矿用无轨设备的安全可靠性分析

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【摘要】 随着采矿技术的不断发展,无轨化采矿方式已被越来越多的矿山所采用,近年来,我厂生产的矿用无轨设备已经广泛地运用于金川公司的矿山生产中,极大地提高了矿山的生产能力,减轻了工人的劳动强度。但是由于井下泥泞多水、通风不良、坡度大等恶劣的使用环境,对矿用无轨设备提出了比较严格的要求。本文结合金川公司二矿区和龙首矿井下环境特点,对矿用无轨设备主要关键部件选配、整车系统性能等方面进行了安全可靠性分析。

【关键词】 矿用无轨设备安全可靠性

我们在进行系统设计时,充分考虑了井下巷道狭窄、坡度大、转弯多、路面多水泥泞等特点,以高起点、高配置为设计主线,充分利用国际工程机械领域在地下无轨采矿设备方面的先进技术,同时兼顾整车制造成本,在对系统设计方案进行可靠性分析和论证的基础上,主要对发动机系统、转向系统、制动系统、传动系统进行了优化设计,使系统的安全性具有可靠性保证。

首先,发动机作为整车的动力源,在矿山井下的恶劣环境中是所有部件中故障发生率最高的。我们在选配时,充分比较了金川公司二矿区和龙首矿的各种无轨内燃采矿设备的发动机型号,在分析论证各自优缺点的基础上,决定选用德国道依茨公司(DUETZ)的两级燃烧低污染柴油发动机,发动机与液力变矩器和车架的柔性联接结构,有效的减小了传动系统和车架的振动。经过金川公司多年来实际使用表明,该系列发动机性能稳定、污染小、故障率低,是矿用无轨设备的首选机型。

其次,在转向系统的设计上,我们采用了国际上比较先进的全液压转向系统,该系统由转向器、流量放大器、液压泵等组成,而流量放大器又由液控换向阀、缓冲阀、优先分配阀、限压阀等集合而成。与传统的转向操作系统相比,该系统可以实现和工作液压系统合流,当车辆在行驶时,系统通过优先分配阀优先满足转向系统工作;当车辆进行举升和卸载作业时,系统又通过分配阀把转向和工作系统合流以满足工作系统大流量用油。同时当车辆进行急转弯操作或在路面不平的道路上行驶时,通过缓冲阀的作用,可以消除系统的瞬间高压或吸空现象,保证转向系统安全可靠地工作。这种系统结构紧凑、操作灵敏轻便、性能稳定可靠,目前,国内外无轨采矿设备基本都采用这种系统。

第三．制动系统性能的稳定可靠性直接影响着行车及停车的安全性。地下无轨采矿设备的制动系统主要由制动器和制动液压系统两部分组成,以完成行车制动、停车制动等功能。我们采用了目前国际上比较先进的全封闭多盘湿式制动器,它与传统的蹄式制动器和钳盘式制动器相比,首先它具有全封闭式结构,不受外界泥水及粉尘的影响,工作性能十分稳定;其次它的制动盘完全浸在循环油液里,散热性能良好,因此制动器的使用寿命比较长;第三它采用多盘式结构,环形工作面积较大,故在较小的制动压力下能获得较大的制动力矩。因此,全封闭多盘湿式制动器彻底解决了井下多泥水引起的水衰退现象和重载斜坡道运行时出现的热衰退现象,充分保证了整车制动性能的安全稳定性。在制动液压系统的设计上,我们采用了全液压双管路蓄能制动回路,它与传统的气动式和气液式制动回路相比,采用蓄能器充液保压,因此制动系统的制动压力稳定,而且即使在发动机突然熄火的状态下,仍然能在短时间内应急制动。在制动系统中,我们还采用双管路设计,各个车轮的制动器管路是分开的,互不影响,如果某一制动管路损坏后,其它制动器仍具有制动能力,因此制动系统具有十分可靠的工作性能。总之,采用全液压双管路蓄能制动回路和全封闭多盘湿式制动器设计的制动系统,完全适合于环境条件比较恶劣的矿山巷道,是井下无轨采矿设备安全工作性能的充分保证。我厂设计的无轨采矿设备的制动系统全部采用全封闭多盘湿式制动器和全液压双管路蓄能制动回路,自从1995年投入金川公司二矿区井下开采现场使用以来,制动系统故障率极低,工作性能十分稳定。实践证明,它比采用传统的蹄式制动器和钳盘式制动器的制动安全性能更高。

最后,在传动系统的设计上,我们采用液力机械传动系统,该系统由液力变矩器、动力换档变速箱、传动轴、驱动桥等组成。它与机械式传动系统、液压式传动系统相比,首先它利用液力变矩器改善了动力装置的输出特性,使无轨设备在正常作业时,其发动机的功率得到充分的发挥;当外载荷突然增加时,变矩器又能在一定范围内降低转速,增大输出扭矩,这样可以避免发动机因外载荷的突然增大而熄火,对设备的行车安全性具有十分重要的意义。其次在液力机械传动系统中,液力变矩器利用流体作为传递动力的工作介质,发动机与传动系统采用柔性连接,能吸收来自外界及发动机和传动系统中产生的冲击和振动,使传动系统中动载荷降低,因而提高了设备的使用寿命。据不完全统计,在无轨设备中,采用液力机械传动系统之后,与原有的传动系统相比,发动机的寿命增加了47%,变速箱寿命增加40%,差速器寿命增加93%。另外液力变矩器本身就是一个无级自动变速箱,它扩大了发动机的动力范围,故变速箱的档位数可以减少,容易实现动力换档的自动化,因而大大地减轻了操作人员的劳动强度,提高了设备的安全行驶能力。我们采用美国克拉克(CLARK)公司的变矩器和变速箱,该公司的传动部件在国际地下无轨设备上占有90%以上的市场份额。通过金川公司二矿区井下无轨设备使用的实践证明,克拉克公司的传动部件使用寿命长、工作性能稳定可靠、故障率低,完全适合井下恶劣的使用环境。

总之,我厂研制开发的无轨设备投入二矿区和龙首矿的井下开采现场,通过这几年的实践证明,整车系统设计安全可靠,动力性能稳定,故障率低,适合矿山井下的特殊使用环境,完全可以保证安全生产。

进一步完善无轨设备的安全可靠性,将是我们生产制造者和使用者面临的一大课题,我们以“用户至上,安全第一”为设计原则。进一步深入现场,调查研究,以便在今后的设计和制造工作中进一步完善我厂的产品性能,使用户用的放心。

参考文献:

[1]忻尚正.矿山机械.冶金工业出版社,1984.11.

[2]官忠范.液压传动系统.机械工业出版社,1989.6.