突破!无轨胶轮车在我国矿井的发展应用过程中的解决对策
无轨胶轮车在我国矿井的发展和应用的过程中,目前主要存在尾气排放大、燃油消耗高、噪音高、维护成本高、巷道适应性差等发展瓶颈,那么该如何突破瓶颈呢?
动力环节
为了改善胶轮车尾气污染带来的矿工职业健康问题,在现有技术条件下,采用更加清洁、更加环保的动力源是必由之路。主要有几下几种方案:
1)电喷柴油发动机降低污染方案。电控燃油喷射系统能够提高系统内的燃油喷射压力,对喷油规律能够准确、灵活控制。
按照不同工况运行时,使柴油机的各燃油喷射参数(喷油压力、喷油量、喷油定时、喷油速率),能够得到实时监控和最优的综合控制,实现降低柴油机排放,提高燃油经济性的目的。
山西天地煤机装备有限公司已经研制出了75kW、130kW、240kW等级的防爆增压中冷电喷柴油机,并得到了推广应用,尾气排放相比机械泵式柴油机减少30%~40%。
2)纯电动驱动方案。在煤矿井下一些通风条件差的区域,为了改善工人的作业环境,确保人身安全,一些作业车采用了铅酸蓄电池纯电动方案。
如用于掘进工作面清理浮煤作业的铲车,在神华神东矿区应用普遍,主要有488-UN-A-TRAC;综采工作面短距离搬运支架的铲板车,主要有VT636、VT650、VT680支架搬运车。
2018年1月,用于神华集团8.8m智能超大采高综采成套装备搬运的100t蓄电池防爆铲板搬运车也已开始应用。
但铅酸蓄电池存在能量密度低、体积大、维护量大、充电时间长、充放电次数少、电池二次污染等缺陷,仅在井下相对封闭狭小的短距离作业车上使用,并未在长距离运输的胶轮车上得到应用。
锂离子蓄电池胶轮车由于井下蓄电池使用容量受限、寿命短、成本高、续航里程短、爬坡能力有限等问题,正在试验当中,在我国并未得到大范围推广应用。
3)油电双动源架线车方案。研究柴油机和电机分时独立驱动的无轨胶轮车,在架线辅运大巷采用电驱动运行;在非架线巷道采用防爆电喷柴油机驱动运行。
该方案可实现煤矿井下主要进风巷内的尾气污染零排放,在通风条件不好的区域尾气排放同比有效降低。
该方案是目前能够做到的比较好的一种,但存在同时布置两种动力致使车辆体积大、整车尺寸大,适应性较之前单动力车也会变差等问题,更需要一整套严格的管理措施来确保车辆在架线区域的安全运行。
4)电电双动源架线车方案。研究车载蓄电池和架线电源作为动力源、电机驱动的无轨胶轮车,在架线辅运大巷采用架线供电运行;在非架线巷道采用车载蓄电池供电运行,架线运行的同时给车载蓄电池充电。
该方案可实现煤矿井下全巷道内的尾气污染零排放,彻底解决胶轮车尾气污染问题,目前还是受限于蓄电池的技术发展。
相信随着成本低、密度高、体积小的蓄电池问世,无需铺轨架线,纯电动无轨胶轮车的春天必将到来。既实现了胶轮车的清洁无污染、节约了能源、减少了噪音,又提高了适应性,降低了故障率,将大大提高我国矿井的现代化水平。
设计制造环节
由于矿井的特殊作业环境,矿用车辆的需求量远小于地面车辆,矿井生产对于胶轮车的要求也仅限于能够满足生产需求,进而导致胶轮车生产厂商不会把过多的精力投入到车辆的精细设计当中,车辆设计还停留在粗糙设计水平。
设计过程中闭门造车、功能冗余,系统过于复杂、仿真手段欠缺、试验不充分、前期经验数据积累不够、设计过于保守、舒适性差等问题普遍存在。
设计制造水平还远远低于成熟的工程机械装备,诸如外观粗糙、装配工艺水平落后、管线布置混乱等问题突出,其应对措施如下:
1)注重整机顶层设计,树立项目课题负责人的总体大局意识,做好市场调研,充分了解客户现场需求,以便设计时宏观把控,合理任务分解。
2)提高设计人员的综合能力,从现场实际需求出发,精简各系统功能,做到简单实用、方便操作、舒适性好、维修方便。车辆设计时去除冗余设计,精简故障点,减少不可控因素,故障率将会大大改善。
3)严格设计过程审查。做好传动系统匹配与计算复核,可以确保车辆动力性能稳定;做好图纸审查,可以有效杜绝低级设计失误。
4)注重关键传动元部件的设计及选型、参与生产工艺管理、加强元部件在的试验力度,做好数据分析及改进试验工作,保证元部件的高可靠性。
5)完善整机装配工艺管理,加强中间过程质量控制。整机装配一定要按照工艺规程严格执行,采取合适的装配手段和方法,拒绝粗暴装配。各种管线布置要有据可依,做到整齐有序,便于元部件和管线的维修和更换。
试验环节
国内无轨胶轮车厂商主要是匹配和组装,外购元部件的数量占到整机关键元部件的80%~90%,其质量得不到保证。自主研发的关键元部件很多时候在试验台上的试验不充分,就冒然服务于整机,带来行车安全隐患。
另外国内除个别厂商拥有比较完善的试车道及整机性能试验台之外,很多厂商还不具备全面测试车辆性能的手段,整机得不到充分地跑合,一些潜在的问题不足以暴露就服务于生产,带来安全隐患的同时也损伤了厂商的质量和信誉。
提高整机装备质量,降低车辆维修成本,该加大元部件及整机的试验力度,在不同工况下进行严格测试和数据分析,并结合现场实验数据进行改进完善才是根本出路。
无轨胶轮车的大范围应用,缩短了矿井生产准备周期,大大提高了矿井运输效率。在肯定其效果的同时,更应该正视其存在的尾气污染大、噪音高、燃油消耗高、维护成本高、适应性差等突出问题,使用清洁动力源、提高设计制造水平、加强整机和元部件试验力度,精细生产打造精品,并逐步将信息技术、无人驾驶
技术、物联网技术等前沿科技进行研究和应用,才能使无轨胶轮车更高效、更安全、更持久地服务于矿井生产。
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