煤矿矿车轮对的改进设计

刘志鹏　邵泽龙　姜振波

摘 要：矿车是煤矿及其它采矿业大量使用的一种运输工具，消耗量特别大，其轮对的损坏尤为突出。近几年推广的新轮对也不太理想，除了使用条件恶劣及加工质量问题外，图纸设计上亦存在不合理之处。

关键词：煤矿;矿车轮对;改进设计

1 引言

矿车是煤矿井下的主要运输设备，由于井下运输条件较为恶劣，煤尘大，积水多，再加上运输轨道道况不佳，矿车坏损率很高。据不完全统计，60%以上的坏损矿车都是轮对损坏，不仅影响了矿车的正常周转，而且在一定程度上制约着矿井生产。为此，对轮对进行技术改造是十分必要的。

2 轮对的作用和常用结构

轮对是矿车载荷的承受部件，需要承受固定载荷（自重、变载荷（荷载）、冲击载荷（碰撞、弯道变向、卸载等）。圆锥滚子轴承开式轮对主要用于矿山冲击载荷较大的1.1m3以上矿车，这些矿车的维护往往需要定期进行轮对间隙调整和注油。轮对的寿命直接影响矿车寿命，进而影响矿石开采的经济性。常用的圆锥滚子轴承开式轮对的结构如图1所示，由车轮1、石棉垫圈2、端盖3、轴端螺母4、开口销5、圆锥滚子轴承6、孔挡圈7、轴承隔环8、注油螺栓9、毛毡密封圈10、轴端挡圈11等组成。因轴端开放，端盖方便调节轴承间隙而被称为开式轮对，内轴端挡圈一般做成迷宫密封，这种结构可有效阻挡灰尘，但对于矿山常有的泥水效果很差。闭式轮对是车轮轴端封闭、内轴端盖与车轮用螺栓连接，密封较开式轮对好，但不能调整轴承间隙。圆锥滚子轴承基本采用开式。

3 矿车轮对存在的问题

3.1 密封差

由于装在车轮内的轴承密封装置受到结构制约，加之矿山生产环境差，车轮带起的泥水导致密封与轴承的急剧磨损，轴承寿命仅为2-4个月。

3.2 掉脱车轮

由于轴承磨损太快，如检修跟不上就会发生车辆脱轮倾复，造成损坏车辆与线路及人身伤亡的严重事故。

3.3 容易掉道脱轨。

矿车掉道脱轨原因很多，轮对的结构即是一重要的因素。在我矿600mm轨距上，10t电机车很少掉道，而2m3矿车却很频繁，6m3底卸车固定装配轮对比活动式的掉道少得多。

3.4 故障处理困难

一旦矿车发生掉道、脱轮、轴承破损等故障只能在原地处理，且有诸多困难，耗费时间，致使整条线路堵塞。因此，设计并改进具有良好性能的矿车轮对是矿山生产中急需的课题。

4 轮对的设计方法

4.1 轮对的固定装配设计

车轮与车轴采用H7/S6及以上的过盈配合，以轮对材料不产生塑性变形为原则。为了便于装配，车轮内孔进人端要设计引导圆弧或引导圆锥。为了减小过盈配合产生的应力集中，车轴最好不设车轮的定位台阶。

4.2 适当的轮缘剖面角

当轮缘剖面角增大时，水平推力增大。因此，适当增大轮缘剖面角对增大出轨难度有好处。此外，增大轮缘剖面角还能增大轮缘截面，提高轮缘寿命;将轮缘剖面“顶尖”部位移近钢轨边缘，有利于轮缘过道岔。轮缘磨损后的轮缘剖面角为70°-73°（实测）。为了使輪缘与钢轨不发生干涉，减少运行阻力，新车轮的轮缘剖面角应小于或等于这个角。因此，设计轮缘剖面角应为69°-70°。

4.3 加强密封性

其重点在于轴承的密封及定期间隙调整、注油，调整结构减小冲击载荷影响。为改进后，结构上去掉了轴承隔环，也即去掉了隔环与车轮的间隙，有效减小了冲击载荷的影响，但需工艺保证两轴承室的同轴度;密封结构上，端盖端改石棉垫为耐油橡胶垫，迷宫毡密封端增加了0型密封圈，提高了防泥水的能力，端盖装配需要压紧工装。

首次改进后虽提高了密封能力，但对矿山泥水特别大的防治效果不理想。为此将车轮改进为图2所示（1.车轮;2毛毡;3.螺栓;4.端盖;5开口销;6.轴端螺母;7.圆锥滚子轴承;8.挡圈;9.耐油密封圈;10.内挡圈）。端盖端改为螺栓压盖密封，内端密封为迷宫加耐油密封圈密封，使用后收到了良好的效果。第二次改进车轮结构有较大变化，加工精度提高，装配技术性要求高，更适合矿山用户泥水特别大的特点，提高了产品品质。

5 改造效果

通过现场使用验证，经改造后的矿车轮对的损坏率大大降低，使用寿命大大提高，改造后新轮对的维护、保养、修理费用等大大减少。轴承寿命提高3倍以上，轮对故障明显下降，掉道次数减少50%以上。另外，轮对出现故障后，不必在现场就地维修，可以拖至检修硐室进行修理，不阻塞运输线路，大大降低了工人的维修劳动强度，从而保证了矿车正常周转，确保了煤矿正常稳定的生产。

6 结语

矿车是煤矿井下的主要运输设备，承担着95%以上的原煤、矸石、材料及人员的运输任务。由于井下运输条件较为恶劣，煤尘大，积水多，再加上运输轨道道况不佳，矿车坏损率很高。据不完全统计，60%以上的坏损矿车都是轮对损坏，不仅影响了矿车的正常周转，而且在一定程度上制约着矿井生产。为此，对轮对进行技术改造是十分必要的。

参考文献：

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