一种防爆型胶轮无轨自行矿车可行性试制

2018-07-04刘世芬

现代工业经济和信息化 2018年7期

关键词：胶轮矿车液力

刘世芬

（中车太原机车车辆有限公司，山西太原 030000）

1 胶轮无轨自行矿车国内外研究现状

1.1 国外研究现状

胶轮无轨自行矿车又称无轨胶轮车或自行矿车，为避免引起瓦斯爆炸，胶轮无轨自行矿车均采用防爆型设计，分柴油机和蓄电池两种动力驱动，煤矿井下使用的无轨运输车主要用途涉及到很多行业。

英国从20世纪50年代末引入煤矿和冶金开采，70年代在加拿大、美国等得到迅速推广，约占冶金开采的65%以上，标志着第三代矿山技术的水平。澳大利亚、英国等无轨运输设备制造使用技术非常成熟，国外生产制造无轨辅助运输的主要有美国的艾木科公司和施兰敏公司、英国的塞尔比公司、澳大利亚诺伊斯公司。

1.2 国内研究现状

国内最初无轨运输设备全部依赖进口，90年代后期国内也开始制造生产但种类和数量较小。进口无轨运输设备价格较高，根据用途和性能一般需200～500万元人民币。随着使用胶轮无轨车的煤矿增加，国产的矿井辅助运输设备的种类、性能急需提高。国内生产制造无轨辅助运输的主要有河北科研所、煤科总院太原分院、辽宁三一重装、常州科试中心等。虽然国产化有了很大进步，但和国外相比，还有很大差距，需要结合我国实际尽快研制改进完善。

中车太原机车车辆有限公司根据市场调研，结合本地区煤矿需求，专门为井下辅助材料运输而研制了的新产品WC5E型防爆型胶轮无轨自行矿车，主要用于巷道断面3.5 m×3 m的井下运输作业。防爆型胶轮无轨自行矿车采用四轮驱动，前后机架为中央铰接式联接，通过液压系统实现矿车转向及举升，可提供优异的井下材料运输性能。整车具有装甲型结构、耐碰撞性能高、综合运行成本低、操作简单、结构合理、维修保养容易等优点。

1.3 防爆型胶轮无轨自行矿车研制的意义及主要内容

此次研制的胶轮车为WC5E自卸式防爆柴油机胶轮无轨自行矿车，载重5 t，采用四轮驱动，用于煤矿井下辅助设备和材料运输。

本课题的主要内容为：一是结合实际情况参考国标并查阅相关资料确定WC5E型胶轮无轨自行矿车的工作环境及整车结构要求；二是对主要部件进行选型，并对主要组成部件及工作原理进行简单介绍；三是胶轮无轨自行矿车牵引匹配计算；四是实际测试应用。

2 整车方案设计选型

2.1 WC5E胶轮无轨自行矿车简介

WC5E胶轮无轨自行矿车额定承载能力5 t，满载后车重13.5 t。以防爆型柴油机为动力，整车尺寸7 105 mm×1 950 mm×1 955 mm，整车结构采用前后机架铰接式结构，双液压油缸转向。通过提升柴油机性能和合理的结构设计，可以实现更大的承载能力及更为灵巧的机型，有很大的拓展空间，因此WC5E系列无轨胶轮车能够更好地适应不同巷道及路况变化的要求。

型号的含义是：WC5E为防爆型柴油胶轮无轨自行矿车；W为胶轮无轨矿车；C为防爆型柴油机；5为可承载重量；E为液力机械传动方式。

2.2 应用环境

WC5E型胶轮无轨自行矿车主要用于巷道断面3.5 m×3 m的井下运输作业。设计时执行MT/T 989—2006《矿用防爆柴油机胶轮无轨自行矿车通用技术条件》的标准，满足该技术条件中所要求的噪声及安全的要求，能在爆炸性气体环境中正常使用，周围环境在－20℃～＋40℃之间正常使用。在湿度不超过95%（＋25℃）的环境中正常使用。并能满足《煤矿安全规程》（2009）版第100—107条规定的环境成份、风速、风量条件的矿山井下使用。

2.3 整车结构设计要求

矿车由六部分组成：前车体总成、后车体总成、动力传动系统、行驶系统及操纵系统、液压系统、电气系统。

胶轮无轨自行矿车额定承载能力要求5 t。以防爆型柴油机为动力，整车尺寸7 105 mm×1 950 mm×1 955 mm，无轨道限制，机动灵活、适应性强、安全高效。电气系统包括矿用柴油机保护监控仪、照明灯、信号灯、矿用防爆型电缆接线盒、矿用防爆型照明开关等，能满足胶轮车在井下正常使用。

整车结构采用前后机架铰接式结构，双液压油缸驱动前车转向，前车架总成采用箱框式焊接结构。后车架主体为焊接结构，与前车架采用球铰式结构进行连接，能满足安装料箱、举升油缸、后驱动桥及其它附属件。液压系统完成车辆的转向、料箱举升及整车的制动功能。

2.4 主要部件匹配选型

2.4.1 发动机选型

发动机型号选用KLG6108QFB（A），型式是四冲程、水冷、直列、直喷燃烧室，起动方式为气马达起动。

2.4.2 液力变速箱选型

液力变速箱选用型号YJH315A，档位有前3、后3，各挡速比：4.01，1.84，0.82。

2.4.3 驱动桥选型

型号：113/123（前驱动桥）113/124（后驱动桥）

2.4.4 车轮组件选型

车轮采用国产28层级填充轮胎。

3 胶轮无轨自行矿车牵引匹配计算

3.1 动力传递系统

整车动力传递由一台柴油发动机带动液力变矩器，液力变矩器通过万向轴将动力传到动力换挡变箱，变速箱通过万向轴将动力传递到前、后驱动桥，带动车轮转动，实现牵引的动力传递。

3.2 牵引特性计算

3.2.1 整车参数（见表1）

表1 整车参数

3.2.2 变矩器特性

变矩器参数：输入转速为1 600～26 00 r/min；传递功率为50～97 kW；最高效率ηmax≥0.80；零速变矩系数为K0=2.4。

3.2.3 速度v与牵引力F计算

速度v计算公式：

牵引力F计算公式：

式中：nT为液力变速箱输出转速，r/min；μ为驱动桥减速比，μ=12.6；ηc为总传动效率，ηc=0.8；D 为轮径，m，D=0.89 m；MT为液力变速箱输出扭矩，N·m。

3.2.4 附着力计算

附着系数为 0.6，则空载时附着力 Fμ（空）=0.6×8 500×9.8/1 000=49.98 kN。

满载时附着力 Fμ（满）=0.6×13 500×9.8/1 000=79.38 kN。

3.3 实际测试应用

防爆型胶轮无轨自行矿车在生产完成后，以及在矿区下井前必须进行地面试运转，并对全车进行全面整备检查。试制成功后，由调试人员在连续两周内进行试运转，对矿车启动、运行、制动、爬坡、转弯、载重等进行了测试，机动性能良好。对防爆性能、液压系统等进行了验证，达到设计目的。

3.3.1 起动试验

胶轮无轨自行矿车起动和普通汽车类似，启动前检查所有仪表，确保液压系统、电气、动力系统处于正常工作状态后，打开气源“总开关”，按下“启动开关”按钮，即可启动防爆柴油机，缓踏司机加油门踏板，将驻车制动手柄旋（刹车手柄）至“解除”位置进行缓解，挂变速手柄于Ⅰ挡位，挂档选择前进或者后退。慢慢踩下油门，矿车将按选择方向缓稳起步行驶，行驶后可换档加速行驶，经过反复测试，启动效果良好。

3.3.2 操作注意事项

1）为了延长变速机构的寿命，变速时候应该逐步换挡，不能越挡操作。即Ⅰ挡起步，加速；车速4～5 km/h时，Ⅱ挡加速；达8～10 km/h时，Ⅲ挡行车。

2）发动机启动之后，当冷却液温度上升到60℃以上的时候，就能够实现满载荷工作。

3）换向行驶时应先停车再变向。

4）下坡时，选择低速挡行驶，保护制动闸不会过分磨损，只有在必要时才可使用制动闸。

5）原地能够转向，当车辆在正常起步之后，才能控制方向盘进行转向。