淺談卡車架線輔助供電

張寧

摘 要：卡車架線輔助供電系統，如何改進卡車硬件結構和優化軟件控制系統，分析重型電動自卸卡車在露天礦坑里運輸的過程中可以降低生產成本提高生產效率和改善礦坑內的大氣環境。

關鍵詞：露天礦坑；730E重型卡車；卡車架線；電制動；直流驅動；交流驅動

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.156

0 引言

露天煤礦，在一條坡度為12%，長度為960米的礦山道路上，采用730E卡車做了卡車架線輔助供電系統的測試，得到了卡車實際運行數據，為今后進一步探討卡車架線輔助供電系統提供了理論依據。

1 卡車架線輔助供電系統的作用

架線輔助運行系統的原理并不復雜，在一條坡道上配有二根接觸導線，卡車通過受電弓（或集電桿）接到接觸導線上，然后用一定的控制方式把架線電壓加到卡車的直流或交流牽引電機，架線輔助運行系統由主要有下幾個部分：

（1）電源供電設備是接收、變換、分配電能的環節，包括線路隔離開關、變壓器、整流器、流斷路器等。

（2）集線裝置常用的有導線懸吊架線結構和匯流條架線結構兩種。

（3）受電器裝置相應有受電弓式和集電桿滑塊式兩種供選擇。

（4）卡車牽引控制系統是卡車的雙動力工況切換的核心大腦。

“架線輔助供電”是電傳動礦用卡車一種雙動力解決方案，通常采用高架線的方式對其提供外部電能的輸入，從而使其牽引力矩更大、沿坡道出礦坑的速度加快、縮短運輸時間、提高生產率、減少柴油消耗、降低設備維護費用、減少排放造成的空氣污染等，從而降低生產成本。用電能代替柴油燃料還將是很可觀的費用節約，同時使柴油機的壽命增加、卡車維修保養費用減少，并且發動機的噪聲、尾氣排放污染也會明顯減少。在露天礦的運輸線路中，大部分都是坡道運行，此時卡車的速度被柴油機的功率所限制，由于爬坡時的柴油機是滿負荷運行，所以此階段的燃料消耗率將占到總量的60%-70%。隨著礦山坑深的增加，電傳動卡車主要就是受柴油機功率限制、重載上坡速度小（8%坡道、3%滾動阻力時、320t卡車重載上坡速度約為9公里/小時），影響了生產效率。電動重型卡車由柴油機帶動車載發電機發出電能來驅動輪馬達使車輛運行，而輪馬達的容量是按車輛的制動功率來設計的，除驅動車輛運行外它還要提供巨大的制動能量，所以柴油機對其電能輸入根本不能發揮其全部潛能，采用架線輔助供電后，由于能量輸入大大增加，因此可以充分地發揮出輪馬達的潛力，使電動輪能在設計極限之內平穩可靠地運行，從而達到生產率的提高和運行費用的降低。另外，架線輔助系統使回收卡車制動能耗成為可能。當電傳動卡車下坡時，牽引電動機被當作為發電機運轉，如果在坡道上配有集線輔助系統，則電動輪發出的再生電能就可能為其它卡車上坡提供電能。

（5）內燃機是燃料在氣缸內部燃燒，將產生的熱能轉變為機械能的動力裝置。內燃機是工程機械和車輛的動力源。其主要由機體和曲柄連桿機構、配氣機構、冷卻系、潤滑系、燃料供給系、電器設備等組成。

2 730E卡車架線輔助供電系統的測試

2.1 730E卡車的負載特性

730E卡車在礦坑里運行，電動輪的負載主要是摩擦性負載，負載大小不變，負載轉矩方向總是與電機運動方向相反，總是阻礙電動機運轉，當電動機的旋轉方向改變時，負載的轉矩方向也隨之改變。在不計摩擦和介質阻力的情況下物體只發生動能和勢能的相互轉化且機械能的總量保持不變，也就是動能的增加或減少等于勢能的減少或增加。機械能與整個物體的機械運動情況有關。當有摩擦時，一部分的機械能轉化為熱能，在空氣中散失，另一部分轉化為動能或勢能。

2.2 730E卡車GE788電動輪的構成

730E卡車有2臺GE788電動輪， 其額定功率552kW，最高電壓800 V，最大電流2 500 A，減速比26.825：1，按卡車運行速度為40 km/h計算，電動機轉速可達1674 r/min。是驅動卡車運行的重要傳動部件，主要由直流電動機、輪邊齒輪減速器、輪轂及車輪制動器構成。GE788電動輪強制通風的直流電機將電能轉換成機械能，機械能通過NW行星輪系減速機構傳送到輪轂上。由直流電機帶動太陽輪旋轉，太陽輪帶動3個大行星輪旋轉，并通過與大行星輪同軸的小行星輪帶動扭力管上的內齒圈轉動，再經輪轂最后帶動車輪轉動.在電動輪自卸車運行中，施加到每個輪電機部分的電能，隨著電樞對行星輪等減速齒輪的驅動而變成機械能，電機扭矩通過NW行星輪系的減速而放大。采用架線輔助供電后，由于能量輸入大大增加，因此可以充分地發揮出輪馬達的潛力，使電動輪工作在額定功率，電樞電流等于額定電流。滿足電機的發熱量及溫升要求可以長時間在額定功率下工作。

2.3 730E卡車架線輔助供電測試數據

露天煤礦，在一條坡度為12%，長度為960米的礦山道路上，采用730E卡車做了卡車架線輔助供電系統的測試。730E卡車架線輔助供電電壓是1100V，電樞電流是1600A，分別測試了卡車的柴油機牽引模式和卡車架線輔助供電模式柴油消耗情況，數據如表一。當電傳動卡車下坡時，牽引電動機被當作為發電機運轉，卡車以30公里/小時勻速下坡則電動輪發出的再生電能功率約為350 kVA，在長度為700米的礦山道路上兩臺電動輪可再生電能約為18度電能。

3 卡車架線輔助供電的探討

3.1 730E卡車的硬件結構優化

730E卡車的硬件結構優化主要是卡車主回路和卡車絕緣檢測改造。由于架線電源的接入后卡車絕緣檢測無法檢測全車的絕緣狀態，需首先完成全車絕緣檢測改造工作。在卡車主回路中P1接觸器和P2接觸器是柴油機牽引模式閉合工作，TC1接觸器和TC2接觸器是架線供電牽引模式閉合工作?？ㄜ囈獙崿F卡車的雙動力工況正常切換核心在卡車牽引控制系統。endprint

卡車牽引控制系統是卡車的雙動力工況切換的核心大腦。要實現卡車的雙動力工況正常切換，需進行大量的實驗，對多個參數進行優化，修改卡車牽引控制邏輯，增加一些故障的觸發條件，完善整體監控性能，確保人員和設備安全。

3.2 架線輔助供電運行于常規柴油動力的比較

卡車架線輔助供電系統的主要問題是初次投資增加、道路靈活性受限制以及在維修和改造方面的花費。路面平坦是采用該系統的首要條件。由于該系統采用架空電線通過集電弓向卡車電動輪供電，因此必須保證集電弓與電線的接觸良好，這就要求路面平坦，起伏在集電弓容許的范圍之內；受電弓為了得到良好的電流接收而沒有電弧產生，受電器對架線導體接觸壓力有重要意義，壓力不應小于規定數值，但同時壓力也不應太大，以致產生大的磨擦損耗，受電器應該在架線導體高度的工作范圍內保證壓力變化很小，采用液壓缸上舉式。受電弓式的優點是操作方便，不受入口限制，可隨時隨處進入架線運行狀態。對受電器接觸導體的要求是：導電性能良好、機械耐磨性能好、比重小，其中金屬石墨性能最佳。另一方面由于架線汽車運行較快且受到架空線的限制，會出現超越其它燃油車輛的情況，就要求道路寬度較一般情況更寬以便超車，卡車的轉彎半徑也不應小于200m，以保證轉向順利。一般情況下，應盡量保證卡車在水平路段進人架線系統；同時為充分體現架線系統的優勢，所有重車上坡段均應布置在架線系統內。架線輔助供電運行相對于常規柴油動力的比較：

（1）靈活性不如常規動力車型這一點可以說是其最大不足，導致許多現有的露天礦不適用于架線輔助供電。

（2）生產率最大化坡道運行速度更快，上坡時的卡車速度不再由車載引擎決定，而由外部供電決定：由于外部電能輸入遠遠大于目前的柴油發動機功率，所以卡車速度的會大大提升，這樣就能加快工作循環或使用較少的車輛。

（3）降低燃料消耗和發動機維修、保養費用，延長發動機壽命如果是常規柴油動力，那么60-70%的燃料被消耗在坡道上，而架線輔助供電可以大降降低這項費用，并且發動機的維修和保養間隔能延長。

（4）對環境更友好，采用架線輔助供電時發動機基本牌怠速狀態，廢氣排放和噪音都明顯減少，提高了礦坑空氣質量。

4 綜述

采用國內自主技術完成730E卡車的硬件結構優化與卡車牽引控制系統改造實現730E卡車架線輔助供電。用電能代替柴油燃料可使柴油機的壽命增加、并且發動機的噪聲、尾氣排放污染也會明顯減少，卡車架線輔助供電的在交流變頻卡車上會有更好的發展。

參考文獻：

[1]DUMP TRUCK Pingshuo Anjialing Surface Coal Mine No.CNCDC-98-001.

[2]OHV DRIVE SYSTEMS[S].GE手冊.

[3]謝克明.自動控制原理[M].電子工業出版社，2004（07）.

[4]徐家龍.柴油機電控噴油技術[M].人民交通出版社，2011（07）.

[5]左然等.可再生能源概論[M].機械工業出版社，2007，08（01）.endprint