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)場的物料運輸設(shè)備，它是一種非公路運輸車輛。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，配備專門的液力機械變速機構(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，液力機械變速機構(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械變速箱、傳動軸、主減速器、差速器以及相應(yīng)的鎖止機構(gòu)，簡化了整車結(jié)構(gòu)，減少了傳動部件設(shè)計制造的難度[3]。其中有一臺60噸鉸接式電傳動自卸車正在江西銅業(yè)城門山銅礦運行，本文對該車的運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、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、發(fā)電機等；

（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，柴油機帶動發(fā)電機電樞旋轉(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)橹绷麟姡訧GBT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，實現(xiàn)輪邊電機的牽引和調(diào)速，將電能轉(zhuǎn)變成機械能；電機的動力通過輪邊減速器降速、增扭后傳遞給驅(qū)動輪，車輛的前進和后退通過控制電機的轉(zhuǎn)動方向?qū)崿F(xiàn)。車輛在運行過程中，可以進行動力輔助制動，即無摩擦的緩行制動方式，此時，輪邊電機被調(diào)整為發(fā)電機運行狀態(tài)，將車輛運行的動能轉(zhuǎn)變成電能，通過電阻柵以熱能的形式耗散在大氣中，這時，輪邊電機產(chǎn)生的電動力矩阻礙車輛運行，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)雜的機械變速機構(gòu)和笨重的傳動軸，同時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)代替了在機械傳動卡車中的許多零部件，減少了機械磨損件，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)動機的運行工況，使其功率能與發(fā)電機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：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，與機械傳動相比，電傳動系統(tǒng)提供更低的運行成本，更高的可靠性，更少的維護和更強的性能，而且全壽命內(nèi)的機械磨損較小。相關(guān)研究表明，電傳動自卸車大修期為12000~13000小時，而機械傳動自卸車為6000~8000小時，電傳動自卸車比機械傳動自卸車減少33%。就易損消耗件的維修成本而言，機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行的60噸鉸接式電傳動自卸車與隨機抽取的三臺小松鉸接式機械傳動自卸車HM400-2（分別編號為01、02、03）進行對比，兩臺車的整車參數(shù)如表1 。

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

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

表1 自卸車參數(shù)

表2 自卸車運行數(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成本上、動力性、經(jīng)濟性及可靠性上均較機械傳動有優(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噸級鉸接式機械傳動自卸車尚未引進國內(nèi)運行，所以無法與其進行對比，待60噸級鉸接式機械傳動自卸車的運行數(shù)據(jù)收集后，可作更進一步的比較，同樣的，本次考核的時間為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。