矿山车

1矿山车矿山车真正的老大是美国卡特和日本小松，以前的矿山车装载质量都在250吨以下，小松九十年代后期推出的930E是第一辆300吨级别的矿山车。矿山车做大就要大功率发动机，目前最大功率的是康明斯-小松组成的发动机联合体研发的3700匹柴油机。利勃海尔只是后起之秀，目前他们的顶级矿山车就采用康明斯-小松联合体的发动机。小松公司与康明斯公司合作，建立一个技术联合企业——工业动力联合体（IPA），开发研制QSK78型发动机。集中两个公司的经验与智慧，联合工作队很快就搞清楚了，为了获得较大的功率，不能单靠增加缸体容积来实现，应在稳妥的基础上前进，将现有的缸体、曲轴、动力缸等硬件设计，可作为能向市场提供的燃油喷射与空气管理系统的软件包以及可靠性结合起来，于1999年3月由IPA研制出第一台试生产的QSK78型发动机，到2001年5月，共生产11台，其功率高达2619KW（3500马力）。康明斯（CUMMINS）和小松两个公司集中了双方的专长和经验开发研制QSK-78型发动机。在CUMMINSQUANTUM设计基础上将QSK78设计成单缸排量为170×190（mm），共有18个缸。170mm动力缸的设计是采用了经实践考验的小松公司6VSAAD170型发动机的动力缸。QSK78型发动机被称为“绿色”发动机，通过提高燃烧效率使其排放能满足美国第一阶段和加州空气资源委员会的排放要求，特别是这种发动机还能满足2006年生效的重型发动机第二阶段排放要求。QSK78型发动机为了提高燃烧效率，降低排放，采取的主要办法有：1、采用了CELECTTM发动机电子控制技术，能更精确控制燃烧过程，准确控制燃油喷射时间和油量，优化燃烧过程，使燃油充分燃烧，从而降低污染物的排放；2、采用高压喷射系统（HPI），提高喷油压力（可高达150MPA），使燃油喷雾颗粒进一步细化，以增大燃油与空气的接触表面积和缩短净化时间，从而加速燃油与空气的混合，提高燃烧效率；3、采用两段涡轮增压和中冷后冲系统，增压是提高发动机进气充量的有效措施，可以大幅度提高进气密度，能提高柴油机功率30%~100%，同时因过量空气系数Φa足够大，燃烧的完全彻底以及泵气过程做正功，提高了燃油的经济性，也正是增压柴油机的过量空气系数Φa大，容易抑制碳烟和微粒的产生，CO和HC排放也会进一步降低。增压后进气温度会升高到150℃，导致压缩后的温度进一步升高，提高了燃烧温度，加上此时的富氧燃烧可能会造成NOx排放量升高。为此，采用增压中冷使进气温度降低，以控制Nox排放恶化。QSK78型柴油机采用二段增压和两次冷却（中冷和后冷），使空气压力进一步提高，进气密度更加增大，过量空气系数Φa进一步增大，燃烧更彻底，两次冷却使进气温度足够降低，保证更好地控制Nox和微粒的排放。小松公司具有微涡流燃烧室(MTCC)技术，这种技术可以改善直喷式燃烧室中存在的低速时涡流太弱而高速时涡流过强问题，可在较宽发动机速度范围内保持2合适的气流运动强度，涡流与湍流运动兼有，因而碳烟排放和燃油消耗率都得到了改善。这种车的霸主是卡特彼勒和小松，小松的顶级车是930E，卡特是797，马力也在3500匹左右，康明斯发动机，载重量是360美吨（比公制的吨稍微小一点），这种车一般采用水运，而且是解体后运输，我专门买了这种车的书。国内使用的这类车要小的多，我在三峡看的是卡特777，是我见到最大的了，而实际上载重量只有80吨，但轮胎和一辆东风5吨平头柴一样高，象930E它后轮中间的轮拱就能放下一个成年老外了。小时候我爸也开这类车，载重量就27吨，但在马路上无人敢不让路，自动档，很轻，刹车是油压加气压。听说这种装几百吨的是靠发动机发电然后带动四个轮子上的电机转动，这种车真是不好拆开看。MarathonLeTourneau公司生产的Titan3320型矿用汽车作为世界上最大的矿用汽车，使运输汽车的历史进入了一个新的阶段，其有效载重量为290t，比目前使用的各种汽车具有更大的生产效率。设计的六轮胎、三轴汽车，证明了构件技术。同时，在运行期间使车辆达到平衡。单独的两轴、4轮胎驾驶和四轮胎、单轴驱动，要求提供最佳设计构形。新的MarathonLeTourneau“F系列”牵引马达是专为Titan3320设计的，其额定功率1492kW，使单驱动轴成为现实。机械传动的缺点是转数低的时候，扭矩不高，并且对柴油发动机磨损太大。电动轮就没有这样的问题。卡特皮勒的这一种发动机是二个V12组成的。体积太大，变数箱不好用。100吨以下的卡车，还是不错的。还是康明斯或底特律的柴油机不错。利勃海尔T282小松960E。美国卡特797矿山车在1998年推出时，以惊人的326吨的额定载重量成为当时最大的卡车；2002年卡特又推出了额定载重量为345吨的797升级版卡特797B矿山车。矿用电动轮自卸卡车技术现状及展望一、矿用电动轮自卸卡车技术及主要配置工程机械巨头———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313t的795F型矿用电动轮自卸卡车已在MINExpo2008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363t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254t的的EH4500-2，所装备是16缸排量65L的DetroitDiesel16V-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、3Siemens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170t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220t级交流传动电动轮自卸卡车，借鉴了Komatsu和Belaz的技术，使用CumminsQSK-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。二、驱动方式因技术、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100t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100t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100t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，也不需要后轴伞齿轮、半轴和差速器的驱动桥总成，只要用电缆连接即可。矿用电动轮自卸卡车结构大大简化，电传动系统替代了机械传动系统，减少了许多零部件，电传动系统中间环节少，传动链短，机械磨损少，提高了传动效率和工作的可靠性。此外，电传动系统还可以改善柴油机的工作状况，使其功率与牵引发电机相匹配而得到充分地利用，从而提高车辆的牵引性能，并可实现无级变速、无摩擦电制动和自动电动差速等，因此，电动轮驱动与机械式驱动相比有不少优势，应用越来越多。目前，载质量100t级以上的矿用自卸卡车市场几乎全部为电动轮驱动方式占领。三、交-直-交电传动系统20世纪80年代和90年代，矿用电动轮自卸卡车交-直驱动系统占主导地位，交-直电传动系统即由交流发电机发出三相交流电，经过硅整流器整流变成直流电以后，供给具有换向器结构的直流驱动电机，缺点是结构复杂，体积大，质量大，高压大功率时换向困难，成本高，制造难度大，维修麻烦。目前除白俄罗斯Belaz公司部分矿用电动轮自卸卡车采用交-直型电传动系统外，其他公司多数矿用电动轮自卸卡车采用交-直-交电传动系统。交-直型电传动系统已基本被交-直-交电传动系统取代。美国GE公司、德国Siemens公司目前推出的矿用电动轮自卸卡车的电传动系统，均为交-直-交传动系统。四、矿用电动轮自卸卡车发展趋势根据用户成本统计分析，矿用电动轮自卸卡车的有效装载质量越大，单位运输成本就越低。前几年，4120t级、150t级、170t级矿用电动轮自卸卡车是市场主流产品，而目前，190t级、220t级、290t级矿用电动轮自卸卡车已被广泛应用，最大吨位已发展到400t级。矿用电动轮自卸卡车未来还将向着更加大型化的方向发展。从2011年1月起，欧盟对非道路车辆实施IIIB阶段排放标准，日本也会根据市场变化进行排放标准调整。国外排放标准的不断提高，将进一步促进矿用电动轮自卸卡车技术的提高。混合动力矿用电动轮自卸卡车将是一个重要发展方向，欧盟双能源矿用电动轮自卸卡车已研制出来，今后将会取得更大发展。双能源矿用电动轮自卸卡车既解决了车辆重载上坡时柴油发动机动力不足，车速慢等问题，又节约了能源，降低了柴油机的废气排放，有利于环境保护。五、双能源电动轮工作原理双能源电动轮就是在普通电动轮上加装受电装置，同时在车辆运行的道路上分别架设上行和下行电气牵引供电线路。电动轮从装载点和卸料点到供电线路需靠发动机动力，上坡时将受电弓与供电线路相连，电动轮由供电线路提供主要动力，此时发动机低速运行，为通风系统、励磁、电气、照明、制动、润滑等辅助系统供电。下坡时电动轮驱动电机变为发电机，将电动轮下坡的势能转化为电能反馈到电网中。PH4100XPC电铲斗容为58m3、PH2800XPC电铲斗容为25m3。六、双能源电动轮汽车的优缺点（1）主要优点A.降低电动轮发动机功率双能源电动轮由于上坡时主要靠电网提供动力，设计时可以适当降低发动机功率，整车成本可降低10%左右。B.增加爬坡度和爬坡速度双能源电动轮由电网供电，动力不受发动机制约。所以，在驱动电机允许的前提下可以大幅度提高爬坡度和爬坡速度。C.降低运行成本双能源电动轮上坡时主要能源消耗是电能，下坡时又可将势能转化为电能，单纯考虑能耗成本，运行成本可降低40%左右。D.降低维修成本双能源电动轮上坡时发动机低速运行，使发动机大多时间处于轻载运行状态，可以节约维修费用。E环保双能源电动轮用电能代替部分柴油，减少了排放，减少了对环境的污染，所以比较环保。（2）主要缺点5A.供电线路成本高、机动性差电动轮供电电流在1100A左右，供电线路导线截面大，整流变电站数量多且复杂，路面宽度较常规路面宽，所以供电线路成本高。随着采掘面的变化需经常调整供电线路，而整供电线路调整不方便、机动性差。B.矿山电网负荷变化较大电动轮换班时会造成矿山电网负荷变化，对供电系统造成冲击。可通过改善管理、合理调配车辆减小负荷冲击。6在2008年9月的MINExpo展会上，最新的卡特彼勒797F登场，但仍然采用CAT传统的机械传动方式，其燃油箱容量达到7571升，最大的设计车速为67.6km/h。卡特797F矿山车体型尺寸大得惊人，5.7米，宽9.5米，高7.7米，所装备的发动机为排量106升的CatC175-20ACERT柴油机，所输出的最大功率为2983kW/rpm，约为4059匹马力，最大功率比797B矿山车的24缸柴油机增加了333kW，7扭力超过1.7万牛米。货斗容积达到267立方米，额定载重达到363吨，最大载重达到惊人的420吨，一辆4轴重型卡车（前4后