煤礦用防爆指揮車的設計與開發(fā)

馮家鵬

（中國煤炭科工集團太原研究院有限公司，山西省太原市，030006）

當前，在無軌輔助運輸工藝體系中，缺乏一種用于煤礦井下人員運輸、生產指揮、工作調度、緊急事件處理以及同時實現(xiàn)人員、小型設備和配件等運輸?shù)妮o助生產指揮用車。國外公司研制開發(fā)了各種性能可靠的防爆膠輪車，但主要車型均采用不同噸位的通用底盤，在此通用底盤的基礎上配置不同的工作裝置，形成多種車型。如澳大利亞的SMV公司和德國的PAUS公司采用的液力機械傳動和四輪驅動的剛性通用底盤，更換工作平臺即可改裝為運人車、運料車和管道運輸車等車型，實現(xiàn)了零部件的通用化和標準化，降低了設備資金和備件數(shù)量。目前國內研制生產防爆膠輪車的單位主要有山西煤機裝備有限公司、常州科試中心有限公司、昆山晉樺豹和三一重工等公司。防爆指揮車主要有SMV 公司推出的SMV-D 指揮車、江蘇金馳車輛有限公司改裝生產的WC5RJ指揮車以及三一重型裝備有限公司推出了RXD5防爆無軌膠輪指揮車（概念車），但均為改裝車或概念車。

基于上述情況，中煤科工集團太原研究院有限公司通過在已開發(fā)成功的防爆四驅車的基礎上，自主研發(fā)了一種外形尺寸小、能夠根據(jù)載荷變化自動調節(jié)懸掛剛度、具有較好的平順性和乘坐舒適性、用于煤礦井下生產調度和緊急救護的6人座防爆指揮車。在滿足使用性能的前提下，以實用性、可靠性和經濟性為出發(fā)點進行設計，整車性價比要優(yōu)于國內外同類型產品。

1 總體結構方案及技術參數(shù)

1.1 總體結構方案

在已開發(fā)成功的防爆四驅長頭車的基礎上，通過與專業(yè)廠家的共同合作，合理匹配變速箱、分動箱和驅動橋的參數(shù)及性能，研制開發(fā)出一種有市場競爭力的整體四驅礦用防爆指揮車。

整車的總體方案及各總成部件的參數(shù)由中國煤炭科工集團太原研究院有限公司來確定，車架及駕駛室由專業(yè)廠家來制作完成，這樣可有效利用專業(yè)廠家的生產設備和專業(yè)資源，提高產品設計及裝配質量，加快試制進度，確保課題研究質量，發(fā)揮公司的技術優(yōu)勢。

1.2 主要技術參數(shù)

防爆指揮車整車外型尺寸 （L×W×H）為4800mm×1900mm×2100mm；驅動形式為四輪分時驅動；各檔速度分別為Ⅰ檔7km／h、Ⅱ檔12km／h、Ⅲ檔22km／h、Ⅳ檔34km／h、Ⅴ檔40km／h 以及倒檔7.5km／h；最大爬坡能力為縱向16°，橫向7.5°；最小轉彎的內半徑為4500 m，外半徑為7000 mm；柴油發(fā)動機規(guī)格型號為TY4100ZQFB （A）；額定功率為65kW，轉速為2200rpm；額定載人數(shù)為6 人；空載重量為4450kg。

2 結構組成

WC6R （B）礦用防爆指揮車結構如圖1所示。

圖1 WC6R （B）礦用防爆指揮車結構圖

由圖1可見，WC6R （B）礦用防爆指揮車主要由防爆柴油機及進排氣裝置、傳動裝置、液壓及制動系統(tǒng)、電氣及安全保護系統(tǒng)、車身及駕駛室和車架及懸架系統(tǒng)組成。

2.1 防爆柴油機及進排氣裝置

該車采用山西天地煤機裝備有限公司研制的TY4100ZQFB （A）四缸直列式水冷增壓柴油機，主要由柴油主機、進排氣歧管、防爆增壓器、排氣管、排氣波紋管、廢氣處理箱、進氣系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)、熱平衡系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)及附件等組成。采用閉式水冷卻循環(huán)系統(tǒng)和氣壓啟動方式，安裝有空氣壓縮機、風冷型散熱器、氣控熄火裝置及附屬裝置。防爆柴油機組成示意圖見圖2。

圖2 防爆柴油機組成示意圖

由圖2可見，進排氣系統(tǒng)是柴油機防爆裝置的主要部分。進氣系統(tǒng)由空氣濾清器、進氣管、氣控阻風門機構和進氣阻火器等組成；排氣防爆系統(tǒng)包括進排氣彎管、排氣波紋管和廢氣處理箱 （包括排氣柵欄）。其中柴油機本身的進排氣歧管、增壓器、排氣彎管和排氣波紋管都設計為帶水冷卻套的雙層結構，保證其在發(fā)動機滿負荷工作時，各部件表面最高溫度不超過150℃，排氣溫度下降到70℃以下，使尾氣凈化滿足其防爆要求。

2.2 傳動裝置

WC6R （B）礦用防爆指揮車動力傳動系統(tǒng)采用前置發(fā)動機四輪驅動布置的形式，主要由防爆增壓發(fā)動機、防爆型離合器、變速箱、分動箱、前后傳動軸和前后驅動橋等組成，該傳動系統(tǒng)提高了整車對各種路面和地面的適應性、通過性和安全性，并通過分動箱實現(xiàn)兩驅與四驅的分時驅動，避免了兩驅方式在爬坡等惡劣工況驅動力不足和四驅方式在平路高速運行時產生的寄生功率缺陷。

2.3 液壓及制動系統(tǒng)

該車液壓系統(tǒng)主要用于液壓阻力轉向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)，駐車制動采用彈簧制動液壓釋放的形式；行車制動采用液壓制動彈簧釋放的形式，系統(tǒng)工作油壓為15 MPa，制動壓力為4.5 MPa。該制動系統(tǒng)采用雙回路控制形式，即前、后制動分兩路獨立控制。若其中任何一路的元件出現(xiàn)故障失靈時，另一路回路仍可正常工作保證整車制動，使整車制動更加安全可靠。制動器為全封閉防爆型濕式多盤制動器，整個系統(tǒng)符合MT／T989-2006中華人民共和國煤炭行業(yè)標準 《礦用防爆柴油機無軌膠輪車通用技術條件》中的防爆要求，制動靈敏且安全可靠。

2.4 電氣及安全保護系統(tǒng)

主機面板顯示內容為：表面溫度，報警溫度為148℃；冷卻水溫，報警溫度為98℃；排氣溫度，報警溫度為68℃；機油壓力報警開關；水位報警開關；發(fā)動機轉速開關；車速和里程。當安全保護裝置被測到超過指標時，會發(fā)出聲光報警信號。

保護裝置控制面板由發(fā)光管和按鈕組成，主機車輛安全保護系統(tǒng)設置了6項保護指標的自動停車裝置，分別是柴油機排氣溫度不超過70℃、柴油機冷卻水溫度不超過98℃、柴油機機油壓力不低于0.15 MPa、柴油機表面溫度不大于150℃、廢氣處理水箱缺水保護、甲烷濃度超過規(guī)定值。當出現(xiàn)以上情況之一時，電保護裝置能發(fā)出聲光報警信號，并在1min內實現(xiàn)自動停機。

2.5 車身及駕駛室

WC6R （B）礦用防爆指揮車駕駛室內的儀表主要包括起動氣壓表、柴油機機油壓表、柴油機水溫表、車速里程表、制動壓力表和保護顯示器等；控制按鈕主要包括過載按鈕、起動按鈕、喇叭按鈕、燈切換旋鈕、雨刷電機按鈕等；踏板主要包括離合器踏板、制動踏板和油門加速踏板；操縱手柄主要包括換擋手柄和駐車制動手柄。遵照煤礦井下人機工程學的原則，設計開發(fā)出了能夠滿足井下使用條件的整體式車身。

2.6 車架及懸架系統(tǒng)

本車采用箱型梁框架式整體車架結構，由左右箱型縱梁和若干橫梁連接而成?？v梁采用矩形箱型結構，縱梁和橫梁的材料均采用低合金高強度大梁專用鋼板。開發(fā)過程中，對車架靜應力、剛度、振動模型以及動應力等進行了有限元分析，對其進行了輕量化設計，并對其使用壽命和振動特性做出了初步判斷。為了降低整車高度、減小自重以及改善操作舒適性，WC6R （B）礦用防爆指揮車在前、后懸架采用了混合式空氣懸架裝置懸架，其結構示意圖見圖3。

圖3 懸架結構示意圖

由圖3可見，WC6R （B）礦用防爆指揮車的懸掛系統(tǒng)主要由懸架穩(wěn)定桿、氣囊高度閥、高度控制機構、車架、氣源輸入 （輸出）口、空氣彈簧和減振器總成等組成，其中懸架穩(wěn)定桿主要作為傳力導向桿，同時也作為彈性元件承受部分垂直載荷。

3 整車特點

（1）采用液壓助力轉向，減輕了駕駛員的勞動強度，同時裝備了防爆暖風機，用于保持駕駛室的溫度，改善了操作的舒適性。懸架系統(tǒng)采用能夠自動調節(jié)剛度的混合式空氣彈簧懸架系統(tǒng)，提高乘坐的舒適性。

（2）采用防爆增壓柴油機動力匹配技術，整車動力強勁，爬坡能力大，能滿足煤礦井下巷道各種工況的運行要求。

（3）研制開發(fā)了專用底盤，四輪分時驅動技術在煤礦井下無軌運輸設備中得以應用。

（4）按照煤礦井下人機工程學的原則，同時兼顧整車安全性、舒適性和阻燃特性，與專業(yè)廠家共同對礦用防爆指揮車座椅、方向盤、儀表盤、操作手柄、腳踏板等進行了人性化的設計布置，人員乘坐舒適且操縱方便。

（5）車上裝備的防爆數(shù)字儀表盤便于駕駛員隨時了解整車的運行狀況，提高駕駛的安全性。

4 試驗情況

4.1 整機試驗

在整個試制過程中，嚴格控制每個環(huán)節(jié)的質量、生產廠家的出場檢驗和設備的檢驗準入制度，對于不合格件禁止出廠和上機裝配；對泵、閥類等各種液壓元件，都要進行液壓試驗臺帶載檢驗；對分動箱等傳動部件嚴格進行帶載壽命試驗。防爆柴油發(fā)動機由國家安全生產邢臺礦用防爆柴油機械檢測檢驗中心進行防爆和性能試驗。整機裝配完成后，山西煤機裝備有限公司檢測中心的檢驗人員到現(xiàn)場進行了整機檢驗，根據(jù)出廠實驗大綱的要求，對其進行了全項逐一檢驗。國家安全生產邢臺礦用防爆柴油機械檢測檢驗中心的檢測人員在現(xiàn)場進行了整車安標性能的檢測，并針對檢測中出現(xiàn)的問題提出了整改要求。

為了充分考核整車各項性能指標，選擇符合條件的相應路段進行了整車空載、帶載和坡度試驗，帶載試跑合計100km，累計試跑總計300km，并在南汽專用車汽車實驗場進行了比利時石塊路、鵝卵石路、搓板路、長波路、短波路、凸塊路和扭曲路等特殊路面的可靠性試驗。

WC6R （B）型煤礦用防爆指揮車在出廠前經過反復調試，模擬各種工況，在水平路面空載、滿載及12°坡道路面滿載情況下進行車速、行車制動和駐車制動試驗。測量結果是WC6R （B）型煤礦用防爆指揮車在12°坡道上能夠滿載停車且可靠駐車，再次啟動時能夠順利啟車；WC6R （B）型煤礦用防爆指揮車內、外轉彎半徑，基本滿足設計性能。

4.2 井下工業(yè)性試驗

中煤科工集團太原研究院質量管理部組織檢測中心的檢驗人員對地面試驗進行了全面跟蹤，并根據(jù)鏟運車企業(yè)標準的要求，對鏟車進行了全項逐一檢驗，經檢驗測試后，該車的各項性能指標均達到了 《WC6R （B）型防爆膠輪車》企業(yè)標準的要求。

鏟運車于2010年5 月-8 月在神華集團神東煤炭分公司保德煤礦進行了井下工業(yè)性試驗，總計試驗148d。試驗期間WC6R （B）礦用指揮車從大巷道到井下，往返一趟25km 左右，單趟運送6人次，平均每天往返5趟左右，圓滿地完成了井下工業(yè)性試驗任務。該樣機在井下工作正常，效果良好。

通過3 個月的井下工業(yè)性試驗，WC6R （B）礦用指揮車共運行超過3000km，百公里平均油耗35L，達到了百公里油耗不大于40L的要求。

試驗結果表明，該車使用的空氣彈簧懸架與鋼板彈簧懸架相比更適合人員乘坐；各零部件安全可靠；整車性能匹配合理、制動靈活、可靠，人員乘坐平穩(wěn)、舒適，得到礦上工作人員的一致認可。

5 結論

WC6R （B）型煤礦用防爆指揮車的成功開發(fā)滿足了煤礦用戶的具體需求，目前該車型已在山西晉興斜溝、平朔安家?guī)X、內蒙雙欣等煤礦推廣使用，并完成了煤礦井下工業(yè)性試驗，該車主要用于煤礦井下生產指揮、調度和救護，不僅可以降低工作強度，而且可以提高工作效率，同時又能消除非防爆車下井帶來的不安全因素，具有廣闊的應用前景。

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