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摘要：目前，国内外大中型矿山矿石有轨运输车辆按卸载方式的不同，主要采用底卸式及底侧卸式矿车。以上两种型式矿车均能实现连续自动卸矿。但底卸式矿车存在冲击剧变、卸载站尺寸大、卸载曲轨易磨损变形、只能单向卸载、安全可靠性差等缺陷。相对而言，卸矿平稳、综合技术优良的底侧卸式矿车日益被众多矿山采用。本文就这对10m3底侧卸式矿车的改进设计及其应用进行分析。
关键词：底侧卸式矿车；改进设计；应用
1概述
目前，国内底侧卸式矿车虽已设计制做了2m3和4m3，6m3矿车，但并未成功地用于矿山生产。对于日产矿石规模在6000t以上的大型矿山，采用小矿车运输是不经济的。首先，对于开采规模大的矿山，出于通风的要求，其运输巷道断面要求很大，在不增加巷道工程量的条件下，采用大容积矿车是切实可行的；其次，采用大容积矿车，可以缩短列车组的长度、减少列车数量，改善列车运行的灵活性和平稳性，简化运输信号控制系统，提高运输系统的可靠性。通过技术经济比较发现，对于日产矿石规模在6000t以上的大型矿山，采用10m3底侧卸式矿车是经济合理的。应某矿山要求，我们在测绘10m3底侧卸式矿车时，对矿车进行了改进工作。
2 10m3底侧卸式矿车的改进设计
2.1 10m3底侧卸式矿车的工作原理
10m3矿车由底侧卸式矿车和卸载站两大部分配套组成，底侧卸式矿车由车箱（1）、与车箱（1）底部一侧通过铰轴相连接的底架（4）、两组与底架（4）相连接的转向架（2）、与底架（4）一侧中部相连接的卸载轮（3）组成，车箱（1）的两端分别设有自动挂钩装置（5）；卸载站由在车箱翼板（1.3）两侧设置的水平挡轮（6）和与基础相固定的两排托轮（7）组成，卸载站的中部设有根据卸载轮（3）的运动轨迹所设计的卸载曲轨（8），卸载曲轨（8）与基础相连接，当矿车通过卸载站卸矿时，底架（4）的上平面与车箱（1）的下口之间的最大卸载角度为50度，10m3矿车编组进入卸载站后，电机车无牵引能力，依靠其两侧翼板，被支承在卸载站两侧的拖轮群上。卸载空间曲轨按给定参数设计成三维空间曲线，并被分为卸载、过渡、复位三部分。卸载段：卸载轮与曲轨啮合，车架门的开启角从小到大，矿石逐渐被卸下。过渡段：开启角达到最大值，矿石被全部卸下。复位段：车架门的开启角从大到小，至轨面水平导向护轨段时，车架门闭合，矿车随即离开卸载站，进入正常行驶轨道。
2.2改进设计
2.2.1车箱车底架结构及材质的改进
原10m3底侧卸式矿车的车箱及车底架材料为Q235A，其耐磨性、耐蚀性及耐冲击性均较差，尤其是车底架，在使用过程中经常发生变形，返修率很高，使用寿命短。据此，在10m3底侧卸式矿车的改进设计中，车箱及车底架材料均采用16Mn钢，结构也做相应改进。与Q235A钢相比，16Mn钢强度提高50%，耐大气腐蚀性提高20～ 38%，低温冲击韧性也较优越，且价格不贵。国内某钢厂曾与矿山联合研制出了QJ50和QJ70稀土钢板，并已用于矿车底架覆盖板上，使用效果很好，使用寿命比16Mn钢提高1.5～ 2倍，但这种钢材价格较贵，对矿车耐磨性要求较高的矿山是适用的；此外，车底板也可以堆焊耐磨焊条以提高其耐磨性。在车底架结构设计上，通过采用两根箱形纵向主梁与横向车轮支撑梁组成刚性框架结构，使其强度大大增强，减少变形，不但减少维修量，而且延长矿车的使用寿命。
2.2.2电缆线敷设位置的改进
底侧卸式矿车必须首尾双机牵引，为了保证首尾牵引机车同步，电缆线需穿越矿车将首尾机车连锁控制。原10m3底侧卸式矿车的电缆线没有敷设在矿车运行中心线上，列车通过弯道时，电缆线被扯断，更换电缆线不但费用高，而且影响生产。有些矿山为了避免该事故的发生，在实际生产中经常采用单机牵引，靠惯性强行通过卸载站进行卸矿，这样不但没有发挥电机车双机牵引的作用，而且对卸载站的冲击很大，严重影响了卸载站的使用寿命。更为严重的是，在列车惯性不足的情况下会停在卸载站上，事故处理更加困难。在本次设计中，将电缆线敷设于两矿车运行中心线上，避免上述事故的发生，使运输系统安全可靠。
2.2.3车底架铰接轴耳板的改进
①底侧卸式矿车车箱与车底架采用四个铰轴的受力并不是均匀分布的，往往是其中的一、二个铰轴承受全部的卸载力。原10m3底侧卸式矿车车底架耳板在使用过程中显得比较薄弱，耳板经常发生变形。本次改进设计将耳板侧面的加强板加大面积，并使其与车底架焊接成一体，这样增加了耳板的强度，减小变形。
② 原10m3底侧卸式矿车将车箱与车底架连接的四个铰轴孔设计为圆孔，这样在运行过程中，车箱的一侧靠重力压紧车底架，另一侧靠四个铰支点支撑在车底架上，使得车箱和铰轴受力状况都不理想。一方面，车箱底部四周设置的缓冲橡胶的缓冲和支撑作用没有得到充分地发挥，同时，车箱的受力状况也复杂化了；另一方面，无论在矿车运行时，还是在卸矿时，这种结构的铰轴一直承受很大的剪切力，使得耳板的疲劳强度也大为降低，造成耳板变形。为此，本次设计将车底架的铰轴孔改为竖向长椭圆孔，使矿车在运行过程中，车箱靠重力紧紧压在车底架上，铰轴只承受很小一部分力。
2.2.4车箱缓冲弹簧及缓冲座的改进
原10m3底侧卸式矿车车箱缓冲弹簧的安装角为60°，其缓冲橡胶长度短、缓冲面积小、缓冲性能差；而且，底侧卸式矿车由于结构的原因，运行的稳定性较差。如果车箱缓冲弹簧的安装角太大，缓冲橡胶长度短，势必造成缓冲位置的抬高，降低矿车运行的稳定性。本次设计时，在橡胶剪切强度允许的情况下，通过计算尽可能减小车箱缓冲弹簧的安装角，由60°优化为30°，并尽可能地加长缓冲弹簧的长度，降低缓冲位置，增大缓冲面积，以改善矿车装矿时的缓冲性能及矿车运行的稳定性。
2.2.5转向架车轮的改进
原10m3底侧卸式矿车车轮是沿用6 m3的车轮，车轮为整体式的，这样的车轮一旦磨损，就要整体更换，导致使用成本高。本次设计时，将车轮使用轮箍和轮芯组成，如果车轮磨损，更换轮箍即可，节约成本，提高效率。
结束语
改进型10m3底侧卸式矿车在设计上不仅克服了原10m3底侧卸式矿车在使用过程中暴露出的缺陷，而且通过优化设计，结构合理、整体强度高、耐磨性好、使用寿命长、维修工作量小、运营成本低。10m3底侧卸式矿车的使用，更加充分地发挥了底侧卸式矿车运输的优势，保证了大型矿山运输任务的顺利完成。
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论文作者:唐旭斌
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2018/12/17
标签：矿车论文; 车箱论文; 车底论文; 底架论文; 矿山论文; 电缆线论文; 车轮论文; 《基层建设》2018年第33期论文;