Дві шахти компанії «Грузвугілля» (ТОВ «Сакнахширі») мають традиційну для гірської місцевості схему розкриття: горизонтальні штольні вглиб гірського масиву, вертикальні стволи до певних позначок, а далі — квершлаги та відкатні (вентиляційні) штреки. Транспортування людей і вантажів по горизонтальних гірничих виробках здійснюється за допомогою акумуляторних електровозів. На шахті ім. Мінделі довжина порожньої та вантажної штольні становить майже 2900 метрів. Через ці виробки здійснюється доставка людей, матеріалів і обладнання, а також транспортування видобутої гірничої маси. Відстань транспортування по квершлагах і польових відкатних штреках також становить близько 2600–3000 метрів у західному та східному напрямках. На шахті ім. Дзідзигурі відстані приблизно такі самі, але довжина штольні — приблизно 600 метрів.
По штольнях у шахту надходить лише свіжа струя повітря, і теоретично можна було б використовувати контактні електровози. Проте переріз виробок не дозволяє розмістити контактну мережу. (Штольні проходили в 60-х роках за старішими проєктами, із застосуванням вибухових робіт, і, очевидно, з метою економії мінімізували переріз.) Оскільки шахти є надкатегорними, на горизонтах дозволяється робота лише акумуляторних електровозів вибухобезпечного виконання.
У радянський час застосовували електровози АМ8Д з лужними акумуляторними батареями. Після повторного запуску шахт у 2007 році кілька таких електровозів ще експлуатували. Однак із ростом обсягів виробництва виникла необхідність ремонту та розширення парку. Запасні частини — насамперед електродвигуни, елементи систем управління, редуктори, гальма, колісні пари — доводилося закуповувати тільки за кордоном, переважно в Україні. Через високу вартість запчастин і нових електровозів було прийнято рішення знайти постачальника техніки в Китаї.
Китайські електровози CTY(L)8/9G із зчіпною вагою 8 т, колія 900 мм, почали надходити на шахти у 2011 році. Ці електровози оснащувалися двома двигунами постійного струму потужністю 11,0 кВт кожен, керування напрямком руху здійснювалося за допомогою реверсивного контролера, зміна швидкості регулювалася блоком опорів, гальмування — ручне, за рахунок притискання гальмівних колодок до бігової поверхні коліс електровоза. Передача обертального моменту від редуктора на вісь колісної пари здійснювалась через відкриту циліндричну пару. Причому шестерня більшого діаметра, розташована на осі колісної пари, складалася з двох половинок, з’єднаних між собою болтами. Внутрішня поверхня однієї з половинок мала паз під шпонку, закріплену на осі. Електровоз мав дві кабіни, між якими на раму встановлювався металевий ящик зі свинцево-кислотними акумуляторами ємністю 440 А/год кожний, напругою по 2 В у кількості 70 шт.
Експлуатація даних електровозів ускладнювалася такими проблемами:
- Рейкові колії перебували у вкрай поганому стані. Більшість шпал прогнили через постійне підтоплення (внаслідок замулення водовідвідних канав), і вже не утримували рейки (Р-24), які також наполовину проржавіли й зносилися. Електровози та вагонетки регулярно «забурювалися». Місцями рівень води перекривав рейки, і вода потрапляла у електродвигуни. Профіль рейкової колії іноді у 2 рази перевищував допустимі межі.
- Машиністи електровозів застосовували електродинамічне гальмування, на яке системи керування цих електровозів не були розраховані, оскільки у них просто не було відповідної елементної бази. У результаті при вмиканні реверсу під час руху складу згорали запобіжники (перетворилися на витратний матеріал), а ще гірше — електродвигуни.
- Самі електровози були виготовлені з невисокою якістю. Корпуси вироблялися зі сталі товщиною 15 мм, що при частих сходах з рейок і постановці назад призводило до їх деформації. Колісні пари виготовлялися зі звичайної сталі та швидко зношувалися. Відкриті шестерні на колесах працювали постійно в бруді, шпонкове з’єднання розбивалося.
- Ємності акумуляторних батарей при таких умовах вистачало не більш ніж на 4 рейси при довжині плеча до 3 км, після чого вимагалася їх зарядка. Проте їх часто експлуатували до повної зупинки електровоза, тобто до повного розряду, що для свинцево-кислотних батарей неприпустимо. За таких умов кожен електровоз треба було комплектувати щонайменше 3 батареями. Через нестачу акумуляторів не дотримувався режим зарядки (ще й при глибокому розряді), що різко скорочувало їх ресурс.
Загалом можна сказати, що китайські електровози даного типу піддавалися жорстокій експлуатації, тому вимагали постійного ремонту, а це, у свою чергу, змушувало закуповувати запасні частини у великій кількості.
Але, треба віддати їм належне — вони впоралися із завданням: збільшили вантажопотік з 260 тис. тонн на початку 2011 року до 437 тис. тонн за 2012 рік. При цьому різниця у ціні, порівняно з українськими електровозами, була майже шестикратною. Це дозволило компанії заощадити на закупівлі та експлуатації електровозів майже 1,0 млн доларів США. Однак постало питання підвищення ефективності шахтного транспорту та зниження витрат на перевезення вантажів і гірничої маси.
Були підготовлені організаційно-технічні заходи, що включали:
- Комплексний ремонт гірничих виробок з підривкою ґрунту та перестиланням рейкових колій. Закупили рейки Р-33 та Р-43, шпали, кріплення, щебеневий баласт. Спершу прочистили водовідвідні канавки, що дозволило осушити виробки. Почали перекріплювати виробки та проводити підривку.
- Організували ремонт вагонеток із модернізацією вузлів підшипників, повною заміною рам і кузовів або їх ремонтом.
- Ремонт і розширення зарядних камер зі збільшенням кількості зарядних столів і оснащенням їх новими зарядними пристроями.
- Заміна електровозів на новий тип. Про це нижче.
У 2011–2012 рр. окремі компанії в Китаї почали виготовляти акумуляторні електровози з частотним управлінням. Такі електровози CTL/8/900/P140V були поставлені в компанію «Грузуголь» на початку 2014 року.
Електровоз має такі параметри:
- Колія — 900 мм.
- База між осями — 1150 мм.
- Діаметр коліс — 680 мм.
- Довжина електровоза — 5100 мм.
- Висота електровоза — 1600 мм
- Ширина — 1350 мм
- Мінімальний радіус повороту — 7 м.
- Вага без батареї — 6,4 т.
- Вращальний момент — 11,8 кН
- Максимальна сила тяги — 19,62 кН
- Швидкість руху — 8,5 км/год.
- Потужність двигунів — 15×2 кВт.
- Тип двигунів — YVBF-15/100Q
- Напруга живлення — 140 В.
- Ємність і тип батареї — 440D/…
- Тип зарядного пристрою — ZBC-90A/210V
- Регулювання швидкості — частотний перетворювач.
- Гальмування — механічне, електродинамічне.
У систему керування встановили інвертор, який перетворює постійну напругу (140 В) у змінну, а далі за допомогою частотного перетворювача здійснюється регулювання обертів асинхронного двигуна від мінімального (умовно «0») до номінального значення. При цьому обертальний момент залишається постійним. Щоб змінити напрям руху електровоза, необхідно перевести регулятор швидкості у нульове положення. Електровоз сповільнюється до повної зупинки, і лише після цього з’являється можливість перевести ручку реверсора у напрямок протилежного руху. Таким чином, неможливо вивести систему керування та двигуни з ладу при спробі раптової зміни напряму руху. Крім того, при зменшенні швидкості руху відбувається заряд батареї, оскільки кінетична енергія рухомого складу (електровоза) перетворюється в електричну, тобто система працює як генератор для підзарядки батареї. Також у кабіні машиніста з’явився індикатор стану акумуляторної батареї, що дало можливість вчасно припиняти експлуатацію батарей, не допускаючи їх глибокого розряду.
Кінематика електровоза також суттєво змінена в кращий бік. Кожен електродвигун потужністю 15 кВт з’єднаний через муфту з конічно-циліндричним редуктором, вихідним валом якого є вісь колісної пари. Тобто відсутня відкрита шестеренчаста пара, яка мала змінний зазор у зачепленні та постійно піддавалася впливу бруду та зовнішнього середовища. Сам корпус електровоза виконано зі сталі товщиною 20 мм і 25 мм, з підсилювальними елементами конструкції.
Електродвигун розташований високо й не може бути підтоплений водою.
Водночас, оскільки вся система керування оснащена процесором, її налаштування та подальша експлуатація здійснюється за допомогою комп’ютера. Це вимагало навчання кількох співробітників навичкам користування та обслуговування цих електровозів. У разі заміни будь-якого блоку або деталі в системі керування було необхідне підключення комп’ютера з відповідною програмою діагностики та регулювання системи.
Сам корпус системи керування виконано зі сталі, а до однієї з його стінок через теплопровідну пасту прикріплена велика алюмінієва плита товщиною 20 мм, що призначена для відведення тепла від системи керування.
У процесі експлуатації, влітку, під час виходу електровозів зі штольні на денну поверхню почали відбуватися аварійні вимкнення. Спочатку не могли зрозуміти причину зупинок, але потім випадково доторкнулися до задньої стінки з радіатором, і вона виявилася дуже гарячою. Стали вивчати інструкцію електровоза, а в ній був указаний верхній температурний меж експлуатації +40°С. У цей час температура повітря на вулиці становила 39–41°С, і, звичайно, теплообмін не справлявся зі своїм завданням зниження температури всередині корпусу керуючої системи. За погодженням із заводом тепловідвідну плиту корпусу було змащено теплопровідною пастою та притиснуто впритул до корпусу електровоза. Таким чином, корпус електровоза став додатковим теплообвідним елементом. Надалі завод за рекомендацією шахтарів змінив місце кріплення корпусу системи керування, забезпечивши його контакт із корпусом електровоза.
Також за результатами роботи перших двох нових електровозів, з ініціативи компанії «Грузуголь» заводом були внесені зміни в окремі елементи конструкції електровоза. Було посилено конструкцію буферів, вузлів кріплення ресор, скориговано довжини тяг і гвинтової штанги гальмівної системи. Сам пакет ресор було посилено додатковим листом, що дозволило трохи підняти раму відносно рейкової колії та компенсувати деформаційні зміни ресор у процесі експлуатації.
Певної модернізації зазнав корпус для акумуляторів, оскільки замість акумуляторів ємністю 440 А/год почали використовувати акумулятори ємністю 720 А/год, які мають більшу висоту.
У результаті проведених змін тривалість роботи батарей між циклами заряджання збільшилась у 2 рази, при збільшенні вантажопідйомності кожного складу у 1,8 раза. Таким чином, вдалося зрівняти час заряджання акумуляторної батареї з часом її експлуатації. Якщо на попередніх електровозах строк служби батарей не перевищував 300–350 циклів заряду, то на нових електровозах батареї напрацьовували понад 1000 циклів.
Робота нових електровозів показала, що колісні пари виготовлені також зі сталі з невисокими зносостійкими параметрами. Заводу були передані відомості щодо хімічного складу сталі колісних пар відповідно до ГОСТ. Завод відреагував миттєво — почав постачання колісних пар з потрібними характеристиками сталі. Приблизно подібна ситуація сталася й із модернізацією гальмівної системи. Компанія звернулася з проханням підвищити її ефективність. Завод встановив на електровози пневматичні компресори та пневматичні гальма, які забезпечили ефективне гальмування в екстрених ситуаціях.
Експлуатація нових електровозів показала необхідність підвищення кваліфікації машиністів і ремонтного персоналу. Основні проблеми виникали з обслуговуванням електронних систем електровоза, оскільки кожна заміна блоку вимагала певних маніпуляцій: починаючи з діагностики всіх систем, аналізу отриманих даних, визначення характеру несправності та закінчуючи налаштуванням системи керування.
Для збільшення обсягу виробництва була потрібна подальша закупівля електровозів, при тому що на шахті накопичилася велика кількість електровозів попередньої моделі. У зв’язку з цим була розроблена технічна документація щодо зміни конструкції корпусних деталей старих електровозів на корпус нового типу з установкою комплектуючих нового зразка. Виникла також необхідність у застосуванні електровозів з однією кабіною, тобто укорочених, які є більш маневровими у виробках вентиляційного горизонту під час доставки одиночних, малогабаритних вантажів. Укорочені електровози можна було виготовляти з одним або двома двигунами та використовувати відповідно до необхідних виробничих задач. Така документація також була виконана.
Нижче представлені фото окремих компонувальних рішень електровоза.
Електродвигун з’єднаний з корпусом редуктора та закріплений до корпусу через амортизувальні пружинні штанги. Колісні пари, як друга опора редуктора, оснащені підшипниковими буксами, які переміщуються в напрямних пазах корпусу та спираються, у свою чергу, на ресори.
На завершення хочеться сказати, що китайські електровози з частотним керуванням добре працюють і невибагливі в експлуатації за умови своєчасного виконання небагатьох регламентних робіт і наявності достатньої кваліфікації у персоналу в частині налаштування та ремонту системи керування.
Детальніше про китайські акумуляторні електровози читайте в технічній документації!