煤矿用无轨胶轮车传动系统特性分析

杨 雄

（山西河曲晋神磁窑沟煤业有限公司， 山西 忻州 036500）

引言

在煤矿生产系统中，煤矿辅助运输在保证煤矿生产过程中发挥了重要的作用，煤矿辅助运输车辆主要是以柴油机作为动力的防爆胶轮车，这是一种广泛应用在大中型煤矿的高性能运输车辆，无轨胶轮车的主要结构包括货箱及机头、在车头的一侧设置有驾驶室，驾驶室主要包括主驾驶和副驾驶，同时在机头内部具有操作控制台，在主驾驶座的左侧方向布置有仪表盘，用于对胶轮车运行状态进行监控[1]。矿用无轨胶轮车的主要特点是转弯半径小、安全便捷、爬坡能力强，是目前国内各大型煤矿中是最重要的物料输送工具，同时也是辅助运输系统中最重要的环节，在煤矿井下承担着煤矿中80%以上的物料运输任务[2-3]。

由于煤矿井下环境比较恶劣，路面情况比较复杂，且长期处于多尘、潮湿和电磁辐射环境中，遇到地面不平整时，胶轮车运行过程中会发生频繁的振动，导致传动系统零部件的松动，变形等问题对胶轮车产生较大的功率损耗，严重影响了胶轮车的实际工作性能。为此对于煤矿胶轮车而言，其自身在煤矿井下的运行的效率主要是取决于胶轮车的传动系统的传动特性，为此本文对胶轮车的传动特性进行研究。

1 煤矿用胶轮车传动能效分析

矿用胶轮车内部具有大量的传动系统，包括常用的齿轮传动、链传动、丝杠传动等，其中传动系统的功率损耗主要是由各个传动的部件，比如柴油发动机、离合器和万向传动器、变速器等部件的传动系统。传动系统中的功率损耗较大，柴油发动机是胶轮车的动力源，通过柴油发动机驱动减速器并输出到主轴，功率最终传递到底盘的输出轴驱动车轮进行转动，在传动过程中具有大量的阻力，比如地面对车轮的阻力、传动系统内部摩擦力、联轴器的损耗等，这些最终都会转变为传动系统的功率损耗，胶轮车的实际传动效率的计算公式为：

式（1）中：PE为柴油发动机的额定功率；PL表示传动过程中的功率损耗；η 表示传动系统的实际效率。

通过式（1）可以看出，胶轮车传动系统的主要功率损耗集中在防爆特性上，为了满足胶轮车适应煤矿井下复杂的地质环境，需要保证柴油机的进气与排气之间的压力，当进气压力减小时，排气压力将会增大，燃油的实际消耗率将会增加，空气的消耗率将会有一定程度的降低，将会导致发动机的输出功率和扭矩的变化减小，最终导致胶轮车的动力性能和传动性能变差。在胶轮车的传动部件中，变速器的传动效率和功率损耗成反比，变速器的输出功率与柴油机空载运行的实际损耗功率有关，于是有功率公式为：

式中：Pi为变速器的输入功率；Pm为变速器的内部齿轮和轴承等在实际进行转动过程中的功率损耗；Ps为变速器中的其他功率损耗。

驱动桥的实际功率损耗大多是由于双曲面齿轮啮合、搅拌油液和摩擦导致的损耗和。按照功率相等原则，有输入功率等于输出功率。为了深入分析胶轮车的传动系统效果，对各个部件的功率损耗情况进行研究，选择WqC2J（A）型胶轮车作为试验分析对象。如下页表1 所示为胶轮车参数特征。

表1 WqC2J（A）型号矿用防爆胶轮车参数

2 传动系统特性仿真模型的搭建

CRUISE 软件是目前国内较为常用的车辆研究软件，主要有包括车辆动力学、燃油经济性和车辆排放指标、车辆传动系统等的研究，可以较为准确并快速搭建出胶轮车的传动系统模型，针对本次研究的主要内容是胶轮车传动系统特性，首先在CRUISE 中搭建出胶轮车传动系统模型，如下页图1 所示为胶轮车传动系统模型。

图1 胶轮车传动系统模型

在搭建了胶轮车传动系统模型后需要对对应的模块进行参数设置，参数设置是保证最终结果正确的关键。对搭建好的仿真分析模型进行参数设定，利用胶轮车自身结构特点和经济性设定原则，对胶轮车进行仿真分析。

3 传动系统特性仿真结果的分析

通过在CRUISE 中搭建胶轮车传动系统模型，并且设定以经济性作为仿真分析的目标，可以得到如图2 所示的燃油经济性仿真结果图。

从图2 中可知，胶轮车的传动系统燃油经济性表现为随着横坐标的变化出现一定的规律性波动，当x轴显示的数值较大时燃油经济性的波动幅度较小，为此可以得出如下结论：采用UDC 循环工况以及巡航的工况进行仿真分析，也就是设定为胶轮车的实际车速为20 km/h，此时的油耗为11.3 L/100 km，通过与《MTT989—2006 矿用防爆柴油胶轮车通用技术条件》提供的参数进行对比可以得出，此时的能耗满足标准要求，低于给定的能耗规定值，满足使用要求；通过对胶轮车的能耗特性进行分析可以得出，在怠速状态下的实际驱动输出功率为12 kW，在实际运行工况下的驱动输出功率为33.5 kW，整个系统的传动效率大约为72%。

图2 燃油经济性仿真图

4 结语

矿用胶轮车是现代煤矿生产系统中重要的辅助运输机械设备。针对煤矿用胶轮车在实际进行运行过程中容易出现刹车失灵、动力和制动力不足的问题影响了煤矿井下辅助运输安全性，甚至有可能导致传动系统失效等问题，本文通过对矿用胶轮车传动系统进行建模，分析了传动系统功率损耗和能量损耗，并且利用CRUISE 搭建了传动系统仿真分析模型设定参数进行仿真分析。分析结果表明，矿用胶轮车的实际功率损耗主要在于防爆特性要求，需要调定内外的压力值，在某个特定速度时油耗满足标准要求，从而证明了胶轮车的传动系统模型搭建的正确性，为后期胶轮车的其他动力学研究提供了参考和研究方法。