石煤机公司矿用防爆蓄电池无轨胶轮车获专利

[摘 要]本文阐述了无轨胶轮车的研究现状以及传统无轨胶轮车中存在的问题，特别介绍了防爆柴油机无轨胶轮车，结合现有防爆智能蓄电池技术，分析了矿用防爆智能蓄电池无轨胶轮车的技术优势，

[关键词]矿用防爆；智能蓄电池；无轨胶轮车；运输

中图分类号：TD684 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）21-0374-01

煤矿井下辅助运输系统是煤矿生产系统的重要组成部分，主要担负着运输矸石、材料、设备和人员的任务。近年来，随着国家能源经济的快速增长，煤炭资源开发的大集团、大型煤炭基地建设已成为国家能源开发的重点，安全、高效、高产已成为目前煤矿井下生产技术主要发展目标。因此，在建设现代化矿井过程中，无轨胶轮车的优势越来越明显，其在我国煤矿井下运输中占有的比例将日益增大，应用前景好。

1 防爆柴油机无轨胶轮车

1.1 防爆柴油机无轨胶轮车驱动系统

目前无轨运输设备绝大多数是防爆柴油机无轨胶轮车，约占无轨运输设备的85%，主要担负着煤矿井下较长距离、复杂巷道的物料运输。防爆柴油机作为该类无轨胶轮车的动力装置，具有防爆性能。

防爆柴油机主要由柴油机主机、进气防爆系统、排气防爆系统、电气系统和冷却系统等组成。防爆柴油机有别于一般用途的柴油机主要表现在：柴油机的进气系统和排气系统等系统进行防爆改进后才能在矿井下使用；防爆柴油机要有高冷却系统，使柴油机表面温度低于150℃； 防爆柴油机结构应紧凑。

1.2 防爆柴油机无轨胶轮车的传动方式分类

防爆柴油机无轨胶轮车的传动方式可分为： 机械式传动、 静液压传动和静液压-机械传动。

机械式传动由柴油机→离合器→变速箱→传动轴→驱动桥等组成传动链， 目前国产整体式车架类无轨胶轮车均采用该传动方式，具有结构简单、工作可靠、质量轻等优点；静液压传动主要由防爆动力装置、液压泵、低速大扭矩液压马达、油箱等部件组成，鲍久圣等发明的一种矿用电液驱动无轨胶轮车的驱动系统采用了静液压传动方式，其中，防爆电动机通过联轴器连接液压泵，液压泵与液压马达连接，液压马达通过驱动轴和驱动桥与车轮连接； 静液压-机械传动由静液压传动装置和机械传动装置组成，传动路线是：防爆动力装置→液压泵→高速小扭矩马达→分动箱→前后传动轴→前后驱动桥，具有结构紧凑、无级调速、传动效率高等优点。

1.3 防爆柴油机无轨胶轮车特点

尽管防爆柴油机无轨胶轮车具有动力足、功率大、连续作业时间长等优点，但也存在很多缺点。无轨胶轮车低速运行时，柴油燃烧不充分，利用率低，能源消耗较大；在狭隘的煤矿井下巷道中，防爆柴油机排放的有害废气，释放的大量热量及整车产生的噪声污染会对工作人员的身心健康造成严重危害。

2 蓄电池技术

目前井下蓄电池车辆动力源主要有铅酸蓄电池和磷酸铁锂蓄电池两种.

2.1 铅酸蓄电池技术

铅酸蓄电池的优点是在过充电和过放电对电池造成轻微损伤后，可通过小电流充电恢复电池性能，即电池具有自我恢复能力，不需要复杂的电池管理控制电路.铅酸蓄电池的不足在于体积大和质量重，这严重制约了整车续航里程和行驶速度，而且电池在充放电过程中会有氢气排放，尤其在充电后期由于电解大量的蒸馏水而释放出大量的氢气，这会对煤矿井下环境造成污染，同时电池中的铅和酸还会严重污染土壤和水，对人类生存环境造成危害.鉴于铅酸蓄电池存在析氢和电解液泄露等问题， GB3836-2010，爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳 “ d ”保护的设备？中明确禁止存在析氢危险的蓄电池在防爆外壳中使用，该标准的出台意味着铅酸蓄电池在井下蓄电池车辆领域的应用受到了一定程度的限制.。

2.2 磷酸铁锂电池

磷酸铁锂电池具有能量密度大、体积小、质量轻、循环寿命长、充放电效率高、自放电率低以及无记忆效应等特点，而且由于采用负压密封包装，电池在充放电过程中不会释放任何气体，无毒且无污染.但磷酸铁锂电池的不足之处在于安全性差，管理电路和软件复杂，有发生爆炸的危险，而且必须依靠严格的电池管理单元，以保证每节电池都不在低温下充电、不过充电、不过放电以及不高温运行.目前国内正在进行大容量磷酸铁锂电池在煤矿井下应用的探索和使用，2010年国家安标办出台了矿用隔爆（兼本安）型锂离子蓄电池电源安全技术要求 （试行）和“矿用隔爆 （兼本安）型锂离子蓄电池电源安全标志管理方案”等文件，文件中规定煤矿井下运输车辆用电源、柴油机起动机用电源及其它电 源中单体电池的标称容量不超过100Ah ，单体电池或电池组应放置在独立的隔爆腔内，且该隔爆腔内不应放置除电池管理系统中检测单体电池温度的传感元件和防止锂电池安装时发生短路的熔断器.以上规定表明，国内防爆蓄电池动力源正在向锂电池方向发展，国内相关企业已积极展开相关技术研究.目前，开发100Ah、128V 容量等级的防爆型锂电池电源装置已被列入国家高技术研究发展计划相关课题的研究内容.

3 防爆蓄电池无轨胶轮车

3.1 防爆蓄电池无轨胶轮车驱动系统

防爆蓄电池无轨胶轮车约占无轨运输设备的10%，主要担负巷道中人员、材料、设备、煤炭等运输。防爆蓄电池无轨胶轮车驱动原理为：防爆蓄电池→电动机→减速器→驱动桥→轮胎，驱动系统按模块系统可分为：能源子系统、电力驱动子系统和辅助子系统，

3.2 防爆蓄电池无轨胶轮车的驱动方式分类

防爆蓄电池无轨胶轮车的驱动方式可分为： 直流电机驱动方式、 交流电机驱动方式和开关磁阻电机驱动方式。

1） 直流电机驱动方式。由于直流串励电机具有启动转矩大、牵引性能好、过载能力强等优点， 其广泛应用于目前的防爆蓄电池无轨胶轮车。 直流电机调速方法主要分为：主回路串电阻调速和直流斩波调速。相比于主回路串电阻调速，直流斩波调速具有效率高、体积小、无级调速等优点，所以直流电机调速技术广泛采用直流斩波调速。直流斩波调速技术已应用于VTC636型蓄电池搬运车、进口488铲车等蓄电池车辆上。

2） 交流电机驱动方式。由于交流电机驱动技术具有结构简单、制造方便、价格低廉等优点，因此交流电机驱动已经成为一种趋势。目前交流电机驱动技术的典型方法是交流变频调速技术，具有能耗低、调速性能好、起动转矩大等优点，随着现代煤炭科学技术的进一步发展，变频调速技术在煤炭生产中带来的安全、经济、社会效益越来越明显，其将取代直流调速系统成为蓄电池车辆电机控制技术。

3） 开关磁阻电机驱动方式。开关磁阻电机具有结构简单、工作可靠、调速性能好、控制灵活等优点，其在矿用蓄电池机车调速系统中具有很大的应用潜力。如陈云等设计了基于四相8/6极开关磁阻电机的新型矿用蓄电池机车调速系统， 具有良好的动态跟随性和较高的控制精度。

3.3 防爆蓄电池无轨胶轮车特点

防爆蓄电池无轨胶轮车的蓄电池电能来源广泛，车在运行过程中不会污染井下环境，同时具有控制性能优良、结构多样化等优点。充电器装置性能好坏直接影响到蓄电池组的运行效率、 使用寿命等。 虽然近些年矿用蓄电池充电器技术得到了一定发展，邓永红等研制了一款新型铅酸蓄电池高频智能充电器，可实现恒流恒压充电和变电流运行自动切换；卢其威等设计了LLC大功率磷酸铁锂电池充电器，具有效率高、输出电压稳定的优点，但仍无法完全弥补蓄电池技术的不足，如铅酸蓄电池技术由于质量重和体积大等缺点，严重限制无轨胶轮车在高速、 重载工况下的行驶和续驶里程； 磷酸铁锂电池技术的软件和管理电路复杂、 安全性差等缺陷也会限制无轨胶轮车的使用。

4 结语

在建设高产、高效的现代化矿井的迫切需求下，采用高新技术，并依托我国煤矿类型和生产条件开发高效、可靠、环保、经济的无轨辅助运输设备势在必行。无轨胶轮车作为目前国内大型矿井的一种辅助运输方式，对改变井下辅助运输起到了积极作用.现有柴油无轨胶轮车存在空气和噪音污染的问题，开发矿用防爆智能蓄电池无轨胶轮车，经过不懈的努力，解决了柴油无轨胶轮车存在空气和噪音污染的问题.试用结果表明，矿用防爆智能蓄电池无轨胶轮车可以替换绝大部分的柴油无轨胶轮车，具有无污染、噪音低、安全可靠、智能电动等优点，具有极其广阔的市场前景.。

作者简介：

李庚（1982.5），男，陕西咸阳永寿人，本科学历，工程师，企业培训师，2005年进入神华神东煤炭集团工作，现任哈拉沟煤矿车队副队长，先后从事过矿井综采和辅助运输管理工作。