地下無軌設(shè)備的主要特點(diǎn)和發(fā)展趨勢

文/汪鵬程 胡智君（安徽銅冠機(jī)械股份有限公司）

一、地下無軌設(shè)備概述

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

地下無軌設(shè)備于20世紀(jì)70年代發(fā)展起來，比較知名的無軌設(shè)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(jīng)過幾十年的發(fā)展，各種無軌產(chǎn)品都已形成系列化，如潛孔鉆機(jī)根據(jù)鉆孔直徑和深度有不同的系列化產(chǎn)品；鏟運(yùn)機(jī)根據(jù)動(dòng)力源不同，分為電動(dòng)和柴油鏟運(yùn)機(jī)，根據(jù)鏟取能力分為1.5m3鏟運(yùn)機(jī)、2m3鏟運(yùn)機(jī)、3m3鏟運(yùn)機(jī)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(tái)車等。

無軌設(shè)備種類和功能雖然不同，基本結(jié)構(gòu)大都可以分解為兩個(gè)部分，底盤和工作機(jī)構(gòu)。底盤是根據(jù)需要機(jī)動(dòng)靈活地實(shí)現(xiàn)無軌設(shè)備在井下實(shí)時(shí)的移位，具有行走、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向這些通用的性能；而工作機(jī)構(gòu)是為了實(shí)現(xiàn)無軌設(shè)備完成具體某項(xiàng)工作，應(yīng)該具備的功能。

地下無軌設(shè)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(jié)構(gòu)、動(dòng)力、傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)和尾氣凈化等方面都有自己的特點(diǎn)。

二、地下無軌設(shè)備的主要特點(diǎn)

1.對(duì)無軌設(shè)備外形尺寸和結(jié)構(gòu)有特殊要求

由于井下使用環(huán)境惡劣，受到礦山運(yùn)輸罐籠和巷道等空間因素的限制，地下無軌設(shè)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(shè)備結(jié)構(gòu)上常常具有以下特點(diǎn)：

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

（2）前后車架可上下擺動(dòng)以滿足四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪同時(shí)附著在復(fù)雜地面上。上下擺動(dòng)有兩種結(jié)構(gòu)方式實(shí)現(xiàn)，一種在前后機(jī)架中間銜接部位采用回轉(zhuǎn)支撐方式，一種在車橋上安裝擺動(dòng)架。前后車架上下擺動(dòng)角一般設(shè)計(jì)為±10°。

（3）很多無軌設(shè)備駕駛室座位采取側(cè)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(dòng)力源的合理配備

無軌設(shè)備的動(dòng)力以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為主，電力為輔。電動(dòng)設(shè)備由于受到自身配套電纜長度的限制，活動(dòng)范圍小，主要在電纜長度范圍內(nèi)機(jī)動(dòng)，如電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)和鑿巖設(shè)備等。另外，鑿巖設(shè)備常配套兩套動(dòng)力源，長距離行走移位狀態(tài)啟用柴油為動(dòng)力，機(jī)動(dòng)靈活，轉(zhuǎn)場方便；工作鉆孔時(shí)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(dòng)環(huán)境。

3.傳動(dòng)系統(tǒng)配置更為穩(wěn)定可靠

地下無軌設(shè)備典型的傳動(dòng)方式主要有兩種，一種為靜液壓傳動(dòng)，一種為液力機(jī)械傳動(dòng)。小型裝載機(jī)和鑿巖設(shè)備多采用靜液壓傳動(dòng)方式，主要由高壓柱塞油泵、液壓馬達(dá)、分動(dòng)箱、傳動(dòng)軸、前后橋組成。靜液壓傳動(dòng)方式優(yōu)點(diǎn)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(nèi)實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速；缺點(diǎn)是對(duì)液壓油的清潔度要求高，高壓柱塞油泵和液壓馬達(dá)維修困難。

大多數(shù)無軌設(shè)備還是采用液力機(jī)械傳動(dòng)方式。液力機(jī)械傳動(dòng)主要由液力變矩器、變速箱、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋等組成。這種傳動(dòng)方式使車輛具有良好的自適應(yīng)性[2]，自動(dòng)無極變更其輸出扭矩和轉(zhuǎn)速；具備濾波性能和過載保護(hù)性能，能吸收并減少來自發(fā)動(dòng)機(jī)和外載荷的振動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)可靠

由于井下工作條件復(fù)雜，地表不平，坡道起伏，要求行駛設(shè)備制動(dòng)可靠。目前無軌裝載設(shè)備車橋廣泛采取彈簧制動(dòng)液壓釋放的全封閉式濕式全盤式制動(dòng)器。該制動(dòng)系統(tǒng)主要由制動(dòng)泵、充液閥、蓄能器、腳踏閥、橋制動(dòng)器組成；全封閉防水防塵，制動(dòng)性能穩(wěn)定，耐磨損，使用壽命長，不需調(diào)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(diào)整制動(dòng)力矩，實(shí)現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化[3]；制動(dòng)器常采用雙回路液壓制動(dòng)，當(dāng)一個(gè)回路出了故障時(shí)，第二個(gè)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(dá)到國IV標(biāo)準(zhǔn)

由于井下空氣流通差，為改善操作人員的勞動(dòng)環(huán)境，以柴油為動(dòng)力的無軌設(shè)備目前國內(nèi)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)基本參考?xì)W洲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制定，在國內(nèi)實(shí)行的是國IV 標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于歐洲的歐V 標(biāo)準(zhǔn)。為了減少井下空氣污染，采取了兩項(xiàng)措施。一是開發(fā)機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)，即采用生成有害廢氣濃度最低的柴油機(jī)，精確控制燃油噴油量和噴油時(shí)間，使燃油重復(fù)燃燒，從而大大降低柴油機(jī)的廢氣排放。二是采用機(jī)外凈化措施。機(jī)外凈化措施有氧化催化法、水洗法，或同時(shí)采用氧化催化法與水洗法[4]。要求選用低污染發(fā)動(dòng)機(jī)，并配套鉑銠合金廢氣凈化器，尾氣有害物質(zhì)極低。目前國內(nèi)無軌設(shè)備的發(fā)動(dòng)機(jī)主要采用道依茨、沃爾沃、康明斯等知名品牌。

6.各種工作機(jī)構(gòu)有其特定的工作參數(shù)要求

無軌設(shè)備功能的實(shí)現(xiàn)，主要依托其各種工作機(jī)構(gòu)。工作機(jī)構(gòu)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(shè)備聯(lián)合作業(yè)要求。

以潛孔鉆機(jī)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(jī)在鉆孔時(shí)，為避免導(dǎo)軌震動(dòng)導(dǎo)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(jìn)行鑿巖。如果采場過高，鉆機(jī)油缸行程不夠，則無法支撐；采場過低，潛孔鉆機(jī)導(dǎo)軌無法豎立放置。因此對(duì)潛孔鉆機(jī)有工作高度參數(shù)范圍的要求。

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

地下運(yùn)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(shè)備發(fā)展的趨勢

隨著技術(shù)的進(jìn)步，無軌設(shè)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(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)越來越多地應(yīng)用于無軌采礦設(shè)備上，使其自動(dòng)化和機(jī)電液一體化的進(jìn)程加快。我國地下礦山開采設(shè)備的技術(shù)發(fā)展趨勢是加速對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化吸收，大力發(fā)展新產(chǎn)品，提高地下開采設(shè)備的制造質(zhì)量、技術(shù)水平和使用可靠性，加快進(jìn)口設(shè)備的國產(chǎn)化步伐[5]。安全上，國家頒布了更多的產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國標(biāo)等，成為保障無軌設(shè)備成功研發(fā)的檢驗(yàn)依據(jù)。主要發(fā)展方向有：

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

自動(dòng)化、智能化程度愈來愈高，操作簡便。例如鑿巖設(shè)備自動(dòng)接卸桿裝置，避免人工裝夾，降低勞動(dòng)強(qiáng)度；無軌裝運(yùn)設(shè)備使用遙控裝置，可使得操作者遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的作業(yè)現(xiàn)場，在安全、舒適、寬敞的控制室進(jìn)行操縱。

產(chǎn)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(yīng)不同礦山、不同用戶對(duì)設(shè)備生產(chǎn)能力、性能和外形尺寸的要求[6]。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊化。既能快速響應(yīng)客戶需求，減少設(shè)計(jì)周期，又能提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量。