内容来自《商用汽车杂志》专栏---重卡概念设计评论系列之八，作者：刘雪杉
愚公移山的传说，描绘了远古时代人类从事采掘工作的艰苦辛劳。正如愚公所言“子子孙孙无穷匮也”，我们迄今仍在挖山不止。在愚公的时代，也只能祈祷天神的感动，又怎会想到如今各种高效的挖掘机械和自卸车呢？而几千年后的我们，却可以凭借幻想的力量，大胆预测我们的未来。那么，在不远的将来，我们将会驾驭怎样的机械巨兽，来继续愚公的事业呢？
多功能自卸车：Super Tipper Truck
在上一期中，笔者介绍了获得VDA Design Award 2006第4名的Chameleon概念重卡，其设计者邓海山也因此得到去德国Meiller公司实习的机会。Meiller是德国最负盛名的自卸车制造商，带有“Meiller Kipper”Logo的产品，就意味着品质。Meiller的历史可以上溯至1850年，巧合的是，其创始人Lorenz Meiller是一名制造镐、锄头、铲子的铁匠，从生产农具到制造自卸车，Meiller简直是德国版的愚公。
邓海山在Meiller实习期间，设计了这款名为“Super Tipper Truck”的概念车。顾名思义，这是一辆超级自卸车。
Super Tipper的设计灵感来源于4足动物，4组车轮如同野兽的4足，龙门架结构如同野兽的四肢与脊背，驾驶室如同野兽的头部，而货厢，则是野兽的躯干。Super Tipper颠覆性的结构使得它可以实现多个方向的卸载。当Super Tipper弓起后背，通过液压装置的驱动，货厢向后倾斜，可以实现后方的卸载。当货厢底部的舱门打开时，则可以实现下方的卸载。向下方卸载时，驾驶舱可以举升起来，防止被石块击中。抬起驾驶舱，并使货厢向前倾斜，则可以实现前方的卸载。另外，利用Super Tipper的特殊结构，还能够实现在斜坡上卸载，这是传统结构的自卸车所做不到的，大大提高了Super Tipper的工作范围。
Super Tipper的4组车轮分布在前后两端，接近角与离去角足够大；同时，由于4组车轮完全独立，几乎是放大版的独立悬架；并且又没有车架的限制，因此无论在怎样复杂的路面上，车轮都可以保持与地面有足够大的接触面积，具有非常高的通过性。另外，由于货厢采用了悬吊的结构，而不需要传统的车架在下面支撑，而车轮也分布在货厢的前后左右；因此，Super Tipper的重心非常低、抗倾翻能力特别强，安全性很高。驾驶舱顶部的强壮护罩，也增加了Super Tipper的被动安全性。
从Super Tipper的结构看，它应该也是采用轮毂电机，实现全轮驱动。不过，由于大部分结构和空间都被货厢占据，Super Tipper并没有留下太多的地方用于存放供电装置，想必它持续工作的时间较短，需要频繁补充能源。
凭借Super Tipper Truck的出色设计，邓海山于2007年获得了全球最顶级的设计奖项——红点奖(Red Dot Design Award)。
模块化自卸车：ETF
Mining TrucksSuper Tipper Truck体现了一车多能、通用化的设计理念，能够适用于多种工况，适合业务比较零散的中小用户；但对于工程量巨大的大型矿山而言，Super Tipper Truck就不太合适了。
现在的矿用自卸车为了提高运输效率而越造越大，以目前世界上最大的矿用自卸车LIEBHERR T282C为例，其载质量达到了惊人的363 t，但是同样骇人的却是它237 t的整备质量与外形尺寸为14.22×8.99×7.84 m的雄伟体魄，至于它的油耗，恐怕只能用惊世骇俗来形容了：300 L/h。但受到传统技术的制约，使得矿用自卸车的载质量与体积不可能无限制地增大，使用效率与经济性的提升遇到了瓶颈。
早在7年前，就有人开始思考这个问题。ETF公司总裁Eddy de Jongh先生认为，日益发展的矿用自卸车，不但要提高运输效率、降低运营成本，同时也要兼顾环境保护，要在这三者之间达到平衡。于是，另辟蹊径、颠覆了传统矿用自卸车的ETF Mining Trucks诞生。ETF Mining Trucks是ETF公司(European Truck Factory)历时7年之久不断完善而发展起来的矿山运输平台。ETF曾经名为“Emirates Truck Factory”，早在2007年，就设计出第一代ETF概念卡车。经过几年的完善和发展，ETF日趋成熟。
ETF虽然概念超前，但其应用的技术中95%都已经可以实现。与传统矿用自卸车相比，ETF可以提高12%的运输效率，在工程中减少10%的车辆需求，并且能够节省25%的燃料，无论在工作效率还是经济性上都有着绝佳的表现。ETF得益于独特的设计理念，在维护保养方面也提出了十分精彩的创新解决方案。
ETF可以实现3种工作模式：矿用自卸车(Mining Truck)、重载列车(Haul Train)，以及自装载矿用卡车(Self-Loading Mining Truck)。
作为ETF的基本型，ETF矿用自卸车延续了上一代的设计思想，并有新的突破，并将性能发挥到了极致。ETF的行驶系统与重型组合式运输平台极为相似，由多个独立的车轴组成，每轴2个车轮，可以实现全轮驱动和全轮转向。ETF配有独特的比例速度转向系统，因此实现了非常小的转弯半径。一辆5桥的ETF，只需要34.8 m的宽度就足够调转180°了。ETF的每个车轴都有独立的油气悬架，行程可以达到95 mm，而车轮还拥有左右各10°的振荡自由度，结合ABS和牵引力控制系统，使得ETF无论是上坡、下坡，还是行驶在颠簸路面，都具有很高的通过性与平顺性。即使遇到大雨或者大雪天气，路面湿滑，也不在话下。
由于矿山环境恶劣、路况复杂，因此遇到悬崖、陡坡，传统的矿用自卸车稍有倾斜就会发生倾覆、坠崖等事故；但ETF不同，凭借其多个车轮对地面的强大附着力，以及油气悬架对整车重心的调节，可以有效避免事故的发生。另外，由于多个车轮对载荷的合理分配，使得整车对地面的压强较小，还能减少因为自身的大质量而导致的塌方等事故。
ETF的独特行驶系统带来的另外一个好处就是，大量节省了轮胎的消耗。由于ETF的油气悬架比普通的钢板弹簧悬架更软，可以最大限度地减少轮胎的负荷，避免轮胎内空气因为压缩而过热，推迟轮胎老化的时间。在空载行驶时，ETF可以抬起40%的车轮，降低轮胎不必要的磨损。由于采用全轮转向结构，ETF的转向更为顺畅，与传统的矿用自卸车相比，可以在转弯时大大降低轮胎与地面的摩擦，从而延长轮胎的寿命。并且，全轮转向结构避免了传统卡车因四轮定位不准而增加额外的阻力的问题，减少了轮胎的磨损。而且，ETF的车轮间距足够大，通常不会有石块卡在2个轮胎中间，避免了因为轮胎间卡有异物而意外损坏轮胎的风险。而传统的大型矿用自卸车都会装配40.00R57以上的巨型轮胎，不但需要单独定制，而且运输、储存很不方便。ETF采用24.00R35的轮胎，这是工程机械常用的型号，很容易获得，成本也相对较低。除此以外，ETF还配备了中央轮胎充气系统，根据路面情况对轮胎的气压进行调整，让所有的轮胎都处于所需的最低气压，延长轮胎的使用寿命。当路况发生变化时，也可以迅速对胎压进行调整。如果轮胎出现漏气的现象，轮胎所在的车桥会自动抬起，避免轮胎损坏或丢失。在这种情况下，传统的2桥6轮矿用自卸车将不得不停止工作，由其他运输车辆将其运输到车间维修。ETF可以抬升受损车轮，而并不影响其他车轮行驶，可以自己行驶到指定地点进行及时维修；因此，在轮胎消耗方面，ETF占有绝对的优势。据ETF公司测算，与同样工作量的传统矿用自卸车相比，每年每辆ETF可节省轮胎23 t(由于轮胎型号不同，因此ETF公司用质量大小来作比较)，降幅达45%。
ETF的维修保养同样非常方便，可以实现零部件总成的快速拆卸。轮胎等大部分总成都能在15 min内完成更换，而发动机、车桥等需要45 min。而且ETF在出现故障时，通常并不需要回到车间进行休息，通过用一些辅助设备，在户外就可以马上将损坏的总成拆下来，换上新的，立刻投入到繁忙的作业当中。这大大提高了工作效率，降低了维修保养成本。
除了具有功能强大的行驶系统外，ETF还实现了高度的模块化。传统的矿用自卸车为了提高运载量，体积越造越大，而对于不同的作业环境，又需要不同载质量的自卸车，每辆车都有自己专用的维修设备、配件等。对于企业而言，购买和维护保养这些巨无霸都需要耗费巨大的精力和财力，而ETF的模块化结构则很好地解决了这一问题。从8×8到20×20，ETF可以变化出多种结构形式，有效载荷覆盖80～218 t，当需要根据工况来调整车辆配置时，只需要增加和减少模块就可以轻易实现。
ETF的模块化还体现在动力系统方面。矿山作业的矿用自卸车，通常有一半的行程都是空载行驶，匹配一台大型发动机在空载时无疑是巨大的浪费。ETF另辟蹊径，搭载4台较小的奔驰OM502发动机(诚然，480 kW的OM502对于公路用车而言是大功率发动机，但是与工程机械领域动辄几十升排量的大型发动机相比，只能是小巫见大巫了)，由电子控制系统协调管理，根据不同的工况来决定它们的输出功率，甚至部分关闭。另外，ETF还拥有一个动力备份系统，当其中某个发动机出现故障时，系统将自动将其关闭，利用其他发动机来继续工作，直到在合适的时候将其更换下来。
ETF的另外一个绝妙主意就是开发了单纵梁车架。由于ETF行驶系统的特殊结构，整车的负载都通过横梁转移到车轴上，从而降低了车架纵梁的载荷，因此才得以应用单纵梁结构。同时，单纵梁结构的车架使得ETF重心比传统矿用自卸车低0.6 m，行驶更加稳定。
为了降低运输成本，ETF的所有组件都可以拆分、装入标准的集装箱里，这样可以避免整车运输时造成的麻烦。当所有组件运抵施工地点之后，只需要1周半的时间就可以组装成一辆完整的ETF。
ETF的另外一种工作模式就是多辆卡车通过连接臂首尾相连，组成重载列车(Haul Train)。这种工作模式的设想来源于铰接式自卸车，虽然车身加长、载质量增大，但由于采用铰接结构，仍然具有较小的转弯半径，具有较强的机动性。得益于自身结构的优势，ETF将列车连接得更长，可以是2辆、3辆、4辆，甚至更多。车辆通过密封在连接臂里的数据线缆交换数据，通过第1辆卡车对列车中的所有车辆进行统一控制，比如发动机的输出功率、转向、制动等。这样的好处不言而喻，每列车只需要一个驾驶员，大大降低了运营商的人力成本。虽然多辆ETF首尾相连，但这并不影响其卸载。ETF可以从左侧或者右侧来倾倒货物。如果需要改变工作计划，可以根据需要将任何一辆ETF脱离列车单独作业。这种独特的配置使得随时调整运输能力变得简单。
ETF的第3种工作模式是自装载矿用卡车(Self-Loading Mining Truck)。就是在ETF的一二轴之间、货厢的前下方增加铲子，在行驶过程中进行剥土作业，将地面上的物料铲到货厢中。由于ETF的独特行驶系统，即使剥离地面表层前后的地面高度不同，ETF也能应对自如，保持行驶的稳定性。这样，就省去了专门的剥土机械，装载、运输、卸载，由ETF一气呵成，尤其适合露天煤矿的开采和运输。当然，也可以将多辆自装载矿用卡车连接起来，就变成了自装载重载列车(Self-Loading Haul Train)，工作效率更高。
无论是Super Tipper Truck，还是ETF Mining Truck，这2个设计方案都是将“效益”作为核心诉求，然而二者又有所不同。Super Tipper Truck主要适用于那些需要经常更换工作环境的中小用户，他们需要车辆尽可能多的功能，以便于他们足以应付各种情况而不至于增添车辆；而ETF Mining Truck显然更适合大规模的企业，他们更强调车辆的标准化、通用化，以便于能够在工程项目中合理配置所掌握的资源，并且尽可能通过各种直接或间接的手段降低运营成本。Super Tipper Truck与ETF Mining Truck，2个作品虽然不同，却都体现了设计师的智慧。
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