薄煤層無(wú)軌膠輪車(chē)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)研究

饒俊良， 胡曉輝， 陳毅培

（1.江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南昌330013；2.南昌礦山機(jī)械研究所，南昌330013）

0 引言

近年來(lái)我國(guó)大型自動(dòng)化綜采煤礦的開(kāi)采發(fā)展十分迅猛，尤其是優(yōu)質(zhì)煤層的全高一次性采全及放頂煤綜采機(jī)電設(shè)備的大量投入使用，我國(guó)煤礦煤炭產(chǎn)量和效率有大幅度提高[1-4]。由于我國(guó)的地質(zhì)特點(diǎn)，煤層中薄煤層資源豐富，分布也較廣，約占整個(gè)煤炭?jī)?chǔ)量的20%。薄煤層煤礦由于煤層及巷道高度很低，一般只有2 m，開(kāi)采難度相對(duì)較大，配套綜采設(shè)備及輔助運(yùn)輸設(shè)備的開(kāi)發(fā)成本較高，技術(shù)上也有很多困難[5-7]。目前相關(guān)設(shè)備的開(kāi)發(fā)與研究不能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代化礦井高效、安全開(kāi)采的需求。因此，薄煤層礦井機(jī)械化設(shè)備——薄煤層無(wú)軌膠輪車(chē)的研發(fā)是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。

1 總體設(shè)計(jì)

圖1 薄煤層自卸車(chē)外形圖

薄煤層防爆無(wú)軌膠輪車(chē)主要應(yīng)用于煤礦井下薄煤層開(kāi)采時(shí)設(shè)備、物料、矸石等的運(yùn)輸[8-12],外形如圖1所示。

薄煤層防爆無(wú)軌膠輪車(chē)采用分體式車(chē)架設(shè)計(jì)，分為前車(chē)架和后車(chē)架，前后車(chē)架通過(guò)中央鉸接連接[13-16]。自卸車(chē)廂安裝在后車(chē)架上。由于在薄煤層礦井中作業(yè)，巷道高度只有2 m，自卸車(chē)廂無(wú)法采用傳統(tǒng)方式翻舉卸載物料，車(chē)廂采用了平推自卸的形式推出物料。此外，駕駛室正向布置，駕駛操作半躺位設(shè)置，充分降低駕駛室高度，整車(chē)高度只有1550 mm，符合薄煤層煤礦工況要求。

薄煤層防爆無(wú)軌膠輪車(chē)選用了防爆柴油機(jī)作為動(dòng)力。根據(jù)國(guó)家防爆要求，防爆柴油機(jī)設(shè)計(jì)了水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，使得柴油機(jī)表面溫度不高于150℃；同時(shí)排氣系統(tǒng)也進(jìn)行了防爆改造，通過(guò)水洗式廢氣處理，排氣溫度不高于70℃，廢氣凈化效果好，污染小。傳動(dòng)形式采用液力-機(jī)械傳動(dòng)方式，柴油機(jī)動(dòng)力傳輸?shù)揭毫ψ兙仄鳎毫ψ兙仄魍ㄟ^(guò)傳動(dòng)軸輸出動(dòng)力到變速箱，變速箱再通過(guò)傳動(dòng)軸將動(dòng)力分別輸出到前驅(qū)動(dòng)橋和后驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)前后輪胎。通過(guò)四輪驅(qū)動(dòng)，保證了車(chē)輛在礦井未固化的惡劣地面有較強(qiáng)的牽引及通過(guò)能力。采用全液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向，操作簡(jiǎn)便、靈活。采用多盤(pán)濕式制動(dòng)器，喪失系統(tǒng)油壓時(shí)，彈簧壓緊制動(dòng)片制動(dòng)，保證了行車(chē)的制動(dòng)安全。采用電保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)，液晶屏全中文顯示，實(shí)時(shí)監(jiān)控車(chē)輛的各項(xiàng)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)停車(chē)，安全性能好。主要性能參數(shù)見(jiàn)表1所示。

2 動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

動(dòng)力系統(tǒng)通常是車(chē)輛的關(guān)鍵系統(tǒng)，由于該車(chē)輛主要用于煤礦輔助運(yùn)輸，所以必須對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，才能滿(mǎn)足煤礦設(shè)備的防爆要求。

表1 主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

該車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)主要由防爆柴油機(jī)、進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)組成。

柴油機(jī)選用4108四缸防爆柴油機(jī)，采用氣啟動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)柴油機(jī)。

進(jìn)氣系統(tǒng)由空氣濾清器、風(fēng)門(mén)、進(jìn)氣防爆阻欄、進(jìn)氣波紋管組成。其中，風(fēng)門(mén)可以通過(guò)駕駛室的操縱按鈕打開(kāi)或者閉合，當(dāng)發(fā)生緊急情況無(wú)法正常關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，關(guān)閉風(fēng)門(mén)可以阻斷發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣，強(qiáng)行停車(chē)；進(jìn)氣防爆阻欄由多片不銹鋼片平行間隔密布，作用是防止發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中可能會(huì)有燃?xì)馔ㄟ^(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)入大氣，高溫燃?xì)饽嫦蛲ㄟ^(guò)進(jìn)氣防爆阻欄時(shí)，高溫火焰可被進(jìn)氣防爆阻欄熄滅。工作時(shí)，空氣經(jīng)過(guò)空氣濾清器的過(guò)濾，通過(guò)風(fēng)門(mén)和進(jìn)氣防爆阻欄、進(jìn)氣波紋管進(jìn)入柴油機(jī)。空氣濾清器需要按規(guī)程定期更換濾芯，進(jìn)氣防爆阻欄也需要定期清洗積碳和灰塵以保障進(jìn)氣通暢。

排氣系統(tǒng)由排氣防爆阻欄、廢氣水洗箱、補(bǔ)水箱、排氣波紋管組成。其中排氣防爆阻欄和進(jìn)氣防爆阻欄的結(jié)構(gòu)與作用相似，都是防止火焰進(jìn)入大氣。廢氣水洗箱可以將柴油機(jī)排出的尾氣經(jīng)過(guò)水洗凈化和降溫。由于廢氣水洗箱在凈化尾氣的過(guò)程中，箱體內(nèi)的水容易高溫?fù)]發(fā)，設(shè)計(jì)補(bǔ)水箱專(zhuān)門(mén)為廢氣水洗箱補(bǔ)充水。在工作時(shí)，柴油機(jī)排出的高溫廢氣通過(guò)排氣防爆阻欄進(jìn)入廢氣水洗箱，經(jīng)過(guò)廢氣水洗箱的水洗、降溫將達(dá)到防爆要求的不高于70℃的尾氣安全排出。

柴油機(jī)水循環(huán)冷卻系統(tǒng)由冷卻排氣支管、水泵、散熱器、冷卻水箱組成。作用是通過(guò)水泵使得該系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)制水循環(huán)，涼水流經(jīng)冷卻排氣支管中的水套，帶走柴油機(jī)外殼表面熱量，通過(guò)散熱器散熱，再次進(jìn)行循環(huán)。保證了柴油機(jī)表面溫度不高于150℃。

3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向、制動(dòng)及行駛液壓系統(tǒng)組成。

車(chē)輛采用全液壓轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)向液壓主要包括全液壓轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向泵、轉(zhuǎn)向油缸、換向閥、溢流閥。制動(dòng)系統(tǒng)可以分為行車(chē)制動(dòng)、緊急與停車(chē)制動(dòng)，包含有制動(dòng)泵、濕式制動(dòng)器、緊急與停車(chē)制動(dòng)器、腳制動(dòng)閥、手制動(dòng)閥、充液閥等部件。行車(chē)制動(dòng)通常用于車(chē)輛行駛過(guò)程中的間歇制動(dòng)與停車(chē)，由腳制動(dòng)閥控制濕式制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)；緊急與停車(chē)制動(dòng)由手制動(dòng)閥和緊急與停車(chē)制動(dòng)器控制，該制動(dòng)器結(jié)合緊急與停車(chē)制動(dòng)合二為一，在行車(chē)制動(dòng)失效時(shí)，也可以使用該制動(dòng)器應(yīng)急制動(dòng)。

行駛液壓系統(tǒng)主要用于配合傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力的轉(zhuǎn)換和輸出,原理如圖2所示。

行駛液壓系統(tǒng)主要由液力變矩器、液壓泵、壓力閥、油散熱器、變速箱、油箱、濾油器、油溫表、壓力表及管路等組成。

當(dāng)液力變矩器中的葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)使變速齒輪泵工作，將液壓油經(jīng)過(guò)濾油器從液壓油箱中吸出，輸出到液力變矩器上的變速壓力閥和進(jìn)油口壓力閥；通過(guò)變速壓力閥和進(jìn)油口壓力閥的液壓油在保證工作操縱油壓需求之后，經(jīng)過(guò)變速壓力閥輸出到液力變矩器，變速壓力閥和進(jìn)油口壓力閥可控制變矩器中的輸入工作油壓，此時(shí)可通過(guò)變矩器壓力表測(cè)得正常的工作油壓為0.35～0.65 MPa；當(dāng)變速時(shí)液力變矩器的油壓為0.15～0.25 MPa。如果液力變矩器的油壓高于進(jìn)油口壓力閥調(diào)定的初設(shè)值，進(jìn)油口壓力閥可以打開(kāi)閥門(mén)進(jìn)行溢流，卸荷多余的液壓油回到液壓油箱。液力變矩器的出油口的壓力一般要求為0.02～0.16 MPa。

變速操縱閥起作用是操縱變速器控制車(chē)輛的行駛擋位。當(dāng)操作閥塊手柄進(jìn)行變速操作時(shí)，液壓油從變矩器上的變速壓力閥和進(jìn)油口壓力閥輸出到變速操縱閥，控制變速箱上的變速離合從而使得變速箱進(jìn)行變速或前進(jìn)后退的擋位變化。

4 結(jié)語(yǔ)

由于薄煤層礦井開(kāi)采的特殊性，薄煤層礦井機(jī)電設(shè)備的研發(fā)在國(guó)內(nèi)尚屬于起步階段。目前薄煤層運(yùn)輸無(wú)軌膠輪車(chē)的需求較旺盛，薄煤層防爆無(wú)軌膠輪車(chē)的開(kāi)發(fā)研究，解決了薄煤層礦井煤炭開(kāi)采高效和安全無(wú)軌輔助運(yùn)輸問(wèn)題，為煤礦帶來(lái)了巨大經(jīng)濟(jì)效益，有助于煤礦開(kāi)采自動(dòng)化、高效化的實(shí)現(xiàn)。