煤矿井下防爆勘察车的设计

摘 要：防爆勘察车在煤矿行业井下作业中有着广泛的应用，其可以保证煤矿作业的安全性。本文对煤矿井下防爆勘察车的设计进行了介绍，这种勘察车一般是以柴油机为动力的，在设计的过程中，还提升了续航的能力、爬坡能力以及越过障碍的能力。在煤矿工程发生爆炸事故后，防爆勘察车会进入井下进行探测，对井下环境参数进行记录，并传输到地面分析台中，为救援提供了具有重要参考价值的信息，可以降低煤矿事故带来的损失。

关键词：煤矿；井下；防爆；勘察车；设计

煤矿行业是一项开发能源的工程，煤矿开采具有一定的危险性，会因为外界或者自身因素而出现安全事故，在救援的过程中，多采用的是探测机器人等先进的设备，这种机器的动力源是电动形式的，虽然可以提高探测设备的灵活性，但是续航能力不高，而且无法越过障碍。为了保证救援工作顺利的展开，设计人员研究出了以柴油机作为动力源的防爆勘察车，这一设备可以弥补电动机器人的缺陷，可以保证救援的效率。下面笔者对防爆勘察车的设计进行简单介绍。

1 防爆勘察车机械系统的设计

1.1 动力选择

防爆勘察车是对电动机器人功能的完善，由于以电能作为动力的救援机器人续航时间比较短，而且无法越过煤矿井下较多的障碍物，所以，无法为救援人员提供必要的参考依据，采用柴油作为动力的防爆勘察车可以有效的解决这一问题，将选择柴油机作为主要的动力源，可以延长续航的时间，其具有较强的动力，可以顺利越过障碍，还可以发挥出爬坡等功能，这在发生事故的煤矿环境下有着良好的应用效果。防爆柴油机的功率一般比较大，其可以在煤矿井下环境中自由的行走，可以将井下环境的参数传送到分析平台中。

1.2 行走机构

防爆勘察车有着良好的行走能力，在对行走机构进行设计时，主要参考了普通汽车的地盘，而且行走的方式采用的是四驱轮设计，在选择轮胎时，采用了高花纹形式的轮胎，这主要是为了提高轮胎的抗滑性，可以增强其越过障碍以及爬坡的能力。提高行车机构的设计质量，可以保证防爆勘察车功能的发挥，可以使其在井下环境中灵活的行走并且采集数据。

1.3 转向机构

转向机构采用的是齿轮齿条形式，这种转向机构采用的是侧面输入、中间输出的方式，这种形式的转向机构结构比较简单，而且传动效率比较高，可以很好的与转向液压缸结合在一起，而且操作也比较简单，转向功能是防爆勘察车一大优势，所以，在设计的过程中，一定要增强其转向的灵活程度。

1.4 变速机构

在防爆勘察车的变速箱中，总共设计了3个档位，分别为前进挡、空挡以及后退档，在车辆换挡的过程中，是通过控制与档杆连接的液压缸实现的，在控制油门时，可以实现防爆勘察车的加速以及减速。勘察车变速机构可以保证其勘察的准确性以及效率，所以，设计人员一定要重视这项工作，做好档杆与液压缸以及油门的控制工作。

1.5 传动机构

传动机构也是防爆勘察车的重要组成部门，其传递动力的方式主要参考了汽车驱动桥传动形式，在设计的过程中，需要结合防爆勘察车的实际应用需求。

2 防爆勘察车的液压系统设计

2.1 液压泵

在对勘察车液压系统进行设计时，需要做好液压泵的选择工作，首先要根据变量需求，对液压泵的变量情况进行掌握，有特殊要求的需要选择变量泵，单作用叶片泵是一种常见的变量泵，其具有工作压力低的特点，所以，在机床系统中应用比较多，并不适合煤矿井下防爆勘察车的液压系统设计。目前各类液压泵的额定压力都有所提高，但相对而言，柱塞泵的额定压力最高。齿轮泵的抗污能力最好 ，因此特别适用于工作环境较差的场合。属于低噪声的液压泵有啮合齿轮泵、双作用叶片泵和螺杆泵，后2种泵的瞬时理论流量均匀。根据以上对液压泵的介绍及选用原则，考虑到此勘察车用于井下救援，其工作环境较差，故选用齿轮泵。

2.2 油箱的设计

2.2.1 油箱的类型选择

油箱在系统中的主要功能是储油和散热。也起着分离油液中的气体及沉淀污物的作用。油箱有开式和闭式2种，一种是开式油箱，开式油箱应用广泛，箱内液面与大气相通，为防止油液被大气污染，在油箱顶部设置空气滤清器，并兼作注油口用；另一种是闭式油箱，闭式油箱一般指箱内液面不直接与大气连通，而将通气孔与具有一定压力的惰性气体相接，充气压力可达0.05MPa。由于井下环境恶劣，故采用闭式油箱。

2.2.2 油箱容量设计

油箱有效容量一般为泵每分钟流量的3-7倍。对于行走机械，冷却效果比较好的设备，油箱的容量可选择小些。对于固定设备，空间、面积不受限制的设备，则应采用较大的容量。

2.2.3 液压执行元件设计

防爆勘察车有3个液压缸，它们是对转向控制的转向液压缸，对离合、油门、刹车控制的踏板液压缸，对挡位控制的挡杆液压缸。

（1）转向液压缸的设计

防爆勘察车采用齿轮齿条式转向机构，将转向液压缸与齿条部位连接，液压缸的伸缩就可控制勘察车的转向。其设计如下：

转向液压缸驱动转向机构的作用力可根据以下计算得出：

转向节原地转向阻力矩MR= ，式中f表示轮胎与地面间的滑动摩擦系数；G1转向轴负荷，N；p'表示轮胎气压，MPa。

（2）踏板液压缸的设计

由于勘察车以普通车辆为参考设计，故勘察车的启动、刹车、加减速都要用离合、油门、刹车三者来配合，设计方案是，用一个液压油缸同时控制三者，使其在需要不同的操作时三者仍然可以各自发挥自己的作用，具体动作如下：处于常态时，离合处于合的状态，刹车处于松的状态，油门具有一定的开口量，可以使普通车辆一挡时直接松离合就能起步。当防爆电动机启动后，控制液压缸将三者踩下，勘察车启动后，推动挡杆至前进挡，控制液压缸的速度，使液压缸慢慢缩回，以防止速度过快勘察车熄火，这样便使勘察车起步，当需要停止时则可以使三者被液压缸踩下，此时，离合处于离的状态，刹车处于制动状态，油门减小，使油门处于一个可以维持车辆发动机运转的状态。

结束语

本文对煤矿井下防爆勘察车的设计进行了介绍，这种勘察车与电动机器人相比，有着较多的优点，其不但续航能力比较强，而且可以在煤矿井下事故环境中，灵活的行走探测相关数据以及参数，其可以越过井下障碍物，还具有较大的功率可以进行爬坡。防爆勘察车也有一定缺点，其体积比较大，不能像电动机器人一样穿过狭窄的空间，为了保证救援工作的顺利展开，可以采用电动机器人与防爆勘察车共同作业的工作形式，防爆勘察车的特性与其以柴油机作为动力有着较大关系，在优化设计的过程中，一定要充分发挥其优势，并改善其缺点。

参考文献

[1]王勇，朱华，王永胜，程刚，李允旺.煤矿救灾机器人研究现状及需要重点解决的技术问题[J].煤矿机械，2007：4.

[2]武传伟.浅谈煤矿井下辅助运输的现状和发展方向[J].科技信息，2012：12.

[3]张刚.煤矿井下本质安全电气系统设计及技术发展[J].工矿自动化，2012：9.