“金川智造”前瞻謀劃賦能綠色礦山建設——我國首臺新能源無人駕駛地下礦卡誕生記
2024年10月10日 10:34 3092次瀏覽 來源： 中國有色金屬報 分類： 銅鎳鉛鋅 作者： 張愛玲
金川集團自主研發(fā)的25噸新能源無人駕駛地下礦用卡車。張俊成/攝
9月2日，金川集團鎳鈷公司三礦區(qū)無軌設備培訓基地內禮炮齊鳴，掌聲雷動。隨著紅幕緩緩落下，一臺9米多長、2米多寬、2米多高的白綠相間的“大家伙”亮相——這是由金川集團自主研發(fā)的我國首臺25噸新能源無人駕駛地下礦用卡車。它的正式下線，標志著金川集團在“金川智造”道路上邁出了堅實的一步。
礦用卡車是礦山井下無軌設備的一種，作為礦山地下采掘作業(yè)的關鍵裝備，被普遍使用。根據其動力來源不同，礦用卡車可分為柴油機型與新能源型。長期以來，金川集團在礦山井下使用的礦用卡車都是柴油機型，此類車輛大量消耗柴油等化石能源，排放二氧化碳，且運行成本高、人工操作強度大，其核心部件（發(fā)動機、變矩器、變速箱、驅動橋）關鍵技術被國外壟斷，存在技術“卡脖子”問題。
鍥而不舍的30年
金川集團從上世紀80年代初開始引進進口無軌設備進行機械化采礦方法研究。1987年，金川礦山二期擴建采礦設計，全面推廣使用機械化采礦方法，全部配套進口上世紀80年代國際先進水平的無軌采礦設備，礦山采礦技術與裝備達到了當時的國際先進水平。金川集團在學習國外先進設備的同時，也培養(yǎng)了一批設備管理、維修與操作使用人員。
1992年，金川集團成立第二機械廠開始研制無軌設備，也被原中國有色金屬工業(yè)總公司確定為“百萬噸級地下礦山無軌設備國產化攻關單位”之一。1995年，金川公司第二機械廠成功研制出第一臺DCY4 4立方米電動鏟運機。隨后，又相繼開發(fā)研制出多種規(guī)格的鏟運機和礦用卡車。
2008年，重組后的金川機械制造公司成為國內最大的地下無軌設備專業(yè)生產企業(yè)。2010年，無軌設備研發(fā)工作劃歸金川集團鎳鈷研究院后，駛上了“快車道”。在此階段，主要研發(fā)成員來自第二機械廠的鎳鈷研究院的無軌設備研發(fā)團隊，共研發(fā)出16種無軌設備產品。2012年以后，根據市場情況，鎳鈷研究院自主立項研發(fā)了18噸礦用卡車、撬毛臺車等系列無軌設備。2020年，WJ-8柴油鏟運機、1DM4單臂鑿巖臺車、KU15礦用卡車完成了試制和工業(yè)試驗，開始推廣銷售。但是，由于研發(fā)的大型燃油型鏟運機和礦用卡車的關鍵配件長期以來全部被國外壟斷，礦山無軌設備研發(fā)工作陷入被動局面。
金川鎳鈷研究設計院礦冶裝備工程研究所首席研究員、無軌設備研發(fā)團隊負責人何文波介紹說：“第一臺鏟運機的研發(fā)也走過一些彎路。后來，經過系統(tǒng)優(yōu)化、備件調整、性能調試，情況得到了改善。”
經過30年的研發(fā)積淀，金川集團全面掌握了無軌設備車輛整車及動力傳動匹配技術、車身結構與工作機構設計技術和液壓電氣系統(tǒng)控制技術。金川集團制造的無軌設備產品，除了在金川本部礦山應用外，還外銷俄羅斯、南非以及我國云南、內蒙古等20多個國家和地區(qū)。金川集團也成為甘肅省高端裝備制造業(yè)中礦山裝備制造基地，擁有“甘肅省礦冶設備工程技術研究中心”，已經成功研制了鑿巖臺車、鏟運機、礦用卡車等全型譜系列化井下無軌設備，部分產品為國內首臺套。
使命與擔當
2022年，工業(yè)和信息化部發(fā)布《國家工業(yè)和信息化領域節(jié)能技術裝備推薦目錄》，明確提出了機械行業(yè)節(jié)能提效技術要求。2022年10月，習近平總書記給山東省地礦局第六地質大隊重要回信中明確要求“積極踐行綠色發(fā)展理念”?！陡拭C省強工業(yè)行動實施方案（2022—2025年）》明確提出打造新能源、裝備制造等10個百億元產業(yè)集群的發(fā)展目標。隨著新能源技術的迅速發(fā)展，制約純電地下礦卡的動力電池技術、電驅技術全部由國內自主研發(fā)，其性能完全能夠滿足礦山井下的使用。
金川集團已經具備了發(fā)展新能源無軌設備產業(yè)的基礎。2022年，作為綠色智慧礦山建設的項目之一，金川集團新能源無人駕駛地下礦卡研發(fā)立項，比國家標準發(fā)布提前2年開始。
何文波介紹，團隊在2012年就根據國內和金川礦山井下的需求做過純電動井下無軌設備的研究，但當時的動力電池技術還不夠完善。要做一臺2立方米的純電動鏟運機，需要用到的電池重量超過了鏟運機的自重。所以這個方案就擱置了下來，但是研發(fā)純電地下無軌設備的想法一直留在他們的心里。
地下礦卡與地表礦卡的使用環(huán)境有非常大的區(qū)別。礦山井下巷道狹窄，轉彎半徑小，環(huán)境因素對新能源礦卡的運行影響巨大。同時，新能源礦卡在礦山井下的換電或充電問題也是研發(fā)的難題之一。
2023年初，金川集團新能源無人駕駛地下礦卡的設計方案已基本成型，但是由于國內配套純電地下礦卡的電池、電機等沒有先例，研發(fā)團隊找了很多廠家，做了大量的計算，方案還是無法最終確定。就在團隊成員心急如焚的時候，轉機來了。
何文波和礦冶裝備工程研究所副所長高銀中共同回憶起當時的情景：“團隊所有成員去長沙參加一個工程機械展，我們在入住的酒店大廳里，與合作伙伴、配套廠家一起探討設計方案。討論很激烈，雙方碰撞出了很多火花。這次討論給我們留下了深刻印象，對新能源無人駕駛地下礦卡的研發(fā)可以說是一次里程碑式的討論。”
在這次討論中，新能源無人駕駛地下礦卡的電池、電機、電控系統(tǒng)、快速換電結構最終確定了下來。研發(fā)順利進行，很快進入整車裝配階段。
經過1個多月加班、加點的裝配工作，新能源無人駕駛地下礦卡整車完成。就在所有人滿懷期待成功時，研發(fā)團隊最擔心的問題之一出現(xiàn)了——車輛電液轉向器無法正常工作。這是影響整車功能和性能的重大問題。團隊成員頂著巨大的壓力，逐一排查電控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)，一根管路一根管路地篩檢。兩天后，問題終于得到了解決。
科技與創(chuàng)新
成功下線的新能源無人駕駛地下礦卡滿電狀態(tài)可以連續(xù)工作4個小時，主動力電池采用快換模式，通過特殊機構實現(xiàn)動力電池的自裝卸功能。主動力電池組拆除以后，整車可以使用備用動力電池短距離行駛。車輛制動通過電機回饋制動和機械制動組合方式實現(xiàn)，優(yōu)先使用電機回饋制動方式。車輛配置了無人駕駛系統(tǒng)，提供人工駕駛、遠程遙控駕駛、完全自動駕駛3種駕駛模式，具有障礙物識別、設備故障、通信故障等故障診斷及分析能力，最大檢測范圍可達25米。設置地面中心，配置遠程遙控站，實時監(jiān)控車輛運行狀態(tài)，并實時控制與監(jiān)測車輛，實現(xiàn)司機在控制中心遠程遙控駕駛運礦車。在車輛需要維修或升井時，可切換遠程遙控或手動模式操作車輛運行。
相比于傳統(tǒng)的燃油車型，新能源無人駕駛地下礦卡采用電池動力，高效節(jié)能、零排放，無污染，對礦山井下通風量的需求大大減少，可顯著降低井下通風成本。同時，具有更高的可靠性和穩(wěn)定性，減少了車輛故障發(fā)生和維修的頻率，大大降低了維修成本。以礦卡生命周期10年來計算，與燃油礦卡相比，一臺純電礦卡可節(jié)約成本800萬元。
綠色低碳、高效節(jié)能的“金川智造”前瞻謀劃，將科技能量賦能于金川綠色智慧礦山建設，讓下一代礦山工人穿著西裝，坐在辦公室里挖礦的場景不再是一個遙遠的夢，“金川智造”也將在助力金川集團創(chuàng)建世界一流企業(yè)的征途中散發(fā)出越來越璀璨的光芒。
責任編輯：任飛
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