卡特矿用卡车动力传动系统的选择

CAT的一篇文章：

采矿公司为了满足市场对矿产增长的需求，设立的生产目标会越来越高，因此设备制造商争相满足它们的需求—生产更大、效率更高的卡车，并为客户定做以解决不同使用场合的可能出现问题。

自从上个世纪50年代非公路卡车进入市场以来，它就在一直不断地发展。客户的需求是推动非公路卡车发展的最主要原因，同时技术也起着相当重要的作用。以Caterpillar（卡特彼勒）公司为例。该公司曾是20世纪50年代电气传动的先锋，它同时还致力于机械传动卡车的生产和发展。1962年，Caterpillar以机械传动32吨的769卡车打入市场。随后，该公司立即设计和测试了一系列的柴油电气传动卡车，并欲成为该行业顶尖的公司。68吨的779卡车在1965年开始投入生产，较大的原型卡车90吨和218吨也有了一定的发展。五辆218吨的电传动车也在伊利诺斯州矿场工作了多年。

不过随着机械卡车动力传动系的日益改进，当时，Caterpillar认为机械传动可为客户提供最好的运输解决方案，于是选择将其电气传动系统退出市场。

尽管Caterpillar不断发展其机械传动采矿卡车并处于世界领先地位，但它从来都没有完全放弃卡车使用电气传动的构想。它密切关注市场动向，发现使用无电刷电动机和固态控制的新型交流电气传动技术能扩大电气传动的应用范围，可以为大型运输设备提供又一有效的解决方案。


如今，交流电气传动技术已比较成熟，面对此技术进步以及现有Caterpillar产品的不断改进，公司认定此时是推出电气传动系统、作为机械传动矿用车补充的适当时机，Cat电气传动车型于2008年9月在美国拉斯维加斯城举办的MINExpo展览上首次亮相。

用户的意见
尽管技术进步激励了Caterpillar发展新型的采矿卡车，客户的反馈意见是推动这一发展的另一主要驱动力。

客户指出在某些应用中，电气传动卡车可能会最好地满足他们的需求。根据反馈意见，Caterpillar在改善其整个大型矿用车方面进行了大量投资，目的是制造出更可靠、更易于维护和使用、更环保的卡车。同时Caterpillar注意到了其应用的广泛性---上坡、下坡、极限条件和特殊条件，并发现电气传动卡车在当今的采矿业中也有独特的优势。

Caterpillar全球采矿部总裁说：“Caterpillar在采矿卡车占有强大的市场地位，现在无论是机械传动还是电气传动，我们都能为客户提供独特的解决方案。”

这意味着市场不再需要Caterpillar的机械传动卡车了吗？“完全不是这样的，”生产经理Ed McCord说：“我们只是将电气传动采矿卡车看作是我们现有机械传动卡车的补充，并不想违背我们对机械传动卡车市场的承诺。”

电气传动还是机械传动
当说到选择机械传动还是电气传动的问题时，Caterpillar产品负责人给予详尽的回答。该公司相信机械传动仍然是绝大多数情况的最好解决方案，但也承认某些情况下客户也会将电气传动作为首选。

Caterpillar采矿产品市场专家Jim Humphrey说：“每项作业必须就其本身的优点进行分析。采用模拟运料进行矿场分析将会有所帮助，但其它因素的作用也会影响客户的选择。公司传统也是其中一个因素。主要使用机械传动卡车的大型矿场引进电气传动车是一个巨大飞跃，反之亦然。重新装配维修车间、更改零件清单、增添安全要求以及不断培训维修和操作人员接受不熟悉的操作都需要一大笔费用。”

用户参与开发
Caterpillar在接受客户反馈意见的基础上，更前进了一步，即与采矿公司一起开发其下一代卡车。负责Caterpillar电气传动产品市场的Josh Wagner认为：“设计这些新卡车的关键环节之一就是客户关于改进我们现有采矿卡车的反馈和建议。”一些主要客户，例如BHP Billiton和Rio Tinto矿业公司，自从产品设计的初期就参与进来。

力拓Rio Tinto向Decatur派遣了一组人员，让他们对在当地制造的原型795F AC卡车进行详细的审核和分析。这一组人员包括维护、维护计划、维修、采购和工程人员。他们对所有主要部件进行了严格地检查和审核，并将Caterpillar的设计与Rio Tinto的期望相比较，将所得的重要信息反馈给Caterpillar。

Rio Tinto的第二组人员在进行性能测试评估的美国亚利桑那州图森市附近的Caterpillar图森试验场参观了运料卡车的展示。Rio Tinto的内部技术规范已经融合到了所有Cat的采矿卡车中。所做的改进包括：
•改进了操作员上下车辆部位，让操作人员能从驾驶员的左侧登上卡车。除了主梯外，每一边还设有应急梯。
•电池箱放在前保险杆的后面，以便可用叉车直接卸下电池组。
•液体排泄站位于一点，可在地面上进入该点。

Rio Tinto的设备规范原理顾问Craig Mamales相信新的卡车能满足他们的需求。Mamales说，完成设计审核和评估后，它们了解到Caterpillar将我们以及露天采矿业的其它关键公司的建议融合到了新设计中，相信Caterpillar的下一代卡车将会令其满意。

同样地，必和必拓BHP Billiton公司的代表也参观了Caterpillar位于迪凯特的工厂，在图森试验场观看了原形卡车并在加拿大的油砂(OilSands)见证了实际运行。Wagner认为BHPBilliton提供的反馈意见对Cat矿山车队的未来发展具有重要影响。

为每一种应用制造卡车
在MINExpo2008展览上，Caterpillar推出四款新卡车。793系列的227吨卡车有机械(793F)和电力(793FAC)动力传动两种不同的款式。Caterpillar新吨位规格313吨795FAC将只有电气传动款式，而新款797F将取代旗舰797B，目标载荷400短吨。

进一步补充Caterpillar新采矿卡车产品系列的是新款785和789机械传动卡车，这两款卡车已经过升级，以满足客户对维修性、安全性、操作舒适度和排放标准的要求。

设计新型发动机
一些新Cat型号矿用车采用了新型Caterpillar C175系列发动机。该发动机能够满足EPA TierII排放标准要求，并具有灵活性，可调整以适应下一个EPA等级。793和795系列的卡车采用16缸C175-16提供动力，总额定功率为1976-2535千瓦（2650至3400马力），797F采用20缸C175-20驱动，总额定功率为2983千瓦（4000马力）。

功率较小的卡车将由改进的3500C发动机提供动力，此发动机同样可以满足EPA TierII排放规定要求。

提供新吨位级别
Caterpillar决定推出介于两个现有最大车型之间的新吨位卡车后，又将重点放在开发与当今的挖掘机相匹配的承载能力上。Humphrey主要负责收集影响下一代采矿卡车的变化和方向的客户要求。

Humphrey说：“从全球来讲，313吨的795FAC的目标载重是采矿卡车比较受欢迎的规格。它可以很好地配合当前正在生产的最大电铲，三个工作循环可装满；或配合82吨或64吨的电铲，四到五斗完成装载。”

进行大量的测试
Caterpillar公司的新电气传动卡车是基于十多年来广泛的设计、开发和测试而开发的产品。

在1997年推出的首辆797卡车的设计期间考虑到了电气传动，但最终放弃，因为CAT认为当时的市场更青睐机械传动。不过，2004年Caterpillar高层管理人员向电气传动开了绿灯，将电气传动纳入新一代采矿卡车的生产中并郑重地开始执行此计划。

2005年末，一个由机械传动797改装而成的由交流电气传动技术驱动的底盘在图森试验场进行了试验。作为一个“杂交”卡车，它实际是一个有轮的实验室，制造该产品的目的是测试动力传动系的基本情况。2007年11月，第一辆原型电气传动卡车793FAC在公司的Decatur工厂完成生产，所有Cat采矿卡车都是在这个工厂里制造，然后运往图森试验场。2007年12月，第一辆原型795FAC在图森装配完毕。

同时，第二辆原型795FAC在迪凯特制造成功并接受了严格的分析和审核。Caterpillar在MINExpo2008展览上展示了这款卡车及一部797F机械传动卡车。在MINExpo展览之后，这部卡车被送往试验场，与Caterpillar公司的其它型号下一代卡车一起接受测试。

为了评估每一主要部件的工程设计，尤其是评定其在工矿条件下的性能，卡车经过了一系列严格的测试。安全性、可靠性、耐久性和性能的测试针对制动、转向、噪声、发动机排放和控制系统等诸多方面。此外，考虑到满负载速度以及许多关键的功能，卡车还接受了不平地面上的悬置系统测试。


培训电气传动知识
从一开始Caterpillar就意识到，引入电气传动技术对主要销售机械传动和液压传动的Caterpillar经销商网络来说会是一个挑战，因此强化培训计划已在进行之中。采用分阶段的方法，不但提供课堂教学，而是首先培训那些正在营运测试车辆的经销商，然后将培训课程在全世界展开，到达即将使用227吨及更大型号的地方。培训计划旨在培养出能满足Caterpillar客户期望的具有高水平专业技能的技术人员。

开发电气传动卡车
Caterpillar公司的电气传动卡车与其竞争对手的卡车有着很大的不同。

首先，两个主要的交流电动机安装在后轴上而不是轮子上。Wagner说，将它们与安装在轮子上的终驱动隔开可方便维护，并允许改变发动机或终传动器而不影响其它部件。也可单独在驱动电机或终传动器上执行维修工作，因为每一个电机或传动器都有不同的维修周期。

主交流发电机远离发动机也具有同样的优势，可方便维修并允许单独改动发动机或交流发电机。

与业界的大多数制造商不同，Caterpillar选择自己开发电机、交流发电机、控制器和软件---制造新卡车所需的所有部件，那当然也包括柴油机---完全是Caterpillar自己的产品。

Wagner说，Caterpillar为能够独树一帜而感到自豪：单个制造商、单个供应商，还有服务、培训或零部件供应，所有这些都从单个来源获得：Caterpillar的全球经销商网络。

Caterpillar的电气传动布局包括一个由发动机驱动的交流发电机---通过整流器向控制箱提供直流电---直流电源通过一个逆变器---向驱动电机提供交流电。Caterpillar与日本三菱电器公司合作为新动力传动系提供电源逆变器和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)技术。

三菱的交流电技术的核心知识得到了充分利用。系统的其它部分由Caterpillar的内部专家开发，包括交流发电机、计算机控制、硬件和电机。

共享设计
比较793F和793FAC卡车，它们属于同一规格的机械传动和电气传动两种款式，仅在动力传动方面不同。两者的外观极为相似，因为它们拥有一样的主车架、车身、散热器、液压系统和附件。

两者都具有最新技术水平的模块化驾驶室，视野更大，窗户面积增加了40%，驾驶员的操作舒适度更好。

提供选择
Caterpillar开发电气传动卡车以及改进整个卡车产品系列的目标是，提供满足所有客户需求的采矿卡车并能与采矿业的任何运输设备相配。

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