0 前言

矿用大型汽车是露天矿运输重要设备。随着大型露天矿山开采深度增加，运输道路坡度变陡，深部开采铁路运输的曲率半径受到限制，铁路运输很难适应，为矿山汽车发展提供了条件，目前露天矿运输中，国外汽车运输占80%~90%以上。随着工业技术的发展，矿用汽车广泛采用新材料、新技术，使其结构性能发生深刻变化，取得了迅猛的发展。从1963年美国通用电气公司与尤尼特·里格(Unit Rig)设备公司研制成功载重77t的M-85型电动轮汽车以来，到现在已出现载重218t大型电动轮汽车。与此同时，机械传动汽车在80年代中期推出载重120~170t级大型机械传动汽车以后，1990年美国卡特彼勒公司又研制成功载重218t的CAT793型机械传动汽车。两种传动方式汽车一直在竞争中发展，电传动与机械传动孰优？必须对两种传动方式进行分析比较，才能得出正确的选择。

1 露天矿用汽车发展概况

电动轮汽车从1963年到现在，在国外已有8家制造厂，先后生产了30多种型号6200多辆，其中数量最多的是尤尼特·里格设备公司。80年代以来，随着大功率高速柴油机研制成功，大规格大载重量轮胎的出现，电子技术的广泛应用，汽车技术性能的改善，从而促使电动轮汽车向大型化发展。

威斯达公司于1982年首先推出载重218t的KL-2450型大型电动轮汽车。它采用Detroit公司16V149TIB型柴油发动机，美国通用汽车公司GE787型电动轮，并装有该公司生产的Statex电子控制系统(包括固态逻辑线路和机载故障诊断装置)。从而提高了电动轮汽车的自我诊断能力和快速检测其故障隐患，使矿用汽车及时维修，防止重大事故发生。

尤尼特·里格公司MT-4000型载重218t电动轮汽车于1988年投放市场。它应用高电流硅整流器和相应励磁电子调节器，从而使用交流发电机，而电动轮的牵引电机仍为直流，提高了汽车运行速度和扭矩特性。

德雷塞公司于1988年4月推出载重218t的830E型电动轮汽车。采用了Detroit公司制造的燃油电子控制系统(DDEC)，实现了微机控制燃油喷射系统，可使喷油量、喷油定时与汽车负荷和运行速度相匹配，以获得较高的燃油效率和较小的烟气排放，从而对发动机进行精确的控制。并装设了自行研制的HAULPAK机载电子称重装置，车架上装有电子传感器，司机室内有数字显示载重计量表，汽车两侧平台上装有显示灯。由微处理机接受传感器信息，并控制显示灯和计量表，以准确计量汽车载重量。

马拉松·莱图尔诺公司于1990年研制成功载重218t电动轮汽车，使用Detroit柴油发动机，MLT型电动轮，悬架使用橡胶弹簧。

在电动轮汽车向大型化发展的同时，液力机械传动汽车也得到了猛烈的发展。在70年代美国矿用汽车，载重量为30~80t的全部采用机械传动。80年代初高强度、大功率液力机械变速器的发展，微电子技术应用，促进了机械传动汽车向大型化发展。载重80t及以上的矿用汽车在1970年全部采用电传动，到1990年时机械传动车市场占有率B达70%；又如108~177t大型矿用汽车中到1990年汽力机械传动汽车市场占有率已达52 %。

卡特彼勒公司生产大型液力机械传动汽车，产品质量和技术性能在国内外享有盛誉。于1985年初首先推出载重118~136t的CAT785型汽车，1986年生产了载重154~177t的CAT789型汽车，1991年又研制成功目前世界最大的载重218t机械传动汽车。据不完全统计，该公司已生产118t以上机械传动汽车900台左右。

CAT-793型机械传动汽车，采用CAT3516型涡轮增压后冷却式柴油发动机，并带有组合式喷油器直接喷油系统，功率1611kw。其特点是有一新型活节活塞，在离活塞顶部附近，安设了第一道活塞环。可减少燃油消耗，降低排出烟气的温度，并能使柴油发动机功率达到1 790kw。设有微机控制的六速动力换档变速器，换档过程中用变扭器驱动，以缓冲齿轮啮合的冲击，还设有标准换慢挡限速器，当司机在不适当地换入慢挡时，发动机不致产生超速。当汽车卸载时，传动装置能自动断开后退档以防意外倒车。在司机室内设有电子监控系统(CWS)，对汽车主要系统出现故障提供显示和音响报警。并装有自行研制电子称重装置，精度达到±5%。

日本小松公司生产的HD1600M-1型机械传动汽车，采用Cummins公司的KTA3067-C柴油机和自行研制的“TORQFLOW机械变速装置，包括一个水冷双相单级液力变扭器和一个液压操纵，强自润滑，带有多盘离合器的行星齿轮传动的动力换档变速器，微机控制换档，自动选择最佳速比，以适应运行速度、负载大小和路面条件。

德雷塞公司的510M型机械传动汽车。装有特恩·迪斯克有限公司制造的自动机械传动装置，它有一个闭锁式液力变扭器和一个液压可调减速器。气(氮气)顶油悬挂装置减震性能好，低压时氮气压缩与空载状态适应，当有大冲击负荷作用时，气液同时压缩，随着压力增加，不断按比例吸收能量，吸震性能好，调整容易，司机舒适。

尤尼特·里格公司的R130M型机械传动汽车，采用Cummins公司的12缸涡轮增压柴油机，带有微机控制的自动换档Allison变速器ATEC传动装置。司机室内设有6个方向可调气垫坐椅，1个倾斜式方向盘以及过滤通风设备。此外，尚有许多汽车制造厂生产机械传动汽车，并在露天矿山得到广泛应用。

2 电传动与机械传动对比分析

电传动与机械传动孰优？对比因素比较复杂，必须根据矿山具体条件进行分析。矿山运输的特点是运距短，经济运距一般不超过3km。路面质量差，弯多、路窄、坡度陡，作业条件差。因此选用矿用汽车以安全可靠为前提。

汽车运输的矿山，汽车运输费用约占矿石总成本的40%~50%。要求汽车制造成本低，消耗备件少，维修费用低，运营费用少，经济效益好。深凹露天矿运输，要求爬坡能力大，运行速度高，发动机扭矩贮备系数大，传动系统自动适应性好，有较好的低温启动性能和制动性能。

矿山地形复杂，汽车的停车、起步、倒车、变速、转向等变动复杂。据杭州闲林埠钼铁矿测定，在运距2.5km，平均坡度6%，最大坡度9%，有9个弯道，汽车上坡行驶，每个台班平均运输20次。而每个台班累计倒车40次、变速400次，踩离合器约1000次。要求汽车操纵轻便，灵活省力。根据上述要求，对比如下。

2.1 电传动方式

电传动的传动方式是“机械能-电能-机械能”，柴油发动机与电动轮的安装，各自独立，传动系统布置不受约束。调速性能好，实现无级调速，调速范围大，传动部件受冲击小，特别是在山路崎岖不平的条件下，实现自动调整，可充分利用发动机功率。

电动轮汽车在任何运行速度下，柴油发动机在额定转速下运转，进行全功率、低油耗工作。美国VME公司认为电动轮汽车比机械传动燃油消耗低。

柴油机大修期时间长.修理费用低。据Unit Rig公司统计资料，电动轮大修期为12 000~13 000h，而机械传动车为6 000~8 000h。电动轮汽车要比液力机械传动车减少33%。特别从80年代中期大型矿用电动轮汽车安装使用Statex电子控制系统后；已能有效地对其电气系统实行“自我诊断”，并具有较好的故障显示和跟踪功能，这将十分有利于电传动汽车的维护和检修。

传动系统上取消了离合器、液力变矩器、变速箱、传动轴及后桥主变速器等易损部件。简化了结构，提高了传动装置寿命和可靠性，汽车利用率高。

电动轮汽车采用电反馈减速和传统的机械制动方式，在下坡运行的制动过程中，柴油发电机处于空转状态，而牵引电机则起发电机作用，其电流反馈给片冷电阻栅，并可减少刹车的磨损，改善下坡时速度控制。但在坡度较大或作长距离下坡运输时，反馈的电能被电阻栅变成热量消耗，不但减速性能差，而且电阻栅散热效果不好，一旦过热，就只能使用盘式或蹄式制动器，容易造成制动盘过热而失灵。如美国的罗切斯特金矿使用载重108t电动轮汽车，曾发生几次跑车事故，现已停止使用。但是电气制动时可避免对传动部件的冲击，提高了汽车的完好率。

电动轮汽车的牵引直流电动机，具有低速高扭矩的特性，对长距离的稳定坡度行驶平稳，上下坡易于操纵，加速性能好。但在较陡的大坡道，或变换较大的地段运行时，由于受温升的影响，牵引电机的持续能力将大大降低，从而减缓车辆的运行速度。电动轮汽车除控制系统产生热量以外，在爬坡时轮边牵引电机由于输出高扭矩将产生大量的热，而其风冷式散热效果又不太好，易于产生高温，因此电动轮汽车连续爬坡能力，一般很难超过2km。

电传动方式经过两次机械能与电能的转换，必然产生效率损失，使传动效率降低。据卡特彼勒公司在北美的矿山通过15台机械传动汽车与载重吨级相近的电动轮汽车进行现场对比试验，机械传动效率达80%~85%，而电传动效率为70%~79%。电动轮汽车传动效率一般要比机械传动汽车传动效率低10%。

电动轮汽车易改装成辅助摩电架线供电的双能源汽车，在采场或废石场作业时，仍以电动轮汽车运行(放下集电器)，以保持运行的灵活性；但在干线上则采用摩电辅助系统，从网路上获得电源驱动汽车行驶，既可提高汽车的爬坡能力，又可减少能源消耗和废气污染，并可降低运输成本。

2.2 机械传动方式

机械传动汽车采用高强度的变扭器和行星齿轮变速箱具有高减速比，使汽车运输性能得到发挥。在高速度下，陡坡运行适应性强。根据尤尼特·里格公司对载重100t级液力机械传动汽车与电动轮汽车对比试验资料：在坡度为6%~10%，车速12.37~32 km/h时，液力机械传动汽车传动效率稍高于电动轮汽车，而在陡坡运行时，机械传动汽车的传动效率高于电动轮汽车，平均为10%~15%。

机械传动汽车可适应坡度多变的采矿工艺条件，它在爬坡时主要是变速箱、后桥，轮边减速齿轮啮合产生热量，还有爬坡初期换档时瞬间摩擦生热。这些热量又很快被循环油带到冷却器被水吸收，不致于产生高温。此外，机械传动汽车的功率和扭矩贮备均高于电传动汽车，所以爬坡能力大于电动轮汽车，适于深凹露天矿陡坡运输的要求。

机械传动汽车一般采用两档多片循环油浸式制动器。在下坡行驶时，利用各摩擦片之间油膜的剪切阻力而减速。在减速制动过程中液力变矩与柴油机参与工作，制动力较高。而且油冷圆盘制动器产生的热可由冷却油流带走。并起润滑作用，降低了摩擦片的磨损。从而提高汽车下坡减速——制动的可靠性。

液力机械传动装置重量轻、价格低。日本小松公司先后制造两种传动方式的载重120t的矿用汽车，其外型尺寸和功率相同的条件下对比：机械传动装置费用为4万美元，而电动轮为12万美元；机械传动汽车比电动轮汽车轻4.8t。

机械传动汽车利用微机控制变速，精确的变速程序，可消除手动离合器接合、脱开而产生的突然力矩负荷和冲击，变速平稳。其可靠性高、故障率较低，且机械故障比较直观，易于判断，因此容易维护检修。

从现场使用大型汽车看，在数量上电动轮汽车最多；但在新购进汽车时，机械传动汽车已引起人们注意。某些矿山用机械传动汽车代替电动轮汽车日渐增加。目前已有500多台在矿山使用。美国最深的露天铜矿——宾厄姆(Bingham)铜矿已先后向卡特彼勒公司订购CAT789型汽车28台，以取代154t的电动轮汽车。美国西雅里塔铜矿已拥有CAT789型汽车18台，CAT793型汽车1台。美国双峰铜矿用CAT789型汽车全部取代载重170t和190t电动轮汽车。最近完成扩建的莫伦西(Morenci)铜矿已订购CAT789型汽车41台，是目前使用大型机械传动汽车数量最多的一个矿山。加拿大的金蒂特(Quintette)露天煤矿使用电动轮汽车的同时也购进了大型机械传动汽车。智利丘基卡马塔(Chuquicamata)先后四次购买CAT789型机械传动汽车37台。我国的平塑露天煤矿购进18台CAT789型汽车。

3 结语

两种传动方式矿用大型汽车，随着汽车载重量的增加和新技术、新结构、新材料的应用，千方百计地改进自身的产品，不断完善提高各自技术性能，一直在竞争中发展。致于哪一种传动方式更优越的问题变为更为复杂。一般说两种传动方式各有所长，而且都还各自占有广阔的用户市场，将处于相互竞争，同时并存，从而打破了电动轮汽车垄断露天矿大型汽车运输设备的地位。对于坡度较陡而多变的深露天矿，采用大型机械传动汽车较之电动轮汽车的优越性更加明显，在一定程度上有代替电动轮汽车的趋势。

但是矿山在选择大型矿用汽车时，要考虑设备价格合理、技术性能先进、使用可靠，备品备件供应有保障，汽车运输效率高，运输成本低。如果矿山自然条件对采用哪种传动方式汽车都可以时应选用价格便宜的汽车；对于长期使用电动轮汽车的老矿山，且近期内不再扩建，最好仍然使用电动轮汽车，可以使矿山道路、汽修设施不变，司机和维修人员技术熟练可使操作维修保持较高水平；一些新建或扩建的坡度较陡的露天矿山宜选用大型机械传动汽车。为此矿山在选择何种传动方式汽车时一定要充分研究其技术性能和适用条件，同时要考虑本矿山的具体运输条件和作业情况进行论证，从而判断用何种传动方式的汽车最为有利，最后做出正确的选择。