劉???,姜全新,姜海翔,劉東平,劉紹發(fā)
(1.荊楚理工學(xué)院,湖北 荊門448000;2.湖北荊襄設(shè)計(jì)研究公司,湖北 武漢430000)
撬毛車動(dòng)力裝置和行走驅(qū)動(dòng)方式隨著技術(shù)進(jìn)步和時(shí)代的前進(jìn)而變化。由于國外無軌采礦起步早,無軌膠輪車輛圍繞著無軌采礦迅速發(fā)展。在上世紀(jì)60年代初期,形成了以柴油機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置的系列通用底盤車。撬毛車按其整機(jī)質(zhì)量大小而選用不同的通用底盤車。撬毛車整機(jī)質(zhì)量小的選用行走驅(qū)動(dòng)為靜液壓機(jī)械傳動(dòng)的底盤車;整機(jī)質(zhì)量大的選用行走驅(qū)動(dòng)為液力機(jī)械傳動(dòng)的底盤車。從而形成了以柴油機(jī)為動(dòng)力裝置、行走分別為靜液壓機(jī)械傳動(dòng)的撬毛車和液力機(jī)械傳動(dòng)的撬毛車。上世紀(jì)末,出現(xiàn)了以柴油機(jī)、三相異步電動(dòng)機(jī)、行走為靜液壓傳動(dòng)的雙動(dòng)力撬毛車[1]。
國內(nèi)撬毛車研制較晚。直到本世紀(jì)初,我國第一臺(tái)撬毛車投入礦山使用后,先后出現(xiàn)多家撬毛車制造商。由于種種原因,國外有什么國內(nèi)就研發(fā)什么形式的撬毛車,因而形成了上述三種形式的撬毛車。本文試圖分析這些失誤,消除這些失誤,為部分國產(chǎn)撬毛車制造商走出誤區(qū)提供依據(jù)。
撬毛車動(dòng)力裝置有三種形式:柴油機(jī)、柴油機(jī)和三相交流異步電動(dòng)機(jī)(下稱雙動(dòng)力)和純電力。目前純電力裝置價(jià)高而難以推廣。因而,撬毛車動(dòng)力裝置只有柴油機(jī)動(dòng)力裝置和雙動(dòng)力裝置兩種。
柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)是撬毛車最早采用的動(dòng)力裝置。撬毛車的行走和撬毛作業(yè)均由柴油機(jī)提供動(dòng)力。
撬毛車配用柴油機(jī)的功率是由撬毛車的整機(jī)質(zhì)量、最大爬坡能力、最大行走速度和加速度決定的。撬毛車撬毛作業(yè)時(shí)需要的功率是由液壓破碎錘消耗的功率決定的,比撬毛車配用柴油機(jī)的功率小得多。以某國產(chǎn)撬毛車為例,撬毛車配用柴油機(jī)功率約100 kW,配用液壓破碎錘最大功率消耗為10 kW,撬毛作業(yè)時(shí)配用液壓泵排量為40 mL/r。如果滿足液壓破碎達(dá)到最大沖擊能的要求,柴油機(jī)必須以轉(zhuǎn)速1400 r/min 驅(qū)動(dòng)工作泵。查柴油機(jī)特性曲線,此時(shí)柴油機(jī)輸出功率是70 kW。在此工況下,柴油機(jī)將60 kW的輸出功率以發(fā)熱形式損耗掉,更嚴(yán)重的是60 kW 功率所消耗的柴油產(chǎn)生的廢氣排放于工作面,這樣大的廢氣排放量是工作面的供風(fēng)量難以短時(shí)稀釋的,因而危害到撬毛車司機(jī)。這個(gè)實(shí)例充分說明照搬柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)撬毛車行走和撬毛作業(yè)兩個(gè)工況是一個(gè)失誤。從節(jié)能環(huán)保角度看,以柴油機(jī)為動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)的撬毛車應(yīng)予淘汰。
用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)撬毛車的弊端,主要在于撬毛作業(yè)時(shí)對(duì)工作面的空氣污染和能源的浪費(fèi)。為解決這個(gè)問題,利用撬毛車在工作面的三相低壓電源,在撬毛車上安裝一套和柴油機(jī)有同樣功能的三相交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),即柴、電兩套相互獨(dú)立的系統(tǒng)。撬毛車長距離行走時(shí)以柴油機(jī)為動(dòng)力裝置,撬毛車在工作面短距離移動(dòng)和實(shí)施撬毛作業(yè)時(shí)以三相交流異步電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力裝置。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)沒有廢氣排放,運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲小,能量利用率高。正因如此,上世紀(jì)末國外撬毛車采用雙動(dòng)力裝置,井下鑿巖鉆車、井下裝藥車、錨桿車也都采用雙動(dòng)力裝置。我國有的撬毛車制造商從研制撬毛車時(shí)就采用了雙動(dòng)力裝置。顯然,在推廣使用雙動(dòng)力井下車輛的大潮下,撬毛車仍堅(jiān)持僅將柴油機(jī)作為動(dòng)力裝置是一個(gè)失誤。
車輛行走驅(qū)動(dòng)是車輛傳動(dòng)系統(tǒng)的主要組成部分?,F(xiàn)代車輛多采用機(jī)械、液壓、電力等幾種驅(qū)動(dòng)形式。作為井下車輛的撬毛車,曾采用過靜液壓機(jī)械傳動(dòng)和液力機(jī)械傳動(dòng)兩種行走驅(qū)動(dòng)形式。隨著技術(shù)進(jìn)步,靜液壓機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)已在車輛和行走機(jī)械裝備上廣泛應(yīng)用。國外礦山使用的井下鏟運(yùn)機(jī),鏟裝能力在10噸及以下的也廣泛應(yīng)用靜液壓機(jī)械傳動(dòng)。靜液壓機(jī)械傳動(dòng)的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾方面:
(1)靜液壓機(jī)械傳動(dòng)主要是發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能經(jīng)液壓泵轉(zhuǎn)換為液壓油的壓力能,壓力油經(jīng)管道和控制閥傳輸?shù)揭簤厚R達(dá),液壓馬達(dá)重新將壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,從而實(shí)現(xiàn)整車的全液壓傳動(dòng)。這樣,發(fā)動(dòng)機(jī)和行走機(jī)構(gòu)之間不存在機(jī)械聯(lián)系,便于車輛的整體布置。而液力機(jī)械傳動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)和行走機(jī)構(gòu)之間存在著液力變矩器、動(dòng)變速箱、萬向節(jié)傳動(dòng)軸等機(jī)械聯(lián)系,占有空間大,布置不靈活;
(2)當(dāng)行走負(fù)荷小于預(yù)定值時(shí),靜液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)壓力只隨行走負(fù)荷變化,與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)。車輛起動(dòng)和加速性能好。特別在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速下具有出色的牽引特性和爬坡能力,無論在平地和坡度上,均可以平穩(wěn)起步;
(3)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,液壓元件總成的體積、重量相對(duì)于液力傳動(dòng)要?。?/p>
(4)液壓傳動(dòng)效率高,特別在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下尤為突出。
在液壓傳動(dòng)明顯優(yōu)于液力傳動(dòng)的今天,仍然堅(jiān)持液力傳動(dòng)技術(shù)的撬毛車應(yīng)退出歷史舞臺(tái)。況且,采用液力傳動(dòng)的撬毛車無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的雙動(dòng)力傳動(dòng),而行走采用液力傳動(dòng)的撬毛車只能采用柴油機(jī)為動(dòng)力裝置。單獨(dú)以柴油機(jī)為動(dòng)力裝置的撬毛車屬淘汰范圍。
為規(guī)范我國撬毛車的制造,應(yīng)推廣柴油機(jī)、三相交流異步電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力裝置的撬毛車,淘汰柴油機(jī)為動(dòng)力裝置的撬毛車,推廣靜液壓傳動(dòng)的撬毛車,淘汰液力傳動(dòng)的撬毛車。根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn),為防止“理已明,路難行”的教訓(xùn)再次發(fā)生,建議將“撬毛車應(yīng)采用柴油機(jī)、三相交流異步電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力裝置”、“撬毛車行走驅(qū)動(dòng)應(yīng)采用靜液壓傳動(dòng)”列入撬毛車產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中。