一种矿山铰接式材料车的设计及应用

仇卫建

（中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西太原 030006）

0 引言

某金属矿山使用的材料车是1990年代引进的ABB 公司开发的一款无轨电动汽车，服务年限约20年，主要用于地下矿山作业的矿石斜坡运输作业。与柴油发动机车辆相比，该材料车不需要专门的通风装置，装载能力大，能高速爬坡，生产效率高；虽然每台车的投资较大，但其年吨的投资费用低，车辆需求数量少，设置架空线和固定电气设备的费用少于柴油发动机车辆用于通风系统的费用；材料车调速性能好，不会出现轮胎打滑现象，轮胎费用低于柴油发动机车辆。因此，材料车用于坡道矿石运输是较好的选择。

1 车辆总体介绍

1.1 整机参数

外形尺寸，10 600 mm×3 400 mm×3 000 mm；整车质量，35 000 kg；额定装载质量，30 000 kg；平路满载车速，47 km/h；12%坡道满载车速，24 km/h；行走电机功率，2×230 kW；电压，AC 1 000 V，3 相，50 Hz。

1.2 整体设计

材料车由前后两个部分组成，前一部分布置发动机、操作系统和驾驶室，后一部分布置料斗和自卸装置。前后两部分车身采用铰接式连接，转向角可以到达40°，转向半径小，转向灵活。前后机架都采用空气弹簧悬挂系统与车桥连接，保证车辆具有良好的操控性和行驶性能。由于有受电设备，要求巷道高度会稍高些，能够满足材料车工作的最新巷道截面如图1所示。

图1 最小巷道截面

车辆传动系统采用由电机独立驱动前后桥的四轮驱动系统，行走电机额定功率为2 台230 kW的直流牵引电机和1 台协助行走的40 kW 直流电机：1 台行走电机直接连接前桥轴差速器，另外1 台连接后桥差速器，协助行走电机与后桥行走电机串联，如图2所示。

图2 整车传动系统

1.3 电气设计

架空线的电压为三相交流690 V、50 Hz，由1 台可控硅整流器将AC 690 V 变成DC 1200 V，给行走电机供电，基本电气原理如图3 所示。在间断工作时，功率可以大大提高。

图3 电气原理

（1）集电器断开时，电机由牵引蓄电池通过斩波器供电。在正常情况下，蓄电池由架空线通过变压器和可控硅整流器充电。蓄电池也可以通过1 条插接AC 380 V 电源充电。

（2）泵站电机驱动1 台液压泵和1 台空气压缩机，主要给行车制动器和驻车制动器提供动力源。前后轮各有1 台电机通过差速器驱动，由于电机串联，功率均匀分配到4 个车轮。

（3）辅助系统主要设备是1 台PLC 控制器，它调节和控制所有必要的电气装置，如滑接式受电器工作顺序、可控硅整流器、蓄电池斩波器、蓄电池充电、调速和电力制动。它还阻止设备的误用，如果速度过大，PLC 还可以提供一定数量的故障指示。

（4）材料车使用加速器调速，调速方法是：①提高电机电压，从0 V 提高到1200 V，速度从0 r/min 提高到2000 r/min；②降低励磁电流，速度在2000～4000 r/min 内调节。

2 受电系统介绍

材料车的架空线是为适应集电器的迅速下线和上线而设计的，设计独特，由3 根外径为Φ50的铜管传输电流，铜管的铜含量较高，以降低电阻。集电器支撑轨使用截面为3 英寸的正方形型钢，电源为三相交流，电压1000 V，如图4 所示。

图4 架空线截面

集电弓安装在驾驶室顶部，集电弓弓头安装在液压举升臂上，弓头上有8 个滚轮，每个角上各有2 个滚轮，液压臂托举弓头使弓头的滚轮与架空线接触，滚轮沿着架空线的导轨行走。集电弓可以在偏移线网中心一侧0.5 m的位置上线，车辆可以在偏移架空线网左右2 m的范围内行驶，工作状态如图5 所示。受电系统上线速度快，按下上线按钮到集电器自动捕捉上网的时间＜5 s，并且可以在车辆行驶速度＜15 km/h 时下线，行驶速度＜8 km/h 时可以上线。受电系统巷道路面比一般巷道的路面平整度有较高要求，不允许路面有明显的凸起或者凹坑，以保证集电器与接触网的良好受流。

图5 工作示意

该金属矿山材料车用于海下及沿海黄金矿石运输，巷道湿度大，尤其在夏季，巷道内线网上随处可见水珠，并且水汽内含有大量的氯离子，腐蚀性强。冬季巷道湿度较小，较硬碳刷的使用寿命较长；夏季巷道湿度较大，铜管上挂满水珠，较软碳刷能有效降低电弧大小，受流效果更好，但夏季碳刷寿命较短。

3 结语

设备于1997—2015年在该金属矿进行使用，服务年限近20年，矿石运输是从-480 m 处（约）到-250 m 处（约）的坡道运输，坡度13°（约），年运输矿石量约50 万吨，车辆行驶最大车速30 km/h，上下坡运行车速保持一致。运行期间，设备使用效果突出，在路面较好的巷道内，集电器可靠性高，受流稳定，顺利完成了矿石运输任务，实现绿色高产高效的矿山开采。