蓄电池式井下铲运机动力电池容量设计计算

2020-02-27胡智君安徽铜冠机械股份有限公司

安徽科技 2020年2期

文/胡智君（安徽铜冠机械股份有限公司）

长期以来，柴油井下铲运机由于其机动灵活，应用很广。但随着矿山开采深度的增加，井下柴油铲运机排出的有害废气严重污染井下作业环境。为了解决此问题，我国从20 世纪70 年代末期开始自行研制拖曳电缆供电的电动铲运机。拖曳电缆供电的井下电动铲运机虽然解决了柴油铲运机尾气污染问题，但又带来了两个新问题：一是由于拖曳电缆的限制，电动铲运机的机动性和活动范围比柴油铲运机差；二是增加了卷缆装置、电缆和供电装置，加大了投入和维护成本。采用蓄电池式的井下电动铲运机可以解决这一问题。蓄电池式井下电动铲运机不会产生有害废气，其运行过程中产生的热量相对于柴油铲运机来说可以忽略不计，机动性也不亚于柴油井下铲运机，因此井下铲运机动力的电力化是未来的发展方向。

作为蓄电池式井下铲运机唯一动力来源——蓄电池，它的容量直接决定蓄电池式井下铲运机有效工作时间和成本，因此必须首先确定其容量。确定容量需从铲运机各工况功率需求入手，确定各工况能量需求，再根据工作模式进行计算。

一、井下铲运机各工况功率需求

1.蓄电池式井下铲运机性能要求

斗容3 m3，电机85 kW，额定载重量6000 kg，操作重量17000 kg，连续工作时间≥6 h，电池寿命≥3000 次（25℃）。

2.铲运机的基本工况

井下铲运机在井下巷道内通过铲装、运输、卸载等过程完成矿石的搬运工作。其典型五个运行工况：以一档速度插入料堆或联合铲装并转斗；后退转向；满载运输至卸料点；举升工作臂、转斗卸料、工作臂下降收斗；转向空载返回进入下一个工作循环。

3.井下铲运机各工况功率需求

井下铲运机不同运行工况对功率的需求是不同的，要确定功率需求就必须确定各运行工况下井下铲运机的功率需求。插入，满载运输，举升工作臂、转斗卸料、工作臂下降收斗，空载返回为主要工况，其他工况功率需求很小，可忽略不计。

（1）插入工况的功率需求。井下铲运机在插入料堆装载时，由于受插入阻力的影响，功率NC最大，其值可按下式计算[1,2]。

式中，k为考虑其他阻力的影响系数，其值为1.2～1.5；Fcmax为最大插入阻力；G为井下铲运机操作重量；η为动力传动系统总效率，η=0.8；Vcmax为井下铲运机插入速度；∑NY为变速泵重载、冷却泵、转向泵和工作油泵空载液压系统消耗功率总和。

式中，φ为附着系数，其值为0.6～0.65。

式中Pi为油泵输出压力；qi为油泵流量；ηi为油泵效率，其值为0.75～0.85。

（2）行驶工况的功率需求。行驶工况分为满载运输和空载返回。井下铲运机以最大行驶速度运输时的运输工况功率为NY。

式中FYmax为井下铲运机最高速度运行时驱动力。

式中f为滚动阻力系数，其值为0.3～0.4；vYmax为井下铲运机最高速度；δ为滑转率，其值为0.2。

（3）举升工作臂、转斗卸料、工作臂下降收斗的功率需求。此类功率需求NY按下式计算。

式中，F为额定载荷；v为运行速度；η为系统效率，取0.75。

二、蓄电池式井下铲运机功率计算

1.蓄电池式井下铲运机运行基本条件

运输距离200m，额定载荷60kN，操作重量190kN，空载行驶速度（三档）3.14m/s，满载行驶速度（一档）0.61m/s,满载行驶速度（二档）2.15 m/s，工作臂举升6.6s,工作臂下降4.7s，转（翻）斗 2s，插入料堆 0.1s。

2.井下铲运机各工况功率计算

（1）插入工况的功率计算。3m3蓄电池式井下铲运机电机转速1500r/min，工作泵排量58mL/r，制动油泵排量23 mL/r，转向油泵排量44mL/r，空载压力0.3 MPa，变速泵重载消耗功率为5.3kW，根据公式（3），变速泵重载、冷却泵、转向泵和工作油泵空载液压系统消耗功率的总和为

代入公式（1），得到插入工况的功率NC。

（2）行驶工况功率需求。水平路面，满载按一档、二档速度分别计算其功率需求，将各参数代入公式（4）。

水平路面，空载三档速度功率需求NX3档=25.36kW。

（3）举升工作臂、转斗卸料、工作臂下降收斗工况的功率计算。工作臂举升高度为1.5m，举升时间6.6 s，额定载荷75 kN，代入公式（6），则所需功率工作臂下降高度为1.5m，下降时间4.7s，额定载荷15kN，所需功率NY2=6.38kW。转斗行程为0.315m，转斗时间2s，所需功率NY3=15.75kW。