文/汪鵬程 胡智君（安徽銅冠機械股份有限公司）

一、地下無軌設備概述

地下無軌設備是專門適用于地下采礦和隧道掘進作業(yè)車輛的總稱，具有機動靈活、活動范圍廣、開拓礦體快等特點。由于井下采礦涉及一整套的采礦工藝，根據(jù)無軌設備發(fā)揮的作用不同，地下無軌設備一般分為鑿巖、鏟裝、運輸、輔助車輛等。

地下無軌設備于20世紀70年代發(fā)展起來，比較知名的無軌設備廠家有瑞典的阿特拉斯·科普柯·瓦格納（Atlas Copco Wagner）、芬蘭的山特維克·湯姆洛克（Sandvik Tamrock）、美國的卡特皮勒（Caterpillar）等。

經過幾十年的發(fā)展，各種無軌產品都已形成系列化，如潛孔鉆機根據(jù)鉆孔直徑和深度有不同的系列化產品；鏟運機根據(jù)動力源不同，分為電動和柴油鏟運機，根據(jù)鏟取能力分為1.5m3鏟運機、2m3鏟運機、3m3鏟運機等；輔助車輛根據(jù)其功能不同分為油罐車、材料車、維修車、大臂吊籃車、剪式平臺車等。

無軌設備種類和功能雖然不同，基本結構大都可以分解為兩個部分，底盤和工作機構。底盤是根據(jù)需要機動靈活地實現(xiàn)無軌設備在井下實時的移位，具有行走、制動、轉向這些通用的性能；而工作機構是為了實現(xiàn)無軌設備完成具體某項工作，應該具備的功能。

地下無軌設備起源于地表車輛，和地表車輛既有相似之處，又有很多不同，表現(xiàn)在外形結構、動力、傳動系統(tǒng)、制動和尾氣凈化等方面都有自己的特點。

二、地下無軌設備的主要特點

1.對無軌設備外形尺寸和結構有特殊要求

由于井下使用環(huán)境惡劣，受到礦山運輸罐籠和巷道等空間因素的限制，地下無軌設備尺寸不可能很大，一般以低矮、狹窄等為主。為滿足這一要求，很多地下無軌設備結構上常常具有以下特點：

（1）車輛前后機架采取鉸接方式，并通過轉向油缸實現(xiàn)前后擺動，使得轉彎半徑小以適應狹小的運輸巷道、行走斷面和場地的作業(yè)條件[1]，一般前后轉向角為±40°。

（2）前后車架可上下擺動以滿足四個驅動輪同時附著在復雜地面上。上下擺動有兩種結構方式實現(xiàn)，一種在前后機架中間銜接部位采用回轉支撐方式，一種在車橋上安裝擺動架。前后車架上下擺動角一般設計為±10°。

（3）很多無軌設備駕駛室座位采取側向布置方式，甚至少數(shù)駕駛室采取升降頂棚，以便在低矮巷道行駛。

2.動力源的合理配備

無軌設備的動力以柴油發(fā)動機為主，電力為輔。電動設備由于受到自身配套電纜長度的限制，活動范圍小，主要在電纜長度范圍內機動，如電動鏟運機和鑿巖設備等。另外，鑿巖設備常配套兩套動力源，長距離行走移位狀態(tài)啟用柴油為動力，機動靈活，轉場方便；工作鉆孔時采用電能，清潔環(huán)保、噪聲小、成本低，改善了操作人員的勞動環(huán)境。

3.傳動系統(tǒng)配置更為穩(wěn)定可靠

地下無軌設備典型的傳動方式主要有兩種，一種為靜液壓傳動，一種為液力機械傳動。小型裝載機和鑿巖設備多采用靜液壓傳動方式，主要由高壓柱塞油泵、液壓馬達、分動箱、傳動軸、前后橋組成。靜液壓傳動方式優(yōu)點是元件尺寸小，重量輕，零件數(shù)目少，布置方便，能在較大的范圍內實現(xiàn)無極調速；缺點是對液壓油的清潔度要求高，高壓柱塞油泵和液壓馬達維修困難。

大多數(shù)無軌設備還是采用液力機械傳動方式。液力機械傳動主要由液力變矩器、變速箱、傳動軸、驅動橋等組成。這種傳動方式使車輛具有良好的自適應性[2]，自動無極變更其輸出扭矩和轉速；具備濾波性能和過載保護性能，能吸收并減少來自發(fā)動機和外載荷的振動和沖擊，提高了車輛的使用壽命；能以穩(wěn)定的牽引力和任意小的車速行駛，改善在路況差的條件下的通行能力。

4.要求制動系統(tǒng)可靠

由于井下工作條件復雜，地表不平，坡道起伏，要求行駛設備制動可靠。目前無軌裝載設備車橋廣泛采取彈簧制動液壓釋放的全封閉式濕式全盤式制動器。該制動系統(tǒng)主要由制動泵、充液閥、蓄能器、腳踏閥、橋制動器組成；全封閉防水防塵，制動性能穩(wěn)定，耐磨損，使用壽命長，不需調整；散熱效果好，摩擦副溫度顯著降低；在不增大徑向尺寸的前提下，改變摩擦盤數(shù)量，可調整制動力矩，實現(xiàn)系列化、標準化[3]；制動器常采用雙回路液壓制動，當一個回路出了故障時，第二個回路可以照常工作，從而保障了車輛的安全。

5.尾氣凈化要求達到國IV標準

由于井下空氣流通差，為改善操作人員的勞動環(huán)境，以柴油為動力的無軌設備目前國內尾氣排放標準基本參考歐洲標準進行制定，在國內實行的是國IV 標準，相當于歐洲的歐V 標準。為了減少井下空氣污染，采取了兩項措施。一是開發(fā)機內凈化技術，即采用生成有害廢氣濃度最低的柴油機，精確控制燃油噴油量和噴油時間，使燃油重復燃燒，從而大大降低柴油機的廢氣排放。二是采用機外凈化措施。機外凈化措施有氧化催化法、水洗法，或同時采用氧化催化法與水洗法[4]。要求選用低污染發(fā)動機，并配套鉑銠合金廢氣凈化器，尾氣有害物質極低。目前國內無軌設備的發(fā)動機主要采用道依茨、沃爾沃、康明斯等知名品牌。

6.各種工作機構有其特定的工作參數(shù)要求

無軌設備功能的實現(xiàn)，主要依托其各種工作機構。工作機構參數(shù)主要是為了滿足特定的采場、巷道高度和配套的無軌設備聯(lián)合作業(yè)要求。

以潛孔鉆機為例，其除了鉆孔直徑和鉆孔深度外，還需要滿足采場使用要求。潛孔鉆機在鉆孔時，為避免導軌震動導致鉆孔偏移，需要將自身的油缸牢固支撐采場的頂板，方可進行鑿巖。如果采場過高，鉆機油缸行程不夠，則無法支撐；采場過低，潛孔鉆機導軌無法豎立放置。因此對潛孔鉆機有工作高度參數(shù)范圍的要求。

地下鏟運機主要為滿足裝卸要求，特別是在鏟運機和運礦車聯(lián)合作業(yè)時，如果鏟斗舉升過高，和采場頂板刮擦，鏟斗過低，無法向運礦車料斗傾倒礦石，因此卸載高度是一個重要的參數(shù)。

地下運礦車為避免料斗上緣碰撞硐室頂板，要有最大卸載高度的要求。

三、無軌設備發(fā)展的趨勢

隨著技術的進步，無軌設備也在推陳出新、日新月異，發(fā)展趨勢圍繞著安全舒適、提高效率、降低成本這一核心，繼續(xù)向無軌化、大型化、液壓化及智能化方向發(fā)展。由于電子技術、傳感技術、控制技術越來越多地應用于無軌采礦設備上，使其自動化和機電液一體化的進程加快。我國地下礦山開采設備的技術發(fā)展趨勢是加速對引進技術的消化吸收，大力發(fā)展新產品，提高地下開采設備的制造質量、技術水平和使用可靠性，加快進口設備的國產化步伐[5]。安全上，國家頒布了更多的產品行業(yè)標準、國標等，成為保障無軌設備成功研發(fā)的檢驗依據(jù)。主要發(fā)展方向有：

安全舒適，綠色環(huán)保。動力系統(tǒng)采用計算機控制高效柴油機、液壓鑿巖逐步取代氣動鑿巖、柴油電動雙動力的系統(tǒng)、負荷敏感液壓系統(tǒng)、電液控制技術等，減少能量損失，降低廢氣排放，使無軌設備動力得到有效發(fā)揮利用。

自動化、智能化程度愈來愈高，操作簡便。例如鑿巖設備自動接卸桿裝置，避免人工裝夾，降低勞動強度；無軌裝運設備使用遙控裝置，可使得操作者遠離危險的作業(yè)現(xiàn)場，在安全、舒適、寬敞的控制室進行操縱。

產品通用化、系列化和配套組合化。功能更齊全，適用性更廣，滿足和適應不同礦山、不同用戶對設備生產能力、性能和外形尺寸的要求[6]。

產品結構模塊化。既能快速響應客戶需求，減少設計周期，又能提高設計的質量。