Por Steve Fiscor, Editor-en-Jefe

Construir un vehículo con una capacidad de carga útil de 450 toneladas métricas (tm) en una cosa. Desarrollar la planta eléctrica para propulsar efectivamente la carga útil junto con el peso del camión (360 tm) rampa arriba totalmente cargado es una proeza de ingeniería.

Un diagrama de líneas muestra la relación entre plantas de energía y motores de ruedas.
Un diagrama de líneas muestra la relación entre plantas de energía y motores de ruedas

El nuevo camión BelAZ es energizado por avanzados sistemas AC desarrollados por Siemens. En la conferencia Haulage & Loading 2013 de Mining Media, que se desarrolló durante Mayo en Phoenix, representantes de Siemens con el permiso de BelAZ hablaron del sistema de accionamiento eléctrico del camión. Siemens ha estado desarrollando sistemas de accionamiento para camiones de extracción por casi 15 años, explicó Walter Koellner, director senior—minería móvil de Siemens.

"Nuestro primer sistema de accionamiento eléctrico para camiones de extracción se basó en tecnología GTO trabajando con Liebherr e Hitachi," dijo Koellner. "El 2005, comenzamos a usar IGBTs. El 2007, lanzamos un sistema de Trolley para el sistema IGBT. Hemos construido sistemas para propulsar camiones de extracción de 240- a 400-toneladas. El año pasado, introdujimos una combinación de accionamiento eléctrico y un eje mecánico. Está instalado en un camión de extracción en China. Este años…nuestro próximo gran logro es el camión más grande del mundo—el sistema de accionamiento eléctrico que estamos construyendo para BelAZ."

El sector de la minería a rajo abierto ha debatido si más grande es mejor en cada etapa a través de la historia. En diferentes puntos a lo largo de esa línea de tiempo, el tamaño de los camiones empujó a los fabricantes de camiones a construir unidades más grandes y vice versa. Hoy en día, la industria ha llegado a un punto en que las palas más grandes tienen capacidades de 135 toneladas, lo que ha obligado a los fabricantes de camiones a hacer el siguiente movimiento para hacer coincidir apropiadamente escenarios de carga de 3 a 4 pasadas.

El BelAZ de 500 toneladas es notablemente diferente a los actuales camiones clase ultra. El equipo se alza sobre los 26 pies de alto y tiene 32 pies de ancho y 67 pies de largo. Aproximadamente el mismo ancho y alto, pero bastante más largo, que el Komatsu 930E ó el Cat 797, que tienen aproximadamente 50 pies de largo. El camión tiene dos ejes y ocho neumáticos. El sistema de accionamiento consta de dos motores de 2.500-hp con dos alternadores accionados por cada motor. N gabinete eléctrico controla los inversores y los motores. Hay cuatro motores de ruedas.

Cuando BelAZ presentó por primera vez su idea, el Dr. Joy Mazumdar, gerente de negocios-camiones mineros de Siemens, recordó pensando, "OK....¿Cómo vamos a hacer que esta cosa funcione eléctricamente? Teníamos un calendario agresivo para traer este camión al mercado," dijo Mazumdar. "Evaluamos nuestras opciones. Necesitábamos motores que pudieran accionar el sistema y un sistema de control apropiado para esta aplicación. También necesitábamos un sistema de enfriamiento y un mecanismo de frenado apropiados."

Siemens tenía mucha experiencia trabajando con cargas útiles de camiones de extracción de entre 240 y 400 toneladas. Lo primero que pensamos con 500 toneladas fue, doblemos el sistema de accionamiento de 240 toneladas, dijo Mazumdar. "Esa parecía ser una solución bastante directa, pero la cantidad de bienes inmuebles en el camión el limitada. Necesitábamos acomodar más potencia en una espacio finito."

El siguiente enfoque apuntaba hacia el sistema de accionamiento de 400 toneladas, y los ingenieros se preguntaban si podrían extender el sistema para que pudiera manejar 500 toneladas. "El factor limitante era encontrar los dispositivos de potencia apropiados en lo que respecta a tecnología semiconductora," dijo Mazumdar. "A través de los años, las cargas útiles se incrementaron sustancialmente mediante el uso de los IGBTs. Desarrollamos un concepto, pero los dispositivos aún no estaban disponibles en el mercado. Entonces, mientras trabajábamos en el software para el sistema de accionamiento en Atlanta, nuestros colegas en Nuremberg, Alemania, desarrollaban la tecnología semiconductora."

Cuando se trató de los motores, Siemens optó por el concepto de 240 toneladas. "Las cuatro ruedas tendrán motores independientes accionados por dos alternadores con dos motores," dijo Mazumdar. "Ese concepto es similar al del camión de dos veces 240 toneladas. Respecto a los controles, sin embargo, decidimos usar un sistema de control de 400 toneladas, que reemplace a los IGBTs con dispositivos con más corriente. Necesitábamos más corriente en el mismo espacio ocupado."

Creando un sistema híbrido, los ingenieros de Siemens tomaron un sistema inversor para 400 toneladas y lo fusionaron con una construcción motores-alternador para 240 toneladas, y desarrollaron una solución para accionar un camión de 500 toneladas.

"Para la casilla, modificamos el sistema de 400 toneladas para 500 toneladas, y el sistema de enfriamiento es similar al sistema de 240 toneladas, puesto en dos ejes separados," dijo Mazumdar. "En teoría, este sistema funcionaría. Luego el personal de ingeniería de Siemens probó el concepto mediante simulaciones calculadas para determinar el rendimiento del camión.

La plataforma del camión d extracción AC de Siemens es 1.800 voltios enlace DC. El voltaje nominal es de 1.300 a 1.400 voltios. Los cuatro nuevos inversores que desarrollaron (uno para cada rueda) fueron clasificados con IGBTs a 1.500 amperios, 3.300 voltios. La versión tradicional era de 1.200 amperios, 3.300 voltios. "El mayor amperaje posibilitó el uso del mismo skid del inversor, pero permitió más corriente para el mayor torque," dijo Mazumdar. "Esto posibilitó la solución. Al mirar fotos o planos, el sistema inversor se ve idéntico al sistema para 400 toneladas."

Hubo varias modificaciones al gabinete eléctrico. Dos alternadores requirieron más espacio. También hay dos excitadores de campo y rectificadores extra, pero todos los componentes adicionales encajaron en el skid existente.

Siemens usa retardo eléctrico en todos sus camiones con relés IGBT. La casilla es similar a la del sistema para 400 toneladas, pero se tuvo que ampliar a 24 resistencias por modularidad. Versiones anteriores tienen 20. "Este camión no rodará hacia atrás en bajada," dijo Mazumdar. "No hay resbalamiento."

El sistema de control de tracción tiene control independiente para las cuatro ruedas. "Es una cuestión de coordinación," dijo Mazumdar. "Tiene que coordinar las cuatro ruedas, dos alternadores y dos motores. Debe que tener resistencia a las pendientes de la mina y al mismo tiempo ser capaz de operar en modo de 'protección de fallos' si un alternador o un motor se cae."

Se espera que el nuevo camión BelAZ de 500 toneladas sea capaz de subir una pendiente de 10% con un 2% de resistencia a la rodadura con una velocidad de 11 km por hora. Durante el retardo, podría viajar cerro abajo en forma segura a 30 km por hora. El tiempo de frenado corto requiere 6 megawatts (MW), el frenado normal 5,3 MW. El cuociente de transmisión es de 29,5.

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