淺談卡車架線輔助供電

張寧

摘 要：卡車架線輔助供電系統(tǒng)，如何改進(jìn)卡車硬件結(jié)構(gòu)和優(yōu)化軟件控制系統(tǒng)，分析重型電動自卸卡車在露天礦坑里運輸?shù)倪^程中可以降低生產(chǎn)成本提高生產(chǎn)效率和改善礦坑內(nèi)的大氣環(huán)境。

關(guān)鍵詞：露天礦坑；730E重型卡車；卡車架線；電制動；直流驅(qū)動；交流驅(qū)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(tǒng)的測試，得到了卡車實際運行數(shù)據(jù)，為今后進(jìn)一步探討卡車架線輔助供電系統(tǒng)提供了理論依據(jù)。

1 卡車架線輔助供電系統(tǒng)的作用

架線輔助運行系統(tǒng)的原理并不復(fù)雜，在一條坡道上配有二根接觸導(dǎo)線，卡車通過受電弓（或集電桿）接到接觸導(dǎo)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(tǒng)由主要有下幾個部分：

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

（2）集線裝置常用的有導(dǎo)線懸吊架線結(jié)構(gòu)和匯流條架線結(jié)構(gòu)兩種。

（3）受電器裝置相應(yīng)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(tǒng)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(chǎn)率、減少柴油消耗、降低設(shè)備維護費用、減少排放造成的空氣污染等，從而降低生產(chǎn)成本。用電能代替柴油燃料還將是很可觀的費用節(jié)約，同時使柴油機的壽命增加、卡車維修保養(yǎng)費用減少，并且發(fā)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(fù)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?。?%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(chǎn)效率。電動重型卡車由柴油機帶動車載發(fā)電機發(fā)出電能來驅(qū)動輪馬達(dá)使車輛運行，而輪馬達(dá)的容量是按車輛的制動功率來設(shè)計的，除驅(qū)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(fā)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(fā)揮出輪馬達(dá)的潛力，使電動輪能在設(shè)計極限之內(nèi)平穩(wěn)可靠地運行，從而達(dá)到生產(chǎn)率的提高和運行費用的降低。另外，架線輔助系統(tǒng)使回收卡車制動能耗成為可能。當(dāng)電傳動卡車下坡時，牽引電動機被當(dāng)作為發(fā)電機運轉(zhuǎn)，如果在坡道上配有集線輔助系統(tǒng)，則電動輪發(fā)出的再生電能就可能為其它卡車上坡提供電能。

（5）內(nèi)燃機是燃料在氣缸內(nèi)部燃燒，將產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的動力裝置。內(nèi)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(gòu)、配氣機構(gòu)、冷卻系、潤滑系、燃料供給系、電器設(shè)備等組成。

2 730E卡車架線輔助供電系統(tǒng)的測試

2.1 730E卡車的負(fù)載特性

730E卡車在礦坑里運行，電動輪的負(fù)載主要是摩擦性負(fù)載，負(fù)載大小不變，負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向總是與電機運動方向相反，總是阻礙電動機運轉(zhuǎn)，當(dāng)電動機的旋轉(zhuǎn)方向改變時，負(fù)載的轉(zhuǎn)矩方向也隨之改變。在不計摩擦和介質(zhì)阻力的情況下物體只發(fā)生動能和勢能的相互轉(zhuǎn)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(guān)。當(dāng)有摩擦?xí)r，一部分的機械能轉(zhuǎn)化為熱能，在空氣中散失，另一部分轉(zhuǎn)化為動能或勢能。

2.2 730E卡車GE788電動輪的構(gòu)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(zhuǎn)速可達(dá)1674 r/min。是驅(qū)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(gòu)成。GE788電動輪強制通風(fēng)的直流電機將電能轉(zhuǎn)換成機械能，機械能通過NW行星輪系減速機構(gòu)傳送到輪轂上。由直流電機帶動太陽輪旋轉(zhuǎn)，太陽輪帶動3個大行星輪旋轉(zhuǎn)，并通過與大行星輪同軸的小行星輪帶動扭力管上的內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)動，再經(jīng)輪轂最后帶動車輪轉(zhuǎn)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(qū)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(fā)揮出輪馬達(dá)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(fā)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(shù)據(jù)

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(tǒng)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(shù)據(jù)如表一。當(dāng)電傳動卡車下坡時，牽引電動機被當(dāng)作為發(fā)電機運轉(zhuǎn)，卡車以30公里/小時勻速下坡則電動輪發(fā)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(jié)構(gòu)優(yōu)化

730E卡車的硬件結(jié)構(gòu)優(yōu)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(tài)，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(xiàn)卡車的雙動力工況正常切換核心在卡車牽引控制系統(tǒng)。endprint

卡車牽引控制系統(tǒng)是卡車的雙動力工況切換的核心大腦。要實現(xiàn)卡車的雙動力工況正常切換，需進(jìn)行大量的實驗，對多個參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，修改卡車牽引控制邏輯，增加一些故障的觸發(fā)條件，完善整體監(jiān)控性能，確保人員和設(shè)備安全。

3.2 架線輔助供電運行于常規(guī)柴油動力的比較

卡車架線輔助供電系統(tǒng)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(tǒng)的首要條件。由于該系統(tǒng)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(nèi)；受電弓為了得到良好的電流接收而沒有電弧產(chǎn)生，受電器對架線導(dǎo)體接觸壓力有重要意義，壓力不應(yīng)小于規(guī)定數(shù)值，但同時壓力也不應(yīng)太大，以致產(chǎn)生大的磨擦損耗，受電器應(yīng)該在架線導(dǎo)體高度的工作范圍內(nèi)保證壓力變化很小，采用液壓缸上舉式。受電弓式的優(yōu)點是操作方便，不受入口限制，可隨時隨處進(jìn)入架線運行狀態(tài)。對受電器接觸導(dǎo)體的要求是：導(dǎo)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(xiàn)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(zhuǎn)彎半徑也不應(yīng)小于200m，以保證轉(zhuǎn)向順利。一般情況下，應(yīng)盡量保證卡車在水平路段進(jìn)人架線系統(tǒng)；同時為充分體現(xiàn)架線系統(tǒng)的優(yōu)勢，所有重車上坡段均應(yīng)布置在架線系統(tǒng)內(nèi)。架線輔助供電運行相對于常規(guī)柴油動力的比較：

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

（2）生產(chǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前的柴油發(fā)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(huán)或使用較少的車輛。

（3）降低燃料消耗和發(fā)動機維修、保養(yǎng)費用，延長發(fā)動機壽命如果是常規(guī)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(fā)動機的維修和保養(yǎng)間隔能延長。

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

4 綜述

采用國內(nèi)自主技術(shù)完成730E卡車的硬件結(jié)構(gòu)優(yōu)化與卡車牽引控制系統(tǒng)改造實現(xiàn)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(fā)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(fā)展。

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