柴油機(jī)單軌吊的優(yōu)化選型及應(yīng)用

摘要：柴油機(jī)單軌吊機(jī)車是一種掛在單軌鐵路上運(yùn)行的、通過柴油機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)車。分析了某礦采用柴油機(jī)單軌吊方案的可行性，討論了機(jī)車選型時(shí)的考慮因素、配置方案和效率分析，對(duì)軌道系統(tǒng)的選型和懸掛方式進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)诬壍?；可行性；配置；選型；軌道

引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)煤礦井下輔助運(yùn)輸人員約占井下職工總數(shù)的1/3以上，與國(guó)外采煤技術(shù)先進(jìn)國(guó)家相比差距很大。單件設(shè)備重量不斷加大，采掘工況復(fù)雜，產(chǎn)量增加等對(duì)輔助運(yùn)輸量（效率）要求不斷提高。輔助運(yùn)輸作業(yè)也屬易發(fā)生事故的薄弱環(huán)節(jié)。我國(guó)礦井輔助運(yùn)輸事故約占井下事故總數(shù)的30%，僅次于頂板事故，而且呈上升趨勢(shì)。采用傳統(tǒng)輔助運(yùn)輸方式，鋼絲繩在牽引過程中容易產(chǎn)生火花，同時(shí)由于鋼絲繩的磨損會(huì)發(fā)生斷繩的危險(xiǎn)。軌道系統(tǒng)線長(zhǎng)面廣，絞車運(yùn)輸?shù)箵Q摘掛環(huán)節(jié)多，涉及的人員多，發(fā)生意外事故的概率較高。

1.采用柴油機(jī)單軌吊的可行性分析

針對(duì)上面提到的這些問題，工程技術(shù)人員根據(jù)該礦實(shí)際情況和礦上對(duì)人員、材料及液壓支架的日常運(yùn)輸要求，提出在該礦西翼采區(qū)軌道巷使用柴油單軌吊系統(tǒng)。

1.1.巷道物理?xiàng)l件適用性分析

支架運(yùn)輸時(shí)的總高度應(yīng)包括以下幾個(gè)部分：巷道頂板到軌道底端的高度0.8 m，軌道底端到起吊梁底部的高度0.979 m，液壓支架高度2.725 m和距底板安全運(yùn)輸距離0.2 m。即總高度為0.8+0.979+2.725+0.300=4.704m，此高度為單軌吊運(yùn)輸支架時(shí)所需巷道高度。

物料運(yùn)輸時(shí)的總高度應(yīng)包括以下幾個(gè)部分：巷道頂板到軌道底端的高度0.8 m，軌道底端到起吊梁底部的高度0.633 m，普通礦車專用固定框架高度0.417m，普通礦車高度1.15 m和距底板安全運(yùn)輸距離0.2 m。即總高度為0.8+0.633+0.517+1.15+0.2=3.2m，此高度為單軌吊運(yùn)輸物料時(shí)所需巷道高度（普通礦車高度1.15m為例）。

人員運(yùn)輸時(shí)的總高度應(yīng)包括以下幾個(gè)部分：巷道頂板到軌道底端的高度0.8 m，軌道底端到起吊梁底部的高度0.633 m，人車艙高度1.620 m，底板安全運(yùn)輸距離0.2m。即總高度為0.8+0.633+1.62+0.2=3.253m，此高度為單軌吊運(yùn)輸人員時(shí)所需巷道高度（以人車倉(cāng)高1.620m為例）。

以上巷道高度是根據(jù)機(jī)車在運(yùn)人、運(yùn)料、運(yùn)支架時(shí)對(duì)巷道的最低要求，另外關(guān)于巷道高度尺寸礦方可根據(jù)巷道的實(shí)際情況或巷道變形程度做適當(dāng)調(diào)整。

1.2.機(jī)車選型計(jì)算

按照目前了解到的情況，該礦運(yùn)輸最大件重量為47.5t，按最大坡度16°計(jì)算，運(yùn)輸支架需要牽引力依據(jù)以下的參數(shù)來計(jì)算：

α=16° （線路最大坡度）；W1=47.5噸（設(shè)備最大重量）；W2=12.5噸（機(jī)車自重）；W3=8.7噸（47.5t起吊梁自重）；W4=0.5噸（拉桿及線管重量）；f=0.03（機(jī)車運(yùn)行阻力系數(shù)）； g=9.8。

F （支架需要牽引力）= （W1+W2+W3+W4） × （sin α+ f ×cos α） × g= 208KN

經(jīng)過計(jì)算機(jī)車的牽引力至少需要208kN，推薦DZ2200 3+2+5機(jī)車，最大 220kN 帶 10驅(qū)動(dòng)單元完全能夠完成使用工況要求。

1.3.柴油機(jī)單軌吊的優(yōu)勢(shì)分析

柴油機(jī)單軌吊機(jī)車對(duì)礦井井下條件具有較高的適應(yīng)性，機(jī)動(dòng)靈活，通過巷道斷面小，轉(zhuǎn)彎半徑小。由于是吊掛式運(yùn)輸，與巷道底板狀況無(wú)關(guān)，巷道空間可以得到充分利用。除日常的運(yùn)人、運(yùn)料和運(yùn)設(shè)備以外，還可實(shí)現(xiàn)重型液壓支架的整體搬運(yùn)，縮短工作面搬家時(shí)耗。

單軌吊機(jī)車本身的運(yùn)載能力可以很大，最大爬坡角度可達(dá)30°，最大載荷能力為47.5t，基本可以滿足目前中大型礦山復(fù)雜井下條件下對(duì)重型綜采設(shè)備的運(yùn)輸要求。柴油機(jī)單軌吊機(jī)車可根據(jù)不同的運(yùn)輸任務(wù)要求，選擇不同型號(hào)的專用起吊梁設(shè)備，可以靈活的完成對(duì)井下人員、材料、設(shè)備以及重型綜采設(shè)備的運(yùn)輸任務(wù)。

2.系統(tǒng)設(shè)備配置方案及效率分析

2.1.機(jī)車配置方案

該公司根據(jù)目前該礦井下北翼中央13-1軌道上山輔助運(yùn)輸存在的實(shí)際問題特設(shè)計(jì)兩套機(jī)車系統(tǒng)配置方案：首先滿足采區(qū)軌道上山人員、物料運(yùn)輸如方案二可正常滿足生產(chǎn)需要可執(zhí)行方案一即整體運(yùn)輸液壓支架。

2.2.系統(tǒng)運(yùn)力效率分析（人員、物料、液壓支架）及換裝方案

技術(shù)人員根據(jù)井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的實(shí)際情況建議采用兩臺(tái)機(jī)車運(yùn)輸?shù)姆绞剑菏紫仍诒币碓O(shè)置液壓支架組裝硐室，利用電機(jī)車將拆解后的液壓支架運(yùn)輸?shù)浇M裝硐室，組裝完成之后，利用柴油單軌吊機(jī)車整體運(yùn)輸?shù)焦ぷ髅媲醒郏焕棉D(zhuǎn)向平臺(tái)或慢速絞車進(jìn)行牽引就位；再利用載著輕型起吊梁的1至2部機(jī)車運(yùn)輸普通物料、人員并運(yùn)輸進(jìn)入其它掘進(jìn)頭或者其它工作面的機(jī)風(fēng)巷。

2.2.1.運(yùn)輸人員的系統(tǒng)運(yùn)力效率分析

運(yùn)輸人員時(shí)系統(tǒng)包括單軌吊機(jī)車DZ2200 3+3型機(jī)車1臺(tái)，自重為9600 kg；SLG4.1型8t載荷起吊梁4臺(tái)，每臺(tái)自重1110kg， 重4440 kg； 拉桿，軟管及其他連接管線1套，自重500 kg；4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)20人車艙，單件重量790kg，共3560 kg；4個(gè)人車艙最多運(yùn)輸80 人，按75kg/人計(jì)算，人員重3，000kg； 因此機(jī)車系統(tǒng)及負(fù)載總重量21100kg。機(jī)車最大牽引力為140KN，在使用4 個(gè)8噸載荷的起吊梁運(yùn)輸80人員時(shí)，系統(tǒng)總重量為21.1t，最大角度為16°時(shí)，機(jī)車需要69KN 的牽引力，運(yùn)行速度為1m/s，完全滿足運(yùn)輸要求。

通過以上分析如果采用兩臺(tái)機(jī)車同時(shí)進(jìn)行人員運(yùn)輸任務(wù)，可實(shí)現(xiàn)在20分鐘之內(nèi)將160人運(yùn)輸至中央13-1軌道上山上口。

2.2.2.運(yùn)輸物料時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)力效率分析

物料運(yùn)輸系統(tǒng)配置包括兩種方案：第一種方案采用DZ2200 3+3型機(jī)車，自重9600 kg； SLG4.1型8t載荷起吊梁4臺(tái)，每臺(tái)自重1100kg， 重4400 kg； 拉桿，軟管及其他連接管線1套，重500 kg； 普通礦車8臺(tái)，連同專用固定架總重26000 kg； 則機(jī)車系統(tǒng)及負(fù)載總重量為40500kg。機(jī)車最大牽引力為140KN，在使用4 個(gè)8噸載荷的起吊梁運(yùn)輸8個(gè)普通礦車時(shí)，系統(tǒng)總重量為40.5t，最大角度為16°時(shí)，機(jī)車需要126KN 的牽引力，運(yùn)行速度為0.55m/s，完全滿足運(yùn)輸要求。

第二種方案采用DZ2200 2+2型機(jī)車，最大牽引力為93KN，在運(yùn)輸物料時(shí)機(jī)車只能運(yùn)輸4個(gè)普通礦車，此運(yùn)輸系統(tǒng)配置包括單軌吊機(jī)車DZ2200 3+3型機(jī)車1臺(tái)，自重9600 kg；SLG4.1型8t載荷起吊梁4臺(tái)，每臺(tái)自重1100kg， 總重4400 kg；拉桿，軟管及其他連接管線1套，自重500 kg；普通礦車4臺(tái)，連同專用固定架總重13000 kg；因此機(jī)車系統(tǒng)及負(fù)載總重量為27，500kg 。機(jī)車最大牽引力為93KN，在使用4 個(gè)8噸載荷的起吊梁運(yùn)輸4個(gè)普通礦車時(shí)，系統(tǒng)總重量為27.5t，最大角度為16°時(shí)，機(jī)車需要86KN 的牽引力，運(yùn)行速度為0.8m/s，完全滿足運(yùn)輸要求。

通過以上分析如果采用兩臺(tái)機(jī)車同時(shí)進(jìn)行物料運(yùn)輸任務(wù)，可實(shí)現(xiàn)在30分鐘之內(nèi)將12車運(yùn)輸至中央13-1軌道上山上口。每班兩臺(tái)機(jī)車跑3趟即可完成36車的運(yùn)輸任務(wù)；耗時(shí)大約4小時(shí)。因此采用兩臺(tái)機(jī)車在不運(yùn)輸液壓支架的情況下，完全滿足每個(gè)小班運(yùn)輸人員和物料的要求。

2.2.3.運(yùn)輸支架時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)力效率分析

運(yùn)輸支架時(shí)系統(tǒng)包括單軌吊機(jī)車DZ2200 3+2+5型機(jī)車1臺(tái)，重12500 kg；SLG16.2型47.5t載荷重型起吊梁1臺(tái)8700 kg；拉桿、軟管及其他連接管線1套500 kg；液壓支架重量47500 kg；機(jī)車系統(tǒng)及負(fù)載總重量69200 kg。機(jī)車最大牽引力為250KN，在使用1 個(gè)47.5噸載荷的重載起吊梁運(yùn)輸載荷為47.5噸的液壓支架時(shí)，系統(tǒng)總重量為69.2t，爬坡角度為16°時(shí)，機(jī)車需要208KN的牽引力，完全滿足運(yùn)輸要求。

通過以上分析如果采用一臺(tái)機(jī)車進(jìn)行支架運(yùn)輸任務(wù)，可實(shí)現(xiàn)在66+34（支架換裝時(shí)間）=100分鐘之內(nèi)將支架從111303停采線運(yùn)輸至支架組裝硐室。如果按每一個(gè)小班有效工作時(shí)間300分鐘計(jì)算，每一小班可完成3個(gè)支架的運(yùn)輸任務(wù)。因此從安全和運(yùn)輸效率來看遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)的運(yùn)輸方式，如果采用另一臺(tái)機(jī)車運(yùn)輸物料和人員同樣滿足運(yùn)輸任務(wù)要求。

3.軌道系統(tǒng)配置

3.1.軌道選型原則

根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)采用兩種軌道：I140E（輕型）以及I140V（重型）軌道。在選擇軌道類型時(shí)，盡量選擇適用的軌道類型和長(zhǎng)度。軌道的選型要根據(jù)實(shí)際的巷道條件和運(yùn)輸任務(wù)要求做具體分析。

3.1.1.運(yùn)輸支架軌道選型

總載荷：SLG16.2 型47.5 噸載荷和起吊梁重量8.7噸，總重量：56.2噸。

SLG16.2 型起吊梁共有16 個(gè)行走小車，軌道單點(diǎn)載荷要求的能力為56200/16=3513Kg。

3.1.2.物料運(yùn)送軌道選型

單節(jié)物料箱滿載總重量（料箱自重+物料最大重量+SLG4.1輕型起吊梁的重量）約為4060Kg。8噸載荷的SLG4.1輕型起吊梁共有4個(gè)行走小車，因此可推算出要求的軌道單點(diǎn)載荷能力為1015Kg。

4.結(jié)語(yǔ)

結(jié)合口孜東的實(shí)際情況對(duì)巷道物理?xiàng)l件和機(jī)車選型情況進(jìn)行分析，提出了對(duì)該礦使用柴油機(jī)單軌吊的可行性，同時(shí)探討了機(jī)車系統(tǒng)配置和效率分析以及輔助軌道系統(tǒng)的配置情況，這對(duì)其他煤礦選用柴油機(jī)單軌吊具有一定的實(shí)際意義。

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作者簡(jiǎn)介：桂久超（1973-），安徽淮南人，國(guó)投新集能源股份有限公司口孜東礦機(jī)電副總，長(zhǎng)期從事礦山機(jī)電設(shè)備管理工作。