黄 华
山西工程职业学院 机电工程系 太原 030006
近年来,我国以防爆柴油机为动力的无轨胶轮车辅助运输技术呈现快速发展趋势,在煤矿安全、高效生产中发挥了重要作用,但同时也带来了煤矿巷道废气排放浓度加剧和柴油资源消耗加剧问题。
目前,煤矿井下以防爆蓄电池为动力的辅助运输车辆自身的很多关键技术并不完善,如防爆锂电池能量密度仅是地面锂电池的1/3,导致续航里程较短,大吨位运输很难实现。由此,蓄电池车不能大范围替换井下防爆柴油机辅助运输车辆,从而给解决井下巷道污染问题带来困难。
由于地面电车经过数十年的发展,以架空线形式电源作为动力的电车技术较为成熟,为煤矿矿用井下双动力运人车的设计提供了有益参考。笔者借鉴地面电车以架空线电源作为动力的模式,开发设计了矿用井下双动力运人车。
2.1 整车系统组成
矿用井下双动力运人车主要由防爆柴油机和防爆电机两个动力系统、传动系统、电气系统、集电系统、操作系统、液压系统、气动系统共七部分组成,具体组成结构如图1所示。
图1 矿用井下双动力运人车组成结构
2.2 整车结构形式
根据矿用井下双动力运人车的传统设计、使用习惯,以及实际现场调研情况,矿用井下双动力运人车宜采用整体式底盘。
整体式底盘的驾驶操控性能较好,视线开阔,舒适性好。目前,各矿运行的运人车车身以长头式和平头式两种居多。考虑到整体设计方案采用了双动力,相比传统设计多增加了一套动力源设备,为达到整体外观设计更加协调美观的目的,矿用井下双动力运人车采用整体式的长头车身,将驾驶室与车身合为一体,这样乘客可以从后门和副驾驶车门两个地方下车,缩短了下车时间。
2.3 轴距设计
根据整体式车身设计理念,初步设定前悬长度为1 170 mm。为了保持车身的稳定性,尽量增大轴距。前轮转向角按32°计算,确定轴距为3 620 mm,如图2所示。
图2 矿用井下双动力运人车轴距
2.4 传动系统设计
传动系统的设计是矿用井下双动力运人车设计的核心,传动系统的结构直接决定整车结构的合理性。由于矿用井下双动力运人车使用防爆柴油机和防爆电机两个动力源,因此将两个动力源合理结合是传动系统设计的关键。
矿用井下双动力运人车传动系统如图3所示。采用机械传动方式,由动力切换箱直接连接离合器和变速箱。双动力驱动共用一套传动输出系统,通过动力切换箱实现动力源的选择及互锁,整个传动系统使用一套离合器和变速箱,驾驶操纵方式更简化。
图3 矿用井下双动力运人车传动系统
为了保证集电装置受流的稳定性,采用顶滑式且有辅助导向轨道的双碳刷设计,主要优点如下:① 辅助导向轨道能起到稳定集电小车的作用;② 顶滑式集电装置的碳刷在滑触线的下方,有利于集电小车的快速入网与脱网;③ 与同一根滑触线接触的两个碳刷在两个独立的四连杆机构上,通过弹簧的拉力保证与滑触线接触,同时保证集电装置受流的可靠性。
集电装置整体采用轻量化设计,零部件采用薄壁钣金件,绝缘材料满足强度要求,非绝缘的元部件采用镂空设计。集电装置如图4所示。
图4 集电装置
集电装置是煤矿辅助运输车辆的集电系统,具有挂网和托举上网两种工作方式。采用挂网方式,通过电液系统操作翻转轮组件,抱住接触网的导向轨。集电装置的碳刷与滑触线接触取电,向车辆系统供电。采用托举上网方式,入网后靠托举油缸预压力使集电装置与网线接触。托举油缸无杆腔连接液压蓄能器,在集电装置受到冲击时,能够起到能量吸收的作用。
通过试验发现,采用挂网方式工作时,集电装置的安全销未能起到安全作用,存在安全隐患。另外,集电装置直线行驶速度过快时会出现脱轨现象。综合考虑利弊,矿用双动力运人车采用托举上网方式工作。
驾驶操纵系统是矿用井下双动力运人车设计的关键,人机工程学是研究重点。由于矿用井下双动力运人车具有防爆柴油机和防爆电机两个动力源,因此在设计人机显示界面时,采用防爆柴油机驱动,系统自动显示防爆柴油机工作参数,采用防爆电机驱动,系统自动显示防爆电机工作参数。驾驶操纵系统如图5所示。
图5 矿用井下双动力运人车驾驶操纵系统
主驾驶座椅位置的前后、高低可调节,可以满足不同司机坐姿的要求。后座椅采用双排面对面布置,中间通道跨距大于600 mm,座椅安装面至内饰顶部不小于1 000 mm,座椅上表面距离客箱内饰顶部不小于1 000 mm,符合人机工程设计理念。所有座椅都配有独立安全带,安全性高。座椅采用阻燃抗静电绝缘材料,提高防护等级。整车内饰采用绝缘内饰材料,在提高整车美观性、安全性的同时,给乘坐人员以温馨的感觉,提高乘坐的舒适感。矿用井下双动力运人车驾驶操纵系统满足人机工程设计理念,布置合理,可操作性好,安全舒适。
矿用井下双动力运人车采用防爆柴油机和防爆电动机作为双动力源,具有闭锁功能的动力切换箱,实现了动力源的选择及互锁。采用煤矿用逆变交流变频调速控制技术及系统,具有防爆、高效、安全、节能的优点,可应用于煤矿井下辅助运输,提升煤矿井下辅助运输的技术水平,对煤矿井下辅运装备的快速发展具有重要意义。
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