礦用井下雙動(dòng)力運(yùn)人車的設(shè)計(jì)

黃 華

山西工程職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程系 太原 030006

1 設(shè)計(jì)背景

近年來,我國(guó)以防爆柴油機(jī)為動(dòng)力的無軌膠輪車輔助運(yùn)輸技術(shù)呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢(shì),在煤礦安全、高效生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用,但同時(shí)也帶來了煤礦巷道廢氣排放濃度加劇和柴油資源消耗加劇問題。

目前,煤礦井下以防爆蓄電池為動(dòng)力的輔助運(yùn)輸車輛自身的很多關(guān)鍵技術(shù)并不完善,如防爆鋰電池能量密度僅是地面鋰電池的1/3,導(dǎo)致續(xù)航里程較短,大噸位運(yùn)輸很難實(shí)現(xiàn)。由此,蓄電池車不能大范圍替換井下防爆柴油機(jī)輔助運(yùn)輸車輛,從而給解決井下巷道污染問題帶來困難。

由于地面電車經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,以架空線形式電源作為動(dòng)力的電車技術(shù)較為成熟,為煤礦礦用井下雙動(dòng)力運(yùn)人車的設(shè)計(jì)提供了有益參考。筆者借鑒地面電車以架空線電源作為動(dòng)力的模式,開發(fā)設(shè)計(jì)了礦用井下雙動(dòng)力運(yùn)人車。

2 技術(shù)方案

2.1 整車系統(tǒng)組成

礦用井下雙動(dòng)力運(yùn)人車主要由防爆柴油機(jī)和防爆電機(jī)兩個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、集電系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)共七部分組成,具體組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 礦用井下雙動(dòng)力運(yùn)人車組成結(jié)構(gòu)

2.2 整車結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)礦用井下雙動(dòng)力運(yùn)人車的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)、使用習(xí)慣,以及實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況,礦用井下雙動(dòng)力運(yùn)人車宜采用整體式底盤。

整體式底盤的駕駛操控性能較好,視線開闊,舒適性好。目前,各礦運(yùn)行的運(yùn)人車車身以長(zhǎng)頭式和平頭式兩種居多?？紤]到整體設(shè)計(jì)方案采用了雙動(dòng)力,相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)多增加了一套動(dòng)力源設(shè)備,為達(dá)到整體外觀設(shè)計(jì)更加協(xié)調(diào)美觀的目的,礦用井下雙動(dòng)力運(yùn)人車采用整體式的長(zhǎng)頭車身,將駕駛室與車身合為一體,這樣乘客可以從后門和副駕駛車門兩個(gè)地方下車,縮短了下車時(shí)間。

2.3 軸距設(shè)計(jì)

根據(jù)整體式車身設(shè)計(jì)理念,初步設(shè)定前懸長(zhǎng)度為1 170 mm。為了保持車身的穩(wěn)定性,盡量增大軸距。前輪轉(zhuǎn)向角按32°計(jì)算,確定軸距為3 620 mm,如圖2所示。

圖2 礦用井下雙動(dòng)力運(yùn)人車軸距

2.4 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是礦用井下雙動(dòng)力運(yùn)人車設(shè)計(jì)的核心,傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)直接決定整車結(jié)構(gòu)的合理性。由于礦用井下雙動(dòng)力運(yùn)人車使用防爆柴油機(jī)和防爆電機(jī)兩個(gè)動(dòng)力源,因此將兩個(gè)動(dòng)力源合理結(jié)合是傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

礦用井下雙動(dòng)力運(yùn)人車傳動(dòng)系統(tǒng)如圖3所示。采用機(jī)械傳動(dòng)方式,由動(dòng)力切換箱直接連接離合器和變速箱。雙動(dòng)力驅(qū)動(dòng)共用一套傳動(dòng)輸出系統(tǒng),通過動(dòng)力切換箱實(shí)現(xiàn)動(dòng)力源的選擇及互鎖,整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)使用一套離合器和變速箱,駕駛操縱方式更簡(jiǎn)化。

圖3 礦用井下雙動(dòng)力運(yùn)人車傳動(dòng)系統(tǒng)

3 集電裝置

為了保證集電裝置受流的穩(wěn)定性,采用頂滑式且有輔助導(dǎo)向軌道的雙碳刷設(shè)計(jì),主要優(yōu)點(diǎn)如下:① 輔助導(dǎo)向軌道能起到穩(wěn)定集電小車的作用;② 頂滑式集電裝置的碳刷在滑觸線的下方,有利于集電小車的快速入網(wǎng)與脫網(wǎng);③ 與同一根滑觸線接觸的兩個(gè)碳刷在兩個(gè)獨(dú)立的四連桿機(jī)構(gòu)上,通過彈簧的拉力保證與滑觸線接觸,同時(shí)保證集電裝置受流的可靠性。

集電裝置整體采用輕量化設(shè)計(jì),零部件采用薄壁鈑金件,絕緣材料滿足強(qiáng)度要求,非絕緣的元部件采用鏤空設(shè)計(jì)。集電裝置如圖4所示。

圖4 集電裝置

集電裝置是煤礦輔助運(yùn)輸車輛的集電系統(tǒng),具有掛網(wǎng)和托舉上網(wǎng)兩種工作方式。采用掛網(wǎng)方式,通過電液系統(tǒng)操作翻轉(zhuǎn)輪組件,抱住接觸網(wǎng)的導(dǎo)向軌。集電裝置的碳刷與滑觸線接觸取電,向車輛系統(tǒng)供電。采用托舉上網(wǎng)方式,入網(wǎng)后靠托舉油缸預(yù)壓力使集電裝置與網(wǎng)線接觸。托舉油缸無桿腔連接液壓蓄能器,在集電裝置受到?jīng)_擊時(shí),能夠起到能量吸收的作用。

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),采用掛網(wǎng)方式工作時(shí),集電裝置的安全銷未能起到安全作用,存在安全隱患。另外,集電裝置直線行駛速度過快時(shí)會(huì)出現(xiàn)脫軌現(xiàn)象。綜合考慮利弊,礦用雙動(dòng)力運(yùn)人車采用托舉上網(wǎng)方式工作。

4 駕駛操縱系統(tǒng)

駕駛操縱系統(tǒng)是礦用井下雙動(dòng)力運(yùn)人車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,人機(jī)工程學(xué)是研究重點(diǎn)。由于礦用井下雙動(dòng)力運(yùn)人車具有防爆柴油機(jī)和防爆電機(jī)兩個(gè)動(dòng)力源,因此在設(shè)計(jì)人機(jī)顯示界面時(shí),采用防爆柴油機(jī)驅(qū)動(dòng),系統(tǒng)自動(dòng)顯示防爆柴油機(jī)工作參數(shù),采用防爆電機(jī)驅(qū)動(dòng),系統(tǒng)自動(dòng)顯示防爆電機(jī)工作參數(shù)。駕駛操縱系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 礦用井下雙動(dòng)力運(yùn)人車駕駛操縱系統(tǒng)

主駕駛座椅位置的前后、高低可調(diào)節(jié),可以滿足不同司機(jī)坐姿的要求。后座椅采用雙排面對(duì)面布置,中間通道跨距大于600 mm,座椅安裝面至內(nèi)飾頂部不小于1 000 mm,座椅上表面距離客箱內(nèi)飾頂部不小于1 000 mm,符合人機(jī)工程設(shè)計(jì)理念。所有座椅都配有獨(dú)立安全帶,安全性高。座椅采用阻燃抗靜電絕緣材料,提高防護(hù)等級(jí)。整車內(nèi)飾采用絕緣內(nèi)飾材料,在提高整車美觀性、安全性的同時(shí),給乘坐人員以溫馨的感覺,提高乘坐的舒適感。礦用井下雙動(dòng)力運(yùn)人車駕駛操縱系統(tǒng)滿足人機(jī)工程設(shè)計(jì)理念,布置合理,可操作性好,安全舒適。

5 結(jié)束語(yǔ)

礦用井下雙動(dòng)力運(yùn)人車采用防爆柴油機(jī)和防爆電動(dòng)機(jī)作為雙動(dòng)力源,具有閉鎖功能的動(dòng)力切換箱,實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力源的選擇及互鎖。采用煤礦用逆變交流變頻調(diào)速控制技術(shù)及系統(tǒng),具有防爆、高效、安全、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn),可應(yīng)用于煤礦井下輔助運(yùn)輸,提升煤礦井下輔助運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)水平,對(duì)煤礦井下輔運(yùn)裝備的快速發(fā)展具有重要意義。