Тенденции в кариерната техника

Много от дейностите, свързани с добива на инертни материали или други полезни изкопаеми, не са модифицирани от десетилетия. Очевидно е, че в нашия динамичен свят тази индустрия не може да остане такава, каквато я познаваме. Тази тежка област постепенно се променя с помощта на нови машини и нови концепции. Когато целта е дефинирана, пътят към нея става по-ясен, а световни изложения, като Steinexpo, дават възможност за обсъждане на различни идеи и показване на реални достижения. Тенденциите в сектора се развиват бързо и вече е ясно видима важната роля, която играят технологии вързани с дигитализация, електрификация, IoT и други.

Текст: списание Инфрабилд

Една от най-интересните идеи за представяне на иновации в отраслите, свързани с тежки машини за строителство и добив на суровини, е реализирана в провинция Хесен, Германия. В близост до Homberg/Nieder-Ofleiden се намира най-голямата базалтова кариера в Европа, която за няколко дена става място за Steinexpo - едно невиждано демо-шоу. В реални условия могат да се видят последни модели тежки строителни машини, технологии за добив и обработка на материали, както и нови разработки, които са все още в процес на изпитване. Ако се опитаме да обобщим тенденциите, трябва да се спрем на използваните нови материали за изкопна и разбиваща техника, интелигентните машини и превозни средства, дистанционно управляемите и дори автономни строителни машини, разработките за използване на нови енергийни източници и много други.

Да започнем от трошачките

Това са машини, подложени на огромни натоварвания. Облицовките за трошачки винаги са били предизвикателство. Последните разработки на манганова стомана могат да осигурят на облицовките невиждана досега здравина с отлична устойчивост на абразия. Не по-малко важни са висококачествените износващи се части от легирана стомана, мартензитна стомана, мартензитна керамична матрица, хромирано желязо и хромирана керамична матрица.

При двуролковите трошачки фокусът на техническите иновации е върху геометрията на трошащите валци и трошачните инструменти, за да се извършва трошенето значително по-ефективно, отколкото с познатата ни технология на валцови трошачки. Има още едно технологично предизвикателство - променят се досегашните процеси на обработка, като се обвързват в стационарни и мобилни приложения, независимо дали става дума за рециклиране или обработка на скали.

Новите идеи са базирани на възможностите на изкуствения интелект и обучението на машините. Стремежът е към създаване на машини, които да се движат и да работят самостоятелно. Вече има реални модели на машини за работа в сравнително постоянна и еднотипна среда, като кариери или мини. Такава е автономната трошачка на материали, която е преход от сегашното, подложено на обстоен мониторинг, оборудване към автономно, автоматизирано производство чрез „интелигентни“, самообучаващи се мобилни трошачки.

Машината оценява материала чрез сензори и системи от камери, регистрира натоварването на трошачното и конвейерното оборудване и оптимизира процесите на разделяне. Усъвършенствана система за управление валидира работните условия в реално време и извършва необходимите адаптации с изпращане на стойностите в централата чрез облака. „Цифров близнак“, компилиран там, съпоставя реалните данни с хилядите съхранени референтни данни.

Ролковите трошачки са подходящи за внедряване и в заводи за рециклиране. При предварителното раздробяване големи парчета от различни материали се раздробяват до размер на зърното 250mm. При вторичния етап, в който се използва ролкова трошачка, зърното се намалява до 0÷63mm и се осигурява отделяне на стоманата от бетона.

От ново поколение трошачки е мобилната хидравлична челюстна трошачка, примерен модел HBB/S 120-90 на Dappen. Благодарение на хидравличното задвижване трошачката прави максимум 50 удара/min, което значително намалява износването на трошачните челюсти в сравнение с конвенционалните челюстни трошачки с маховици. Ако даденият материал съдържа армировъчно желязо, ножиците за скрап, прикрепени под челюстите за раздробяване, могат да бъдат включени и желязото да бъде нарязано и изхвърлено върху магнитната лента. Междината може да се регулира на база PLC много бързо, по време на работа, за да няма прекъсвания на процеса.

PLC (Programmable Logic Controller/Програмируем логически контролер) е вид компютър, използван за индустриална автоматизация. Тези контролери могат да автоматизират процес или дори цяла производствена линия. PLC получава информация от сензори или входни устройства, обработва данните и задейства изходи въз основа на предварително програмирани параметри. PLC може да записва данни за времето на изпълнение, автоматично да стартира и спира процеси, да генерира аларми и др. Програмируемите логически контролери са гъвкаво и стабилно решение за управление.

Пресяващи устройства

Ще започнем с “пресяващата лъжица”. Хидравлично задвижваната кофа за пресяване „DaSie“ може да раздели всички материали, които се срещат при разрушаване и в кариери, и да пресее ефективно, без задръстване, строителни отпадъци, земни маси или шлака. Размерът на отворите в пресяващата мрежа може да се променя чрез стандартизирани метални сита. Трите операции - копаене, пресяване, товарене, могат да бъдат извършвани без смяна на приставки. Производителността е увеличена значително в сравнение с обикновените пресяващи кофи. Спестяват се разходи за транспорт и депониране.

Сегментът за добив на изкопаеми материали изисква сложна технология, и големите стационарни инсталации, конвейерни системи и строителни машини са определящите. Напоследък обаче все повече се използват мобилни решения с гъсенични шасита и различни техники за обработка. Интересни са полумобилните пресевни машини, които са здрави, лесни за работа и с висока производителност. Подобни инсталации, от серията SBR2,3,4, с лекота обработват фрезован асфалт, строителни отпадъци, пясък, чакъл, скали. С колесни товарачи с капацитет на лопатата 3÷5m³ те се използват и в смесителни инсталации. Стандартният сензор позволява пресяващата машина да се включва автоматично при приближаване на колесния товарач и се изключва отново след процеса. Моделът SBR4 може да се използва освен в мобилна система при насипани материали, така и в стационарна система в кариери.

Тежките стационарни трошачно-пресевни инсталации са най-нуждаещи се от нови разработки. Обикновено инсталацията включва трошачки, сита, промиване, питатели и лентови транспортьори. Подобрения се търсят навсякъде, но ще споменем само ситата. При вибрационните сита вибриращите екрани се задвижват от валова система с ексцентрични валове, а системата за опъване на ситовата мрежа позволява бърза подмяна. При ситата с наклонени страници материалът се пресява на етапи, като преминава с различна скорост през различните наклони на екраните, а това увеличава капацитета им. Специализираните сита са като многонаклонните, но с възможност за повече етажи/нива, и капацитетът на екраниране на тези сита е с 20÷30% повече от стандартните вибрационни екрани.

Тежка строителна механизация

Без големите машини, с които копаем, товарим и извозваме земни маси и инертни материали, не можем в кариерите. За всички превозни средства, използвани при добив на материали, има три фактора, неподлежащи на компромис: здраво шаси, издръжлива трансмисия, мощен двигател. При багерите се търси комбинация от мощност и нейното ефективно управление. Внедряването на двигатели с електронно управление осигурява голямата мощност, а e-EPOS системата дава равновесието между мощността и разхода на гориво, като осъществява комуникация между главния компютър на двигателя и контролната мрежа за обмен на информация в тандема двигател-хидравлична система.

С двигателите Stage V и усъвършенствани хидравлични настройки се осигурява повече време за работа на машината. Двупосочният модем работи със софтуер за управление на автопарка и дава информация за местоположение, доставят се отчети за разход на гориво, отработени машиночасове и време на престой.  Данните могат да се обработят и да се предприемат коригиращи действия от разстояние. Специално внимание се обръща на двигателите. Тежките модели, с тегло 21÷30 тона, са с около 7-литрови двигатели, решени без рециркулация на отработените газове, а съчетанието със селективна каталитична редукция на филтъра им осигурява икономия на гориво.

Новите модели могат да работят с тилт-ротатори, позволяващи 360° ротация в двете посоки, накланяне, интегрирана хидравлична система за бърза смяна на аксесоари. По-високата товароподемност на новите модели изисква и по-големи противотежести, които правят багерите особено подходящи за работа с по-тежки прикачени устройства. Багерите се разработват с подсилени отливки, рамо и стрела, от удароустойчиви материали, а производителността им е впечатляваща. Електрическо задвижване? Cat създава колесен товарач с електрическо задвижване. Стабилността е увеличена с добре изчислена противотежест, маневреността е подобрена. Внедрена е иновативна система за предотвратяване на приплъзване на гумите, която ще намали износването и съответно разходите за поддръжка.  Използване на водород? V

olvo има прототип на самосвал с водородни горивни клетки, които работят чрез реакция на водорода с кислород. Произведеното електричество захранва машината, а отделената топлина може да се използва за отопление на кабината. В атмосферата се отделя единствено водна пара. Електрическите камиони с горивни клетки, захранвани с водород, ще бъдат особено подходящи за райони без инфраструктура за зареждане.

Самосвали и тежки камиони - и при тях има какво да се променя. Самосвалът трябва да е изключително здрав, за екстремни работни условия, лесен за конфигуриране, ремонт и поддръжка. Например четириосният самосвал HD9 на Astra покрива тези изисквания, надминавайки кариерни и минни машини с подобни натоварвания. Създаден за 40 тона полезен товар, с брутно тегло 65 тона, този самосвал е с подсилени оси, а с двигател Euro VI и селективна каталитична редукция въглеродните емисии и разходът на гориво са сведени до минимум.

Неизбежно идваме до иновациите в цялостното управление на наличните машини и превозни средства. Ако има възможност да се съберат телематични и първични данни в една платформа, ще има пълна картина, защото ще бъдат регистрирани всички проверки и отклонения. При наличие на подходящ API (интерфейс за програмиране на приложения) ще може да се свърже дадена съществуваща телематична система към определена платформа и данните от всички източници ще се събират на едно място. Облаците и дигитализацията помагат за оптимизиране на ефективността и намаляване на разходите. Дори графиците на превозните средства могат да бъдат оптимално създадени с интегрирани решения за управление на автопаркове.

Дигитализацията е неизбежна 

С цифровизацията се облекчава поддръжката, улеснява се контрола на мерките за безопасност, на качеството на изкопаните материали, а същевременно се събират данни за оптимизиране на операциите. Работи се по създаването на интелигентни, автономни машини. Земните работи, пътното строителство и някои специфични дейности, като трошене на материали, са достатъчно подходящи за разработване и използване на интелигентни строителни машини с полуавтоматизирани, автоматизирани или поддържащи функции.

В същото време, колкото и да е модернизирана техниката в тежкия отрасъл за добив на материали, ако липсват обучени оператори, тя е безсилна. Ето няколко начина, с които дигитализацията смекчава въздействието от недостига на умения: Използването на дигитална платформа - тя позволява да се създават подробни снимки, списъци и инструкции за всякакви задачи и да се съхраняват записи във времето, а самата цифрова процедура трябва да е достъпна през мобилните устройства.

Предаването на знания - след дигитализиране на всички необходими процедури ще е сигурно, че важната информация е достъпна, дори ако опитен специалист отсъства. Набиране на персонал - с достъп до подробни инструкции за всички задачи на своите мобилни устройства, новоназначените служители ще са в състояние да правят нещата правилно от първия ден. Привличане на млади работници - младите хора са свикнали с технологиите и приложенията. Дигитализацията дава възможност младите да бъдат привлечени на пазара на труда. Дигитализацията се налага и в индустрията на строителните машини, но за тях вече говорихме.

Имат ли място дроновете в тази индустрия?

Тези летящи апарати, задвижвани с електричество от батерии и управляеми дистанционно, са ценен помощник в проучванията. Наблюдението от въздуха дава възможност за събиране на данни. Разчитането и използването на данните е големият пробив в проучвателния процес. Данните, предоставени след полет, могат да служат за проследяване на обеми изкопни работи, налични количества материали и др. Стъпката в новото измерение идва с представянето на технологията RTK (Кинематично позициониране в реално време).

Специално за строителството е разработен комплект на база RTK и камера. Той използва изключително иновативна технология за визуално позициониране, която позволява да се заснемат изображения и да се измерват стотици точки за кратко време от разстояние. След като обектът е заснет, измерването на който и да е участък може да стане, когато има нужда от това. Времето, необходимо за проучвания с дронове, е в пъти по-кратко от времето за проучвания по традиционните методи.

Доскоро се използваха два типа дронове - с неподвижни крила и многороторни. Вече е наличен дрон с вертикално излитане и кацане, който комбинира двата типа дронове, а резултатът е удължено време на полета и подобрен контрол. Друго поле на иновации е лазерното сканиране. Създаден е полуавтономен работен процес на лазерно сканиране, който е възможен поради интегрирането на робот. Данните от сканирането се пренасят в среда за обработка на данни и решения за управление на проекти. Генерираните облаци от точки от заснети обекти показват текущото състояние на повърхността и позволяват да се изчислява обема на налични материали и движението им във времето.

Роботите и техните възможности

Работата в кариерите е натоварваща и рискова, може да доведе до злополуки, но роботите могат да достигат до труднодостъпни или опасни участъци и да заменят хората там. Резултатът е появата на нови, по-безопасни методи за добив на материали. Намаляване на трудоемките дейности и на цялата стойност на производството ще има, ако роботизацията навлезе стабилно в отрасъла. Именно роботизираната автоматизация крие огромен потенциал за увеличаване на производителността.

При разработване на роботи за разрушаване безопасността на човека трябва да е осигурена, но и производителността да е гарантирана. Една от компаниите, които предлагат такива роботи, е Husqvarna. Роботите са с голям обхват, тъй като рамото на робота е конструирано така, че да може да се върти на 360˚, имат добро съотношение мощност/тегло, придвижват се лесно и са компактни. Опорите, наричани още аутригери, осигуряват стабилност с възможност за поемане на голямо работно натоварване. Роботите-разрушители са годни за почти всяка тежка и опасна работа, за чупене, трошене, отстраняване на отломки и други подобни. Те се създават така, че да са издръжливи на тежки условия на работа за дълги периоди, тъй като разрушителните дейности може да се изпълняват в обекти, отдалечени от сервизи или складове за резервни части. Основното тяло понася и работното натоварване, и непредвидени външни въздействия. Възлите за ежедневна проверка и поддръжка на робота са лесно достъпни.

Напоследък влезе в употреба терминът "кобот" - комбинация от "collaboration/сътрудничество" и "robot/робот" и се отнася за роботи, предназначени за пряко сътрудничество с хората. Вече има достижения в тази насока, по-горе описахме автономната трошачка на материали. Друг пример за развитие в търсенията е създадената дистанционно управляема вибрационна уплътняваща плоча, подготвена за автоматизация с подходящи сензори и контролни блокове. Машината се свързва с багер, който създава равнината, а компакторът с вибрационната плоча го следва независимо, като уплътнява насипаните обеми до предварително зададените характеристики. Макар че няма пълна автономност, начинът на работа дава възможност за известна успоредност на работните стъпки, а това намалява времето за процеса. 

В заключение

В заключение можем да кажем само едно - иновациите в кариерната техника уверено си проправят път. Иновациите в кариерната техника са нарастваща тенденция в съвременния свят. Чрез тях се появяват нови възможности и подходи към развитието и разработването на кариерите. С развитието на технологиите, машините стават по-ефективни, по-прецизни и по-безопасни за употреба, като по този начин подобряват производителността и безопасността в кариерния сектор. Тенденциите се развиват бързо и все повече играят важна роля в този сектор - автоматизация и интелигентни системи, електрификация и зелени технологии, интернет на нещата (IoT) и сензори, автономни системи, роботи и много други.