劉世芬

（中車太原機(jī)車車輛有限公司， 山西 太原 030000）

1 膠輪無軌自行礦車國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國外研究現(xiàn)狀

膠輪無軌自行礦車又稱無軌膠輪車或自行礦車，為避免引起瓦斯爆炸，膠輪無軌自行礦車均采用防爆型設(shè)計(jì)，分柴油機(jī)和蓄電池兩種動力驅(qū)動，煤礦井下使用的無軌運(yùn)輸車主要用途涉及到很多行業(yè)。

英國從20世紀(jì)50年代末引入煤礦和冶金開采，70年代在加拿大、美國等得到迅速推廣，約占冶金開采的65%以上，標(biāo)志著第三代礦山技術(shù)的水平。澳大利亞、英國等無軌運(yùn)輸設(shè)備制造使用技術(shù)非常成熟，國外生產(chǎn)制造無軌輔助運(yùn)輸?shù)闹饕忻绹陌究乒竞褪┨m敏公司、英國的塞爾比公司、澳大利亞諾伊斯公司。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)最初無軌運(yùn)輸設(shè)備全部依賴進(jìn)口，90年代后期國內(nèi)也開始制造生產(chǎn)但種類和數(shù)量較小。進(jìn)口無軌運(yùn)輸設(shè)備價格較高，根據(jù)用途和性能一般需200～500萬元人民幣。隨著使用膠輪無軌車的煤礦增加，國產(chǎn)的礦井輔助運(yùn)輸設(shè)備的種類、性能急需提高。國內(nèi)生產(chǎn)制造無軌輔助運(yùn)輸?shù)闹饕泻颖笨蒲兴?、煤科總院太原分院、遼寧三一重裝、常州科試中心等。雖然國產(chǎn)化有了很大進(jìn)步，但和國外相比，還有很大差距，需要結(jié)合我國實(shí)際盡快研制改進(jìn)完善。

中車太原機(jī)車車輛有限公司根據(jù)市場調(diào)研，結(jié)合本地區(qū)煤礦需求，專門為井下輔助材料運(yùn)輸而研制了的新產(chǎn)品WC5E型防爆型膠輪無軌自行礦車，主要用于巷道斷面3.5 m×3 m的井下運(yùn)輸作業(yè)。防爆型膠輪無軌自行礦車采用四輪驅(qū)動，前后機(jī)架為中央鉸接式聯(lián)接，通過液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)礦車轉(zhuǎn)向及舉升，可提供優(yōu)異的井下材料運(yùn)輸性能。整車具有裝甲型結(jié)構(gòu)、耐碰撞性能高、綜合運(yùn)行成本低、操作簡單、結(jié)構(gòu)合理、維修保養(yǎng)容易等優(yōu)點(diǎn)。

1.3 防爆型膠輪無軌自行礦車研制的意義及主要內(nèi)容

此次研制的膠輪車為WC5E自卸式防爆柴油機(jī)膠輪無軌自行礦車，載重5 t，采用四輪驅(qū)動，用于煤礦井下輔助設(shè)備和材料運(yùn)輸。

本課題的主要內(nèi)容為：一是結(jié)合實(shí)際情況參考國標(biāo)并查閱相關(guān)資料確定WC5E型膠輪無軌自行礦車的工作環(huán)境及整車結(jié)構(gòu)要求；二是對主要部件進(jìn)行選型，并對主要組成部件及工作原理進(jìn)行簡單介紹；三是膠輪無軌自行礦車牽引匹配計(jì)算；四是實(shí)際測試應(yīng)用。

2 整車方案設(shè)計(jì)選型

2.1 WC5E膠輪無軌自行礦車簡介

WC5E膠輪無軌自行礦車額定承載能力5 t，滿載后車重13.5 t。以防爆型柴油機(jī)為動力，整車尺寸7 105 mm×1 950 mm×1 955 mm，整車結(jié)構(gòu)采用前后機(jī)架鉸接式結(jié)構(gòu)，雙液壓油缸轉(zhuǎn)向。通過提升柴油機(jī)性能和合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)更大的承載能力及更為靈巧的機(jī)型，有很大的拓展空間，因此WC5E系列無軌膠輪車能夠更好地適應(yīng)不同巷道及路況變化的要求。

型號的含義是：WC5E為防爆型柴油膠輪無軌自行礦車；W為膠輪無軌礦車；C為防爆型柴油機(jī)；5為可承載重量；E為液力機(jī)械傳動方式。

2.2 應(yīng)用環(huán)境

WC5E型膠輪無軌自行礦車主要用于巷道斷面3.5 m×3 m的井下運(yùn)輸作業(yè)。設(shè)計(jì)時執(zhí)行MT/T 989—2006《礦用防爆柴油機(jī)膠輪無軌自行礦車通用技術(shù)條件》的標(biāo)準(zhǔn)，滿足該技術(shù)條件中所要求的噪聲及安全的要求，能在爆炸性氣體環(huán)境中正常使用，周圍環(huán)境在－20℃～＋40℃之間正常使用。在濕度不超過95%（＋25℃）的環(huán)境中正常使用。并能滿足《煤礦安全規(guī)程》（2009）版第100—107條規(guī)定的環(huán)境成份、風(fēng)速、風(fēng)量條件的礦山井下使用。

2.3 整車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

礦車由六部分組成：前車體總成、后車體總成、動力傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)及操縱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)。

膠輪無軌自行礦車額定承載能力要求5 t。以防爆型柴油機(jī)為動力，整車尺寸7 105 mm×1 950 mm×1 955 mm，無軌道限制，機(jī)動靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、安全高效。電氣系統(tǒng)包括礦用柴油機(jī)保護(hù)監(jiān)控儀、照明燈、信號燈、礦用防爆型電纜接線盒、礦用防爆型照明開關(guān)等，能滿足膠輪車在井下正常使用。

整車結(jié)構(gòu)采用前后機(jī)架鉸接式結(jié)構(gòu)，雙液壓油缸驅(qū)動前車轉(zhuǎn)向，前車架總成采用箱框式焊接結(jié)構(gòu)。后車架主體為焊接結(jié)構(gòu)，與前車架采用球鉸式結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，能滿足安裝料箱、舉升油缸、后驅(qū)動橋及其它附屬件。液壓系統(tǒng)完成車輛的轉(zhuǎn)向、料箱舉升及整車的制動功能。

2.4 主要部件匹配選型

2.4.1 發(fā)動機(jī)選型

發(fā)動機(jī)型號選用KLG6108QFB（A），型式是四沖程、水冷、直列、直噴燃燒室，起動方式為氣馬達(dá)起動。

2.4.2 液力變速箱選型

液力變速箱選用型號YJH315A，檔位有前3、后3，各擋速比：4.01，1.84，0.82。

2.4.3 驅(qū)動橋選型

型號：113/123（前驅(qū)動橋）113/124（后驅(qū)動橋）

2.4.4 車輪組件選型

車輪采用國產(chǎn)28層級填充輪胎。

3 膠輪無軌自行礦車牽引匹配計(jì)算

3.1 動力傳遞系統(tǒng)

整車動力傳遞由一臺柴油發(fā)動機(jī)帶動液力變矩器，液力變矩器通過萬向軸將動力傳到動力換擋變箱，變速箱通過萬向軸將動力傳遞到前、后驅(qū)動橋，帶動車輪轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)牽引的動力傳遞。

3.2 牽引特性計(jì)算

3.2.1 整車參數(shù)（見表1）

表1 整車參數(shù)

3.2.2 變矩器特性

變矩器參數(shù)：輸入轉(zhuǎn)速為1 600～26 00 r/min；傳遞功率為50～97 kW；最高效率ηmax≥0.80；零速變矩系數(shù)為K0=2.4。

3.2.3 速度v與牽引力F計(jì)算

速度v計(jì)算公式：

牽引力F計(jì)算公式：

式中：nT為液力變速箱輸出轉(zhuǎn)速，r/min；μ為驅(qū)動橋減速比，μ=12.6；ηc為總傳動效率，ηc=0.8；D 為輪徑，m，D=0.89 m；MT為液力變速箱輸出扭矩，N·m。

3.2.4 附著力計(jì)算

附著系數(shù)為 0.6，則空載時附著力 Fμ（空）=0.6×8 500×9.8/1 000=49.98 kN。

滿載時附著力 Fμ（滿）=0.6×13 500×9.8/1 000=79.38 kN。

3.3 實(shí)際測試應(yīng)用

防爆型膠輪無軌自行礦車在生產(chǎn)完成后，以及在礦區(qū)下井前必須進(jìn)行地面試運(yùn)轉(zhuǎn)，并對全車進(jìn)行全面整備檢查。試制成功后，由調(diào)試人員在連續(xù)兩周內(nèi)進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，對礦車啟動、運(yùn)行、制動、爬坡、轉(zhuǎn)彎、載重等進(jìn)行了測試，機(jī)動性能良好。對防爆性能、液壓系統(tǒng)等進(jìn)行了驗(yàn)證，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。

3.3.1 起動試驗(yàn)

膠輪無軌自行礦車起動和普通汽車類似，啟動前檢查所有儀表，確保液壓系統(tǒng)、電氣、動力系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)后，打開氣源“總開關(guān)”，按下“啟動開關(guān)”按鈕，即可啟動防爆柴油機(jī)，緩踏司機(jī)加油門踏板，將駐車制動手柄旋（剎車手柄）至“解除”位置進(jìn)行緩解，掛變速手柄于Ⅰ擋位，掛檔選擇前進(jìn)或者后退。慢慢踩下油門，礦車將按選擇方向緩穩(wěn)起步行駛，行駛后可換檔加速行駛，經(jīng)過反復(fù)測試，啟動效果良好。

3.3.2 操作注意事項(xiàng)

1）為了延長變速機(jī)構(gòu)的壽命，變速時候應(yīng)該逐步換擋，不能越擋操作。即Ⅰ擋起步，加速；車速4～5 km/h時，Ⅱ擋加速；達(dá)8～10 km/h時，Ⅲ擋行車。

2）發(fā)動機(jī)啟動之后，當(dāng)冷卻液溫度上升到60℃以上的時候，就能夠?qū)崿F(xiàn)滿載荷工作。

3）換向行駛時應(yīng)先停車再變向。

4）下坡時，選擇低速擋行駛，保護(hù)制動閘不會過分磨損，只有在必要時才可使用制動閘。

5）原地能夠轉(zhuǎn)向，當(dāng)車輛在正常起步之后，才能控制方向盤進(jìn)行轉(zhuǎn)向。

4 結(jié)論

防爆型膠輪無軌自行礦車在生產(chǎn)完成后，由調(diào)試人員對礦車的啟動、運(yùn)行、制動、爬坡、轉(zhuǎn)彎、載重等進(jìn)行了連續(xù)兩周的試運(yùn)轉(zhuǎn)，對防爆性能、液壓系統(tǒng)等進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明該車機(jī)動性能良好，安全可靠，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。