全電動操作的超級采礦運輸卡車
露天采礦業一直是柴電驅動卡車的經典作業領域。這些卡車的動力來自于柴電驅動系統,原則上包括兩個電動驅動馬達,通過齒輪整合到卡車的後輪,一個發電機和一個強大的柴油發動機。不斷上漲的燃料價格、高維護成本、更高的環境意識、高燃料消耗和優化卡車循環時間的願望,這些因素都在影響着卡車的發展。
實作這一功能的最佳系統應基于傳統的電車系統中使用的設計,如鐵路基礎設施中用于牽引的系統。由于無軌電車系統與這個系統的相似性,被稱為卡車無軌電車系統。電動牽引車目前被用于采礦業,特别是在惡劣條件下的礦石運輸。牽引車需要有較快的速度,特别是在上坡路況下有較大的牽引能力,以滿足生産力的要求。設計牽引車的主要目的是為了降低每噸牽引材料的成本。一般來說,這可以通過提高系統效率、減少維護和制造大型卡車來實作。由于消除了機械轉換,電動牽引車具有這些優勢。通過使用高架電車線盡可能地将電力輸送到卡車上,可以進一步提高效率。通過這種方式,可以減少柴油機的運作時間,并大大節省相應的維護費用。使用電車系統的一個主要問題是電車線的可用性,這直接影響到生産力,因為一輛或多輛卡車依賴于電車線。影響可用性的可能故障來自于卡車的内部短路。每當這種情況發生時,最好能在不影響變電站和同一線路上的其他卡車的情況下,隔離這輛卡車進行維修。故障可以用保護裝置隔離,包括高速斷路器或熔斷器。然後需要進行短路計算以确定保護裝置的額定值和響應時間。
為了實作最大的性能,卡車驅動系統需要有效地引導所有可用的發動機馬力。随着發動機功率使用率的提高,卡車在行駛過程中有足夠力拉動。有了闆載制動能力,該卡車可以在更高的速度下處理電氣下坡運輸,并提供平穩、毫不費力的電動制動,一直到靜止。
具體來說,該車有兩種操作模式,分别為推進和延緩。另外,牽引交流發電機将柴油機的機械能轉換為直流電流,為直流母線電容器充電。電能通過電容器進入兩個逆變器,為牽引電機産生交流電。逆變器的輸出頻率和電壓被控制,以提供精确的電機扭矩和速度。在緩速模式下,逆變器通過減緩電機的速度來産生電力。連接配接到逆變器的制動斬波器将電力直接導入一個電阻網,持續耗散能量,直到卡車達到靜止狀态。是以,制動是平穩的,就像駕駛汽車一樣,但沒有造成機械制動磨損。
每個驅動系統都有非常高的牽引力(拉力),以便在松軟的地面上拉開,并充分使用所有可用的發動機馬力。在小車輔助期間,可用的額外動力轉化為更高的路面速度。延緩利用交流驅動系統的全部動力能力,以達到最高的安全下坡速度。在無軌電車上運作時,三相電源來自11kV或33kV輸電線路。多個變電站位于坡道沿線,用于轉換和整流三相電壓,然後供給直流母線。卡車上安裝了直流鍊路和短路保護裝置。然後,交流牽引車将直流電轉換為交流電,并将其安裝在斜坡上。然後通過三相半導體逆變器實作變幅和變頻,驅動感應電機提供牽引力。
一旦卡車成功地與高架車輛齧合,就會立即以速度增加的形式改善性能。在坡度上,卡車的速度與可用的功率成正比,而在柴油機發動情況下,它受限于發動機的容量。需說明的是,每個驅動裝置都會有一個非常高的牽引力,用于在松軟的地面上拉開,并利用所有的發動機功率。在小車輔助過程中,額外的動力可以轉化為更高的上坡速度,下坡時則延緩使用交流驅動系統的全部動力,以獲得最高的安全下坡速度。
除了減少燃料成本外,使用卡車手推車系統還可以達到更多的優勢,如:提高礦山的生産能力;由于卡車的速度提高,所需的卡車數量減少;由于電力驅動下的卡車可以實作更高的坡度,是以可以更容易地到達礦井的深部;減少了卡車的維修費用;延長卡車的電動機和柴油機的使用壽命/運作時間;進一步的優勢,導緻了柴油燃料的節約。
卡車小車系統在坡道上大多是經濟的,總能量的大部分被消耗。其餘的牽引周期使用傳統的柴油動力,然而。在裝貨和卸貨區附近沒有手推車輔助,這一方案無法得到充分條件來實作。是以當卡車不在電車坡道上時,利用卡車的制動能量将是一個電源的解決方案。刹車能量可以儲存在某種能量存儲器中,以後再加以利用,儲能器也可以從無軌電車線路上進行充電。
利用儲能和手推車系統的概念将包括以下操作模式:使用能量儲存,如超級電容或電池,或兩者兼而有之;在靠近目的地的地方乘坐手推車利用儲能去到最終目的地,如垃圾場;利用儲能回來的下坡小車坡道;用手推車下去,把制動的能量回報給電網為儲能器充電;利用儲能去初始裝載點。
牽引車技術在過去幾年中已顯示出巨大的發展,随着有效載荷能力的增加,其性能得到了重要的改善。裝有受電弓的電動牽引車可以從高架電車線上擷取動力。卡車在礦坑内、破碎機周圍和平坦地段使用柴油動力運作。無軌電車線在平地提供動力,進而提高卡車速度,延長發動機大修的間隔時間,并減少能源成本。