Карьерные фронтальные погрузчики

Луняшин П.Д., горный инженер
Золотодобыча, №206, Январь, 2016

Пневмоколесные фронтальные ковшовые погрузчики (обычно их называют одним из этих терминов) прочно заняли свое место в строительном и горнодобывающем мире с середины 1960-х годов, изменив технологии ведения работ и потеснив экскаваторы и бульдозеры. Однако путь к успеху этого нового оборудования был достаточно долгим: первая машина, подходившая под название «погрузчик», была создана еще в 1917 году американским изобретателем Юджином Кларком, представившим миру механизм, который мог в кратчайшие сроки погрузить и разгрузить продукцию. Первый погрузчик не имел ни тормозов, ни гидравлики — управлять им было достаточно опасным делом. Тем не менее, это оборудование ознаменовало рождение класса машин, чьи мобильность и оперативность обеспечили ему важную роль на всех этапах дорожного строительства и горного производства. Фронтальные погрузчики прошли свой эволюционный процесс, имея преимущества более позднего развития по сравнению с другими видами оборудования, что позволило использовать в их конструкции многие современные технологии.

В 1920-х годах небольшие сельскохозяйственный тракторы начали оснащать ковшом для погрузки легких материалов. Это были первые прототипы современного колесного погрузчика. В 1939 г. инженер из Чикаго Фрэнк Г. Хью создал первый автономный колесный погрузчик Hough HS.

В 1944 г. Хью впервые применил гидравлический привод ковша, а в 1947-м создал полноприводный гидравлический погрузчик. Другие производители также стали выпускать подобные машины, однако все они имели жесткие рамы, что ограничивало маневренность и эффективность применения. Поэтому одной из самых значительных вех в эволюции колесного погрузчика стало создание сочлененной рамы. Эдди Вагнер из Портленда (США, штат Орегон) применил это изобретение на своей модели Scoopmobile LD-5 в 1953 г. Новинка достаточно долго пробивалась на рынок — только к середине 1960-х годов ведущие производители колесных погрузчиков приняли ее на вооружение: в 1963 г. — «Caterpilla», в 1964-м — «International Harvester», в 1965-м — «Michigan». Именно после этого колесные погрузчики начали постепенно заменять экскаваторы и бульдозеры на строительстве и горном производстве.

С увеличением мощности и габаритов погрузчиков с особой остротой встала проблема безопасности оператора: в первых моделях ковш двигался в опасной близости от него. Кроме того, движущиеся части ограничивали обзор. Проблему удалось решить все тому же Хью — он стал одним из первых производителей, придумавших новую модель колесного погрузчика с более безопасным дизайном, расположив кабину вне зоны действия ковша и стрелы. Другие производители быстро последовали его примеру: «Caterpillar»  и «Case» в 1959 г., «Allis-Chalmers» — в 1961-м и «Michigan» в 1962-м.

В 1960-е годы тенденция развития погрузчиков сосредоточилась на производстве крупных машин с большей грузоподъемностью. В 1964 г. «International Harvester» построил колесный погрузчик Hough H-400 с ковшом 7,6 м3 мощностью 420 л.с. Затем отличились создатели первого шарнирно-сочлененного погрузчика: семейная компания братьев Вагнер «Mixermobile Manufacturers» в 1965 г. выпустила крупнейший на то время в мире погрузчик Scoopmobile-1200 с ковшами от 7,5 до 15 м3 и мощностью 525 л.с. Им ответили «Caterpillar», создавший в 1962 г. Cat 992 с ковшом 10 м3, «Michigan» (погрузчики Mi 475 с ковшом 9,2 м3 и Mi 675С с ковшом 18,4 м3, 1973 г.), «Kawasaki Heavy Industries», разработавшая в 1986 г. большой 19-кубовый погрузчик для угольной ассоциации «Technology Research». Но мировое первенство в битве гигантов с начала 1960-х годов прочно захватила американская компания «LeTourneau», созданная талантливым изобретателем Робертом Гилмором Ле Торно. Выпустив в 1965 г. 14,5-кубовый погрузчик SL40, компания к 1990 г. выпускала линейку серии «L» из 7 самых больших колесных погрузчиков с ковшами емкостью от 11 до 34 м3 и мощностью от 950 до 1800 л.с.

 

Структуризация карьерных фронтальных погрузчиков

В данной статье рассматриваются фронтальные карьерные погрузчики с ковшами более 5 м3 и мощностью свыше 300 л.с. Учитывая, что каждая модель погрузчика может оснащаться ковшами различной вместимости и назначения, показатели грузоподъемности также могут различаться. При этом мощность двигателя базового шасси остается для каждой модели постоянной. За основу структуризации предлагается учитывать погрузчики в 6 диапазонах мощности (табл.).

Мощность,

л.с.

Вес,

т

Грузо-

подъемность, т

Емкость ковша, м3

основного

диапазон

1

300–405

29–35

9–11

5,0–5,7

4,0–7,5

2

406–550

42–54

10–15

5,7–7,7

5,0-12,7

3

551–720

70–80

15–20

8,4–9,2

8,4–10,3

4

721–1050

100–135

21–25

11,0–14,0

10,7–23,7

5

1051–1600

140–205

34–38

19,0–23,0

14,9–36,0

6

свыше 1600

230–270

43–74

30,0–40,0

21,4–65,0

 

Приведенные оценки носят усредненный характер, а величины разброса требуют обоснованного подхода к выбору моделей погрузчика (грузоподъемность, вместимость ковша, мощность) исходя из конкретных условий его применения, которые должны задаваться потенциальным потребителем такой техники (виды работ, характеристики погружаемых материалов и пород, требующаяся производительность, интенсивность работы погрузчика, виды и типы транспортных средств и др.).

 

Фронтальное обновление карьерных погрузчиков

Производители фронтальных погрузчиков уделяют огромное внимание постоянному совершенствованию их конструкций. Вступление в силу в США и странах ЕС новых жестких экологических норм токсичности отработавших газов стало основным стимулом обновления и модернизации горного оборудования. Впрочем, для стран, где экологические требования не столь высоки (куда входит и Россия), дилеры предлагают оборудование с двигателями более низких экологических классов. Второе направление модернизации — повышение безопасности и улучшение условий труда для операторов, что в конечном итоге направлено на рост производительности. Важным направлением совершенствования погрузчиков стало упрощение технического обслуживания и контроля за работой различных систем машин. А снижение удельного расхода топлива и рост производительности с повестки не снимался никогда.

Ведущие мировые компании обновляют модели погрузчиков каждые 2–3 года. Казалось бы, совсем недавно компания «Caterpillar» представляла фронтальные погрузчики серии Н, как с 2011 г. в производство пошла серия К. Погрузчики серии К агрегатируются новыми двигателями Cat (ACERT), которые отвечают требованиям стандартов Tier 4 Interim и Stage IIIB и развивают эффективную мощность на 11,0 % выше, чем у машин предыдущего поколения. Следует отметить, что «Caterpillar» производит все комплектующие для погрузчиков на своих заводах, не размениваясь на кооперацию с другими производителями.

Помимо двигателей с повышенной чистотой выхлопа, на новых машинах устанавливаются кабины с уменьшенным уровнем шума, новая электрогидравлическая система рулевого управления с органами управления (по выбору оператора) в виде джойстиков или традиционного рулевого колеса, ковши новой серии Performance и усовершенствованная силовая передача. Благодаря использованию планетарной трансмиссии с гидротрансформатором и с переключением под нагрузкой уменьшена пробуксовка колес и их износ.

 

С начала 2014 г. «Caterpillar» приступил к продвижению на рынок погрузчиков серии М, начав модернизацию с моделей мощностью 280–400 л.с. По утверждению компании, топливная экономичность моделей серии М будет выше на 10 % по сравнению с предыдущими моделями серии К, а модели с модификацией ХЕ будут экономичнее даже на 25 %! Самый большой представленный погрузчик из серии М — Cat 980М с ковшом 5,7 м3. В предлагаемой для горных разработок линейки Cat присутствует 7 основных моделей эксплуатационной массой от 31 до 194 т, мощностью двигателя 322–1463 л.с. и емкостью ковшей от 4,9 до 36 м3 при грузоподъемности 10–35 т. Наиболее массовой моделью является погрузчик 988-й серии, начало производству которого было положено в 1963 г. Главным отличием от погрузчиков других производителей является коробчатое сечение элементов задней полурамы и стойки, что позволяет поглощать крутящие нагрузки, возникающие при погрузке пород. Погрузчики Cat последних модификаций оснащены системой электронного взвешивания в реальном времени с точностью до 1 %. Погрузчики Cat, как и машины других производителей, предлагаются с различной высотой подъема ковша, имеют ряд модификаций для различных условий работы и комплектуются ковшами, емкость которых зависит от плотности горной массы. Касаясь доступности различных модификаций для горных разработок, следует отметить, что в России доступны погрузчики 980 (серии Н и К), 986Н (модель новая, ее обновления до серии К придется ждать не скоро), 988 (серии Н и К), 990К, 992К и 993К. Последние 3 машины достаточно новые, и обновление до серии М произойдет в отдаленном будущем. Самый мощный 994-й серии погрузчик Cat во всем мире представлен только серией Н

 

Модельный ряд Komatsu в рассматриваемом диапазоне включает 6 моделей серии WA (серия выпускается с 1985 г.) эксплуатационной массой от 31 до 205 т, мощностью двигателя 315–1560 л.с. и емкостью ковшей от 5,5 до 35 м3 при грузоподъемности 7,8–36 т. Все модели оснащаются двигателями собственного производства с топливной системой прямого впуска (кроме WA1200 с дизелем Cummins QSK60) и трансмиссией Powershift

c 3-элементным одноступенчатым однофазным трансформатором. Коробка передач, гидротрансформатор, гидравлическая система, мосты и электрооборудование, установленные на погрузчики, также изготавливаются заводами «Komatsu». В числе интересных инженерных решений предусмотрен безударный понижающий переключатель, который переключает трансмиссию со 2-й передачи на 1-ю для увеличения тягового усилия на колесе, что улучшает заполнение ковша. Эффективно решена задача продления срока службы шин: с помощью датчика скорости система определяет пробуксовывающее колесо и подает сигнал на гидротрансформатор, прекращающий пробуксовку колеса. Дистанционный позиционер стрелы устанавливает верхнее и крайнее нижнее положение ковша с учетом высоты кузова самосвала, при этом ковш плавно останавливается по месту, заданному позиционером. Последняя 6-я серия погрузчиков Komatsu характеризуется рядом новшеств, в числе которых эргономика рабочего места машиниста (обзорная кабина без переднего ребра жесткости, сиденье с подвесной конструкцией, кондиционер с пятью режимами вентиляции, шумоизоляция рабочего места). Органы управления оснащены рычагом блокировки погрузочного оборудования и гидроусилителем. Имеется система выбора режима работы коробки передач. Машины адаптированы к суровым климатическим условиям и могут работать при температурах от минус 40º С до +40º С. Погрузчики WA-500 выпускаются уже в 7-й серии. Разработка моделей 7-го поколения ведется для WA600 и WA1200, но находится на ранних стадиях, и головной офис в Токио не готов пока сообщить конкретные характеристики потенциальному конечному пользователю. В Россию поставлялись модели только 3-й серии, но уже доступны и машины 6-й серии: японцы считали риски, связанные с использованием на горных предприятиях некачественного топлива, значительным препятствием к внедрению современных машин и не хотели рисковать своей репутацией. Следует отметить, что погрузчики 6-й серии по расходу топлива экономичнее предыдущих моделей на 5–10 %.

 

Основанная в 1929 г. компания «LeTourneau» к производству погрузчиков приступила в 1960 г. (в 1968–1994 гг. она носила имя «Marathon LeTourneau Co», а в 2011-м вошла в состав «Joy Global Inc»), причем с первых лет «LeTourneau» стала специализироваться на производстве больших погрузчиков с ковшами более 11 м3. Брэнд LeTourneau, несмотря на неоднократную смену акционеров, сохранился до настоящего времени.

«LeTourneau» — единственный в мире производитель фронтальных погрузчиков, который устанавливает современные электрические приводы на всех своих моделях. Каждое колесо с электроприводом полностью независимо от других, это единственная на рынке фронтальных погрузчиков система с независимым приводом на все 4 колеса. Машины последнего поколения обладают более быстрой реакцией на управляющие сигналы, благодаря чему улучшается контроль тяги и снижается проскальзывание колес, вследствие чего уменьшается износ шин во время поворотов и контролируется проскальзывание колес на влажных и скользких поверхностях, что обеспечивает более продолжительный срок службы шин по сравнению с фронтальными погрузчиками с механическими приводами. В отличие от конкурентов, оснащенных механическими приводами, у погрузчиков LeTourneau отсутствуют отбирающие мощность преобразователи крутящего момента, трехскоростные трансмиссии, раздаточные коробки, дифференциалы, карданные соединения, приводные валы, а также намного снижена необходимость в различных рабочих жидкостях, что приводит к росту производительности, снижению затрат на техобслуживание и высокой надежности.

 

Технические характеристики крупнейших погрузчиков

 

Наименование параметра

Caterpillar

Komatsu

Le Tourneau

994H

WA1200-3

L-1350

L-1850

L-2350

Емкость ковша, м3

14,0–36,0

18,0–35,0

22,9

21,4–42,1

25,2–65,0

Мощность двигателя, л.с.

1463

1560

1600

2000

2300

Грузоподъемность, т

35,0

36,0

38,1

43,4

72,6

Вырывное усилие, kN

989

1274

979

1229

1173

Эксплуатационная масса, т

193,8

205,2

181,4

229,5

262,2

Радиус поворота, м

12,74

14,33

12,82

13,44

21,02

 

Габаритные размеры, м

длина

16,88

18,20

16,89

17,83

20,16

высота

6,99

5,72

6,05

6,68

6,45

ширина
по ковшу

5,64

6,55

6,27

6,40

6,81

Высота выгрузки, м

5,56

6,29

6,43

6,81

7,02

Годы начала выпуска

1990

1999

2004

2002

2000

 

Сегодня «LeTourneau» производит 5 основных моделей большегрузных погрузчиков мощностью от 1050 до 2300 л.с. с ковшами от 13 до 65 м3 и рабочим весом 106–271 т.

Компания выпускает исполинский L-2350, который является самым большим фронтальным погрузчиком в мире. Его мощность — 2300 л.с., полезная нагрузка — 72,6 т, объем ковша — от 25 до 65 м3. L-2350 имеет уникальные силовые и геометрические параметры, позволяющие ему успешно конкурировать с мощными механическими и гидравлическими лопатами при загрузке большегрузных самосвалов грузоподъемностью более 320 т. Вырывное усилие — 1290 кН, максимальная высота подъема ковша — 13,3 м, длина погрузчика — 20,2 м и максимальная скорость передвижения — 16,9 км/ч. Первый образец этого погрузчика с ковшом 40,52 м3 был запущен в эксплуатацию на угольном разрезе в штате Вайоминг в США в 2002 г. и имел сменный ковш для погрузки угля емкостью 65 м3.

 

Читать далее


-0+2
Просмотров статьи: 2149, комментариев: 2       

Комментарии, отзывы, предложения

Новиков И., 07.07.16 10:18:51

Печатали бы сразу всю статью.

ЛАРИСА, 11.08.16 10:56:01 — ГРИНЦЕВИЧ

Каков срок службы погрузчика CAT 994K?

Уважаемые посетители сайта! Пожалуйста, будьте как дома, но не забывайте, что в гостях. Будьте вежливы, уважайте родной язык и следите за темой: «Карьерные фронтальные погрузчики»


Имя:   Кому:


Введите ответ на вопрос (ответ цифрами) "один прибавить 9":

подписаться на комментарии