曹凯

摘要：近几年，防爆柴油机无轨胶轮车已经成为大型煤矿辅助运输的主力设备。但是，防爆柴油机的排放一直被专业人士所诟病，新型的锂电胶轮车正逐渐突破一道道技术壁垒，逐步慢慢崛起。

Abstract： In recent years， explosion-proof diesel trackless rubber-tyred vehicle has become the main auxiliary transportation equipment in large coal mines. However， the emission of explosion-proof diesel engine has been criticized by professionals. The new lithium rubber tyre vehicle is gradually breaking through a series of technical barriers and gradually rising.

关键词：无轨胶轮车;锂离子蓄电池;零排放

Key words： trackless rubber-tyred vehicle;lithium-ion battery;zero emission

0  引言

矿用无轨胶轮车是指采用柴油机、蓄电池等为动力以实现煤矿井下公路运输功能的车辆，承担矿井辅助运输功能，负责人员、物料和设备等的运送任务。随着我国煤矿高产集约化开采技术的发展，辅助运输的地位也更显重要，安全、可靠、连续化、高效率的无轨胶轮车的应用，已经成为矿井生产现代化的一个重要标志。

1  在用无轨胶轮车现状及分析

据统计，我国使用无轨胶轮车的矿井已超过700对，无轨胶轮车保有量达到10000辆以上。目前国内煤矿使用的无轨胶轮车主要有三种，即防爆柴油机无轨胶轮车、架线式无轨胶轮车和防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车，其中，防爆柴油机无轨胶轮车占无轨胶轮车市场比重最大，约占90%。

1.1 防爆柴油机无轨胶轮车

自上世纪90年代发展至今，防爆柴油机无轨胶轮车技术进步巨大，是国内煤矿最先进的辅助运输方式。但是其存在排放指标高、噪声大等严重缺点。废气中的CO和NOX含量较高，有致癌作用;其产生的噪声在煤矿井下相对封闭的环境中反复发射，产生极大的噪声污染，两种污染对人体危害极大。（图1）

1.2 防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车

经过近十年的发展，高能量密度的锂离子蓄电池，克服了普通蓄电池体积大、充电频繁的缺点，目前正处于推广阶段。

1.3 架线式无轨胶轮车

架线电机车使用量极小，受架空线限制，运输机动性受限，丧失了无轨胶轮车的机动性，前景有限。

2  柴油机动力与蓄电池动力无轨胶轮车比较

2.1 动力性能

电机的输出特性与发动机的输出特性差别很大，输出特性曲线详见图2和图3。电机在低速运行时，就能够提供比较大的扭矩，并且可以短时间内提供远大于额定功率实际功率;而发动机则随着转速的提升，输出扭矩渐增到最大值。电驱动车辆瞬时加速能力强，能够快速达到最大输出扭矩，利于坡道重载起步;而柴油机驱动车辆则在半坡重载起步时反应较慢。电驱动车辆过载能力强，更加适用于需要短时间内完成的大负荷工作;而柴油机车辆更适用于长距离稳定载荷的运输。两种车辆的纵向爬坡能力均可达到14°，最大爬坡能力势均力敌。

2.2 续航能力

以煤矿常用运人车型WLR-19（电驱动）和WC20R （柴油机驱动）为例。WLR-19整车质量6500kg，电池容量70kWh，综合路况续航里程约70km。WC20R整车质量4600kg，发动机功率65kW，油箱容积约75L，满载水平干硬路面油耗约35L/100km，续航里程约200km。

由于电池的能量密度较小，普通电驱动车辆仅电池的重量就占电驱动车辆重量的20%左右，笨重的能量来源限制了车辆的续航里程。而柴油驱动车辆的续航里程取决于油箱的容积，可以根据需要设计足够大的油箱来保证续航里程。防爆柴油机无轨胶轮车的续航里程要大大优于防爆蓄电池无轨胶轮车。

2.3 日常维护

防爆柴油机无轨胶轮车的防爆发动机技术、变矩器和变速箱等传动技术以及制动技术等已经发展久远、广泛应用，有较高的可靠性。电驱动车辆的核心技术为电池和牵引电机，蓄电池的可靠性早已被电机车证实，牵引电机则多采用免维护的永磁无刷直流电机。柴油机驱动车辆系统复杂，必须按时间或里程要进行定期保养，而电驱动车辆电池和电机都是免维护，定期保养工作量很少。因此，两种驱动车辆均具有较高可靠性、低故障率特点，但电驱动车辆维护工作量更小。

2.4 综合成本

柴油机驱动车辆使用寿命为5～8年，每2年进行一次大修，大修费用约为车辆价值的30%。由于电池的成本较高，电驱动车辆的市场价格要远高于柴油机驱动车辆的价格，为同类型柴油机胶轮车的2～3倍，使用寿命为5～8年，电池寿命一般为2年，电池价格约为车辆价值的30%。虽然维护、运行成本比同类型柴油机胶轮车低，但电驱动车辆的综合成本要远高同类型柴油机胶轮车。

2.5 环保性能

电驱动车辆无尾气排放，且噪音很小，而柴油机驱动车辆尾气中含有CO、NOx、碳烟等致癌污染物。另外，柴油机的噪音污染也是不可忽视的，部分大型车辆在驾驶员附近的噪音可达90分贝左右。电驱动车辆的环保性能大大优于柴油机膠轮车。

3  防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车的优点

经过近十年的发展，防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车除了具有上述电驱动车辆的优点外，在一定程度上克服了续航能力差的确定，更兼具以下特点：（图4）

①零排放、低噪声。运行过程中零排放、无尾气，噪声平均水平不超过70dB，远低于柴油机车辆。②安全系数高。电机回馈制动、刹车制动和失效安全制动的三级安全策略，有效保证了车辆运行安全。配备技术领先的自动缓速下坡装置，防止车辆下坡过程中速度失控。③运行成本低。能够配备主從能量管理系统、能量回收系统，驱动电机为的变频电机、永磁电机或开关磁阻电机。不仅故障率低，而且能够高效利用能量，能耗成本仅为同类型柴油车的20%，配件较同类型柴油车大幅减少，维护人员较同类型柴油车大幅减少。④控制智能化。配备车辆状态监控系统，可基于网络实现车辆状态实时监控，可采集车辆运行信息，并实现数据存储。维护人员能够根据车辆运行信息，及时了解车辆状态，真正实现“预防性检修”。

4  防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车的缺点

虽然防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车较煤矿常用无轨胶轮车优点突出，但是这种车辆也存在致命劣势，直接影响着其推广的速度：①充电难度大。国家安标中心暂未放开“防爆锂离子充电机”产品安标证书，该类车辆只能在地面充电，车辆或电池需频繁升井。锂离子蓄电池充电安全性的进一步提高，将会给该类型车辆的发展带来“破冰”效果。②车辆尺寸依然较大。现在国内生产的该类型车辆，普遍存在车型尺寸较大的特点。山东、山西、淮南、淮北、贵州等地区多为井工煤矿，罐笼尺寸较小，车辆需进行拆解后才能下井，多数井工煤矿使用该类型车辆并不便利，现多在陕蒙大型矿井使用。

5  结束语

30余年的实践已经证明，无轨胶轮车机动灵活、运输高效、系统简单，代表了煤矿井下辅助运输的先进生产力。防爆柴油机无轨胶轮车其超高的排放指标，严重影响着职工职业卫生健康，随着煤矿产品对安全、环保及智能监控等方面的要求越来越高，防爆柴油机无轨胶轮车的发展必将会受到影响和制约。虽然电喷防爆柴油机使用，柴油机驱动车辆尾气排放会得到进一步的控制，但仍然达不到人们的预期水平。随着电池技术的发展，高能量密度的防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车，会进一步展示出其低成本、低排放、高效率、高智能等方面的巨大优势，必将会成为矿用无轨胶轮车的主流装备。当今的现代化煤矿企业应该顺应发展潮流，加快辅助运输装备升级，推动防爆锂离子蓄电池车辆的快速发展。

参考文献：

[1]杨志军.我国煤矿无轨胶轮车的现状及发展方向的研究[J].电机机械工程，2014（11）.

[2]张良库，姚少武.我国煤矿无轨胶轮车的现状及发展方向的研究[J].科技情报开发与经济，2011（27）.

[3]戴志晔.煤矿井下无轨胶轮车的现状及应用[J].煤炭科学技术，2003（02）.