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  煤矿混凝土自动上料搅拌车的开发和应用

  防爆胶轮车运输是无轨辅助运输的一种重要运输方式,现在采用无轨辅助运输的矿井,对煤矿巷道的路面要求越来越高,且由于煤矿装备的重量逐年增加,部分矿井单个液压支架的重量已经达到 80 t,对巷道路面要求高于地面公路要求,因此开发适合煤矿井下使用的混凝土自动上料搅拌车势在必行。混凝土自动上料搅拌车的作用是把搅拌好的混凝土从混凝土搅拌站运输到煤矿井下合适的位置,进行路面的铺设。 全过程要保证混凝土罐不停运转,保证混凝土在规定的时间和距离内既不离析粗骨料又不沉降,保持水泥良好的和易性。
煤矿混凝土自动上料搅拌车的开发和应用
  1 煤矿井下无轨自动上料搅拌车有如下特点:

  (1)煤矿井下混凝土自动上料搅拌车在巷道内作业,其整体外型尺寸要小于地面车辆,需要专门开发;

  (2)井下电气系统需要国家煤安标志,混凝土搅拌车属于小批量生产,防爆电气元件需开发,难度较大;

  (3)巷道交通不方便,运输中各种突发事件,混凝土运输过程时间长。

  将从煤矿这些特点展开讨论,探讨煤矿混凝土车的开发和应用。

  1 煤矿混凝土自动上料搅拌车的总体要求一般公路使用的混凝土自动上料搅拌车没有外形尺寸要求,以厦工东风 153 自动上料搅拌车为例,5 方混凝土自动上料搅拌车的外形尺寸是 7 950 mm×2 500 mm×3 610 mm,由于受煤矿巷道的限制,煤矿要求的外形尺寸大部分是8 100 mm×2 100 mm×2 700 mm 左右,常规公路使用的外形在宽度和高度方面远远不能满足煤矿的使用要求,需对混凝土自动上料搅拌车要重新设计,合理分配整机空载和重载情况下的重心位置,以及上、下坡时的重心位置变化,保证整车全地形运行稳定可靠,这是煤矿混凝土自动上料搅拌车和公路混凝土自动上料搅拌车无法通用的重要因素。

  2 煤矿混凝土自动上料搅拌车罐速度控制方案

  (1)混凝土自动上料搅拌车运行要点

  根据中华人民共和国汽车行业标准《混凝土搅拌运输车技术条件》要求,搅拌运输车从装料到卸料最长时间不超过 90 min,最多转动不超过 300 r,因此混凝土搅拌罐的转动速度如下:

  ①进料时,搅拌罐的搅拌速度 2~8 r/min;

  ②运输过程中搅拌罐的搅拌速度 1~3 r/min;

  ③到达施工现场后,搅拌罐以 10~20 r/min 的搅拌速度运行 1 min,然后卸料;

  ④卸料时,搅拌罐以 8~10 r/min 速度逆转;

  ⑤尽量避免运输熟混凝土。

  (2)混凝土搅拌罐常规速度控制方案混凝土搅拌罐要求恒速转动,不随整车行走速度变化而变化。

  ①给搅拌罐配备一个副发动机,通过控制发动机的转速来控制搅拌罐的搅拌速度,使整车行走速度完全和搅拌罐的搅拌速度脱离。 这种控制方式自动上料搅拌车上现已不在使用,只是在当初功率无法合理分配时曾经使用过。

  ②采用电液控制方案,通过检测行车速度来控制电控变量泵的排量,从而控制去搅拌罐搅拌马达的流量,使搅拌罐的搅拌速度按照设定值来旋转,这种控制方式简单易行,由于混凝土自动上料搅拌车的大量使用,成本也得到有效控制,几乎所有混凝土自动上料搅拌车都是此种控制方式。
煤矿混凝土自动上料搅拌车的开发和应用
  (3)煤矿混凝土搅拌罐速度控制方案

  煤矿装备所有电控系统都需要获得煤矿安全标志,要求电气元件需要本安型或者隔爆型且具有煤安标志。 由于现阶段煤矿混凝土自动上料搅拌车属于小批量制造,而开发具有煤安标志的本安型或隔爆型电气元件需要煤安认证,开发成本较高,因此煤矿混凝土搅拌罐的速度控制需要寻找其他方案解决。混凝土搅拌罐速度控制难点是在行进过程中保持搅拌罐恒定转速旋转。 在不使用电气系统的情况下,按常规控制方式自动上料搅拌车在行进过程中,发动机转速在 600~2 200 r/min,而搅拌罐体的转速变化范围4 倍,无法满足使用要求。

  经过论证,采用纯液压控制的速度控制。 原理是在发动机上配备一个小齿轮泵,通过发动机转速变化,引起齿轮泵转速的变化,从而齿轮泵的流量发生变化。 齿轮泵的液压油通过一个固定式节流孔,由于流量变化,节流孔两端的压差是不同的,通过不同的压差来控制液控变量泵的排量,发动机转速越高,泵的排量越小,保证混凝土搅拌罐的变量泵的流量基本相同,在混凝土自动上料搅拌车行进过程中,搅拌罐的转速始终控制在 1~3 r/min,在进料和卸料时采取另外的液压控制系统,单独控制使转速满足混凝土搅拌的要求。

  3 紧急救援系统的设计

  由于煤矿井下工作环境复杂,车辆发生故障得不到及时排除,将造成搅拌筒凝固,处理一个凝固的搅拌罐需要 1 万元左右,造成很大损失,因此增加紧急救援装置很有必要。公路自动上料搅拌车都配有机械式的紧急卸料装置,但是由于操作费劲,劳动强度大,适用范围窄,适用性不强。针对这一情况设计了一套液压紧急救援装置,在车辆失去动力时,可进行紧急救援,保证罐体及时卸料,避免发生损失。 该系统分两部分。

  (1)增加设计动力切换装置

  在液压气动或电气系统出现故障时,通过该装置的通断转换,及时将部分液压、气动、电气等故障点甩开,并维持发动机的正常运行,使得在维修故障系统时搅拌罐不停转,及时将运混凝土转运出,提高了自动上料搅拌车系统的可靠性。经过切换以后,搅拌系统与行走系统分离,如行走系统某一回路出现问题,不影响搅拌罐旋转系统,通过这一装置,可以将因行走动力系统造成的搅拌罐凝固故障彻底排除。
煤矿混凝土自动上料搅拌车的开发和应用
  (2)设计车辆间的相互救援装置

  一台自动上料搅拌车发生故障时,可使用另外一台正常运行的自动上料搅拌车对其进行救援,通过使用快插接头将搅拌

  罐驱动马达管路的快速互联。依靠救援车辆的动力,驱动搅拌罐旋转并将混凝土排出,保证罐体不凝固。通过这种措施,可以把搅拌罐旋转驱动系统造成的搅拌罐凝固故障排除。

  4 由于煤矿井下的特殊情况,煤机装备与公路装备有一定的区别,积极开发适合煤矿的专用装备,改善煤矿生产的环境、降低煤矿工人的劳动强度、实现煤矿装备的自动化、信息化、智能故障诊断等,早日实现煤矿开采的无人化。

  


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