一種礦山鉸接式材料車的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

仇衛(wèi)建

（中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司，山西太原 030006）

0 引言

某金屬礦山使用的材料車是1990年代引進(jìn)的ABB 公司開發(fā)的一款無軌電動(dòng)汽車，服務(wù)年限約20年，主要用于地下礦山作業(yè)的礦石斜坡運(yùn)輸作業(yè)。與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車輛相比，該材料車不需要專門的通風(fēng)裝置，裝載能力大，能高速爬坡，生產(chǎn)效率高；雖然每臺(tái)車的投資較大，但其年噸的投資費(fèi)用低，車輛需求數(shù)量少，設(shè)置架空線和固定電氣設(shè)備的費(fèi)用少于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車輛用于通風(fēng)系統(tǒng)的費(fèi)用；材料車調(diào)速性能好，不會(huì)出現(xiàn)輪胎打滑現(xiàn)象，輪胎費(fèi)用低于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車輛。因此，材料車用于坡道礦石運(yùn)輸是較好的選擇。

1 車輛總體介紹

1.1 整機(jī)參數(shù)

外形尺寸，10 600 mm×3 400 mm×3 000 mm；整車質(zhì)量，35 000 kg；額定裝載質(zhì)量，30 000 kg；平路滿載車速，47 km/h；12%坡道滿載車速，24 km/h；行走電機(jī)功率，2×230 kW；電壓，AC 1 000 V，3 相，50 Hz。

1.2 整體設(shè)計(jì)

材料車由前后兩個(gè)部分組成，前一部分布置發(fā)動(dòng)機(jī)、操作系統(tǒng)和駕駛室，后一部分布置料斗和自卸裝置。前后兩部分車身采用鉸接式連接，轉(zhuǎn)向角可以到達(dá)40°，轉(zhuǎn)向半徑小，轉(zhuǎn)向靈活。前后機(jī)架都采用空氣彈簧懸掛系統(tǒng)與車橋連接，保證車輛具有良好的操控性和行駛性能。由于有受電設(shè)備，要求巷道高度會(huì)稍高些，能夠滿足材料車工作的最新巷道截面如圖1所示。

圖1 最小巷道截面

車輛傳動(dòng)系統(tǒng)采用由電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)前后橋的四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，行走電機(jī)額定功率為2 臺(tái)230 kW的直流牽引電機(jī)和1 臺(tái)協(xié)助行走的40 kW 直流電機(jī)：1 臺(tái)行走電機(jī)直接連接前橋軸差速器，另外1 臺(tái)連接后橋差速器，協(xié)助行走電機(jī)與后橋行走電機(jī)串聯(lián)，如圖2所示。

圖2 整車傳動(dòng)系統(tǒng)

1.3 電氣設(shè)計(jì)

架空線的電壓為三相交流690 V、50 Hz，由1 臺(tái)可控硅整流器將AC 690 V 變成DC 1200 V，給行走電機(jī)供電，基本電氣原理如圖3 所示。在間斷工作時(shí)，功率可以大大提高。

圖3 電氣原理

（1）集電器斷開時(shí)，電機(jī)由牽引蓄電池通過斬波器供電。在正常情況下，蓄電池由架空線通過變壓器和可控硅整流器充電。蓄電池也可以通過1 條插接AC 380 V 電源充電。

（2）泵站電機(jī)驅(qū)動(dòng)1 臺(tái)液壓泵和1 臺(tái)空氣壓縮機(jī)，主要給行車制動(dòng)器和駐車制動(dòng)器提供動(dòng)力源。前后輪各有1 臺(tái)電機(jī)通過差速器驅(qū)動(dòng)，由于電機(jī)串聯(lián)，功率均勻分配到4 個(gè)車輪。

（3）輔助系統(tǒng)主要設(shè)備是1 臺(tái)PLC 控制器，它調(diào)節(jié)和控制所有必要的電氣裝置，如滑接式受電器工作順序、可控硅整流器、蓄電池?cái)夭ㄆ?、蓄電池充電、調(diào)速和電力制動(dòng)。它還阻止設(shè)備的誤用，如果速度過大，PLC 還可以提供一定數(shù)量的故障指示。

（4）材料車使用加速器調(diào)速，調(diào)速方法是：①提高電機(jī)電壓，從0 V 提高到1200 V，速度從0 r/min 提高到2000 r/min；②降低勵(lì)磁電流，速度在2000～4000 r/min 內(nèi)調(diào)節(jié)。

2 受電系統(tǒng)介紹

材料車的架空線是為適應(yīng)集電器的迅速下線和上線而設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)獨(dú)特，由3 根外徑為Φ50的銅管傳輸電流，銅管的銅含量較高，以降低電阻。集電器支撐軌使用截面為3 英寸的正方形型鋼，電源為三相交流，電壓1000 V，如圖4 所示。

圖4 架空線截面

集電弓安裝在駕駛室頂部，集電弓弓頭安裝在液壓舉升臂上，弓頭上有8 個(gè)滾輪，每個(gè)角上各有2 個(gè)滾輪，液壓臂托舉弓頭使弓頭的滾輪與架空線接觸，滾輪沿著架空線的導(dǎo)軌行走。集電弓可以在偏移線網(wǎng)中心一側(cè)0.5 m的位置上線，車輛可以在偏移架空線網(wǎng)左右2 m的范圍內(nèi)行駛，工作狀態(tài)如圖5 所示。受電系統(tǒng)上線速度快，按下上線按鈕到集電器自動(dòng)捕捉上網(wǎng)的時(shí)間＜5 s，并且可以在車輛行駛速度＜15 km/h 時(shí)下線，行駛速度＜8 km/h 時(shí)可以上線。受電系統(tǒng)巷道路面比一般巷道的路面平整度有較高要求，不允許路面有明顯的凸起或者凹坑，以保證集電器與接觸網(wǎng)的良好受流。

圖5 工作示意

該金屬礦山材料車用于海下及沿海黃金礦石運(yùn)輸，巷道濕度大，尤其在夏季，巷道內(nèi)線網(wǎng)上隨處可見水珠，并且水汽內(nèi)含有大量的氯離子，腐蝕性強(qiáng)。冬季巷道濕度較小，較硬碳刷的使用壽命較長；夏季巷道濕度較大，銅管上掛滿水珠，較軟碳刷能有效降低電弧大小，受流效果更好，但夏季碳刷壽命較短。

3 結(jié)語

設(shè)備于1997—2015年在該金屬礦進(jìn)行使用，服務(wù)年限近20年，礦石運(yùn)輸是從-480 m 處（約）到-250 m 處（約）的坡道運(yùn)輸，坡度13°（約），年運(yùn)輸?shù)V石量約50 萬噸，車輛行駛最大車速30 km/h，上下坡運(yùn)行車速保持一致。運(yùn)行期間，設(shè)備使用效果突出，在路面較好的巷道內(nèi)，集電器可靠性高，受流穩(wěn)定，順利完成了礦石運(yùn)輸任務(wù)，實(shí)現(xiàn)綠色高產(chǎn)高效的礦山開采。