履行式电缆漏斗车的开发设计★

朱海成

（太原重型机械集团有限公司技术中心， 山西 太原 030024）

引言

半连续开采是一种适应能力强、优点突出的生产工艺，它兼具连续工艺和间断工艺的优势，适应能力强，能解决中、硬矿岩的开采，实现矿岩的连续运输，有利于扩大生产规模，降低生产成本。在世界范围内，随着新设备、新技术的不断涌现，形成了多样化的露天开采工艺。电缆漏斗车的出现就是针对矿床赋存条件，优化开采工艺出现的新型设备。它的出现大幅度提高了开采效率，提高了经济效益。

1 轨行式电缆漏斗车的产生与发展

在早期的半连续生产工艺中电缆漏斗车并没有作为一个独立的运行机构在矿山开采中被使用，而是集成在半连续系统中的转载机上，采用这种方式使得转载机的外形比较庞大，国内在元宝山矿使用这种方式进行电力供给和物料转运。

随着矿山开采能力的不断增加，对物料转运的要求成倍数的增加，如果沿用这样的方式，无论是从成本还是设计角度都是不科学的。于是，在近二十几年新上马的大型矿山半连续工艺中，电缆漏斗车作为一个独立的供电和转运机构被广泛采用。这样的结构的主要特点是把动力电缆卷筒、供电电缆卷筒以及转载漏斗独立出来，安装到通过轨道行使的小车上，轨道可以方便地安装在长距离皮带运输机的支撑钢结构上。这样的结构出现对大型半连续系统的成本降低起到了极大的作用，机构比较灵活，移设比较方便，而且一旦出现故障，检修和排除故障的时间和工作强度以及难度都大大减少和降低，具体结构见图1[1]。

随着电缆集成技术的发展，电缆漏斗车的动力和控制电缆能够被集成在一起，更好地解决了双卷筒同步的问题，于是出现了下图2 所示的电缆漏斗车的结构。这种结构在本质上与上面所提的电缆漏斗车没有区别，也是为供电和转运物料而单独设计的轨道行使的小车。但是在同步性方面，集成的电缆完全不必考虑两种不同粗细的电缆的卷绕同步性的问题，使得设计、制造、安装、维修、维护都变得比较简单，具体机构见图2。

图1 动力电缆与控制电缆分离的轨行式电缆漏斗车

图2 动力电缆与控制电缆集成的轨行式电缆漏斗车

2 目前矿山设备使用中存在的问题及分析

随着矿山开采的不断进行，使用轨行式电缆漏斗车的弊端和缺点逐渐显露出来，其中最大的问题就是电缆崩断的问题。现场调研过程中几个矿区的维护人员都反馈电缆漏斗车发生过溜车，导致电缆崩断的问题，尤其是在冬季比较频繁。

2.1 稳定运行的静阻力分析

轨行式电缆漏斗车运行机构在直线轨道上稳定运行的静阻力由摩擦阻力Fm、坡道阻力Fp和风阻力Fw三项组成，即：

2.1.1 摩擦阻力

轨行式电缆漏斗车运行摩擦阻力：

初步计算可用经验公式Fm=（Q+G）ω。

式中：Q 为物料及电缆等外部载荷，N；G 为轨行式电缆漏斗车的自重载荷，N；f 为滚动摩擦系数，通过查表选用0.06；μ 为车轮轴承摩擦系数，通过查表选用0.015；d 为与轴承相配合处轮轴的直径，mm；D 为车轮踏面直径，mm；β 为附加摩擦阻力系数，通过查表选用1.3；ω 为摩擦阻力系数，初算时可根据车轮直径、车轴直径以及选用的轴承类型（滑动或滚动轴承）进行选取，在此处选用系数0.01。

2.1.2 坡道阻力

当路面或轨道具有坡度时，电缆漏斗车的支腿支撑不平时，自重载荷和承载载荷都会产生与坡道方向平行的分力，这个分力就是坡道载荷。上坡时坡道载荷是运动的阻力，下坡时则变成运动的动力。Fp=（Q+G）sinα=（52t+25t）×sin6°×10000=80500N。

2.1.3 风阻力

由于轨行式电缆漏斗车的运行环境是在露天矿山，不可避免要受到风载荷的作用，风压的大小会很大程度上影响轨行式电缆漏斗车的运行状况。

此处简单对将风阻力进行计算。

式中：风压qf为风压，取值250 N/m2；A 为迎风面积，取值20 m2。计算得Ff=5 000 N。

实际工作时电缆漏斗车运行速度不会大于12 m/min。根据经验，只要合理降低加速度或减速度，增加驱动轮数量，则可以通过启动和制动时打滑验算。

2.2 轨行式电缆漏斗车电缆崩断分析

矿山维护实际情况是矿区采取了部分车轮改为全部车轮驱动的措施，但是，溜车现象依然不能避免。根据分析，电缆漏斗车发生溜车，导致电缆崩断产生的原因有以下几个方面组成：首先是使用过程中没有严格的按照使用说明书中进行，运行轨道的斜度大于安全使用的许用范围。在图纸资料中明确提到设备运行坡度不大于1∶15，也就是说最大角度为3°49′6″。在开采过程中由于地势的复杂性，这个要求经常性被忽略。调研测量时最大坡度达到1:10。其次冬季冷凝结冰导致摩擦力变小，理论计算滚动摩擦系数选取0.06（该数值是直径600 mm钢轮对钢轨），实际情况是冬季湿度较大时，钢轨表面会冷凝结冰，据查钢对光滑坚冰的滚动摩擦系数为0.014～0.027 之间。夹轨器的夹紧力小于重力及其他外力产生的分力。另外，其他不可抗力的影响，例如风压大于250 N/m2。当几种恶劣情况产生或叠加，溜车情况不可避免就会产生。

根据矿山开采的实际情况，第一次提出了用更加可靠的方法来避免设备溜车现象。履带侧拉式、跨轨正拉式等多种可行性方案被提出。

3 履行式电缆漏斗车的设计可行性

履带行走装置是一种使用较为广泛的走行方式，在露天矿山的使用有其他行走方式不能替代的优秀特性，可以在深雪、沼泽、软泥等恶劣环境地形下行驶使用。而且履带式行走装置的接地比压远远小于轮胎式走行装置，所能承受的冲击载荷也远远大于轮胎式走行装置以及轨道时走行装置。履带式走行装置具有较好的通过性，能够通过一定坡度的倾斜角。履带行走装置对土壤有足够大的附着力，能通过浅滩、窄沟和其他障碍，不需要特殊铺设或准备道路，而且有较好的通过性，爬坡和转弯能力良好，机器比较好调动。

履带行走装置也有一些缺点，行走和转弯时消耗的功率较大，行走机构的效率比较低，构造比较复杂，制造费用较高，有些零件磨损较大，需要经常更换和维护。根据电缆漏斗车的工作环境，综合考虑各种因素，认为采用履带行走装置在此处使用其优点是主要的，是解决这一问题的较好选择。

由于前期电铲设备、液压挖掘机以及排土机等履带机械在制造和生产中积累了大量成功的经验，为开发履行式电缆漏斗车奠定了良好基础。

4 履行式电缆漏斗车设计基本技术参数与性能数据

根据电缆漏斗车的使用工况，确定的设计参数如表1 所示（由于漏斗车功能单一，且行走动力全部由电缆车提供，故此处仅列出电缆车技术参数），屡行式电缆车结构如图3 所示[2]。

表1 电缆车技术参数

图3 屡行式电缆车三维模型图

5 结语

从目前的国情来看，大型半连续开采的成套设备设计开发基本上还处于起步阶段，目前国内没有一家可以设计制造半连续开采工艺系统成套设备的企业，有的只是生产成套设备中的一种设备。国内的矿山采用的半连续开采的成套设备基本都是由国外进口。由于生产周期、供货周期、备件及易损件的运输等原因，购置一套设备需要花费大量的外币和时间，增加了开采和剥离的总费用。进口的设备也存在各种大大小小的问题，信息反馈漫长、效率低、问题处理不及时等，矿山用户束手无措。随着我国露天开采设备的配套设施不断发展，为我们设计半连续开采设备奠定了基础。这就使得我国自己制造的设备不仅仅能够装备中小型矿山，而且能够满足大型甚至特大型矿山的需要。

电缆漏斗车作为半连续开采工艺中供电和转运的环节，发挥着其重要的作用，它的安全行、可靠性直接影响着矿山开采是否能正常运转。采用履行式电缆漏斗车能够有效解决矿山半连续开采现存的溜车问题，避免重大的安全事故发生。同时可以在半连续成套设备中增加一种高效、安全的转运设备。研究和开发半连续开采成套设备可以填补国内同类产品的空白，打破国外产品对国内市场的垄断局面，可为国家节约大量的外汇，可为我国广大露天矿山用户节约大量的设备投资和运行维护费用，具有巨大的经济效益和社会效益。半连续开采成套设备的开发对于露天采矿业的有序发展，提升我国民族装备制造业的设计和制造水平，提高企业的自主创新能力和核心竞争能力都具有重大意义。