國外大型礦用汽車最新發(fā)展和未來趨勢

1、國外大型礦用汽車最新發(fā)展和未來趨勢 劉廷安新興經濟體經過多年連續(xù)高速增值，現(xiàn)已開始放緩，因而，對礦產品的需求在下降，礦山生產和礦用汽車大型化的趨勢也隨之有所放緩。然而，依靠新技術進步，礦用汽車制造商和其配套的發(fā)動機公司并沒有停止腳步，不斷推出新的礦用汽車，對礦用汽車現(xiàn)存的各種問題還在進行不斷的改進與完善，從而更好地滿足礦山用戶的要求。本文分析了國外主要大型礦用汽車制造商及其配套的發(fā)動機公司近幾年的研發(fā)動向，對國外大型礦用汽車的新發(fā)展和未來的趨勢進行了論述。大型礦用汽車的最新發(fā)展國外主要有5家大型礦用汽車制造商：卡特彼勒、小松、利勃海爾、日立建機和別拉斯。為適應市場需求，這些制造商廣泛吸納以微電

2、子技術為核心的高科技成果，發(fā)展和完善各種類型的大型礦用汽車。2012年，在美國的拉斯維加斯 Minexpo2012展會上上述制造商都推出了各自的新產品，這些新產品就是大型礦用汽車新發(fā)展的體現(xiàn)?？ㄌ乇死胀瞥隽薱at777G型礦用汽車(有效載重91 t)，取代777F型礦用汽車。777G裝備有能滿足EPA(美國環(huán)保局)Tier4最終排放要求的發(fā)動機(比生效日期提前2年)，它將Cat Nox減少系統(tǒng)和柴油機氧化催化劑(DOC)技術結合在一起。并且要求利用超低硫柴油和低碳發(fā)動機油。777G還裝備有卡特 F一代變速器控制技術：先進生產率電子控制策略(APECS)。此外，卡特彼勒還為從比塞洛斯收購的Uni

3、t Rig礦用汽車進行整合，將MT5300D AC型礦用汽車(有效載重290 t)配置在793F和795FAC之間，利用原有的Unit Rig MT系列的底盤、液壓、電氣系統(tǒng)和懸掛，結合卡特彼勒的cat C175-16型發(fā)動機、cat 360 t AC電傳動以及車輛信息管理系統(tǒng)，形成新的MT5300D AC型礦用汽車。用 3516 C HD型發(fā)動機和cat 240 t AC電傳動改造原有的Unit Rig MT4400型礦用汽車，形成新的MT4400D AC型礦用汽車，有效載重218 t。這兩種新改造的礦用汽車現(xiàn)在正在卡特彼勒位于亞利桑那州的試驗基地進行試驗，取得成果后，將成批生產。日立建機推

4、出最新的EH5000 AC-3型礦用汽車，特別是采用了新的先進日立AC電傳動系統(tǒng)，其核心是先進的牽引技術，能使礦用汽車作業(yè)能力提高到新水平，將縱搖和制動控制加到原有礦用汽車打滑和滑動控制之中。它應用了康明斯 QSKTTA60-CE型柴油機，功率2 125 kW（2 850 hp）、轉速1 900 r/min，排放可達到EPA Tier2標準。全部制動都采用液壓動作。利用新的日立系統(tǒng)監(jiān)測器，提供全部機載系統(tǒng)和控制裝置的信息顯示和診斷。小松推出了730E(AC)型新礦用汽車，這可對現(xiàn)有的730E DC傳動礦用汽車增加一種AC傳動的選擇。設計的目的是為了在邊遠地區(qū)礦山作業(yè)，這是因為730E(AC)有

5、一種bolt-together(螺釘協(xié)調配合在一起)的特點，可使這種礦用汽車在現(xiàn)場安裝與拆卸簡單方便，減少邊遠地區(qū)礦山對熟練技術工人的需求。這意味著新礦用汽車可快速布置給施工困難的工程，然后按要求運到現(xiàn)場。這種礦用汽車也方便維護，采用可拆卸的動力系統(tǒng)模塊，利用比其它礦用汽車更少的軟管、軸承、泵以及抗磨損件。對維護工培訓容易，使他們很快就能掌握正常維護工作。裝備有小松 XPLUS裝置，它以無線方式發(fā)送礦用汽車作業(yè)信息到安全網站，不需要增加IT(信息技術)基礎設施，例如作業(yè)小時數(shù)、機體趨勢、空閑時間、燃油消耗以及生產作業(yè)信息都可在線存取，方便對機械問題進行分析和遠程診斷。AC傳動的730E(AC)

6、型礦用汽車在2013年有限量的生產，2014年全面生產。利勃海爾推出兩種新的礦用汽車：T264型和T284型。T264的有效載重為240 t，T284是一種新的真正超級大型礦用汽車，有效載重為363 t。這兩種礦用汽車都裝備有Litromic Plus AC傳動系統(tǒng)，這種系統(tǒng)以最佳方式從柴油機接收動力，可使礦用汽車有足夠動力加速運行和爬坡。T264可將Litronic plus AC傳動和功率2 013 kW(2 700 hp)的發(fā)動機以及帶有4輪傳感器的牽引控制系統(tǒng)結合在一起，能自動調節(jié)后輪扭矩，從而在轉彎，或從靜止加速，或在濕滑和冰雪路面運行時，使牽引力最大。T284可選擇最大功率高達3

7、000kW(4 023 hp)的發(fā)動機，礦山用戶可根據(jù)自己具體情況選擇最合適的發(fā)動機。白俄羅斯別拉斯推出Belaz-75603型礦用汽車，有效載重為327 t，利用康明斯QSK78-C型發(fā)動機和西門子 MMT400AC傳動系統(tǒng)，能滿足EPA Tier2排放要求。它裝備許多新裝置，包括由攝像機、雷達和熱成像組成的視頻檢測系統(tǒng)，林肯(Lincoln)集中自動潤滑系統(tǒng)，輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)和燃油，發(fā)動機油及液壓油快速填加系統(tǒng)。該公司想開發(fā)有效載重高達450 t的超大型礦用汽車，采用3430 kW(4 600 Hp)發(fā)動機和西門子MMT400 AC傳動系統(tǒng)。礦用汽車未來發(fā)展趨勢隨著新興經濟體經濟的快速發(fā)展

8、，對礦石原料的需求不斷加大，礦業(yè)為了適應這種加大的要求，礦山生產有向大型化發(fā)展的傾向，大型化一方面能滿足市場需要，另一方面能提高規(guī)模效益。特別是受經濟危機影響，造成了價格沖擊，礦山走向大型化更為迫切。大型礦山發(fā)展推動了礦用汽車大型化：2004年在德國Bauma展覽會上，利勃海爾推出了有效載達327 t的T282B型礦用汽車，4年后在美國拉斯維加斯 MINEXPO 2008展覽會上卡特彼勒, 特雷克斯 Unit Rig(現(xiàn)由卡特彼勒收購了)和小松都推出和T282B同級別的礦用汽車分別為：797F(機械傳動)，MT6300AC和960E AC。在2012年美國拉斯維加斯 MINEXPO 2012展

9、覽會上，利勃海爾推出有效載重高達363t的T284型礦用汽車。各種超大型礦用汽車競爭礦業(yè)市場。新興經濟體經過多年高速發(fā)展后，現(xiàn)在開始放緩，因而影響了礦山大型化以致礦用汽車大型化的發(fā)展，也就說礦用汽車大型化也會放緩。在談到礦用汽車的發(fā)展時，不得不簡單談談AC電傳動和機械傳動的對比問題，這個問題已經爭論多年了，現(xiàn)可以得出結論了，AC電傳動礦用汽車要優(yōu)于機械傳動的礦用汽車。理由有三：一是運行速度快，爬坡能力強，縮短了作業(yè)循環(huán)，提高了生產效率；二是較少的機件，故障率低、維護費用低，作業(yè)率高；三是由于能實現(xiàn)再生發(fā)電制動，減少了工作制動器的磨損，特別是可實現(xiàn)再生發(fā)電制動和機械制動共同作用，可在重載下坡作業(yè)

10、中發(fā)揮優(yōu)勢。礦用汽車除了上述大型化放緩，AC電傳動的發(fā)展前景外，在下述5個方面也有發(fā)展趨勢。無人操作自動化有了新進展礦用汽車實現(xiàn)無人操作自動化有很多好處：徹底解決了司機的安全問題，能提高生產率和作業(yè)率，降低作業(yè)成本，解決了缺少技術工人問題(特別是礦山處于邊遠地區(qū))，可為礦山帶來顯著經濟效益。然而自動化所創(chuàng)造的經濟、社會價值和應用地區(qū)特定的條件有關。若自動化礦用汽車在一些地區(qū)比另外一些地區(qū)所創(chuàng)造的價值更高，則這些地區(qū)就會更早應用自動化技術。力拓在該公司所屬的西澳大利亞West Angela鐵礦，作為2008年到2020年礦山未來發(fā)展計劃的一部分，對小松無人操作運輸系統(tǒng)(AHS)進行了試驗。取得了

11、初步成果后，力拓于2011年決定，為其所屬Pilbara地區(qū)最大的Yandi-coogina鐵礦，從小松訂購150臺無人操作自動化礦用汽車，2012年開始交貨，到2015年全部交完。這種礦用汽車由遠離礦區(qū)1 500 km的Perth 力拓操作中心控制(這個中心管理這個地區(qū)14個礦，3個港口和3條鐵路)。已于2012年把在West Angela礦作業(yè)的5臺小松 930E型礦用汽車也調到了Yandi-coogina礦和新訂的礦用汽車一起作業(yè)。卡特彼勒是在安全和提高生產率兩個關鍵推動力作用下開展礦用汽車自動化研發(fā)的。2008年卡特彼勒和Carnegie Mellon大學機械人研究所合作，開發(fā)研究大型

12、礦用汽車自動化技術，使有效載重240 t的礦用汽車實現(xiàn)無人操作自動化。Carnegic Mellon大學研究人員將為美軍所開發(fā)的感知、計劃和無人操作自動化軟件結構應用到礦用汽車上?？ㄌ乇死諞Q定在由必和必拓開發(fā)的無人操作自動化礦山運輸系統(tǒng)的基礎上進行開發(fā)研究。卡特彼勒和用戶密切合作將過去56年所進行的小規(guī)模試驗擴大到礦山實際生產中去?？ㄌ乇死找矊⑵溟_發(fā)的Minestar車隊管理系結合到自動化運輸指令模塊中，可以全面管理自動化礦用汽車隊?？ㄌ乇死赵诿绹履鞲缰軳avajo煤礦，對3臺無人操作自動化793F型礦用汽車進行了試驗，將在2013稍晚時候，在必和必拓所屬的西澳洲Jimblebar礦山現(xiàn)場

13、進行無人操作自動化礦用汽車實際生產試驗。此外，卡特彼勒還和Fortescue金屬集團(FMG)的solomon鐵礦合作，進行無人操作自動化礦用汽車試驗，爭取在3年期間實現(xiàn)該礦45臺卡特彼勒自動化礦用汽車的目標。日立建機和車隊管理系統(tǒng)供應商Wenco公司合作，首先開發(fā)研究并且結合Wenco公司的多項技術，然后對自動化產品再進一步精制，使產品成功實現(xiàn)無人操作自動化作業(yè)，增加用戶的經濟效益。利勃海爾也將進行礦用汽車自動化方面的開發(fā)研究，主要為將來打基礎。目前正在觀察了解市場接受情況和無人操作自動化礦用汽車的潛力。另外，從2000年起就從事農業(yè)和軍用車輛自動化的ASI公司，也于2006年進入了礦業(yè)市場

14、，先后使礦用汽車和推土機實現(xiàn)了無人操作自動化。解決越來越嚴格的排氣要求問題過去幾年礦用汽車制造商及其配套的發(fā)動機公司都在研究改進排放技術，爭取滿足在2011年生效的EPA Tier4i(Tier4過渡標準)和歐盟stageB標準要求：功率在560 kW(761 hp)以上的礦用汽車尾氣排放顆粒(PM)和氮氧化物(NOX)減少，并要調節(jié)碳氫化合物(HC)和一氧化碳(CO)排放。緊接著要滿足20142015年生效的EPA Tier4最終標準和歐盟Stage A標準：要求NOX和PM比Tier3和Stage水平減少90%。EPA Tier4和StageA不能互換。5家大型礦用汽車制造商由3家發(fā)動機公

15、司提供柴油機，其中卡特彼勒既是大型礦用汽車制造商又是發(fā)動機制造公司，自己制造的大型礦用汽車使用自己生產的發(fā)動機。這樣卡特彼勒可從發(fā)動機和礦用汽車兩方面考慮解決排放問題。卡特彼勒在2012年推出的777G型礦用汽車，采用了發(fā)動機技術和柴油機氧化催化劑(DOC)相結合的方法，提前2年達到了EPA Tier4最終排放標準要求。給另外4家礦用汽車制造商配套的發(fā)動機公司主要有兩家：康明斯和MTU。康明斯認真研究了各種可能的技術方案后，決定采用選擇性催化還原技術(SCR)。這項技術是將尿素和水制成混合物，在排氣高溫作用下，生成氨，用氨作還原劑，在催化劑作用下，氨和NOX發(fā)生化學反應，生成氮氣和水。這不但減

16、少了NOX和PM排放而且還能降低燃油消耗，延長發(fā)動機無故障作業(yè)時間，提高可靠性。MTU不采用后處理技術，主要利用冷卻排氣再循環(huán)(EGR)和高壓共軌燃油噴射技術(第三代燃油噴射)。冷卻排氣再循環(huán)，能降低燃燒溫度，導致NOX減少，而高壓共軌燃油噴射能合理利用高壓噴射時燃燒持續(xù)期短的特點，同時又利用EGR，可使PM和NOX 減少。此外，采用先進的渦輪增壓技術也有利于PM減少。雙燃料發(fā)動機有發(fā)展?jié)摿υ诼短斓V年生產預算中，柴油和潤滑油年費用大約占40%左右，而其中柴油費用占比重較大，很顯然柴油費用很高。液化天然氣(LNG)的價格比柴油低得多，LNG是柴油最佳替代品。據(jù)曾應用過大功率天然氣發(fā)動機的人稱，利

17、用天然氣燃油費用可節(jié)省30%50%。但是天然氣也有缺點：點火時要求溫度較高。為解決這個問題，可用柴油點火引導天然氣點火，這樣就出現(xiàn)了開發(fā)研究雙燃料發(fā)動機的課題。卡特彼勒已和專門從事天然氣發(fā)動機研究的Westport公司合作，簽訂了合作協(xié)議：共同開發(fā)雙燃料大功率礦用發(fā)動機。雙方將Westport的高壓直噴技術(HPD)和卡特礦用發(fā)動機技術相結合，開發(fā)天然氣燃料系統(tǒng)。HPD是以專利噴嘴為基礎，在高壓下嚴格控制柴油數(shù)量和大量天然氣進入燃燒室。天然氣是在壓縮行程末端噴入，先由少量柴油噴入氣缸后，緊接著大量天然氣噴入汽缸，柴油點火可作為先導火花引燃天然氣燃燒。HPD可用天然氣取代95%的柴油(按能量計算

18、)，保持功率不變，CO2排放減少大約22%。這種發(fā)動機可100%使用柴油作業(yè)，不能100%使用天然氣作業(yè)。卡特彼勒計劃先開發(fā)研究用于卡特793，卡特795AC，卡特797這三種礦用汽車的雙燃料發(fā)動機，預計5年內實現(xiàn)商業(yè)化。康明斯也宣布為礦用汽車開發(fā)雙燃料發(fā)動機計劃，首先用QSK60型發(fā)動機作為第一臺使用雙燃料的發(fā)動機，然后使QSK系列全部應用雙燃料。QSK60有兩個類型：標準的和高山配置的。利用雙燃料技術，可從根本上降低燃油消耗成本。康明斯將采用綜合控制技術，根據(jù)作業(yè)條件，以最佳天然氣替代比例無縫且自動在柴油和天然氣模式之間解決，最大替代比例為70%。如果沒有天然氣，可100%利用柴油。MTU

19、也注意到了天然氣在礦用汽車上的應用，但在這方面還沒有具體行動?；旌蟿恿?Hybrid)有發(fā)展前途2003年時任美國總統(tǒng)的布什宣布一個稱作氫燃料倡議(HFi)計劃：開發(fā)研究氫燃料電池和相應技術，爭取在2020年，使燃料電池汽車投入應用。聯(lián)合國提供10億美元專用資金，用于燃料電池的開發(fā)研究。以固態(tài)氧化物燃料電池為例，簡單介紹一下其作用原理：利用金屬(鈣、鋯一類金屬)氧化物和陶瓷的混合材料(較硬)作為電解質。當氫進入燃電池陽極時，在此發(fā)生化學反應，氫的電子和氫的原子分離，帶負電的電子通過導線進入燃料電池的陰極，氧氣進入燃料電池的陰極，它拾起來自導線的電子并帶著電子通過電解質進入陽極，在此和脫離電子帶正電的氫原子相結合成生水。這樣通過導線形成電路，構成了燃料電池。燃料電池種類很多，這是其中一種。將燃料電池(或帶有電動機)與柴油機結合起來就構成一種混合動力系統(tǒng)。這在公路汽車上已有成功的實例，但是在大型礦用汽車上是否可行？卡特彼勒、小松、