矿用卡车提速原因分析

贾平

（国家能源集团准能集团公司设备维修中心，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

目前，矿用自卸卡车广泛应用于冶金、矿山、水利水电等行业，承担着矿物、土石方等运输任务，它是专业设备，属于非公路车辆。

一、卡车超载危害性分析

（一）超载对发动机的危害。矿用卡车的工况特性，是负荷的间歇性，持续满负荷工作时间较短，尤其为了节能和环保的目的，大功率发动机一般都采用了两极增压方式，本身强度系数已经非常高，抗过负荷能力非常有限。大部分矿山在矿用卡车满载情况下，往往伴随持续性爬坡行驶，这样的情况，如果再超载，就造成持续过负荷，发动机各摩擦副的摩损加剧，温度迅速升高，导致发动机早期磨损，缩短发动机寿命。

（二）超载对发电机的危害。矿用卡车电机的寿命主要取决于电机的绝缘性能，而电机的绝缘性能除了取决于设计制造因素外，在运行中则主要取决于温升。而温升与电流成正相关，电流与负载成正相关。卡车超载时发电机持续高负荷运转，导致温升增高，绝缘早期老化，同时轴承寿命缩短，所以超载会大大缩短发电机的寿命。

（三）超载对车架等结构件的危害。现在卡车车架的设计，都运用了有限元受力分析方法，按照额定载荷进行设计，在额定负载(包括动载荷)前提下，理论上可以达到很长的寿命。如果超载，再遇到道路状况比较差的情况，那么额外产生的冲击载荷将是静载荷的数倍甚至数十倍，会造成车架受力远远超过设计载荷，会导致受力部件早期疲劳，甚至发生裂纹、变形、破断损坏。同时，也导致销轴和轴套磨损严重。

（四）超载对悬挂的危害。卡车超载时，悬挂的负荷超过额定负荷，尤其在行驶过程中，剧烈颠簸形成的额外冲击载荷，伴随产生高温，会导致密封过早损坏，造成漏油，漏气，严重的会拉伤缸筒。并导致销轴和轴套磨损严重，甚至结构件断裂。

（五）超载对制动系统的危害。卡车超载后车辆行驶惯性大大增加，制动力难以克服巨大的惯性力，制动距离加长，导致制动系统工作时间过长，制动盘、制动压盘磨损严重，制动系统过热，制动效果严重下降，更容易引起行车事故。

二、卡车提速案例分析

（一）概况。某露天矿境界内可采原煤储量为1710.97Mt。首采区原煤储量635.62Mt，平均剥采比为4.099m 3/t，设计服务年限为32年。其煤质为中灰、低硫、特低磷、高挥发分、中高发热量、灰熔点高的优质动力煤。生产工艺：1.剥离工艺采用单斗—卡车间断开采工艺。2.采煤工艺采用单斗—卡车—半固定破碎站—带式输送机半连续开采工艺。3.开拓方式采用多出入沟，工作帮采用移动坑线开拓。剥离方式采用水平分层，端工作面平装车。采煤方法采用顶板露煤、倾斜分层的采煤方法。剥离台阶高度为15m，采掘带宽40m，运输道路40m。现今露天煤矿卡车运输能力稍有欠缺，为解决此问题，可以通过购买卡车及招聘卡车司机解决，也可以通过提升卡车运输速度的方式提升卡车年运输能力。若提升卡车的运输能力，可以避免购买卡车及招聘司机的费用，节约生产成本。目前，国内几家大型露天煤矿的矿用卡车限速都在30km/h，澳大利亚部分露天矿卡车限速在40km/h。随着卡车安全防护系统的不断完善，矿用卡车的最高限速,有所提高，且效益明显。以某露天煤矿为例，如果提升至最高限速40km/h，卡车年运输能力将提升20.07%。

（二）从生产方面分析。1.运输过程整体经济性分析。①测算依据以某露天煤矿2016年年计划为依据，剥离综合运距4200m，采煤综合运距4800m；重车爬坡速度为13km/h，爬坡路程约占运输路程1/3，转弯、避让等影响车速的因素按照0.83系数折算，以此计算卡车平均速度。②车铲匹配。车铲勺容比：根据卡车车厢容积和电铲铲斗容积计算汽车车厢装满时V∶E值。

式中，R 1为依据卡车车厢容积计算确定的勺容比的值；V厢为卡车车厢容积，m 3；V斗为电铲铲斗容积，m 3；K为根据具体矿山的物料性质和其他作业条件确定的电铲装载系数。根据矿山岩层性质和卡车额定载重计算汽车满载时V∶E值。

式中，R 2为依据额定载重确定的勺容比的值；Q为运输卡车额定载重，t；η为采装岩石松散系数；E为采装电铲铲斗容积，m 3；θ为采装岩石实方容重，t/m 3；采用的勺容比应根据以上两者比较确定，取其较小值，即实际生产勺容比Rmin=（R1，R 2）。剥离岩石条件下，斗容52.25m 3的495HR电铲分别与MT5500卡车、930E卡车勺容比选取，见表1。剥离岩石条件下，斗容58m 3的495HR电铲和WK-55电铲分别与MT5500卡车、930E卡车勺容比选取，见表2。

表1 495HR电铲分别与MT5500卡车、930E卡车勺容比

表2 495HR、WK-55电铲分别与MT5500卡车、930E卡车勺容比

2.现场生产组织方案的论证。①道路坡道及宽度。部分卡车存在重车下坡排弃问题，卡车提速后坡道坡度≤7%。路面宽度保证3倍车宽即可，不小于40m。②道路弯度及缓和段超高、加宽值。转弯区域路面加宽和超高计算。加宽缓和段上任意一点的加宽值：

式中，Bjx为加宽缓和段上任意一点的加宽值；Lx为该点到加宽缓和段起点的距离；Lj为加宽缓和段全长；bj为正常道路宽度。超高值：

式中，lh为超高值；V为卡车运行速度；R为卡车转弯半径。道路弯度及缓和段超高、加宽值。卡车提速后，连续坡道，坡道平段距离≥60m。现场道路应避免锐角弯，道路弯度必须≥90°，弯曲半径≥66m。弯道处最大加宽值为20m，即弯道处道路最宽处需修筑60m。卡车提速后，重车过弯道时，车速不大于15km/h，计算得知弯道处超高值为1.8m。③生产车辆与生产指挥车辆的分路行驶区域及道路布置。目前受征地影响，平盘宽度远小于设计值80m，工作平盘存在单行道；此外，端帮暴露时间长，部分端帮干道改为单行道，无法实现提速。必须保证路面宽度50m，方可实现生产车辆与生产指挥车辆分路行驶，端帮道路宽度调整为50m，采场、排土场受移动工作面影响，无法分道。端帮道路扩展为50m，露天煤矿南北2个端帮每年增加扩帮量约150万m 3生产成本约3000万元，但生产能力增加20.07%，即每年剥离能力增加约2000万m 3，减少外包量，可节约生产成本20000万元，经济上优势明显。

（三）从安全方面分析。1.负责从依法合规角度对车辆提速进行论证。国家总局编制的煤矿安全规程中对车辆行驶速度没有规定；参照《中华人民共和国厂矿道路设计规范》（GBJ22-87）第4节露天矿山道路有关计算行车速度规范，露天矿山道路一级行车速度应为40km/h。2.负责周边、国内外露天矿生产作业区车辆行驶速度调研工作。咨询集团公司安监局，对国内几家大型露天矿生产及非生产车辆限速情况进行了调研。其中生产作业车辆的限速基本都在30km/h左右（最大江西德兴铜矿33km/h），非生产车辆的限速多数集中在40km/h左右。

（四）经济效益。若卡车最佳限速从目前的30km/h提升至40km/h，端帮道路需要扩展为50m，矿南北2个端帮每年增加扩帮量约150万m 3，生产成本约3000万元。但卡车运输能力增加20.07%，即每年剥离能力增加约2000万m 3，减少外包量，可节约生产成本20000万元，经济上优势明显。

通过提升卡车行驶速度，增加运输能力，可以避免购买卡车及招聘司机的费用，节约生产成本。若最高限速30km/h提升至最高限速40km/h，卡车年运输能力提升20.07%，经济效益明显。