提升礦井無軌膠輪車爬坡能力探析

王森良

（山西焦煤集團有限責任公司杜兒坪煤礦， 山西 太原 030022）

引言

當前我國大部分煤礦使用的輔助運輸方式仍舊是傳統礦車運輸，部分煤礦也使用了小絞車接力運輸、無極繩運輸等方式，這類傳統的運輸方式不僅運輸環節多，同時速度也相對較慢，運輸效率相對較差，特別是面對當前不斷惡劣的煤礦開采環境，傳統運輸方式表現出較大的不適應性。而通過使用無軌膠輪車開展輔助運輸，對煤礦整體的輔助運輸質效帶來了較大的提升，從無軌膠輪車的使用來看，制約無軌膠輪車運輸效果的主要因素是爬坡能力。因此，對提升礦井無軌膠輪車爬坡能力進行分析有著較為重要的意義。

1 煤礦井下無軌膠輪車運輸動力性分析

無軌膠輪車的動力性主要是通過車輛的加速度、車速及爬坡度來體現的。從井下生產環境來看，煤礦井下一般較為昏暗，道路也存在坑洼濕滑的問題，很多坡不僅距離長而且坡度較大，車輛在使用的過程中行駛速度相對較慢，對車輛的加速性能并沒有較大的要求。因此，煤礦使用的無軌膠輪車的性能主要是通過爬坡能力來進行評判。從無軌膠輪車的使用情況來看，爬坡能力決定了無軌膠輪車是否可以高效率通過井下巷道的大坡、長坡。特別是隨著煤礦開采深度的增加，各種類型的長坡、大坡等不斷增多，對無軌膠輪車的爬坡能力提出了較高的要求。通常情況下，煤礦使用的無軌膠輪車最大設計爬坡能力達到了25%，也就是14°左右，但是這個數據是在對無軌膠輪車進行實驗時得到的，也就是在平坦、干硬的路面上得到的。如果煤礦井下巷道路況相對較好，坡度相對較小，無軌膠輪車整體的運行可靠度則必然較高，但是由于井下環境較為潮濕，很多巷道中有明顯的積水問題，不僅坡度大而且坡道較長，這往往會給無軌膠輪車爬坡能力帶來較大的負面影響。在爬坡的過程中，隨著時間的延長，車輛柴油機會出現明顯的過熱問題，隨著溫度的不斷提升，無軌膠輪車柴油機動力性能會不斷地降低，進而進一步降低了無軌膠輪車的爬坡效果。

2 提高無軌膠輪車爬坡能力的相關舉措

2.1 優化無軌膠輪車動力裝置設計

一方面是對車輛防爆柴油機系統進行優化設計。從當前無軌膠輪車使用情況來看，考慮煤礦井下特殊的安全環境，動力源主要使用的是進行過防爆改造的防爆柴油機。在改造時，主要是對柴油機進排氣系統進行隔爆處理。采取這種改造處理措施會導致柴油機在啟動階段動力不能充分發揮，再加上日常維護保養不到位，容易導致無軌膠輪車在使用過程中出現動力不足的問題。

因此，在對無軌膠輪車動力性進行改造時，為了更好提升無軌膠輪車的爬坡能力，需要對柴油機進行針對性的完善和提升。首先煤礦在選擇柴油機時，應當為無軌膠輪車配備凈輸出功率相對較大的柴油機，這對于增強車輛后備功率非常關鍵，可以更好滿足爬坡需求。但受到無軌膠輪車尺寸的限制，選擇使用的柴油機尺寸也不能無限增加，這就限制了可供選擇的柴油機功率。同時，無軌膠輪車配套的柴油機不能隨意更改，一般情況下需要以無軌膠輪車上原裝的柴油機作為基礎，選擇使用針對性的優化和提升措施。例如，將柴油機控制技術升級為電子控制技術，對柴油機外圍附屬裝置進行優化，降低外圍裝置的能耗從而得到更大的凈功率。此外，因為井下使用的無軌膠輪車整體的重量相對較大，為了更好降低負重，可以選擇輕量化的設計方式，對無軌膠輪車當前的結構進行針對性的優化提升，在滿足需求的基礎上，得到最優整體質量，從而降低車輛日常功率消耗，增強車輛的爬坡功率儲備，對車輛爬坡性能實現有效改善和提升。

另一方面，對無軌膠輪車的傳動系統進行優化。無軌膠輪車中的傳動系統可將防爆柴油機功率有效傳遞到驅動輪中，從而推動無軌膠輪車向前行駛。由于傳動系統元部件在使用的過程中，容易出現溢流損耗、泄露損耗及摩擦損耗等問題，傳動系統在實際工作的過程中出現了明顯的功率損耗的情況。所以，從無軌膠輪車傳動環節入手，對車輛驅動力進行改善非常關鍵。在具體優化的過程中，首要措施就是對車輛傳動線路進行針對性的簡化和優化，最大限度地降低傳動系統中涉及到的元部件數量，減少無軌膠輪車傳動過程中出現的機械功率損耗問題，將其中的液壓功率損失、液力損失降到最低，從而讓無軌膠輪車得到最佳驅動功率。

此外，對于選擇使用是液力機械傳動方式的無軌膠輪車，為了更好提升爬坡能力，應當在合理的范圍內提升車輛檔位數，提升柴油機將最大功率發揮出來的能力，同時對最低檔位下的傳動比適當增加，從而得到更高的加速度和爬坡能力。若選擇使用的是液壓傳動的方式，可以將驅動馬達排量實現最大化，對車輛傳動系統可以調整的速度范圍進行最大限度的優化，從而得到更大的驅動力。在這個過程中，技術人員也可以選擇使用將輔助驅動裝置增加到其中，從而更好增強車輛爬坡能力。現階段，煤礦使用的無軌膠輪車，主要是兩軸線或者多軸線的無軌膠輪車，技術人員可以在非驅動軸線的位置將輔助驅動裝置安裝到位。在無軌膠輪車爬坡的過程中，若出現了爬坡困難的問題，則可以對無軌膠輪車的驅動方式進行切換，將非驅動軸線的附著力最大限度應用起來，有效增強車輛爬坡驅動力。

2.2 對車輛總體布置設計進行優化

無軌膠輪車在井下使用的過程中，特別是在重載爬坡狀態時，車輛在各個軸線上受力將隨著路面坡度的變化而不斷地變化，無軌膠輪車的爬坡受力見圖1 所示。F1為車輛前軸線受力情況，F2為車輛后軸線受力情況。具體的計算公式為：

圖1 井下無軌膠輪車爬坡受力圖

式中：F1為無軌膠輪車前軸線受力；F2為無軌膠輪車后軸線受力；G 為無軌膠輪車重力，包含車輛載重；L為無軌膠輪車前后之間的軸距；h 為車輛質心的高度；a、b 分別為無軌膠輪車質心到前后軸線之間的距離。

從計算公式可知，隨著無軌膠輪車在運輸過程中路面坡度的增大，車輛前軸線軸重表現出不斷減小，后軸線的軸重表現出不斷增加，這就導致無軌膠輪車在運行的過程中，會出現滑轉的問題，使得車輛動力性能不能有效發揮出來，對車輛爬坡效果帶來較大的影響。所以，在對車輛進行整體設計時，應當從車輛坡路情況出發，對在重載條件下，車輛整體的重心分布情況進行全面的計算和分析，在確保無軌膠輪車整體車重合理控制的范圍內，設計采用增加的配重方式，對各個驅動軸線的軸重進行重新分配，最大限度地使得車輛重載爬坡時，車輛運動所需要的附著力、牽引力等均可以達到實際工作需求，實現對車輛爬坡能力的有效提升與改善。

在滿足上述要求的基礎上，在不同的驅動軸線之間，技術人員還可以將橫向擺動機構設置到其中，同時在同軸線驅動輪之間加入差速功能，從而將驅動輪的實際驅動力充分發揮出來，確保在無軌膠輪車爬坡的過程中，不會出現因路面不平整導致爬坡能力不足的情況。

2.3 對車輛礦井運行環境進行全面維護

通過對無軌膠輪車自身結構進行全面優化可以提升車輛整體的驅動效果，為了更好將提升效果發揮出來，對無軌膠輪車在井下運行過程中整體的路況條件進行升級非常關鍵。

其主要目的是為無軌膠輪車在井下運行提供出較好的路面附著條件，將車輛內在的驅動力最大限度地發揮出來。通過前面分析可以得到，無軌膠輪車在井下運輸的過程中，巷道路面不能出現濕滑、坑洼、松軟等問題，所以在重載的情況下，技術人員更需要對車輛爬坡運行路線進行全面的維護和保養，為無軌膠輪車在井下運輸提供出高質量的路面支撐，從而最大限度地將無軌膠輪車在井下整體的運行性能發揮出來。在具體實施時，可以從如下四個方面入手：

首先，針對部分巷道出現的較為明顯的頂板淋水問題，為了更好地降低頂板淋水給底板路面工況帶來的影響，技術人員應當深入分析導致頂板淋水問題出現的原因，采取針對性的排水控制處理措施，為無軌膠輪車在井下運行提供更好的底板路面支撐。其次，針對部分巷道出現的底板較為松軟的問題，為了更好提升無軌膠輪車在運行過程中的附著力，技術人員應當對巷道進行排渣處理，必要情況下，應當將拌料石或者采取對底板進行砼加固的方式，實現對無軌膠輪車運行路面的全面硬化處理。第三，若路面整體的坡度相對較大，為了降低無軌膠輪車爬坡的難度，提升無軌膠輪車附著力，可以通過在路面上設置搓衣板式路障的方式，全面提升無軌膠輪車附著力，有效增強無軌膠輪車爬坡的效果。此外，若礦井條件運輸，且無軌膠輪車爬坡難度較大，則可以是通過在坡道上設置輔助牽引絞車的方式來幫助無軌膠輪車提升牽引力，若無軌膠輪車屬于重載車輛，可以在車輛后端配備獨立助力車輛，為無軌膠輪車提供出更為強勁的動力，從而更好提升車輛爬坡能力，克服爬坡困難的問題。

3 結語

在煤礦井下運輸的過程中，選擇使用無軌膠輪車運輸方式對提升運輸質效較為關鍵，但是從具體運輸情況來看，爬坡能力是制約無軌膠輪車運輸效果的重要因素。因此，就需要煤礦充分認識到提升無軌膠輪車爬坡能力的重要性，從煤礦使用的無軌膠輪車實際出發，充分結合煤礦井下生產實際，采取針對性的措施，推動無軌膠輪車爬坡能力和實際工作需求相匹配，更好提升煤礦井下輔助運輸效果。