卡特彼勒电驱动卡车795F AC的发展历程

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查看12809 | 回复3 | 2012-8-3 15:28:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
       卡特在50年代末开始进入矿山卡车领域,当时卡特拥有自己的发动机,变速器,以及驱动桥,同时参考当时的先进技术,很快于1962年,769推出了。769的结构和很多技术现在仍在使用,但卡特并不满足,又瞄准当时已经开始流行的电传动,虽然卡特当时并没有电传动的技术。
卡特最早的电驱动卡车779,采用的是直流电驱动技术

       这似乎不可理解,其实也很简单,769今天看来是矿山卡车入门级的机型,也是卡特最小的机型,载重只有32吨,当时的功率已经达到375马力,而同时期卡特最大的推土机D9G的功率也只有385马力,最大的装载机988只有300马力。因此如果卡特要跟上卡车大型化的潮流,要么和竞争对手一样走电传动的路子,要么把机械传动系统做大。

和779一起发展的783,只出了试验机,未投产

       机械传动系统做大并没有那么容易,也许卡特觉得电传动是未来的方向,所以开始研制更大的电传动卡车779。当时其他厂商都采用由铁路机车电传动系统发展而来的技术,即由GE提供电传动部件。卡特一向不喜欢受制于人,要么收购,要么自己研发。因此卡特开始了电传动系统的研发,1966年,779推出,779配备1000马力发动机,载重75吨,使用直流电传动系统。在779的基础上还有3轴的783和双头的786。

双头的786产量非常少
   
       然而779麻烦不断,电传动系统也不给力,终于在1969年,卡特忍无可忍,召回了所有车辆并拆毁,中止了刚刚起步的电传动卡车项目。  
卡特交流电驱动技术的组成

       卡特回归机械传动老路,稳步做大,相继推出了773和777,尽管这些车型都很成功,但直到1984年才推出百吨以上的785,尽管技术含量不同,但这时已落后竞争对手20年了。卡特继续发力,又相继推出了789和793,抢占了不少电动轮卡车的市场份额,1998年正式推出797,终于在吨位上领先于业界。

卡特主要的工作是集成

       卡特的野心并未停止,令卡特苦恼的是,尽管卡特的机械传动卡车性能不错,但有些电动轮卡车的传统客户用惯了电传动就是不认可机械传动卡车。于是卡特在2004年开始研制自己的电传动卡车。

改装电驱动的797测试机,安装了全新的设备

       卡特的技术路线与其它厂商并没有不同,采用现在流行的交流驱动系统,不同之处在于核心部件。一些厂商没有自己的发动机,电驱动系统,只能做整体设计以及车架这样的部件。而卡特有自己的发动机,也有着多年生产发电机组的经验,因此在电驱动系统中主要缺少电流变换部件,即现时流行的IGBT组件,主要功能是把经过整流的直流电直接变换成三相交流电。卡特找到了多年的伙伴三菱,由三菱电机为新项目提供相应技术。

797改装测试机的上甲板,可以看到原先布置空滤的地方被开关柜取代,电阻栅上方安装了不少测试仪器

       2005年,一台卡特797被用来改装以测试新的电传动技术,这台797去掉了变矩器和变速箱,换装了一个包含两个马达的后桥,加装了发电机以及电流变换组件以及各种附属部件如开关柜、制动电阻等,当然各种控制软件也是必不可少的。

797改装测试机的后桥,和原先机械传动的有很大差别,与其他厂商的也不一样

       在797测试的同时,新产品的研发也在同步进行,2008年,卡特在MINEXPO上展出了第一款交流电驱动卡车795F AC,但实际上当时795F AC并未完成测试也未投入批量生产。

       当795F AC在2008年MINExpo上亮相时,大家都吃了一惊,原本以为会和之前的797改装验证机差不多,然而实际差别还是很大的。
MINExpo前在场外组装完成的795F AC

       从外观上看,795F AC的外观风格与797F及793F保持了一致,尺寸上非常接近797F,只比797F略小,而比793F大了一圈,外观上比较大的区别在上甲板,除了电气开关柜,不同于797验证机,使用了一个巨大的制动电阻栅,用来给制动电阻散热。此外,后桥也与797验证机不同。

795F AC的上甲板,布置了制动电阻栅和电气开关柜
       动力上,和其他F系列一样使用了卡特ACERT技术的C175系列发动机,797F使用20缸4000马力发动机,793F使用16缸2650马力发动机,而795F AC也使用16缸发动机,但功率达到3400马力。

795F AC使用的C175-16发动机
       795F AC使用时下流行的交流电驱动系统,发动机驱动发电机输出的交流电经整流成为2400伏直流电,再经IGBT组件成为三相交流电,驱动两个牵引马达,马达通过两级减速驱动车轮。
795F AC的电驱动系统

       在发电机的布置上,不同于其他厂商,并没有直接布置在发动机后方,而是布置在车体中部靠后的位置,距离后桥较近,与发动机用传动轴相连。这种布置与卡特机械传动卡车把变速箱安装在后桥上的方法极为接近,相信是为了平衡前后桥的负载。

795F AC使用的发电机

       与其他厂商不同还有电机的布置,其他厂商通常采用GE设计的轮毂马达,后桥壳通常中空。而795F AC把两个马达安装在后桥中,轮毂里安装的是减速机构和制动机构。一根完整的后桥在工厂就装配好了,而不是在现场安装轮毂马达。

795F AC的后桥,与其他电动轮产品有较大区别

       795F AC的电阻制动系统功率高达6365马力,为此使用了一个大直径的风机进行散热,这种设计近年已出现在多种车型上,如小松860E-1K,960E-1K,UnitRig MT-5500,MT-6300AC,而795F AC的大小和布置非常类似UnitRig的设计。

开关柜背面,内有IGBT组件

       795F AC的车架类似于797系列,采用铸钢件焊接而成,悬挂系统与797相同,后悬挂也采用了四连杆式,因此车架与传统上采用A型架加横拉杆式的有较大不同。转向系统相比797做了简化,只使用一根横拉杆。

795F AC的车架

795F AC的制动系统充分体现了卡特的特色,除了电驱动特有的电阻制动外,795F AC的四个车轮都使用了油冷多盘式制动,完全是机械传动卡车的风格。这种制动系统解决了以往电驱动卡车采用干盘式制动在紧急时刻机械制动能力不足的问题。同时通过全自动控制系统油冷多盘式制动会在电阻制动接近额定功率时自动介入,解决了以往电阻制动在重载长距离使用过热烧毁的问题,大大提高了卡车的安全性能。由于做到了任何时候都可以停得住,795FAC安全行驶速度可以更高。

795F AC的车底密布各种液压管线

不同其他厂商的还有795F AC的液压系统,除了转向和举升,795FAC采用了更多可靠的液压系统,如发动机散热、制动系统和冷却风机驱动,以使795FAC能够适应更加艰苦的矿山工况。冷却风机采用液压驱动后做到了转速可调控制系统依据部件温度和环境温度来调节风散转速,同时也增加了冷却系统的冷却能力,使795FAC适于在极冷和极热的环境里正常工作。

795F AC的前悬挂

       795FAC标称额定载重313公吨,根据不同厢斗,轮胎等机器配置其额定载重量可在300-328公吨范围内,稍小于小松960E和Unit Rig的MT5500。但因其采用了油冷多盘式制动和许多797F的部件,其整机运行重量则与竞争对手相当。但也正是由于这些部件使得795FAC的安全性能更上了一个台阶。

运输途中的795F AC,可以看到发电机

795F AC的电气线路,可以看到发电机输出一组,通往后桥两组

       795FAC从2010年正式销售到2011年已经收到订单超过80台,客户包括瑞典Boliden EU Cert铁矿,美国Detour Gold金矿等严寒和长距离重载下坡恶劣条件矿山。795FAC应为拥有出色安全性和生产效率和卡特彼勒出色的代理服务网络,正在改变传统的电驱动卡车市场格局。

来源于铁甲工程机械网

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jcccw | 2012-8-3 16:07:00 | 显示全部楼层
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yuhui1121 | 2012-8-4 20:43:28 | 显示全部楼层
挺详细的,学习了。
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dy12_21 | 2012-8-14 15:16:31 | 显示全部楼层
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