朱海成

（太原重型機械集團有限公司技術中心， 山西 太原 030024）

引言

半連續(xù)開采是一種適應能力強、優(yōu)點突出的生產工藝，它兼具連續(xù)工藝和間斷工藝的優(yōu)勢，適應能力強，能解決中、硬礦巖的開采，實現礦巖的連續(xù)運輸，有利于擴大生產規(guī)模，降低生產成本。在世界范圍內，隨著新設備、新技術的不斷涌現，形成了多樣化的露天開采工藝。電纜漏斗車的出現就是針對礦床賦存條件，優(yōu)化開采工藝出現的新型設備。它的出現大幅度提高了開采效率，提高了經濟效益。

1 軌行式電纜漏斗車的產生與發(fā)展

在早期的半連續(xù)生產工藝中電纜漏斗車并沒有作為一個獨立的運行機構在礦山開采中被使用，而是集成在半連續(xù)系統(tǒng)中的轉載機上，采用這種方式使得轉載機的外形比較龐大，國內在元寶山礦使用這種方式進行電力供給和物料轉運。

隨著礦山開采能力的不斷增加，對物料轉運的要求成倍數的增加，如果沿用這樣的方式，無論是從成本還是設計角度都是不科學的。于是，在近二十幾年新上馬的大型礦山半連續(xù)工藝中，電纜漏斗車作為一個獨立的供電和轉運機構被廣泛采用。這樣的結構的主要特點是把動力電纜卷筒、供電電纜卷筒以及轉載漏斗獨立出來，安裝到通過軌道行使的小車上，軌道可以方便地安裝在長距離皮帶運輸機的支撐鋼結構上。這樣的結構出現對大型半連續(xù)系統(tǒng)的成本降低起到了極大的作用，機構比較靈活，移設比較方便，而且一旦出現故障，檢修和排除故障的時間和工作強度以及難度都大大減少和降低，具體結構見圖1[1]。

隨著電纜集成技術的發(fā)展，電纜漏斗車的動力和控制電纜能夠被集成在一起，更好地解決了雙卷筒同步的問題，于是出現了下圖2 所示的電纜漏斗車的結構。這種結構在本質上與上面所提的電纜漏斗車沒有區(qū)別，也是為供電和轉運物料而單獨設計的軌道行使的小車。但是在同步性方面，集成的電纜完全不必考慮兩種不同粗細的電纜的卷繞同步性的問題，使得設計、制造、安裝、維修、維護都變得比較簡單，具體機構見圖2。

圖1 動力電纜與控制電纜分離的軌行式電纜漏斗車

圖2 動力電纜與控制電纜集成的軌行式電纜漏斗車

2 目前礦山設備使用中存在的問題及分析

隨著礦山開采的不斷進行，使用軌行式電纜漏斗車的弊端和缺點逐漸顯露出來，其中最大的問題就是電纜崩斷的問題?，F場調研過程中幾個礦區(qū)的維護人員都反饋電纜漏斗車發(fā)生過溜車，導致電纜崩斷的問題，尤其是在冬季比較頻繁。

2.1 穩(wěn)定運行的靜阻力分析

軌行式電纜漏斗車運行機構在直線軌道上穩(wěn)定運行的靜阻力由摩擦阻力Fm、坡道阻力Fp和風阻力Fw三項組成，即：

2.1.1 摩擦阻力

軌行式電纜漏斗車運行摩擦阻力：

初步計算可用經驗公式Fm=（Q+G）ω。

式中：Q 為物料及電纜等外部載荷，N；G 為軌行式電纜漏斗車的自重載荷，N；f 為滾動摩擦系數，通過查表選用0.06；μ 為車輪軸承摩擦系數，通過查表選用0.015；d 為與軸承相配合處輪軸的直徑，mm；D 為車輪踏面直徑，mm；β 為附加摩擦阻力系數，通過查表選用1.3；ω 為摩擦阻力系數，初算時可根據車輪直徑、車軸直徑以及選用的軸承類型（滑動或滾動軸承）進行選取，在此處選用系數0.01。

2.1.2 坡道阻力

當路面或軌道具有坡度時，電纜漏斗車的支腿支撐不平時，自重載荷和承載載荷都會產生與坡道方向平行的分力，這個分力就是坡道載荷。上坡時坡道載荷是運動的阻力，下坡時則變成運動的動力。Fp=（Q+G）sinα=（52t+25t）×sin6°×10000=80500N。

2.1.3 風阻力

由于軌行式電纜漏斗車的運行環(huán)境是在露天礦山，不可避免要受到風載荷的作用，風壓的大小會很大程度上影響軌行式電纜漏斗車的運行狀況。

此處簡單對將風阻力進行計算。

式中：風壓qf為風壓，取值250 N/m2；A 為迎風面積，取值20 m2。計算得Ff=5 000 N。

實際工作時電纜漏斗車運行速度不會大于12 m/min。根據經驗，只要合理降低加速度或減速度，增加驅動輪數量，則可以通過啟動和制動時打滑驗算。

2.2 軌行式電纜漏斗車電纜崩斷分析

礦山維護實際情況是礦區(qū)采取了部分車輪改為全部車輪驅動的措施，但是，溜車現象依然不能避免。根據分析，電纜漏斗車發(fā)生溜車，導致電纜崩斷產生的原因有以下幾個方面組成：首先是使用過程中沒有嚴格的按照使用說明書中進行，運行軌道的斜度大于安全使用的許用范圍。在圖紙資料中明確提到設備運行坡度不大于1∶15，也就是說最大角度為3°49′6″。在開采過程中由于地勢的復雜性，這個要求經常性被忽略。調研測量時最大坡度達到1:10。其次冬季冷凝結冰導致摩擦力變小，理論計算滾動摩擦系數選取0.06（該數值是直徑600 mm鋼輪對鋼軌），實際情況是冬季濕度較大時，鋼軌表面會冷凝結冰，據查鋼對光滑堅冰的滾動摩擦系數為0.014～0.027 之間。夾軌器的夾緊力小于重力及其他外力產生的分力。另外，其他不可抗力的影響，例如風壓大于250 N/m2。當幾種惡劣情況產生或疊加，溜車情況不可避免就會產生。

根據礦山開采的實際情況，第一次提出了用更加可靠的方法來避免設備溜車現象。履帶側拉式、跨軌正拉式等多種可行性方案被提出。

3 履行式電纜漏斗車的設計可行性

履帶行走裝置是一種使用較為廣泛的走行方式，在露天礦山的使用有其他行走方式不能替代的優(yōu)秀特性，可以在深雪、沼澤、軟泥等惡劣環(huán)境地形下行駛使用。而且履帶式行走裝置的接地比壓遠遠小于輪胎式走行裝置，所能承受的沖擊載荷也遠遠大于輪胎式走行裝置以及軌道時走行裝置。履帶式走行裝置具有較好的通過性，能夠通過一定坡度的傾斜角。履帶行走裝置對土壤有足夠大的附著力，能通過淺灘、窄溝和其他障礙，不需要特殊鋪設或準備道路，而且有較好的通過性，爬坡和轉彎能力良好，機器比較好調動。

履帶行走裝置也有一些缺點，行走和轉彎時消耗的功率較大，行走機構的效率比較低，構造比較復雜，制造費用較高，有些零件磨損較大，需要經常更換和維護。根據電纜漏斗車的工作環(huán)境，綜合考慮各種因素，認為采用履帶行走裝置在此處使用其優(yōu)點是主要的，是解決這一問題的較好選擇。

由于前期電鏟設備、液壓挖掘機以及排土機等履帶機械在制造和生產中積累了大量成功的經驗，為開發(fā)履行式電纜漏斗車奠定了良好基礎。

4 履行式電纜漏斗車設計基本技術參數與性能數據

根據電纜漏斗車的使用工況，確定的設計參數如表1 所示（由于漏斗車功能單一，且行走動力全部由電纜車提供，故此處僅列出電纜車技術參數），屢行式電纜車結構如圖3 所示[2]。

表1 電纜車技術參數

圖3 屢行式電纜車三維模型圖

5 結語

從目前的國情來看，大型半連續(xù)開采的成套設備設計開發(fā)基本上還處于起步階段，目前國內沒有一家可以設計制造半連續(xù)開采工藝系統(tǒng)成套設備的企業(yè)，有的只是生產成套設備中的一種設備。國內的礦山采用的半連續(xù)開采的成套設備基本都是由國外進口。由于生產周期、供貨周期、備件及易損件的運輸等原因，購置一套設備需要花費大量的外幣和時間，增加了開采和剝離的總費用。進口的設備也存在各種大大小小的問題，信息反饋漫長、效率低、問題處理不及時等，礦山用戶束手無措。隨著我國露天開采設備的配套設施不斷發(fā)展，為我們設計半連續(xù)開采設備奠定了基礎。這就使得我國自己制造的設備不僅僅能夠裝備中小型礦山，而且能夠滿足大型甚至特大型礦山的需要。

電纜漏斗車作為半連續(xù)開采工藝中供電和轉運的環(huán)節(jié)，發(fā)揮著其重要的作用，它的安全行、可靠性直接影響著礦山開采是否能正常運轉。采用履行式電纜漏斗車能夠有效解決礦山半連續(xù)開采現存的溜車問題，避免重大的安全事故發(fā)生。同時可以在半連續(xù)成套設備中增加一種高效、安全的轉運設備。研究和開發(fā)半連續(xù)開采成套設備可以填補國內同類產品的空白，打破國外產品對國內市場的壟斷局面，可為國家節(jié)約大量的外匯，可為我國廣大露天礦山用戶節(jié)約大量的設備投資和運行維護費用，具有巨大的經濟效益和社會效益。半連續(xù)開采成套設備的開發(fā)對于露天采礦業(yè)的有序發(fā)展，提升我國民族裝備制造業(yè)的設計和制造水平，提高企業(yè)的自主創(chuàng)新能力和核心競爭能力都具有重大意義。