一種礦山鉸接式材料車的設計及應用

仇衛建

（中國煤炭科工集團太原研究院有限公司，山西太原 030006）

0 引言

某金屬礦山使用的材料車是1990年代引進的ABB 公司開發的一款無軌電動汽車，服務年限約20年，主要用于地下礦山作業的礦石斜坡運輸作業。與柴油發動機車輛相比，該材料車不需要專門的通風裝置，裝載能力大，能高速爬坡，生產效率高；雖然每臺車的投資較大，但其年噸的投資費用低，車輛需求數量少，設置架空線和固定電氣設備的費用少于柴油發動機車輛用于通風系統的費用；材料車調速性能好，不會出現輪胎打滑現象，輪胎費用低于柴油發動機車輛。因此，材料車用于坡道礦石運輸是較好的選擇。

1 車輛總體介紹

1.1 整機參數

外形尺寸，10 600 mm×3 400 mm×3 000 mm；整車質量，35 000 kg；額定裝載質量，30 000 kg；平路滿載車速，47 km/h；12%坡道滿載車速，24 km/h；行走電機功率，2×230 kW；電壓，AC 1 000 V，3 相，50 Hz。

1.2 整體設計

材料車由前后兩個部分組成，前一部分布置發動機、操作系統和駕駛室，后一部分布置料斗和自卸裝置。前后兩部分車身采用鉸接式連接，轉向角可以到達40°，轉向半徑小，轉向靈活。前后機架都采用空氣彈簧懸掛系統與車橋連接，保證車輛具有良好的操控性和行駛性能。由于有受電設備，要求巷道高度會稍高些，能夠滿足材料車工作的最新巷道截面如圖1所示。

圖1 最小巷道截面

車輛傳動系統采用由電機獨立驅動前后橋的四輪驅動系統，行走電機額定功率為2 臺230 kW的直流牽引電機和1 臺協助行走的40 kW 直流電機：1 臺行走電機直接連接前橋軸差速器，另外1 臺連接后橋差速器，協助行走電機與后橋行走電機串聯，如圖2所示。

圖2 整車傳動系統

1.3 電氣設計

架空線的電壓為三相交流690 V、50 Hz，由1 臺可控硅整流器將AC 690 V 變成DC 1200 V，給行走電機供電，基本電氣原理如圖3 所示。在間斷工作時，功率可以大大提高。

圖3 電氣原理

（1）集電器斷開時，電機由牽引蓄電池通過斬波器供電。在正常情況下，蓄電池由架空線通過變壓器和可控硅整流器充電。蓄電池也可以通過1 條插接AC 380 V 電源充電。

（2）泵站電機驅動1 臺液壓泵和1 臺空氣壓縮機，主要給行車制動器和駐車制動器提供動力源。前后輪各有1 臺電機通過差速器驅動，由于電機串聯，功率均勻分配到4 個車輪。

（3）輔助系統主要設備是1 臺PLC 控制器，它調節和控制所有必要的電氣裝置，如滑接式受電器工作順序、可控硅整流器、蓄電池斬波器、蓄電池充電、調速和電力制動。它還阻止設備的誤用，如果速度過大，PLC 還可以提供一定數量的故障指示。

（4）材料車使用加速器調速，調速方法是：①提高電機電壓，從0 V 提高到1200 V，速度從0 r/min 提高到2000 r/min；②降低勵磁電流，速度在2000～4000 r/min 內調節。

2 受電系統介紹

材料車的架空線是為適應集電器的迅速下線和上線而設計的，設計獨特，由3 根外徑為Φ50的銅管傳輸電流，銅管的銅含量較高，以降低電阻。集電器支撐軌使用截面為3 英寸的正方形型鋼，電源為三相交流，電壓1000 V，如圖4 所示。

圖4 架空線截面

集電弓安裝在駕駛室頂部，集電弓弓頭安裝在液壓舉升臂上，弓頭上有8 個滾輪，每個角上各有2 個滾輪，液壓臂托舉弓頭使弓頭的滾輪與架空線接觸，滾輪沿著架空線的導軌行走。集電弓可以在偏移線網中心一側0.5 m的位置上線，車輛可以在偏移架空線網左右2 m的范圍內行駛，工作狀態如圖5 所示。受電系統上線速度快，按下上線按鈕到集電器自動捕捉上網的時間＜5 s，并且可以在車輛行駛速度＜15 km/h 時下線，行駛速度＜8 km/h 時可以上線。受電系統巷道路面比一般巷道的路面平整度有較高要求，不允許路面有明顯的凸起或者凹坑，以保證集電器與接觸網的良好受流。

圖5 工作示意

該金屬礦山材料車用于海下及沿海黃金礦石運輸，巷道濕度大，尤其在夏季，巷道內線網上隨處可見水珠，并且水汽內含有大量的氯離子，腐蝕性強。冬季巷道濕度較小，較硬碳刷的使用壽命較長；夏季巷道濕度較大，銅管上掛滿水珠，較軟碳刷能有效降低電弧大小，受流效果更好，但夏季碳刷壽命較短。

3 結語

設備于1997—2015年在該金屬礦進行使用，服務年限近20年，礦石運輸是從-480 m 處（約）到-250 m 處（約）的坡道運輸，坡度13°（約），年運輸礦石量約50 萬噸，車輛行駛最大車速30 km/h，上下坡運行車速保持一致。運行期間，設備使用效果突出，在路面較好的巷道內，集電器可靠性高，受流穩定，順利完成了礦石運輸任務，實現綠色高產高效的礦山開采。