цом на белазе что это
БелАЗ-75581: технические характеристики
Современный карьерный самосвал с электромеханической трансмиссией
В наше время карьерные самосвалы именно такого формата – 90-тонной грузоподъёмности – стали очень востребованными в мировой горнодобывающей промышленности. За рубежом такие представители грузовой карьерной техники выпускаются только с трансмиссией гидромеханического типа. А БелАЗ стал первым предприятием в мире, которое вывело на рынок карьерный самосвал 90-тонной грузоподъёмности с трансмиссией электромеханической.
По итогам 2014 г., самосвал БелАЗ-75581 признали победителем в конкурсе лучших товаров из Беларуси на российском рынке – среди продукции производственно-технического назначения.
Вывод на рынок карьерных самосвалов БелАЗ грузоподъёмностью в 90 тонн, особенно востребованных современными горняками, помогло понизить затраты на эксплуатацию и повысить производительность в транспортных перевозках.
Тяжёлые грузовики БелАЗ-75581 достойно себя зарекомендовали в сложных условиях Крайнего Севера – на горно-обогатительном комбинате компании «Алроса» (Нюрбинском, в Якутии). Также, хорошие отзывы получили машины данной модели от горняков по результатам их эксплуатации в разрезах Кемеровской области.
Данная модель была специально разработана для работы в регионах с экстремально холодным климатом. В частности, в стандартном базовом исполнении имеются предпусковой подогреватель двигателя, утеплитель капота и боковое капотирование для теплоизоляции двигателя; кабина имеет дополнительный отопитель и стеклопакеты.
Это оснащение создаёт комфортные условия труда для водителя тяжёлого самосвала, облегчает его эксплуатацию в любых суровых районах. Однако БелАЗы 7558-й серии были также поставлены и в совершенно иные климатические условия. Ряд машин отправились на открытые карьеры горнодобывающих предприятий Узбекистана, Казахстана; во Вьетнам, Южно-Африканскую Республику и в Монголию. И там они тоже проявили себя с самой наилучшей стороны.
Об истории модели БелАЗ-75581 и семейства БелАЗ-7558
Самосвалы данного класса начали разрабатывать в Жодино в 2010 году. В середине 2012 года изготовили первый опытный образец – он вышел с индексом БелАЗ-75580. Модификация, которая стала серийно изготавливаться под индексом БелАЗ-75581, была впервые собрана в конце 2012 года. В 2015-м белорусское предприятие выпустило БелАЗ-75583. А в 2017 году его производственная линейка самосвалов 90-тоннй грузоподъёмности (серия БелАЗ-7558) пополнилась моделью — БелАЗ-75585.
Таким образом, в 2021 году данная серия включает в себя три модификации: БелАЗ-75581, БелАЗ-75583 и БелАЗ-75585.
Практическое предназначение и применение
Самосвалы БелАЗ-75581 предназначаются для выполнения перевозок любых сыпучих грузов – в первую очередь, вскрышной породы и полезных ископаемых на разнообразных открытых горных разработках. Они работают в больших карьерах, вне дорог общего пользования. Могут эксплуатироваться в сложных горнотехнических условиях, на карьерах всевозможной глубины и конфигурации.
Кроме того, грузовые автомобили данной модели можно привлекать на работы по строительству мощных промышленных или гидротехнических объектов; сооружению дорожно-магистральных комплексов и развязок; на технологических подразделениях предприятий перерабатывающей промышленности.
В зависимости от удельного веса регулярно перевозимых самосвалом грузов, максимально возможная эффективность его использования достижима при эксплуатации в связке с экскаваторами или погрузчиками с ковшами ёмкостью от 12,5 до 18-ти кубических метров.
4
Рама, подвеска и ходовая часть
БелАЗ-75581 построен на базе сварной рамы, сделанной из высокопрочной низколегированной стали. Продольные лонжероны имеют коробчатое сечение и переменную высоту, и соединяются между собою поперечинами. В местах наибольших нагрузок применены элементы литые, а не сварные.
Традиционная колёсная формула 4х2, сочетающаяся с направляющим аппаратом подвески, короткобазным устройством и электромеханической трансмиссией переменного электротока, делает ход более плавным, маневренность – более точной; улучшает тягово-динамические качества.
Угол поворота управляемых колёс равен 38 градусам. Радиус поворота составляет 11 метров, а габаритный диаметр поворота равен 24 м.
Подвеска зависимая для передних и задних колёс; цилиндры – пневмогидравлические (масло и азот), со встроенным гидравлическим амортизатором, по 2 шт. на переднюю ось и задний мост. Ход поршней цилиндров: переднего – 260 мм, заднего – 210 мм.
Выбранная для данной модели производителем схема подвески самосвала обеспечивает максимально возможную плавность хода, в сравнении с аналогами, в сочетании с минимальными динамическими нагрузками на водителя и на основные узлы грузовика.
Применение в цилиндрах подвески шаровых опор понижает трудоёмкость и себестоимость ТО / ремонта машины. Для ремонта потребуется лишь замена вкладышей, вместо шарнирных подшипников в сборе; не потребуется демонтажа пальца подшипника, трудоёмкость замены которого заметно возрастёт в случае выработки в процессе эксплуатации.
Применение традиционной схемы редукторов мотор-колёс ведущего моста, максимально унифицированных с редукторной схемой серийных БелАЗов 130-тонной грузоподъёмности, помогает добиваться исключительно высокой надёжности данной системы.
Пневматический привод с эффективным осушителем с адсорбером не допускает замерзания пневмоаппаратов при экстремально низких морозах на окружающем воздухе.
Двигатели грузовиков БелАЗ-75581 и других моделей серии БелАЗ-7558
На модели БелАЗ-75581 и БелАЗ-75585 устанавливают дизельные четырёхтактные дизельные двигатели фирмы Cummins, модель QST 30-C. У этих моторов V-образное расположение цилиндров, непосредственный впрыск дизтоплива, газотурбинный наддув и промежуточное охлаждение наддувочного воздуха.
БелАЗы-75583 также оснащают дизелями Cummins KTA 38-C – такой же мощности, что и мотор QST 30-C.
Все данные двигатели снабжены электростартерным пуском, сухими трёхступенчатыми воздушными фильтрами с автоматическим удалением пыли. Для облегчения запуска дизеля в холодные времена года к нему прилагаются предпусковой подогреватель охлаждающей жидкости и фильтр грубой очистки, с функцией предварительного подогрева дизтоплива. Это в значительной степени повышает рабочий ресурс и долговечность мотора.
Дизельные двигатели имеют электронное управление впрыском и центральную отключаемую крыльчатку системы охлаждения. Они создают высокую удельную мощность, а соответственно и скорость самосвала на подъёмах, а также отличную топливную экономичность.
Система смазки у двигателей БелАЗов 7558-й серии – циркуляционная, под давлением, с «мокрым» поддоном. Система охлаждения – жидкостная, с принудительной циркуляцией, одноконтурного типа. Охлаждение масла производится посредством водомасляного теплообменника. Система предпускового подогрева – жидкостная. Система запуска – электростартерная. Напряжение в системе электрического оборудования составляет 24 Вольта.
Двигатели Cummins QST 30-C и Cummins KTA 38-C соответствуют требованиям по выбросу вредных веществ «стандарт Tier-2».
Выпуск отработавших выхлопных газов производится через теплоизолированные трубопроводы и металлические рукава оригинальной конструкции в газоприёмник – в целях обогрева грузовой платформы.
Серьёзная удельная мощность дизельных силовых установок, а также применение на грузовиках электрического привода переменного тока четвёртого поколения дают данным самосвалам возможность свободно развивать скорость до шестидесяти километров в час.
Устройство трансмиссии самосвалов серии БелАЗ-7558
В данное время в качестве трансмиссии на грузовиках данного семейства устанавливают электрические приводы переменного электротока от отечественных производителей: КТЭ-90, продукция компании «Силовые машины» (филиал «Электросила») – на модели БелАЗ-75581 и БелАЗ-75583; трансмиссию КТЭО, для модели БелАЗ-75585, выпускает электротехнический концерн «Русэлпром».
Состоит электропривод переменного тока состоит из:
Об основных параметрах электрического привода КТЭ-90:
Использование частотно-регулируемого асинхронного электрического привода в сравнении с гидромеханической трансмиссией даёт возможность:
Кроме того, снижаются эксплуатационные затраты на техобслуживание, ремонт и расходные материалы – за счёт отсутствия коробки переключения передач с гидротрансформатором и насосом, дифференциала с карданной передачей, многодискового рабочего тормоза с его системой охлаждения, использования эффективной микропроцессорной системы управления и диагностики.
Соотношение характеристик мощности и скорости позволяет приблизить параметры грузовика к теоретически идеальным характеристикам бесступенчатой трансмиссии. Переключения передач – не требуется, сила электротока и напряжение, которые подводятся к тяговым электрическим двигателям, определяют крутящий момент и скорость передвижения тяжёлого самосвала, обеспечивают плавную перемену мощности при движении.
Всё это делает меньше эксплуатационные затраты, а производительность при перевозках – больше. Как уже отмечалось, в составе данной трансмиссии узлы, которые подвергаются износу, отсутствуют, что снижает стоимость эксплуатации машины.
Тормозная система
Отсутствует механический износ и в электро-динамической тормозной системе. Не требуется замены значительного количества масла и тормозных дисков; исключена из конструкции какая-либо сложная гидравлическая система охлаждения.
В конструкциях рабочих тормозов – передних, задних, стояночного тормоза использована лишь одна унифицированная тормозная накладка. Развитая площадь фрикционного материала тормозных накладок даёт возможность использования стояночной тормозной системы в аварийных ситуациях.
Тормозная система самосвала БелАЗ-75581 соответствует международным требованиям и нормам безопасности СТБ ISO 3450. В её составе – рабочая, стояночная, вспомогательная и запасная тормозные системы.
Рабочая система передних колёс – это сухие однодисковые тормоза с двумя механизмами на один диск и автоматическим регулированием зазора; колёс задних – это сухие однодисковые тормоза с одним механизмом на каждый диск и также автоматическим регулированием зазора для задних колёс.
Стояночная тормозная – это тормозные механизмы задних колёс, постоянно-замкнутого типа. Привод у них пружинный, управление – гидравлическое.
В составе вспомогательной тормозной системы: электродинамическое торможение тяговыми электродвигателями в генераторном режиме, с принудительным охлаждением тормозных резисторов.
В качестве запасной тормозной системы используются исправный контур рабочих тормозов совместно с тормозом штатным стояночным.
Тормозные резисторы: УВТР 2х600, с рассеиваемой мощностью в 1200 Ватт.
Гидравлика грузовика БелАЗ-75581
Гидравлическая система привода рулевого управления, тормозной системы и опрокидывающего механизма – соединённая, позволяющая упростить и унифицировать гидропривод.
Привод гидравлического насоса переменной производительности производится от выходного фланца тягового генератора, без привлечения дополнительного редуктора, что снижает потери в мощности и исключает из конструкции радиатор для охлаждения гидропривода; способствует достижению ресурса гидронасосов до ремонта, с учётом внедрённой дополнительной системы фильтрации масла – не меньше 25-30 тысяч моточасов.
Цилиндры подъёма самосвального кузова – телескопического типа, трёхступенчатые, с одной ступенью двойного действия.
Масляный насос – аксиально-поршневой, переменной производительности.
Время подъёма самосвального кузова: 21 секунда; время опускания кузова – 19 секунд. Максимальное давление в гидравлической системе составляет 18 МПа. Наибольшая производительность гидронасосов при 1900 об/мин. равняется 474 дм3 в минуту. Степень фильтрации составляет 10 мкм.
Техническое оснащение
В базовой стандартной комплектации все самосвалы серии БелАЗ-7558 оснащены: предпусковым подогревателем охлаждающей жидкости двигателя; кондиционерно-отопительным блоком; системой комбинированного пожаротушения с дистанционным включением; автоматической централизованной системой смазки; системой видеообзора; системой предупреждения близости высоковольтных линий; системами контроля загрузки и дизтоплива; телеметрической системой контроля за давлением воздуха в шинах.
В перспективе, на карьерных самосвалах семейства БелАЗ-7558 можно будет использовать двигатели других производителей (не только фирмы «Камминз»), в том числе и моторов, которые работают не на дизтопливе, а на альтернативных источниках энергии (к примеру, на метане).
Кабина БелАЗ-75581
Кабина в самосвале данной модели двухместная, двухдверная, с дополнительным креслом для пассажира. У водителя сиденье пневмоподрессоренное, снабжённое широким диапазоном регулировок.
Кабина автомобиля БелАЗ-75581 соответствует стандартам EN 474-1 и EN 474-6, которые устанавливают уровень внутреннего шума, вибраций, запылённости и концентраций вредных веществ и воздуха. Рабочее место водителя БелАЗ-75581 соответствует требованиям стандартов безопасности ROPS. Уровень звука в кабине не превышает 80 дБ(А).
Кузов самосвала БелАЗ-75581
Самосвальный кузов у данных грузовиков сварной, ковшового вида, с системой безопасности FOPS, с обширным козырьком, защищающим кабину. Оборудован обогревом отработавшими газами двигателя, снабжён устройством для механического стопорения в поднятом положении, дополнен камнеотбойниками и камневыталкивателями.
Вместимость различных вариантов кузовов БелАЗ-75581 составляет от 37,7 до 93 кубометров – в зависимости от размера кузова и способа загрузки (вровень с бортами или же с «шапкой» 2:1)
Карьерный самосвал БелАЗ-75710: от сборки до транспортировки 16:33, 2 апреля 2021 Версия для печати
Рассказываем, об особенностях сборки и транспортировки некогда самого большого в мире грузовика — БелАЗ-75710. Хоть и недавно ему пришлось уступить словенскому великану — карьерному самосвалу ETF MT-240, он по-прежнему остаётся уникальным.
БелАЗ-75710 прославился на весь белый свет. Этот гигантский карьерный самосвал, появившийся в 2013-м году, стал рекордсменом сразу в нескольких номинациях. Во-первых, он был пионером нового класса автомобилей с особо большой грузоподъёмностью, во-вторых, попал в «Книгу Гиннесса» благодаря феноменальной грузоподъёмности, а в-третьих занял первое место среди самых больших грузовиков мира как таковых.
В 2014-м году БелАЗ-75710 установил рекорд, когда на испытательном перегоне перевёз груз массой 503,5 т, превысив собственную допустимую нагрузку (450 т) на 53,5 т. — В принципе уникальный случай для грузовой машины.
БелАЗ-75710 — полноприводный 2-осный карьерный самосвал с электромеханической трансмиссией, мощностью двигателя 2 330 л.с., весом 350 тонн. Его габариты: 20,6 м в длину, 9,75 м в ширину и 8,26 м в высоту. Крутящий момент у этой модели равен 18,626 Н-м., на 100 км расходует примерно 1 300 л горючего. У машины 8 колёс (из них 4 2-скатных) с радиальными бескамерными покрышками, рассчитанными на нагрузку до 100 тонн — на каждое.
Дизель-электрическая силовая установка БелАЗа-75710 состоит из 2-х дизельных двигателей, электрогенераторов и мотор-колёс.
Машина предназначена для перевозки грузов по глубоким карьерам по технологическим дорогам при t(°С) от −50 до +50. Максимальная скорость, которую он может развить на ровной, подготовленной дороге — 64 км/ч.
Грузовик получил восторженные отзывы отечественных и зарубежных изданий. «Силовая установка в 6 раз мощнее двигателей современных машин «Формулы-1». В длину как 2 лондонских даблдекера, а весит больше пассажирского самолёта, полностью загруженного», — писали о нём в BBC Future.
Грузоподъёмность обеспечивается рядом неординарных решений: 4 колёсные пары с бескамерными пневматическими покрышками, рассчитанные на существенное превышение загрузки, и 2 16-цилиндровых дизельных двигателя, запускающих генератор, питающий 4 электрических мотора.
БелАЗ-75710 преодолевает продольные затяжные уклоны дорог до 12%, а кратковременные — до 18%. Его расчётная производительность на 25% выше, чем у всех предшественников, включая самые тяжёлые карьерные самосвалы.
Важно, что БелАЗ-75710 относительно легко адаптируется для работы в карьерах, где уже эксплуатируются «карьерники» с грузоподъёмностью от 320–ти до 360-ти т.
Внешне кабина БелАЗа-75710 напоминает рубку капитана корабля, и «мостик» тоже присутствует.
Появление такого гигантского грузовика было продиктовано кризисом мировой экономики. У компаний, специализирующихся на добыче ресурсов, возник запрос на сокращение затрат.
В холдинге «Сибирский деловой союз», базирующемся в Кемерове, Кемеровской области и Алтайском крае, решили оптимизировать транспортировку ископаемых за счёт использования грузовика с максимально возможной загрузкой. Однако все предложения на рынке того времени не могли кардинальным образом решить проблему. В итоге холдинг стал почётным 1-м покупателем БелАЗ-75710.
Новенький самосвал в декабре 2014-го был введён на территории угольного разреза «Черниговец» в Берёзовском (Кемеровская область), где «Сибирский деловой союз» добывает энергетический и коксующийся уголь высокого качества.
Большому «кораблю»…
Разработчикам БелАЗа-75710 пришлось отойти от классического подхода в создании карьерных самосвалов.
Для начала, конструкторам БелАЗ-75710 пришлось ориентироваться на размер самых больших шин в мире, чтобы на них можно было поставить несущую часть максимально возможных габаритов. Их производителем оказалась фирма Bridgestone, выпускающая шины размером 59/80R63 и весом 5,5 т.
Система управления грузовиком с поворотными мостами оказалась единственным возможным вариантом в этом случае, так как, к примеру, при шарнирно-сочленённой системе, автомобиль невозможно было бы нормально ремонтировать.
Основу БелАЗ-75710 составляют главная рама и поворотные устройства. Раму сварили на Минском станкостроительном заводе из высокопрочной стали Weldox 800.
Строение опорно-поворотных устройств и мостов схоже с поворотной платформой экскаватора, 3-рядные роликовые подшипники имеют диаметр 2,75 м. Мосты поворачиваются 2-мя гидроцилиндрами: один толкает, другой — тянет. Это происходит по отдельности: сначала полностью поворачивается передний, а с ним при необходимости — и задний. За счет 2-х поворотных осей и оригинальной кинематики поворота конструкторы добились высокой манёвренности для такой большой машины. Радиус поворота карьерного у БелАЗа-75710 составляет 19,8 м, в то время как аналогичный показатель у карьерных самосвалов грузоподъемностью 360 тонн равен 17,2 м.
Все мосты оснащены пневмогидравлическими цилиндрами подвески (по 2 на каждый) и 2-мя стойками стабилизаторов поперечной устойчивости. Они обеспечивают не только плавный ход, но и страхуют грузовик от опрокидывания.
На случай отказа гидрооборудования установлены пневмогидроаккумуляторы рулевого управления. Давления в 6-ти ёмкостях хватит на 1 поворот мостов из крайнего положения в противоположное.
Размещение тяговых моторов тоже было предопределено особенностями обслуживания такого гигантского автомобиля. Они установлены таким образом, чтобы их можно было отремонтировать, не снимая колёса, с которыми без помощи крана не разобраться. В свою очередь, простой из-за лишней разбортировки колёс ощутимо бил бы по карману заказчика.
Ставка на электромеханическую трансмиссию была сделана из соображений безопасности и долговечности, обусловленной отсутствием трущихся деталей. Поскольку генератор, вырабатывающий нужное такому самосвалу количество энергии, не нашли, силовую установку сделали из 2-х электрогенераторов, подсоединённых V-образному 16-цилиндровому дизельному двигателю MTU Detroit Diesel 16V4000 мощностью 1715 кВт. Дизели расположены в моторном отсеке поперечно, каждый — с предпусковым подогревателем.
Ко всем 4-м мотор-колёсам поступает напряжение — 1200 кВт, причём ток поступает по мере того, как создаётся нагрузка, благодаря системе привода переменного тока ММТ500 от Siemens. В этой системе есть шкаф управления с 2-мя инверторами ELFA, 3-мя вентиляторами обдува и вентиляцией тормозных резисторов. Привод на все колёса обеспечивает самосвалу высокую проходимость.
Работа двигателей выглядит следующим образом: когда самосвал едет пустой, работает один двигатель, а после загрузки подключается и второй. Выхлопные газы одного двигателя отводятся через глушители, а второго — направляются в платформу для подогрева, так как зимой грунт может примерзать, что мешает его разгружать.
БелАЗ-75710 оснащён системой кругового видеообзора и радарами, распознающими человека в слепых зонах. У платформы есть индикатор, показывающий экскаваторщику, насколько она загружена. Загруженность измеряется при помощи встроенных электронных весов.
Белорусский транзит
Безусловно, такую гигантскую машину невозможно перевезти по автомобильной дороге, да ещё и в другую страну! Поэтому весной 2014-го первый БелАЗ-75710 пришёл к заказчикам разобранным на 28-ми ЖД-платформах.
Транспортировку и сервисное обслуживание этого самосвала подробно описал коммерческий директор компании ООО «БелТрансЛогистика» Сергей Киселёв в своём интервью порталу Колёса.Ru.
С его слов процесс перевозки «БелАЗа» выглядит примерно так:
Из Белоруссии до Урала ЖД-состав с грузовиком будут ехать около 7-ми дней, на Кузбасс – около 10-ти.
Что касается сервисного обслуживания, тут коммерческий руководитель «БелТрансЛогистика» отмечает, что у «БелАЗа» товаропроводящая сеть, куда входят: сборочное предприятие, десятки дилеров и сервисных центров в РФ и разных странах.
С 2013-го года в регионах России и Украине создаются сервисные предприятия при участии ОАО «БелАЗ», где есть склады деталей и базы агрегатно-узлового ремонта. Там, как правило, имеются условия для сервиса на всех этапах жизни «БелАЗов».
Формат ремонтных работ зависит от характера проблемы. Если произошёл сбой в работе какого-то крупного агрегата, мотора, редукторов мотор-колёс, элементов подвески, их снимают и везут в сервисный центр, временно заменяя на рабочий «оборотный» вариант, чтобы не было простоя.
Работы, требующие оперативного решения, совершает выездная бригада прямо в карьере.
Как мы делали БелАЗ. Часть 3 – Пусконаладка на разрезе
Это третья статья из цикла о самосвале (первая, вторая). Теперь мы едем на карьер, устанавливать электрооборудование на машину и выезжать в первый рейс! Но, конечно же, так просто, с наскоку, ничего не ездит, и я расскажу про множество проблем с которыми мы столкнулись во время командировки. Хоть мы и испытали в прошлой статье все оборудование на лабораторном стенде, реальность бьет совсем с другой стороны. В этой статье будет много видео и фотографий!
Сборка машины
Самосвал, на который ставилось наше оборудование, эксплуатируется на карьере в Кемеровской области. Добывают там уголь, поэтому правильнее называть это место разрез (угольные карьеры принято называть разрезами). Панорама в разрезе самая обычная для таких мест:
Но, конечно, машина собиралась не посреди дороги. При эксплуатации такой техники должно быть место, где её обслуживать. Таким местом в нашем случае являлся большой ангар, своеобразный «гараж» для самосвалов. Там им меняют резину, чинят и всячески ухаживают. Собственно, там и проходила работа по замене одной электротрансмиссии, старой, на нашу новую на одном из самосвалов.
Погода по приезду была что надо (смотреть показания термометра на светодиодной панели):
В самом цехе было теплее, но так как двери все время открывались/закрывались для прохода машин, без теплой куртки работать там было нельзя.
Вот здесь с машины краном демонтируют старый шкаф управления:
Далее снимают тяговые двигатели:
Двигатели вставляются в своеобразную «бочку» заднего моста. У движка вал выходит с двух сторон – на одной стороне, внутри бочки, на нем располагается механический тормоз, а с другой стороны привинчивается колесный редуктор. Поверх редуктора на болты крепится диск с шиной.
Вот на этом фото рабочие монтируют на наш тяговый двигатель тормозные суппорта.
Механический тормоз на таких машинах используется в качестве аварийного и стояночного. В движении им штатно не тормозят, так как тогда внутри бочки все раскалится и загорится – механическую энергию торможения там отводить некуда. Также на фото видно, как в эту же сторону выходят все провода, которые затем подключаются к клеммнику внутри бочки.
Далее на палубу (да, у БелАЗа есть палуба) устанавливается шкаф управления.
Заметьте, что новый шкаф значительно ниже, чем предыдущий (сравните с фото выше, где кран поднимал старый шкаф). Это дает водителю больший обзор в правое окно.
А помните анекдот: «В аптечке БелАЗа на амбулаторном лечении могут находиться до шести человек»? Так вот, на самом деле кабина очень маленькая, узкая и места там ровно два. Дизайн внутри не назвать изысканным, но функционально всё что нужно есть, даже кондиционер. На фото передняя панель немного подразобрана, идет монтаж:
При этом панель управления с приборами – вполне современная, с большим цветным дисплеем и красивая (почти как у Теслы). Стоит она под рулем:
Эта панель отображает всю информацию по автомобилю, и для каждой подсистемы там есть своя страница. Своя страница про гидравлику, про ДВС, про трансмиссию и т.п. Но панель в основном информационная и ничем жизненно-важным не управляет – т.е. на функционирование трансмиссии её отсутствие не влияет. К сожалению, заранее цифровой протокол обмена с этой панелью никто не согласовал, под нас страницу с нашим приводом не сделал. Поэтому мы сначала решили, что наш привод будет «без окон, без дверей» – две лампочки для индикации аварий и хватит.
Однако местным наладчиком (за что ему отдельное спасибо) был предоставлен протокол обмена с панелью в виде таблички CAN посылок, полученный им прямо на месте методом пристального анализа логов (или по-народному сниффингом). Недолго думая, мы подстроились под этот протокол и стали отправлять своим контроллером нужные посылки, после чего телеметрия от нашего привода на панели ожила и стала отображаться на схожих полях от другой электротрансмиссии:
Не сказать, что там сильно много всего, но, по крайне мере, токи, напряжения и температуры водитель посмотреть может. Также отображаются статусы включенности круиз-контроля, ошибки на преобразователях, состояние селектора направления движения и т.п. Вся остальная диагностика выполняется с ноутбука наладчика сервисной программой от производителя трансмиссии (то есть помимо самого электропривода нужно было разрабатывать сервисный софт).
Первое включение
После проверки подачи приборного питания, проверки наличия всех узлов в сети CAN и прозвонки силовых кабелей настает время первого включения. Задние колеса самосвала вывешены, ДВС работает на холостых оборотах. Все уставки защит снижаются до «бреющего полета». Т.е. если хоть что-то куда-то прыгнет, хоть ток, хоть напряжение – любая телеметрия, то сразу все отключается.
В ручном режиме с ноутбука задаем небольшой ток возбуждения генератора и нажимаем заветную кнопку «Пуск». Напряжение на шине постоянного тока неспешно поднимается до 100В. Ничего не бахнуло? Защиты не чиркнуло? Контроль изоляции силовых шин не сработал? Ничем не пахнет? Никто не кричит «вырубай»? В логах всё гладко? Хорошо. Можно поднять чуть выше, до 400. Вот так это выглядит в нашей «рисовалке логов» телеметрии (в онлайн режиме графики выползают справа в реальном времени):
Теперь проверяем каждый тяговый двигатель. Задаем небольшую частоту вращения, опять же в ручном режиме, также снижаем все защиты в самый низ, нажимаем «Пуск». Вот так это выглядит снаружи:
Видео вращающегося колеса
Вот так это выглядит в логах:
На момент разгона колеса чуть приспустилось напряжение на звене постоянного тока всех устройств (белым), подрос ток статора всех триад первого двигателя (фиолетовым), ток возбуждения (оранжевым), генератор показал ток по шине постоянного тока (красным), небольшую мощность в 43кВт (голубым), и частота вращения (желтая) поднялась до задания, 200 об/мин, после чего всё остальное упало в ноль. На вращение на холостом ходе энергии почти не тратится, на уровне погрешности измерений.
Повторяем все со вторым двигателем – работает. Потом проверяем все тоже самое от органов управления – от педали газа, тормоза. Разгоняем и тормозим двигатели уже быстрее, поднимаем выше уставки срабатывания защиты.
К сожалению, в цехе слабая вытяжка, а дизель сильно коптит – за время пробных включений он уже закоптил всё так, что в цехе появилась явно видимая дымка и начала болеть голова. Срочно глушим и открываем все двери – перекур. Впрочем, всё основное проверено и можно ставить самосвал на колеса, авось доедет до улицы уже сам, и продолжать пусконаладку можно будет там, на свежем воздухе. В случае чего, закатить обратно самосвал всегда есть чем – у эксплуатирующей организации всегда в наличии вот такие машинки, которые могут довезти домой до ремонта:
«Покатушки» и первые проблемы
Итак, самосвал на колесах, и вот он, долгожданный первый выезд из цеха своим ходом:
Но с первой же попыткой нажать на газ посильнее сработала защита по превышению тока на шине постоянного тока генератора. Ток превысил защиту 1500А (номинальный ток для полной мощности – 1100А). При этом машина даже не ехала, водитель только резко нажал на газ и всё выключилось. Что видно в логах? А ничего:
Напряжение было, потом небольшой «тычок» в токах двигателей и генератора (всего 30А по логу), и потом все по нулям. А где же 1500А? Дело в том, что штатно посылки логов в CAN сети идут с периодом порядка 50-100мс, а выводимые в них данные – усредненные, со временем усреднения примерно те же 50мс. Поэтому да, там что-то произошло, в очень короткий промежуток времени, но что – по этим логам не видно. Для выяснения такой проблемы нужно снимать осциллограмму средствами самого преобразователя. Заряжаем в программный осциллограф контроллера генератора напряжение и ток на шине, ток возбуждения генератора. Повторяем опыт… и опа:
Здесь красный – это выпрямленный ток генератора, и он достиг 2000А, предела измерения контроллера, и, судя по форме кривой, где-то там явно был выше этой полки! Два с лишним килоампера, Карл! А напряжение на шине проседает в это время с 250В почти до нуля! И всё это происходит за 5мс и затем всё восстанавливается. При этом еще и ток возбуждения выстреливает вверх… Хотя контроллер должен его ограничивать на 30А максимум, а тут 60А. Что происходит?!
Давайте посмотрим другие величины, на этот раз задание тока возбуждения и частоту вращения генератора. Может быть, задание тока возбуждения из-за глюка улетает вверх или частота вращения как-то прыгает? Но нет, все стабильно:
Задание тока возбуждения, красным, едва равно 17А, и обнуляется, как только срабатывает защита в 1500А. Также себя ведет и частота вращения (синим), она стабильна как полка до момента аварии, и затем её измерение при отключении преобразователя прекращается. Однако токи все равно растут сами по себе, контроллер ничего не может сделать! Ладно. Давайте посмотрим, что делают тем временем тяговые двигатели. Может быть, это какое-то замыкание в блоке генератора, а на двигателях все в порядке? Ага, вот оно что:
В момент резкого трогания двигатели пытаются скачком отработать задание 300А фазного тока (фиолетовым). Синий ток статора (усредненный по всем триадам машины) честно выстреливает вверх на задание за 4мс, и это же сопровождается синхронной просадкой напряжения в звене постоянного тока (бирюзовым). Ну, теперь все понятно.
Двигатели резко потребляют много энергии за короткое время со звена постоянного тока. Эта энергия, несмотря на то, что двигатель не крутится, уходит на «накачку» током индуктивностей статора двигателя. Т.е. энергия из конденсатора шины постоянного тока уходит в индуктивность двигателя – из одного накопителя электроэнергии в другой.
Пиковая мощность, как показывают расчеты на салфетке, составляет при этом порядка 400кВт! Так как напряжение на звене постоянного тока при трогании маленькое, энергия в нем тоже маленькая (
). Этой энергии не хватает, чтобы «зарядить» индуктивности обмоток двигателя (
), поэтому напряжение с ростом тока начинает резко падать. Из-за этого энергия начинает потребляться с генератора, а у него всё просто – чем ниже напряжение на шине, тем больший он дает ток через выпрямитель. Только вот ток в силу инерционности синхронной машины он дает с задержкой, он не может так быстро начать выдавать мощность 400кВт, как это нужно двигателям. Ему нужно большее время, чтобы ток нарос в его индуктивностях. А тяговые двигатели быстро съедают напряжение в шине почти до нуля, и в ответ на это негодяйство через пару миллисекунд генератор отвечает килоамперными токами!
Что делать? Всё просто, никому не нужно за 4мс реагировать на нажатие педали газа. Нужно в ПО контроллера преобразователей двигателей ввести задатчик интенсивности, т.е. плавно наращивать задание тока, в течение, скажем, 50мс. На отзывчивости машины это никак не скажется, зато исключит резкий наброс мощности на генератор, чтобы он успевал вовремя поддать тока. Сделали, прошили, работает!
Поехали! Но уехали недалеко. При повышении динамики разгона снова стала срабатывать защита. Теперь уже не при трогании, а на 15 км/ч. Теперь осциллограмма токов и напряжений на генераторе выглядела вот так:
Явная колебательная раскачка! Ток и напряжение шины постоянного тока начинают раскачиваться в противофазе, увеличивая и увеличивая амплитуду. Синусы частотой 70Гц в шине постоянного тока, резонанс, однако! Только чего с чем?
Я бы с удовольствием рассказал, что было на этот раз и прошивкой чего и где мы устранили эту раскачку, но статья не про это. Вернее, не только лишь про это, а ещё и про много что другое. Приведены лишь типичные примеры проблем, потому что они вылезали и вылезали, и мы правили и правили софт, коэффициенты и логику работы оборудования, пока в итоге всё не поехало как надо – всего не описать! Такая пусконаладка с игрушечными режимами работы самосвала шла днями, выявляя такие проблемы, которые априори, до реального объекта, ни помыслить, ни промоделировать было нельзя.
Всё это время, пока программистами велась ожесточенная охота на неведомые колебания и прочую чертовщину, внешне машина уныло ездила кругами перед воротами цеха, как-то вот так:
We need to go deeper
Когда все проблемы первого бастиона более-менее отладили, и защиты перестали сыпаться через каждые 100 метров, пришло время первой ходки в разрез. Это тоже отдельная процедура, надо выписывать заявки на выезд машины, еще зачем-то обязательно ехать надо с легковой машиной сопровождения, согласовать время и т.п. Но, тем не менее, мы в карьере. То есть в разрезе. Ждем загрузки в очереди на экскаватор:
Сначала мы попросили нагрузить нас не до верху, а половину, на пробу. Просили половину, но нам навалили по ощущениям явно больше! Ну что делать, поехали, первый раз с полезным грузом! Видео изнутри (осторожно, эмоциональные выражения, смотреть в наушниках!):
В логе езда выглядит еще более интересно (конечно, для тех, кто умеет видеть матрицу):
На картинке как раз то место с преодолением горки из видео. Сначала видны колебания, это машина прыгает на своих шинах по неровной дороге, нога водителя задает такой же «прыгающий» газ, трансмиссия его отрабатывает. Потом начинается горка. Желтый график частоты вращения тяговых двигателей проседает до 600 об/мин, что соответствует 10 км/ч. При этом, судя по фиолетовому графику тока, в фазах протекает лишь половина от максимума, т.е. у двигателей есть еще двоекратный запас по моменту. Быстрее машина не едет просто потому, что на большее не хватает мощности дизеля – голубой график на второй оси вышел на «полку» 770кВт и держится постоянным (вместе с оборотами дизеля) независимо от изменяющейся скорости машины. Т.е. здесь электротрансмиссия целиком трансформирует полную мощность дизеля (за вычетом КПД) в подъем массы вверх по уклону, не упираясь ни в какие свои ограничения. Работает как будто всегда правильно подобранная и всегда оптимальная механическая передача.
Но, мы отвлеклись. Мы же едем! И вот уже пора высыпать полезный груз. Вот так выглядит отвал, и опять ждем в очереди:
Таким способом формируют карьер, вываливая в нужные места пустую породу.
Потом мы опять спустились вниз, теперь нас нагрузили полностью, съездили еще, и еще, и еще… Машина начала постепенно втягиваться в работу. По пути, конечно же, происходили срабатывания защит, приходилось опять охотиться с осциллограммами на причины, но с течением времени защиты срабатывали всё реже, а машина без отключений проезжала все больше. Потом мы стали отдавать машину на ночную смену (без программиста в кабине). По утру скачивали логи с промышленной SD-карты в контроллере верхнего уровня, изучая интересные места и опрашивая жалобы водителей.
Хотелки
А дальше… Дальше начались всякие внеплановые улучшения софта, скажем так. То, что не влияет на основной функционал, то, чего не было в ТЗ, но, как оказалось, что «у всех других самосвалов есть и это очень удобно». Например, выяснилось, что у всех новых машин реализована противооткатная система. Примерно как на легковушках, но с некоторыми «карьерными» нюансами. В общем, надо было сделать так, что если селектор направления стоит вперед, то машина могла катиться только вперед, а назад ехать упиралась что есть силы. Т.е. чтобы можно было при подъеме на уклон полностью отпустить газ, машина плавно бы остановилась и не покатилась назад. А если надо поехать вперед, водитель жал бы газ и машина без отката назад и рывков шла вверх. И все тоже самое при селекторе назад – вперед катиться нельзя. А в нейтрали противооткат должен отключаться.
Но никто же заранее не говорил, что это надо делать! Да, своими глазами на карьере становится видно, что без этого режима реально неудобно эксплуатировать машины. Но вот в чем проблема – с механическим тормозом так сделать просто, в легковушках при нулевой скорости он зажимается клапанами блока АБС (или чем там?) и всё. И не надо ни энергии тратить, ни эквилибристикой заниматься. На БелАЗе же все системы разделены, и там есть три педали – газ, тормоз механический и тормоз электрический (там, где обычно сцепление). Так вот: механические тормоза управляется только напрямую от своей педали без всякой электроники. Поэтому если делать противооткат на этой конструкции самосвалов, то только средствами торможения тяговым двигателем.
А держать в одном положении электродвигатель с нагрузкой в виде самосвала, стоящего на уклоне – не так-то просто! Как бы это объяснить… это как держать обычную машину с механической коробкой передач на уклоне, играя газом и сцеплением. В зависимости от положения машины нужно поддавать тягу или её сбрасывать. Датчиком положения машины у нас в этом случае служит датчик положения ротора двигателя. Но датчик этот у нас очень грубый, с малым числом меток на оборот. Т.е. если сделать по-простому, «чем быстрее едем назад, тем сильнее поддавай момент вперед», то машина или предательски ползла с уклона понемногу, или раскачивалась вперед-назад. Представляете себе, встали вы на светофоре, а машина елозит вперед-назад на два метра, поддавая то газ, то тормоз, и кивая подвеской туда-сюда… Задача сводится в итоге к задаче сервопривода, который держит положение (как я показывал в статье про сервопривод), но только в размерах БелАЗа и на датчике положения с очень низким разрешением.
В общем, наигрались мы тогда вдоволь с алгоритмами противоотката, пришлось применить самые хитрые ПИД-регуляторы с фильтрами, что только мы сумели придумать. А ведь характер поведения самосвала еще меняется разительно с грузом/без груза! Но настроить «как у всех» вроде бы получилось, водители остались довольны. Вот одно из видео, как мы отлаживали противооткат с грузом:
Тоже самое, но изнутри:
Еще одной интересной системой является круиз-контроль. Местные его называют стабилизация скорости. И если на легковушках он нужен при поездках «на дальняк», чтобы нога не устала газ держать, то здесь – совсем по другой причине. Даже летом на карьерах обычно достаточно скользко, дороги земляные, после дождя их размывает, получается жижа. Ну а зимой в гололед и подавно. И все эти многотонные самосвалы на этих дорогах вполне успешно буксуют (у нас видео нет, но на ютубе полно примеров: раз, два ).
По отзывам водителей самый безопасный способ езды – чтобы колеса вращались с заданной фиксированной скоростью, хоть там спуск, хоть подъем. Это как раз и обеспечивает функция стабилизации скорости. Её задача – очень жестко держать задание, не реагируя на локальные перепады высот. При этом держать скорость она должна играя сразу и газом, и тормозом, смотря куда и как машина едет.
На словах звучит круто, но по факту там обычный ПИД регулятор скорости машины и всё. Хотя поотлаживать и понастраивать тоже пришлось. Да, и еще одно отличие от обычных машин – если нажать на газ или на тормоз, то режим круиз-контроля здесь не отключается, а просто повышает или снижает задание скорости. Т.е. водитель может ехать в таком режиме постоянно, но педали меняют роль и вместо уровня тяги теперь регулируют задание скорости.
Наша команда
Сколько народу всё это делало? А сколько пусконалаживало? А как строилось взаимодействие? Это тоже интересные вопросы. Если посчитать по пальцам, то конструированием силового шкафа занималось человека три, написанием софта еще три, пара разводила контроллеры, электрические машины еще конструировали в среднем трое и один суперкомпьютер. Еще нужно посчитать нескольких работников, которые занимались комплектацией, документацией и организационными вещами. И это только непосредственно вовлеченные в проект люди, которые занимались только этим и больше ничем. А еще есть рабочие на заводах, которые это оборудование точили, резали, наматывали, собирали, проверяли, перевозили и так далее. В общем, кооперация была большая, многих фирм и заводов в разных частях страны.
На пусконаладке на объекте было сначала пятеро, когда производилась активная сборка и монтаж оборудования, прокладка кабелей и т.п., но потом на покатушки и отладку осталось двое: один конструктор силового шкафа и один программист. Ну это без учета местных – водителей, наладчиков и рабочих, которые помогали в случае чего.
Однако, хоть там и было два человека, виртуально с ними была вся команда. У нас такая практика – под каждый проект создается отдельный чат (в неком опальном мессенджере), и там освещается всё, что происходит. За день там публикуются десятки осциллограмм, фотографий отвалившихся проводов, файлов логов и воззваний к помощи. Все всегда на связи и решают возникающие вопросы. Под это дело мы даже купили и отправили «туда» GSM антенну с модемом, чтобы связь была даже на самом дне ямы (разреза).
Также часто практикуется удаленное подключение (удаленный рабочий стол), когда конкретному программисту нужно что-то поосцать (термин у нас такой для сессии снятия осциллограмм) или пошить контроллеры в своей части ответственности. А еще бывает, что в машине сильно трясет, тогда тот, кто подключается по удаленке ведет саму работу, а тот кто сидит в кабине просто визуально контролирует обстановку, следит за связью и командует куда ехать.
Также есть миссия ответственного просмотрщика логов. Скажем, машина сделала очередную ходку с грузом, визуально всё было хорошо, в чатик сваливается CAN лог поездки. Его обязательно нужно открыть и просмотреть, и обычно в нем находится много очень интересных нюансов, хотя на ходу никто ничего не заметил. Тут же в офисе идет правка софта, пушится, на той стороне интернета пуллится и шьется в машину.
Вы, может быть, удивитесь, но автор этой статьи – ни разу не видел вживую БелАЗа. Да, в этом проекте я тот самый оператор матрицы и удаленный смотритель логов. И эта статья написана без единой консультации с теми, кто «был там». Просто потому, что мы все, кто в чате, обо всём уже знаем. Вот такая плотность передачи информации у нас при работе с проектом.
Более того, все испытания электродвигателей на заводе (прошлая статья) шли вообще без присутствия программистов. Но велись ими. По удаленке. Из командированных на месте на испытаниях сидел только несчастный конструктор силовых шкафов (не считая работников завода), которому нужно было снимать осциллограммы физическим осциллографом, контролировать температуры и подключать провода. Такая наглость со стороны программистов стала возможной только благодаря многолетним инвестициям в свой отладочный софт и методологию, которая была подробно рассмотрена здесь.
К слову, по этой причине еще на стадии обсуждения нового проекта с заказчиком мы сразу выясняем, есть ли на объекте в месте установки оборудования интернет, мобильная связь и возможно ли их обеспечить в случае отсутвия. Если выясняется, что ничего нет, говорим, что тогда пусконаладка будет идти в три раза дольше. Обычно это очень хорошо стимулирует на поиск и подключение нам завалявшейся вайфай точки доступа или организации разрешения на пронос «запрещенного для обычных смертных» 3G-модема на объект на время пусконаладки. Но, безусловно, бывают и такие места, где не то что интернет, а и розетку бытовую найти сложно. Кстати, о розетках — на время пусконаладки в самосвал мы ставили инвертор 24-220В (из обычного автомагазина) для зарядки ноутбуков и телефонов, чтобы спокойно бесперерывно работать.
Заключение
Хоть сейчас машинка уже стала взрослая и ходит в разрез самостоятельно, мы про нее не забываем – местным наладчикам оставили GSM антенну, и, если что – подключаемся удаленно и диагностируем, что не так. На место выезжать нужно только если сломается что-то непоправимое. Поломки типа отвалившегося провода или отказавшего насоса чинятся местным персоналом, а наше дело подключиться и сказать, в каком именно месте проблема и где это увидеть.
Предположительно, это финальная статья по этому проекту. Если в комментариях будут предложения о чем рассказать ещё, что не уложится в формат ответного комментария, то подумаем о написании продолжения.
Серия статей получилась, конечно, однобокая – эдакий взгляд на проект со стороны программистов. Я уверен, что всем другим участниками проекта, конструкторам машин и шкафов, монтажникам и рабочим тоже было бы много чего рассказать со своей точки зрения. Может быть, когда-то они напишут что-то похожее.
Также в статье даже близко не рассмотрены все алгоритмы управления самим самосвалом, потому что для этого не статью надо писать, а диссертацию. Как обеспечивается баланс мощности между всеми устройствами, по какому закону управляется генератор, как задается частота вращения дизеля, как обрабатываются педали оператора и преобразуются в задание момента, и многое, многое другое. То есть алгоритмы, конечно, гораздо сложнее, чем
И в них, конечно же, тоже куча разных инженерных решений: какие-то решения элегантные, какие-то топорные, какие-то неочевидные, какие-то самые тривиальные. Но до всех этих алгоритмов со временем и опытом дошел бы так или иначе каждый инженер, когда нужно выполнить поставленную задачу. Поэтому я решил не погружаться в занудные технические детали реализации, а показать, как шел этот проект эпизодически, с картинками, ютубами и лирическими отступлениями. Надеюсь, было интересно.
Как обычно, реклама родного института
Этот проект выполнялся по большей части выпускниками НИУ МЭИ. Если Вы стоите перед вопросом «где дальше учиться» и Вам интересно крутить электродвигатели, пусконалаживать БелАЗы, а также хочется научиться программировать векторную систему управления, то добро пожаловать под
Кафедра Автоматизированного электропривода (АЭП) НИУ МЭИ продолжает набор в магистратуру по направлению 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника», программа подготовки – «Электропривод и автоматика».
В магистратуру по данной специальности можно поступать на конкурсной основе на бюджетную форму обучения или на платной основе. Срок окончания приема документов в магистратуру на бюджетную форму обучения – 17 августа 2018г.
Вступительные экзамены будут проводиться 11 августа и 20 августа (консультации 10 и 17 августа, соответственно). Подробности на сайте приёмной комиссии. Примеры экзаменационных заданий можно так же найти в специальном разделе сайта приёмной комиссии. Поступающим, нуждающимся в общежитии, предоставляет общежитие в пределах выделенного числа мест при поступлении на места в рамках контрольных цифр приёма очной формы обучения и на договорные места очной формы обучения.
Также приглашаем выпускников школ поступать в бакалавриат по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» факультета ИЭТ МЭИ. Срок окончания приема документов в бакалавриат на бюджетную форму обучения – 26 июля 2018г.
Документы подаются по адресу г. Москва, ул. Красноказарменная, д.17.
Кафедра автоматизированного электропривода НИУ «МЭИ» является ведущей кафедрой по данной специальности в России, имеет более 20 млн. руб. ежегодного объема научно-исследовательских работ, публикует более 20 статей в год в изданиях, индексируемых наукометрическими базами данных Web of Science и Scopus, на кафедре преподают сотрудники ООО «НПФ «ВЕКТОР» и ООО «НПП «ЦИКЛ+» — ведущих предприятий в области разработки электроприводов и электрических трансмиссий в России.