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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(nèi)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(guān)鍵裝備，被普遍使用。根據(jù)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(qū)動橋）關(guān)鍵技術(shù)被國外壟斷，存在技術(shù)“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(shù)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(chǎn)化攻關(guān)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(nèi)最大的地下無軌設備專業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)品。2012年以后，根據(jù)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(guān)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(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化、備件調(diào)整、性能調(diào)試，情況得到了改善。”

經(jīng)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(shù)、車身結(jié)構(gòu)與工作機構(gòu)設計技術(shù)和液壓電氣系統(tǒng)控制技術(shù)。金川集團制造的無軌設備產(chǎn)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(nèi)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(shù)研究中心”，已經(jīng)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(chǎn)品為國內(nèi)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(lǐng)域節(jié)能技術(shù)裝備推薦目錄》，明確提出了機械行業(yè)節(jié)能提效技術(shù)要求。2022年10月，習近平總書記給山東省地礦局第六地質(zhì)大隊重要回信中明確要求“積極踐行綠色發(fā)展理念”。《甘肅省強工業(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(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展目標。隨著新能源技術(shù)的迅速發(fā)展，制約純電地下礦卡的動力電池技術(shù)、電驅(qū)技術(shù)全部由國內(nèi)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(jīng)具備了發(fā)展新能源無軌設備產(chǎn)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(jù)國內(nèi)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(shù)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(zhuǎn)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(nèi)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(jīng)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(zhuǎn)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(gòu)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。