刚性拖车的非刚性设计

采矿运输卡车行业需要一种配备技术的运输卡车,以解决未解决的挑战。

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一名居住在印度尼西亚的荷兰人从荷兰进口卡车,利用德国的工程和技术,生产出一种完全开箱即用的解决方案,以解决其他原始设备制造商尚未解决的长期采矿运输卡车挑战——资金完全来自他自己的个人储蓄。

Eddy de Jongh在成为ETF欧洲卡车工厂有限公司(最初在德国成立,在阿拉伯联合酋长国设有第二家工厂)的首席执行官之前,在印度尼西亚工作时意识到大型运输卡车行业的利基需求。印度尼西亚每年的降雨量通常约为12%*(*百分比由de Jongh提供,但研究发现估计超过30%)。“这意味着12%的情况下,热带地区的煤矿会在下雨时关闭。这是个大问题,”德琼说。

拖运卡车大约是在60年前发展起来的,随着其尺寸的增加,设备配置保持不变,只是进行了轻微的修改。在湿滑的条件下操作设备对操作员和现场工人来说是无效的,也是不安全的,这影响了整体性能和生产力。

全部真相

为了了解设备制造和生产力面临的真正需求和挑战,他采访了一家采矿公司的几个人员层,以了解首席执行官、设计师、设备用户和机械师在技术上需要什么和期望什么。

德琼说:“在与矿业首席执行官交谈时,我问他们,如果价格不是问题,他们想从一辆新卡车中得到什么。”“他们告诉我‘每吨最便宜的价格。由于成本、时间或市场竞争的原因,修理工和运营商有很多需求,但其中95%的需求都无法使用或实施。对于OEM来说,要在成为技术领导者和第一个实现新功能之间取得平衡是一场斗争,新功能可能会或可能不会给它带来行业竞争优势。

de Jongh表示:“在公司环境中,决策和对话通常是由老板而不是机械师做出的,所以当做出决定时,他们并不知道整个故事。经过几次面试后,他辞去了工作,专注于设计他的新车,并搬回德国,利用其先进的技术和产品。他召集了一群年轻工程师和两名经验丰富的业内资深人士开始设计,9年后ETF准备推出第一款汽车。

由于只有设计,没有生产,没有收入,这就需要de Jongh最终找到一个合作伙伴/投资者来帮助资助开发,这就是ETF董事长Jacques Jespers如何被引入的原因,也是如何建立阿联酋的控股地点的原因。

第一辆卡车将于12月交付给巴西的一家铁矿石公司。de Jongh说:“我们的设计解决了现有拖运卡车的许多问题,我相信未来我们会制造很多卡车。”

ETF建立了一种独特的商业模式,以吨/公里的价格为客户租用卡车。完整的维护、维修和轮胎包含在生命周期租赁合同中,并保证在整个设备生命周期内95%的技术可用性(最高可达90,000小时,相当于11至12年的使用)。租用设备意味着用户没有资本支出;用户提供的只是燃料和操作人员。

底盘和动力总成重新评估

框架

由于现有货运卡车的主框架往往是决定车辆寿命的因素,因为它经常受到来自道路冲击和负载冲击的极端力的冲击,ETF开发了一种不同的解决方案-单轨框架。而不是坐在车轴顶部的框架,框架实际上位于车轴之间,这导致了一个较低的重心,以提高车辆的稳定性。

有了额外的车轴,ETF车辆根据车辆大小有8到16个冲击点,而不是将负载转移到车轮上的4个冲击点。这样,对框架的力更好地均衡,同时几乎消除了框架扭转。单轨车架与950毫米长的悬挂行程相结合,减少了车架疲劳,延长了车辆的寿命。

车轴,轮胎和转向

为了让ETF实现它想要的全轮驱动系统,车轴需要以一种新的方式处理。现有的货运卡车有两个车轴,一个前轴和一个后轴。后轴是动力,当卡车装载时,后轴承担了很大一部分重量,因此需要大轮胎。由于过度需求导致轮胎短缺,de Jongh决定增加更多的车轴(ETF卡车型号有4到8条车轴),并使用一个尺寸小得多的标准轮胎。ETF卡车使用24.00R35轮胎,而传统采矿尺寸的56/80R63轮胎很难运输和更换。车辆设计的模块化要求采用相同的轮胎和摆轴系统配置。

配备ABS(防抱死刹车)和牵引力控制系统的全轮驱动转向系统可在低至中速时转向车轮,以减少轮胎磨损,在高速时,最后两个车轴的线逐渐转变为刚性系统,增加了整体的机动性和稳定性。

所有车轴都配备了两个液压转向缸,每个都有自己的闭环液压系统,考虑到只有一个缸是必要的100%安全冗余。嵌入式电子控制系统优化加速,同时监测系统的健康状况。

额外的车轴将车辆的总重量更平均地分布在20个车轮上(在五轴系统中,每轴四个车轮)。自动轴提升功能可以减少在空运输周期中与道路接触的轮胎,或者在轮胎漏气的情况下不会使车辆停止服务。轮胎有一个中央轮胎充气系统,车轴上装有压力和温度传感器,以密切监测轮胎磨损和适当的负载分布,以确保平稳行驶。

悬架

de Jongh说:“我们设计的卡车也有一个与梅赛德斯相当的舒适悬挂系统。”油气自流平悬架和摆动轴(左右10度)可防止车辆整体振荡,并减少行驶过程中的溢油。操作员健康和舒适的好处是一个额外的奖励。

所有车轴通过一个交叉控制结构相互作用,该结构将一个弹簧缸的活塞室连接到车辆另一侧的环室。这允许在极端的弹簧运动在恶劣的道路条件下,一个轴没有过度充电。

引擎

该车使用4到6个独立的动力系统,为租户和运营商提供了许多好处,例如转向和制动系统的冗余备份。“想想一辆货运卡车的工作周期,它有50%的时间是空的,所以当卡车空着的时候,我不需要2000千瓦的电力。这款15.9升涡轮增压发动机的额定功率为480千瓦,最大功率为576千瓦,转速为1800转/分钟。所以,我们决定采用几个较小的发动机。”当卡车载重为空时,其中两台发动机会自动关闭,无需操作员干预,如果发动机出现故障,也是如此。如果发动机出现问题,车辆仍然可以在三个发动机正常工作的情况下行驶到维修地点,而且由于我们的车辆都是模块化的,你可以在15分钟内更换发动机,让它重新工作。”

操作人员舒适和安全的特点

ETF拖运卡车采用的制动系统在所有动力车轮上都采用全动态水动力减速系统,每个车轮的减速扭矩为38,000 Nm。所有车轮上都安装了带ABS的干式盘式制动器和湿式驻车制动器,为重型卡车增加了急需的安全功能。

在印度尼西亚,德琼提到了他在采访中遇到的一个安全问题。“在印度尼西亚的一个矿山,近60%的操作员是来自周边村庄的女性。这些妇女中许多人甚至不会开车,但她们被教开一辆大型卡车。”这些女性的平均身高为5英尺4英寸,无法正确地踩到卡车的踏板。“他们每天有8个多小时要坐在驾驶座边缘才能够到踏板,所以我们把驾驶室踏板的高度进行了调整,这样更多人就能坐得舒服,驾驶起来也更舒服;一个巨大的操作安全问题很容易就解决了。”

ETF系列的一些标准安全功能是独一无二的,包括一个警告司机危险即将到来的疲劳的睡眠阻止系统,一个呼吸酒精测量装置和一个光学安全系统,以减少夜间操作时的疲劳。在访问澳大利亚和加拿大的油砂时,尽管现场管理人员表示安全是优先考虑的,但作业人员在几个盲点的能见度非常有限的情况下,不得不将轮班时间延长到12小时以上。

这是我无法理解的。这些都是小事,不是大投资。在车辆上增加几个摄像头以保证操作员和其他现场工作人员的安全需要多少钱?德琼问道。其他操作员提到,由于矿井道路的弯曲,道路能见度很低。因为车灯总是指向正方向,如果司机在急转弯时,唯一能看到的是他(或她)前面的墙,而不是拐角处的道路。转弯灯是许多豪华汽车上的一项现有技术,所以de Jongh确保在他的货运卡车上安装了转弯大灯。

在几个摄像头和自动照明镜摄像头之间,以及五个双距离和两个速度雷达,操作员的可见性和意识是实质性的。静态和移动物体碰撞避免和其他生产力提高系统只增加车辆的安全效益。

设计独特的驾驶室有三个座位,作为舒适的训练区,驾驶室玻璃有隔热玻璃,可以吸收温度和声音。驾驶室内的操作人员距离驾驶室1米以内有一条自然路线,视野180度(带摄像头和雷达360度)。

操作界面软件被编写成只显示当时及时和必要的系统数据。否则,de Jongh认为这些信息可能会混淆、耗尽或分散运营商的生产力目标。“软件开发是我们x-by-wire系统结构的结果。幸运的是,使用这个平台可以让自动操作系统运行得非常好。”

环境影响

德琼说:“对我们来说,第二重要的问题是车辆的环境足迹。”“每个人都在谈论它,但很少有人在做任何有意义的事情。”ETF车辆可以使用多种燃料,包括直接柴油、生物柴油或柴油与液化天然气或氢气的混合物。ETF声称,由于燃料消耗降低,氮氧化物和碳氢化合物(HC)排放降低56%,颗粒物(PM)排放降低63%,二氧化碳(CO2)排放降低15%。由于采用了特殊的过滤系统,车辆更换机油的次数比实际需要的要少,并且可以减少高达85%的废油。

车轴、悬架和动力系统的重大发展可以减少47%的轮胎浪费,大大减少了橡胶等原材料的总体使用。

对ETF创始人艾迪·德·琼(Eddy de Jongh)来说,从创立到对话、设计到成品,这是一个艰难的9年过程,但在新车中实现的技术进步数量之多,让这辆有60年历史的拖运卡车进入了21年的历史世纪。具有操作舒适和安全指导功能,以及生产力和环境关注指导功能,完成的ETF拖运卡车将对采矿业和未来具有竞争力的设备设计产生深远影响。

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