撬毛車動力裝置及行走驅動裝置研究

劉福康，姜全新，姜海翔，劉東平，劉紹發

(1.荊楚理工學院，湖北 荊門448000；2.湖北荊襄設計研究公司，湖北 武漢430000)

撬毛車動力裝置和行走驅動方式隨著技術進步和時代的前進而變化。由于國外無軌采礦起步早，無軌膠輪車輛圍繞著無軌采礦迅速發展。在上世紀60年代初期，形成了以柴油機為驅動裝置的系列通用底盤車。撬毛車按其整機質量大小而選用不同的通用底盤車。撬毛車整機質量小的選用行走驅動為靜液壓機械傳動的底盤車；整機質量大的選用行走驅動為液力機械傳動的底盤車。從而形成了以柴油機為動力裝置、行走分別為靜液壓機械傳動的撬毛車和液力機械傳動的撬毛車。上世紀末，出現了以柴油機、三相異步電動機、行走為靜液壓傳動的雙動力撬毛車[1]。

國內撬毛車研制較晚。直到本世紀初，我國第一臺撬毛車投入礦山使用后，先后出現多家撬毛車制造商。由于種種原因，國外有什么國內就研發什么形式的撬毛車，因而形成了上述三種形式的撬毛車。本文試圖分析這些失誤，消除這些失誤，為部分國產撬毛車制造商走出誤區提供依據。

1 撬毛車動力裝置

撬毛車動力裝置有三種形式：柴油機、柴油機和三相交流異步電動機（下稱雙動力）和純電力。目前純電力裝置價高而難以推廣。因而，撬毛車動力裝置只有柴油機動力裝置和雙動力裝置兩種。

1.1 柴油機動力裝置

柴油機驅動是撬毛車最早采用的動力裝置。撬毛車的行走和撬毛作業均由柴油機提供動力。

撬毛車配用柴油機的功率是由撬毛車的整機質量、最大爬坡能力、最大行走速度和加速度決定的。撬毛車撬毛作業時需要的功率是由液壓破碎錘消耗的功率決定的，比撬毛車配用柴油機的功率小得多。以某國產撬毛車為例，撬毛車配用柴油機功率約100 kW，配用液壓破碎錘最大功率消耗為10 kW，撬毛作業時配用液壓泵排量為40 mL/r。如果滿足液壓破碎達到最大沖擊能的要求，柴油機必須以轉速1400 r/min 驅動工作泵。查柴油機特性曲線，此時柴油機輸出功率是70 kW。在此工況下，柴油機將60 kW的輸出功率以發熱形式損耗掉，更嚴重的是60 kW 功率所消耗的柴油產生的廢氣排放于工作面，這樣大的廢氣排放量是工作面的供風量難以短時稀釋的，因而危害到撬毛車司機。這個實例充分說明照搬柴油機驅動撬毛車行走和撬毛作業兩個工況是一個失誤。從節能環保角度看，以柴油機為動力裝置驅動的撬毛車應予淘汰。

1.2 柴油機、三相交流異步電動機的雙動力裝置

用柴油機驅動撬毛車的弊端，主要在于撬毛作業時對工作面的空氣污染和能源的浪費。為解決這個問題，利用撬毛車在工作面的三相低壓電源，在撬毛車上安裝一套和柴油機有同樣功能的三相交流異步電動機驅動系統，即柴、電兩套相互獨立的系統。撬毛車長距離行走時以柴油機為動力裝置，撬毛車在工作面短距離移動和實施撬毛作業時以三相交流異步電動機為動力裝置。電動機運行時沒有廢氣排放，運轉噪聲小，能量利用率高。正因如此，上世紀末國外撬毛車采用雙動力裝置，井下鑿巖鉆車、井下裝藥車、錨桿車也都采用雙動力裝置。我國有的撬毛車制造商從研制撬毛車時就采用了雙動力裝置。顯然，在推廣使用雙動力井下車輛的大潮下，撬毛車仍堅持僅將柴油機作為動力裝置是一個失誤。

2 撬毛車行走驅動的形式

車輛行走驅動是車輛傳動系統的主要組成部分。現代車輛多采用機械、液壓、電力等幾種驅動形式。作為井下車輛的撬毛車，曾采用過靜液壓機械傳動和液力機械傳動兩種行走驅動形式。隨著技術進步，靜液壓機械傳動技術已在車輛和行走機械裝備上廣泛應用。國外礦山使用的井下鏟運機，鏟裝能力在10噸及以下的也廣泛應用靜液壓機械傳動。靜液壓機械傳動的優勢體現在以下幾方面：

（1）靜液壓機械傳動主要是發動機的機械能經液壓泵轉換為液壓油的壓力能，壓力油經管道和控制閥傳輸到液壓馬達，液壓馬達重新將壓力能轉換為機械能，從而實現整車的全液壓傳動。這樣，發動機和行走機構之間不存在機械聯系，便于車輛的整體布置。而液力機械傳動的發動機和行走機構之間存在著液力變矩器、動變速箱、萬向節傳動軸等機械聯系，占有空間大，布置不靈活；

（2）當行走負荷小于預定值時，靜液壓機械傳動系統壓力只隨行走負荷變化，與發動機轉速無關。車輛起動和加速性能好。特別在發動機低轉速下具有出色的牽引特性和爬坡能力，無論在平地和坡度上，均可以平穩起步；

（3）液壓傳動系統結構簡單，液壓元件總成的體積、重量相對于液力傳動要小；

（4）液壓傳動效率高，特別在發動機低轉速狀態下尤為突出。

在液壓傳動明顯優于液力傳動的今天，仍然堅持液力傳動技術的撬毛車應退出歷史舞臺。況且，采用液力傳動的撬毛車無法實現真正意義上的雙動力傳動，而行走采用液力傳動的撬毛車只能采用柴油機為動力裝置。單獨以柴油機為動力裝置的撬毛車屬淘汰范圍。

3 結束語

為規范我國撬毛車的制造，應推廣柴油機、三相交流異步電動機為動力裝置的撬毛車，淘汰柴油機為動力裝置的撬毛車，推廣靜液壓傳動的撬毛車，淘汰液力傳動的撬毛車。根據歷史經驗，為防止“理已明，路難行”的教訓再次發生，建議將“撬毛車應采用柴油機、三相交流異步電動機為動力裝置”、“撬毛車行走驅動應采用靜液壓傳動”列入撬毛車產品標準中。