MCC400A礦用自卸車前輪輞優(yōu)勢淺析

許盛林

（江西銅業(yè)集團有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

礦用自卸車產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于冶金、有色、化工、煤炭、建材水電等幾大行業(yè)的土石方運輸。隨著國內(nèi)煤、礦生產(chǎn)的發(fā)展，對于開采規(guī)模不同的礦山，都力求采用大裝載量、大功率車型，以減少汽車用量總數(shù)，提高礦巖運輸效率，降低運輸成本，減少采礦作業(yè)區(qū)域的汽車車流密度，因此，礦用大型自卸車是目前大型露天礦山的主要運輸工具。

近年來，我國礦山重大裝備制造國產(chǎn)化水平顯著提高［1-2］，出現(xiàn)了一大批優(yōu)秀的礦山設(shè)備制造企業(yè)，中冶京誠（湘潭）礦山裝備有限公司就是其中之一，其生產(chǎn)的MCC400A 220T礦用自卸車從2013年進入德興銅礦以來，運行狀況良好，絲毫不亞于進口同類型車輛，在某些方面超越進口同類型車輛。德興銅礦也將更多的使用MCC400A礦用自卸車，隨著投產(chǎn)數(shù)量的增加，完成周轉(zhuǎn)量與同噸位的占比也逐年增加。

2 德興銅礦采礦運輸設(shè)備概況

德興銅礦是江西銅業(yè)集團有限公司旗下主要礦山，承擔著公司自產(chǎn)銅精礦原料80%以上的供給任務(wù)；是亞洲第一大、世界級第三大露天開采大型銅礦。隨著經(jīng)濟社會的高速發(fā)展，對于礦產(chǎn)資源的急切利用和需求量越來越大。礦藏開采深度不斷縱深拉長和采區(qū)面積不斷擴大，對于采礦設(shè)備的安全性能要求及運輸?shù)V巖量難度和開采成本也相應(yīng)增加，以德興銅礦采礦場礦巖運輸電動輪自卸卡車為例,從108t至220t載重量逐步更新，設(shè)備實現(xiàn)大噸位規(guī)模性轉(zhuǎn)變。設(shè)備的大型化后故障率越來越低，穩(wěn)定性和安全隨之提高，設(shè)備可持續(xù)利用率大幅度提高，同時大大提高了生產(chǎn)效率和有效控制了生產(chǎn)成本。

德興銅礦采礦場現(xiàn)有銅廠、富家塢兩個采區(qū)，運輸?shù)V巖設(shè)備車輛包括KOMATSU730E 25臺、KOMATSU830E 10臺、北方重汽NTE200 4臺、中冶京城MCC400A 11臺。近3年采礦大型設(shè)備的投入增加，兩個礦區(qū)完成運輸周轉(zhuǎn)量每年都以8.8%量增加。

3 輪輞概述

3.1 輪輞簡介

輪輞俗稱輪圈，是在車輪上周邊安裝和支撐輪胎的部件，與輪輻組成車輪。輪輞的常見形式主要有兩種：深槽輪輞和平底輪輞［3］。

深槽輪輞如圖1所示，這種輪輞為整體式，其斷面中部為一深凹槽，兩側(cè)有帶肩凸緣，用以安放外胎胎圈，其肩部通常略向中間傾斜，其傾斜角一般是4～6°，傾斜部分的最大直徑即稱為輪胎胎圈與輪輞的著合直徑。斷面的中部制成深凹槽，以便于外胎的拆裝。深槽輪輞結(jié)構(gòu)簡單，剛度大、質(zhì)量小，適用于小尺寸輪胎。

圖1 深槽輪輞簡圖

平底輪輞結(jié)構(gòu)有較多形式，圖2所示為一種常用的單鎖圈平底輪輞形式。在安裝輪胎時，先將輪胎套在輪輞上，而后套上擋圈，并將它向內(nèi)推，直至越過輪輞上的環(huán)形槽，再將開口的彈性鎖圈嵌入環(huán)形槽中。礦用自卸車上輪輞主要采用平底形式輪輞。

圖2 平底輪輞簡圖

3.2 礦用自卸車輪輞簡介

礦用自卸車一般在環(huán)境惡劣、濕度大、溫差變化大及崎嶇不平的礦山上使用，輪輞作為支撐整個礦車的關(guān)鍵零部件，其承載能力、使用壽命以及安全性都有較為苛刻的要求［3-6］。輪輞一般使用高強度合金鍛環(huán)通過焊接、加工制造而成。輪輞通過高強度螺栓與前輪法蘭連為一體。前輪軸法蘭內(nèi)圈回轉(zhuǎn)面通過兩個單列圓錐滾子軸承安裝在前輪軸頸上，前輪軸通過前油氣懸架與主車架相連。

3.2.1 礦用自卸車輪輞分類

輪輞與輪軸的連接形式總體分為兩大類，一是幅板式，即在輪輞的筒體中部位置焊接一塊有多個螺栓孔均勻分布的連接盤，如圖3所示；二是非幅板式，即在輪輞的筒體內(nèi)加工成斜臺階面，通過斜面與前輪法蘭或輪馬達上斜面接觸安裝，如圖4所示。

圖3 幅板式的連接形式

圖4 非幅板式連接形式

對比兩種連接方式，它們的優(yōu)缺點有如下。對于輻板式輪輞，輪輞體中部的幅板上均勻分布多個螺栓孔，固定螺栓穿過螺栓孔將輪輞安裝在輪軸上。這些螺栓都為剛性連接，在其共同作用下，輪輞與前輪法蘭之間的相對移動、相對轉(zhuǎn)動被消除，輪輞獲得與前輪法蘭一樣的運動狀態(tài)，隨著前輪法蘭的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。這種使用螺栓固定連接的輪輞可靠性高，安全性好，使用壽命長，后期維護較方便。即使幅板上的一個螺栓受剪切力斷裂時，其他剩余的螺栓依然能夠?qū)⑤嗇y與輪軸固定連接，維護更換新的螺栓后，輪輞的連接效果不受影響，并可長期使用。

對于非幅板式的輪輞僅僅依靠定位塊的槽口和輪輞槽段上的內(nèi)斜面與輪軸的配合，其實質(zhì)是利用輪輞與前輪法蘭斜面的靜摩擦力連接而成。這種連接方式簡單，但是，對于在重載、潮濕、崎嶇的環(huán)境下長時間使用的輪輞來說，定位塊連接較容易打滑，輪輞本身也會由于連接的不穩(wěn)定而產(chǎn)生振動，從而減少輪輞的使用壽命。

3.2.2 礦用自卸車輪輞結(jié)構(gòu)

輻板式輪輞和非輻板式輪輞主要部件為：輪輞基座、鎖圈、O型圈、輪緣圈、法蘭組成。根據(jù)鎖圈數(shù)量的不同，可分為單鎖圈結(jié)構(gòu)輪輞和雙鎖圈結(jié)構(gòu)輪輞。如圖5所示，圖中I為單鎖圈結(jié)構(gòu)輪輞，II為雙鎖圈結(jié)構(gòu)輪輞。在礦用自卸車上，前輪一般使用單鎖圈結(jié)構(gòu)輪輞。按照各礦輪胎安裝設(shè)備及輪胎拆分設(shè)備和拆卸方法的不同，后輪輪輞單雙鎖圈形式搭配使用，雙鎖圈結(jié)構(gòu)形式輪輞一般只是用于后輪外側(cè)輪胎。

圖5 輪輞結(jié)構(gòu)示圖

國產(chǎn)MCC400A 220t礦車使用57-29.00/6.0型輪輞，使用輪胎型號為40.00R57/46.90R57，可選用普利司通、米其林、TITAN、固特異等品牌輪胎。前后輪輪輞均使用單鎖圈結(jié)構(gòu)形式輪輞。

4 前輪輞分析對比

4.1 安裝方式

在江銅所采用的礦用自卸車中，小松730E、830E及前輪均采用非輻板形式前輪輞，如圖6（a）所示，其前輪安裝使用35個1”-14UNF *7 1/4”的高強度栓頭螺桿，通過前輪安裝定位塊將輪胎與前輪法蘭相連。MCC400A前輪采用輻板式輪輞，如圖6（b）所示，其前輪安裝使用53個M30*145的前輪安裝專用高強度螺栓，通過M30螺母將前輪固定于前輪法蘭上。

圖6 前輪輞安裝形式對比

4.2 使用性能

4.2.1 使用經(jīng)濟性

德興銅礦處于中亞熱帶濕潤季風區(qū)，四季雨量充沛，特別是雨季降雨較多，路面濕滑。礦內(nèi)運輸路面為堅硬巖石鋪設(shè)導致輪胎磨損較快，輪胎更換頻繁。根據(jù)運行車輛的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，小松730E、830E自卸車前輪所使用的1”-14UNF *7 1/4”細牙螺栓，由于頻繁拆卸大部分螺栓使用過程中容易滑絲，導致螺栓頻繁更換。MCC400A所使用的M30粗牙螺栓是小松730E、830E前輪螺栓壽命的10倍。使用非輻板形式前輪輞的輪胎安裝還需要通過前輪安裝定位塊壓緊，額外增加了電動輪的維護使用費用。

兩種輪輞運行成本統(tǒng)計如下：730E、830E前輪螺栓、螺母、壓塊，3種備件各35件。在前輪轂鉆通孔時還產(chǎn)生了額外的成本費用，造成停機5天，拆裝工時費和輔助設(shè)備的投入。運行3萬小時為一個大修周期，消耗成本合計約6.8萬元。MCC400A一個大修周期只需更換一次螺栓螺母，成本約為1.4萬元，節(jié)約了車輛使用成本。

此外，非輻板形式前輪輞受力點在邊緣，造成輪輞接觸面斜面處容易開裂，輻板形式前輪輞受力點在中間，受力均勻，且輻板還起到支撐加固的作用，輪輞不易變形開裂，其使用壽命與其它輪輞相比提高了30%。

4.2.2 維護方便性

730E、830E前輪都是使用的非輻板式輪輞，安裝時輪輞內(nèi)側(cè)斜面與前輪法蘭上外斜面接觸配合，通過前輪安裝定位塊壓緊。由于輪胎拆卸較為頻繁致使前輪安裝螺栓絲扣容易滑絲，滑絲后不能將輪輞斜面與前輪法蘭上的斜面壓緊，導致輪輞在斜面處打滑，損壞前輪法蘭配合斜面。如圖7所示，前輪法蘭斜面整圈被磨出凹槽，螺栓斷裂2根。

圖7 前輪法蘭磨損圖例

對于出現(xiàn)前輪法蘭斜面磨損的情況，不得不將前輪法蘭整體從礦車上拆下，將損壞的斜面使用焊接方法堆焊填平凹槽，再上機床加工配合斜面，增加了車輛的維護時間及維修成本。根據(jù)統(tǒng)計，將前輪法蘭拆下焊接到上機床加工再到回裝前輪法蘭需要7～10天的時間，在這期間車輛無法運行，使車輛運行效率大大降低。國產(chǎn)MCC400A由于使用的輻板式前輪輪輞，完全避免了上述情況發(fā)生。

4.2.3 使用安全性

同樣的，由于730E、830E前輪使用的非輻板式輪輞 ，安裝時輪輞內(nèi)側(cè)斜面與前輪法蘭上外斜面接觸配合，通過前輪安裝定位塊壓緊。由于前輪法蘭斜面或輪輞斜面磨損，導致斜面上有凸塊或凹坑，導致輪胎安裝后前段時間內(nèi)輪輞斜面能與前輪法蘭斜面較緊配合，一旦凸塊或凹坑被壓平，則輪輞斜面與前輪法蘭斜面配合不緊，出現(xiàn)滑移，將前輪充氣管切斷，將導致前輪瞬間漏氣。當這種情況出現(xiàn)于重載下坡時，會對駕駛員造成傷害，也對車輛安全造成損傷。此外非輻板式輪輞由于邊緣受力，接觸面斜面處開裂容易開裂，裂紋一般不易發(fā)現(xiàn)，也給運行車輛帶來較大的安全隱患。

5 結(jié)語

MCC400A型礦用自卸車作為國內(nèi)同類型車中的佼佼者，在與國際同類車的同臺競技中不亞于對方，在部分方面領(lǐng)先同行。MCC400A礦車使用的輪輻式前輪輪輞維護簡單，運行故障低， 2013年投入至今，與同噸位830E穩(wěn)定性對比，一天分3個班每個班8小時，830E型平均每班作業(yè)6.1小時，中冶車型每班作業(yè)6.6小時。故障率減少，作業(yè)量增加，投入的人力物力少。從最初的使用2臺設(shè)備增加到現(xiàn)在的11臺，單機臺在同等條件下完成作業(yè)量對比，是同噸位的1.12倍。2019年將會繼續(xù)再增加6臺，隨著車輛增加，完成任務(wù)增加，車輛的優(yōu)越性更顯著。