MCC400A礦用自卸車前輪輞優勢淺析

許盛林

（江西銅業集團有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

礦用自卸車產品廣泛應用于冶金、有色、化工、煤炭、建材水電等幾大行業的土石方運輸。隨著國內煤、礦生產的發展，對于開采規模不同的礦山，都力求采用大裝載量、大功率車型，以減少汽車用量總數，提高礦巖運輸效率，降低運輸成本，減少采礦作業區域的汽車車流密度，因此，礦用大型自卸車是目前大型露天礦山的主要運輸工具。

近年來，我國礦山重大裝備制造國產化水平顯著提高［1-2］，出現了一大批優秀的礦山設備制造企業，中冶京誠（湘潭）礦山裝備有限公司就是其中之一，其生產的MCC400A 220T礦用自卸車從2013年進入德興銅礦以來，運行狀況良好，絲毫不亞于進口同類型車輛，在某些方面超越進口同類型車輛。德興銅礦也將更多的使用MCC400A礦用自卸車，隨著投產數量的增加，完成周轉量與同噸位的占比也逐年增加。

2 德興銅礦采礦運輸設備概況

德興銅礦是江西銅業集團有限公司旗下主要礦山，承擔著公司自產銅精礦原料80%以上的供給任務；是亞洲第一大、世界級第三大露天開采大型銅礦。隨著經濟社會的高速發展，對于礦產資源的急切利用和需求量越來越大。礦藏開采深度不斷縱深拉長和采區面積不斷擴大，對于采礦設備的安全性能要求及運輸礦巖量難度和開采成本也相應增加，以德興銅礦采礦場礦巖運輸電動輪自卸卡車為例,從108t至220t載重量逐步更新，設備實現大噸位規模性轉變。設備的大型化后故障率越來越低，穩定性和安全隨之提高，設備可持續利用率大幅度提高，同時大大提高了生產效率和有效控制了生產成本。

德興銅礦采礦場現有銅廠、富家塢兩個采區，運輸礦巖設備車輛包括KOMATSU730E 25臺、KOMATSU830E 10臺、北方重汽NTE200 4臺、中冶京城MCC400A 11臺。近3年采礦大型設備的投入增加，兩個礦區完成運輸周轉量每年都以8.8%量增加。

3 輪輞概述

3.1 輪輞簡介

輪輞俗稱輪圈，是在車輪上周邊安裝和支撐輪胎的部件，與輪輻組成車輪。輪輞的常見形式主要有兩種：深槽輪輞和平底輪輞［3］。

深槽輪輞如圖1所示，這種輪輞為整體式，其斷面中部為一深凹槽，兩側有帶肩凸緣，用以安放外胎胎圈，其肩部通常略向中間傾斜，其傾斜角一般是4～6°，傾斜部分的最大直徑即稱為輪胎胎圈與輪輞的著合直徑。斷面的中部制成深凹槽，以便于外胎的拆裝。深槽輪輞結構簡單，剛度大、質量小，適用于小尺寸輪胎。

圖1 深槽輪輞簡圖

平底輪輞結構有較多形式，圖2所示為一種常用的單鎖圈平底輪輞形式。在安裝輪胎時，先將輪胎套在輪輞上，而后套上擋圈，并將它向內推，直至越過輪輞上的環形槽，再將開口的彈性鎖圈嵌入環形槽中。礦用自卸車上輪輞主要采用平底形式輪輞。

圖2 平底輪輞簡圖

3.2 礦用自卸車輪輞簡介

礦用自卸車一般在環境惡劣、濕度大、溫差變化大及崎嶇不平的礦山上使用，輪輞作為支撐整個礦車的關鍵零部件，其承載能力、使用壽命以及安全性都有較為苛刻的要求［3-6］。輪輞一般使用高強度合金鍛環通過焊接、加工制造而成。輪輞通過高強度螺栓與前輪法蘭連為一體。前輪軸法蘭內圈回轉面通過兩個單列圓錐滾子軸承安裝在前輪軸頸上，前輪軸通過前油氣懸架與主車架相連。

3.2.1 礦用自卸車輪輞分類

輪輞與輪軸的連接形式總體分為兩大類，一是幅板式，即在輪輞的筒體中部位置焊接一塊有多個螺栓孔均勻分布的連接盤，如圖3所示；二是非幅板式，即在輪輞的筒體內加工成斜臺階面，通過斜面與前輪法蘭或輪馬達上斜面接觸安裝，如圖4所示。

圖3 幅板式的連接形式

圖4 非幅板式連接形式

對比兩種連接方式，它們的優缺點有如下。對于輻板式輪輞，輪輞體中部的幅板上均勻分布多個螺栓孔，固定螺栓穿過螺栓孔將輪輞安裝在輪軸上。這些螺栓都為剛性連接，在其共同作用下，輪輞與前輪法蘭之間的相對移動、相對轉動被消除，輪輞獲得與前輪法蘭一樣的運動狀態，隨著前輪法蘭的轉動而轉動。這種使用螺栓固定連接的輪輞可靠性高，安全性好，使用壽命長，后期維護較方便。即使幅板上的一個螺栓受剪切力斷裂時，其他剩余的螺栓依然能夠將輪輞與輪軸固定連接，維護更換新的螺栓后，輪輞的連接效果不受影響，并可長期使用。

對于非幅板式的輪輞僅僅依靠定位塊的槽口和輪輞槽段上的內斜面與輪軸的配合，其實質是利用輪輞與前輪法蘭斜面的靜摩擦力連接而成。這種連接方式簡單，但是，對于在重載、潮濕、崎嶇的環境下長時間使用的輪輞來說，定位塊連接較容易打滑，輪輞本身也會由于連接的不穩定而產生振動，從而減少輪輞的使用壽命。

3.2.2 礦用自卸車輪輞結構

輻板式輪輞和非輻板式輪輞主要部件為：輪輞基座、鎖圈、O型圈、輪緣圈、法蘭組成。根據鎖圈數量的不同，可分為單鎖圈結構輪輞和雙鎖圈結構輪輞。如圖5所示，圖中I為單鎖圈結構輪輞，II為雙鎖圈結構輪輞。在礦用自卸車上，前輪一般使用單鎖圈結構輪輞。按照各礦輪胎安裝設備及輪胎拆分設備和拆卸方法的不同，后輪輪輞單雙鎖圈形式搭配使用，雙鎖圈結構形式輪輞一般只是用于后輪外側輪胎。

圖5 輪輞結構示圖

國產MCC400A 220t礦車使用57-29.00/6.0型輪輞，使用輪胎型號為40.00R57/46.90R57，可選用普利司通、米其林、TITAN、固特異等品牌輪胎。前后輪輪輞均使用單鎖圈結構形式輪輞。

4 前輪輞分析對比

4.1 安裝方式

在江銅所采用的礦用自卸車中，小松730E、830E及前輪均采用非輻板形式前輪輞，如圖6（a）所示，其前輪安裝使用35個1”-14UNF *7 1/4”的高強度栓頭螺桿，通過前輪安裝定位塊將輪胎與前輪法蘭相連。MCC400A前輪采用輻板式輪輞，如圖6（b）所示，其前輪安裝使用53個M30*145的前輪安裝專用高強度螺栓，通過M30螺母將前輪固定于前輪法蘭上。

圖6 前輪輞安裝形式對比

4.2 使用性能

4.2.1 使用經濟性

德興銅礦處于中亞熱帶濕潤季風區，四季雨量充沛，特別是雨季降雨較多，路面濕滑。礦內運輸路面為堅硬巖石鋪設導致輪胎磨損較快，輪胎更換頻繁。根據運行車輛的數據統計，小松730E、830E自卸車前輪所使用的1”-14UNF *7 1/4”細牙螺栓，由于頻繁拆卸大部分螺栓使用過程中容易滑絲，導致螺栓頻繁更換。MCC400A所使用的M30粗牙螺栓是小松730E、830E前輪螺栓壽命的10倍。使用非輻板形式前輪輞的輪胎安裝還需要通過前輪安裝定位塊壓緊，額外增加了電動輪的維護使用費用。

兩種輪輞運行成本統計如下：730E、830E前輪螺栓、螺母、壓塊，3種備件各35件。在前輪轂鉆通孔時還產生了額外的成本費用，造成停機5天，拆裝工時費和輔助設備的投入。運行3萬小時為一個大修周期，消耗成本合計約6.8萬元。MCC400A一個大修周期只需更換一次螺栓螺母，成本約為1.4萬元，節約了車輛使用成本。

此外，非輻板形式前輪輞受力點在邊緣，造成輪輞接觸面斜面處容易開裂，輻板形式前輪輞受力點在中間，受力均勻，且輻板還起到支撐加固的作用，輪輞不易變形開裂，其使用壽命與其它輪輞相比提高了30%。

4.2.2 維護方便性

730E、830E前輪都是使用的非輻板式輪輞，安裝時輪輞內側斜面與前輪法蘭上外斜面接觸配合，通過前輪安裝定位塊壓緊。由于輪胎拆卸較為頻繁致使前輪安裝螺栓絲扣容易滑絲，滑絲后不能將輪輞斜面與前輪法蘭上的斜面壓緊，導致輪輞在斜面處打滑，損壞前輪法蘭配合斜面。如圖7所示，前輪法蘭斜面整圈被磨出凹槽，螺栓斷裂2根。

圖7 前輪法蘭磨損圖例

對于出現前輪法蘭斜面磨損的情況，不得不將前輪法蘭整體從礦車上拆下，將損壞的斜面使用焊接方法堆焊填平凹槽，再上機床加工配合斜面，增加了車輛的維護時間及維修成本。根據統計，將前輪法蘭拆下焊接到上機床加工再到回裝前輪法蘭需要7～10天的時間，在這期間車輛無法運行，使車輛運行效率大大降低。國產MCC400A由于使用的輻板式前輪輪輞，完全避免了上述情況發生。

4.2.3 使用安全性

同樣的，由于730E、830E前輪使用的非輻板式輪輞 ，安裝時輪輞內側斜面與前輪法蘭上外斜面接觸配合，通過前輪安裝定位塊壓緊。由于前輪法蘭斜面或輪輞斜面磨損，導致斜面上有凸塊或凹坑，導致輪胎安裝后前段時間內輪輞斜面能與前輪法蘭斜面較緊配合，一旦凸塊或凹坑被壓平，則輪輞斜面與前輪法蘭斜面配合不緊，出現滑移，將前輪充氣管切斷，將導致前輪瞬間漏氣。當這種情況出現于重載下坡時，會對駕駛員造成傷害，也對車輛安全造成損傷。此外非輻板式輪輞由于邊緣受力，接觸面斜面處開裂容易開裂，裂紋一般不易發現，也給運行車輛帶來較大的安全隱患。

5 結語

MCC400A型礦用自卸車作為國內同類型車中的佼佼者，在與國際同類車的同臺競技中不亞于對方，在部分方面領先同行。MCC400A礦車使用的輪輻式前輪輪輞維護簡單，運行故障低， 2013年投入至今，與同噸位830E穩定性對比，一天分3個班每個班8小時，830E型平均每班作業6.1小時，中冶車型每班作業6.6小時。故障率減少，作業量增加，投入的人力物力少。從最初的使用2臺設備增加到現在的11臺，單機臺在同等條件下完成作業量對比，是同噸位的1.12倍。2019年將會繼續再增加6臺，隨著車輛增加，完成任務增加，車輛的優越性更顯著。