MCC400A矿用自卸车前轮辋优势浅析

许盛林

（江西铜业集团有限公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

1 引言

矿用自卸车产品广泛应用于冶金、有色、化工、煤炭、建材水电等几大行业的土石方运输。随着国内煤、矿生产的发展，对于开采规模不同的矿山，都力求采用大装载量、大功率车型，以减少汽车用量总数，提高矿岩运输效率，降低运输成本，减少采矿作业区域的汽车车流密度，因此，矿用大型自卸车是目前大型露天矿山的主要运输工具。

近年来，我国矿山重大装备制造国产化水平显著提高［1-2］，出现了一大批优秀的矿山设备制造企业，中冶京诚（湘潭）矿山装备有限公司就是其中之一，其生产的MCC400A 220T矿用自卸车从2013年进入德兴铜矿以来，运行状况良好，丝毫不亚于进口同类型车辆，在某些方面超越进口同类型车辆。德兴铜矿也将更多的使用MCC400A矿用自卸车，随着投产数量的增加，完成周转量与同吨位的占比也逐年增加。

2 德兴铜矿采矿运输设备概况

德兴铜矿是江西铜业集团有限公司旗下主要矿山，承担着公司自产铜精矿原料80%以上的供给任务；是亚洲第一大、世界级第三大露天开采大型铜矿。随着经济社会的高速发展，对于矿产资源的急切利用和需求量越来越大。矿藏开采深度不断纵深拉长和采区面积不断扩大，对于采矿设备的安全性能要求及运输矿岩量难度和开采成本也相应增加，以德兴铜矿采矿场矿岩运输电动轮自卸卡车为例,从108t至220t载重量逐步更新，设备实现大吨位规模性转变。设备的大型化后故障率越来越低，稳定性和安全随之提高，设备可持续利用率大幅度提高，同时大大提高了生产效率和有效控制了生产成本。

德兴铜矿采矿场现有铜厂、富家坞两个采区，运输矿岩设备车辆包括KOMATSU730E 25台、KOMATSU830E 10台、北方重汽NTE200 4台、中冶京城MCC400A 11台。近3年采矿大型设备的投入增加，两个矿区完成运输周转量每年都以8.8%量增加。

3 轮辋概述

3.1 轮辋简介

轮辋俗称轮圈，是在车轮上周边安装和支撑轮胎的部件，与轮辐组成车轮。轮辋的常见形式主要有两种：深槽轮辋和平底轮辋［3］。

深槽轮辋如图1所示，这种轮辋为整体式，其断面中部为一深凹槽，两侧有带肩凸缘，用以安放外胎胎圈，其肩部通常略向中间倾斜，其倾斜角一般是4～6°，倾斜部分的最大直径即称为轮胎胎圈与轮辋的着合直径。断面的中部制成深凹槽，以便于外胎的拆装。深槽轮辋结构简单，刚度大、质量小，适用于小尺寸轮胎。

图1 深槽轮辋简图

平底轮辋结构有较多形式，图2所示为一种常用的单锁圈平底轮辋形式。在安装轮胎时，先将轮胎套在轮辋上，而后套上挡圈，并将它向内推，直至越过轮辋上的环形槽，再将开口的弹性锁圈嵌入环形槽中。矿用自卸车上轮辋主要采用平底形式轮辋。

图2 平底轮辋简图

3.2 矿用自卸车轮辋简介

矿用自卸车一般在环境恶劣、湿度大、温差变化大及崎岖不平的矿山上使用，轮辋作为支撑整个矿车的关键零部件，其承载能力、使用寿命以及安全性都有较为苛刻的要求［3-6］。轮辋一般使用高强度合金锻环通过焊接、加工制造而成。轮辋通过高强度螺栓与前轮法兰连为一体。前轮轴法兰内圈回转面通过两个单列圆锥滚子轴承安装在前轮轴颈上，前轮轴通过前油气悬架与主车架相连。

3.2.1 矿用自卸车轮辋分类

轮辋与轮轴的连接形式总体分为两大类，一是幅板式，即在轮辋的筒体中部位置焊接一块有多个螺栓孔均匀分布的连接盘，如图3所示；二是非幅板式，即在轮辋的筒体内加工成斜台阶面，通过斜面与前轮法兰或轮马达上斜面接触安装，如图4所示。

图3 幅板式的连接形式

图4 非幅板式连接形式

对比两种连接方式，它们的优缺点有如下。对于辐板式轮辋，轮辋体中部的幅板上均匀分布多个螺栓孔，固定螺栓穿过螺栓孔将轮辋安装在轮轴上。这些螺栓都为刚性连接，在其共同作用下，轮辋与前轮法兰之间的相对移动、相对转动被消除，轮辋获得与前轮法兰一样的运动状态，随着前轮法兰的转动而转动。这种使用螺栓固定连接的轮辋可靠性高，安全性好，使用寿命长，后期维护较方便。即使幅板上的一个螺栓受剪切力断裂时，其他剩余的螺栓依然能够将轮辋与轮轴固定连接，维护更换新的螺栓后，轮辋的连接效果不受影响，并可长期使用。

对于非幅板式的轮辋仅仅依靠定位块的槽口和轮辋槽段上的内斜面与轮轴的配合，其实质是利用轮辋与前轮法兰斜面的静摩擦力连接而成。这种连接方式简单，但是，对于在重载、潮湿、崎岖的环境下长时间使用的轮辋来说，定位块连接较容易打滑，轮辋本身也会由于连接的不稳定而产生振动，从而减少轮辋的使用寿命。

3.2.2 矿用自卸车轮辋结构

辐板式轮辋和非辐板式轮辋主要部件为：轮辋基座、锁圈、O型圈、轮缘圈、法兰组成。根据锁圈数量的不同，可分为单锁圈结构轮辋和双锁圈结构轮辋。如图5所示，图中I为单锁圈结构轮辋，II为双锁圈结构轮辋。在矿用自卸车上，前轮一般使用单锁圈结构轮辋。按照各矿轮胎安装设备及轮胎拆分设备和拆卸方法的不同，后轮轮辋单双锁圈形式搭配使用，双锁圈结构形式轮辋一般只是用于后轮外侧轮胎。

图5 轮辋结构示图

国产MCC400A 220t矿车使用57-29.00/6.0型轮辋，使用轮胎型号为40.00R57/46.90R57，可选用普利司通、米其林、TITAN、固特异等品牌轮胎。前后轮轮辋均使用单锁圈结构形式轮辋。

4 前轮辋分析对比

4.1 安装方式

在江铜所采用的矿用自卸车中，小松730E、830E及前轮均采用非辐板形式前轮辋，如图6（a）所示，其前轮安装使用35个1”-14UNF *7 1/4”的高强度栓头螺杆，通过前轮安装定位块将轮胎与前轮法兰相连。MCC400A前轮采用辐板式轮辋，如图6（b）所示，其前轮安装使用53个M30*145的前轮安装专用高强度螺栓，通过M30螺母将前轮固定于前轮法兰上。

图6 前轮辋安装形式对比

4.2 使用性能

4.2.1 使用经济性

德兴铜矿处于中亚热带湿润季风区，四季雨量充沛，特别是雨季降雨较多，路面湿滑。矿内运输路面为坚硬岩石铺设导致轮胎磨损较快，轮胎更换频繁。根据运行车辆的数据统计，小松730E、830E自卸车前轮所使用的1”-14UNF *7 1/4”细牙螺栓，由于频繁拆卸大部分螺栓使用过程中容易滑丝，导致螺栓频繁更换。MCC400A所使用的M30粗牙螺栓是小松730E、830E前轮螺栓寿命的10倍。使用非辐板形式前轮辋的轮胎安装还需要通过前轮安装定位块压紧，额外增加了电动轮的维护使用费用。

两种轮辋运行成本统计如下：730E、830E前轮螺栓、螺母、压块，3种备件各35件。在前轮毂钻通孔时还产生了额外的成本费用，造成停机5天，拆装工时费和辅助设备的投入。运行3万小时为一个大修周期，消耗成本合计约6.8万元。MCC400A一个大修周期只需更换一次螺栓螺母，成本约为1.4万元，节约了车辆使用成本。

此外，非辐板形式前轮辋受力点在边缘，造成轮辋接触面斜面处容易开裂，辐板形式前轮辋受力点在中间，受力均匀，且辐板还起到支撑加固的作用，轮辋不易变形开裂，其使用寿命与其它轮辋相比提高了30%。

4.2.2 维护方便性

730E、830E前轮都是使用的非辐板式轮辋，安装时轮辋内侧斜面与前轮法兰上外斜面接触配合，通过前轮安装定位块压紧。由于轮胎拆卸较为频繁致使前轮安装螺栓丝扣容易滑丝，滑丝后不能将轮辋斜面与前轮法兰上的斜面压紧，导致轮辋在斜面处打滑，损坏前轮法兰配合斜面。如图7所示，前轮法兰斜面整圈被磨出凹槽，螺栓断裂2根。

图7 前轮法兰磨损图例

对于出现前轮法兰斜面磨损的情况，不得不将前轮法兰整体从矿车上拆下，将损坏的斜面使用焊接方法堆焊填平凹槽，再上机床加工配合斜面，增加了车辆的维护时间及维修成本。根据统计，将前轮法兰拆下焊接到上机床加工再到回装前轮法兰需要7～10天的时间，在这期间车辆无法运行，使车辆运行效率大大降低。国产MCC400A由于使用的辐板式前轮轮辋，完全避免了上述情况发生。

4.2.3 使用安全性

同样的，由于730E、830E前轮使用的非辐板式轮辋 ，安装时轮辋内侧斜面与前轮法兰上外斜面接触配合，通过前轮安装定位块压紧。由于前轮法兰斜面或轮辋斜面磨损，导致斜面上有凸块或凹坑，导致轮胎安装后前段时间内轮辋斜面能与前轮法兰斜面较紧配合，一旦凸块或凹坑被压平，则轮辋斜面与前轮法兰斜面配合不紧，出现滑移，将前轮充气管切断，将导致前轮瞬间漏气。当这种情况出现于重载下坡时，会对驾驶员造成伤害，也对车辆安全造成损伤。此外非辐板式轮辋由于边缘受力，接触面斜面处开裂容易开裂，裂纹一般不易发现，也给运行车辆带来较大的安全隐患。

5 结语

MCC400A型矿用自卸车作为国内同类型车中的佼佼者，在与国际同类车的同台竞技中不亚于对方，在部分方面领先同行。MCC400A矿车使用的轮辐式前轮轮辋维护简单，运行故障低， 2013年投入至今，与同吨位830E稳定性对比，一天分3个班每个班8小时，830E型平均每班作业6.1小时，中冶车型每班作业6.6小时。故障率减少，作业量增加，投入的人力物力少。从最初的使用2台设备增加到现在的11台，单机台在同等条件下完成作业量对比，是同吨位的1.12倍。2019年将会继续再增加6台，随着车辆增加，完成任务增加，车辆的优越性更显著。