煤礦無(wú)極繩牽引卡軌車技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向

摘 要：卡軌車運(yùn)輸作為煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的主要形式之一，我國(guó)的無(wú)極繩牽引卡軌車研究開發(fā)起步于20世紀(jì)80年代初，盡管發(fā)展迅速，但總體技術(shù)水平和國(guó)外先進(jìn)采煤技術(shù)國(guó)家的同類設(shè)備產(chǎn)品相比還是有一定的差距。文章對(duì)煤礦無(wú)極繩牽引卡軌車技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向作了相關(guān)探討。

關(guān)鍵詞：煤礦；無(wú)極繩牽引卡軌車；技術(shù)現(xiàn)狀；發(fā)展方向

中圖分類號(hào)：TD524 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）27-0009-02

無(wú)極繩牽引卡軌車是用無(wú)極繩絞車作為牽引動(dòng)力的煤礦新型輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，無(wú)極繩牽引卡軌車具有多方面的優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的青睞。

1 無(wú)極繩牽引卡軌車的發(fā)展?fàn)顩r

卡軌車運(yùn)輸作為煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的主要形式之一，起源于英國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、俄羅斯等采煤技術(shù)先進(jìn)的發(fā)達(dá)國(guó)家，無(wú)極繩牽引卡軌車最早在20世紀(jì)60年代末的德國(guó)研制成功，到70年代中后期，已得到了廣泛的推廣使用，它能服務(wù)于多個(gè)采掘面，并能應(yīng)用于分支巷道的運(yùn)輸，還能很好的解決工作面人員的運(yùn)輸和材料、設(shè)備的快速運(yùn)輸，其安全和經(jīng)濟(jì)高效性優(yōu)于傳統(tǒng)的無(wú)極繩運(yùn)輸系統(tǒng)。目前，國(guó)外無(wú)極繩牽引卡軌車已普遍的應(yīng)用在礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中，經(jīng)研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)其運(yùn)輸量占到礦井輔助運(yùn)輸總量的3成多，無(wú)極繩絞車最大運(yùn)轉(zhuǎn)速度可達(dá)到4.8 m/s，平均運(yùn)輸距離在2 500 m以上，最大運(yùn)輸距離達(dá)到了4 200 m以上，運(yùn)輸能力更是達(dá)到了最大單次運(yùn)量30 t。

我國(guó)的無(wú)極繩牽引卡軌車研究開發(fā)起步于20世紀(jì)80年年代初，當(dāng)時(shí)通過(guò)學(xué)習(xí)國(guó)外技術(shù)先進(jìn)采煤國(guó)家的無(wú)極繩牽引卡軌車研發(fā)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，結(jié)合我國(guó)實(shí)際技術(shù)生產(chǎn)條件，剛開始研制的卡軌車，軌道型式都是槽鋼軌，槽鋼軌卡軌車的設(shè)計(jì)安裝比較簡(jiǎn)單方便，適應(yīng)當(dāng)時(shí)的技術(shù)生產(chǎn)狀況，但軌道系統(tǒng)的兩端沒有轉(zhuǎn)載裝置，設(shè)備和材料運(yùn)送又都需要轉(zhuǎn)載，所以槽鋼軌卡軌車轉(zhuǎn)載繁瑣，工效低沒能得到推廣，接著我國(guó)又對(duì)普軌全卡形式的無(wú)極繩卡軌車進(jìn)行了研發(fā)和設(shè)計(jì)，限于當(dāng)時(shí)礦井采掘工作面順槽和運(yùn)輸上下山等巷道使用的軌道型號(hào)小，普軌全卡形式的無(wú)極繩卡軌車卡軌效果不理想，對(duì)軌道的施工質(zhì)量也要求比較高，以至普軌全卡形式的無(wú)極繩卡軌車也沒能得到相應(yīng)的推廣，到90年代后期研制出了具有我國(guó)特色的卡軌車系列，目前，我國(guó)已研制開發(fā)出了三種不同形式的卡軌車分別是FIA型無(wú)極繩牽引卡軌車、普通軌無(wú)極繩牽引卡軌車、CK-66柴油機(jī)膠套齒輪卡軌車，但總體技術(shù)水平和國(guó)外先進(jìn)采煤技術(shù)國(guó)家的同類設(shè)備產(chǎn)品相比還是有一定的差距。

2 無(wú)極繩牽引卡軌車的性能特點(diǎn)和適用條件

2.1 主要組成部分及工作原理

無(wú)極繩牽引卡軌車由無(wú)極繩絞車、張緊器、牽引儲(chǔ)繩車、彎護(hù)軌、輪系、載重車、回繩站、通信信號(hào)等組成。

無(wú)極繩牽引卡軌車是以無(wú)極繩絞車作為動(dòng)力源，用電動(dòng)機(jī)提供運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)力，通過(guò)減速器帶動(dòng)絞車滾筒旋轉(zhuǎn)并調(diào)節(jié)絞車滾筒轉(zhuǎn)速，再利用滾筒和鋼絲繩之間的摩擦力，使鋼絲繩隨絞車滾筒往復(fù)循環(huán)旋轉(zhuǎn)，配以合適的車輛，達(dá)到礦井上下運(yùn)送物料的目的。

無(wú)極繩牽引卡軌車能遠(yuǎn)距離連續(xù)不間斷的運(yùn)輸，免除了小絞車分段運(yùn)輸在摘掛連接鉤時(shí)容易出現(xiàn)的跑車事故，而且在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)中安設(shè)有可靠的安全制動(dòng)裝置，這很大程度上提高了設(shè)備的安全性，還有無(wú)極繩牽引卡軌車車輛運(yùn)行的穩(wěn)定性也比其他傳統(tǒng)的運(yùn)輸方式有了很大的提高。

鋼絲繩安全系數(shù)無(wú)極繩絞車牽引能力驗(yàn)算選例：

斜巷長(zhǎng)度：19.5 m；斜巷最大傾角：20 ？觷；鋼絲繩規(guī)格：6×19；鋼絲繩繩徑：Φ18.5 mm；鋼絲繩破斷拉力：195.51 kN；礦車類別：礦車；自重：970 kg；車皮數(shù)量：2；單車載重：1.5 T；電機(jī)功率：40 kW；最大牽引力：24 kN。

計(jì)算過(guò)程如下：

①鋼絲繩安全系數(shù)的驗(yàn)算，鋼絲繩所承受最大靜拉力：

F1=Z（G+G0）g（sinβ+W1cosβ）+qsLg（sinβ+W2cosβ）

式中：F1為最大靜拉力，N；Z為每次牽引的礦車數(shù)，個(gè)；G為礦車載重，kg；G0為礦車自重，kg；g為重力加速度，9.8m/s2；β為斜巷傾角， ？觷；qs為鋼絲繩單位長(zhǎng)度質(zhì)量，kg/m；L為最大牽引長(zhǎng)度，m；W1為礦車運(yùn)行阻力系數(shù)，取0.015（0.01～0.015）；W2為鋼絲繩部分托輥上運(yùn)行阻力系數(shù)，取0.4。

F1=2×（970+1.5×1 000）×9.8×（sin20 ？觷+0.015×cos20 ？觷）+1.218×19.5×9.8×（sin20 ？觷+0.4×cos20 ？觷）=17 407.4 N

鋼絲繩安全系數(shù)：

n=實(shí)測(cè)合格鋼絲破斷拉力總和/鋼絲繩所承受最大靜拉力

n=19 950×9.8 /17 407.4

n=11.2≥6.5

鋼絲繩安全系數(shù)滿足要求。

②無(wú)極繩絞車牽引能力驗(yàn)算，鋼絲繩牽引力：

F2=Z（G+G0）g（±sinβ+Wcosβ）+qsLg（±sinβ+Wscosβ）

式中：F2為鋼絲繩的牽引力，N；W為礦車運(yùn)行阻力系數(shù)，取0.015（0.01～0.015）；Ws為鋼絲繩阻力系數(shù)。部分在托輥上運(yùn)行時(shí)，取0.4；“±”為向上運(yùn)行時(shí)取“+”，向下運(yùn)行時(shí)取“-”；向上運(yùn)行時(shí)取“+”：

F2=2×（970+1.5×1 000）×9.8×（+sin20 ？觷+0.015×cos20 ？觷）+1.218×19.5×9.8×（+sin20 ？觷+0.4×cos20 ？觷）=17407.4 N

向下運(yùn)行時(shí)取“-”：

F3=2×（970+1.5×1 000）×9.8×（-sin20 ？觷+0.015×cos20 ？觷）+1.218×19.5×9.8×（-sin20 ？觷+0.4×cos20 ？觷）=-15 867.6 N

注：“-”為向下松料。

由以上可得，F(xiàn)2>F3，

故取，F(xiàn)2=17 407.4 N

所用無(wú)極繩絞車牽引力>F2，無(wú)極繩絞車功率滿足要求。

2.2 性能特點(diǎn)及適用條件

無(wú)極繩牽引卡軌車是煤礦井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中使用的以無(wú)極繩絞車牽引的軌道運(yùn)輸設(shè)備，吸取和繼承了傳統(tǒng)無(wú)極繩絞車的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，并引鑒了無(wú)極繩連續(xù)牽引車的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，是對(duì)煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的升級(jí)和完善。無(wú)極繩牽引卡軌車有以下性能特點(diǎn)：

①操作簡(jiǎn)便，安全可靠。實(shí)現(xiàn)全部按鈕控制操作，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和技術(shù)水平要求；設(shè)計(jì)安裝了雙制動(dòng)系統(tǒng)，且采取機(jī)械傳動(dòng)的方式，大大提高了安全性。

②用途廣泛，一機(jī)多用。無(wú)極繩牽引卡軌車能在采掘工作面順槽、軌道上下山巷道、機(jī)軌合一巷等巷道中使用，又能為掘進(jìn)后續(xù)作業(yè)服務(wù)。

③安裝設(shè)計(jì)靈活，能巷道水平轉(zhuǎn)彎運(yùn)輸。我們可以根據(jù)不同運(yùn)輸條件和方案的要求，選擇合適的配置方式，使用靈活的固定結(jié)構(gòu)技術(shù)，便于拆卸和安裝，尾輪固定結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)快速方便的移動(dòng)，能適應(yīng)運(yùn)輸距離的不斷改變，配備適應(yīng)巷道轉(zhuǎn)彎角度的彎道護(hù)軌裝置，可以巷道水平轉(zhuǎn)彎運(yùn)輸。

④巷道布置靈活，適應(yīng)能力強(qiáng)。無(wú)極繩牽引卡軌車可以平行于軌道布置，也可與軌道成一定角度布置；能夠布置成雙軌道單車運(yùn)輸系統(tǒng)，三軌道雙車運(yùn)輸系統(tǒng)和四軌道雙車運(yùn)輸系統(tǒng)；采用雙向出繩技術(shù)，進(jìn)出繩非常方便且體積也比較小，既能布置在原有硐室，又能布置在巷道側(cè)幫，可適用于不同的巷道工況。

⑤容繩量大，運(yùn)行成本低。用機(jī)械張緊裝置張緊鋼絲繩，鋼絲繩的張緊力會(huì)受牽引狀況影響，使用導(dǎo)向輪分繩技術(shù)，從而避免了鋼絲繩咬繩，也減低了鋼絲繩的磨損，鋼絲繩的使用壽命得到了延長(zhǎng)，而使用儲(chǔ)繩設(shè)備，可減低鋼絲繩的浪費(fèi)使用狀況，從而降低運(yùn)行成本。

⑥安全高效的連續(xù)運(yùn)輸。在安裝運(yùn)輸范圍內(nèi)不需轉(zhuǎn)載，可直達(dá)運(yùn)輸，使工作人員不用頻繁倒車，減低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了設(shè)備事故發(fā)生頻率，管理難度也隨之下降。

適用條件：固定的運(yùn)輸線路，運(yùn)距不變，大運(yùn)量，不分叉，轉(zhuǎn)彎不多，坡度較大的輔助運(yùn)輸巷道。

3 無(wú)極繩牽引卡軌車的技術(shù)現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國(guó)自主研發(fā)的新型煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備中，無(wú)極繩牽引普通軌卡軌車因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，工作可靠，爬坡角度大，牽引力大，使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)，在新建或改建的礦井工作面軌道順槽和上下山巷道中得到了廣泛的推廣。由于新建或改建的礦井主運(yùn)輸巷運(yùn)輸系統(tǒng)已基本為膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸，輔助運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備只安設(shè)在軌道巷中，無(wú)極繩牽引普通軌卡軌車在工作面人員的運(yùn)輸上沒有很好的解決方法，同時(shí)存在著鋼絲繩損壞保護(hù)不完善和在變坡點(diǎn)車輛易掉道等問題，鋼絲繩的損壞方式主要有磨損、彎曲疲勞、銹蝕，當(dāng)運(yùn)輸量偏大時(shí)，鋼絲繩損壞的主要原因是磨損，當(dāng)絞車張緊器滑輪直徑偏小時(shí)鋼絲繩損壞的主要原因是彎曲疲勞，當(dāng)運(yùn)輸量偏小或巷道中有一定的積水時(shí)，鋼絲繩損壞的主要原因是銹蝕；由于車輛之間在變坡點(diǎn)的碰撞或咬合，易發(fā)生掉道的情況，要提高軌道的鋪設(shè)質(zhì)量防止車輛之間的碰撞。

4 無(wú)極繩牽引卡軌車今后的發(fā)展方向

無(wú)極繩牽引卡軌車在煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中技術(shù)相對(duì)比較完善，它具有維修使用便捷，投資小，適用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為我國(guó)煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中的主要運(yùn)輸設(shè)備，今后無(wú)極繩牽引卡軌車在煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備中仍會(huì)占有較大的比重，隨著各礦對(duì)輔助運(yùn)輸?shù)娜找嬷匾?，無(wú)極繩牽引卡軌車在技術(shù)研制開發(fā)上也要適應(yīng)煤礦輔助運(yùn)輸要求的逐步改變，要從當(dāng)前主要應(yīng)用在采掘工作面順槽，向水平運(yùn)輸大巷，上下上運(yùn)輸巷道中應(yīng)用發(fā)展。

隨著煤礦產(chǎn)煤量和機(jī)械化水平的不斷提高，采掘工作面順槽長(zhǎng)度和斷面尺寸會(huì)越來(lái)越大，采掘機(jī)械設(shè)備的重量也會(huì)越來(lái)越重，適應(yīng)采掘工作面順槽投資少和安裝方便的可單速或機(jī)械調(diào)速的無(wú)極繩普軌卡軌車應(yīng)用會(huì)越來(lái)越普及，適應(yīng)于長(zhǎng)距離軌道上下山巷道等大運(yùn)輸能力的無(wú)極繩普通軌卡軌車也將會(huì)有較大的發(fā)展空間，無(wú)極繩槽鋼軌卡軌車能以較快速度運(yùn)送大型設(shè)備，且效果好不易掉道，只要研制好配套的高效快速轉(zhuǎn)載裝置，今后無(wú)極繩牽引槽鋼軌卡軌車會(huì)得到一定的推廣應(yīng)用。

無(wú)極繩牽引異型軌卡軌車配備有專用的人車可解決工作面人員的運(yùn)輸問題，不需轉(zhuǎn)載，卡軌和制動(dòng)也相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，目前在不少礦井中得到應(yīng)用，今后也會(huì)有一定程度的推廣。

隨著科學(xué)生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，國(guó)外采煤技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家已經(jīng)將矢量控制技術(shù)、變頻技術(shù)以及PLC控制技術(shù)成功地應(yīng)用在無(wú)極繩牽引卡軌車的改造更新中，更是有效地解決了煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中運(yùn)距長(zhǎng)、功率大、可調(diào)速和易控制之間的矛盾，大大提高了無(wú)極繩牽引卡軌車運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行安全性、可靠性、連續(xù)性和高效性。由此可見，我國(guó)也會(huì)相繼研制開發(fā)基于矢量控制技術(shù)、變頻技術(shù)以及PLC控制技術(shù)的新型無(wú)極繩牽引卡軌車運(yùn)輸系統(tǒng)。

總之，隨著科學(xué)技術(shù)水平和煤礦機(jī)械化水平的提高，無(wú)極繩牽引卡軌車運(yùn)輸系統(tǒng)的推廣應(yīng)用會(huì)加快進(jìn)度，它能高效安全可靠地完成煤礦工作面人員和采掘生產(chǎn)設(shè)備、材料的運(yùn)輸任務(wù)，是今后煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展方向。

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