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矿用电动轮自卸卡车技术发展研究 目前,采矿自耕汽车广泛应用于冶金、采矿、水利水电等行业,以及承担着采矿、采矿、线路等运输任务。这是一种专业设备,属于非道路车辆。矿用自卸卡车按动力驱动方式不同,可分为矿用机械式自卸卡车和矿用电动轮自卸卡车两种,早期矿用自卸卡车,吨位小,均为机械传动,自20世纪70年代美国Caterpillar生产出第一台矿用电传动自卸卡车至今,矿用电动轮自卸卡车已被用户广泛接受与应用,本文主要讨论矿用电动轮自卸卡车。 1 目前,采矿自耕车技术 1.1 国内外生产医用电动轮自卸单车企业 矿用电动轮自卸卡车关键核心技术包括:大功率变流调速技术、大功率柴油机技术、大功率发电机技术、大功率牵引电机技术、大型结构件分析及制造技术、控制技术、系统集成优化设计技术等。矿用电动轮自卸卡车的技术含量高,研发周期长,试制试验费用高,资金占用量大,配套体系要求高。关键核心技术决定了矿用电动轮卡车的研发与生产必须具有足够的技术实力及制造工艺水平,所以,目前世界上能够研发和生产矿用电动轮自卸卡车的企业数量不多。目前全球矿用电动轮自卸卡车主要生产企业有美国的Caterpillar、Terex,德国的Liebherr,日本的Komatsu、Hitachi和白俄罗斯的Belaz,这些公司大型矿用电动轮自卸卡车所占的市场份额之和占全球矿用电动轮自卸卡车市场份额的90%以上。我国大吨位矿用电动轮自卸卡车主要生产企业有内蒙古北方重型汽车股份有限公司、北京首钢重型汽车制造股份有限公司、湖南湘电集团湘电重型装备股份有限公司等。北方重型汽车股份有限公司是在2006年由北方股份与Terex共同投资成立,专业生产超大型电驱动矿用卡车的企业;湘电重型装备股份有限公司2008年研制的220 t级交流传动电动轮自卸卡车,是目前国内研制的最大吨位矿用电动轮自卸卡车;北京首钢重型汽车制造股份有限公司主要生产170 t级交-直传动矿用电动轮自卸卡车。目前,国外最大吨位矿用电动轮自卸卡车已达400 t级,而我国矿用电动轮自卸卡车仅为220 t级。无论是技术水平还是生产规模,与国外相比,我国还存在较大差距,需要加快追赶。 1.2 交流驱动系统 工程机械巨头———美国Caterpillar技术实力雄厚,其产品从柴油发动机、交流发电机、牵引电动机、变流调速控制系统软硬件到整车其他系统,均采用自己的技术,所有关键部件均自行研制生产,其最大装载质量313 t的795F型矿用电动轮自卸卡车已在MINExpo 2008展会上亮相;日本Komatsu860E-1K型矿用电动轮自卸卡车交流电传动系统采用的是与德国Siemens公司联合开发的技术,Komatsu的960E及高功率版的930E等则使用GE的交流驱动系统;德国Liebherr公司额定装载质量为363 t的T282C型矿用电动轮自卸卡车采用德国MTU公司的20V2000发动机及Liebherr公司内部开发的Liebherr-Litronic交流驱动系统;日本Hitachi额定装载质量为254 t的的EH4500-2,所装备是16缸排量65 L的Detroit Diesel 16V-4000型柴油发动机,驱动系统为采用了Seimens控制技术的Hitachi交流驱动系统;白俄罗斯Belaz的75600型矿用电动轮自卸卡车装备Cummins柴油发动机、Siemens公司的控制技术及交流驱动系统。我国内蒙古北方重型汽车股份有限公司主要技术来源于Terex技术。北京首钢重型汽车制造股份有限公司主要生产的170 t交-直传动电动轮自卸卡车是与北京科技大学联合研制的,使用Cummins发动机,传动系统、交流变频控制系统等均由国内配套。湘电重型装备股份有限公司2008年研制的第一台220 t级交流传动电动轮自卸卡车,借鉴了Komatsu和Belaz的技术,使用Cummins QSK-60型发动机、GE传动系统,整车集成优化、变频调速控制系统及液压系统均为自主研发。 1.3 电动轮动力传递方面 因技术、材料、工艺水平的诸多限制,特别是大功率液力变矩器、变速器及驱动桥的设计及制造技术的限制,研制100 t级以上机械式驱动的矿用自卸卡车存在较大困难。因此,装载质量100 t以下的矿用电动轮自卸卡车一般采用机械式驱动方式,装载质量100 t以上的大型矿用自卸卡车广泛采用电动轮驱动方式。 电动轮动力传递路线:发动机→发电机→功率电子装置/控制系统→牵引电动机→轮胎。 随着美国GE公司和RCA公司IGBT等电力电子器件研制成功,并经过几代改进,这些高功率密度、高效率的电力电子器件实现了技术突破,并开始系列化生产。高性能电力电子器件的出现推动了大型矿用电动轮自卸卡车的发展,矿用电动轮自卸卡车与机械式自卸卡车相比,既不需要复杂的机械变速机构和传递转矩的传动轴
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