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LeTourneau电力驱动装载机发展史

2014-11-16 12:49| 发布者: 巨车网| 查看: 3959| 评论: 0|原作者: 袁瑜|来自: 矿业装备网站

摘要:   装载机是露天矿不可或缺的装备,一般来说作为一种辅助性的铲装设备,通常在电铲停机维护的时候使用,或者用在电铲不方便抵达的部位,也从事倒堆、清理工作面和其他辅助工作。在条件良好的情况下,如破碎良好的矿 ...
  装载机是露天矿不可或缺的装备,一般来说作为一种辅助性的铲装设备,通常在电铲停机维护的时候使用,或者用在电铲不方便抵达的部位,也从事倒堆、清理工作面和其他辅助工作。在条件良好的情况下,如破碎良好的矿岩和表土砂砾等物料,也可以作为主要的铲装设备,当然,要成为主要的铲装设备,其前提是要能与矿用自卸车完美匹配。

  为了满足矿山对效率的要求,并与矿用自卸车匹配,矿用装载机的尺寸、斗容及吨位都远超普通的建筑用装载机,因此,就有机会采用非常规的动力传动方式。矿用自卸车上广泛采用的电传动方式自然也可以用在巨型装载机上。目前,生产巨型装载机的厂商仅有卡特彼勒、小松和勒图尔勒3家,而生产电驱动装载机的厂商仅有久益环球旗下的勒图尔勒(LeTourneau),因此以下的讨论也仅仅围绕该厂商的产品进行。

  仅仅把勒图尔勒的电驱动装载机理解为装上电动轮的装载机是不够的,这里我们需要追溯一下电传动装载机的发展历史及涉及到的勒图尔勒的历史。勒图尔勒公司的创始人R. G. LeTourneau是一位传奇人物,1888年出生于美国佛蒙特州,在他的青年时代依靠自学成才由一个学徒工成长为一个发明家,当时他的主要成就是铲运机和推土铲,勒图尔勒的名字当时成为了土石方设备的代名词。时至今日,小松矿山仍将勒图尔勒的铲运机作为其历史的一部分。

传奇人物R. G. LeTourneau

  早期发展

  勒图尔勒在1929年创立了自己的公司,主要生产基于卡特彼勒拖拉机的牵引式铲运机和推土铲,为方便与卡特彼勒的合作,1935年他还在卡特彼勒的皮奥里亚工厂河对岸建立了一家工厂。此后,他热衷于可以高速行走的轮式车辆,开始生产自行式铲运机,他的大多数产品都有一个共同特点,就是工作装置都由电机驱动。二战期间他的铲运机和配有其推土铲的卡特彼勒推土机大量为盟军服务。

  勒图尔勒本人对电力驱动非常痴迷,他在1950年首先演示了其电传动车辆的概念,并很快应用到林业机械和各种军用车辆上。这些车辆都使用直流或交流发电机,每个车轮都安装一台直流电机,并配有电制动,通常没有悬挂和独立的车桥,电机暴露在外。1953年威斯汀豪斯空气刹车公司收购了包括皮奥里亚工厂在内的勒图尔勒所有土石方机械业务,成立了LeTourneau-Westinghouse 公司,并继续生产原勒图尔勒的各种土石方机械,后来逐步演变为小松矿业的重要组成部分。

1950年演示的电传动车辆

  根据协议,勒图尔勒在5年内不得再从事土石方机械业务,他正好用这段时光去研究各种充满奇思妙想的轮式车辆,并在林业和军用车辆领域实践着他的设想。1958年他重回土石方机械领域,推出了一系列轮式机械,包括自行式铲运机、轮式推土机、轮式装载机、铰接式自卸车、平地机、羊足碾及运料车等,这些机械的共同特点是:尺寸巨大、造型怪异、电传动、其中大部分为全轮驱动、常使用多台发动机和发电机。由于勒图尔勒本人固执地认为电力驱动是最好的解决方案,所有的机器的工作装置都采用电机进行驱动,由齿轮带动巨大的齿条进行动作,或者齿轮沿齿盘运动,甚至铰接转向机构也是如此,没有一处液压装置。

1950年的SL 15电动装载机,全部采用齿轮传动

  勒图尔勒的设计强调大容量和高速度,虽然电机驱动的工作装置设计精妙,但毕竟不符合潮流,而且造成效率较低和结构重量过大等问题,也难以得到市场的认可。因此,除了一些铲运机外,大部分机器仅仅停留在试验阶段,难以投入批量生产。终于公司面临日益严重的财务问题,勒图尔勒被迫在1966 年他 77 岁的时候把职务交给他的儿子,阻碍液压装置在勒图尔勒机器上使用的障碍消失了。

  横空出世

  勒图尔勒公司决定设计“现代”的产品,并于 1967 年 8月启动了露天矿用装载机项目XL-1。当时,轮式装载机已经比较流行,而且在向大型化发展,当时比较大的装载机有:1964 年的万国 H-400,斗容 7.6 m3; 1965 年的密歇根475A,斗容 9.2 m3; 1965年的达特D600,斗容 11.5 m3。勒图尔勒公司以密歇根和达特为竞争对手开始了 XL-1 项目。

  为降低研发成本,XL-1 的动力传动部分延用了以往成功的电传动经验,设计重点是工作装置及液压控制系统。1968年初完成了第一台 XL-1 样机,该机采用了比其竞争对手现代化得多的设计:前后铰接,但转向仍然沿用过去的齿轮齿条式,整机工作质量 79.4 t,全长13.3 m,最大卸料高度 6.6 m,斗容 11.5 m3,装载质量 20.4 t ;工作装置采用双动臂和双摇臂Z型连杆设计,动臂采用箱形结构;动力方面采用一台16气缸底特律柴油机,毛功率522 kW(700 hp) ,一台交流发电机与发动机连接在一起,但在布置上却是发动机在前发电机在后,这样的好处是避免高大的发动机散热器遮挡驾驶员的后视线,使得后机身顶部可以设计成一个较大的斜面; 电气开关柜布置在前车架上,两个举升油缸外侧各有一个,兼作挡泥板之用; 4个轮毂用螺栓固定在前后两个车桥上,每个前轮轮毂内部有两台直流电机及减速机构和制动机构,而每个后轮轮毂内部只有一台直流电机,轮胎规格是37.5x39,36PR ;在液压系统方面,液压泵并不由发动机直接驱动,而是由两台交流电机驱动,使得液压系统的压力与发动机转速无关,保证工作装置随时有充足的动力; 此外,在操控上延续了之前“老旧”的设计,未使用方向盘,前进、后退、速度控制和转向功能集中于驾驶员左手的操纵杆上,前推或后拉控制前进的方向,而转向则需要扭转操纵杆。

  XL-1经过了一系列的试验和改进,到1969年初正式发布时,已经有了不少的变化,比较大的包括:转向系统改为液压缸转向;更换了轮毂电机,前后轮毂配备了相同规格的单电机;手柄操控转向改为更常用的方向盘式; 安装了驾驶室。此时的 XL-1,很大程度上已经和现在的装载机非常接近,XL-1 的这些特征,绝大部分沿用至今。

XL-1装载机,工作装置已经是液压式,但转向仍为齿轮

  新型装载机在公司内部被称为 LeTric-Loader,后来又改为 LeTro-Loader,由于 XL-1的发动机功率为700 hp,因此被赋予了L-700 这个型号。很快,L-700原型机被运往多个矿山进行试用,包括新墨西哥州的纳瓦霍矿和加拿大的油砂矿,并在其后数年中不断返回工厂进行升级改造,先是升级为 L-700A,后又升级为 L-700SS。

正式产品L-700,转向改为了液压式,转向控制也为方向盘式

  扩张与挫折

  与此同时,LeTric-Loader的产品线也开始扩充,略小一些的 L-500 率先推出,同期推出的还有基于 L-500的轮式推土机D-450 型,勒图尔勒公司称之为Letro-Dozer。这些机器从一开始就使用液压转向,其他方面的设计也与L-700 雷同。其中 L-500 整机工作质量54.4 t,配备一台12气缸康明斯发动机,功率 373 kW  (500 hp) ,斗容 7.6 m3,装载质量13.6 t。可惜这些型号生不逢时,由于勒图尔勒公司的财务状况愈来愈糟糕,濒临破产,1970年9月被马拉松公司收购成为其分部,随后公司改名为马拉松-勒图尔勒公司。为了集中资源生产 L-700,L-500 和 D-450 尚在原型机阶段便被中止。

  1970年7月 L-700 开始投入批量生产,1973 年开始生产改进型 L-700A,到 1975 年,L-700系列共计生产了76台,幸好公司还有其他方面的业务,否则就破产了。一方面,勒图尔勒公司正处于困境,另一方面,露天矿对大型装载机的接受也需要一个过程。

  1975 年, 由 L-700SS 发展而来的 L-800推出,到 1976 年,L-800的生产取代了L-700A,其尺寸和斗容变化不大,主要变化是电控系统全面改用全固态的方式,摒弃了早期的开关电路。同时,发动机功率也略有增加,可选642 kW(860 hp)  16缸底特律柴油机或597 kW(800 hp)  12缸康明斯柴油机,后期642 kW(860 hp)  12缸康明斯KTA2300型柴油机也成为可选项。外观上,比较显著的变化是改用了唐纳森的圆形空滤,右侧的电气柜上安装了一个冷却风扇。1980 年后L-800 提供重负荷版本,斗容达到13 m3,装载质量23 t,工作质量达到 91 t(标准版为 84 t) 。到 1985 年停产,L-800共生产了192台,成为早期最成功的机型。我国曾于1985年引进该机型用于抚顺西露天矿。

L-800成为早期最成功的机型

  随着财务状况的好转和订单的增加,到 1976年,马拉松-勒图尔勒公司又重新开始产品线的扩充,包括中型装载机 L-600、大型的 L-1200和轮式推土机 D-800。然而 L-600 难以得到该吨级市场的认可,到 1986 年仅生产了区区26台。而被公司寄予厚望的 L-1200 结局则更悲惨,L-1200 工作质量达到 145 t,配备 895 kW(1 200 hp)  12缸底特律柴油机,也可选配康明斯 KTA2300 柴油机。斗容 16.8 m3,装载质量30 t,几乎是当时最大的装载机,仅仅略小于克拉克•密歇根 675C 的 18.3 m3。L-1200 的原型机于1978年8月完成,在参加完10月的美国矿业大会(MINExpo 的前身)后被运往矿山试用。然而由于1980 ~ 1982 年的世界经济危机,L-1200 以 11台的成绩惨淡收场,最后一台 L-1200 于 1984 年交付给哥伦比亚。

L-1200是第一代产品中的最大者

  重整旗鼓

  经济衰退打击了相当多的企业,马拉松-勒图尔勒公司的装载机业务几乎仅靠L-800 一个型号支撑着,但管理层非常清楚,危机总会过去,必须提前为经济复苏做好准备。为此,重新研发了第二代装载机产品。1982年,全新设计的L-1000 问世,工作质量104 t,斗容 13 m3,装载质量23 t,可选 671 kW(900 hp)  底特律或康明斯发动机。新型装载机的结构与以往有所不同,前车架的结构得到加强,动臂的形状也得到优化并加强,电气柜也不再安装在前车架上。后车架上,发动机不再置于发电机之前,而是置于发电机之后,以便于散热;简化了的电气柜布置在动力装置上方; 驾驶室也采用了全新的ROPS结构。像它的前任一样,L-1000也在参加完美国矿业大会后奔赴矿山试用,投入批量生产是在1983年,到 2004 年共生产了 107 台。

L-1000是第二代产品,比上一代改进不少

  在 L-1000 的基础上,马拉松-勒图尔勒公司还设计了一款特殊的采用外部供电的概念机TCL-1000 型,该机在后车架上安装了一个转台,上面安装了门架、电缆卷筒和收缆器,以保持一定的张紧度,这种设计保证了装载机可以在一定范围内自由活动而不必担心电缆的问题。TCL-1000 的后车身上由变压器和其他电气设备取代了柴油机和发电机。该机只生产了一台并在新墨西哥州的纳瓦霍矿试验了数年。

外部供电的概念机TCL-1000 型

  继 L-1000 的成功之后,更大的 L-1100 也在 1986 年问世了,L-1100 是上一代的 L-1200的后继机型,虽然斗容和装载质量与L-1200 保持一致,但工作质量仅为 125 t,比 L-1200 轻了20 t,发动机功率也只有783 kW(1 050 hp) 。L-1100 比 L-1200更快更经济,这得益于新的结构和新的电控系统,L-1100的动臂没有采用以往惯用的箱形结构,而是采用了单片厚钢板的设计,应付重负荷时更加从容。L-1100的生产一直延续到 2005 年,总产量为 122 台。

L-1100的动臂采用了单片厚钢板的设计

  随着第二代产品渐入佳境,而且20世纪80年代末220吨级卡车日益流行,公司开始研发更大的型号,这就是 1990 年推出的L-1400,它以 21.4 m3的斗容成为当时世界上最大的装载机。它的工作质量为 202 t,可配备一台1 194 kW(1 600 hp)  16缸康明斯KTA-50-C 发动机或1 268 kW(1 700 hp)  16缸底特律16V -149TI 发动机。L-1400 的动臂结构仍采用箱形,但截面更高。虽然尺寸和重量超过 L-1100,但 L-1400 更快,效率更高。由于L-1800 很快推出,L-1400的世界纪录保持时间不长,产量也只有 61 台。


  L-1400推出3年后,L-1800于1993年推出,创造了新的世界纪录,L-1800是为更好地匹配220吨级卡车设计的,只比L-1400大了一圈,工作质量为218 t,斗容25.2 m3,装载质量45.4 t,配备1 324 kW(1 800 hp) 底特律或康明斯发动机。随着第三代产品的推出,L-1800也在2002年停产,产量为30台。

L-1800于1993年推出,创造了新的世界纪录

  升级换代

  1994年,罗恩集团以5 200万美元的价格收购了马拉松-勒图尔勒公司,公司又改名为勒图尔勒公司。随着技术日臻成熟,公司又开始研制新一代的电动装载机,采用最新技术的目标不仅是优化性能和生产率,同时也要增加可靠性并降低燃油消耗,这就是50系列。第一款50系列产品L-1350作为L-1400的替代机型于1999年问世,该机配备了先进的电子系统,可以监控所有系统功能,并及时向驾驶员反馈信息,避免误操作。L-1350还是首个配备了全操纵杆的机型,取消了方向盘,类似于最早的XL-1原型机,但转向无需扭转,左右摆动即可。驱动方面,L-1350仍采用直流牵引电机。但在勒图尔勒公司取得开关磁阻(SR)电机的技术授权后,2003年,首先将SR牵引电机应用在L-1350上。SR技术是由艾默生公司研发的技术,可以显著提高性能,反应更迅速,扭矩更大,同时没有了碳刷,维护更简单。L-1350工作质量为181 t,配备1 177 kW(1 600 hp)的MTU/DDC 12V-4000或康明斯QSK-45发动机,斗容21.4 m3,装载质量38.1 t,适用于130~230吨级的卡车。我国神华准能公司内蒙古哈尔乌素露天煤矿在2009年引进了L-1350用于装煤作业。

第一款50系列产品L-1350

  其他机型也开始逐渐变为50系列,2002年,L-1800的替代机型L-1850推出,后来也成为最受用户欢迎的产品。L-1850工作质量230 t,配备1 471 kW(2 000 hp) MTU/DDC 16V-4000或康明斯QSK-60发动机,斗容25.2 m3,装载质量45.4 t。和L-1350一样,L-1850很快用上了新式的SR牵引电机,适用于218~327吨级的卡车。

L-1800的替代机型L-1850

  在L-1350试验SR技术的同时,勒图尔勒公司还研发了一款L-950作为L-1000的替代机型,并于2004年亮相MINExpo,该机除了具有50系列的特征外,从一开始就使用了SR牵引电机。L-950工作质量为106.6 t,配备772 kW(1 050 hp)的底特律或康明斯发动机,斗容13.8 m3,装载质量24.5 t。L-950的动臂结构为单片厚钢板式,适用于68~136吨级的卡车,哈尔乌素矿在2008年引进了L-950用于剥离。

L-950

  2008年,又一款新型的L-1150问世并亮相当年的MINExpo,L-1150是L-1100的替代机型,它不仅采用了SR牵引电机,还采用了SR发电机。同时采用了混合动力技术,可以回收制动的能量,减少燃油消耗,此外它的数字监控和诊断系统也得到了升级,使得牵引控制的反应更迅速同时可以减少轮胎打滑的现象,这些特征被称为50系列的第2代。L-1150工作质量为140.6 t,配备886 kW(1 205 hp)的MTU/DDC或康明斯发动机,斗容19.1 m3,装载质量34.5 t。L-1150适用于130~180吨级的卡车,与L-950一样,动臂也采用单片厚钢板式。

2008年,新型的L-1150问世

  50系列不仅仅是升级原有产品线,从一开始,勒图尔勒公司就决定研发一款超大装载机以匹配300吨级以上卡车,这就是2000年推出的L-2350,它以40.5 m3的斗容和72.6 t的装载质量打破了L-1800保持的世界最大装载机纪录,当它出现在当年的MINExpo上时惊艳了全场。L-2350工作质量为265.8 t,配备1 692 kW(2 300 hp)的MTU/DDC 16V-4000或康明斯QSK-60发动机,采用了当时最大的凡世通70/70-57轮胎,可以为后来出现的363 t卡车装车,在配用煤斗时,斗容可以增加至65 m3。L-2350随后也应用了SR牵引电机,哈尔乌素矿在2010年引进了L-2350用于岩土剥离和装煤作业。

目前,L-2350仍然是全球最大的轮式装载机

  2006年,勒图尔勒公司改名为勒图尔勒技术公司(LTI),随后在2008年罗恩集团有意将其剥离,但由于次贷危机使得无人接盘,直到2011年由久益环球以11亿美元的价格将LTI收购。随后,久益环球以3.75亿美元的价格将LTI的海洋钻井平台业务卖掉,将LTI剩下的矿山产品并入露天采矿业务单元,成为P&H LeTourneau系列,勒图尔勒不再以子公司或分部的形式存在。

  在2011年初,勒图尔勒公司正式发布了第2代50系列产品,除了L-1150,其余4个型号也用新的SR混合驱动技术升级到了第2代,工作参数也略有增加。事实上,勒图尔勒的装载机除了采用电驱动及其电控系统这个最主要的特色外,还有一些其他值得称道的特性。

  (1)动臂除L-950和L-1150这两个较小吨位的采用厚钢板外,都采用箱形结构以降低结构重量;
  (2)前后车架铰接关节、动臂和动臂油缸与前车架的连接处都采用球形铰,可以为这些关键部位提供更大的承载能力和耐久性;
  (3)采用高效、长寿命的KLENZ空气滤清系统;
  (4)车桥采用加压设计,为电机和制动器创造一个空冷、无尘的环境;
  (5)4级行星齿轮减速,同时采用连续润滑,保证了可靠性和长寿命;
  (6)模块化设计,便于维护。

  毫无疑问,经过近50年的发展,巨型电驱动装载机不仅可以拥有巨大的尺寸以匹配巨型卡车,电力驱动的诸多优点如柴油机可以恒定转速运转,减少燃油消耗,延长发动机寿命;传动效率较高;电制动使得磨损较小等也在装载机上得到充分的体现。在提高生产率和燃油效率的同时,操作的简便和精确使得驾驶员可以更专注于铲斗本身。先进的电气系统和电子信息技术的运用也使得维护和诊断变得更轻松。特别是,目前L-1850和L-2350都比目前市场上的液力机械式装载机要大,所有这些都使得大型露天矿在条件适合的情况下会选择电驱动装载机。

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