浅谈60吨铰接式电传动自卸车可行性分析

2018-06-18王贵根

时代汽车 2018年8期

王贵根

江西铜业股份有限公司城门山铜矿江西省九江市 332199

1 引言

铰接式自卸车（Articulated Dump Trucks）是指驾驶室和车体这间具有铰接点及摆动环的卡车。主要应用在矿山、水电工地、港口等作业现场的物料运输设备，它是一种非公路运输车辆。使用在恶劣的作业环境中（如泥潭、波浪路面等），适用于狭小的装载和卸裁空间以及有急转弯的路面环境下作业[1]。

国内铰接式自卸车保有量约300多台，并且都是机械传动，载重量也基本都集中在40吨左右。2016年德国宝马工程机械展，VOLVO推出了载重55吨的A60H，同样的，BELL也展示了其60吨级的铰接车B60E，由此可以看出，起来越多的厂家意识到将铰接式自卸车大型化的重要性，并采取了不同技术手段的尝试[2]。

铰接式自卸车的运行工况非常复杂，通常采用6×6的驱动方式，配备专门的液力机械变速机构，该类型变速结构的结构非常复杂，且开发需要较长的周期和较高的成本，因此，液力机械变速机构已成为阻碍铰接式自卸车大型化发展的主要因素。所以国内已经有几家自卸车厂家开始尝试生产60吨铰接式电传动自卸车，采用柴电动力和电传动技术，代替了传统铰接式自卸车所必须的液力机械变速箱、传动轴、主减速器、差速器以及相应的锁止机构，简化了整车结构，减少了传动部件设计制造的难度[3]。其中有一台60吨铰接式电传动自卸车正在江西铜业城门山铜矿运行，本文对该车的运行数据进行统计、分析，论述60吨级的铰接式自卸车采用交流电传动方案的可行性。

2 铰接式电传动自卸车主要结构及工作原理

铰接式电传动自卸车一般由车型系统、动力系统、电控系统、液压系统和行驶系统等组成，见图1，其中：

图1 铰接式电传动自卸车的主要组成

（1）车型系统包括车架、货箱、走台及驾驶室；

（2）动力系统包括柴油机、发电机等；

（3）液压系统包括液压举升、液压转向与液压制动；

（4）电控系统包括电传动控制、辅助控制等；

（5）行驶系统包括前后桥、前后悬架、电动轮总成及车轮等。

整车动力来自柴油发动机，柴油机带动发电机电枢旋转产生固定频率和固定电压的三相交流电，将机械能转变成电能；所产生的电流经整流和励磁控制变为直流电，以IGBT为核心元件的变频器为定子提供幅值和频率可变的三相交流电，形成旋转磁场，实现轮边电机的牵引和调速，将电能转变成机械能；电机的动力通过轮边减速器降速、增扭后传递给驱动轮，车辆的前进和后退通过控制电机的转动方向实现。车辆在运行过程中，可以进行动力辅助制动，即无摩擦的缓行制动方式，此时，轮边电机被调整为发电机运行状态，将车辆运行的动能转变成电能，通过电阻栅以热能的形式耗散在大气中，这时，轮边电机产生的电动力矩阻碍车辆运行，从而起到减速制动的作用。液压系统主要控制货箱的举落、整车转向和车辆的机械制动。

3 电传动的优势分析

电传动自卸车取消了复杂的机械变速机构和笨重的传动轴，同时也取消了后轴的主减速器、半轴和差速器等，取而代之的是电缆的软连接，简化了车辆的结构。利用电传动系统代替了在机械传动卡车中的许多零部件，减少了机械磨损件，传动链短、传动效率高、结构简单，提高了传动效率和工作的可靠性。电传动系统还可以改善柴油发动机的运行工况，使其功率能与发电机相匹配而得到充分的利用，提高车辆的牵引性能。

此外由于电力系统自身的一些特性，电传动还有这些优点：调速性能好，响应速度快、启动力矩大、从零转速至额定转速可提供额定转矩，可以提供显著的牵引能力优势；还可以进行打滑和空转的控制，以降低轮胎的磨损，还具有无级变速的特性，可使车辆运行平稳；具有恒动控制，功率可充分利用；动力制动行驶安全等。电传动车辆能方便地测定转速和扭矩，所以能保持发动机经常保持在最佳工况，提高了车辆的动力性能。

由此可见，与机械传动相比，电传动系统提供更低的运行成本，更高的可靠性，更少的维护和更强的性能，而且全寿命内的机械磨损较小。相关研究表明，电传动自卸车大修期为12000~13000小时，而机械传动自卸车为6000~8000小时，电传动自卸车比机械传动自卸车减少33%。就易损消耗件的维修成本而言，机械传动自卸车一般在12000元/万吨公里，而电传动自卸车只需2600元/万吨公里[4]。