礦用翻斗車篷布自動(dòng)遮蓋裝置的研制與應(yīng)用

王春磊 陶春源 初曉峰

山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司焦家金礦 山東 煙臺(tái) 261400

引言

我國幅員遼闊，物產(chǎn)充盈，礦產(chǎn)資源豐富。近些年來，礦產(chǎn)資源的開采行業(yè)也成為我國重要的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)支柱。開采出來的礦產(chǎn)資源需要配合翻斗車轉(zhuǎn)載運(yùn)輸進(jìn)行深加工。與此同時(shí)翻斗車轉(zhuǎn)運(yùn)過程中由于一些問題因素，嚴(yán)重影響人類生活、生產(chǎn)安全，甚至存在著一些安全隱患會(huì)導(dǎo)致惡性安全事故的發(fā)生。上述問題不但牽制礦山安全文明生產(chǎn)，制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)，也危害著相關(guān)人員的人身安全。

1 現(xiàn)狀描述

翻斗車是指通過液壓傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)舉升油缸達(dá)到自行卸載物料的設(shè)備。由動(dòng)力總成、駕駛室、底盤、液壓舉升油缸、車廂、取力裝置等部件組成，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓舉升油缸，將車廂傾斜成一定的角度，打開后擋板進(jìn)行卸貨，傾斜完畢后停止供油，依靠車廂自重使其復(fù)位。工礦型翻斗車具有攀爬能力強(qiáng)、載重量大、轉(zhuǎn)彎半徑小、工作效率高等優(yōu)勢(shì)，針對(duì)礦山艱苦惡劣的特殊環(huán)境，具有極強(qiáng)的適應(yīng)性和實(shí)用性。它不僅能在工況惡劣的條件下運(yùn)輸?shù)V石和物料，而且工作過程不受季節(jié)性制約，為此在礦山開采以及多種大型施工現(xiàn)場(chǎng)中扮演著重要角色。翻斗車在礦山安全文明生產(chǎn)中經(jīng)常伴隨鏟運(yùn)機(jī)、箕斗、皮帶運(yùn)輸機(jī)等工程機(jī)械聯(lián)合作業(yè)，構(gòu)成鏟、裝、運(yùn)、卸生產(chǎn)線，進(jìn)行毛石、石子、礦石、精礦、尾渣的裝卸、運(yùn)輸工作。

2 國內(nèi)翻斗車發(fā)展歷程

受客觀條件制約，我國的工業(yè)基礎(chǔ)起步較晚，對(duì)比發(fā)到國家，翻斗車技術(shù)發(fā)展有待提高。我國最早從20世紀(jì)60年代末開始注重翻斗車的研發(fā)，彼時(shí)的翻斗車并不是真正意義上的礦用翻斗車，基本上是公路運(yùn)輸車改造而成的。70年代以后，我國開始研制百噸級(jí)電動(dòng)輪礦用翻斗車，1974年起，湘潭電機(jī)廠與鞍山冶金礦山公司、長(zhǎng)春一汽、美國WABCO等企業(yè)合作研制大型電動(dòng)輪翻斗車。經(jīng)過3年努力，于1977年4月制成我國首臺(tái)百噸級(jí)電動(dòng)輪車一“韶峰”SF-3100型電動(dòng)輪翻斗車。該車自重93噸，載重量108t，采用4×2后輪驅(qū)動(dòng)。經(jīng)過近3年的工業(yè)運(yùn)行試驗(yàn)，該車型于1980年8月通過一機(jī)部、冶金部鑒定，開始小批量生產(chǎn)。

20世紀(jì)70年代末恰逢改革開放，各廠礦企業(yè)開始從國外進(jìn)口載重車輛。1979年，江西德興銅礦首次從美國引進(jìn)10臺(tái)載重量154t的電動(dòng)輪自卸車，這是當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的車型。1983年，湘潭電機(jī)廠在引進(jìn)合作基礎(chǔ)上，進(jìn)一步組織了對(duì)“韶峰”SF-3100型電動(dòng)輪翻斗車的動(dòng)力總成、液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)器、駕駛室、車廂、后橋殼、配電柜、勵(lì)磁屏等部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，將其改型為SF3102。通過在首鋼水廠鐵礦一年的試運(yùn)行，每臺(tái)車平均運(yùn)量達(dá)100萬t，運(yùn)行5萬km。該車型于1987年9月通過了國家級(jí)鑒定，被列為國家替代進(jìn)口產(chǎn)品，1988年獲國優(yōu)產(chǎn)品金質(zhì)獎(jiǎng)。

2004年，內(nèi)蒙古北方重型汽車股份有限公司引進(jìn)先進(jìn)的特雷克斯公司技術(shù)，將國產(chǎn)礦用翻斗車的整體技術(shù)水平提升到一個(gè)嶄新高度。2009年三一研發(fā)出的首臺(tái)95t剛性礦用翻斗車，是當(dāng)時(shí)我國自主研發(fā)的載重量最大的剛性礦用翻斗車。2010年1月，湘電集團(tuán)正式啟動(dòng)SF35100型300t級(jí)電動(dòng)輪翻斗車項(xiàng)目。2011年5月，我國首臺(tái)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SF35100型300t交流傳動(dòng)翻斗車在湘電集團(tuán)成功下線。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，國產(chǎn)礦用翻斗車市場(chǎng)發(fā)展頗具規(guī)模。

近年來國內(nèi)翻斗車也開始注重在輕量化方面下功夫。但是，出于成本和技術(shù)方面考慮，國內(nèi)的翻斗車仍然以普通鋼材、鋼板為主要材料，而且為了追求超載，通常把車廂做得比較大，如8×4的車型有的車廂做到8m多長(zhǎng)，6×4的車型做到6.8m，車廂厚度多為底10邊8。在牽引半掛翻斗車領(lǐng)域，國內(nèi)的產(chǎn)品更是稀少。有少部分企業(yè)開發(fā)出側(cè)翻和后翻的整體式半掛翻斗車，但由于半掛車技術(shù)落后，車輛長(zhǎng)度較大，應(yīng)用范圍受到很大限制[1]。

近年隨著治理超載，我國重型卡車發(fā)展勢(shì)頭迅猛，在產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)升級(jí)以及車輛外形方面都發(fā)生了重大變革。在這一過程中翻斗車也得到了發(fā)展，特別是在種類、結(jié)構(gòu)、車輛材料方面都發(fā)生了掀天揭地的變革，出現(xiàn)了很多新品種，如專用的礦用翻斗車、市政土石方運(yùn)輸車、大容量的運(yùn)煤翻斗車以及工程惡劣路況用車等。值得注意的是，這些產(chǎn)品中逐漸引入歐洲的技術(shù)理念，從原型設(shè)計(jì)到結(jié)構(gòu)和材料的應(yīng)用，開始注重借鑒歐洲的成熟經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合國內(nèi)的市場(chǎng)實(shí)際，表現(xiàn)出自身的一些特點(diǎn)。

3 故障分析

3.1 工作原理

從外形結(jié)構(gòu)看，礦用翻斗車與普通載重汽車的差別是駕駛室上部有一個(gè)防護(hù)棚，與車廂焊接在一起，可以防護(hù)駕駛室和操作人員的安全，避免被冒落的礦巖砸傷。我國多數(shù)礦用翻斗車的載重量為30-80t。

礦用翻斗車按車橋驅(qū)動(dòng)方式可以分為：后橋驅(qū)動(dòng)、中橋和后橋驅(qū)動(dòng)（三軸）和全軸驅(qū)動(dòng)。我礦用翻斗車一般為雙軸式驅(qū)動(dòng)，后軸驅(qū)動(dòng)，前軸轉(zhuǎn)向。部分重載翻斗車采用三軸驅(qū)動(dòng)，由兩個(gè)后軸驅(qū)動(dòng)。礦用翻斗車按車廂卸載方式分為：自卸式、底卸式、后卸式，其中后卸式應(yīng)用廣泛。礦用翻斗車運(yùn)輸適合轉(zhuǎn)彎半徑小、坡度大、長(zhǎng)距離運(yùn)輸，機(jī)動(dòng)靈活，可以和裝載機(jī)、礦用箕斗、皮帶運(yùn)輸機(jī)、行車抓斗聯(lián)合作業(yè)運(yùn)輸。礦用翻斗車發(fā)動(dòng)機(jī)為柴油機(jī)，對(duì)比汽油機(jī)，柴油機(jī)熱效率較高，經(jīng)濟(jì)性好；燃油供給系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)安全可靠，故障率低；著火點(diǎn)高，發(fā)生火災(zāi)的概率低；燃燒排出的廢氣，有害氣體相對(duì)較少，綠色環(huán)保[2]。

礦用翻斗車采用液力機(jī)械傳動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒做功，產(chǎn)生動(dòng)力，帶動(dòng)液力變矩器旋轉(zhuǎn)，經(jīng)傳動(dòng)軸輸出連接變速箱，變速箱連接前后車橋差速器經(jīng)半軸傳遞給動(dòng)力至兩側(cè)車輪。液力變矩器傳動(dòng)效率高，變矩增扭，適應(yīng)性強(qiáng)，可根據(jù)路面崎嶇情況自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出扭矩，操作簡(jiǎn)單，同時(shí)兼顧傳動(dòng)過載，可有效延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱的使用壽命，降低設(shè)備故障停機(jī)時(shí)間。

車廂液壓舉升系統(tǒng)由液壓工作泵、分流閥、舉升油缸、液控工作閥、液壓油箱和油管等組成。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液力變矩器連接變速器、取力裝置為液壓泵提供動(dòng)力，高壓油流經(jīng)分流閥、油管進(jìn)入舉升油缸內(nèi)腔，活塞桿向上推進(jìn)，車廂傾翻成一定角度，通過液控工作閥控制系統(tǒng)流量可以調(diào)節(jié)活塞桿運(yùn)動(dòng)，使車廂運(yùn)動(dòng)至合適的傾斜角度上。傾翻工作完成之后，車廂利用自身重力和液壓控制復(fù)位，傾翻動(dòng)作完成。

3.2 翻斗車的組成

翻斗車一般由底盤、動(dòng)力總成、車廂、液壓舉升油缸、副車架、后欄板鎖緊機(jī)構(gòu)及擋泥板組成。底盤由行走系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和卸載裝置構(gòu)成。翻斗車車廂在卸料時(shí)為了縮短卸料時(shí)間，提高工作效率，舉升油缸能傾翻一定角度，極大地縮短了傾翻周期，節(jié)省運(yùn)行成本。

我礦翻斗車只要采用開式舉升液壓系統(tǒng)，主要包括：液壓油箱、齒輪泵、液壓閥（油路換向閥）、液壓舉升油缸（液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件）、取力器以及液壓閥和取力器的控制裝置。

3.3 改造前存在問題

隨著當(dāng)代社會(huì)的不斷發(fā)展和生產(chǎn)建設(shè)的要求，翻斗車源源不斷地投入到生產(chǎn)建設(shè)中去，與此同時(shí)伴隨的問題也慢慢凸顯放大，人類命運(yùn)共同體面臨著巨大挑戰(zhàn)。由于翻斗車車廂密封性不嚴(yán)，運(yùn)輸過程中車廂由于沒有遮蔽，墜物、灑落、超高、超載、粉塵飛揚(yáng)等缺點(diǎn)嚴(yán)重制約人民生活，PM2.5居高不下，霧霾危害家居，影響市容整潔，并且運(yùn)輸過程中掉落的礦石存在重大安全隱患。

自2013年開始，全國各地陸續(xù)開展翻斗車行業(yè)自律，實(shí)施翻斗車安全文明運(yùn)行新規(guī)范，將超速、超員、超載、冒落以及惡性交通事故作為重點(diǎn)整治對(duì)象，翻斗車車廂遮蓋系統(tǒng)改革迫在眉睫。目前各式各樣的密封系統(tǒng)分割著市場(chǎng)份額，但是綜合應(yīng)用效果差強(qiáng)人意。例如：有的直接采用篷布遮蓋[3]。操作難，效果差；有的采用鐵皮圍擋，泄漏嚴(yán)重，也無法防止超載；有的采用自動(dòng)軟篷遮蓋系統(tǒng)，車載電瓶供電帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸通過滑輪與鋼絲繩、連桿等連接的方式帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)伸縮，其缺點(diǎn)是車載電瓶供電量有限，系統(tǒng)無法長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，軌道一旦滑塊被顆粒物堵塞后運(yùn)轉(zhuǎn)不流暢。

為了解決翻斗車運(yùn)輸過程中存在的上述問題，我礦開展公關(guān)調(diào)研，對(duì)翻斗車車廂遮蓋系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用液壓傳動(dòng)與電氣智能控制并聯(lián)，使其具備自動(dòng)化遮蓋功能，克服了車廂礦石墜落、超載、超高等問題，經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)營試驗(yàn)，該系統(tǒng)工作性能可靠，推廣應(yīng)用性強(qiáng)。

4 研究階段

4.1 篷布自動(dòng)遮蓋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

翻斗車自動(dòng)篷布遮蓋系統(tǒng)由能源裝置系統(tǒng)、動(dòng)力傳輸系統(tǒng)、篷布遮蔽系統(tǒng)、執(zhí)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電氣智能控制系統(tǒng)等構(gòu)成。

4.2 執(zhí)行系統(tǒng)伸縮原理

篷布與撐桿固聯(lián)在一起，由車載電瓶接出的動(dòng)力源使動(dòng)力元件（動(dòng)力元件包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、液壓工作泵、液壓馬達(dá)等）獲得旋轉(zhuǎn)動(dòng)力帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)車廂兩側(cè)的鏈輪，鏈輪嚙合鏈條進(jìn)行往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)[4]。車廂前端滑塊固定不動(dòng)，車廂末端的滑塊與鏈條固聯(lián)。滑塊以鋼絲繩為滑軌，鏈條的旋轉(zhuǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)末端滑塊沿著鋼絲繩軌道往復(fù)做功。

4.3 電氣智能控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)主要由電氣元件及用電設(shè)備構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)大功率運(yùn)轉(zhuǎn)，連接眾多傳感器，設(shè)置了各種開關(guān)，開關(guān)和傳感器通過導(dǎo)線連接中央控制器以確保相關(guān)信息的實(shí)時(shí)收發(fā)與反饋，會(huì)有大量信息在各電控單元間傳遞，多個(gè)電控單元需共享部分信息，形成了大量導(dǎo)線捆成的線扎，使電子線路復(fù)雜程度不斷提高，線重和占用空間會(huì)降低車輛的控制性能，傳統(tǒng)的接、布線方式及電氣控制方式（以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)為主）增加了設(shè)計(jì)、裝配、維護(hù)等難度，已經(jīng)難以滿足汽車電氣控制系統(tǒng)的信息共享及電氣控制需求。同時(shí)數(shù)量不斷增加的線路接頭制約了系統(tǒng)的穩(wěn)定性及安全性，相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分的過線難度隨著線路體積的增大而明顯增加。

該翻斗車篷布自動(dòng)遮蓋系統(tǒng)除采用駕駛室手動(dòng)操作方式外還安裝有PLC自動(dòng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，司機(jī)可以在駕駛室之外通過手持式控制器完成對(duì)車廂篷布的開合操作，方便快捷。

5 創(chuàng)新點(diǎn)和先進(jìn)性[5]

全封閉式的篷布遮蓋有效緩解了翻斗車引起地粉塵飛揚(yáng)，PM2.5污染問題。采用全液壓動(dòng)力系統(tǒng)，動(dòng)力充沛，運(yùn)行穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，運(yùn)行速度可調(diào)?；売射摻z繩制成，有效解決由于礦石冒落到滑軌導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不流暢的情況。安全可靠性強(qiáng)，使用周期長(zhǎng)，在原有車輛外形尺寸上稍作改變即可投入運(yùn)營。用空間小，設(shè)計(jì)精巧，結(jié)構(gòu)緊湊，制作成本低，加工制作簡(jiǎn)便，推廣性強(qiáng)。

6 效益分析

經(jīng)濟(jì)效益方面：經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后的翻斗車篷布自動(dòng)遮蓋系統(tǒng)在我礦翻斗車上全面推廣運(yùn)營，應(yīng)用效果良好。通過該裝置，可有效避免礦石拋灑、墜落現(xiàn)象的發(fā)生，避免翻斗車備件被墜物砸傷損毀，同時(shí)有效節(jié)約礦產(chǎn)資源，投產(chǎn)運(yùn)營，吞石吐金，年度累計(jì)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值100余萬元。

安全效益方面：經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)之后的翻斗車篷布自動(dòng)遮蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，維修方便，有效緩解了車廂冒載墜落等問題，改善了城市生活環(huán)境，緩解PM2.5。同時(shí)避免員工因礦石墜落砸死、砸傷事故的發(fā)生，保障礦山安全文明生產(chǎn)。

7 結(jié)束語

綜上所述，本文主要是就礦用翻斗車篷布自動(dòng)遮蓋裝置的研制與應(yīng)用展開分析的，主要是從經(jīng)濟(jì)效益和安全效益兩個(gè)方面展開論述的。該研究在翻斗車上的應(yīng)用在節(jié)約生產(chǎn)成本的同時(shí)極大限度推進(jìn)礦山機(jī)械安全管理，國家要加大支持力度，提高綜合應(yīng)用，促使該設(shè)備可以在采礦作業(yè)中發(fā)揮出應(yīng)有的價(jià)值,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。