CC BY
26
© А.Н. Егоров, 2008
УДК 622.001.89:622.68 А.Н. Егоров
СИСТЕМА РАЗРАБОТКИ, ИСПЫТАНИЙ И ПОСТАНОВКИ НА ПРОИЗВОДСТВО НОВОЙ ПРОДУКЦИИ ПО «БЕЛАЗ»
1[Эпервые выйдя на рынок большегрузной карьерной техники
-И-Эв начале 60-х годов, Белорусский автомобильный завод прочно утвердился на этом рынке как производитель конкурентоспособных машин для транспортировки горной породы в местах открытой разработки полезных ископаемых. Создание в 1960 году собственной конструкторско-исследовательской базы позволило предприятию за четыре десятилетия разработать и освоить выпуск свыше 400 модификаций карьерных самосвалов и другой техники, предназначенной для работы в составе горнодобывающих комплексов.
Уже при создании первых самосвалов грузоподъемностью 27 и 40 тонн были определены основополагающие требования к технологическим транспортным средствам большой грузоподъемности для горной промышленности. Это - удельная мощность двигателя в пределах 10,5-14,0 л.с./т. Грузоподъемности, короткая база, гидромеханическая трансмиссия, пневмогидравлическая подвеска, смещенная на сторону одноместная кабина, платформа ковшового типа, двухконтурные тормозные системы и другие технические решения, обеспечивающие высокую маневренность, плавность хода, хорошие тягово-динамические характеристики, легкость управления и безопасность эксплуатации.
В последующем при создании машин особо большой грузоподъемности в конструкции самосвалов прочно прописалась электромеханическая трансмиссия и комфортабельная двухместная кабина.
Такой подход к созданию карьерного транспорта обеспечил высокий технический уровень и международное признание выпускаемых БелАЗом машин.
Новые задачи, новые требования традиционных потребителей техники «БЕЛАЗ», потребность в освоении новых рынков требова-
71
ли опережающего развития системы разработки новой продукции и постановки на производство.
В настоящее время инструментом данной системы на «БЕЛАЗе» является созданный в 2005 году научно-технический центр (НТЦ), объединивший в своем составе управление главного конструктора РУПП «БЕЛАЗ», отдел подземной и строительно-дорожной техники, осуществляющий конструкторское сопровождение производства на филиале в г. Могилев, экспе-риментальный цех и испытательную лабораторию. Начальник НТЦ - владелец процесса «Проектирование и разработка продукции» системы менеджмента качества ПО «БЕЛАЗ». С образованием НТЦ БЕЛАЗ стал обладателем одним из самых современных законченных циклов по разработке новой продукции в машиностроительной отрасли РБ и СНГ.
Начинается этот творческий цикл всегда с заказчика, т.е. от карьера, где используется техника «БЕЛАЗ». Именно оттуда исходят новые заказы или запросы на создание новых видов техники, в виде исходных технических требований, а порой - и просто в виде идеи самой машины.
Далее информация, так или иначе полученная от заказчика, обрабатывается и анализируется специалистами НТЦ с позиций возможностей по ее конструкторской реализации. Принятое решение оформляется техническим заданием (ТЗ) на заказанный вид техники. На этой же стадии для первого об-разца производится поиск заказчика, хотя в нынешних рыночных условиях, когда предприятия научились строго взвешивать текущие доходы с расходами, это не всегда удается... В этом случае используется метод инициативной разработки, при котором после разработки ТЗ, оно согласуется с потенциальным заказчиком, если же такового нет - то ТЗ проходит согласование в виде обсуждения и утверждения специалистами ПО «БЕЛАЗ». По утвержденному ТЗ разрабатывается техническая документация на создание опытного образца новой машины. И здесь наши конструкторы полностью задействуют имеющуюся в НТЦ систему автоматизации проектных работ (САПР), включающую высокопроизводительные компьютеры (не ниже Pentium III) с набором современных проектно-конструкторских программ для всех линейных конструкторов. Отдельные рабочие места конструкторов оснащены возможностью проектирования в трех размерном формате (3D формат). Этот фор-
72
мат позволяет на стадии проектирования конструкции, узла, агрегата (что называется, на бумаге) провести многие операции проверки правильности кинематики и силового воздействия. Все основные несущие элементы и узлы новой конструкции подвергаются силовому анализу (воздействию) с помощью программы ANSIS, которой оснащены несколько рабочих мест инженеров-расчетчиков. И уже на этой стадии прочностного анализа, когда проектируемая конструкция или узел более или менее вырисована на дисплее компьютера, к исследованиям подключаются инженеры-исследователи экспериментального цеха. Их задача продумать методы и выстроить программу стендовых испытаний.... И, если имеется необходимость, когда высока вероятность конструкторской ошибки при проектировании какого-то узла, этот узел обязательно подвергается стендовым испытаниям, но уже отдельно от всей конструкции машины и по специальной программе... И только по получению удовлетворительных результатов стендовых испытаний узел допускается к установке на образец машины.
Можно было бы подвергнуть стендовым испытаниям все узлы машины, но в этом нет ни технической, ни экономической целесообразности, поэтому подвергаются обязательным испытаниям только те узлы, конструкторская и производственная переделка которых может стать очень затратной операцией.
В экспериментальном цехе для проведения испытаний отведен полный пролет. Главный инструментарий стендовых испытаний -набор силовых цилиндров «SHENK», управляемых центральным компьютером. Программное обеспечение центрального компьютера позволяет задавать режим испытаний по практически любому физико-математическому закону, в автоматическом режиме в течение круглых суток. В арсенале цеха - также набор специализированных стендов для испытаний типовых узлов выпускаемых нами самосвалов.
После получения удовлетворительных результатов стендовых испытаний или соответствующей доработки конструкции узлов по результатам испытаний, изготавливается образец опытной машины. Параллельно с его изготовлением разрабатывается программа-методика испытаний на заводском полигоне. В ходе полигонных испытаний имеется возможность проверки скоростных, разгонных и тормозных характеристик машины, а также - качества спроектированного рулевого управления, работы самосвала в режимах его
73
погрузки и разгрузки. На полигоне созданы испытательные трассы, имитирующие различные (по качеству покрытия) участки карьерных дорог, от призабойных и подъездных до траншейных, различных по крутизне в продольном профиле (подъемы и спуски). Построены также спецсооружения и устройства для ускоренных испытаний машины на долговечность ее конструкции. При движении по этим сооружениям и устройствам машина испытывает нагрузки, адекватные ее движению в карьерных условиях. Участки дороги специально спрофилированы методами смещенных препятствий, т.е. созданы неровности дороги, в том числе кососимметричные и параллельные. Методики создания испытательных трасс и испытаний на них машин разработаны совместно со специализированными научными организациями Беларуси. Применяемые методики по различным видам испытаний позволяют иметь коэффициент фор-сировки испытаний равным 4,64-11,50.
В конечном итоге полигонные испытания позволяют выявить практически все недоработки и ошибки конструирования машины, после устранения которых и получения удовлетворительных результатов окончательных (повторных) испытаний на заводском полигоне, образец направляется в реальный карьер для эксплуатационных испытаний, в процессе которых должны быть подтверждены заявленные ресурсные показатели: наработка на отказ и общий ресурс машины. Процесс заканчивается заседанием приемочной комиссии, которая принимает решение о постановке новой продукции на производство.
В условиях жесткой конкуренции среди изготовителей карьерной техники горнодобывающие предприятия отдают предпочтение машинам, способным обеспечить наибольшую производительность при наименьших затратах на их обслуживание. ПО «БЕЛАЗ», уверенно чувствуя себя на рынках России, Украины, Казахстана, Китая, стран Восточной Европы, Азии и Африки, постоянно заботится о сохранении и расширении своих позиций на мировом рынке. Именно поэтому, используя созданную систему разработки новой продукции и постоянного улучшения уже освоенной, НТЦ неустанно работает над основными направлениями дальнейшего развития конструкций карьерных самосвалов БелАЗ, основными направлениями которого видятся следующие:
1. Создание электромеханической трансмиссии переменного тока.
74
Электрическая трансмиссия появилась на карьерных самосвалах БелАЗ в семидесятых годах. Заимствованная с железнодорожного транспорта, построенная на электрических машинах постоянного тока, она имела определенные преимущества: возможность бесступенчатого регулирования скорости, автоматической приспособляемости к изменяющимся дорожным условиям, относительную простоту компоновки, возможность гашения кинетической энергии идущего на спуск самосвала электродинамическим тормозом. Однако небольшой диапазон рабочих оборотов тяговых электродвигателей не позволяет обеспечить необходимый динамический фактор самосвала, а наличие щеточно-коллекторного узла -достичь требуемых показателей надежности. Данные обстоятельства заставили конструкторов искать решение по применению электрических машин переменного тока. Вначале была создана трансмиссия переменно-постоянного (генератор переменного, тяговые электродвигатели постоянного) тока, ими в настоящее время оснащаются карьерные самосвалы БелАЗ-7513, БелАЗ-7517, БелАЗ-7530. На сегодняшний день на БелАЗе созданы модификации самосвалов грузоподъемностью 136 тонн и 320 тонн, оснащенных элек-тромежаническими трансмиссиями переменного тока. Образец 320-тонного самосвала собран в экспериментальном цехе в 2005 году, успешно выдержал программу испытаний в условиях заводского полигона и настоящее время проходит эксплуатационные испытания в Бачатском угольном разрезе Кузбасса. Образцы самосвалов грузоподъемностью 136 т собраны в 2007 году и проходят испытания в условиях заводского полигона.
2. Создание гидромеханической трансмиссии большой мощности.
Гидромеханическая трансмиссия позволяет создавать карьерные самосвалы, обладающие значительным динамическим фактором, высоким общим коэффициентом полезного действия, относительно низким коэффициентом тары, что обеспечивает в конечном итоге высокую производительность транспортных работ. На сегодняшний день БелАЗом изготовлен опытный образец карьерного самосвала грузоподъемностью 136 т с гидромеханической трансмиссией собственной разработки, который проходит испытания и доводку конструкции. Закончена разработка гидромеханической трансмиссии мощностью 1000 л.с. для 90-тонного самосвала, ведется изготовление опытных образцов. В процессе разработки рeшен ряд
75
сложнейших технологических проблем> к которым относятся изготовление планетарных рядов высокой точности, высокоточных подшипников сателлитов, дисков фрикционов и тормозов, изготовление надежной системы управления переключением передач, а также эффективной системы охлаждения, создание эффективной системы регенерации рабочей жидкости и др.
3. Создание типового ряда многодисковых маслоохлаж-даемых тормозов.
Рабочий цикл карьерного самосвала представляет собой чаще всего движение по замкнутому маршруту на относительно небольшое расстояние со значительным перепадом высот различных участков трассы Чаще это движение с грузом вверх и в порожнем состоянии' вниз, но нередко встречаются ситуация, когда самосвалу приходится перевозить груз сверху вниз. Для обеспечения безопасности и высокой производительности машины ее тормозная система должна обладать способностью поддержания безопасной скорости на всех режимах рабочего цикла, возможностью экстренной остановки самосвала в критической ситуации и при этом иметь высокую надежность и низкую трудоемкость технического обслуживания. В наибольшей степени перечисленным требованиям отвечают многодисковые маслоохлаждаемые тормозные механизмы. Тормозной момент, необходимый для торможения с максимальной эффективностью, обеспечивается подбором достаточного количества пар трения, плавное изменение тормозного момента - изменением усилия прижатия дисков, отвод выделяемого тепла - протоком масла, высокая износостойкость — смазыванием трущихся поверхностей. При создании тормозов такого типа производителю необходимо решить несколько серьезных технологических проблем, к которым, в частности, относятся создание теплостойких эластомеров для уплотнительных устройств, создание крупногабаритных подвижных торцовых уплотнений, создание фрикционных дисков, устойчивых к тепловому короблению. В настоящее время БелАЗом разработаны многодисковые тормозные механизмы трех типоразмеров. Изготовлены опытные образцы механизмов и самосвалы грузоподъемностью 42, 45 и 55 т, которые проходят эксплуатационные испытания.
4. Совершенствование гидравлических систем карьерных самосвалов.
76
Гидравлическая система карьерного самосвала обеспечивает функционирование рулевого управления, тормозов и опрокидывающего механизма кузова. Суммарная максимальная мощность гидропривода составляет 8-10 % от мощности установленного дизельного двигателя. Традиционно на карьерных самосвалах необходимая гидравлическая мощность обеспечивается набором стандартных шестеренных или аксиальноплунжерных насосов, приводимых специальной коробкой отбора мощности. С появлением многосекционных насосных установок с различными комбинациями секций по конструкции, функциональному назначению и производительности ради-кально изменились подходы конструкторов к проектированию гидравлических систем в целом. Примером такого подхода является разработка объединенной гидросистемы рулевого упра-вления, тормозов и опрокидывающего механизма самосвала грузоподъемностью 136 т. Система включает в себя сдвоенный насос, насос-дозатор и усилитель потока рулевого управления, пнев-могидроаккумуляторы аварийного привода рулевого упра-вления и тормозов, краны и распределители управления тор-мозами и опрокидывающим механизмом кузова, исполнительные си-ловые цилиндры рулевого управления, тормозных механизмов, системы опрокидывания. При этом на самосвале отсутствует коробка отбора мощности как самостоятельный узел. Все это позволило повысить общий к.п.д. машины при снижении затрат и металлоемкости изделия.
Разработанная система успешно прошла все необходимые испытания и внедрена на серийных самосвалах грузоподъемностью 136 и 220 т.
5. Повышение несущей способности базовых элементов самосвала.
БелАЗом совместно с Российским ЦНИИ Черной металлургии и рядом Росийских металлургических комбинатов выполнен комплекс научно-исследовательских работ по освоению производства высокопрочных (14ХГ2САФД) и износоустойчивых (15ХГНМТ) низколегированных термоулучшаемых сталей. Первая из них предназначена для изготовления рам, силовых элементов корпусов задних мостов и передних осей, деталей направляющего аппарата передней и задней подвески. Вторая предназначена для изготовления элементов грузовых платформ, подвергающихся в процессе эксплуатации интенсивному истиранию. От внедрения данных сталей
77
мы ожидаем существенного повышения показателей надежности самосвалов при снижении собственной массы самосвала.
6. Улучшение условий труда оператора.
В течение всего времени, пока будет существовать система «Человек - машина», условия труда, их постоянное совершенствование будут находиться в центре внимания конструктора. На Белорусском автозаводе сегодня это выражается в разработке и применении новых шумо-виброизо-ляционных материалов, новых гигиенических материалов отделки интерьеров кабин, совершенствовании климатических установок, эргономичных органов управления, а также внедрении электронной системы управления, контроля и диагностирования машины. Сегодня на самосвалах БелАЗ находят применение системы, контролирующие состояние всех основных агрегатов самосвала, а также контролирующие количество перевозимого груза, способные вести учет выполняемой работы и передавать данную информацию на центральный диспетчерский пункт.
В перспективных планах Научно-технического Центра БелАЗа совместные работы с научными учреждениями Беларуси по таким направлениям совершенствования выпускаемой техники как:
- разработка комплексных методик автоматизированных расчетов определяющих узлов и систем карьерных самосвалов;
- оптимизация материалов и технологии изготовления зубчатых колес повышенной точности для механических передач карьерной техники;
- повышение работоспособности шарнирных сочленений элементов подвески, работающих в среде смазочного материала, модифицированного твердыми наноразмерными компонентами;
- разработка системы, обеспечивающей безопасное вождение большегрузных карьерных самосвалов в условиях ограниченной прозрачности атмосферы;
- разработка технологии динамической стабилизации дисков дл многодисковых тормозных механизмов и фрикционов гидромеханических передач;
- совершенствование автоматических систем управления гидромеханических передач.
- доведение до окончательного товарного вида новой продукции - самосвалов грузоподъемностью 90 т и 320 т;
78
- разработка самосвала грузоподъемностью 360 т на базе 320-тонника. ггш
— Коротко об авторе
Егоров А.Н. - генеральный конструктор РУПП «БелАЗ».
--© И.В. Зырянов, 2008
УДК 622.001.89:622.68 И.В. Зырянов
РАЦИОНАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ АВТОСАМОСВАЛОВ ДЛЯ КИМБЕРЛИТОВЫХ КАРЬЕРОВ ЯКУТИИ
~П конце восьмидесятых годов прошлого столетия в научно-Х-# технической, нормативной и специальной литературе ре-
79
