LHD — ความเข้มข้นของรถตักผิวดินปะทะกับความไม่เป็นมิตรใต้ดิน
เครื่องจักร LHD (Load-Haul-Dump) เป็นเครื่องจักรใต้ดินที่เทียบเท่ากับรถตักล้อเลื่อนบนพื้นดิน แต่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่ทำให้สภาพแวดล้อมของรถตักบนพื้นดินดูเหมือนสบายไปเลย LHD จะตักหินที่ระเบิดแล้วที่จุดดึง (ช่องเปิดที่แร่แตกไหลจากเหมืองเข้าสู่อุโมงค์) ลากผ่านอุโมงค์เป็นระยะทาง 100 ถึง 500 เมตร และเทลงในช่องลำเลียงแร่ (ปล่องแนวตั้ง) หรือลงบนรถบรรทุก วงจรการตัก-ขนส่ง-เทนี้จะทำซ้ำ 300 ถึง 500 ครั้งต่อกะทำงาน 8 ชั่วโมง ซึ่งเทียบได้กับความถี่ของวงจร V ของรถตักบนพื้นดิน แต่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีน้ำเป็นกรด ฝุ่นหิน พื้นที่จำกัด และการทำงานต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมง
| พารามิเตอร์ | เครื่องโหลดพื้นผิว | รถไฟฟ้าใต้ดิน LHD | อัตราส่วนความรุนแรง |
|---|---|---|---|
| ชั่วโมงประจำปี | 2,500–4,000 | 5,000–7,000 | 1.5–2.0 เท่า |
| การสัมผัสกับน้ำ | ฝนตกเท่านั้น | ต่อเนื่อง (pH 2–11) | 5–20x |
| ระยะทางการขนส่ง | 15–50 ม. | 100–500 เมตร | 5–10 เท่า |
ระยะทางการขนส่งที่ยาวกว่าคือความแตกต่างที่สำคัญ รถตักดินแบบพื้นผิว (Surface Loader) เดินทาง 15 ถึง 50 เมตรต่อรอบ (จากกองแร่ถึงรถบรรทุก) ในขณะที่รถตักดินแบบยกสูง (LHD) เดินทาง 100 ถึง 500 เมตรต่อรอบ (จากจุดดึงแร่ถึงช่องลำเลียงแร่) ซึ่งสะสมระยะทางการขับขี่ต่อกะมากกว่า 5 ถึง 10 เท่า ด้วยจำนวนรอบ 300 รอบต่อกะ และระยะทาง 300 เมตรต่อรอบ รถตักดินแบบยกสูงจะวิ่ง 90 กิโลเมตรต่อกะ หรือ 630 กิโลเมตรต่อสัปดาห์ บนพื้นอุโมงค์ที่เป็นหินระเบิดและมีน้ำขัง เกียร์ทดรอบแบบเฟืองดาวเคราะห์ขับเคลื่อนล้อ อายุการใช้งานของตลับลูกปืนต้องคำนวณจากระยะทางสะสม ไม่ใช่แค่ชั่วโมงการทำงาน เพราะความล้าของตลับลูกปืนที่เกี่ยวข้องกับระยะทาง (จากการหมุนของเพลาส่งกำลังอย่างต่อเนื่องระหว่างการลากจูง) เป็นปัจจัยจำกัดอายุการใช้งานที่สำคัญที่สุด ไม่ใช่ความล้าที่เกี่ยวข้องกับแรงบิดจากการเติมถัง
ตารางการทำงานตลอด 24 ชั่วโมง (สามกะ กะละ 8 ชั่วโมงต่อวัน 350 วันต่อปี) ทำให้มีชั่วโมงการทำงาน 5,000 ถึง 7,000 ชั่วโมงต่อปี ซึ่งเป็นการใช้งานที่สูงเป็นอันดับสองในตระกูลเครื่องจักรขับเคลื่อนล้อทั้งหมด รองจากเครื่องเก็บเกี่ยวอ้อย แต่แตกต่างจากเครื่องเก็บเกี่ยวอ้อยตรงที่ รถตักดินขนาดใหญ่ (LHD) นี้มีการใช้งานสูงควบคู่ไปกับอันตรายจากสภาพแวดล้อมใต้ดิน เช่น น้ำกรด ฝุ่นหิน การระบายอากาศที่จำกัด และแรงกระแทกจากพื้นดิน ทำให้รถตักดินขนาดใหญ่ (LHD) ที่ใช้งานใต้ดินเป็นเครื่องจักรขับเคลื่อนล้อที่มีความต้องการสูงที่สุดในทุกด้านพร้อมกัน
การขนถ่ายแร่ที่จุดดึงแร่มีความรุนแรงกว่าการขนถ่ายแร่จากกองบนพื้นดิน แร่ที่แตกในจุดดึงแร่เป็นแร่ที่เพิ่งถูกระเบิดออกมาใหม่ๆ มีลักษณะเป็นเหลี่ยมคม ขนาดไม่สม่ำเสมอ (50 ถึง 800 มม.) และมักจะติดอยู่หรืออุดตัน ถังตักของรถขุดตักแบบ LHD ต้องเจาะเข้าไปในวัสดุนี้ด้วยแรงขับเต็มที่ และถังตักมักจะเจอกับเศษแร่ขนาดใหญ่หรือสิ่งกีดขวางที่ทำให้เครื่องจักรหยุดชะงักชั่วขณะก่อนที่เศษแร่จะแตกหรือสิ่งกีดขวางจะพังลง ทุกครั้งที่เครื่องจักรหยุดชะงัก ระบบขับเคลื่อนล้อจะได้รับแรงดันไฮดรอลิกเต็มที่ (โดยทั่วไป 350 ถึง 420 บาร์) เป็นเวลา 1 ถึง 5 วินาที และเหตุการณ์เหล่านี้เกิดขึ้น 10 ถึง 30 ครั้งต่อกะในจุดดึงแร่ที่ยากลำบาก ความร้อนสะสมจากแรงบิดที่หยุดชะงักจากการขนถ่ายแร่ที่จุดดึงแร่สูงกว่าการขนถ่ายแร่จากกองบนพื้นดินถึง 2 ถึง 5 เท่า ซึ่งในกรณีหลัง วัสดุจะถูกบดแล้วและไหลลงถังตักได้อย่างอิสระ
การนำเครื่องจักรขุดดินใต้ดินแบบใช้ไฟฟ้ามาใช้กำลังก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว โดยมีแรงผลักดันมาจากการประหยัดค่าใช้จ่ายด้านการระบายอากาศ (การกำจัดไอเสียดีเซลช่วยลดความต้องการการระบายอากาศใต้ดินได้ 30 ถึง 501 ตัน ประหยัดค่าใช้จ่ายได้ 2 ถึง 10 ล้านดอลลาร์สหรัฐต่อปีในเหมืองขนาดใหญ่) เครื่องจักรขุดดินแบบใช้แบตเตอรี่ไฟฟ้ามีระบบเบรกแบบสร้างพลังงานกลับคืน (regenerative braking) ในระหว่างการขนถ่ายลงเนินที่มีน้ำหนักบรรทุก โดยพลังงานจากแรงโน้มถ่วงของเครื่องจักรหนัก 45 ตันที่ลงเนินลาดชัน 101 ตัน จะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าและส่งกลับไปยังแบตเตอรี่ ระบบขับเคลื่อนล้อต้องจัดการกับการไหลของพลังงานแบบสองทิศทางนี้โดยปราศจากแรงบิดกระเพื่อมหรือความไม่เสถียรของความเร็ว เพราะการเปลี่ยนแปลงความเร็วใดๆ ในระหว่างการขนถ่ายที่มีน้ำหนักบรรทุกบนพื้นโคลน อาจเสี่ยงต่อการสูญเสียแรงฉุดและทำให้เครื่องจักรไถลไปชนผนังอุโมงค์ได้
การออกแบบทรงต่ำ — การติดตั้งระบบขับเคลื่อนล้อในเครื่องจักรที่มีความสูง 2 เมตร
การขุดอุโมงค์ใต้ดินมีค่าใช้จ่ายสูง โดยความสูงที่เพิ่มขึ้นทุกเมตรจะมีค่าใช้จ่าย 500 ถึง 2,000 ดอลลาร์สหรัฐต่อเมตร ดังนั้นบริษัทเหมืองแร่จึงลดขนาดหน้าตัดของอุโมงค์ให้เหลือน้อยที่สุด และรถขุดตักดิน (LHD) ต้องสามารถลอดผ่านได้ อุโมงค์ผลิตใต้ดินทั่วไปมีความกว้าง 4.0 ถึง 5.5 เมตร และสูง 3.5 ถึง 5.0 เมตร รถขุดตักดิน (LHD) ต้องสามารถลอดผ่านช่องเปิดนี้ได้ รวมทั้งบุ้งกี๋ ห้องโดยสาร เครื่องยนต์ และระบบขับเคลื่อนล้อ ขณะที่บรรทุกหินบดหนัก 10 ถึง 25 ตัน
ข้อกำหนดเรื่องความสูงที่ต่ำทำให้ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของชุดขับเคลื่อนล้อถูกจำกัดอย่างเข้มงวดมากกว่าการใช้งานบนพื้นผิวใดๆ รถตักล้อแบบใช้งานบนพื้นผิวสามารถใช้ชุดขับเคลื่อนล้อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 400 ถึง 500 มม. ได้ เนื่องจากความสูงของเครื่องจักรไม่ถูกจำกัด รถตักล้อแบบ LHD ในอุโมงค์ลึก 4.0 เมตร อาจมีระยะห่างในแนวดิ่งสำหรับชุดขับเคลื่อนล้อเพียง 250 ถึง 350 มม. ระหว่างเส้นศูนย์กลางเพลาและพื้นอุโมงค์ เนื่องจากแชสซีของเครื่องจักรถูกออกแบบให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อเพิ่มปริมาตรของบุ้งกี๋ภายในความสูงของอุโมงค์ให้มากที่สุด ชุดขับเคลื่อนล้อขนาดกะทัดรัดนี้ต้องการเกียร์ดาวเคราะห์ที่มีอัตราส่วนสูงกว่า (จำนวนขั้นมากขึ้นในเส้นผ่านศูนย์กลางที่น้อยลง) โดยใช้เกียร์ดาวเคราะห์ 3 ถึง 4 ขั้นแทนที่จะเป็น 2 ถึง 3 ขั้นซึ่งเป็นเรื่องปกติในเครื่องจักรแบบใช้งานบนพื้นผิว
การออกแบบที่กะทัดรัดยังลดขนาดของตลับลูกปืนที่มีให้ใช้งาน ซึ่งเป็นปัญหาเนื่องจากแรงกระแทกสูงจากการขับขี่บนพื้นโคลน ตลับลูกปืนที่พอดีกับตัวเรือนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 300 มม. จะมีกำลังรับน้ำหนักแบบไดนามิกน้อยกว่าตลับลูกปืนประเภทเดียวกันในตัวเรือนขนาด 450 มม. และแรงกระแทกจากการขับขี่แบบ LHD (3 ถึง 8 g ต่อการข้ามเศษหิน 200 ถึง 500 ครั้งต่อเที่ยว) นั้นรุนแรงไม่น้อยไปกว่ารถตักพื้นผิว ดังนั้น ข้อกำหนดของตลับลูกปืนสำหรับระบบขับเคลื่อนล้อ LHD จึงต้องใช้วัสดุตลับลูกปืนคุณภาพสูงกว่า (เหล็กที่ผ่านกระบวนการกำจัดก๊าซในสุญญากาศ ส่วนประกอบไฮบริดเซรามิก) เพื่อให้ได้กำลังรับน้ำหนักที่ต้องการภายในขอบเขตที่จำกัด ซึ่งเป็นแนวทางที่กำหนดต้นทุนตลับลูกปืนเพิ่มขึ้น 30 ถึง 501 ตัน แต่เป็นวิธีเดียวที่จะทำให้ได้อายุการใช้งานที่ต้องการภายในพื้นที่ที่มีอยู่
การทำงานแบบอัตโนมัติและการควบคุมระยะไกล — ระบบขับเคลื่อนล้อโดยไม่ต้องมีผู้ควบคุม
รถตักดินใต้ดิน (LHD) กำลังถูกใช้งานแบบอัตโนมัติหรือควบคุมจากระยะไกลมากขึ้นเรื่อยๆ โดยไม่มีผู้ควบคุมอยู่บนเครื่องจักร รถตักดินอัตโนมัติจะนำทางในอุโมงค์โดยใช้เครื่องสแกนเลเซอร์ (LiDAR) ระบบระบุตำแหน่งใต้ดินคล้าย GPS (โดยใช้สัญญาณวิทยุหรือทรานสปอนเดอร์อัลตร้าไวด์แบนด์) และแผนที่เส้นทางที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้า ระบบขับเคลื่อนล้อจะรับคำสั่งความเร็วและทิศทางจากระบบนำทางอัตโนมัติ และต้องตอบสนองด้วยความแม่นยำและความราบรื่นเช่นเดียวกับการขับเคลื่อนที่ควบคุมโดยมนุษย์ แต่ปราศจากข้อมูลป้อนกลับจากผู้ควบคุมที่ช่วยชดเชยการผันผวนของแรงบิด การลื่นไถลของล้อ และความแปรผันของแรงฉุด
ระบบอัตโนมัติต้องการความสามารถสามประการจากระบบนี้ เกียร์ทดรอบแบบเฟืองดาวเคราะห์ขับเคลื่อนล้อ ซึ่งมีความสำคัญน้อยกว่าในเครื่องจักรที่มนุษย์ใช้งาน ได้แก่: (1) การป้อนกลับความเร็วที่แม่นยำ — ระบบอัตโนมัติจะต้องทราบความเร็วล้อจริงภายใน ±0.5% เพื่อรักษาการคำนวณตำแหน่ง ซึ่งต้องใช้เซ็นเซอร์วัดความเร็วความละเอียดสูงที่รวมอยู่ในหรืออยู่ติดกับเอาต์พุตของเกียร์; (2) การตอบสนองแรงบิดที่แน่นอน — ระบบขับเคลื่อนจะต้องสร้างแรงบิดตามคำสั่งภายใน ±3% และภายใน 0.3 วินาทีหลังจากได้รับคำสั่ง โดยไม่มีการกระตุก การหยุดทำงาน หรือความล่าช้าในการตอบสนองที่คาดเดาไม่ได้ ซึ่งผู้ควบคุมที่เป็นมนุษย์จะชดเชยโดยไม่รู้ตัว; และ (3) การตรวจสอบตนเองเพื่อการวินิจฉัย — เกียร์จะต้องให้ข้อมูลอุณหภูมิ การสั่นสะเทือน และคุณภาพน้ำมันแก่ระบบอัตโนมัติ เพื่อให้สามารถกำหนดตารางการบำรุงรักษาเชิงรุกแทนที่จะเป็นเชิงรับ (เนื่องจากไม่มีผู้ควบคุมอยู่เพื่อสังเกตเสียงผิดปกติ การสั่นสะเทือน หรือการรั่วไหลของน้ำมัน)
ข้อดีทางเศรษฐกิจของรถตักดินอัตโนมัติ (LHD) มาจากสองปัจจัยหลัก ได้แก่ ความปลอดภัย (การลดจำนวนมนุษย์ในส่วนที่อันตรายที่สุดของเหมือง ซึ่งก็คือพื้นที่การผลิตที่กำลังดำเนินการอยู่ ที่ซึ่งหินถล่ม ก๊าซจากการระเบิด และการชนกันของยานพาหนะทำให้เกิดการเสียชีวิต) และประสิทธิภาพการผลิต (รถตักดินอัตโนมัติสามารถทำงานได้ในช่วงเวลาห้ามเข้าพื้นที่หลังการระเบิด ซึ่งมนุษย์ไม่ได้รับอนุญาตให้เข้าไปในพื้นที่นั้น ทำให้เพิ่มเวลาการทำงานได้ 2 ถึง 4 ชั่วโมงต่อรอบการระเบิด) ความน่าเชื่อถือของระบบขับเคลื่อนล้อเป็นตัวกำหนดโดยตรงถึงประสิทธิภาพการผลิตที่เพิ่มขึ้นของระบบอัตโนมัติ เพราะหากระบบขับเคลื่อนล้อของรถตักดินอัตโนมัติล้มเหลว การผลิตจะหยุดลงจนกว่าทีมซ่อมบำรุงจะสามารถเข้าถึงเครื่องจักรใต้ดินได้ (โดยทั่วไปใช้เวลา 30 ถึง 90 นาที) โดยที่ผู้ปฏิบัติงานไม่มีทางเลือกที่จะนำเครื่องจักรไปยังสถานที่ปลอดภัยเพื่อทำการซ่อมแซมได้
สามลักษณะความล้มเหลวเฉพาะของรถยนต์ขับเคลื่อนล้อซ้าย (LHD)
รถตักดินแบบ LHD วิ่งได้ 90 กิโลเมตรต่อกะบนพื้นหินระเบิด ทำให้สะสมระยะทางการหมุนของแบริ่งได้ 630 กิโลเมตรต่อสัปดาห์ และมากกว่า 30,000 กิโลเมตรต่อปี ภายใต้แรงกระแทก การรับน้ำหนักตามระยะทางนี้มากกว่าการใช้งานบนพื้นผิวทุกประเภท: รถตักดินบนพื้นผิวที่หมุน 400 รอบต่อกะ และรอบการทำงาน 30 เมตร จะวิ่งได้เพียง 12 กิโลเมตรต่อกะ (84 กิโลเมตรต่อสัปดาห์) แบริ่งของ LHD สะสมการหมุนมากกว่า 7.5 เท่าต่อสัปดาห์ ภายใต้แรงกระแทกที่สูงกว่า (พื้นโคลนเทียบกับพื้นเหมืองหินที่ปรับระดับแล้ว) แบริ่งเอาต์พุตต้องได้รับการออกแบบให้เหมาะสมกับจำนวนการหมุนสะสมภายใต้ภาระไดนามิกบนพื้นโคลน ไม่ใช่ตามอายุการใช้งาน L10 ที่อิงตามแรงบิด ซึ่งเพียงพอสำหรับรถตักดินบนพื้นผิว
จำนวนรอบการกลับทิศทางการหมุนของ LHD (1.2 ถึง 2.0 ล้านครั้งต่อปี) เทียบได้กับรถตักบนพื้นผิว แต่สภาพแวดล้อมใต้ดินเพิ่มความเครียดจากความร้อน (อุณหภูมิน้ำมันสูงกว่าบนพื้นผิว 20 ถึง 35 องศาเซลเซียส เนื่องจากการระบายอากาศที่ลดลง) และความเครียดจากการกัดกร่อน (การปนเปื้อนของน้ำในเหมืองที่เป็นกรดทำให้พื้นผิวฟันเฟืองอ่อนแอลงจากการกัดกร่อนแบบไมโครพิตติ้ง) ผลกระทบรวมกันของความล้าจากการกลับทิศทาง อุณหภูมิสูง และการปนเปื้อนของน้ำมันที่กัดกร่อน ทำให้ลดอายุการใช้งานของฟันเฟืองเหลือเพียง 60 ถึง 751 TP3T เมื่อเทียบกับรถตักบนพื้นผิว นั่นหมายความว่าเฟืองที่ใช้งานได้นาน 10,000 ชั่วโมงในรถตักบนพื้นผิว อาจใช้งานได้เพียง 6,000 ถึง 7,500 ชั่วโมงใน LHD ใต้ดินในสภาพน้ำที่เป็นกรด
ในรถตักดินแบบขับเคลื่อนอัตโนมัติ (LHD) เซ็นเซอร์วัดความเร็วล้อที่ติดตั้งอยู่ในเกียร์จะให้ข้อมูลความเร็วหลักแก่ระบบนำทาง ฝุ่นหินและน้ำในเหมืองที่สะสมอยู่บนพื้นผิวเซ็นเซอร์จะลดความแรงของสัญญาณและทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัด 2 ถึง 5% ซึ่งมากพอที่จะทำให้ระบบอัตโนมัติคำนวณตำแหน่งผิดพลาดไป 0.5 ถึง 2 เมตร ในระยะทางขนส่ง 300 เมตร การคลาดเคลื่อนของตำแหน่งนี้อาจทำให้ LHD ชนกับผนังอุโมงค์ พลาดทางเข้าของช่องลำเลียงแร่ หรือเข้าไปในเขตหวงห้าม ซึ่งจะทำให้ระบบหยุดทำงานเพื่อความปลอดภัยและหยุดการผลิตจนกว่าจะทำความสะอาดเซ็นเซอร์และปรับเทียบระบบใหม่ เซ็นเซอร์วัดความเร็วที่ปนเปื้อนซึ่งทำให้เกิดข้อผิดพลาด 5% ในการทำงาน 300 รอบ จะสร้างการแก้ไขตำแหน่ง 300 ครั้ง ซึ่งแต่ละครั้งจะเพิ่มเวลาในการแก้ไข 5 ถึง 10 วินาที และลดประสิทธิภาพการทำงานของกะลง 5 ถึง 10%
คำถามที่พบบ่อย
บริษัท Korea Ever-Power นำเสนอระบบขับเคลื่อนล้อซ้าย (LHD) ที่มีแรงบิดตั้งแต่ 10,000 ถึง 60,000 นิวตันเมตร พร้อมบรรจุภัณฑ์ขนาดกะทัดรัดสำหรับการใช้งานใต้ดิน การซีลระดับเหมือง และความเข้ากันได้สำหรับการทำงานแบบอัตโนมัติ
บรรณาธิการ: Cxm
