浅谈卡车架线辅助供电

张宁

摘 要：卡车架线辅助供电系统，如何改进卡车硬件结构和优化软件控制系统，分析重型电动自卸卡车在露天矿坑里運输的过程中可以降低生产成本提高生产效率和改善矿坑内的大气环境。

关键词：露天矿坑；730E重型卡车；卡车架线；电制动；直流驱动；交流驱动

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.156

0 引言

露天煤矿，在一条坡度为12%，长度为960米的矿山道路上，采用730E卡车做了卡车架线辅助供电系统的测试，得到了卡车实际运行数据，为今后进一步探讨卡车架线辅助供电系统提供了理论依据。

1 卡车架线辅助供电系统的作用

架线辅助运行系统的原理并不复杂，在一条坡道上配有二根接触导线，卡车通过受电弓（或集电杆）接到接触导线上，然后用一定的控制方式把架线电压加到卡车的直流或交流牵引电机，架线辅助运行系统由主要有下几个部分：

（1）电源供电设备是接收、变换、分配电能的环节，包括线路隔离开关、变压器、整流器、流断路器等。

（2）集线装置常用的有导线悬吊架线结构和汇流条架线结构两种。

（3）受电器装置相应有受电弓式和集电杆滑块式两种供选择。

（4）卡车牵引控制系统是卡车的双动力工况切换的核心大脑。

“架线辅助供电”是电传动矿用卡车一种双动力解决方案，通常采用高架线的方式对其提供外部电能的输入，从而使其牵引力矩更大、沿坡道出矿坑的速度加快、缩短运输时间、提高生产率、减少柴油消耗、降低设备维护费用、减少排放造成的空气污染等，从而降低生产成本。用电能代替柴油燃料还将是很可观的费用节约，同时使柴油机的寿命增加、卡车维修保养费用减少，并且发动机的噪声、尾气排放污染也会明显减少。在露天矿的运输线路中，大部分都是坡道运行，此时卡车的速度被柴油机的功率所限制，由于爬坡时的柴油机是满负荷运行，所以此阶段的燃料消耗率将占到总量的60%-70%。随着矿山坑深的增加，电传动卡车主要就是受柴油机功率限制、重载上坡速度小（8%坡道、3%滚动阻力时、320t卡车重载上坡速度约为9公里/小时），影响了生产效率。电动重型卡车由柴油机带动车载发电机发出电能来驱动轮马达使车辆运行，而轮马达的容量是按车辆的制动功率来设计的，除驱动车辆运行外它还要提供巨大的制动能量，所以柴油机对其电能输入根本不能发挥其全部潜能，采用架线辅助供电后，由于能量输入大大增加，因此可以充分地发挥出轮马达的潜力，使电动轮能在设计极限之内平稳可靠地运行，从而达到生产率的提高和运行费用的降低。另外，架线辅助系统使回收卡车制动能耗成为可能。当电传动卡车下坡时，牵引电动机被当作为发电机运转，如果在坡道上配有集线辅助系统，则电动轮发出的再生电能就可能为其它卡车上坡提供电能。

（5）内燃机是燃料在气缸内部燃烧，将产生的热能转变为机械能的动力装置。内燃机是工程机械和车辆的动力源。其主要由机体和曲柄连杆机构、配气机构、冷却系、润滑系、燃料供给系、电器设备等组成。

2 730E卡车架线辅助供电系统的测试

2.1 730E卡车的负载特性

730E卡车在矿坑里运行，电动轮的负载主要是摩擦性负载，负载大小不变，负载转矩方向总是与电机运动方向相反，总是阻碍电动机运转，当电动机的旋转方向改变时，负载的转矩方向也随之改变。在不计摩擦和介质阻力的情况下物体只发生动能和势能的相互转化且机械能的总量保持不变，也就是动能的增加或减少等于势能的减少或增加。机械能与整个物体的机械运动情况有关。当有摩擦时，一部分的机械能转化为热能，在空气中散失，另一部分转化为动能或势能。

2.2 730E卡车GE788电动轮的构成

730E卡车有2台GE788电动轮， 其额定功率552kW，最高电压800 V，最大电流2 500 A，减速比26.825：1，按卡车运行速度为40 km/h计算，电动机转速可达1674 r/min。是驱动卡车运行的重要传动部件，主要由直流电动机、轮边齿轮减速器、轮毂及车轮制动器构成。GE788电动轮强制通风的直流电机将电能转换成机械能，机械能通过NW行星轮系减速机构传送到轮毂上。由直流电机带动太阳轮旋转，太阳轮带动3个大行星轮旋转，并通过与大行星轮同轴的小行星轮带动扭力管上的内齿圈转动，再经轮毂最后带动车轮转动.在电动轮自卸车运行中，施加到每个轮电机部分的电能，随着电枢对行星轮等减速齿轮的驱动而变成机械能，电机扭矩通过NW行星轮系的减速而放大。采用架线辅助供电后，由于能量输入大大增加，因此可以充分地发挥出轮马达的潜力，使电动轮工作在额定功率，电枢电流等于额定电流。满足电机的发热量及温升要求可以长时间在额定功率下工作。

2.3 730E卡车架线辅助供电测试数据

露天煤矿，在一条坡度为12%，长度为960米的矿山道路上，采用730E卡车做了卡车架线辅助供电系统的测试。730E卡车架线辅助供电电压是1100V，电枢电流是1600A，分别测试了卡车的柴油机牵引模式和卡车架线辅助供电模式柴油消耗情况，数据如表一。当电传动卡车下坡时，牵引电动机被当作为发电机运转，卡车以30公里/小时匀速下坡则电动轮发出的再生电能功率约为350 kVA，在长度为700米的矿山道路上两台电动轮可再生电能约为18度电能。

3 卡车架线辅助供电的探讨

3.1 730E卡车的硬件结构优化

730E卡车的硬件结构优化主要是卡车主回路和卡车绝缘检测改造。由于架线电源的接入后卡车绝缘检测无法检测全车的绝缘状态，需首先完成全车绝缘检测改造工作。在卡车主回路中P1接触器和P2接触器是柴油机牵引模式闭合工作，TC1接触器和TC2接触器是架线供电牵引模式闭合工作。卡车要实现卡车的双动力工况正常切换核心在卡车牵引控制系统。endprint

卡車牵引控制系统是卡车的双动力工况切换的核心大脑。要实现卡车的双动力工况正常切换，需进行大量的实验，对多个参数进行优化，修改卡车牵引控制逻辑，增加一些故障的触发条件，完善整体监控性能，确保人员和设备安全。

3.2 架线辅助供电运行于常规柴油动力的比较

卡车架线辅助供电系统的主要问题是初次投资增加、道路灵活性受限制以及在维修和改造方面的花费。路面平坦是采用该系统的首要条件。由于该系统采用架空电线通过集电弓向卡车电动轮供电，因此必须保证集电弓与电线的接触良好，这就要求路面平坦，起伏在集电弓容许的范围之内；受电弓为了得到良好的电流接收而没有电弧产生，受电器对架线导体接触压力有重要意义，压力不应小于规定数值，但同时压力也不应太大，以致产生大的磨擦损耗，受电器应该在架线导体高度的工作范围内保证压力变化很小，采用液压缸上举式。受电弓式的优点是操作方便，不受入口限制，可随时随处进入架线运行状态。对受电器接触导体的要求是：导电性能良好、机械耐磨性能好、比重小，其中金属石墨性能最佳。另一方面由于架线汽车运行较快且受到架空线的限制，会出现超越其它燃油车辆的情况，就要求道路宽度较一般情况更宽以便超车，卡车的转弯半径也不应小于200m，以保证转向顺利。一般情况下，应尽量保证卡车在水平路段进人架线系统；同时为充分体现架线系统的优势，所有重车上坡段均应布置在架线系统内。架线辅助供电运行相对于常规柴油动力的比较：

（1）灵活性不如常规动力车型这一点可以说是其最大不足，导致许多现有的露天矿不适用于架线辅助供电。

（2）生产率最大化坡道运行速度更快，上坡时的卡车速度不再由车载引擎决定，而由外部供电决定：由于外部电能输入远远大于目前的柴油发动机功率，所以卡车速度的会大大提升，这样就能加快工作循环或使用较少的车辆。

（3）降低燃料消耗和发动机维修、保养费用，延长发动机寿命如果是常规柴油动力，那么60-70%的燃料被消耗在坡道上，而架线辅助供电可以大降降低这项费用，并且发动机的维修和保养间隔能延长。

（4）对环境更友好，采用架线辅助供电时发动机基本牌怠速状态，废气排放和噪音都明显减少，提高了矿坑空气质量。

4 综述

采用国内自主技术完成730E卡车的硬件结构优化与卡车牵引控制系统改造实现730E卡车架线辅助供电。用电能代替柴油燃料可使柴油机的寿命增加、并且发动机的噪声、尾气排放污染也会明显减少，卡车架线辅助供电的在交流变频卡车上会有更好的发展。

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