提升矿井无轨胶轮车爬坡能力探析

王森良

（山西焦煤集团有限责任公司杜儿坪煤矿， 山西 太原 030022）

引言

当前我国大部分煤矿使用的辅助运输方式仍旧是传统矿车运输，部分煤矿也使用了小绞车接力运输、无极绳运输等方式，这类传统的运输方式不仅运输环节多，同时速度也相对较慢，运输效率相对较差，特别是面对当前不断恶劣的煤矿开采环境，传统运输方式表现出较大的不适应性。而通过使用无轨胶轮车开展辅助运输，对煤矿整体的辅助运输质效带来了较大的提升，从无轨胶轮车的使用来看，制约无轨胶轮车运输效果的主要因素是爬坡能力。因此，对提升矿井无轨胶轮车爬坡能力进行分析有着较为重要的意义。

1 煤矿井下无轨胶轮车运输动力性分析

无轨胶轮车的动力性主要是通过车辆的加速度、车速及爬坡度来体现的。从井下生产环境来看，煤矿井下一般较为昏暗，道路也存在坑洼湿滑的问题，很多坡不仅距离长而且坡度较大，车辆在使用的过程中行驶速度相对较慢，对车辆的加速性能并没有较大的要求。因此，煤矿使用的无轨胶轮车的性能主要是通过爬坡能力来进行评判。从无轨胶轮车的使用情况来看，爬坡能力决定了无轨胶轮车是否可以高效率通过井下巷道的大坡、长坡。特别是随着煤矿开采深度的增加，各种类型的长坡、大坡等不断增多，对无轨胶轮车的爬坡能力提出了较高的要求。通常情况下，煤矿使用的无轨胶轮车最大设计爬坡能力达到了25%，也就是14°左右，但是这个数据是在对无轨胶轮车进行实验时得到的，也就是在平坦、干硬的路面上得到的。如果煤矿井下巷道路况相对较好，坡度相对较小，无轨胶轮车整体的运行可靠度则必然较高，但是由于井下环境较为潮湿，很多巷道中有明显的积水问题，不仅坡度大而且坡道较长，这往往会给无轨胶轮车爬坡能力带来较大的负面影响。在爬坡的过程中，随着时间的延长，车辆柴油机会出现明显的过热问题，随着温度的不断提升，无轨胶轮车柴油机动力性能会不断地降低，进而进一步降低了无轨胶轮车的爬坡效果。

2 提高无轨胶轮车爬坡能力的相关举措

2.1 优化无轨胶轮车动力装置设计

一方面是对车辆防爆柴油机系统进行优化设计。从当前无轨胶轮车使用情况来看，考虑煤矿井下特殊的安全环境，动力源主要使用的是进行过防爆改造的防爆柴油机。在改造时，主要是对柴油机进排气系统进行隔爆处理。采取这种改造处理措施会导致柴油机在启动阶段动力不能充分发挥，再加上日常维护保养不到位，容易导致无轨胶轮车在使用过程中出现动力不足的问题。

因此，在对无轨胶轮车动力性进行改造时，为了更好提升无轨胶轮车的爬坡能力，需要对柴油机进行针对性的完善和提升。首先煤矿在选择柴油机时，应当为无轨胶轮车配备净输出功率相对较大的柴油机，这对于增强车辆后备功率非常关键，可以更好满足爬坡需求。但受到无轨胶轮车尺寸的限制，选择使用的柴油机尺寸也不能无限增加，这就限制了可供选择的柴油机功率。同时，无轨胶轮车配套的柴油机不能随意更改，一般情况下需要以无轨胶轮车上原装的柴油机作为基础，选择使用针对性的优化和提升措施。例如，将柴油机控制技术升级为电子控制技术，对柴油机外围附属装置进行优化，降低外围装置的能耗从而得到更大的净功率。此外，因为井下使用的无轨胶轮车整体的重量相对较大，为了更好降低负重，可以选择轻量化的设计方式，对无轨胶轮车当前的结构进行针对性的优化提升，在满足需求的基础上，得到最优整体质量，从而降低车辆日常功率消耗，增强车辆的爬坡功率储备，对车辆爬坡性能实现有效改善和提升。

另一方面，对无轨胶轮车的传动系统进行优化。无轨胶轮车中的传动系统可将防爆柴油机功率有效传递到驱动轮中，从而推动无轨胶轮车向前行驶。由于传动系统元部件在使用的过程中，容易出现溢流损耗、泄露损耗及摩擦损耗等问题，传动系统在实际工作的过程中出现了明显的功率损耗的情况。所以，从无轨胶轮车传动环节入手，对车辆驱动力进行改善非常关键。在具体优化的过程中，首要措施就是对车辆传动线路进行针对性的简化和优化，最大限度地降低传动系统中涉及到的元部件数量，减少无轨胶轮车传动过程中出现的机械功率损耗问题，将其中的液压功率损失、液力损失降到最低，从而让无轨胶轮车得到最佳驱动功率。

此外，对于选择使用是液力机械传动方式的无轨胶轮车，为了更好提升爬坡能力，应当在合理的范围内提升车辆档位数，提升柴油机将最大功率发挥出来的能力，同时对最低档位下的传动比适当增加，从而得到更高的加速度和爬坡能力。若选择使用的是液压传动的方式，可以将驱动马达排量实现最大化，对车辆传动系统可以调整的速度范围进行最大限度的优化，从而得到更大的驱动力。在这个过程中，技术人员也可以选择使用将辅助驱动装置增加到其中，从而更好增强车辆爬坡能力。现阶段，煤矿使用的无轨胶轮车，主要是两轴线或者多轴线的无轨胶轮车，技术人员可以在非驱动轴线的位置将辅助驱动装置安装到位。在无轨胶轮车爬坡的过程中，若出现了爬坡困难的问题，则可以对无轨胶轮车的驱动方式进行切换，将非驱动轴线的附着力最大限度应用起来，有效增强车辆爬坡驱动力。

2.2 对车辆总体布置设计进行优化

无轨胶轮车在井下使用的过程中，特别是在重载爬坡状态时，车辆在各个轴线上受力将随着路面坡度的变化而不断地变化，无轨胶轮车的爬坡受力见图1 所示。F1为车辆前轴线受力情况，F2为车辆后轴线受力情况。具体的计算公式为：

图1 井下无轨胶轮车爬坡受力图

式中：F1为无轨胶轮车前轴线受力；F2为无轨胶轮车后轴线受力；G 为无轨胶轮车重力，包含车辆载重；L为无轨胶轮车前后之间的轴距；h 为车辆质心的高度；a、b 分别为无轨胶轮车质心到前后轴线之间的距离。

从计算公式可知，随着无轨胶轮车在运输过程中路面坡度的增大，车辆前轴线轴重表现出不断减小，后轴线的轴重表现出不断增加，这就导致无轨胶轮车在运行的过程中，会出现滑转的问题，使得车辆动力性能不能有效发挥出来，对车辆爬坡效果带来较大的影响。所以，在对车辆进行整体设计时，应当从车辆坡路情况出发，对在重载条件下，车辆整体的重心分布情况进行全面的计算和分析，在确保无轨胶轮车整体车重合理控制的范围内，设计采用增加的配重方式，对各个驱动轴线的轴重进行重新分配，最大限度地使得车辆重载爬坡时，车辆运动所需要的附着力、牵引力等均可以达到实际工作需求，实现对车辆爬坡能力的有效提升与改善。

在满足上述要求的基础上，在不同的驱动轴线之间，技术人员还可以将横向摆动机构设置到其中，同时在同轴线驱动轮之间加入差速功能，从而将驱动轮的实际驱动力充分发挥出来，确保在无轨胶轮车爬坡的过程中，不会出现因路面不平整导致爬坡能力不足的情况。

2.3 对车辆矿井运行环境进行全面维护

通过对无轨胶轮车自身结构进行全面优化可以提升车辆整体的驱动效果，为了更好将提升效果发挥出来，对无轨胶轮车在井下运行过程中整体的路况条件进行升级非常关键。

其主要目的是为无轨胶轮车在井下运行提供出较好的路面附着条件，将车辆内在的驱动力最大限度地发挥出来。通过前面分析可以得到，无轨胶轮车在井下运输的过程中，巷道路面不能出现湿滑、坑洼、松软等问题，所以在重载的情况下，技术人员更需要对车辆爬坡运行路线进行全面的维护和保养，为无轨胶轮车在井下运输提供出高质量的路面支撑，从而最大限度地将无轨胶轮车在井下整体的运行性能发挥出来。在具体实施时，可以从如下四个方面入手：

首先，针对部分巷道出现的较为明显的顶板淋水问题，为了更好地降低顶板淋水给底板路面工况带来的影响，技术人员应当深入分析导致顶板淋水问题出现的原因，采取针对性的排水控制处理措施，为无轨胶轮车在井下运行提供更好的底板路面支撑。其次，针对部分巷道出现的底板较为松软的问题，为了更好提升无轨胶轮车在运行过程中的附着力，技术人员应当对巷道进行排渣处理，必要情况下，应当将拌料石或者采取对底板进行砼加固的方式，实现对无轨胶轮车运行路面的全面硬化处理。第三，若路面整体的坡度相对较大，为了降低无轨胶轮车爬坡的难度，提升无轨胶轮车附着力，可以通过在路面上设置搓衣板式路障的方式，全面提升无轨胶轮车附着力，有效增强无轨胶轮车爬坡的效果。此外，若矿井条件运输，且无轨胶轮车爬坡难度较大，则可以是通过在坡道上设置辅助牵引绞车的方式来帮助无轨胶轮车提升牵引力，若无轨胶轮车属于重载车辆，可以在车辆后端配备独立助力车辆，为无轨胶轮车提供出更为强劲的动力，从而更好提升车辆爬坡能力，克服爬坡困难的问题。

3 结语

在煤矿井下运输的过程中，选择使用无轨胶轮车运输方式对提升运输质效较为关键，但是从具体运输情况来看，爬坡能力是制约无轨胶轮车运输效果的重要因素。因此，就需要煤矿充分认识到提升无轨胶轮车爬坡能力的重要性，从煤矿使用的无轨胶轮车实际出发，充分结合煤矿井下生产实际，采取针对性的措施，推动无轨胶轮车爬坡能力和实际工作需求相匹配，更好提升煤矿井下辅助运输效果。