Technologie elektryfikacji pojazdów górniczych i budowlanych

Autor: Paul Hansson, dyrektor ds. sektora przemysłowego w dziale produktów dla branż transportu materiałów i leśnictwa, Global Mobile Systems / Parker Hannifin

W przypadku maszyn stosowanych w górnictwie praktycznie nie ma miejsca na błędy. Używa się ich niemal wyłącznie pod ziemią, często w ciasnych miejscach przy ograniczonym dostępie i możliwości ruchu. Mają one (podobnie jak emitowane przez nie spaliny) bezpośredni wpływ na pracowników. Ze względów bezpieczeństwa i higieny pracy muszą wytwarzać jak najmniej spalin. Każde rozwiązanie mające na celu ograniczenie emisji musi również wymagać jak najmniejszej ingerencji człowieka ze względu na trudne warunki i ograniczoną dostępność. Liczne badania wykazały, że im więcej czasu ludzie pracują w warunkach górniczych oraz w pobliżu pojazdów górniczych, tym częściej dochodzi do urazów, zachorowań i wypadków śmiertelnych. Według Międzynarodowej Organizacji Pracy ONZ przemysł górniczy zatrudnia 1% światowej siły roboczej, ale odpowiada za 8% śmiertelnych wypadków w miejscach pracy.

Ostatnie badania pokazały, jak duże ryzyko podejmują górnicy, gdy są narażeni na emisje z silników wysokoprężnych. Jedno z nich, opublikowane przez Occupational and Environmental Medicine w 2016 r., wykazało, że emisje spalin silników wysokoprężnych mogą powodować śmiertelne odmiany nowotworu płuc w tempie do 38 razy szybszym niż akceptowalne jako normalne ryzyko zawodowe.

Mając to na uwadze, konstruktorzy maszyn budowlanych aktywnie poszukują rozwiązań dążących do natychmiastowej redukcji emisji. Ostatecznym celem jest automatyzacja maszyn, tak by z procesu całkowicie wyeliminować obecność ludzi. Nie tylko zapobiegnie ona wielu śmierciom, lecz także znacznie obniży koszty działalności przeciętnego podziemnego zakładu górniczego.

Rozwój maszyn górniczych zmierza w nowym kierunku. Celem tego przemysłu jest zbudowanie nowych flot maszyn, które będą w pełni elektryczne, bez względu na ich wielkość i pełnioną funkcję. Nacisk zostanie położony na zwiększenie całkowitej sprawności maszyny przez zmniejszenie strat energii we wszystkich podsystemach hydraulicznych, w tym w linii napędowej. Odzyskiwanie energii jest trudniejsze do wykonania z uwagi na rzeczywisty cykl pracy, który najczęściej polega na opieraniu się obciążeniom zamiast na ich przenoszeniu.

Osiągnięcie tego celu pozwoli jednak na zwiększenie wydajności maszyn przy mniejszym zużyciu energii, wydłużając ich okresy pracy oraz czas wykorzystany na pracę między załadunkami. Podążając w tym kierunku, przedsiębiorstwa mogą zoptymalizować cztery konkretne obszary działalności górniczej.

Pełna elektryfikacja floty pozwala obniżyć liczbę operatorów, co oznacza niższe koszty wentylacji i mniejsze zagrożenie dla życia ludzkiego. Maszyny górnicze będą tańsze w konserwacji, a koszt paliwa drastycznie się zmniejszy, co w efekcie istotnie obniży koszty operacyjne. Środowisko pracy będzie bezpieczniejsze, a sprzęt efektywnie wykorzystywany.

Aby utorować drogę nowym flotom tego typu konieczne będzie zmniejszenie strat energii w maszynach zasilanych olejem napędowym. W tym celu części hydrauliczne będą wymagać wymiany na wydajniejsze. W rezultacie powstanie w pełni elektryczna flota zapewniająca wyższy poziom efektywności przy niższych kosztach.

Przy pełnej elektryfikacji floty szacowana oszczędność na kosztach wentylacji sięgnie nawet 50% w porównaniu z kosztami dla maszyn napędzanych silnikami wysokoprężnymi

Wraz z postępującym stopniem automatyzacji maszyny górnicze staną się również w pełni elektryczne. Możliwość sterowania nimi z powierzchni będzie wymagała kombinacji kamer i czujników, które zajmą miejsce ludzkiego operatora. Dotychczas operatorzy wykorzystywali swoje narządy zmysłu, wiedzę i doświadczenie w zakresie wykonywanej pracy. Kamery oraz czujniki m.in. prędkości, kąta, ciśnienia i położenia znacznie zwiększą wydajność tego procesu.

Takie maszyny będą wymagały w pełni elektrycznych (bez połączeń mechanicznych) rozwiązań w zakresie sterowania i hamowania. Pozwoli to producentom ograniczyć ich masę, poprawić bezpieczeństwo i zmniejszyć rozmiary przez usunięcie jak największej liczby elementów mechanicznych. Kilka gałęzi przemysłu stosuje już to podejście.

Parker Hannifin oferuje rozwiązania dla konstruktorów mobilnych maszyn budowlanych i przedsiębiorstw górniczych szukających możliwości zmniejszenia zaangażowania ludzi. Bezpieczne środowisko pracy, lepsze wykorzystanie sprzętu i niższe koszty operacyjne — technologia górnicza i inteligentne maszyny stanowią przyszłość przemysłu.

Nasze technologie elektryfikacji pojazdów obejmują m.in. układy napędu pojazdów, układy pomocnicze i osprzęt hydrauliczny.

W systemach dla pojazdów kluczowym kryterium projektowym jest gęstość mocy. Gęstość momentu obrotowego i prędkości osiągane przez silniki Parker GVM na prąd zmienny z wewnętrznymi magnesami trwałymi (PMAC) w połączeniu z falownikami GVI o dopasowanym napięciu zapewniają parametry umożliwiające radykalną poprawę efektywności układów napędowych wielu różnych typów pojazdów, w tym budowlanych.

Parker może pomóc w opracowywaniu maszyn elektrycznych, wykonując testy wzorcowe i kalkulacje zużycia energii w celu dobrania odpowiedniej wielkości podzespołów i systemów do różnych zakresów napięć akumulatorów i systemów sterowania.

W przypadku osprzętu hydraulicznego zintegrowanie silników elektrycznych z falownikami, pompami hydraulicznymi i pokładowymi akumulatorami pozwala znacznie obniżyć zużycie paliwa, eksploatować sprzęt przy wyłączonym silniku spalinowym oraz odzyskiwać część energii z ruchu pojazdu.