薄煤層無軌膠輪車開發設計研究

饒俊良， 胡曉輝， 陳毅培

（1.江西機電職業技術學院，南昌330013；2.南昌礦山機械研究所，南昌330013）

0 引言

近年來我國大型自動化綜采煤礦的開采發展十分迅猛，尤其是優質煤層的全高一次性采全及放頂煤綜采機電設備的大量投入使用，我國煤礦煤炭產量和效率有大幅度提高[1-4]。由于我國的地質特點，煤層中薄煤層資源豐富，分布也較廣，約占整個煤炭儲量的20%。薄煤層煤礦由于煤層及巷道高度很低，一般只有2 m，開采難度相對較大，配套綜采設備及輔助運輸設備的開發成本較高，技術上也有很多困難[5-7]。目前相關設備的開發與研究不能夠滿足現代化礦井高效、安全開采的需求。因此，薄煤層礦井機械化設備——薄煤層無軌膠輪車的研發是一個急需解決的問題。

1 總體設計

圖1 薄煤層自卸車外形圖

薄煤層防爆無軌膠輪車主要應用于煤礦井下薄煤層開采時設備、物料、矸石等的運輸[8-12],外形如圖1所示。

薄煤層防爆無軌膠輪車采用分體式車架設計，分為前車架和后車架，前后車架通過中央鉸接連接[13-16]。自卸車廂安裝在后車架上。由于在薄煤層礦井中作業，巷道高度只有2 m，自卸車廂無法采用傳統方式翻舉卸載物料，車廂采用了平推自卸的形式推出物料。此外，駕駛室正向布置，駕駛操作半躺位設置，充分降低駕駛室高度，整車高度只有1550 mm，符合薄煤層煤礦工況要求。

薄煤層防爆無軌膠輪車選用了防爆柴油機作為動力。根據國家防爆要求，防爆柴油機設計了水循環冷卻系統，使得柴油機表面溫度不高于150℃；同時排氣系統也進行了防爆改造，通過水洗式廢氣處理，排氣溫度不高于70℃，廢氣凈化效果好，污染小。傳動形式采用液力-機械傳動方式，柴油機動力傳輸到液力變矩器，液力變矩器通過傳動軸輸出動力到變速箱，變速箱再通過傳動軸將動力分別輸出到前驅動橋和后驅動橋驅動前后輪胎。通過四輪驅動，保證了車輛在礦井未固化的惡劣地面有較強的牽引及通過能力。采用全液壓動力轉向，操作簡便、靈活。采用多盤濕式制動器，喪失系統油壓時，彈簧壓緊制動片制動，保證了行車的制動安全。采用電保護和監控系統，液晶屏全中文顯示，實時監控車輛的各項參數，可實現自動報警和自動停車，安全性能好。主要性能參數見表1所示。

2 動力系統設計

動力系統通常是車輛的關鍵系統，由于該車輛主要用于煤礦輔助運輸，所以必須對動力系統進行特殊設計，才能滿足煤礦設備的防爆要求。

表1 主要設計技術參數

該車動力系統主要由防爆柴油機、進氣系統、排氣系統，冷卻系統組成。

柴油機選用4108四缸防爆柴油機，采用氣啟動馬達啟動柴油機。

進氣系統由空氣濾清器、風門、進氣防爆阻欄、進氣波紋管組成。其中，風門可以通過駕駛室的操縱按鈕打開或者閉合，當發生緊急情況無法正常關閉發動機時，關閉風門可以阻斷發動機進氣，強行停車；進氣防爆阻欄由多片不銹鋼片平行間隔密布，作用是防止發動機氣缸中可能會有燃氣通過進氣系統進入大氣，高溫燃氣逆向通過進氣防爆阻欄時，高溫火焰可被進氣防爆阻欄熄滅。工作時，空氣經過空氣濾清器的過濾，通過風門和進氣防爆阻欄、進氣波紋管進入柴油機。空氣濾清器需要按規程定期更換濾芯，進氣防爆阻欄也需要定期清洗積碳和灰塵以保障進氣通暢。

排氣系統由排氣防爆阻欄、廢氣水洗箱、補水箱、排氣波紋管組成。其中排氣防爆阻欄和進氣防爆阻欄的結構與作用相似，都是防止火焰進入大氣。廢氣水洗箱可以將柴油機排出的尾氣經過水洗凈化和降溫。由于廢氣水洗箱在凈化尾氣的過程中，箱體內的水容易高溫揮發，設計補水箱專門為廢氣水洗箱補充水。在工作時，柴油機排出的高溫廢氣通過排氣防爆阻欄進入廢氣水洗箱，經過廢氣水洗箱的水洗、降溫將達到防爆要求的不高于70℃的尾氣安全排出。

柴油機水循環冷卻系統由冷卻排氣支管、水泵、散熱器、冷卻水箱組成。作用是通過水泵使得該系統進行強制水循環，涼水流經冷卻排氣支管中的水套，帶走柴油機外殼表面熱量，通過散熱器散熱，再次進行循環。保證了柴油機表面溫度不高于150℃。

3 液壓系統設計

液壓系統由轉向、制動及行駛液壓系統組成。

車輛采用全液壓轉向設計，轉向液壓主要包括全液壓轉向器、轉向泵、轉向油缸、換向閥、溢流閥。制動系統可以分為行車制動、緊急與停車制動，包含有制動泵、濕式制動器、緊急與停車制動器、腳制動閥、手制動閥、充液閥等部件。行車制動通常用于車輛行駛過程中的間歇制動與停車，由腳制動閥控制濕式制動器進行制動；緊急與停車制動由手制動閥和緊急與停車制動器控制，該制動器結合緊急與停車制動合二為一，在行車制動失效時，也可以使用該制動器應急制動。

行駛液壓系統主要用于配合傳動系統進行動力的轉換和輸出,原理如圖2所示。

行駛液壓系統主要由液力變矩器、液壓泵、壓力閥、油散熱器、變速箱、油箱、濾油器、油溫表、壓力表及管路等組成。

當液力變矩器中的葉輪旋轉時，帶動齒輪傳動使變速齒輪泵工作，將液壓油經過濾油器從液壓油箱中吸出，輸出到液力變矩器上的變速壓力閥和進油口壓力閥；通過變速壓力閥和進油口壓力閥的液壓油在保證工作操縱油壓需求之后，經過變速壓力閥輸出到液力變矩器，變速壓力閥和進油口壓力閥可控制變矩器中的輸入工作油壓，此時可通過變矩器壓力表測得正常的工作油壓為0.35～0.65 MPa；當變速時液力變矩器的油壓為0.15～0.25 MPa。如果液力變矩器的油壓高于進油口壓力閥調定的初設值，進油口壓力閥可以打開閥門進行溢流，卸荷多余的液壓油回到液壓油箱。液力變矩器的出油口的壓力一般要求為0.02～0.16 MPa。

變速操縱閥起作用是操縱變速器控制車輛的行駛擋位。當操作閥塊手柄進行變速操作時，液壓油從變矩器上的變速壓力閥和進油口壓力閥輸出到變速操縱閥，控制變速箱上的變速離合從而使得變速箱進行變速或前進后退的擋位變化。

4 結語

由于薄煤層礦井開采的特殊性，薄煤層礦井機電設備的研發在國內尚屬于起步階段。目前薄煤層運輸無軌膠輪車的需求較旺盛，薄煤層防爆無軌膠輪車的開發研究，解決了薄煤層礦井煤炭開采高效和安全無軌輔助運輸問題，為煤礦帶來了巨大經濟效益，有助于煤礦開采自動化、高效化的實現。