徐姗姗
莱州亚通重型装备有限公司，山东省烟台市261400
摘要：鉴于煤矿井下特定的工作环境，车辆舒适性涉及的范围面更广，不仅涵盖了平顺性及驾驶操作性能的要求，还包括整车的外观、管路布置、安全性等车辆布置层面的设计要求;驾乘环境以及增加一些免维护的智能自动化等方面的要求。基于此，笔者就煤矿井下无轨辅助运输车辆的舒适性相关技术进行研究、归纳和总结，以期达到提高车辆舒适性性能的目的。
关键词：煤矿；无轨辅助运输车辆；舒适性
1无轨辅助运输系统的适用条件
1.1无轨胶轮车适用的巷道条件
1.1.1巷道断面
巷道宽度应满足车辆安全行驶的需要。根据2016版《煤矿安全规程》要求,车辆单向行驶的巷道,巷道宽度应满足车辆最外侧至巷道两侧壁突出物的间距不少于500mm;巷道高度应满足车辆满载货物时的最高点与巷道顶部突出物最低点的距离不少于500mm。目前,无轨辅助运输中以框架式支架搬运车宽度最大,因此巷道最小净宽和最低净高可根据液压支架重量、尺寸及选配的支架搬运车来确定。
1.1.2巷道坡度
无轨胶轮车的动力特性和地面的附着力极限决定了其不适合在长距离大坡度的情况下使用。在干硬水泥或混凝土路面上,当纵向坡度小于6°时,一般对巷道无特殊要求;当坡度在6°~14°之间,且持续距离过长时,则每隔一定的距离应设置30~50m的水平缓冲段,以防止车辆在长距离、大载荷爬坡时产生的高温现象;当坡度超过10°以上时,坡道路面采取适当的防滑措施(如“搓衣板”路面);当纵向坡度大于14°时,则巷道不适合无轨胶轮车直接运行。对于变化范围超出10°以上的坡道,坡道起点和终点应设置缓坡路面,建议变坡圆角半径不得小于18m。另外,为防止车辆的倾翻,巷道的横向坡度要求不大于7°。
1.1.3巷道顶、底板条件
顶板支护必须牢固,底板路面应平整,不得有大的凸起物和凹坑。在辅助运输大巷、综采工作面搬家通道一般采用C30混凝土铺设300mm厚的硬化路面。采区主要准备巷道,可采用C20混凝土铺设150~200mm厚的硬化路面。
1.1.4巷道转弯
巷道转弯处倒角应足够大,一般建议外转弯半径在12m以上,最小不得低于10m,以不妨碍车辆转弯为宜。
1.2无轨辅助运输的相关硐室和设施
1)检修硐室:检修硐室可选址在井筒附近的辅运大巷和回风巷的一条联巷,可单独构建也可与存放硐室共用。该硐室长度30~40m,宽6~8m,高6~8m,配备5t防爆行车一部,行车起吊高度不小于4m,行车纵向行程不小于20m,横向行程不小于5m,配置手拉葫芦数条,用于车辆大型部件的换装。为方便检修车辆底盘,硐室内应设置有地沟,保证地沟干燥。
2)存放硐室:硐室要求通风良好,保证车辆处于通风干燥处。能存放10辆左右材料车的硐室,一般长25~30m,宽6~8m,高5~6m,应配置排水沟及灭火器。
3)加油硐室:加油硐室可利用大巷之间的联巷改扩建,该硐室一般长8~10m,宽5~6m,高5~6m,使用不燃性材料支护,地面应平整、干燥,并有独立的通风系统,硐室内应设置足够数量用于扑灭燃油火灾的灭火器材。加油硐室柴油的储存量不应超过井下所有车辆8h的用油量。
4)换装硐室:换装硐室位于副斜井井底或副立井井底车场附近,该硐室一般长25~30m,宽7~8m,高6~8m,装有5/10t和10/20t行车各一部(行车吨位依据实际需换装的机电设备的重量确定)。其中10t行车用于小型机电设备、散料的换装,20t行车用于采煤机、支架等大型设备的换装。
5)调头硐室:当井下辅助运输巷道无法形成环路时,在某些路段就一定要设置一些掉头硐室,以方便车辆完成运输任务后的返回。根据目前市场上主流车辆参数建议调头硐室宽度不小于6m,深度不小于10m,硐室转弯圆角不得小于4.5m。
6)会车硐室:车辆单向行驶的巷道应根据运距、运量、运速及运输车辆的特性,在巷道的合适位置设置会车硐室,会车硐室一般每隔600~800m设置一个,且会车点应配有信号装置。
2平顺性技术
2.1悬挂结构
悬架结构是车身与轮胎之间连接装置的总成，它的作用是把路面作用于车轮上的支承力、驱动力、制动力和侧向反力以及这些反力所产生的力矩均要传递到车体上，保证车辆正常行驶。不绝对平坦的路面作用于车轮上的垂直反力往往是具有冲击性的，高速行驶时冲击力会很大，冲击力传到车身时使驾驶员感觉会很不舒适。悬架刚度和悬架挠度直接影响到驾驶员和乘客的舒适性。
矿用车辆按承载大小可分为轻型车和重型车。轻型车包括拥有通用整体式底盘的运人车和运料车等，一般轻型车速度较高，对减振的要求更高一些，该类型车辆一般配备碟璜减振，可有效降低司机和乘客由于减振不好带来的不舒适感。重型车由于承载过大，冲击力也更大，速度慢，没有减振措施，舒适性就比较差。
对于一些减振性能差、悬臂比较长的车辆，在布置空间允许的前提下，可以增加浮动轮机构。这样做既可以降低振动的幅度，提高驾驶员的舒适度;还可以减小轮胎的接地比压，降低对路面的损坏。
2.2轮胎类型
车辆上的轮胎和悬架共同来减缓行驶时所受到的冲击以及由此而产生的振动，以保证车辆有良好的乘坐舒适性。因此要求轮胎必须有适宜的弹性和承受载荷能力。同时，在其与路面直接接触的胎面部分，应具有用以增强附着力作用的花纹。由于煤矿井下条件恶劣，地面凹凸不平、侧帮经常有锚索、铁丝、钢筋等尖锐器物，所以矿用无轨运输车辆轮胎基本不用充气胎，一般选用充填胎或实心胎。
2.3非悬挂质量
非悬挂质量的振动对悬挂质量振动加速度有较显著的影响，减小非悬挂质量，可以减小传给悬挂质量(即车身)的冲击力。因此，提高悬挂质量与非悬挂质量的比值，有利于改善汽车的平顺性。另外，悬挂质量的布置应尽量使悬挂质量分配系数ε≈1。以减少前、后悬挂质量振动的联系。
2.4人体座椅系统阻尼比
人体在垂直方向最敏感的频率范围约是4～8Hz，为改善车辆平顺性，使传至人体的振动较小，首先要保证频率4～8Hz处于减振区。研究成果表明，视“人体座椅”构成单质量系统来考虑，其固有频率fs值达到5～6Hz。
3驾驶操作性能与驾乘环境
3.1驾驶操作性能
3.1.1人机位置关系
对于车辆设计者来说，人机相对位置设计的合理性直接关系到驾乘者的舒适度。包括驾驶视线、座椅高度、脚踏板的角度、方向盘的位置、顶棚的高度等等参数。操作空间应宽敞舒适，易于出入;给驾驶员的手和脚留有足够的操作活动空间。对于驾驶室较宽敞，高度要求又不严的矿用车辆，宜参考工程车辆的人机位置参数进行相关设计。此种形式设计上要求高度方向大些，长度方向短些，人处于端坐状态，脚踩踏板方向偏竖直。
相反，对于驾驶室高度方向尺寸有限制，空间较狭窄的驾驶室布置时，宜参考小轿车的人机位置参数进行相关设计。此种形式设计上要求高度方向小，长度方向长，人处于躺卧状态，脚踩踏板方向偏水平。
3.1.2操作装置的布置
驾驶室的主要操作装置布置应考虑司机座椅的调整距离。一般使车辆运动的操作装置用左手控制，工作装置的操作用右手控制。操纵器应优先布置在人手或脚活动最灵敏、辨别力最好、反应最快、用力最强的空间范围和合适的方位上。操纵器很多时，应按照其功能分区布置，各区间用不同的位置、颜色、图案或形状进行区分。
3.3倒车影像
针对某些视线不好的无轨胶轮运输车，可以在车辆尾部配备摄像头，在车辆驾驶时配备相应的倒车影像，能够非常清晰地观看到驾驶视线盲区，极大地提高了矿井运输的安全性。
4结论
1)平顺性是反映车辆在路面行驶中对振动的敏感度，减振效果好则平顺性好，影响车辆平顺性的因素主要有悬挂结构，轮胎类型，非悬挂质量，人体座椅系统阻尼比等几个方面。
2)对于煤矿井下无轨辅助运输车辆驾乘者来说，良好的驾驶操作习惯和舒适的驾乘环境能显著提高生产效率，极大地提高矿井运行的安全性。
参考文献:
[1]国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程2016[M].北京:煤炭工业出版社,2016.
[2]GB 50533—2009,煤矿井下辅助运输设计规范[S].
[3]袁晓明.煤矿无轨辅助运输工艺和发展方向研究[J].煤炭工程,2019,51(5):1-5.