淺談礦用無軌膠輪車的未來發(fā)展方向

曹凱

摘要：近幾年，防爆柴油機無軌膠輪車已經(jīng)成為大型煤礦輔助運輸?shù)闹髁υO(shè)備。但是，防爆柴油機的排放一直被專業(yè)人士所詬病，新型的鋰電膠輪車正逐漸突破一道道技術(shù)壁壘，逐步慢慢崛起。

Abstract： In recent years， explosion-proof diesel trackless rubber-tyred vehicle has become the main auxiliary transportation equipment in large coal mines. However， the emission of explosion-proof diesel engine has been criticized by professionals. The new lithium rubber tyre vehicle is gradually breaking through a series of technical barriers and gradually rising.

關(guān)鍵詞：無軌膠輪車;鋰離子蓄電池;零排放

Key words： trackless rubber-tyred vehicle;lithium-ion battery;zero emission

0 ?引言

礦用無軌膠輪車是指采用柴油機、蓄電池等為動力以實現(xiàn)煤礦井下公路運輸功能的車輛，承擔礦井輔助運輸功能，負責人員、物料和設(shè)備等的運送任務(wù)。隨著我國煤礦高產(chǎn)集約化開采技術(shù)的發(fā)展，輔助運輸?shù)牡匚灰哺@重要，安全、可靠、連續(xù)化、高效率的無軌膠輪車的應(yīng)用，已經(jīng)成為礦井生產(chǎn)現(xiàn)代化的一個重要標志。

1 ?在用無軌膠輪車現(xiàn)狀及分析

據(jù)統(tǒng)計，我國使用無軌膠輪車的礦井已超過700對，無軌膠輪車保有量達到10000輛以上。目前國內(nèi)煤礦使用的無軌膠輪車主要有三種，即防爆柴油機無軌膠輪車、架線式無軌膠輪車和防爆鋰離子蓄電池無軌膠輪車，其中，防爆柴油機無軌膠輪車占無軌膠輪車市場比重最大，約占90%。

1.1 防爆柴油機無軌膠輪車

自上世紀90年代發(fā)展至今，防爆柴油機無軌膠輪車技術(shù)進步巨大，是國內(nèi)煤礦最先進的輔助運輸方式。但是其存在排放指標高、噪聲大等嚴重缺點。廢氣中的CO和NOX含量較高，有致癌作用;其產(chǎn)生的噪聲在煤礦井下相對封閉的環(huán)境中反復(fù)發(fā)射，產(chǎn)生極大的噪聲污染，兩種污染對人體危害極大。（圖1）

1.2 防爆鋰離子蓄電池無軌膠輪車

經(jīng)過近十年的發(fā)展，高能量密度的鋰離子蓄電池，克服了普通蓄電池體積大、充電頻繁的缺點，目前正處于推廣階段。

1.3 架線式無軌膠輪車

架線電機車使用量極小，受架空線限制，運輸機動性受限，喪失了無軌膠輪車的機動性，前景有限。

2 ?柴油機動力與蓄電池動力無軌膠輪車比較

2.1 動力性能

電機的輸出特性與發(fā)動機的輸出特性差別很大，輸出特性曲線詳見圖2和圖3。電機在低速運行時，就能夠提供比較大的扭矩，并且可以短時間內(nèi)提供遠大于額定功率實際功率;而發(fā)動機則隨著轉(zhuǎn)速的提升，輸出扭矩漸增到最大值。電驅(qū)動車輛瞬時加速能力強，能夠快速達到最大輸出扭矩，利于坡道重載起步;而柴油機驅(qū)動車輛則在半坡重載起步時反應(yīng)較慢。電驅(qū)動車輛過載能力強，更加適用于需要短時間內(nèi)完成的大負荷工作;而柴油機車輛更適用于長距離穩(wěn)定載荷的運輸。兩種車輛的縱向爬坡能力均可達到14°，最大爬坡能力勢均力敵。

2.2 續(xù)航能力

以煤礦常用運人車型WLR-19（電驅(qū)動）和WC20R （柴油機驅(qū)動）為例。WLR-19整車質(zhì)量6500kg，電池容量70kWh，綜合路況續(xù)航里程約70km。WC20R整車質(zhì)量4600kg，發(fā)動機功率65kW，油箱容積約75L，滿載水平干硬路面油耗約35L/100km，續(xù)航里程約200km。

由于電池的能量密度較小，普通電驅(qū)動車輛僅電池的重量就占電驅(qū)動車輛重量的20%左右，笨重的能量來源限制了車輛的續(xù)航里程。而柴油驅(qū)動車輛的續(xù)航里程取決于油箱的容積，可以根據(jù)需要設(shè)計足夠大的油箱來保證續(xù)航里程。防爆柴油機無軌膠輪車的續(xù)航里程要大大優(yōu)于防爆蓄電池無軌膠輪車。

2.3 日常維護

防爆柴油機無軌膠輪車的防爆發(fā)動機技術(shù)、變矩器和變速箱等傳動技術(shù)以及制動技術(shù)等已經(jīng)發(fā)展久遠、廣泛應(yīng)用，有較高的可靠性。電驅(qū)動車輛的核心技術(shù)為電池和牽引電機，蓄電池的可靠性早已被電機車證實，牽引電機則多采用免維護的永磁無刷直流電機。柴油機驅(qū)動車輛系統(tǒng)復(fù)雜，必須按時間或里程要進行定期保養(yǎng)，而電驅(qū)動車輛電池和電機都是免維護，定期保養(yǎng)工作量很少。因此，兩種驅(qū)動車輛均具有較高可靠性、低故障率特點，但電驅(qū)動車輛維護工作量更小。

2.4 綜合成本

柴油機驅(qū)動車輛使用壽命為5～8年，每2年進行一次大修，大修費用約為車輛價值的30%。由于電池的成本較高，電驅(qū)動車輛的市場價格要遠高于柴油機驅(qū)動車輛的價格，為同類型柴油機膠輪車的2～3倍，使用壽命為5～8年，電池壽命一般為2年，電池價格約為車輛價值的30%。雖然維護、運行成本比同類型柴油機膠輪車低，但電驅(qū)動車輛的綜合成本要遠高同類型柴油機膠輪車。

2.5 環(huán)保性能

電驅(qū)動車輛無尾氣排放，且噪音很小，而柴油機驅(qū)動車輛尾氣中含有CO、NOx、碳煙等致癌污染物。另外，柴油機的噪音污染也是不可忽視的，部分大型車輛在駕駛員附近的噪音可達90分貝左右。電驅(qū)動車輛的環(huán)保性能大大優(yōu)于柴油機膠輪車。

3 ?防爆鋰離子蓄電池無軌膠輪車的優(yōu)點

經(jīng)過近十年的發(fā)展，防爆鋰離子蓄電池無軌膠輪車除了具有上述電驅(qū)動車輛的優(yōu)點外，在一定程度上克服了續(xù)航能力差的確定，更兼具以下特點：（圖4）

①零排放、低噪聲。運行過程中零排放、無尾氣，噪聲平均水平不超過70dB，遠低于柴油機車輛。②安全系數(shù)高。電機回饋制動、剎車制動和失效安全制動的三級安全策略，有效保證了車輛運行安全。配備技術(shù)領(lǐng)先的自動緩速下坡裝置，防止車輛下坡過程中速度失控。③運行成本低。能夠配備主從能量管理系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)，驅(qū)動電機為的變頻電機、永磁電機或開關(guān)磁阻電機。不僅故障率低，而且能夠高效利用能量，能耗成本僅為同類型柴油車的20%，配件較同類型柴油車大幅減少，維護人員較同類型柴油車大幅減少。④控制智能化。配備車輛狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，可基于網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)車輛狀態(tài)實時監(jiān)控，可采集車輛運行信息，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲。維護人員能夠根據(jù)車輛運行信息，及時了解車輛狀態(tài)，真正實現(xiàn)“預(yù)防性檢修”。

4 ?防爆鋰離子蓄電池無軌膠輪車的缺點

雖然防爆鋰離子蓄電池無軌膠輪車較煤礦常用無軌膠輪車優(yōu)點突出，但是這種車輛也存在致命劣勢，直接影響著其推廣的速度：①充電難度大。國家安標中心暫未放開“防爆鋰離子充電機”產(chǎn)品安標證書，該類車輛只能在地面充電，車輛或電池需頻繁升井。鋰離子蓄電池充電安全性的進一步提高，將會給該類型車輛的發(fā)展帶來“破冰”效果。②車輛尺寸依然較大?，F(xiàn)在國內(nèi)生產(chǎn)的該類型車輛，普遍存在車型尺寸較大的特點。山東、山西、淮南、淮北、貴州等地區(qū)多為井工煤礦，罐籠尺寸較小，車輛需進行拆解后才能下井，多數(shù)井工煤礦使用該類型車輛并不便利，現(xiàn)多在陜蒙大型礦井使用。

5 ?結(jié)束語

30余年的實踐已經(jīng)證明，無軌膠輪車機動靈活、運輸高效、系統(tǒng)簡單，代表了煤礦井下輔助運輸?shù)南冗M生產(chǎn)力。防爆柴油機無軌膠輪車其超高的排放指標，嚴重影響著職工職業(yè)衛(wèi)生健康，隨著煤礦產(chǎn)品對安全、環(huán)保及智能監(jiān)控等方面的要求越來越高，防爆柴油機無軌膠輪車的發(fā)展必將會受到影響和制約。雖然電噴防爆柴油機使用，柴油機驅(qū)動車輛尾氣排放會得到進一步的控制，但仍然達不到人們的預(yù)期水平。隨著電池技術(shù)的發(fā)展，高能量密度的防爆鋰離子蓄電池無軌膠輪車，會進一步展示出其低成本、低排放、高效率、高智能等方面的巨大優(yōu)勢，必將會成為礦用無軌膠輪車的主流裝備。當今的現(xiàn)代化煤礦企業(yè)應(yīng)該順應(yīng)發(fā)展潮流，加快輔助運輸裝備升級，推動防爆鋰離子蓄電池車輛的快速發(fā)展。

參考文獻：

[1]楊志軍.我國煤礦無軌膠輪車的現(xiàn)狀及發(fā)展方向的研究[J].電機機械工程，2014（11）.

[2]張良庫，姚少武.我國煤礦無軌膠輪車的現(xiàn)狀及發(fā)展方向的研究[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2011（27）.

[3]戴志曄.煤礦井下無軌膠輪車的現(xiàn)狀及應(yīng)用[J].煤炭科學技術(shù)，2003（02）.