礦用卡車提速原因分析

賈平

（國家能源集團準能集團公司設備維修中心，內蒙古 鄂爾多斯 010300）

目前，礦用自卸卡車廣泛應用于冶金、礦山、水利水電等行業，承擔著礦物、土石方等運輸任務，它是專業設備，屬于非公路車輛。

一、卡車超載危害性分析

（一）超載對發動機的危害。礦用卡車的工況特性，是負荷的間歇性，持續滿負荷工作時間較短，尤其為了節能和環保的目的，大功率發動機一般都采用了兩極增壓方式，本身強度系數已經非常高，抗過負荷能力非常有限。大部分礦山在礦用卡車滿載情況下，往往伴隨持續性爬坡行駛，這樣的情況，如果再超載，就造成持續過負荷，發動機各摩擦副的摩損加劇，溫度迅速升高，導致發動機早期磨損，縮短發動機壽命。

（二）超載對發電機的危害。礦用卡車電機的壽命主要取決于電機的絕緣性能，而電機的絕緣性能除了取決于設計制造因素外，在運行中則主要取決于溫升。而溫升與電流成正相關，電流與負載成正相關。卡車超載時發電機持續高負荷運轉，導致溫升增高，絕緣早期老化，同時軸承壽命縮短，所以超載會大大縮短發電機的壽命。

（三）超載對車架等結構件的危害。現在卡車車架的設計，都運用了有限元受力分析方法，按照額定載荷進行設計，在額定負載(包括動載荷)前提下，理論上可以達到很長的壽命。如果超載，再遇到道路狀況比較差的情況，那么額外產生的沖擊載荷將是靜載荷的數倍甚至數十倍，會造成車架受力遠遠超過設計載荷，會導致受力部件早期疲勞，甚至發生裂紋、變形、破斷損壞。同時，也導致銷軸和軸套磨損嚴重。

（四）超載對懸掛的危害。卡車超載時，懸掛的負荷超過額定負荷，尤其在行駛過程中，劇烈顛簸形成的額外沖擊載荷，伴隨產生高溫，會導致密封過早損壞，造成漏油，漏氣，嚴重的會拉傷缸筒。并導致銷軸和軸套磨損嚴重，甚至結構件斷裂。

（五）超載對制動系統的危害。卡車超載后車輛行駛慣性大大增加，制動力難以克服巨大的慣性力，制動距離加長，導致制動系統工作時間過長，制動盤、制動壓盤磨損嚴重，制動系統過熱，制動效果嚴重下降，更容易引起行車事故。

二、卡車提速案例分析

（一）概況。某露天礦境界內可采原煤儲量為1710.97Mt。首采區原煤儲量635.62Mt，平均剝采比為4.099m 3/t，設計服務年限為32年。其煤質為中灰、低硫、特低磷、高揮發分、中高發熱量、灰熔點高的優質動力煤。生產工藝：1.剝離工藝采用單斗—卡車間斷開采工藝。2.采煤工藝采用單斗—卡車—半固定破碎站—帶式輸送機半連續開采工藝。3.開拓方式采用多出入溝，工作幫采用移動坑線開拓。剝離方式采用水平分層，端工作面平裝車。采煤方法采用頂板露煤、傾斜分層的采煤方法。剝離臺階高度為15m，采掘帶寬40m，運輸道路40m。現今露天煤礦卡車運輸能力稍有欠缺，為解決此問題，可以通過購買卡車及招聘卡車司機解決，也可以通過提升卡車運輸速度的方式提升卡車年運輸能力。若提升卡車的運輸能力，可以避免購買卡車及招聘司機的費用，節約生產成本。目前，國內幾家大型露天煤礦的礦用卡車限速都在30km/h，澳大利亞部分露天礦卡車限速在40km/h。隨著卡車安全防護系統的不斷完善，礦用卡車的最高限速,有所提高，且效益明顯。以某露天煤礦為例，如果提升至最高限速40km/h，卡車年運輸能力將提升20.07%。

（二）從生產方面分析。1.運輸過程整體經濟性分析。①測算依據以某露天煤礦2016年年計劃為依據，剝離綜合運距4200m，采煤綜合運距4800m；重車爬坡速度為13km/h，爬坡路程約占運輸路程1/3，轉彎、避讓等影響車速的因素按照0.83系數折算，以此計算卡車平均速度。②車鏟匹配。車鏟勺容比：根據卡車車廂容積和電鏟鏟斗容積計算汽車車廂裝滿時V∶E值。

式中，R 1為依據卡車車廂容積計算確定的勺容比的值；V廂為卡車車廂容積，m 3；V斗為電鏟鏟斗容積，m 3；K為根據具體礦山的物料性質和其他作業條件確定的電鏟裝載系數。根據礦山巖層性質和卡車額定載重計算汽車滿載時V∶E值。

式中，R 2為依據額定載重確定的勺容比的值；Q為運輸卡車額定載重，t；η為采裝巖石松散系數；E為采裝電鏟鏟斗容積，m 3；θ為采裝巖石實方容重，t/m 3；采用的勺容比應根據以上兩者比較確定，取其較小值，即實際生產勺容比Rmin=（R1，R 2）。剝離巖石條件下，斗容52.25m 3的495HR電鏟分別與MT5500卡車、930E卡車勺容比選取，見表1。剝離巖石條件下，斗容58m 3的495HR電鏟和WK-55電鏟分別與MT5500卡車、930E卡車勺容比選取，見表2。

表1 495HR電鏟分別與MT5500卡車、930E卡車勺容比

表2 495HR、WK-55電鏟分別與MT5500卡車、930E卡車勺容比

2.現場生產組織方案的論證。①道路坡道及寬度。部分卡車存在重車下坡排棄問題，卡車提速后坡道坡度≤7%。路面寬度保證3倍車寬即可，不小于40m。②道路彎度及緩和段超高、加寬值。轉彎區域路面加寬和超高計算。加寬緩和段上任意一點的加寬值：

式中，Bjx為加寬緩和段上任意一點的加寬值；Lx為該點到加寬緩和段起點的距離；Lj為加寬緩和段全長；bj為正常道路寬度。超高值：

式中，lh為超高值；V為卡車運行速度；R為卡車轉彎半徑。道路彎度及緩和段超高、加寬值。卡車提速后，連續坡道，坡道平段距離≥60m。現場道路應避免銳角彎，道路彎度必須≥90°，彎曲半徑≥66m。彎道處最大加寬值為20m，即彎道處道路最寬處需修筑60m。卡車提速后，重車過彎道時，車速不大于15km/h，計算得知彎道處超高值為1.8m。③生產車輛與生產指揮車輛的分路行駛區域及道路布置。目前受征地影響，平盤寬度遠小于設計值80m，工作平盤存在單行道；此外，端幫暴露時間長，部分端幫干道改為單行道，無法實現提速。必須保證路面寬度50m，方可實現生產車輛與生產指揮車輛分路行駛，端幫道路寬度調整為50m，采場、排土場受移動工作面影響，無法分道。端幫道路擴展為50m，露天煤礦南北2個端幫每年增加擴幫量約150萬m 3生產成本約3000萬元，但生產能力增加20.07%，即每年剝離能力增加約2000萬m 3，減少外包量，可節約生產成本20000萬元，經濟上優勢明顯。

（三）從安全方面分析。1.負責從依法合規角度對車輛提速進行論證。國家總局編制的煤礦安全規程中對車輛行駛速度沒有規定；參照《中華人民共和國廠礦道路設計規范》（GBJ22-87）第4節露天礦山道路有關計算行車速度規范，露天礦山道路一級行車速度應為40km/h。2.負責周邊、國內外露天礦生產作業區車輛行駛速度調研工作。咨詢集團公司安監局，對國內幾家大型露天礦生產及非生產車輛限速情況進行了調研。其中生產作業車輛的限速基本都在30km/h左右（最大江西德興銅礦33km/h），非生產車輛的限速多數集中在40km/h左右。

（四）經濟效益。若卡車最佳限速從目前的30km/h提升至40km/h，端幫道路需要擴展為50m，礦南北2個端幫每年增加擴幫量約150萬m 3，生產成本約3000萬元。但卡車運輸能力增加20.07%，即每年剝離能力增加約2000萬m 3，減少外包量，可節約生產成本20000萬元，經濟上優勢明顯。

通過提升卡車行駛速度，增加運輸能力，可以避免購買卡車及招聘司機的費用，節約生產成本。若最高限速30km/h提升至最高限速40km/h，卡車年運輸能力提升20.07%，經濟效益明顯。