大型矿用卡车与矿用宽体车运营能力比较分析

时间：2024-05-17

（平朔工业集团有限责任公司露天采矿工程事业部，山西朔州 036006）

0 引言

单斗—卡车工艺具有可靠性高、适应性强、灵活度好、设备投入快的特点，是国内外露天矿普遍采用的开采工艺。纵观露天采矿设备的发展历史，采装与运输设备一直向大型化发展，从20 世纪60 年代开始陆续出现100 t、200 t、300 t 级矿用卡车，白俄罗斯汽车制造厂（别拉斯）生产的75710 型卡车载重甚至达到了450 t。1960 年至今，装备规模化、设备大型化已经成为单斗—卡车工艺的发展趋势。

1 问题的提出

在80 年代以前国内采用单斗—卡车工艺的露天矿很少，即便少数几个露天矿选择卡车运输，由于汽车爬坡能力差、载重吨位小，实现不了大规模生产。从1982 年建设平朔安太堡露天矿开始，平朔安太堡露天矿投入使用了当时世界上最先进的载重154 t 的矿用卡车，随后又陆续引入了200 t 级、300 t 级大型矿用卡车。目前国内制造企业北方股份、湘电重装、徐工矿业等机械制造企业都具备了制造200 t 级、300 t 级矿用卡车的能力[5]。大型设备的使用使露天矿的产能得到充分的发挥，生产规模也从年产几百万吨发展到年产两三千万吨特大型露天矿。但是，随着露天矿的发展，大多数露天矿地质条件逐渐转差，露天矿运距和提升高度逐年增加，矿用卡车燃油量大、轮胎消耗量大、运输成本高的缺点被放大。针对大型矿用卡车的缺点，近些年我国出现一类新型的运输车辆—矿用宽体自卸车，它介于大型矿用自卸车和普通自卸车之间，价格要远低于矿用卡车，由于对宽体车结构进行了加强，在使用稳定性上要强于普通卡车，目前该车型载重能力可以达到50 t～70 t，在国内一些小型露天矿中得到广泛使用。该文将对大型矿用卡车与矿用宽体车运营能力进行比较分析。

2 矿用卡车发展历程

2.1 矿用卡车的发展

1934 年1 月美国尤克里德（Euclid）公司研制出第一辆非公路自卸翻斗车Euclid-1Z[1]，其可以说是矿用自卸车的雏形。随着卡车制造技术的发展，1960 年1 月27 日，美国尤尼特瑞格（Unit Rig）公司与通用电气公司合作，研制成功第一台电动轮原型车，并在1963 年下半年，开始批量生产M85 型85st（77t）电动轮自卸车。逐渐形成了机械传动矿用车和电动轮矿用车2 种类型，矿用卡车的载重能力也从最初的50 t～60 t，发展到现在的300 t 以上，随着卡车的大型化，大吨位卡车除了科特彼勒公司还在使用机械传动以外，其余厂家几乎都采用的电传动卡车。

2.2 矿用宽体车的发展

我国有许多小型露天矿，受限于企业规模和经济实力，无法投入价格几千万的矿用卡车。2005 年以前这些露天矿以普通的公路重卡为主，但由于矿区特殊工况环境，重卡在承载性、行驶性、通过性和安全性方面很难满足矿区的作业要求。2005 年以后，国内的卡车生产企业在原有自卸卡车基础上加强加宽结构[2]，生产出了矿用宽体车，具有一次性装载量大、运输效率高和盈利性好等特点。2014 年以来，陕西同力、徐工集团、三一重装、北方奔驰等企业已具备宽体车设计生产能力，可以说宽体车进入成长的黄金期[3]。宽体车技术正逐渐成熟，产品更新换代的速度加快，而且性能基本稳定，受到露天矿区的普遍欢迎[4]。

3 运营能力比较

大型矿用卡车以其载重量大、使用周期长和规模效益强的特点，在国内外大型露天矿得到广泛应用。20 世纪80～90 年代以108 t、154 t、185 t 矿用卡车为主，进入21 世纪露天矿开始重视规模效益，陆续投入300t 级矿用重型卡车，单台卡车运输能力达到150 万m3/y。矿用卡车单台运输能力大、规模化营运能力强是宽体车无法与之相比的。但近几年国内卡车制造商加大研发力度，陆续推出50 t、60 t、70 t 的宽体车，宽体车资金投入少、设备更新周期快，在性价比、实用性上具有明显优势，从成本导向和短期利益来说也有自身的特点，在几十万吨到几百万吨露天矿都有一定的市场，多数大型露天矿表土剥离工程也都是以矿用宽体车为主。2 种卡车从设计和性价比方面都有各自的优势和特点，但在实际应用上也都存在着各自局限性和不足。下面就从卡车性能相关指标比功率、自重系数方面对两种卡车运营能力进行分析比较。

图1 卡车比功率统计图

3.1 比功率

比功率是衡量汽车动力性能的一个综合指标，是指汽车发动机最大功率与汽车总质量（自重+载重）之比。对同类型汽车而言，比功率越大，汽车的动力性越好。经过计算小松、卡特等大型矿用卡车的比功率，可以看出虽然卡车载重能力跨度较大（108 t～300 t），但大型矿用卡车功率比较稳定，载重200 t 级以下矿用卡车，比功率在4.4 kW/t 以上，载重能力300 t 级卡车比功率在3.9 kW/t 左右，数据略有所降低。矿用卡车的平均比功率为4.47 kW/t，最大比功率达4.84 kW/t。

而矿用宽体车统计的同力、徐工、三一、陕汽等品牌载重50 t～70 t，比功率的幅度较大，平均比功率为3.80 kW/t，最小比功率为3.44 kW/t，卡车比功率统计结果如图1 所示。按统计比功率的平均值比较，矿用宽体车较矿用卡车少了0.67 kW/t，说明大型矿用卡车的动力性能要明显好于矿用宽体车，动力稳定和爬坡能力强也是矿用卡车在大型露天矿广泛应用的主要原因之一，且产品更成熟、更稳定，各品牌之间的差距不大。而矿用宽体车各品牌之间载重差距虽然只有20 t，但比功率的跨度却在3.44 kW/t～4.16 kW/t，波动幅度相对较大，不同型号卡车之间存在明显的动力表现差异，这也从侧面反映了宽体车由于品牌和厂家较多，有些时候制造商为了过分追求车辆的载重能力及车辆成本，进而选择功率较小的发动机，却忽略了宽体车总体的动力表现。

3.2 自重系数

车辆自重系数是指车辆自重与载重量的比值，是卡车运行过程中无运输效益的部分，车辆的自重系数越小，运输就越经济。因此车辆设计过程中在保证卡车刚度、强度、和使用寿命的前提下，应尽量地降低自重系数，以提高设备的运行效率。统计的矿用卡车平均自重系数为0.75。而宽体车虽然厂家较多，卡车的自重与载重量之间也有较大的差异，但自重系数基本控制在0.45～0.5，统计的宽体车平均自重系数为0.5。通过统计结果得出：宽体车的自重系数要明显低于矿用卡车，说明矿用宽体车在运输过程中无运输效益部分要更少，运输成本上要优于矿用卡车，这也是宽体车在小型民营露天矿得到广泛应用的主要原因。