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自动化(无人驾驶)矿用卡车技术

HOT全球矿业资讯2020-05-22 15:42:22

地表采矿的自动化卡车(无人驾驶)是矿山自动化运行的主要组成部分,在受到采矿行业越来越多的关注,它可以在一定程度上改善安全健康业绩指标,还能降低运行成本和提高生产率等,本帖大家来一起讨论一下这项技术(应用)。

“没有什么比看到这样一辆无人驾驶的巨型卡车更让人惊奇了”

生产者、进程、技术特点和使用
自动化卡车的基本概念简单点说就是:在无驾驶人员的情况下,能按特定路线行驶和装载、卸载,自动地完成工作循环,有意外情况时能减速或停车——就是用控制装置、GPS导航、无线通信技术和软件来取代原来坐在驾驶室内的司机。

现在的自动化卡车是在现有的车型上改装的——驾驶室仍然保留——将来进一步发展成熟后,它们的样子会不会改变

全副武装、无人驾驶的930E

市场需求是制造商开发和生产的动力,在此领域,世界排名前两位的工程巨头美国CAT和日本KOMATSU走在了前面,白俄罗斯的BELAZ最近也展示了其产品。使用自动化卡车的矿山比例还很小,当前模式为工程机械制造商与矿业公司合作并为后者提供解决方案——最主要的是卡特与必和必拓,小松和力拓。

小松的Autonomous Haulage System(自动运输系统,AHS,名为FrontRunner)

无人驾驶卡车方面的研究已经有大约20年的历史了,当时是同时可控制50-100辆车的系统。

小松自动化卡车现在是AHS的组成部分。

关于AHS:小松的AHS是一个综合性的矿山车队管理系统,此系统下每一台卡车都安装有车辆控制器、一个高精度GPS(全球定位系统)、一个障碍物侦测系统和一个无线网络系统(由小松、小松美国和Modular Mining Systems公司联合开发),由一个装备了高精度定位能力GPS系统的车队监测中心管理,为每辆车指定运输目的地,车辆通过接收无线指令以合适的速度按照目标路线运行,卡车由GPS、控制中心无线指令(信息)和其它导引装置来确定车辆在矿山的准确坐标以及周围的情况,使得自卸车能在无人操作的情况下实现复杂的装载、运输和卸载循环的自动运行。装载时,由同样安装了GPS的挖掘机或装载机来计算并引导卡车至正确的位置,监控计算机发送卸载点的路线信息保证准确卸载。安全方面,此系统可避免与在矿山内工件的其它卡车、平地机、推土机、服务车和别的设备相撞,在AHS运行下如果障碍物侦测系统发现行走路线上有其它车辆或人,就会马上减速或停车——安全可靠。此外,小松的AHS还可以在高海拔、人烟稀少的沙漠地区稳定运行,同时还能节省维修成本、节约能源和减少二氧化碳的排放。

小松是第一个在采矿行业将自动运输系统商行化的制造商,并能将自动化卡车与作为此系统组成部分的推土机、装载机和铲配合。AHS系统为用户提供以下优势:
---减少卡车司机费用
---增加效率和生产率,能深入更危险的地方载运矿石
---增强矿山的安全性,减少工作意外
---降低运行成本,延长轮胎寿命
---节省燃油和减少排放

行在Pilbara(皮尔巴拉)地区的卡车

小松的AHS FrontRunner最早使用的是智利Codelco旗下的Gabriela Mistral铜矿,2007年时有5台试验车在此使用,2010年初时有11台930E在运行,这是首次在世界最干燥的智利阿塔卡马沙漠中使用此系统。力拓在智利的Gaby(盖比)铜矿2008年时有11辆930E自动化卡车在使用。

力拓从2008年开始在澳大利亚Pilbara(皮尔巴拉)地区的矿山尝试自动拖运系统,这是全球首个商业化的自动化矿山运输系统。

澳大利亚的矿山是无人驾驶卡车主要用户,2009年力拓在西澳的东Pilbara(皮尔巴拉)地区的West Angelas(西安吉拉斯)铁矿(自动化程度很高的矿山)投入全时运行,当时这个FrontRunner系统使用的都是小松的设备——以5辆930E电传动卡车为基础,还有PC5500液压铲、D475A履带推土机、WD900轮推和GD825平地机各一台,这些载重290吨的自动化巨车在复杂的矿山路线上运行而不用一个司机,完全由当时在矿山现场的运行中心的监控计算机操作和控制,主控制中心则是位于一千公里外的Perth(珀斯),车辆24小时运行的所有数据包括位置和状态,都能被监测计算机验证,以期在当时劳动力资源不足的境况下获得更大的生产率。

为提高生产率、降低成本和应对劳动力短缺,2011年力拓决定在其澳洲最大的Yandicoogina(扬迪库吉纳)铁矿采用此技术(原计划额外增加5辆卡车,卡车总数提至10辆),这些卡车可由矿山上可移动办公室的一个人来监管,这个办公室的“后盾”也是位于Perth(珀斯)的控制中心,该中心监测着14座矿山的车辆运行,还有公司在Pilbara(皮尔巴拉)地区的铁路和港口。

在各矿商竞相利用中国等国家对铁矿石的旺盛需求之际,力拓正在通过打造“Mine of the Future”(未来之矿)获取竞争优势。其在铁矿区内率先应用了包括无人驾驶卡车、新型钻孔技术等自动化采矿设备,使生产效率和利润均获得了极大提高。在West Angelas(西安吉拉斯)铁矿成功试运行之后,力拓已决定到2016年在Pilbara(皮尔巴拉)部署150辆无人驾驶卡车。这种做法称得上革命,因为采矿业迄今未能跟上大型工程项目——如英法海底隧道所采用的技术。但力拓相信,它对未来的设想,包括无人驾驶火车、X光分拣机和新型钻孔技术等,将赋予它更大的竞争优势。

小松AHS工作示意图

智利铜矿,大漠中孤独的930E(载重量290吨)

注意了!这个AT跟自动挡可没关系

自动化830E(载重量220吨)


不过AHS的使用在一些地方可能还引发许多员工不满,因为他们怕自己的技能被机器所取代!

卡特MineStar(矿山之星)

工程机械巨头CAT亦是矿卡自动化领域的活跃者,它在上世纪80年代后期便开始了这方面的研究,是最早开发出自动化矿用卡车的厂商之一,以135短吨的785为基础造出了Autonomous Mine Truck (自动化卡车,AMT) ,1994-1995年间,有两台自动化的777在德克萨斯一个石灰石矿试用并成功运行两万多公里。1996年的MinExpo上展示了其自动化的777D在测试场的运行情况。只不过当时全球的矿山还没有自动化方面的准备!

CAT的AMT现在是MineStar的内容。

关于MineStar:MineStar包含有一个FleetCommander(车队管理)套件,这是个综合性的地表采矿监测和控制系统,可以提高生产率和降低成本,通过与现场移动设备的实时交互,可以使矿山经营者提高设备利用率、管理操作者、跟踪物料移动和监测生产,FleetCommander的价值在全球的一些矿山得到证明,运行由人工控制转变为FleetCommander通常可以提高生产率10-15%,并且随着版本的升级其性能会继续提升。

自动化的CAT 789(载重量196吨)


CAT系统的特性主要是采矿的安全和可持续,生产过程一致性和降低基建成本等等。

实现自动化的关键是2008年,CAT的工程师们在提高集成化矿山运行的核心技术方面与知名大学的机器人研究所成为合作伙伴,开发了大型自动化运输卡车,新的模块能监控30多个重要的引擎功能,驱动20个喷油器和交换器,100多项引擎参数将发动机的健康状况记录在案,并协助诊断问题。

当前CAT的自动化系统包括定位、环境(路况)检测、机器控制、无线通信和位置控制,其原理也是基于精确的GPS,在比较固定的路线行驶,GPS接收器连续不断地监测卡车的位置和方向,激光测距仪将扫描卡车前面的路面来确定是否有障碍,数据经过计算机处理告诉操作机器人如何避开它们。由于是无线传输,不使用电缆或其它固定安装的设备,所以路线改变比较容易实现……
自动化的CAT 793F(载重量227吨)


CAT与矿业巨头必和必拓合作开发自动化矿山运输系统,并为后者提供解决方案。

2011年7月Cat和WesTrac与澳大利亚FMG(福蒂斯丘金属集团)签订了自动化卡车协议,用于该集团旗下的Solomon铁矿。Cat称此协议将包括Minestar系统和铁矿最初12台需要实现自动化的793F矿用车队。此工程将于今年第三或第四个季度开始实施,到2015年时将有45台自动化卡车投入使用。Cat副总裁称此合作将对Solomon铁矿在环保和机器效率方面产生积极影响。此项目的实施对Cat来说也是其发展中重要的一步。

2011年必和必拓打算在南澳的奥林匹克坝铜矿项目上使用CAT的无人驾驶卡车,进展情况?另外CAT去年还向必和必拓在美国的一个煤矿提供了自动化卡车。

相比小松的电传动卡车,CAT认为机械传动更适于实现自动化,如今一辆797型矿用车的车载电脑系统之复杂程度超过了第一架航天飞机,而现代化的采矿运行中心的精密程度甚于当年水星载人航天计划的指挥部!


在舒适的办公室里即可操纵上百吨的巨无霸完成工作任务


别拉斯
最近BELAZ也完成了巨型无人驾驶矿山自卸车样车的生产。一年前,该企业的研究人员开始从事远程遥控操作技术的研发,开始的时候,仅能通过远程遥控完成诸如:启动车辆,前进、后退,卸车等简单的操作。通过不断完善,目前完成的130吨级的7513样车已比较完善,在实际操作中能完成所有需要的工作技巧和动作。但是该样车还需解决遥控的距离问题,如果这个技术瓶颈被解决,将在年底进入销售环节……
测试时的7513(载重量130吨)


还有没有其它制造商涉足这个领域?

自动化技术的特点

优势:
---增加生产率,由电脑统一精确管理的车辆使用效率将增加
---降低劳动力成本,减少司机费用开销(矿山在移动设备方面的主要投资是卡车,如智利的一个铜矿矿有超过100辆的卡车,只有15-20台推土机和8-10台铲;费用方面如澳洲Pilbara(皮尔巴拉)的一个矿用车司机一年的工资、住宿等各种费用大约一百万美元!中国的矿山应该不会考虑用这种车吧em )
---不会因驾驶员疲劳及误操作而引发的事故,安全性增强
---精准的操作可以节省轮胎和燃油的费用
---便于对车辆统一管理
---不良天气(环境)条件(大雾、雨天和多尘环境等)对车辆运行影响小
……

不足:

---车辆本身成本增加(如2007时一台小松930E自动化卡车的成本比普通车型要高出50%,目前是否下降?)
---对运输道路要求更高,并且维护工作量将增加
---减少就业机会,引起司机不满
---其它不可知因素(如长期运行的精确性等,技术还在初级阶段)
……

发展前景
该技术正式投入使用的时间并不长,也还存在一些问题和不足(2007和2008年时智利的Gaby铜矿曾发生小松自动化卡车相撞和失控事故)。可能的不足之处或许会让一些厂家在开发无人驾驶卡车时迟疑不决——如长期运行的精确性、可能发生的其它潜在异常问题等,但与传统的卡车相比,其使用者能够证明它们更安全、更环保,并能提高生产率。该技术也许会大行其道,也许不会成主流而只作为补充或在特定条件下使用,这个需要是由市场来决定的。

你觉得这种技术前景如何?


本文转载自巨车网


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