淺談60噸鉸接式電傳動自卸車可行性分析

王貴根

江西銅業(yè)股份有限公司城門山銅礦 江西省九江市 332199

1 引言

鉸接式自卸車（Articulated Dump Trucks）是指駕駛室和車體這間具有鉸接點(diǎn)及擺動環(huán)的卡車。主要應(yīng)用在礦山、水電工地、港口等作業(yè)現(xiàn)場的物料運(yùn)輸設(shè)備，它是一種非公路運(yùn)輸車輛。使用在惡劣的作業(yè)環(huán)境中（如泥潭、波浪路面等），適用于狹小的裝載和卸裁空間以及有急轉(zhuǎn)彎的路面環(huán)境下作業(yè)[1]。

國內(nèi)鉸接式自卸車保有量約300多臺，并且都是機(jī)械傳動，載重量也基本都集中在40噸左右。2016年德國寶馬工程機(jī)械展，VOLVO推出了載重55噸的A60H，同樣的，BELL也展示了其60噸級的鉸接車B60E，由此可以看出，起來越多的廠家意識到將鉸接式自卸車大型化的重要性，并采取了不同技術(shù)手段的嘗試[2]。

鉸接式自卸車的運(yùn)行工況非常復(fù)雜，通常采用6×6的驅(qū)動方式，配備專門的液力機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，該類型變速結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，且開發(fā)需要較長的周期和較高的成本，因此，液力機(jī)械變速機(jī)構(gòu)已成為阻礙鉸接式自卸車大型化發(fā)展的主要因素。所以國內(nèi)已經(jīng)有幾家自卸車廠家開始嘗試生產(chǎn)60噸鉸接式電傳動自卸車，采用柴電動力和電傳動技術(shù)，代替了傳統(tǒng)鉸接式自卸車所必須的液力機(jī)械變速箱、傳動軸、主減速器、差速器以及相應(yīng)的鎖止機(jī)構(gòu)，簡化了整車結(jié)構(gòu)，減少了傳動部件設(shè)計(jì)制造的難度[3]。其中有一臺60噸鉸接式電傳動自卸車正在江西銅業(yè)城門山銅礦運(yùn)行，本文對該車的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，論述60噸級的鉸接式自卸車采用交流電傳動方案的可行性。

2 鉸接式電傳動自卸車主要結(jié)構(gòu)及工作原理

鉸接式電傳動自卸車一般由車型系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和行駛系統(tǒng)等組成，見圖1，其中：

圖1 鉸接式電傳動自卸車的主要組成

（1）車型系統(tǒng)包括車架、貨箱、走臺及駕駛室；

（2）動力系統(tǒng)包括柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)等；

（3）液壓系統(tǒng)包括液壓舉升、液壓轉(zhuǎn)向與液壓制動；

（4）電控系統(tǒng)包括電傳動控制、輔助控制等；

（5）行駛系統(tǒng)包括前后橋、前后懸架、電動輪總成及車輪等。

整車動力來自柴油發(fā)動機(jī)，柴油機(jī)帶動發(fā)電機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生固定頻率和固定電壓的三相交流電，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能；所產(chǎn)生的電流經(jīng)整流和勵磁控制變?yōu)橹绷麟?，以IGBT為核心元件的變頻器為定子提供幅值和頻率可變的三相交流電，形成旋轉(zhuǎn)磁場，實(shí)現(xiàn)輪邊電機(jī)的牽引和調(diào)速，將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能；電機(jī)的動力通過輪邊減速器降速、增扭后傳遞給驅(qū)動輪，車輛的前進(jìn)和后退通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向?qū)崿F(xiàn)。車輛在運(yùn)行過程中，可以進(jìn)行動力輔助制動，即無摩擦的緩行制動方式，此時(shí)，輪邊電機(jī)被調(diào)整為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，將車輛運(yùn)行的動能轉(zhuǎn)變成電能，通過電阻柵以熱能的形式耗散在大氣中，這時(shí)，輪邊電機(jī)產(chǎn)生的電動力矩阻礙車輛運(yùn)行，從而起到減速制動的作用。液壓系統(tǒng)主要控制貨箱的舉落、整車轉(zhuǎn)向和車輛的機(jī)械制動。

3 電傳動的優(yōu)勢分析

電傳動自卸車取消了復(fù)雜的機(jī)械變速機(jī)構(gòu)和笨重的傳動軸，同時(shí)也取消了后軸的主減速器、半軸和差速器等，取而代之的是電纜的軟連接，簡化了車輛的結(jié)構(gòu)。利用電傳動系統(tǒng)代替了在機(jī)械傳動卡車中的許多零部件，減少了機(jī)械磨損件，傳動鏈短、傳動效率高、結(jié)構(gòu)簡單，提高了傳動效率和工作的可靠性。電傳動系統(tǒng)還可以改善柴油發(fā)動機(jī)的運(yùn)行工況，使其功率能與發(fā)電機(jī)相匹配而得到充分的利用，提高車輛的牽引性能。

此外由于電力系統(tǒng)自身的一些特性，電傳動還有這些優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速性能好，響應(yīng)速度快、啟動力矩大、從零轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速可提供額定轉(zhuǎn)矩，可以提供顯著的牽引能力優(yōu)勢；還可以進(jìn)行打滑和空轉(zhuǎn)的控制，以降低輪胎的磨損，還具有無級變速的特性，可使車輛運(yùn)行平穩(wěn)；具有恒動控制，功率可充分利用；動力制動行駛安全等。電傳動車輛能方便地測定轉(zhuǎn)速和扭矩，所以能保持發(fā)動機(jī)經(jīng)常保持在最佳工況，提高了車輛的動力性能。

由此可見，與機(jī)械傳動相比，電傳動系統(tǒng)提供更低的運(yùn)行成本，更高的可靠性，更少的維護(hù)和更強(qiáng)的性能，而且全壽命內(nèi)的機(jī)械磨損較小。相關(guān)研究表明，電傳動自卸車大修期為12000~13000小時(shí)，而機(jī)械傳動自卸車為6000~8000小時(shí)，電傳動自卸車比機(jī)械傳動自卸車減少33%。就易損消耗件的維修成本而言，機(jī)械傳動自卸車一般在12000元/萬噸公里，而電傳動自卸車只需2600元/萬噸公里[4]。

4 60噸鉸接式電傳動自卸車運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

對正在江西銅業(yè)股份有限公司城門山銅礦運(yùn)行的60噸鉸接式電傳動自卸車與隨機(jī)抽取的三臺小松鉸接式機(jī)械傳動自卸車HM400-2（分別編號為01、02、03）進(jìn)行對比，兩臺車的整車參數(shù)如表1 。

為考核該車輛的可靠性，針對該車進(jìn)行了為期30天的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在這30天期間，車輛的運(yùn)行數(shù)據(jù)如表2。

表中：日歷時(shí)間=30（總天數(shù)）×24（小時(shí)）=720h；設(shè)備可動率=（日歷時(shí)間-停車時(shí)間）/日歷時(shí)間＝（720-180）/720=75.4%；設(shè)備出勤率=發(fā)動機(jī)運(yùn)行時(shí)間/總時(shí)間=390/720=54.2%；

表1 自卸車參數(shù)

表2 自卸車運(yùn)行數(shù)據(jù)

可以看出，60噸鉸接式電傳動自卸車的可動率與小松HM400-2接近，出勤率比小松HM400-2的高約10%，該車的可靠性比較理想。

5 結(jié)語

由于交流電傳動自卸車的造車成本比較高，100噸以下的自卸車采用電傳動的優(yōu)勢不明顯，所以很少看到100噸級以下的電傳動自卸車。但從本文的分析可以看出，鉸接式電傳動自卸車在維護(hù)成本上、動力性、經(jīng)濟(jì)性及可靠性上均較機(jī)械傳動有優(yōu)勢，所以從全壽命分析來考慮，小噸位自卸車采用電傳動方案也是值得嘗試的。

由于60噸級鉸接式機(jī)械傳動自卸車尚未引進(jìn)國內(nèi)運(yùn)行，所以無法與其進(jìn)行對比，待60噸級鉸接式機(jī)械傳動自卸車的運(yùn)行數(shù)據(jù)收集后，可作更進(jìn)一步的比較，同樣的，本次考核的時(shí)間為30天，且樣本只有一臺，未能全面、可靠的分析其可靠性，待車型保有量提升后可作更詳細(xì)的對比分析。