Depuis l’arrivée des premiers gros camions de roulage à entraînement électrique sur les sites miniers il y a environ 20 ans, le concept électrique domine le marché des camions de 200 tonnes (181 tonnes métriques) et plus. Mais on peut toujours faire mieux. De récents modèles de certains grands fabricants font appel à des technologies améliorées et utilisent les technologies actuelles dans de nouvelles configurations afin d’augmenter la sécurité et la maniabilité des camions.

Pour les entraînements des camions de roulage miniers contemporains, « électrique » est synonyme de moteur à courant alternatif. Le dernier camion électrique à courant continu (c.c.) de Komatsu America Corporation est passé au courant alternatif (c.a.) en 2014 avec le lancement du modèle 730E-8. « Je doute que quelque fabricant que ce soit lance un autre camion minier à entraînement à c.c. », estime Tom Stedman, directeur de produits pour les camions miniers de Komatsu. Les entraînements à c.a. ne comportent pas de balais et sont plus légers, plus faciles d’entretien et plus fiables que leurs pendants à c.c.

Carburant et émissions

Au fil du temps, la technologie d’entraînement à c.a. s’est améliorée peu à peu. Selon M. Stedman, des microprocesseurs plus rapides et plus petits ont favorisé une réduction de la consommation. « Cette avancée au cours des cinq à huit dernières années nous a permis d’adapter la puissance de sortie du moteur à la demande du système d’entraînement », a-t-il expliqué. « Il y a donc très peu de variation entre ce que le moteur produit à un moment donné et ce dont le système d’entraînement a besoin pour optimiser ses performances. » Selon lui, un des clients miniers de Komatsu a ainsi constaté une réduction de consommation de 4 %.

Le dernier changement et le plus important apporté au véhicule 930E de Komatsu a été engendré par les exigences de moteur de la norme Tier 4 Final de l’Agence américaine de protection de l’environnement (EPA), qui entrera en vigueur le 1^er janvier 2018. Les moteurs Cummins du modèle de cinquième génération réduisent les émissions de particules à 0,04 gramme par kilowatt-heure.

« En ce moment, nous pensons commercialiser le 930E-5 durant la deuxième moitié de 2017 », a indiqué M. Stedman. En tant que modèle de camion le plus populaire au Canada et aux États-Unis, il sera le premier à respecter la norme Tier 4 Final. Komatsu met également au point un autre modèle conforme à cette norme, le 830E, un camion de 240 tonnes (217 tonnes métriques), un volume lui aussi fort populaire en Amérique du Nord.

« L’Australie parle aussi d’adopter des normes relatives aux émissions qui équivaudraient à celles de l’EPA des États-Unis », a poursuivi M. Stedman. « Dans deux ou trois ans, on pourrait donc voir des camions expédiés en Australie qui respectent les mêmes exigences en matière d’émissions, particulièrement dans l’est du pays, où la majorité de la population habite. »

Mais les nouveautés du 930E-5 ne s’arrêtent pas au moteur. « Nous avons retiré le ventilateur mécanique qui refroidissait les moteurs-roues et le groupe de commande, en plus de mettre à jour les ventilateurs avec dispositif de ralentissement dynamique. Toutes les exigences de refroidissement sont désormais gérées au moyen des ventilateurs à entraînement par c.a. ». Le moteur à c.a. est plus efficace et fiable, selon M. Stedman.

L’autre avantage, c’est qu’il permet aux ventilateurs de fonctionner uniquement lorsque requis. « Si une pale de ventilateur est entraînée directement par un autre dispositif, le ventilateur fonctionnera toujours à la même vitesse »,a-t-il précisé. Il s’agit d’un lien mécanique. Alors, disons que si on travaille la nuit, ou peut-être pendant l’hiver au Canada, et qu’on n’a pas vraiment besoin d’air de refroidissement. Avec le moteur à c.a., des capteurs sur le camion pourraient détecter la température de tous les composants et dire au moteur "cette pièce n’est pas chaude en ce moment, éteint le ventilateur". »

On élimine ainsi une partie de la charge sur le système d’entraînement, qui consommera alors moins de carburant. « Il s’agit d’une importante amélioration, à notre avis. Et tous les modèles de remplacement conformes à la norme Tier 4 disposeront de cette technologie. »

Les dernières mises à jour du véhicule EH4000AC-3 de 221 tonnes de Hitachi comprennent des fonctions de détection d’objets améliorées. Avec l’aimable autorisation de Hitachi

Sécurité et maîtrise

Une récente mise à jour auprès de la division Construction et mines de Hitachi tient compte du point de vue du conducteur, améliorant la détection sur 360 degrés d’objets immédiatement autour du camion. « Le système amélioré offre maintenant non seulement une vision périphérique, mais également une alerte sonore et un indicateur visuel sur l’écran lorsqu’un objet se trouve à proximité », a affirmé Brian Mace, directeur du marketing et des utilisations de produits miniers chez Hitachi. Lorsque le camion circule, un système supplémentaire avertit le conducteur et, au besoin, prend des mesures pour éviter une collision éventuelle.

Le système a fait son apparition sur le modèle EH4000AC-3 de 221 tonnes lancé en 2014. Comme les autres camions AC-3, il utilise un système d’entraînement entièrement fabriqué par Hitachi. La communication libre entre ingénieurs de différents services « nous a permis de doter le camion de fonctions intéressantes uniques », a poursuivi M. Mace.

L’avantage de toute configuration d’entraînement à c.a., c’est que chaque moteur-roue peut être commandé indépendamment. Par exemple, si une roue tourne trop vite, le système peut réduire la puissance acheminée à cette roue particulière, nous a confié M. Stedman de Komatsu. Komatsu utilise cette fonction pour améliorer l’adhérence et prévenir le grippage des freins en conditions humides.

L’ensemble actuel de fonctions de commande de Hitachi comprend une caractéristique semblable, en plus de la commande de pas, qui limite les rebondissements lorsque le camion roule sur une bosse ou s’immobilise, et d’une fonction d’antidérapage latéral qui aide le conducteur à diriger le camion dans un virage. Selon M. Mace, celle-ci est utile non seulement pour adoucir l’expérience de conduite, mais également pour optimiser le transport autonome, sur lequel Hitachi travaille actuellement.

Le nouveau modèle T236 de 100 tonnes de Liebherr propose la deuxième génération du système d’entraînement à courant alternatif Litronic Plus de l’entreprise. Avec l’aimable autorisation de Liebherr

Nouveaux formats

Les fabricants s’affairent à combler les lacunes en matière de format de leurs gammes. En effet, au printemps 2016, Komatsu a lancé un camion de 400 tonnes (363 tonnes métriques), le 980E-4. « Beaucoup de clients nous ont demandé pourquoi nous ne fabriquions pas un modèle de 400 tonnes », a expliqué M. Stedman. Il s’agit du plus gros modèle pour Komatsu, Caterpillar et Liebherr, mais l’entreprise biélorusse Belaz livre un modèle encore plus imposant depuis 2014, le Belaz 75710 de 496 tonnes.

Entre-temps, Liebherr et Caterpillar ont ajouté des formats plus petits. Le nouveau modèle T236 de 100 tonnes de Liebherr propose une mise à jour du système d’entraînement à c.a. Litronic Plus. Selon l’entreprise, il s’agit « du premier camion diesel électrique de sa catégorie à intégrer un système de freinage immergé dans l’huile et doté d’une fonction de ralentissement aux quatre coins ».

Avec sa charge utile de 291 tonnes, le nouveau Caterpillar 794 AC est plus petit que le 795F AC, le premier camion à entraînement électrique de Caterpillar, et comparable au Komatsu 930E. Il est composé d’un châssis créé à l’origine par Unit Rig (acquise par Caterpillar depuis) et du groupe motopropulseur du 795.

Caterpillar a mis plus de temps à adopter l’entraînement électrique que ses concurrents. Sudhanshu Singh, directeur de produits pour les gros camions miniers, conteste l’idée que l’entraînement électrique est fondamentalement supérieur : « Bien que la technologie de courant alternatif ait permis d’améliorer l’efficacité des entraînements électriques par rapport au courant continu, il n’en reste pas moins qu’un entraînement mécanique dans un camion offre la plus grande efficacité de système ». Selon lui, on a lancé le nouveau camion à entraînement électrique afin de permettre aux clients de délaisser plus facilement les camions semblables des concurrents.

La philosophie de Caterpillar diverge de celle de ses concurrents d’autres façons. Pour l’ensemble des fabricants, les nouveaux modèles de camions utilisent des transistors bipolaires à porte isolée pour modifier la tension envoyée au moteur. Or, le 794 AC les utilise avec une tension nominale relativement élevée.

« En général, plus la tension nominale d’un transistor bipolaire à porte isolée est faible, plus le coût est bas », a affirmé John Ingle, directeur de marketing et de rendement pour les gros camions miniers chez Caterpillar. Mais plus la tension est faible, plus il faut de transistors bipolaires à porte isolée afin de répondre à la demande de puissance d’un gros camion. Chez Caterpillar, on est d’avis que les câbles d’alimentation et les barres omnibus supplémentaires compliquent outre mesure l’entretien des véhicules. Mais surtout, qui dit tension plus élevée dit courant plus faible, ce qui se traduit par moins de chaleur produite, par de plus petits composants et par une plus longue durée de vie des composants.

Comme toute autre pièce de machinerie lourde bien équipée, tous ces camions sont dotés de systèmes de surveillance de série. Chez Caterpillar, le système de gestion des informations vitales 3G est inclus dans le modèle de base, tout comme un écran de cabine et un système de gestion de la charge utile qui enregistre les données relatives à la charge utile et la productivité. D’autres systèmes sont offerts en option, dont un logiciel externe et la suite MineStar plus complète.

Du côté de Hitachi, a indiqué M. Mace, « il y a toujours des données historiques sur l’utilisation, les alertes, les défaillances et les données de charge utile. Et il y aura évidemment des données GPS aussi; tout est enregistré dans le camion ».

Le modèle 930E-5 de Komatsu sera commercialisé plus tard en 2017. Ce nouveau modèle utilisera des ventilateurs de refroidissement de moteur à courant alternatif plutôt que mécaniques. Avec l’aimable autorisation de Komatsu

Ensuite, c’est au client de consulter les données. Selon M. Mace, au cours des dernières années, les clients ont commencé à télécharger les données du camion à l’aide de la technologie sans fil. Parmi d’autres options de téléchargement, notons les services de télématique de Hitachi et tout système de gestion mis en œuvre par la mine.

Le système KomTrax Plus de Komatsu utilise la communication satellite pour diffuser des données accessibles sur Internet depuis ses gros camions miniers. Outre la chaleur, la pression et d’autres mesures réelles, il conserve un historique de paramètres de fonctionnement ordinaires. Le programme d’entretien et d’assistance est de série, tout comme le système de surveillance de la charge utile PLM IV, qui enregistre la charge utile, les durées de cycle, le nombre de charges et les codes de défaillance.

Au cours des deux dernières années, Komatsu a adopté la collecte de données massives sur plusieurs sites miniers afin de répondre à la demande en matière d’analytique en temps réel. Il s’agit toujours d’un projet de niche, mais M. Stedman estime que c’est la voie de l’avenir, qui, selon lui, est la mieux adaptée aux camions électriques. « On peut le faire avec un entraînement mécanique », a-t-il affirmé, « mais nous croyons que le système d’entraînement électrique offre une meilleure base pour recueillir beaucoup de données, qui, à notre avis, sont intrinsèquement plus précises. »

Les ingénieurs de Caterpillar, qui caresse ses propres projets de collecte de données massives, pourraient ne pas être d’accord. Mais il est évident, vu la demande de la clientèle et les travaux réalisés à ce jour, que les camions à entraînement électrique continueront de servir de tremplin pour l’innovation.

Traduit par CNW