露天煤矿用重型卸料车的设计研究

・５４・　露大米矿设不　２０１３年第１２期　露天煤矿用重型卸料车的设计研究　高士强，李　洋，刘庆华，张林　（宁夏天地奔牛事业集团有限公司，宁夏石嘴山７５３００１）　摘　要：半连续开采工艺已成为大型露天煤矿剥离系统的重要技术发展方向，其中的关键设备被国外　厂商长期垄断，重型卸料车是整个半连续工艺剥离系统中的重要设备之一。文中介绍了研制设计的运输能力　９　０００　ｔ／ｈ的重型卸料车，大大提高了国产重型卸料车的装备水平，研究成果对改变我国露天煤矿大型设备长　期依赖进口，降低设备采购成本，具有重要意义。　关键词：露天矿；重型卸料车；设计研究　中图分类号：ＴＤ　４２２．４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—９８１６（２０１３）１２—００５４—０３　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ｔｒｉｐｐｅｒ　ｃａｒ　ｉｎ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｅ　ＧＡＯ　Ｓｈｉ－ｑｉａｎｇ，ＬＩＵ　Ｑｉｎｇ－ｈｕａ，ＺＨＡＮＧ　Ｌｉｎ　ｒＮｉｎ￣ｉａ　Ｔｉａｎｄｉ　Ｂｅｎｎｉｕ　ｌｎｄｍｔｒｉａｌ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ　Ｓｈｉｚｕｉｓｈａｎ　７５３００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｍｉ－ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｍｉｎｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｅ　ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｍｏｎｏｐｏｌｉｅｄ　ｂｙ　ｆｏｒｅｉｇｎ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ　ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ，ｈｅａｖｙ　ｔｒｉｐｐｅｒ　ｃａｒ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｅｍｉ－ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ａ　ｈｅａｖｙ　ｔｒｉｐｐｅｒ　ｃａｒ　ｗｉｔｈ　９０００ｔ／ｈ　ｒａｔｅｄ　ｃａｐａｃｉｔｙ，　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｌｅｖｅｌ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｏｆ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｈｅａｖｙ　ｔｒｉｐｐｅｒ　Ｃａｌ＂．ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｆｏｒ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｒｅｌｉａｎｃｅ　ｏｎ　ｉｍｐｏｒｔｓ　ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｕｒｃｈａｓｅ　ｃｏｓｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｖｉｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｉｎｅ；ｈｅａｖｙ　ｔｒｉｐｐｅｒ　ｃａｒ；ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　目前，国内露天矿半连续工艺关键设备主要依　露天煤矿剥离系统半连续开采工艺是在连续开　赖进口或国外设备供应商在中国本地化生产予以解　采工艺和间断开采工艺的基础上发展起来的，目前　决。年产２　０００万ｔ以上大型露天煤矿用综采设备，　应用最广泛的有两种：①单斗一卡车剥离工艺（单斗　其核心技术一直被几家欧美公司所垄断，国内尚未　挖掘机一卡车一半移动式破碎站一半固定式带式输　有国产半连续工艺关键设备的应用实例。国外半连　送机一排土带式输送机一排土机工艺）；②单斗一自　续工艺关键设备价格高、谈判条件苛刻、维护和管理　移式破碎站剥离工艺（单斗挖掘机一自移式破碎　成本高，因此，对同类型设备进行研发，实现半连续　站一转载机一移置式带式输送机一半固定式带式输　工艺关键设备国产化，不仅可以振兴我国大型矿山　送机一排土带式输送机一排土机工艺）。在整个剥离　设备制造产业，而且能够打破蒂森克虏伯、山特维克　等国外厂商的长期垄断，具有重要的战略意义。　系统半连续工艺中，关键设备包括自移式破碎站、半　移动式破碎站、转载机（含漏斗车和电缆车）、移置式　２研究背景　带式输送机、半固定式带式输送机、卸料车、排土机　卸料车是与带式输送机配套使用的卸料设备。　等。其中，卸料车作为排土机工艺中的关键设备，在　本文所研制的重型卸料车是中国煤科大型露天矿山　整个半连续工艺系统中发挥着重要作用。　开采工艺系统及关键设备研制项目中的重要设备之　一收稿日期：２０１３—０７一ｌ３　，与破碎站（９　０００　ｔ／ｈ）、排土机（９　０ｏｏ　ｔ／ｈ）、带式　基金项目：中国煤炭科工集团科技创新基金项目一大型　输送机一起组成了半连续工艺的关键设备。通过卸　露天矿山开采工艺系统及关键设备研制（Ｎｏ．２０１１ＺＤ００７）。　料车实现散土从带式输送机转运至排土机受料臂，　作者简介：高士￣（１９８１一），黑龙江双城人。毕业于东北　经排土机卸料臂将其排至排土场，完成露天煤矿表　大学机械设计及理论专业。硕士研究生，现从事煤矿机械研　土的剥离。普通卸料车通常应用于１　４ＯＯ　ｍｍ以下　发设计工作。　带宽、２．５　ｍ／ｓ以下带速的带式输送机，输送机的带　露天采矿技术　２０１３－ｑ－ｇ　１２期　宽小，速度低，输送能力有限，无法满足长距离、大运　量的物料输送。本文研制的重型卸料车（９　０００　ｔ／ｈ）　专门用于长距离、大运量的露天矿散料输送，若成功　・５５・　应用，将改变我国大型露天煤矿关键设备长期被国　外厂商垄断的格局。　３重型卸料车的结构设计　重型卸料车的整机结构如图１所示。　图１重型卸料车整机结构　重型卸料车的整机结构主要包括以下几部分：车　架、托辊组、卸料漏斗、行走装置、电缆卷筒（动力电缆　和控制电缆）、改向滚筒、液压张紧机构、电气系统等。　】）车架：车架是重型卸料车的核心部件，是各部　件、系统的聚集地，车架主体是以１２　ｍｍ厚钢板为　主材焊接而成，改向滚筒、卸料漏斗等其他部件都通　过高强度螺栓安装于车架上，车架与行走装置通过　铰接相联接，以提高整机工作时的稳定性。　２）托辊组：托辊组与带式输送机相接，输送能力　按如下公式核算。　０＝３．６１ｖｐ＝３．６＆ｋｐ（ｔ／ｈ）　（１）　式中：ｔ，一输送带速度，ｍ／ｓ；　｜Ｉ｝一输送机的倾斜系数；　ｐ一被输送散装物料的堆积密度，（ｆｉｅｒ，）；　Ｓ一输送带上物料的最大横断面积，ｍｚ。　如图２，输送带上允许的最大物料横断面积计　算如下：　‘　Ｉｓｌ＋Ｓｚ　（２）　ｓｌ＝［厶＋（ｂ一／３）ｃｏｓＡ］　ｏ　（３）　ｓ２＝［　十　ｃｏｓＡ］（　ｓｉｎＡ）　（４）　二　二　式中：ｆ３一承载托辊组中间辊的长度，ｍ；　６一输送带装载物料的可用宽度，ｍ；　Ａ一托辊组侧辊轴线与水平线间的夹角，（ｏ）；　一被输送物料的运行堆积角，（。）。　通过以上计算，选择带宽Ｂ＝１　８００　ｍｍ、带速　如　图２三辊槽型截面　５．６　ｍ／ｓ的带式输送机最大输送量满足９　０００　ｄｈ的　设计要求。　３）卸料漏斗：卸料漏斗位于卸料车的头部，卸料　车工作时，物料经过皮带向上运输，当运输到最高处　时，由于惯性落入卸料漏斗中，经卸料漏斗落入排土　机受料臂完成卸料。卸料漏斗带有可调节距离和角　度的挡料板，控制物料投放到指定地点；挡料板内衬　有耐磨板，延长卸料漏斗的使用寿命。　４）行走装置：行走装置采用３Ｏ台电机驱动、通过　减速器驱动车轮实现行走。电机、减速器安装于每个车　轮平衡架上，每台电机驱动一个行走轮，与排土机受料　臂相接的支撑台车因承重相对较小，１６个行走轮采用　只安装ｌ０台电机驱动，其余６个行走轮为从动轮。　５）电缆卷筒：卸料车的电缆卷筒包括动力电缆　卷筒和控制电缆卷筒，每个电缆卷筒由电缆卷盘、排　缆装置、电机、减速器等组成。动力电缆卷筒主要用　于实现排土机、卸料车动力电缆的收放；控制电缆卷　筒主要用于系统控制电缆的收放；同时保证电缆的　收放与卸料车的行走同步。　６）改向滚筒：改向滚筒用于改变输送带的运行　方向、压紧输送带使其增大与滚筒的包角，增大摩擦　力，防止打滑。重型卸料车共设计了２个改向滚筒，　直径均为　＝１　２５０　ｍｍ，一个安装于机头部卸料漏　斗处，胶带输送机将物料提升后经此改向滚筒完成　卸料；另一个安装于机尾部张紧机构处，用于皮带的　改向和张紧。　７）液压张紧机构。胶带运输机的长度达２　０００　ｍ，　胶带长度调整主要通过胶带机机头机尾调整，卸料　车上的液压张紧机构主要用于胶带长度的微调，以　保证胶带在滚筒的奔离点有适当的张力，防止胶带　打滑；还可以补偿胶带的塑性伸长和过载工况时弹　性伸长的变化。重型卸料车作为排土机的配套辅助　（下转第５８页）　・５８・　露天采矿技术　２０１３年第１２期　管理及技术改造等方面的经验，值得相互学习和借　鉴。政府部门和行业协会应通过协调、政策的倾斜逐　售后服务，跟踪产品试用情况，对用户进行技术指　导，定期到作业现场检查耐磨材料的使用情况，协调　解决存在各种问题。随着耐磨材料技术日趋成熟，各　家产品性价比也逐渐相近，也许能否打造全优售后　步建立行业健康秩序和规范程序，促进行业良性发　展。可以与国际品牌合作，通过走引进、借鉴、吸收、　自主创新的路子，逐步打造自主品牌。　服务体系将成为产品关键竞争力。矿山用户也要给　制造企业试用新产品的机会，为实现共赢创造条件。　２）加快技术进步，开发高性能、多品种的产品。　随着矿业规模化发展，集高价值、高效率于一身的矿　用设备大型化受到青睐，为最大限度减少设备维修　停机时间，最大限度发挥设备效能，对耐磨产品的抗　４）国家予　政策上的支持。企业要生存、发展、　壮大，最终实现民族工业振兴，单靠企业自身可能还　难以实现，国家应加大政策扶持力度。企业自主研发　前期必需大量资金支持，国家应通过调研、考察确定　几个骨干企业作为重点扶持对象，在资金上给予大　力支持。同时，建议国家对耐磨材料研发企业及项目　配套企业在税收上给予一定得减免，减少企业资金　压力。通过调节进口耐磨材料的关税，保护国产自主　品牌的价格优势等。　国内耐磨材料市场前景可观，耐磨材料制造企　业面临巨大发展机遇，也面临国外著名产品纷纷进　磨损、耐腐蚀和抗冲击等性能提出了更苛刻的要求。　制造企业应加大研发投入，不断提高产品的性能，满　足用户需求。如大型电铲的斗齿按型式可分为整体　和组合两种，组合斗齿可使用成本更低应用广泛。国　内制造整体斗齿技术已非常成熟，但国产组合斗齿　由于齿座和齿尖配合精度较差、使用寿命短、应用较　少。矿用采掘设备斗齿的消耗量很大，研发满足需求　军国内市场导致竞争加剧的挑战。国内制造企业应　认清形势，加快自身技术改造，加强与矿山用户的互　信和合作，发挥行业协会优势，维护企业正当利益，　发展民族工业，占领国际市场做出应有的贡献。　参考文献：　［１］张增志．耐磨高锰钢［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００２：２—３．　的国产产品，扩大市场占有率意义较大。　同时，制造企业应逐渐扩大规模化，向多品种和　大型化发展，制造流程集铸造、热处理、和机加工于　一体，有利于缩短制造周期、保证质量。ＣＡＴ矿用装　备集团是当今世界最大、品种最齐全的矿业装备公　司，其发展历程中产品多样化、系列化一直是一大特　［２］周平安，姚永茂．耐磨材料企业面临的机遇和挑战［Ｊ］．矿　业装备，２００８，（８）．　［３］刘森，古俊儒，黄正元，等．钒钛高锰钢的理论分析及其　实践［Ｊ］．机械工程材料，１９８８，（３４—３８）．　色，值得借鉴。　３）加强企业之间的合作和信息交流。国内一些　耐磨材料的骨干企业在发展历程中，都积累了经营、　（上接第５５页）　靠性、实用性、经济型、互换性等特点，具有结构紧　凑，适用范围广等特点。行走部采用了３６个行走轮，　组成了２个２轮平衡架，４个４轮平衡架，２个８轮　平衡架结构，与一般的行走系统整体结构相比，既减　小了轮压，又减轻了震动。带宽大、带速高，运输能力　大。结构空间合理布置，将动力电缆卷筒和控制电缆　卷筒集成在卸料车上，在完成卸料功能的同时，实现　设备，整机的动力部分只有行走驱动和电缆卷筒，胶　带张紧机构是卸料车唯一采用液压驱动的部件。因　此，采用外置手动液压张紧机构的设计，系统简单，　使用元件少，既可实现系统功能，又简化了结构的复　杂程度，简单方便成本低，降低了故障率。　８）电气系统：卸料车电气系统共包括３部分：卸　料车走行驱动系统、动力电缆卷筒控制系统、控制电　缆卷筒系统。卸料车行走动作指令由排土机司机室　了电缆车的功能。采用ＰＬＣ和变频控制，可以通过　ＰＬＣ和变频器控制实现整机的软启动和软停车，使　整个卸料车运行平稳，可靠性高。在国产半连续工艺　关键设备中，处于领先水平。该设备的研制成功对露　天煤矿大型设备国产化起到了重要的推动作用。　参考文献：　［１］张汉龄，张晓培．＇１＇Ｉ）７５型带式输送机的优化设计［Ｊ］．煤　矿机械。１９９８。（４）：６－７．　给出。当司机室给出前进的指令时，卸料车变频器启　动，电机抱闸打开，卸料车行走警示灯工作。卸料车　行走到指定位置后，变频器关闭，电机抱闸抱死。卸　料车行走的同时，控制电缆系统和动力电缆系统也　自动判断张紧或放松电缆盘中的电缆。　４结语　［２］程文光，赵海燕，吴俊峰．新型卸料小车的设计特点［Ｊ］．　华电技术。２０１０，３２（１２）：３７—３９．　重型卸料车的整机设计充分体现了先进性、可