淺議如何解決礦用防爆無軌膠輪車油耗高的問題

謝國政

摘要：礦用防爆無軌膠輪車正在國內大型煤礦生產中得到越來越廣泛的應用，但是在其應用過程中還存在一些問題。文章針對其中存在的燃油消耗量大的問題展開討論，提出了三點節省燃油、提高車輛燃油經濟性的方法，即優化車輛發動機的選擇、選用輕量化的車身材料、正確地選用輪胎。

關鍵詞：礦用防爆無軌膠輪車；油耗；發動機；車身材料；輪胎 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD525 文章編號：1009-2374（2016）32-0081-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.040

1 概述

無軌膠輪車的應用最早起源于北美洲，當時是用于金礦開采，后來逐漸推廣到煤礦開采中。從20世紀90年代開始，我國開始引進防爆無軌膠輪車，用于煤礦生產中的輔助運輸。中國神華神東分公司是我國最早引進防爆無軌膠輪車的煤炭企業之一，從1994年開始，我公司即開始大量引進該設備用于輔助運輸，實現了井下到地面的一條龍運輸，非常方便。在使用過程中，也存在若干問題，比如車輛購買成本高、運行費用較高、故障率高、燃油消耗量大等。在這里，本文重點探討如何解決該車輛油耗高的問題。

無軌膠輪車從機構上來講，由發動機、變速器、主減速器、電氣設備等組成，與一般的地面車輛的差別并不大，照理說，這樣的車輛在燃油消耗量方面應該也與一般的地面車輛差不多才對，然而事實并非如此。有人曾將雙排指揮車、2噸平板車、3噸自卸車和5噸自卸車放在一起做對比測試，結果顯示前兩者的百公里油耗分別為25.8升、247.5升，3噸自卸車在空載和滿載的情況下百公里油耗分別為26.2升和45.0升，5噸自卸車的新車滿載試驗和舊車滿載試驗結果分別為百公里油耗78升和74升。由此可見，在相同載重量、道路坡度相同的情況下，防爆無軌膠輪車實際油耗要比地面車輛高出許多。為節約資源，很有必要研究防爆車的燃油消耗問題。筆者認為，可以從以下方面著手進行改進。

2 發動機的優化選擇

發動機的性能對燃油經濟性有著較大的影響，現代發動機的發展方向主要有兩個，一個是提高發動機功率，即向大功率方向發展；另一個是提高燃油經濟性。提高無軌膠輪車的燃油經濟性，可以從兩個方面對發動機進行改進：一方面是采用渦輪增壓柴油機；另一方面是采用電控直噴式柴油發動機。渦輪增壓柴油機在工作時，噴入氣缸中的氣體是經過壓縮的高壓氣體，通過這種技術，柴油機的功率和扭矩都得以提高。有研究表明，與傳統柴油機相比，渦輪增壓柴油機的最大功率要提高40%以上，且行駛相同的里程，采用渦輪增壓柴油機的汽車要節油許多。而電控直噴式柴油發動機，由于采用了電控系統對噴油過程進行精確控制，可以精確地控制噴油量，從而提高燃油利用率，減少浪費。

3 選用輕量化的車身材料

汽車在行動過程中，需要克服多種阻力，主要包括滾動阻力、空氣阻力、坡道阻力和加速阻力，而發動機的功率，主要就消耗在克服這些阻力上面。可見，要想節省燃油，減少發動機功率的耗損，就要想辦法減小阻力。在上述幾種阻力中，除了空氣阻力以外，其大小均與汽車的質量有關，阻力大小與質量成正比。所以，選用密度較小的輕量化材料制造車身，可以大大減小車身質量，從而減小行車阻力，大大提高汽車燃油利用率。研究表明，汽車自重每減輕10%，其油耗會相應降低8%～10%。可見輕量化是減少汽車燃油消耗的一個重要

途徑。

要在保證車身強度的前提下，減輕車身自重，目前可以選用的材料主要有兩類，一類是輕質材料，如鍋合金、鐵合金和復合材料等；另一類是高強度材料，如高強度鋼等。這兩類材料各有優劣，一般來講，輕質材料減重效果明顯，如采用玻璃纖維增強復合材料制造車身，可以令車身減重鋁合金車身，可以減重25%～35%，而采用鋁合金車身，更是可以減重達40%～50%。但是這類材料價格昂貴，會使購車成本大幅增加。與輕質材料相反，采用高強度鋼制造車身，減重效果遜色于輕質材料，但是它價格較便宜，只比傳統的軟鋼略貴一點。另外，高強度鋼與其他材料相比，還具有很好的抗腐蝕和抗碰撞能力，這使得它成為目前廣泛應用的一種輕量化材料。例如，著名汽車制造商沃爾沃很早就開始使用一種名為Hardox的高強度鋼，用于制造汽車車身。由于高強度鋼強度大，制造車身時，鋼板的厚度比以前減少了30%～40%，從而車身的質量也可以相應減輕30%以上。而車身的抗沖擊能力和使用壽命不僅沒有降低，反而增

強了。

4 輪胎的正確選擇與使用

4.1 輪胎的正確選擇

一般的汽車工程師都很容易想到通過應用新材料減輕車身重量、改進發動機的性能以提高燃油利用率等，但卻很少有人把注意力放到輪胎上面，從輪胎上面做文章。然而恰恰是這個被人們忽視的輪胎，在減少汽車燃油消耗方面具有重要作用。據相關研究實驗測定，當一輛轎車的行駛速度達到80km/h的時候，該轎車的油耗中的15%將用于克服輪胎滾動阻力；當車速超過100km/h的時候，這一比例更是在20%以上，這是一個不容忽視的比例。而對于載重汽車而言，與相同行駛速度的轎車相比，它用于克服輪胎阻力的油耗會更多。

車用輪胎目前用得比較多的有兩種：一種是普通斜交輪胎，這種輪胎在滾動過程中，簾布層和緩沖層變形量的差值較大，其遲滯損失較大，滾動阻力較大，因此其燃油經濟性較差；另一種常用的輪胎是子午線輪胎，它的胎側部分柔軟，因此在輪胎的滾動過程中變形較小，遲滯損失小，從而減小了滾動阻力系數。有人曾將子午線輪胎和普通斜交輪胎做滾動阻力對比實驗，發現采用子午線輪胎時，滾動阻力可以較普通斜交輪胎減小了20%～30%，其燃油消耗量比普通斜交輪胎節省6%～12%。可見，為了提高汽車燃油利用率，應該盡量采用子午線輪胎。

除了普通斜交輪胎和子午線輪胎以外，還有一種輪胎，叫做綠色輪胎，綠色輪胎又稱為低污染輪胎或環保輪胎，是一種在輪胎配方中加入了某些新原料，減少輪胎的滾動阻力。例如20世紀90年代，米其林輪胎公司在橡膠中添加一定比例的硅原料，制得了綠色輪胎。現在使用的綠色輪胎，一般都是在溶聚丁苯橡膠中加入一定量的以白炭黑為主的填料體系制得，這樣制得的輪胎防滑性能好，滾動阻力小，與同規格的子午線輪胎相比，其滾動阻力一般可降低25%左右，可節省燃油4%～7%。

與普通斜交胎和子午線胎相比，綠色輪胎除了具有滾動阻力小、可以節油以外，還有以下優點：（1）高環保性。傳統的子午線胎和斜交胎中都添加有橡膠配合劑，這些橡膠配合劑具有致癌作用，在車輛行駛過程中，隨著輪胎與地面的摩擦，橡膠配合劑會有一部分揮發到空氣中，對環境危害很大。而綠色輪胎里面沒有這種致癌的橡膠配合劑，不會對環境造成污染；（2）高安全性。綠色輪胎的胎體設計在普通輪胎的基礎上做了改進，胎面彈性大大提高，從而使得輪胎的抓地性能大大增強。這樣的改進不僅縮短了汽車的制動距離，也使得駕駛平順性更好。

4.2 輪胎的使用

除了輪胎的選擇外，輪胎的正確使用對燃油經濟性也有很大的影響。正確使用輪胎，首先就是讓輪胎的氣壓處于合理的范圍內。實驗表明，如果輪胎的氣壓太低，輪胎在行駛過程中變形量會增加，從而滾動時遲滯損失增加，進而導致滾動阻力增加，最終增大汽車油耗。根據有關資料，如果每平方厘米的胎壓比規定值低0.5kg，油耗就會有大約6%的增長，可見胎壓對汽車油耗的影響之大。因此，為了不造成燃油浪費，汽車駕駛員一定要定期檢查胎壓，使胎壓始終處于一個合理的范圍。

除了胎壓以外，正確使用輪胎還包括選擇合理的行駛速度等，路面狀況也對輪胎的使用、行駛阻力有很大的影響。但是對于礦用無軌膠輪車來說，行駛速度一般不是很快，都在40km/h以下，在這樣的速度下，輪胎的滾動阻力變化并不是很大，因此本文就不對速度對燃油經濟性的影響進行討論了。在路面狀況方面，礦用無軌膠輪車的運營線路和路面狀況比較固定，并沒有太多的路面可以選擇，所以這里也不討論路面對礦用防爆車燃油消耗的影響。

5 結語

從國內外長期的使用情況來看，無軌膠輪車正在被越來越廣泛地使用，因為它為提高礦山生產效率創造了很好的條件，解決了長期以來制約礦山生產效率的瓶頸問題。但是無軌膠輪車存在的問題也還比較明顯，比如車輛購買成本高、運行費用較高、故障率高、燃油消耗量大等。本文針對其中的一個問題——燃油消耗量大的問題展開討論，并提出了幾點節省燃油、提高車輛燃油經濟性的方法。

參考文獻

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（責任編輯：王 波）