Опыт применения китайских аккумуляторных электровозов в компании «Грузуголь».

Две шахты компании «Грузуголь» (ООО «Сакнахшири») имеют весьма традиционную, для горной местности, схему вскрытия: горизонтальные штольни вглубь горного массива, вертикальные стволы до определенных отметок, и далее квершлаги, откаточные (вентиляционные) штреки. Транспортировка людей и грузов по горизонтальным горным выработкам производится с помощью аккумуляторных электровозов. На шахте им. Миндели длина порожняковой и грузовой штолен составляет почти 2900 метров. По этим штольням производится доставка людей, материалов и оборудования, транспортировка добытой горной массы. Расстояние транспортировки по квершлагам и полевым откаточным штрекам составляет также примерно по 2600 — 3000 метров в западном и восточном направлениях. Расстояние транспортировки по шахте им. Дзидзигури примерно такое же, но длина штольни примерно 600 метров.

По штольням в шахту поступает только свежая струя воздуха, и можно было бы применить контактные электровозы. Однако, сечение вырпаботок не позволяет разместить в них контактную сеть. (Штольни проходили в 60-тые годы по проектам еще более ранним, с применением БВР, и видимо, в целях экономии, сечение сделали минимальным.) Поскольку шахты являются сверхкатегорными, то на горизонтах допускается работа только аккумуляторных электровозов взрывобезопасного исполнения.

В советское время применялись электровозы АМ8Д со щелочными аккумуляторными батареями. После запуска шахт в 2007 году несколько этих электровозов еще использовалось. Однако, по мере роста объема производства, возникла необходимость их ремонта и расширения парка. Запасные части, а это прежде всего электродвигатели, различные компоненты систем управления, редукторов, тормозов, колесные пары, необходимо было закупать только за границей, как правило в Украине. Поскольку стоимость запасных частей, не говоря уж о новых электровозах, была очень высокой, то было принято решение найти поставщика этой техники в Китае.

Китайский аккумуляторный электровоз ЗША-10.00.000

Китайские электровозы CTY(L)8/9G со сцепным весом 8т, колея 900 мм, стали поступать на шахты в 2011 году. Эти электровозы оснащались 2-мя по 11,0 квт двигателями постоянного тока, управление направлением движения с помощью реверсивного контроллера, изменение скорости движения регулируется блоком сопротивлений, торможение машины ручное, за счет прижима тормозных колодок к беговой поверхности колес электровоза. Передача вращательного момента от редуктора на ось колесной пары через открытую цилиндрическую пару. Причем, шестерня большего диаметра, расположенная на оси колесной пары, состоит из двух половинок, соединенных между собой болтами. Внутренняя поверхность одной из половинок имеет паз под шпонку, укрепленную на оси. Электровоз имеет две кабины, между которыми, на раму, устанавливается металлический ящик со свинцовыми кислотными аккумуляторами емкостью 440 А/ч каждый, напряжением по 2в в количестве 70 шт.

Эксплуатация данных электровозов осложнялась следующими проблемами:

  • Рельсовые пути находились в плачевном состоянии. Большинство шпал сгнили из-за постоянного подтопления (ввиду заиливания водоотливных канавок), и не удерживали сами рельсы (Р-24), которые также наполовину проржавели и износились. Электровозы и вагонетки регулярно «забуривались». В некоторых местах уровень воды закрывал рельсы, и в электродвигатели попадала вода. Профиль рельсового пути порой в 2 раза превышал допустимые пределы.
  • Машинисты электровозов применяли электродинамическое торможение, на которое системы управления электровозов не были рассчитаны, так как в них попросту отсутствовала соответствующая элементная база. В результате, при включении реверса, при движении состава, сгорали предохранители (оказались расходным материалом), и еще хуже – электродвигатели.
  • Сами электровозы были изготовлены с невысоким качеством. Корпусы электровозов изготавливались из стали толщиной 15 мм, что при частых сходах с рельс и постановке на рельсы, приводило к их деформации. Колесные пары изготавливались из обычной стали, и быстро изнашивались. Открытые шестерни на колесных парах работали постоянно в грязи, шпоночное соединение разбивалось.
  • Емкость аккумуляторных батарей, их мощность, при эксплуатации в таких условиях, позволяла сделать не больше 4 рейсов, при длине плеча до 3-х километров, и требовалась их зарядка. Однако, зачастую их продолжали эксплуатировать до полной остановки электровоза, то есть до полного разряда, что для свинцово-кислотных аккумуляторов недопустимо. При таком режиме эксплуатации, каждый электровоз необходимо было комплектовать не менее, чем 3-мя батареями, чтобы выдерживать требуемый режим зарядки. В результате нехватки батарей, не выдерживался режим их зарядки (да еще при глубоком разряде), что приводило к резкому сокращению их ресурса эксплуатации.

В целом, можно сказать, что китайские электровозы данного типа, подверглись жестокой эксплуатации, и потому, требовался их постоянный ремонт, что в свою очередь заставляло закупать запасные части в большом количестве.
Но, надо отдать им должное, они справились с задачей увеличения грузопотока с 260 тысяч тонн в начале 2011 года, до 437 тысяч тонн за 2012 год. При этом, разница в цене, по сравнению с украинскими электровозами, была почти 6-ти кратная. Это позволило компании сэкономить на закупке электровозов, и их эксплуатации, почти 1,0 млн. долларов США. Тем не менее, встал вопрос повышения эффективности работы шахтного транспорта, и снижения затрат на перевозку грузов и горной массы.

Были подготовлены организационно-технические мероприятия, которые включали в себя:

  • Тотальный ремонт горных выработок, с подрывкой почвы и перестилкой рельсовых путей. Были закуплены рельсы Р-33 и Р-43, шпалы, рельсовый крепеж, щебеночный балласт. Сначала зачистили водоотливные канавки, что позволило осушить выработки. Выработки начали перекреплять, зачищать с требуемой подрывкой.
  • Организовали ремонт вагонеток, с модернизацией подшипниковых улов, с полной заменой рам и кузовов, или их ремонтом.
  • Ремонт и расширение зарядных камер, с увеличение количества зарядных столов, и оснащением их новыми зарядными устройствами.
  • Замена электровозов на новый тип. Об этом поподробнее.

В 2011 – 2012гг., отдельные компании в Китае, стали изготавливать аккумуляторные электровозы с частотным управлением. Такие электровозы, CTL/8/900/P140V, были поставлены в компанию «Грузуголь» в начале 2014 года.

Электровоз имеет следующие параметры:

  1. Колея колес – 900 мм.
  2. База между осями колес – 1150 мм.
  3. Диаметр колес – 680 мм.
  4. Длина электровоза – 5100 мм.
  5. Высота электровоза – 1600 мм
  6. Ширина электровоза — 1350 мм
  7. Минимальный радиус поворота – 7 м.
  8. Вес электровоза без батареи – 6,4 т.
  9. Вращательный момент – 11,8 Кн
  10. Максимальная сила тяги – 19,62 Кн
  11. Скорость движения – 8,5 км/час.
  12. Мощность электродвигателей – 15х2 квт.
  13. Тип двигателей — YVBF-15/100Q
  14. Напряжение питания – 140в.
  15. Емкость и тип батареи – 440D/
  16. Тип зарядного устройства — ZBC-90A/210V
  17. Способ регулирования скорости движения – с помощью частотного преобразователя.
  18. Способ торможения – механический, электродинамический.

В систему управления установили инвертор, который преобразовывает постоянное напряжение (140 в) в переменное, а потом с помощью частотного преобразователя осуществляется регулирование оборотов асинхронного двигателя от минимального (условно «0») до номинального значения. При этом, вращательный момент остается постоянным. Чтобы изменить направление движения электровоза, необходимо регулятор скорости перевести в нулевое положение. Электровоз замедляет ход до полной остановки, и только после этого появляется возможность перевести ручку реверсора в направление противоположного движения. Таким образом, невозможно систему управления и двигатели вывести из строя при попытке внезапного изменения направления движения. Кроме того, при замедлении скорости движения, происходит заряд батареи, так как кинетическая энергия движущегося состава (электровоза) преобразуется в электрическую, то есть система работает, как генератор для подзарядки батареи. Кроме того, в кабине машиниста появился индикатор состояния аккумуляторной батареи, что дало возможность вовремя приостанавливать эксплуатацию батарей, не допуская их глубокого разряда.

Кинематика электровоза также существенно изменена в лучшую сторону. Каждый электродвигатель, мощностью 15 квт, соединен через муфту с коническо-цилиндрическим редуктором, выходным валом которого является ось колесной пары. То есть, отсутствует открытая шестеренчатая пара, которая имела изменяемый зазор в зацеплении, и постоянно подвергалась воздействию грязи и внешней среды.
Сам корпус электровоза выполнен из стали толщиной 20мм, 25мм, с усиливающими элементами корпуса.
Электродвигатель расположен высоко, и не может быть подтоплен водой.

В тоже время, поскольку вся система управления оснащена процессором, то её настройка и дальнейшая эксплуатация осуществляется с помощью компьютера. Это потребовало обучения нескольких сотрудников навыкам пользования и обслуживания данных электровозов. В случае замены какого-либо блока или детали в системе управления требовали обязательного подключения компьютера с соответствующей программой диагностики и регулирования системы управления.

Сам корпус системы управления выполнен из стали, и к одной из его стенок, через теплопроводную пасту, прикреплена большая алюминиевая плита, толщиной 20 мм, которая предназначена для отвода тепла от системы управления.

В процессе эксплуатации, летом, при выходе электровозов из штольни на дневную поверхность, вдруг стали происходить аварийные отключения. Сначала не могли понять причину остановок, но потом, случайно дотронулись к задней стенке с радиатором, а она оказалась очень горячей. Стали изучать инструкцию электровоза, а в ней был записан верхний температурный предел эксплуатации +40⁰ С. В это время на улице температура воздуха была 39-41⁰С, и конечно, теплоотвод не справлялся со своей задачей снижения температуры внутри корпуса системы управления. По согласованию с заводом, теплоотводящая плита корпуса была смазана теплопроводной пастой и придвинута вплотную к корпусу электровоза. Таким образом, корпус электровоза стал дополнительным теплоотводящим элементом. В дальнейшем, завод по рекомендации шахтеров изменил место крепления корпуса системы управления электровоза, обеспечив его контакт с корпусом электровоза.

Также, по результатам работы первых двух новых электровозов, по инициативе компании «Грузуголь», заводом были внесены изменения в отдельные элементы конструкции электровоза. Была усилена конструкция буферов, узлов крепления рессор, скорректированы длины тяг и винтовой штанги тормозной системы. Сам пакет рессор был усилен дополнительным листом, что позволило немного приподнять раму относительно рельсового пути и компенсировать деформационные изменения рессор в процессе эксплуатации.

Некоторой модернизации был подвергнут корпус для аккумуляторов, так как вместо аккумуляторов емкостью 440 А/ч, начали использовать аккумуляторы емкостью 720 А/ч, которые имеют бо’льшую высоту.

В результате проведенных изменений, длительность работы батарей между циклами зарядки увеличилась в 2 раза, при увеличении грузоподъемности каждого состава в 1,8 раза. Таким образом, удалось уровнять время зарядки аккумуляторной батареи с временем её эксплуатации. Если на предыдущих электровозах срок службы батарей не превышал 300-350 циклов заряда, то на новых электровозах батареи нарабатывали более 1000 циклов.

Работа новых электровозов показала, что колесные пары изготовлены также из стали с невысокими износостойкими параметрами. Заводу были переданы сведения по химическому составу стали колесных пар, в соответствии с ГОСТ. Завод отреагировал мгновенно – начал поставки колесных пар с требуемыми характеристиками стали. Примерно похожая ситуация произошла и с модернизацией тормозной системы. Компания обратилась с просьбой улучшения её эффективности. Завод установил на электровозы пневматические компрессоры и пневматические тормоза, которые способствовали эффективному торможению в экстренных ситуациях.

Эксплуатация новых электровозов показала необходимость повышения квалификации машинистов и персонала по ремонту. Основные проблемы возникали с обслуживанием электронных систем электровоза, так каждая замена блока, требовала определенных манипуляций, начиная с диагностики всех систем, анализа полученных данных, определения характера неисправности, и заканчивая настройкой системы управления.

Для увеличения объема производства требовались дальнейшие закупки электровозов, при том, что на шахте скопилось большое количество электровозов предыдущей модели. В связи с этим, была разработана техническая документация по изменению конструкции корпусных деталей прежних электровозов на корпус нового типа, с установкой комплектующих от нового типа. Возникла также необходимость в применении электровозов с одной кабиной, то есть укороченных, которые более маневренны в выработках вентиляционного горизонта, при доставке одиночных, малогабаритных грузов. Укороченные электровозы можно было изготавливать с одним или двумя двигателями, и применять их в соответствии с необходимыми текущими задачами. Такая документация также была выполнена.
Ниже представлены фото отдельных компоновочных решений электровоза.

Электродвигатель соединен с корпусом редуктора, и закреплен к корпусу через амортизирующие на пружинах штанги. Колесные пары, как вторая опора редуктора, оснащены подшипниковыми буксами, которые перемещаются в направляющих пазах корпуса и опираются, в свою очередь, на рессоры.

Сборка электровоза после ремонта. Виден пневматический тормоз

Основной блок управления электровозом.

Блок управления «дублер» во второй кабине.

В заключении, хочется сказать, что китайские электровозы с частотным управлением, хорошо работают, неприхотливы в эксплуатации, при условии, что своевременно выполняются немногочисленные регламентные работы, и обслуживающий персонал имеет достаточную квалификацию в части настройки и ремонта системы управления.

Подробнее о китайских аккумуляторных электровозах читайте в технической документации!