Двигатель Cummins QSK38: оснащение горных самосвалов и решение проблем интенсивной эксплуатации на открытых горных работах 

Эта крупная открытая угольная шахта расположена в Монголии Китая и является ключевой горной площадкой страны с годовой продукцией уголя свыше 50 миллионов тонн. Основные добываемые пласты уголя лежат неглубоко, а объем отложений велик. Долгое время на шахте использовались электрованные горные самосвалы класса 220 тонн для транспортировки горно-строительных материалов и угля. Однако старые импортные двигатели, установленные на существующих горных самосвалах шахты, постепенно обнажили множество недостатков при длительной интенсивной эксплуатации, став узким местом для эффективной работы горной площадки. С одной стороны, проблема снижения мощности была ярко выражена: после длительной работы на высокой нагрузке мощность двигателя снижалась примерно на 15%, что приводило к слабости при подъеме по уклону с углом 8% и длиной более 1 км на шахте, напрямую увеличивая время одного рейса и значительно снижая транспортную эффективность. С другой стороны, расход топлива оставался высоким — более 120 литров на 100 км, и при колебаниях цен на дизельное топливо издержки на эксплуатацию постоянно росли. Кроме того, сроки поставки оригинальных запасных частей для старых двигателей были длинными, а их цена высокой; один капитальный ремонт требовал остановки на 7–10 дней, что серьезно влияло на готовность самосвалов к работе и доставляло много неудобств в планировании производства шахты.

Чтобы полностью решить вышеупомянутые проблемы, в 2022 году шахта запустила проект модернизации мощности горных самосвалов. После многочисленных сравнительных тестов и проверок на соответствие условиям эксплуатации в конечном итоге был выбран дизельный двигатель Cummins QSK38 V12 в качестве основного источника мощности, который был установлен на электрованные горные самосвалы модели XCMG XDE220 класса 220 тонн. В первый этап было введено 20 единиц, и проведены испытания на практической эксплуатации в течение года для всесторонней проверки комплексных характеристик этого двигателя при суровых условиях горных работ.

Как ключевой продукт в линейке горных двигателей Cummins, двигатель QSK38 разработан специально для условий тяжелой нагрузки и, благодаря целенаправленной оптимизации, идеально соответствует требованиям эксплуатации крупных горных самосвалов. Этот двигатель имеет конструкцию V-образного расположения 12 цилиндров под углом 60°, рабочий объем 37,7 литра, номинальную мощность 925 кВт (1250 л.с.) и максимальный крутящий момент 5857 Н·м. При номинальной скорости вращения 1800 об/мин он может непрерывно выдавать мощную тягу, легко справляясь с интенсивными режимами работы, такими как запуск с тяжелой нагрузкой и движение по длинным уклонам. Одновременно двигатель оснащен системой турбонаддува с воздушным охлаждением, усиленным коленчатым валом, нанофильтром воздуха и модульной системой речевого впрыска топлива, что не только эффективно повышает КПД сгорания, но и обеспечивает адаптацию к экстремальным температурам от –40 °C до 55 °C, полностью удовлетворяя требованиям эксплуатации шахты при перепадах температур в течение дня и ночи — от –35 °C зимой до 42 °C летом. Даже в условиях нехватки кислорода на высотах 1200–1500 м двигатель обеспечивает стабильную мощность без заметного снижения.

При процессе установки и адаптации на месте двигатель QSK38 благодаря продуманной конструкции размеров идеально подходит к силовой коробке горного самосвала XCMG XDE220, не требуя крупных модификаций рамы, что значительно снижает затраты и сроки модернизации. Выходной вал двигателя напрямую соединен с электрованной системой GE, задержка реакции мощности контролируется в пределах 0,5 секунды, что гарантирует плавный и мощный запуск самосвала с тяжелой нагрузкой и непрерывную подачу мощности при подъеме по уклону, эффективно решая проблему слабости при подъеме у старых двигателей. Для адаптации к высоким температурам на шахте двигатель также оснащен кастомной двойной циркуляционной системой охлаждения, которая поддерживает температуру охлаждающей жидкости в диапазоне 85–95 °C, полностью исключая риск остановки двигателя из-за перегрева ("кипения") при высоких температурах и обеспечивая надежный запуск самосвала в круглосуточном режиме.

После года практической эксплуатации 20 горных самосвалов с двигателем QSK38 показали удовлетворительные результаты — все эксплуатационные характеристики превзошли ожидания, а многочисленные проблемы существующей силовой системы шахты были эффективно решены. В плане мощности и эффективности двигатель QSK38 продемонстрировал высокую стабильность: при работе на полной нагрузке в условиях высоких гор мощность не снижалась заметно, скорость подъема самосвала увеличилась с 12 км/ч до 18 км/ч, а время одного рейса сократилось примерно на 20%. Одновременно высокая надежность двигателя обеспечила годовую готовность самосвалов к работе на уровне 98,5%, что на 5 процентных пунктов выше, чем у старых двигателей, а каждый самосвал увеличил годовое время работы на более 400 часов, значительно повысив общую транспортную эффективность шахты.

В плане экономичности преимущества двигателя QSK38 особенно ярко выражены. Благодаря оптимизации модульной системы речевого впрыска топлива КПД сгорания двигателя значительно увеличился, а фактический расход топлива при тяжелой нагрузке стабилизировался на уровне 95–100 литров на 100 км, что на 18% меньше, чем у старых двигателей. При годовом времени работы каждого самосвала 7500 часов и цене дизельного топлива 7,5 юаня за литр каждый самосвал ежегодно экономит около 420 000 юаней на топле, а 20 единиц оборудования в год экономят более 8,4 миллиона юаней, эффективно снижая издержки на эксплуатацию шахты.

В плане обслуживания и надежности двигатель QSK38 также показал отличные результаты. 20 первых двигателей работали год (среднее время работы превысило 7500 часов), и ни один из них не имел серьезных отказов — требовалось только замена обычных фильтров, масла и других износимых деталей, а срок между капитальными ремонтами значительно увеличился. Одновременно доля локализованных запасных частей этого двигателя превышает 90%, что обеспечивает удобство и доступность закупки, а стоимость одного обычного обслуживания снизилась на 40% по сравнению со старыми двигателями. Кроме того, срок между обслуживаниями увеличился с 250 до 500 часов, что значительно снизило объем работ по обслуживанию и время остановки, дальнейшим повышая готовность самосвалов к работе. Помимо этого, двигатель демонстрирует отличные характеристики в условиях низких температур: в зимние периоды при температуре –35 °C он запускается с первого раза без предварительного прогрева, полностью решая проблему сложного запуска старых двигателей и адаптируясь к требованиям эксплуатации при сильном холоде на шахте.

Испытания на практической эксплуатации в течение года показали, что двигатель Cummins QSK38 благодаря своим ключевым преимуществам — высокой адаптивностью к тяжелой нагрузке, отличной экономичности, высокой надежностью и удобству обслуживания — идеально соответствует требованиям эксплуатации крупных открытых горных руд. Он не только эффективно решил проблемы недостаточной мощности, высокого расхода топлива и сложности с обслуживанием существующих горных самосвалов, но и принес значительную экономическую и эксплуатационную выгоду шахте. На основании его отличных показателей в 2023 году шахта ввела дополнительно 30 горных самосвалов с той же комплектацией, а также постепенно модернизировала 10 существующих старых самосвалов. В настоящее время доля горных самосвалов с двигателем QSK38 на шахте достигла 60%, сделав ее эталонным примером применения мощных двигателей на крупных открытых горных работах в Китае.

Для крупных открытых горных руд модернизация мощности горных самосвалов является ключевым мероприятием для повышения производительности и снижения издержек на эксплуатацию. Двигатель Cummins QSK38, благодаря своей конструкции, адаптированной к тяжелой нагрузке, стабильным эксплуатационным характеристикам и отличной экономичности, предоставляет эффективное и надежное решение по мощности для горных самосвалов класса 200–250 тонн. Он не только помогает горным площадкам решать проблемы эксплуатации, но и продвигает зеленое и эффективное обновление транспортного оборудования для горных работ, внося мощный вклад в высококачественное развитие горной отрасли.