随着采矿工艺的优化、凹陷开采的深入,产能大幅攀升,矿用汽车保有量大增。采矿区运输道路坡陡、弯道多、移设频繁且复杂,而矿用汽车的作业成本、生产效率高低及装载能力能否充分发挥,在很大程度上取决于巨型轮胎的性能、使用及维修保养状况。目前进口巨型轮胎造价昂贵、返修难,动辄需花费数十万元,约占矿山运输成本的20%~30%,轮胎固定成本随着车辆载重吨位加大而增大,约占整车费用的7%~10%。为确保行车安全、降低运输成本、延长轮胎使用寿命,针对矿用汽车巨型轮胎的正确使用与维修保养,意义重大。
一、巨型轮胎的主要设计原理
矿用汽车皆采用无内胎全钢工程子午轮胎。其结构设计共同点是根据在凹凸不平、湿滑及柔软的路面上产生的最大牵引力和导致热量聚积的最大阻力等设计构成,其帘布层帘线的排列方向垂直于轮胎行驶方向,与轮胎子午断面一致,极像地球子午线,轮胎强度则用星级表示。其外胎面粗糙,胎面和胎体之间设有由多层钢丝帘布组成的带束层,帘布中帘线与轮胎周向夹角较小;胎面花纹设计,皆从提高轮胎的牵引力、侧滑力、耐磨性、耐撕裂、排水性能,降低运输时的滚动阻力及噪音,特别是提高轮胎在冰雪或湿滑路面上的使用性能等入手。其主要设计特点是基于子午胎排列,胎侧散热性好,但易被割裂或刺破;胎面耐磨性、抗切割性好。矿用典型无内胎轮胎和轮圈总成剖视图如图1所示。
二、巨型轮胎的主要功用及消耗状况
1.轮胎主要功用性能
发动机、转向系统和巨型轮胎是矿用汽车最重要的三大件。巨型轮胎犹如矿用汽车的双脚,是车辆行走系统的关键零部件之一。其主要功用是传递驱动力和制动力、支承车身和装载矿岩的重量、吸收与缓冲行驶时路面对车身的冲击、完成车辆掉头及转向等,对矿用汽车技术性能影响极大,对车辆能否顺利完成矿岩运输任务发挥着关键作用,对整车造价影响也很大,特别是它决定着矿用汽车行车安全,绝不可小觑。
轮胎使用性能是利用压缩空气和轮胎本身的弹性为基础的,其主要体现在高速性能好、温升低、滚动阻力小、胎面耐扎刺且附着性能好、胎体缓冲性能好、油耗低、寿命长等。轮胎的损坏主要是各种作用力和热综合作用的结果。矿用汽车使用性能的好坏,将直接影响轮胎的安全稳定性、动力性、制动性、转向操纵性、密封性、排放、经济性及整车装备等综合性能的良好发挥。
2.轮胎消耗状况分析
某铜矿日采选矿石产能13万t/d,其矿石年采剥总量巨大,达1.32亿t/a。截至2014年底,该矿现有830E、730E、EH3500、630E、R-190Ⅲ、R-170型矿用汽车共63辆。该采矿区2011年进口巨型轮胎消耗数据对比见表1。随着该矿采矿区作业面的推进,改道施工、开沟排水或垫路时,轮胎刺破现象增加;中晚班时段,轮胎刺破、割伤情况约占8成,且以车辆驾驶室右侧轮胎居多;高温酷暑季节,耐热胎本身橡胶偏软,地表温度高,轮胎胎面橡胶易软化,轮胎刺破现象增多;梅雨季节,橡胶泡在水里易被石块刺破,轮胎刺破率上升;近年来,该矿备用周转胎消耗较多,库存量减少,现场新胎用量逐渐上升;全年未出现1例轮胎热剥离起火现象。
三、巨型轮胎的正确使用与维修保养
1.在用轮胎的正确使用
(1)轮胎的正确充气。轮胎的标准气压取决于车型、允许速度、种类、胎载质量、气候等条件,正确的轮胎气压可保证汽车行驶中更加安全、省油和舒适,而不按标准充气或保养,气压不正常是造成轮胎早期磨损、车辆油耗增加及爆胎翻车的主因之一。需要注意的是轮胎加压时的气压因轮胎结构尺寸及线网层数不同会有所区别,应参考且维持轮胎生产商建议的作业充气压力,这点十分重要。
将轮胎充气至规定压力时,应与车速和载荷相适合,且根据轮胎所需保养方式确定1个挠度百分率。一旦轮胎加压变得过热时,会引燃胎内产生的易燃气体,导致胎内压力骤升而产生爆炸,破坏力极大,其不同于轮胎刺破或爆裂,易造成人员伤亡。
轮胎过度充气时,帘布会产生高应力,对碰撞造成突然漏气的抵抗能力小,被尖角岩石割破的危险大;轮胎充气不足时,将造成挠度百分率增加及弯曲过度等,在该状况下工作,易导致外胎面磨损不平且不均匀、侧壁径向破裂、轮胎网层分离、内部帘布松散或折断,特别是充气压力过低时,会产生异常热量。经验表明,为延长轮胎使用寿命,高温酷暑季节,宜适当调整新胎充气压力;寒冬腊月季节,可根据轮胎新旧程度适当提高轮胎充气压力;对3成新的轮胎,也可适当降低充气压力。该矿通过优化设计,可实时监控轮胎充气,保证其气压正常达标,但观察者不得站在轮圈和锁环的前方及工作区域内;或采用远距离充气装置,允许人站在车轮部件潜在飞出的轨迹之外。
(2)轮胎的正确选型。矿用汽车工况极其恶劣、复杂而多变,且目前市场上轮胎品牌较多、质量迥异, 正确选用轮胎可避免早期失效、延长使用寿命。该矿选购时除以正牌为标准之外,还以矿山最坏条件为准,创建了基于差异最大化的集对分析轮胎选型综合评价模型来评价、优选轮胎类型。
(3)轮胎核定装载质量。轮胎装载质量主要取决于轮胎的尺寸和层次,个别驾驶员为赶任务、抢时间,超载严重,致使轮胎负荷增大,易引起胎体过热、变形和胎面移动过大,帘线张力、侧壁应力及胎围应力增大。为有效管理装载质量,该铜矿核定物料为斑岩、千枚岩及风化千枚岩等,最终核定装载质量分别为830E型196~206t/车;730E型、EH3500型166~176 t/车;R190型155~165 t/车;630E、R170型138~148 t/车。
(4)轮胎的合理搭配。该矿区优先执行“整车换胎”、“成双换胎”、“季节换胎”、“后轮并装轮胎同厂家、同花纹”等方法,使轮胎载荷和磨耗均匀,可充分提高轮胎利用率及行驶里程,做到物尽其用。换装轮胎时,应及时记录换装地点、行驶里程及损坏状况等,以策轮胎使用安全,且在整个寿命周期内经济效益为最佳。装配在同一车轴上的轮胎规格、结构、层级及花纹必须相同;根据道路条件选择轮胎花纹时,同一车轴上的轮胎花纹需保持一致;成色不同的旧胎混装使用时,需配装磨耗程度相近的轮胎,较大直径轮胎装于后轮外挡;轮A挡圈和锁圈不符合技术要求时,均应进行修正或更换;不同制造厂的轮惘新旧轮辆、挡圈及锁圈尽量不混装,备用轮惘应组合存放。