防爆型電動(dòng)履帶式物料運(yùn)輸車(chē)的分析

孟 哲

（左云韓家洼煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037100）

引言

目前大多數(shù)無(wú)軌膠輪車(chē)采用防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。為實(shí)現(xiàn)防爆要求，通用做法是在柴油機(jī)的進(jìn)、排氣系統(tǒng)中加裝防爆柵欄，這種方式增加了進(jìn)氣和排氣的阻力，改造后的柴油機(jī)不可避免地出現(xiàn)了效率下降、油耗升高、排放升高、噪聲升高，即“三高一低”的問(wèn)題，其中以防爆內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的傳統(tǒng)井下機(jī)械的污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)峻。目前大多數(shù)無(wú)軌膠輪車(chē)采用輪式行走機(jī)構(gòu)，輪式車(chē)對(duì)地比壓大，對(duì)行駛路面硬度要求高，一般需要提前對(duì)路面進(jìn)行硬化，同時(shí)輪胎與地面接觸面積小，在坡度大的巷道中無(wú)法提供足夠的牽引力，這些問(wèn)題限制了無(wú)軌膠輪車(chē)的應(yīng)用。無(wú)軌膠輪車(chē)還有待進(jìn)一步發(fā)展。

1 防爆型電動(dòng)履帶式物料運(yùn)輸車(chē)的設(shè)計(jì)要求

1）防爆性能要滿足煤礦行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。煤礦井下作業(yè)過(guò)程中存在瓦斯、煤塵等具有爆炸性的物質(zhì)，為了確保安全生產(chǎn)，一方面需要控制瓦斯、煤塵在空氣中的濃度，另一方面還需要杜絕點(diǎn)火源的存在。電氣故障可能會(huì)形成火花成為點(diǎn)火源造成瓦斯煤塵爆炸。《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：防爆電器入井前必須進(jìn)行防爆性能檢查，簽發(fā)合格證后方準(zhǔn)入井。所以防爆型電動(dòng)履帶式物料運(yùn)輸車(chē)的設(shè)計(jì)必須具有滿足煤礦行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的防爆功能。特別是電池組必須設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的防爆箱，應(yīng)選用安全性能好的電池組[1]。

2）應(yīng)具有一定的越障能力和連續(xù)爬坡能力。煤礦井下對(duì)主要巷道道路進(jìn)行了硬化處理，能夠適應(yīng)輪式膠輪車(chē)的行駛需要。而本車(chē)主要的應(yīng)用場(chǎng)所是工作面順槽。順槽巷道根據(jù)煤層賦存條件的變化，底板起伏，存在一定的坡度，有時(shí)會(huì)有連續(xù)的長(zhǎng)坡，而且一般不進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的硬化，巷道不平整，所以要求具有一定的越障和連續(xù)爬坡能力。

3）應(yīng)具有一定的續(xù)航能力和負(fù)載能力。隨著煤礦開(kāi)采技術(shù)的不斷發(fā)展，刮板機(jī)、皮帶機(jī)的輸送能力在不斷提高，工作面切眼及順槽的長(zhǎng)度也在不斷增長(zhǎng)。上千米順槽的工作面已司空見(jiàn)慣。而且機(jī)械設(shè)備也向著大型化、重型化方向發(fā)展，井下機(jī)械設(shè)備重量大，所以要求具有一定的續(xù)航能力和負(fù)載能力。

4）車(chē)身尺寸應(yīng)滿足巷道內(nèi)的作業(yè)要求。順槽巷道相對(duì)狹窄，特別皮帶順槽，除安裝皮帶外，空間更是狹窄。所以要求各系統(tǒng)要設(shè)計(jì)緊湊，減小整車(chē)體積，增加靈活性。

2 整車(chē)結(jié)構(gòu)及工作原理

整車(chē)由運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、車(chē)架等組成。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)又由能量系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成。能量系統(tǒng)為整車(chē)提供動(dòng)力，同時(shí)為車(chē)上其他設(shè)備提供電能，主要由電池組、電池管理系統(tǒng)組成。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將能量系統(tǒng)提供的電能轉(zhuǎn)化為推動(dòng)整車(chē)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，主要由驅(qū)動(dòng)管理系統(tǒng)、功率轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)機(jī)、減速器、傳動(dòng)裝置等組成。輔助系統(tǒng)由照明系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)等組成。行走系統(tǒng)由行走機(jī)構(gòu)組成，行走機(jī)構(gòu)主要由驅(qū)動(dòng)輪、履帶板、支重輪、導(dǎo)向輪、行走架、托帶輪等組成，見(jiàn)圖1。行走系統(tǒng)通過(guò)行走架與車(chē)架固定。

圖1 防爆型電動(dòng)履帶式物料運(yùn)輸車(chē)行走機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

當(dāng)驅(qū)動(dòng)管理系統(tǒng)得到行走信號(hào)后，由能量系統(tǒng)提供的電能輸出到能量轉(zhuǎn)換器，能量轉(zhuǎn)換器根據(jù)給定的信號(hào)量控制電動(dòng)機(jī)輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，然后通過(guò)減速器、傳動(dòng)裝置將動(dòng)能傳遞給行走系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)輪向前轉(zhuǎn)動(dòng)將力矩傳遞給履帶，履帶在履帶架、導(dǎo)向輪、支重輪、托帶輪的支撐下有向后滑動(dòng)的趨勢(shì)，在地面摩擦力的作用下推動(dòng)整車(chē)向前滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛運(yùn)行。

3 防爆型電動(dòng)履帶式物料運(yùn)輸車(chē)的優(yōu)點(diǎn)

1）無(wú)污染、噪聲小。傳統(tǒng)膠輪車(chē)大都采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源。在井下相對(duì)封閉的環(huán)境中，傳統(tǒng)膠輪車(chē)排放的尾氣無(wú)法及時(shí)排走，對(duì)井下環(huán)境污染嚴(yán)重，而且柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)噪音太大，影響工人作業(yè)，存在安全隱患。而采用電能為動(dòng)力，有著先天的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境上的優(yōu)勢(shì)，該車(chē)沒(méi)有尾氣排放，不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，而且工作噪音低。

2）越障能力強(qiáng)。傳統(tǒng)的膠輪車(chē)為輪式行走機(jī)構(gòu)，輪胎與地面接觸面積小，接地比壓大，在潮濕松軟的順槽地面行駛，容易打滑或陷入。該車(chē)采用履帶式行走機(jī)構(gòu)，對(duì)地比壓大，能夠克服順槽內(nèi)惡劣的作業(yè)條件，越障能力強(qiáng)。同時(shí)省去了傳統(tǒng)膠輪車(chē)作業(yè)需硬化地面的投入，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4 結(jié)論

根據(jù)煤礦井下條件，對(duì)防爆型電動(dòng)履帶式物料運(yùn)輸車(chē)的設(shè)計(jì)提出了具體要求，并對(duì)整車(chē)各系統(tǒng)的組成及工作原理進(jìn)行了闡述，相比傳統(tǒng)膠輪車(chē)，該車(chē)具有無(wú)污染、噪聲小、越障能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。該車(chē)的研發(fā)能夠解決掘進(jìn)及回采工作面?zhèn)鹘y(tǒng)膠輪車(chē)爬坡能力差及打滑問(wèn)題，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了物料運(yùn)輸效率，具有推廣意義。