Электромеханические трансмиссии заменят гидромеханику

Раз в четыре года в Лас-Вегасе собираются специалисты, тесно связанные с горнодобывающей промышленностью. Станислава Флоренцева, главного конструктора электропривода транспортных средств ООО "Русэлпром" интересовали на отраслевой выставке MINExpo новинки в области электромеханической трансмиссии и гибридных силовых установок. Своими впечатлениями от увиденного он поделился с читателями КМ.

Карьерные самосвалы

В сегменте карьерных самосвалов были представлены новинки компаний Caterpillar, Komatsu, Libher и Hitachi, а также «БелАЗ» грузоподъемностью от 90 до 420 тонн. Все машины оснащены электромеханической трансмиссией переменно-переменного тока. Caterpillar, Komatsu и Libher применяет собственные разработки и производство всех  компонентов комплекта тягового электрооборудования (КТОЭ) ЭМТ. Komatsu использует продукцию фирмы General Electric.

Во всех силовых преобразователей применяется жидкостное охлаждение шкафов силовых преобразователей и принудительное воздушное охлаждение радиаторов этих систем охлаждения, синхронных генераторов и тяговых электродвигателей.

Компания Komatsu, разрабатывающая и производящая широкую линейку горнодобывающей техники - карьерные экскаваторы и самосвалы, фронтальные погрузчики - встраивает их в единую цепочку автоматизированного управления карьером. Цель – повышение производительности, экономия топлива, сокращение затрат на обслуживание и ремонт.

Применившая уже на практике автономное вождение самосвалов в карьерах, Komatsu представила на MINExpo новый концепт робота – карьерный самосвал грузоподъемностью до 400 тонн. Машина не имеет кабины для водителя, обладает приводом 4х4 и всеми поворачивающимися колесами. Момент на колеса передается от тяговых электродвигателей через кардан, с расположением дизеля и КТЭО ЭМТ в раме между передними и задними ведущими колесами (рис. 1).

Рис. 1

Компания Libher продемонстрировала новое поколение карьерных самосвалов грузоподъемностью 100 тонн с электромеханической трансмиссией переменно-переменного тока (рис. 2-4).  Ее особенности: асинхронный мотор-генератор, три инвертора с жидкостным охлаждением, два тяговых асинхронных двигателя, отсутствие тормознго чоппера и резисторов электродинамического торможения (аналогичную идею мы предлагали для реализации «БелАЗу» в 2009 году). 

Рис. 2

Особенностью собственной разработки КТЭО для самосвалов компании Hitachi  является применение силовых полумостовых сборок на IGBT транзисторах Hitachi America с интегрированным жидкостным охлаждением, встроенными схемами драйверов с опторазвязкой, снабберами, ламинарными быстро коммутируемыми шинами (подобными серии таких же сборок фирмы Siemens).

Никто из перечисленных фирм тяговым электрооборудованием концерна «Русэлпром» не заинтересовался, в отличии от китайской CRRC. Компания из Поднебесной  проявила серьезный интерес к возможным поставкам наших КТЭО для производимых ею карьерных самосвалов.

Компоненты и КТЭО

В этом сегменте показали свои новые разработки компании Siemens, John Deere, TM4  и STW. Siemens  представил набор компонентов КТЭО, который планирует в следующем году реализовать в составе ЭМТ переменно-переменного тока карьерного самосвала грузоподъемностью  30-40 тонн (рис. 5-6). Причем рассматривает возможность применения гибридной силовой установки: наряду с ДВС и накопителем энергии.

Рис. 5.

Рис. 6.

Американское подразделение John Deere  продемонстрировало набор компонентов КТЭО, интегрированных с насосами  гидросистем (для генераторов), согласующими редукторами для тяговых двигателей (рис. 7), ведущими мостами с большими коэффициентами редукции для транспортных средств, а также серию интегральных интеллектуальных силовых преобразователей с жидкостным охлаждением (рис. 8).

Рис. 7

Семейство таких компонентов КТЭО, как «Лего», легко встраивается в различные транспортные средства в концепции «центрального привода» (реализованного нами в проектах «КТЭО ЭТ-300ЦП», «Гибрид-12» и пр.).  John Deere  использовал ее во фронтальном погрузчике 240 л.с. и серии с/х тракторов 240-350 л.с. Компания также адаптирует ее для другой строительно-дорожной и лесной техники.

Рис. 8.

Подобную идеологию внедряют фирмы STW и TM4, предлагая набор генераторов, тяговых электродвигателей,силовых преобразователей, вспомогательных преобразователей и зарядных устройств. В отличие от John Deere эти фирмы пока не интегрируют свои компоненты с другими системами транспортных средств (насосами, редукторами и пр.).

Транспортные средства на электрическом приводе

Отдельным сегментом следует выделить транспортные средства для подземных работ с чисто электрическим (батарейным) приводом. Причем фирмы, представившие эти транспортные средства, являются и разработчиками и производителями КТЭО, иногда в кооперации. На рис. 9–14 представлены батарейные транспортные средства  GE, Artisan, Aramine, Sandvik.

Рис. 9

Рис. 10

Рис. 11

Рис. 12

Рис. 13

Из увиденного можно сделать вывод, что в области карьерных самосвалов следует ожидать внедрение электромеханических трансмиссий  взамен гидромеханических в самосвалы грузоподъемностью 35 – 75 тонн. Широкое внедрение получат карьерные самосвалы с автоматическим или дистанционным  управлением. Появление более энергоэффективных, надежных и менее дорогих накопителей энергии приведет к активному внедрению гибридных силовых установок в транспортные средства для горнодобывающей промышленности с выраженным циклическим режимом работы – бульдозеры, скреперы, погрузчики, экскаваторы.