом колес улучшает способность трогания самосвала на рыхлом дорожном покрытии и увеличивает его противобуксовочные свойства.
Особенности конструкции асинхронных тяговых электродвигателей и более совершенное управление электродинамическим замедлением позволяют удерживать грузовик на более высоких скоростях и обеспечивают плавное замедление вплоть до полной остановки, с возможностью удержания самосвала без применения механических тормозов. Применение тормозных установок увеличенной мощности позволяет обеспечивать длительный спуск загруженного самосвала на уклонах до 16%.
Новые преобразователи на ЮВТ (биполярный транзистор с изолированным затвором) характеризуются высокой эффективностью. Помимо этого, они имеют уникальную степень эксплуатационной безопасности и надежности. ЮВТ-транзисторы допускают высокую частоту переключения, которая улучшает качество тока электродвигателей. Транзисторы не требуют применения с ними снабберов и имеют менее сложные драйверы (модули управления). ЮВТ-транзисторы имеют высокую перегрузочную способность, что позволяет использовать их в схеме без предохранителей.
Двигатели переменного тока позволяют сэкономить на расходных материалах и затратах на техническое обслуживание. Отсутствие коллекторного узла сводит техническое обслуживание электродвигателей к минимуму.
Раздельное управление крутящим моментом увеличивает срок службы шин.
Система управления привода переменного тока означает отсутствие силовых контакторов и других компонентов,
Рис. 2. Карьерный самосвал БЕЛАЗ-75315 грузоподъемностью
240 т с трансмиссией переменного тока
включающих в себя расходные материалы. За исключением периодической чистки система, по своей сути, не требует технического обслуживания. Система привода также имеет современную структуру диагностики, что упрощает ремонт и сокращает среднее время ремонта.
Благодаря улучшению характеристик электрического торможения, возможности замедления до полной остановки на самосвалах с новыми системами привода достигается меньший износ механических тормозов.
Наряду с классической схемой охлаждения элементов системы электропривода, с приводом вентилятора, механически связанным с дизельным двигателем, на новых моделях самосвалов применяются автономные вентиляторы с электрическим приводом. Это позволяет организовать эффективное охлаждение всех элементов трансмиссии в любых режимах работы, независимо от частоты вращения дизельного двигателя. Автономное управление системой охлаждения позволяет оптимизировать управление отбором мощности дизельного двигателя и добиться наилучшей топливной экономичности.
Период с 2018 по 2019 г. стал по-настоящему прорывным в области разработки серии БЕЛАЗ-7558 - сказалась не только популярность машин на рынке, но и увеличение количества разработчиков электромеханических трансмиссий переменного тока для 90-тонников БЕЛАЗ.
Первый тяговый привод для белорусской машины был разработан российской компанией «Электросила», а сегодня ряд крупных российских концернов разрабатывает этот узел исключительно для самосвалов серии БЕЛАЗ-7558. Среди них: концерн «РУСЭЛПРОМ» (г. Сафоно-во), «ПТФК «ЗТЭО» (г. Набережные Челны), ООО «Сибэлек-тропривод» (г. Новосибирск). В 2019 г. свои услуги предложила компания «General Electric».
Впервые разработан и выпущен карьерный самосвал БЕЛАЗ-7558С с вентильно-индукторным приводом. Применение этого узла в составе машины повысит КПД двигателя, улучшит техническое обслуживание самосвала.
Разработан и изготовлен новый шкаф управления трансмиссией переменного тока. Узел установлен на шасси самосвала БЕЛАЗ-7558В. Сегодня машина успешно прошла заводские испытания.
■ ЗАКЛЮЧЕНИЕ ■
В будущем БЕЛАЗ намерен продвигаться дальше и предлагать заказчику решения, которые помогут достичь эффективной работы во всех аспектах горнодобывающей промышленности.
МАЙ, 2019, "УГОЛЬ"
51
