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大型矿用电动轮卡车的发展

已有 959 次阅读2013-12-4 10:42 |个人分类:矿用卡车| 计算机, 自卸车, 可靠性, 元器件, 日本

重型矿用电动轮卡车的发展主要呈现三种趋势：
(1)大型化
(2)计算机控制和大量新电控元器件的使用
(3)整车性能和可靠性的提高

传动方式也由交--直流传动为主过渡到了交--交流直接传动方式，推动矿用电动轮自卸车朝大型化发展的原因主要有两个：一是大型露天矿山开采的需要，二是大型机械传动卡车发展带来的压力。

机械传动矿用车与电动轮矿用车的竞争在过去的40多年里一直很激烈，在上世纪6O、70年代由于技术、材料、工艺水平的限制，特别是大功率液力变矩器的设计及制造技术没有过关，机械传动矿用车向大型化迈进有不小困难，于是电动轮趁机得到了发展，并且几乎占领了全部的100t级以上矿用车市场。直到1983年美国Caterpillar的785型、日本Komatsu的HD 1200M两种载重量超过100吨的机械传动卡车的问世，机械传动车型才逐步进入100t级矿用卡车市场，但其在当时的市场占有率也仅为2％-3％。从80年代中后期开始，由于技术的发展和Allison大型液力变矩器的研制成功，机械传动型卡车得到了迅速发展，目前机械传动型卡车在100t级以上矿用车的市场占有率可能有1/4-1/3左右，大吨位机动卡车主要生产者是美国的Caterpillar，其产品的最大载重量能达到380短吨甚至400短吨！

大型机械传动卡车的不断发展，迫使矿用电动轮车型朝着更大吨位、性能更加先进和可靠的方向前进。高速发展的电子技术、控制技术和新型电子元器件的出现、大功率车用柴油机的问世、高负荷大型轮胎材料的研制成功及相关技术的解决，均为矿用电动轮卡车的大型化发展铺平了道路。因此，矿用电动轮的大型化已成为许多矿用电动轮自卸车制造厂家为开拓市场、吸引更多用户而普遍采用的一种竞争策略。目前最大的电传动矿用卡车载重量已达到了400短吨，柴油发动机功率超过了3700马力，电传动系统全部用计算机控制。

从80年代中后期开始，计算机控制技术已逐步应用于矿用电动轮的车速自动调节、柴油机燃油喷射及整车的故障分析诊断等领域，随着计算机技术、通信技术、传感器技术的进一步发展及有关元器件功能的完善、可靠性的提高，计算机控制技术已在矿用电动轮卡车的许多方面得到应用。

随着交流变频调速技术的发展和大功率逆变器的同世，重型矿用电动轮卡车已进入了交--交流直接传动的时代，早在1996年Komatsu就在芝加哥国际博览会上展出了首台交--交流传动型矿用卡车，该车型是世界首台载重量达到300短吨的车型，最高车速为64.5km／h，采用交流力矩控制系统。发动机采用德国MTU公司的16V396TB44L柴油机，额定功率2000kW，发电机是GE公司的GTA-34，电动轮采用交流感应电动机，传动比为31.50:1。每台交流感应电动机配备一个牵引逆变器，每套逆变器中有6个GTO型晶闸管和6个反并联二极管，逆变器用强迫空气流冷却。在控制方面增加了减速时打滑和牵引时空转的检测和保护。系统主电路的触点由14个减少到5个，从而可以减少动作延时3--4秒，系统反应更为快速。另外，Euclid-Hitachi和德国的Siemens合作于1997年推出了R260（现在成了EH4500）交--交流传动矿用电动轮卡车，并在1998年就投入到了商业生产。

交--交流传动型矿用电动轮由于采用了交流电机作为牵引电机，消除了交--直流传动因直流牵引电机换向器结构而引起的在高压大功率时换向困难、电位条件恶化、结构复杂、制造难度大和维修麻烦等缺点，使牵引电机的工作可靠性大大提高。而且交流电机相对直流电机价格便宜，制造周期短，伴随着逆变器控制技术的成熟、元器件工作可靠性的提高及价格的不断降低，交--交流传动目前已基本取代了直流型矿用卡车。为提高整车性能和工作可靠性，各大制造商都将大量先进的设计方法和成熟的分析软件应用于矿用电动轮卡车的前后桥悬架系统、车架、后桥壳、轮辋、电动轮总成等关键零部件的结构设计及应力分析中，提高了整车的操纵稳定性、行驶平顺性、工作可靠性及整车使用寿命。

对于重型矿用电动轮卡车，另一个值得关注的方面是双能源车，即采用辅助架线供电和本身柴油发动机作为双能源运行。在重载上坡时，卡车采用辅助架线直接供电驱动，柴油发动机只作怠速运行，在平道行驶时则由柴油发动机驱动，在下坡时，车辆制动所产生的电力经辅助架线直接返回给电网。双能源矿用电动轮车型既解决了车辆重载上坡时柴油发动机动力不足、车速慢等问题，又节约了能源，降低了柴油机的废气排放，有利于环境保护，同时对柴油发动机的功率要求可以适当降低。如美国一公司的235吨级双能源矿用电动轮，其柴油发动机功率仅为746kW，而牵引电机的总功率则达到了3358kW，是柴油发动机功率的4.5倍。大型露天矿山的开采逐步向深凹处发展，能源、环境意识也在不断的增强，双能源矿用卡车是否会在大型露天矿山的开采中发挥更大的作用？

交--交流传动矿用电动轮当前是重型矿用电动轮卡车的主要方向，强大可靠的性能是研究开发的重点。随着世界经济的发展和大型矿山设备的更新换代，估计对重型矿用电动轮的需求量将会增大，各大制造商都在努力提升制造水平，争夺市场份额...

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