固定式矿车的轻量化研究与发展.pdf

1 2 6 童髓蓉 舛技 2 0 14 年 第 4 期 固定式矿车的轻量化研究与发展 吕宝莲 沈 阳焦煤鸡西盛隆公 司供 应处设备 大修科 ， 黑龙 江 鸡 西 1 5 8 1 0 0 摘要近年 来煤炭 生产任务加重 ， 矿井开采 深度增加 ， 煤炭提升运输 能力要求也 大幅增加 。矿 车作 为矿 山运输 系统 中的重 要组成部分 ， 其 自重影响着提 升运输 的效率。本文从矿车材料方面 ， 分析 了矿 车轻量化 的措施 ， 对 于指导矿 车轻量化研 究具 有 一 定的参考意义。 关键 词矿 车运输轻量化材料 中图分类号T D 5 2 4 ． 2 文献标识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 4 ． 0 4 ． 5 5 Re s e a r c h a nd De v e l o pme n t o f Fi xe d M i ne Ca r f o r Li g h t we i g ht Lv B a o - l i a n S u p p l y D e p a r t m e n t o f S h e n y a n g C o k i n g C o a l C o ． ， L t d J i x i S h e n g l o n g B r a n c h h e i l o n g j i a n g J i x i 1 5 8 1 0 0 Ab s t r a c t I n r e c e n t y e a r s ， a s a r e s u l t o f i n c r e a s i n g o f c o a l p r o d u c t i o n a n d t h e d e p t h o f c o al mi n e ，r e q u i r e me n t s o f c o a l t r a n s p o r t a t i o n c a p a c i t y h a s s i g n i f i c a n t i n c r e a s e ． Tr a n s p o rta t i o n e ffic i e n c y o f c o a l mi n e i s s e v e r e l y a f f e c t e d b y b o d y we i g h t o f mi n e c a r a s a n i mp o r t a n t p a r t o f t r a n s p o rt s y s t e m i n c o almi n e ． ．T h i s p a p e r f r o m t h e ma t e r i a l o f mi n e c a l - a n aly z e s t h e l i g h t w e i g h t me a s u r e s ，h a s t h e c e rt a i n r e f e r e n c e s i g n i f i c a n c e f o r t h e s t u d y o n l i g h t we i g h t o f mi n e c a r． Ke y wo r d s mi n e c a r t r a n s p o r t a t i o n l i g h t w e i g h t ma t e r i al 1 矿车轻量化研究的意义 从煤炭的经济生产及技术进步、 提高机械设备 的使用效率、 减少无用功耗、 降低吨煤成本等角度来 说 ， 均有必 要对 提 升运 输设备 进 行轻 量化 改造 。矿 车为煤矿井下最重要的运输工具， 用来运送煤炭及 矸石 ， 由于绞车及电机车牵引力以及牵引绳能力的 限制 ， 所 以被 牵 引矿 车数 量有 限 。在矿 车 规格 一定 的前提下， 矿车 自身质量越大， 无用功耗越多， 提升 和运输效 率越 低。现 用矿 车 比较笨 重 ， 矿 车 自身质 量越大、 质心位置越高 ， 对其运行特性， 如稳定性、 碰 撞特性等的影响就越大， 因此， 无论从节能降耗的角 度， 还是安全平稳的角度 ， 都有必要在满足矿车机械 强度和使用寿命的前提下， 进一步优化结构和性能 参数， 降低矿车自身质量， 从而提高运输效率。 收稿 日期2 0 1 40 31 0 作者简介吕宝莲 1 9 6 8 ． 7一 ， 女 ， 汉 族， 黑龙 江鸡 西市人 ， X - 程 师， 毕业于阜新煤校电气自 动化专业 升本长春工业大学机电一体 化专业 ， 现在 黑龙江省鸡 西市龙煤鸡西分公司安 全监察部 工作 。 2 矿车轻量化研究现状及发展 2 ． 1 矿 车轻 量化研 究现状 矿车作为提升容器 ， 结构尺 寸一定 ， 自重越 小越 好 ， 减轻 自重的途径之一就是采用高强轻质材料。 1 采用高强铝合金， 如国内使用的 L Y 1 2一C Z 、 L C 4一C Z 、 L C 1 5 原 1 5 7 等。 2 采用低合金钢 ， 自重可减轻 2 0 ％左右； 如美 国采用冷却浇注技术改变合金钢中的氢的含量 ， 用 其制成的提升容器， 寿命提高可达 1 0年； 联邦德国 和英国用纳米沉淀技术生成的高强度合金板制造运 煤设备， 与 Q 2 3 5钢相 比， 寿命提高 5 0 ％ ， 自重减轻 2 2． 5～4 0 ％ [ 引 。 3 采用双相钢 ， 是一种高合金不锈钢， 属于奥 氏体 一 铁素体型钢， 强度高， 耐腐蚀性好 ， 用此代替 低合金钢 1 6 M n ， 箕斗重量可减轻 1 ／ 3 。周乃荣等 人 使用 D P 1双相钢作为车箱和车架材料， 设计了 煤矿用 轻型 矿车， 改进 其 中部 分结 构， 自重 减轻 3 0 ％， 延长使用寿命 5 0 ％以上， 车皮系数由0 ． 6降到 0 ． 4 2 ， 整个车箱重心较低， 运行稳定性好。 4 采用高强复合材料。如德国提出的可以通 2 0 1 4年第 4期 童艇茬 斜救 1 2 7 过沉淀反应生产出似结晶体的高强复合材料 z r C uN i A l 合 金 ； 13 本 提 出的高强碳 纳米 纤维 材 料。复合材料具有 比强度高、 比刚度大、 抗疲劳损伤 性能和耐腐蚀性能强， 且易于修补， 应是未来提升运 输容器可供选择 的材料 。新 型轻 型提升 容器通 过对 结构进行优化设计 ， 不仅重量轻 ， 而且结构更加合 理。根据英国煤炭局测算 ， 提升容器自重减轻 1 t ， 提 升机功率可降低 1 0～ 5 0 k W。 2 ． 2 矿车轻量化研 究发展趋势 针对提升容 器 的轻 型 化 问题 已达 成共 识 ， 认 为 轻型提升容器 具 有 重量 轻 、 强度 高 、 载 重 大 、 安 全 性 好等优点， 是矿山提升容器的发展方向。铝合金及 铝基复合材料具有高比强、 高比模量、 轻质、 抗腐蚀 等特点 ， 应用范围广， 成为近年来 国内外新材料研究 热点之一 ， 尤其是铝基复合材料， 是制造车箱及车 架应可供选择 的重要 材料。 近二十几年来 ， 轻型高分子材料发展迅速 ， 应 用领域 不断 扩大 。如 P E T材料 ， 超高 分子量 聚 四氟 乙烯 、 超高分子量聚 乙烯 U H MW P E 等化工材 料 ， 具有不锈蚀 、 耐磨损、 抗冲击强度高等特点 J 。 目前矿山已有多种高分子材料产品得到应用 ， 如浮 选机 叶轮 、 轴 瓦 、 托绳 轮 衬 、 提升 机衬 板 等 。因此 开 发 出高 分子 材料 矿 车 轮 对组 件 ， 减 轻 轮对 重 量 ， 制 作 矿车 车箱 ， 是 减 轻 矿 车 自重 的 重要 途 径 之 一 ， 如 张吉太 使用超高分子量聚乙烯 U H M W P E 作 为箱体材料设计 了箱式矿车 ， 主要适用 1 ． 5 t 、 3 t箱 式矿车， 采用超高分子量聚乙烯制作车箱 ， 可使 车 箱重量约为原来重量的六分之一 ， 耐磨损寿命提高 5倍 以上 ， 年损率仅为 2～ 3 ％ ， 装载矿石时箱体不 易变 形损坏 、 不粘 接 。利 用制 复合 板 工 艺也 可 将 高 分子材料与金属材料或其他非金属材料进行复合 而制成 复合材 料 ， 即将两 种或 两种 以上材 料 组合 到 有新特性的材料， 能集中组分 的优 良特性， 克服其 劣性 ， 即产生复合效应。这种材料具有可重量轻、 强度高 、 耐腐蚀 、 耐磨损等特点 ， 近年来其应用领域 不 断扩 大 。 目前 ， 已有越 来越 多 的直 升 机零 部 件采 用 了这 种复合材料 ； 在能源工业， 用玻璃钢 F R P 、 G R P 加工 防腐托辊 ； 钢 一玻璃钢复合材料罐道 自首次在邯郸 郭二庄煤矿马项副井 中安装使用 以来， 已在多家新 建矿井中得到应用 。因此， 玻璃钢也是矿车车箱可 供选择的材料之一。 目前 ， 作 为 提 升运 输 容 器 之一 的矿 车 ， 国外 主 要是通过提高提升机性能来提高斜井 串车提升能 力和大巷 电机 车的运输能力 ， 而国内对 矿车 的研 究 ， 虽曾有使用高强度低合金 D P 1 双相钢 钢制造 轻型矿车的介绍， 以及使用超高分子量聚乙烯制造 箱式矿车的发明 ， 但通过使用高强轻质材料来实 现矿车 的轻型化 国内还 未 见推 广及 应用 性 报道 ， 目 前矿山使用的矿车的车箱 和车架等主要部件仍然 采用 Q 2 3 5制造 。尤其 是高强 轻质材 料大多 具有 耐 磨 、 耐蚀、 表面光洁等优点， 具有 良好 的自洁和防腐 作用 。 因此， 用一种适合的高强轻质材料来替代矿车 结构 中的部分 或 大部 分钢 质 材料 ， 在保 证性 能 要求 和加工成本合理的前提下 ， 有效减轻矿车 自重， 将成 为矿车发展 的趋 势 ， 也 必将 是 未来 其他 矿用 车 辆发 展 的趋 势。 3 结语 通 过对矿 车 轻量 化 的改 造 ， 能够 增加 矿 车 的增 大容积系数、 减小车皮系数、 提高稳定性。使运输系 统单次运输量增加 ， 大幅提高矿井运力、 降低提升成 本， 保证矿山安全高效的运转， 对矿井生产的技术、 经济指标具有重大影响。 【 参考文献】 [ 1 ] M G B u r k e ， M Wa t a n a b e a n d D B Wi l l i a m s ， e t a 1 ． Q u a n t i t a t i v e c h a r a c t e r i z a t i o n o f n a n o p r e c i p i t a t e s i n i r r a d i a t e d l o wa l l o y s t e e l s Ad v a n c e s i n t h e a p p l i c a t i o n o f F E G S T EM q u a n t i t a t i v e mi c r o a n a l y s i s t o r e a l ma t e r i a l s ． J Ma t e r S c i ， 2 0 0 6 4 1 4 5 1 2 4 5 1 3 ． [ 3 ] 周乃荣， 朱广涛， 徐凤兰等． 轻型矿车[ P ] ． 中国专利 88 21 01 59． 5， 1 98 9022 2． [ 4 ] 刘白， 邓福铭， 曲敬信． 碳纳米管增强铝基复合材料 的设计与研 究[ J ] ． 兵器材料科 学与工程， 2 0 0 3 ， 2 6 6 5 4～ 5 8 ． [ 5 ] 袁俊霞． 超高分子量聚乙烯的性能、 改进及应用[ J ] ． 化 工新 型材料 ， 2 0 0 3 ， 3 1 3 1 9 2 1 ． [ 6 ] 张吉太． 超高分子量聚乙烯箱式矿车[ P ] ． 中国专利 9 5 1 0 4 8 2 0 ． 1 ． 1 9 9 51 12 2 ．