許盛林

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

礦用自卸車(chē)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(yùn)輸。隨著國(guó)內(nèi)煤、礦生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)于開(kāi)采規(guī)模不同的礦山，都力求采用大裝載量、大功率車(chē)型，以減少汽車(chē)用量總數(shù)，提高礦巖運(yùn)輸效率，降低運(yùn)輸成本，減少采礦作業(yè)區(qū)域的汽車(chē)車(chē)流密度，因此，礦用大型自卸車(chē)是目前大型露天礦山的主要運(yùn)輸工具。

近年來(lái)，我國(guó)礦山重大裝備制造國(guó)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(chéng)（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(chē)從2013年進(jìn)入德興銅礦以來(lái)，運(yùn)行狀況良好，絲毫不亞于進(jìn)口同類(lèi)型車(chē)輛，在某些方面超越進(jìn)口同類(lèi)型車(chē)輛。德興銅礦也將更多的使用MCC400A礦用自卸車(chē)，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(yùn)輸設(shè)備概況

德興銅礦是江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司旗下主要礦山，承擔(dān)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(jí)第三大露天開(kāi)采大型銅礦。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，對(duì)于礦產(chǎn)資源的急切利用和需求量越來(lái)越大。礦藏開(kāi)采深度不斷縱深拉長(zhǎng)和采區(qū)面積不斷擴(kuò)大，對(duì)于采礦設(shè)備的安全性能要求及運(yùn)輸?shù)V巖量難度和開(kāi)采成本也相應(yīng)增加，以德興銅礦采礦場(chǎng)礦巖運(yùn)輸電動(dòng)輪自卸卡車(chē)為例,從108t至220t載重量逐步更新，設(shè)備實(shí)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(lái)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(shí)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(chǎng)現(xiàn)有銅廠、富家塢兩個(gè)采區(qū)，運(yùn)輸?shù)V巖設(shè)備車(chē)輛包括KOMATSU730E 25臺(tái)、KOMATSU830E 10臺(tái)、北方重汽NTE200 4臺(tái)、中冶京城MCC400A 11臺(tái)。近3年采礦大型設(shè)備的投入增加，兩個(gè)礦區(qū)完成運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量每年都以8.8%量增加。

3 輪輞概述

3.1 輪輞簡(jiǎn)介

輪輞俗稱(chēng)輪圈，是在車(chē)輪上周邊安裝和支撐輪胎的部件，與輪輻組成車(chē)輪。輪輞的常見(jiàn)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(chēng)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(jiǎn)單，剛度大、質(zhì)量小，適用于小尺寸輪胎。

圖1 深槽輪輞簡(jiǎn)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(shí)，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(guò)輪輞上的環(huán)形槽，再將開(kāi)口的彈性鎖圈嵌入環(huán)形槽中。礦用自卸車(chē)上輪輞主要采用平底形式輪輞。

圖2 平底輪輞簡(jiǎn)圖

3.2 礦用自卸車(chē)輪輞簡(jiǎn)介

礦用自卸車(chē)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(gè)礦車(chē)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(qiáng)度合金鍛環(huán)通過(guò)焊接、加工制造而成。輪輞通過(guò)高強(qiáng)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(guò)兩個(gè)單列圓錐滾子軸承安裝在前輪軸頸上，前輪軸通過(guò)前油氣懸架與主車(chē)架相連。

3.2.1 礦用自卸車(chē)輪輞分類(lèi)

輪輞與輪軸的連接形式總體分為兩大類(lèi)，一是幅板式，即在輪輞的筒體中部位置焊接一塊有多個(gè)螺栓孔均勻分布的連接盤(pán)，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(tái)階面，通過(guò)斜面與前輪法蘭或輪馬達(dá)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(duì)比兩種連接方式，它們的優(yōu)缺點(diǎn)有如下。對(duì)于輻板式輪輞，輪輞體中部的幅板上均勻分布多個(gè)螺栓孔，固定螺栓穿過(guò)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(duì)移動(dòng)、相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)被消除，輪輞獲得與前輪法蘭一樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，隨著前輪法蘭的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。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(zhǎng)，后期維護(hù)較方便。即使幅板上的一個(gè)螺栓受剪切力斷裂時(shí)，其他剩余的螺栓依然能夠?qū)⑤嗇y與輪軸固定連接，維護(hù)更換新的螺栓后，輪輞的連接效果不受影響，并可長(zhǎng)期使用。

對(duì)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(shí)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(jiǎn)單，但是，對(duì)于在重載、潮濕、崎嶇的環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間使用的輪輞來(lái)說(shuō)，定位塊連接較容易打滑，輪輞本身也會(huì)由于連接的不穩(wěn)定而產(chǎn)生振動(dòng)，從而減少輪輞的使用壽命。

3.2.2 礦用自卸車(chē)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(chē)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(guó)產(chǎn)MCC400A 220t礦車(chē)使用57-29.00/6.0型輪輞，使用輪胎型號(hào)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(duì)比

4.1 安裝方式

在江銅所采用的礦用自卸車(chē)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(gè)1”-14UNF *7 1/4”的高強(qiáng)度栓頭螺桿，通過(guò)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(gè)M30*145的前輪安裝專(zhuān)用高強(qiáng)度螺栓，通過(guò)M30螺母將前輪固定于前輪法蘭上。

圖6 前輪輞安裝形式對(duì)比

4.2 使用性能

4.2.1 使用經(jīng)濟(jì)性

德興銅礦處于中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)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(yùn)輸路面為堅(jiān)硬巖石鋪設(shè)導(dǎo)致輪胎磨損較快，輪胎更換頻繁。根據(jù)運(yùn)行車(chē)輛的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，小松730E、830E自卸車(chē)前輪所使用的1”-14UNF *7 1/4”細(xì)牙螺栓，由于頻繁拆卸大部分螺栓使用過(guò)程中容易滑絲，導(dǎo)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(guò)前輪安裝定位塊壓緊，額外增加了電動(dòng)輪的維護(hù)使用費(fèi)用。

兩種輪輞運(yùn)行成本統(tǒng)計(jì)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(shí)還產(chǎn)生了額外的成本費(fèi)用，造成停機(jī)5天，拆裝工時(shí)費(fèi)和輔助設(shè)備的投入。運(yùn)行3萬(wàn)小時(shí)為一個(gè)大修周期，消耗成本合計(jì)約6.8萬(wàn)元。MCC400A一個(gè)大修周期只需更換一次螺栓螺母，成本約為1.4萬(wàn)元，節(jié)約了車(chē)輛使用成本。

此外，非輻板形式前輪輞受力點(diǎn)在邊緣，造成輪輞接觸面斜面處容易開(kāi)裂，輻板形式前輪輞受力點(diǎn)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(kāi)裂，其使用壽命與其它輪輞相比提高了30%。

4.2.2 維護(hù)方便性

730E、830E前輪都是使用的非輻板式輪輞，安裝時(shí)輪輞內(nèi)側(cè)斜面與前輪法蘭上外斜面接觸配合，通過(guò)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(dǎo)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(duì)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(chē)上拆下，將損壞的斜面使用焊接方法堆焊填平凹槽，再上機(jī)床加工配合斜面，增加了車(chē)輛的維護(hù)時(shí)間及維修成本。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，將前輪法蘭拆下焊接到上機(jī)床加工再到回裝前輪法蘭需要7～10天的時(shí)間，在這期間車(chē)輛無(wú)法運(yùn)行，使車(chē)輛運(yùn)行效率大大降低。國(guó)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(shí)輪輞內(nèi)側(cè)斜面與前輪法蘭上外斜面接觸配合，通過(guò)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(dǎo)致斜面上有凸塊或凹坑，導(dǎo)致輪胎安裝后前段時(shí)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(dǎo)致前輪瞬間漏氣。當(dāng)這種情況出現(xiàn)于重載下坡時(shí)，會(huì)對(duì)駕駛員造成傷害，也對(duì)車(chē)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(kāi)裂容易開(kāi)裂，裂紋一般不易發(fā)現(xiàn)，也給運(yùn)行車(chē)輛帶來(lái)較大的安全隱患。

5 結(jié)語(yǔ)

MCC400A型礦用自卸車(chē)作為國(guó)內(nèi)同類(lèi)型車(chē)中的佼佼者，在與國(guó)際同類(lèi)車(chē)的同臺(tái)競(jìng)技中不亞于對(duì)方，在部分方面領(lǐng)先同行。MCC400A礦車(chē)使用的輪輻式前輪輪輞維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)行故障低， 2013年投入至今，與同噸位830E穩(wěn)定性對(duì)比，一天分3個(gè)班每個(gè)班8小時(shí)，830E型平均每班作業(yè)6.1小時(shí)，中冶車(chē)型每班作業(yè)6.6小時(shí)。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(tái)設(shè)備增加到現(xiàn)在的11臺(tái)，單機(jī)臺(tái)在同等條件下完成作業(yè)量對(duì)比，是同噸位的1.12倍。2019年將會(huì)繼續(xù)再增加6臺(tái)，隨著車(chē)輛增加，完成任務(wù)增加，車(chē)輛的優(yōu)越性更顯著。