国外大型矿用汽车最新发展和未来趋势

新兴经济体经过多年连续高速增值，现已开始放缓，因而，对矿产品的需求在下降，矿山生产和矿用汽车大型化的趋势也随之有所放缓。然而，依靠技术进步，矿用汽车制造商和其配套的发动机公司并没有停止脚步，不断推出新的矿用汽车，对矿用汽车现存的各种问题还在不断改进与完善，从而更好的满足矿山用户的需求。本文分析了国外主要大型矿用汽车制造商及其配套的发动机公司近几年的研发动向，对国外大型矿用汽车的新发展和未来趋势进行了论述。

国外大型矿用汽车最新发展和未来趋势

大型矿用汽车的最新发展

国外主要有5家大型矿用汽车制造商：卡特彼勒、小松、利勃海尔、日立建机和别拉斯。为适应市场需求，这些制造商广泛吸纳以微电子技术为核心的高科技成果，发展和完善各种类型的大型矿用汽车。2012年，在美国的拉斯维加斯Minexpo2012展会上上述制造商都推出了各自的新产品，这些产品就是大型矿用汽车新发展的体现。

卡特彼勒推出了cat777G型矿用汽车（有效载重91t），取代777F型矿用汽车。777G装备有能满足EPA(美国环保局）Tier4最终排放要求的发动机（比生产日期提前2年），它将Cat Nox减少系统和柴油机氧化催化剂（DOC）技术结合在一起。并且要求利用超级硫柴油和低碳发动机油。777G还装备有卡特F一代变速器控制技术：先进生产率电子控制策略（APECS）

此外，卡特彼勒还为从比塞洛斯收购的Unit Rig 矿用汽车进行整合，将MT5300D AC型矿用汽车（有效载重290t）配置在793F和795FAC之间，利用原有的Unit Rig MT系列的底盘、液压、电气系统和悬挂，结合卡特彼勒的cat C175-16型发动机、cat360tAC电传动以及车辆信息管理系统，形成新的MT5300D AC型矿用汽车。用3516C HD型发动机和cat240tAC电传动改造原有的Unit Rig MT4400型矿用汽车，形成新的MT4400D AC型矿用汽车，有效载重218t。这两种新改造的矿用汽车现在正在卡特彼勒位于亚利桑那州的试验基地进行试验，取得成果后，将成批生产。

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日立建机推出最新的EH5000 AC-3型矿用汽车，特别采用了新的先进日立AC电传动系统，其核心是先进的牵引技术，能使矿用汽车作业能力提高到新水平，将纵摇和制动控制加到原有矿用汽车打滑和滑动控制中。它应用了康明斯QSKTTA60-CE型柴油机，功率2125kW、转速1900r/min，排放可达到EPA Tier2标准。全部制动都采用液压动作。利用新的日立系统监测器，提供全部机载系统和控制装置的信息显示和诊断。

小松推出了730E（AC）型新矿用汽车，这可对现有的730E DC传动矿用汽车增加一种AC传动的选择。设计的目的是为了在边远地区矿山作业，这是因为730E（AC）有一种bolt-together（螺钉协调配合在一起）的特点，可使这种矿用汽车在现场安装与拆卸简单方便，减少边远地区矿山对熟练技术工人的需求。这意味着新矿用汽车可快速布置给施工困难的工程，然后按要求运到现场。这种矿用汽车也方便维护，采用可拆卸的动力系统模块，利用比其他矿用汽车更少的软管、轴承、泵以及抗磨损件。对维护工培训容易，使他们很快就能掌握正常维护工作。装备有小松XPLUS装置，它以无线方式发送矿用汽车作业信息到安全网站，不需要增加IT（信息技术）基础设施，例如作业小时数、机体趋势、空闲时间、燃油消耗以及生产作业信息等都可在线存取，方便对机械问题进行分析和远程诊断。AC传动的730E（AC）型矿用汽车在2013年有限量的生产，2014年全面生产。

利勃海尔推出两种新的矿用汽车：T264型和T284型。T264型的有效载重为240t，T284是一种新的真正超级大型矿用汽车，有效载重为363t。这两种矿用汽车都装备有Litromic Plus AC传动系统，这种系统以最佳方式从柴油机接收动力，可使矿用汽车有足够的动力加速运行和爬坡。T264可将Litromic Plus AC传动和功率2013kW的发动机以及带有4轮传感器的牵引控制系统结合在一起，能自动调节后轮扭矩，从而在转弯，或从静止加速，或在湿滑和冰雪路面运行时，使牵引力最大。T284可选择最大功率高达3000kW的发动机，矿山用户可根据自己的具体情况选择最合适的发动机。

白俄罗斯别拉斯推出Belaz-75603型矿用汽车，有效载重为327t，利用康明斯QSK78-C型发动机和西门子MMT400AC传动系统，能满足EPA Tier2排放要求。它装备许多新装置，包括由摄像机、雷达和热成像组成的视频检测系统，林肯（Lincoln）集中自动润滑系统，轮胎气压监测系统和燃油，发动机及液压油快速填加系统。该公司想开发有效载重高达450t的超大型矿用汽车，采用3430kW发动机和西门子MMT400AC传动系统。

国外大型矿用汽车最新发展和未来趋势

矿用汽车未来发展趋势

随着新兴经济体经济的快速发展，对矿石原料的需求不断加大，矿业为了适应这种加大的需求，矿山生产有向大型化发展的倾向，大型化一方面能满足市场需求，另一方面能提高规模效益。特别是受经济危机影响，造成了价格冲击，矿山走向大型化更为迫切。大型矿山发展推动了矿用汽车大型化：2004年在德国Bauma展览会上，利勃海尔推出了有效载荷达327t的T282B型矿用汽车，4年后在美国拉斯维加斯MINEXPO2008展览会上卡特彼勒，特雷克斯Unit Rig（现由卡特彼勒收购了）和小松都推出了和T282B同级别的矿用汽车分别为：797F（机械传动），MT6300AC和960E AC。在2012美国拉斯维加斯MINEXPO2012展览会上，利勃海尔推出了有效载重高达363t的T284型矿用汽车。各种超大型矿用汽车竞争矿业市场。

新兴经济经过多年高速发展后，现在开始放缓。因而影响了矿山大型化以致矿用汽车大型化的发展，也就说矿用汽车大型化也会放缓。

在谈到矿用汽车发展时，不得不简单谈谈AC电传动和机械传动的对比问题，这个问题已经争论多年了，现可以得出结论了，AC电传动矿用汽车要优于机械传动的矿用汽车。理由有三：一是运行速度快，爬坡能力强，缩短了作业循环，提高生产效率；二是较少的机件，故障率低、维护费用低，作业效率高：三是由于能实现再生发电机制，减少了工作制动器的磨损，特别是可实现再生发电制动和机械制动共同作业，可在重载下坡作业中发挥优势。

矿用汽车除了上述大型化放缓，AC电传动的发展前景外，在下述5个方面也有发展趋势。

无人操作自动化有了新进展

矿用汽车实现无人操作自动化有很多好处：彻底解决了司机的安全问题，能提高生产率和作业率，降低作业成本，解决了缺少技术工人的问题（特别是矿山处于边远地区），可为矿山带来显著经济效益。然而自动化所创造经济、社会价值和应用地区特定的条件有关。若自动化矿用汽车在一些地区比另外一些地区所创造的价值更高，则这些地区就会更早应用自动化技术。

国外大型矿用汽车最新发展和未来趋势

力拓在该公司所属的西澳大利亚West Angela铁矿，作为2008年到2020年矿山未来发展计划的一部分，对小松无人操作运输系统（AHS）进行了试验。取得了初步成果后，力拓于2011年决定，为其所属Pilbara地区最大的Yandi-coogina铁矿，从小松订购150台无人操作自动化矿用汽车，2012年开始交货，到2015年全部交完。这种矿用汽车由远离矿区1500km的Perth力拓操作中心控制（这个中心管理这个地区14个矿，3个港口和3条铁路）。已于2012年把在West Angela矿作业的5台小松930E型矿用汽车也调到了Yandi-coogina矿和新订的矿用汽车一起作业。

卡特彼勒是在安全和提高生产率两个关键推动力作用下开展矿用汽车自动化研发的。2008年卡特彼勒和Carnegie Mellon大学机械人研究所合作，开发研究大型矿用汽车自动化技术，使有效载重240t的矿用汽车实现无人操作自动化。Camegic Mellon大学研究人员将为美军所开发的感知、计划和无人操作自动化软件结构应用到矿用汽车上。卡特彼勒决定在由必和必拓开发的无人操作自动化矿山运输系统基础上进行开发研究。卡特彼勒和用户密切合作将过去5~6年所进行的小规模试验扩大到矿山实际生产中去。卡特彼勒也将其开发的Minstar车队管理系统结合到自动化运输指令模块中，可以全面管理自动化矿用汽车队。卡特彼勒在美国墨西哥州Navejo煤矿，对3台无人操作自动化793F型矿用汽车进行了试验，将在2013稍晚时候，在必和必拓所属的西澳洲Jimblebar矿山现场进行无人操作自动化矿用汽车实际生产试验。此外，卡特彼勒还和Fourtescue金属集团的Solomon铁矿合作，进行无人操作自动化矿用汽车试验，争取在3年期间实现该矿45台卡特彼勒自动化矿用汽车的目标。

日立建机和车队管理系统供应商Wenco公司合作，首先开发研究并结合Wenco公司的多项技术，然后对自动化产品再进一步精制，使产品成功实现无人操作自动化作业，增加用户的经济效益。

利勃海尔也将进行矿用汽车自动化方面的开发研究，主要为将来打基础。目前正在观察了解市场接受情况和无人操作自动化矿用汽车的潜力。

另外，从2000年起就从事农业和军用车辆自动化的ASI公司，也于2006年进入了矿业市场，先后使用矿用汽车和推土机实现了无人操作自动化。

解决越来越严格的排气要求问题

过去几年矿用汽车制造商及其配套的发动机公司都在研究改进排放技术，争取满足在2011年生效的EPA Tier4i和欧盟StageⅢB标准要求：功率在560kW以上的矿用汽车尾气排放颗粒和氮氧化物减少，并要调节碳氢化合物和一氧化碳排放。紧接着要满足2014~2015年生效的EPA Tier4最终标准和欧盟StageⅢA标准：要求氮氧化物和尾气排放颗粒比Tier3和StageⅢ水平减少90%。EPA Tier4和StageⅢA不能互换。5家大型矿用汽车制造商由3家发动机公司提供柴油机，其中卡特彼勒既是大型矿用汽车制造商又是发动机制造公司，自己制造的大型矿用汽车使用自己生产的发动机。这样卡特彼勒可从发动机和矿用汽车两方面考虑解决排放问题。卡特彼勒在2012年推出的777G型矿用汽车，采用了发动机技术和柴油机氧化催化剂相结合的方法，提前2年达到了EPA Tier4最终排放标准要求。给另外4家矿用汽车制造商配套的发动机公司主要有两家：康明斯和MTU。康明斯认真研究了各种可能的技术方案后，决定采用选择性催化剂还原技术。这项技术是将尿素和水制成混合物，在排气高温作用下，生成氨，用氨作还原剂，在催化剂作用下，氨和氮氧化合物发生化学反应，生产氮气和水。这不但减少了氮氧化合物和尾气排放颗粒排放而且还能降低燃油消耗，延长发动机无故障作业时间，提高可靠性。MTU不采用后处理技术，主要利用冷却排气再循环和高压共轨燃油喷射技术。冷却排气再循环，能降低燃烧温度，导致氮氧化合物减少，而高压共轨燃油喷射能合理利用高压喷射时燃烧持续期短的特点，同时又利用冷却排气再循环，可使尾气排放颗粒和氮氧化合物减少。此外，采用先进的涡轮增压技术也有利于尾气排放颗粒减少。

双燃料发动机有发展潜力

在露天年生产预算中，柴油和润滑油年费用大约占40%左右，而其中柴油费用占比重较大，很显然柴油费用很高。液化天然气的价格比柴油低得多，液化天然气是柴油的最佳替代品。据曾应用过大功率天然气发动机的人称，利用天然气燃油费用可节省30%~50%。但是天然气也有缺点：点火时要求温度较高。为解决这个问题，可用柴油点火引导天然气点火，这样就出现了开发研究双燃料发动机的课题。

卡特彼勒已和专门从事天然气发动机研究的Westport公司合作，签订了合作协议：共同开发双燃料大功率矿用发动机。双方将Westport的高压直喷技术和卡特彼勒矿用发动机技术相结合，开发天然气燃料系统。高压直喷技术是以专利喷嘴为基础，在高压下严格控制柴油数量和大量天然气进入燃烧室。天然气是在压缩行程末端喷入，先由少量柴油喷入气缸后，紧接着大量天然气喷入汽缸，柴油点火可作为先导火花引燃天然气燃烧。高压直喷技术可用天然气取代95%的柴油，保持功率不变，二氧化碳排放减少大约22%。这种发动机可100%使用柴油作业，不能100%使用天然气作业。卡特彼勒计划先开发研究用于卡特793，卡特795AC,卡特797这三种矿用汽车的双燃料发动机，预计5年内实现商业化。

康明斯也宣布为矿用汽车开发双燃料发动机计划，首先用QSK60型发动机作为第一台使用双燃料的发动机，然后使QSK系列全部应用双燃料。QSK60有两个类型：标准的和高山配置的。利用双燃料技术，可从根本上降低燃油消耗成本。康明斯将采用综合控制技术，根据作业条件，以最佳天然气替代比例无缝且自动在柴油和天然气模式之间解决，最大替代比例为70%。如果没有天然气，可100%利用柴油。

MTU也注意到了天然气在矿用汽车上的应用，但在这方面还有没具体行动。

混合动力（Hybrid）有发展前途

2003年时任美国总统的布什宣布一个称作氢燃料倡议（HFI)计划：开发研究氢燃料电池和相应技术，争取在2020年，使燃料电池汽车投入应用。联合国提供10亿美元专用资金，用于燃料电池的开发研究。以固态氧化物燃料电池为例，简单介绍一下其作用原理：利用金属氧化物和陶瓷的混合材料作为电解质。当氢进入燃电池阳极时，在此发生化学反应，氢的电子和氢的原子分离，带负电的电子通过导线进入燃料电池的阴极，氧气进入燃料电池的阴极，它拾起来自导线的电子并带着电子通过电解质进入阳极，在此和脱离电子带正电的氢原子相结合生水。这样通过导线形成电路，构成了燃料电池。燃料电池种类很多，这是其中一种。

将燃料电池（或带有电动机）与柴油机相结合起来就构成一种混合动力系统。这在公路汽车上已有成功的实例，但在大型矿用汽车上是否可行？卡特彼勒、小松、利勃海尔和别拉斯都在研究开发。特别是美国GE公司和小松以及美国能源部组成研发团队，论证了混合动力系统。该系统能充分利用下坡（特别是重载下坡）缓行时所产生的能量给电池充电，这不但能节省燃油，从而能提高在坡道上的运行速度。

提高安全性是永恒的主题

对矿用汽车而言，安全是非常重要的因素，它不但会造成人员伤亡和设备损坏，而且严重影响矿山生产。矿用汽车除了一般的安全措施，诸如：落石防护结构（FOPS)、翻车防护结构（ROPS）、防振、隔热、隔音及防岩尘等等之外，各矿用汽车制造商都在想方设法提高矿用汽车的安全程度，从而满足矿山用户的要求。

利勃海尔基于矿山用户的要求制定了一个计划，给矿用汽车驾驶员提供更多帮助，开发研究3个产品：观看盲区的摄像系统，检测矿用汽车周围物体的雷达和摄像系统以及监测驾驶员疲劳或烦躁不安的室内摄像系统，计划在2014年推出。

小松也开展了类似的工作，将在今后12个月将Komvision系统安装在几种电传动矿用汽车上。Komvision利用8个雷达和6个动态量程压缩摄像机给驾驶员提供360°的可见视野。系统自动检测出小型车辆，以可见的不同类型布告和能听到声音方式给驾驶员报警。

日立建机利用Carion公司研发的Sky Angle系统，这种系统在矿用汽车上安装多个量程宽的摄像机,将所摄多个图像进行合成，显示在驾驶室屏幕上，为驾驶员提供矿用汽车周围的“鸟瞰图”。Sky Angle安全性极佳，驾驶员可快速了解周围发生的情况，驾驶员还可以调节到放大模式，了解更宽区域出现的情况。

卡特彼勒也在安全方面进行投资研究，希望能给驾驶员提供更好的安全保障，使他们安全且舒适地操作矿用汽车。（本文系刘廷安向《矿业装备》杂志投稿）

责任编辑：Quasimodo