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(zé)任公司杜兒坪煤礦， 山西 太原 030022）

引言

當(dāng)前我國大部分煤礦使用的輔助運輸方式仍舊是傳統(tǒng)礦車運輸，部分煤礦也使用了小絞車接力運輸、無極繩運輸?shù)确绞?，這類傳統(tǒng)的運輸方式不僅運輸環(huán)節(jié)多，同時速度也相對較慢，運輸效率相對較差，特別是面對當(dāng)前不斷惡劣的煤礦開采環(huán)境，傳統(tǒng)運輸方式表現(xiàn)出較大的不適應(yīng)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(zhì)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(jìn)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(xiàn)的。從井下生產(chǎn)環(huán)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(jìn)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(shè)計爬坡能力達(dá)到了25%，也就是14°左右，但是這個數(shù)據(jù)是在對無軌膠輪車進(jìn)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(huán)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(fù)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(xiàn)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(jìn)而進(jìn)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(guān)舉措

2.1 優(yōu)化無軌膠輪車動力裝置設(shè)計

一方面是對車輛防爆柴油機系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。從當(dāng)前無軌膠輪車使用情況來看，考慮煤礦井下特殊的安全環(huán)境，動力源主要使用的是進(jìn)行過防爆改造的防爆柴油機。在改造時，主要是對柴油機進(jìn)排氣系統(tǒng)進(jìn)行隔爆處理。采取這種改造處理措施會導(dǎo)致柴油機在啟動階段動力不能充分發(fā)揮，再加上日常維護(hù)保養(yǎng)不到位，容易導(dǎo)致無軌膠輪車在使用過程中出現(xiàn)動力不足的問題。

因此，在對無軌膠輪車動力性進(jìn)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(jìn)行針對性的完善和提升。首先煤礦在選擇柴油機時，應(yīng)當(dāng)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(guān)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(chǔ)，選擇使用針對性的優(yōu)化和提升措施。例如，將柴油機控制技術(shù)升級為電子控制技術(shù)，對柴油機外圍附屬裝置進(jìn)行優(yōu)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(fù)重，可以選擇輕量化的設(shè)計方式，對無軌膠輪車當(dāng)前的結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對性的優(yōu)化提升，在滿足需求的基礎(chǔ)上，得到最優(yōu)整體質(zhì)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(xiàn)有效改善和提升。

另一方面，對無軌膠輪車的傳動系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。無軌膠輪車中的傳動系統(tǒng)可將防爆柴油機功率有效傳遞到驅(qū)動輪中，從而推動無軌膠輪車向前行駛。由于傳動系統(tǒng)元部件在使用的過程中，容易出現(xiàn)溢流損耗、泄露損耗及摩擦損耗等問題，傳動系統(tǒng)在實際工作的過程中出現(xiàn)了明顯的功率損耗的情況。所以，從無軌膠輪車傳動環(huán)節(jié)入手，對車輛驅(qū)動力進(jìn)行改善非常關(guān)鍵。在具體優(yōu)化的過程中，首要措施就是對車輛傳動線路進(jìn)行針對性的簡化和優(yōu)化，最大限度地降低傳動系統(tǒng)中涉及到的元部件數(shù)量，減少無軌膠輪車傳動過程中出現(xiàn)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(qū)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(yīng)當(dāng)在合理的范圍內(nèi)提升車輛檔位數(shù)，提升柴油機將最大功率發(fā)揮出來的能力，同時對最低檔位下的傳動比適當(dāng)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(qū)動馬達(dá)排量實現(xiàn)最大化，對車輛傳動系統(tǒng)可以調(diào)整的速度范圍進(jìn)行最大限度的優(yōu)化，從而得到更大的驅(qū)動力。在這個過程中，技術(shù)人員也可以選擇使用將輔助驅(qū)動裝置增加到其中，從而更好增強車輛爬坡能力?，F(xiàn)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(shù)人員可以在非驅(qū)動軸線的位置將輔助驅(qū)動裝置安裝到位。在無軌膠輪車爬坡的過程中，若出現(xiàn)了爬坡困難的問題，則可以對無軌膠輪車的驅(qū)動方式進(jìn)行切換，將非驅(qū)動軸線的附著力最大限度應(yīng)用起來，有效增強車輛爬坡驅(qū)動力。

2.2 對車輛總體布置設(shè)計進(jìn)行優(yōu)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(tài)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，F(xiàn)2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(zhì)心的高度；a、b 分別為無軌膠輪車質(zhì)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(xiàn)出不斷減小，后軸線的軸重表現(xiàn)出不斷增加，這就導(dǎo)致無軌膠輪車在運行的過程中，會出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)的問題，使得車輛動力性能不能有效發(fā)揮出來，對車輛爬坡效果帶來較大的影響。所以，在對車輛進(jìn)行整體設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)從車輛坡路情況出發(fā)，對在重載條件下，車輛整體的重心分布情況進(jìn)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(nèi)，設(shè)計采用增加的配重方式，對各個驅(qū)動軸線的軸重進(jìn)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(dá)到實際工作需求，實現(xiàn)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(chǔ)上，在不同的驅(qū)動軸線之間，技術(shù)人員還可以將橫向擺動機構(gòu)設(shè)置到其中，同時在同軸線驅(qū)動輪之間加入差速功能，從而將驅(qū)動輪的實際驅(qū)動力充分發(fā)揮出來，確保在無軌膠輪車爬坡的過程中，不會出現(xiàn)因路面不平整導(dǎo)致爬坡能力不足的情況。

2.3 對車輛礦井運行環(huán)境進(jìn)行全面維護(hù)

通過對無軌膠輪車自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面優(yōu)化可以提升車輛整體的驅(qū)動效果，為了更好將提升效果發(fā)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(jìn)行升級非常關(guān)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(nèi)在的驅(qū)動力最大限度地發(fā)揮出來。通過前面分析可以得到，無軌膠輪車在井下運輸?shù)倪^程中，巷道路面不能出現(xiàn)濕滑、坑洼、松軟等問題，所以在重載的情況下，技術(shù)人員更需要對車輛爬坡運行路線進(jìn)行全面的維護(hù)和保養(yǎng)，為無軌膠輪車在井下運輸提供出高質(zhì)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(fā)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(xiàn)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(shù)人員應(yīng)當(dāng)深入分析導(dǎo)致頂板淋水問題出現(xiàn)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(xiàn)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(shù)人員應(yīng)當(dāng)對巷道進(jìn)行排渣處理，必要情況下，應(yīng)當(dāng)將拌料石或者采取對底板進(jìn)行砼加固的方式，實現(xiàn)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(shè)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(shè)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(jié)語

在煤礦井下運輸?shù)倪^程中，選擇使用無軌膠輪車運輸方式對提升運輸質(zhì)效較為關(guān)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(rèn)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(fā)，充分結(jié)合煤礦井下生產(chǎn)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。