礦用低污染高效率電控柴油單軌吊研究

趙保軍

（山西潞安礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山西長治 046000）

目前，國內(nèi)煤礦工作正不斷從機(jī)械化逐步地轉(zhuǎn)向自動化，甚至是智能化方面，然而在運(yùn)輸方面，其所用設(shè)備仍是礦井工作最為薄弱的環(huán)節(jié)之一。就時下而言，國內(nèi)僅有少數(shù)礦井的運(yùn)輸設(shè)備使用的是無軌膠輪車和單軌吊，多數(shù)的礦井均使用無極繩絞車和小絞車，因此，在運(yùn)輸過程中常存在著跑車、斷繩以及掉道等狀況。對于新型運(yùn)輸設(shè)備而言，雖然其有著高效率且能不斷運(yùn)輸，但因柴油單軌吊多為進(jìn)口設(shè)備，故而其配件或是自身價(jià)格較高，無形中增加了投入成本，因此無法滿足多數(shù)工程所需。而原有的國產(chǎn)無軌膠輪車有著低智能化、高耗油量、重尾氣污染以及低排放標(biāo)準(zhǔn)等問題，使其推廣應(yīng)用受到了極大的限制。因此，對電控柴油單軌吊的研究勢在必行[1]。

1 原因分析

隨著人類環(huán)境保護(hù)意識的不斷提升，地面車輛柴油機(jī)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已然提升到了國Ⅳ，甚至是國Ⅴ的層次。盡管如此，在煤礦井下和非道路的工程機(jī)械柴油機(jī)的排放依舊較低，因此，急需對其進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，以此來有效提升防爆柴油機(jī)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[2]。

對于柴油發(fā)動機(jī)而言，當(dāng)其用于車輛時，其轉(zhuǎn)速較高，且自身所用技術(shù)包含了后處理技術(shù)、電控共軌、電控單體泵、空空中冷以及渦輪增壓；而當(dāng)其用于非道路工程時，其轉(zhuǎn)度較低，時下正逐步將其發(fā)展為電控技術(shù)。當(dāng)柴油機(jī)用于煤礦井下工作時，因礦井環(huán)境以及防爆等問題，使其技術(shù)難度得到極大提升，故而常會出現(xiàn)嚴(yán)重事故。就時下而言，國內(nèi)煤礦企業(yè)均采用普通機(jī)械柴油泵，并在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)排氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，故而在排放標(biāo)準(zhǔn)、耗油以及技術(shù)等方面均無法滿足時下現(xiàn)狀[3]。

2 技術(shù)改進(jìn)

通過國外技術(shù)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用柴油機(jī)單軌吊能夠有效解決各類礦井運(yùn)輸問題，該設(shè)備是時下發(fā)展前景最為可觀的技術(shù)之一。對于柴油機(jī)單軌吊而言，其屬于高新的機(jī)電液一體化產(chǎn)品，其構(gòu)成部分主要包含了整車操作控制、柴油機(jī)監(jiān)督保護(hù)、散熱冷卻系統(tǒng)、起動系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、靜液壓閉式傳動系統(tǒng)以及防爆柴油發(fā)動機(jī)動力系統(tǒng)。而其結(jié)構(gòu)部件主要分為拉桿、輔機(jī)、主機(jī)、驅(qū)動部以及司機(jī)室[4]。

（1）司機(jī)室所用線條類型為流線型，不僅有著敞亮、簡潔的空間，還有著安全、可靠的鋼管骨架。基于人體工程學(xué)，將該部分設(shè)計(jì)為有著扶手的手柄，使其操作更為簡便。通過彩色液晶屏儀表盤，實(shí)現(xiàn)對機(jī)車運(yùn)行參數(shù)的顯示。其內(nèi)部設(shè)有緊急剎車按鈕，能夠有效保障使用安全。

（2）驅(qū)動部所用驅(qū)動形式為齒輪與摩擦輪的混合形式，混驅(qū)模式用于實(shí)現(xiàn)負(fù)載所需驅(qū)動，而摩擦輪直驅(qū)模式用于提升小負(fù)載的運(yùn)行速度。兩模式的切換只需通過司機(jī)室的特定按鈕即可實(shí)現(xiàn)。

（3）動力核心部分為主機(jī)部分，因此單軌吊選擇電噴防爆柴油機(jī)為其提供動力，該油機(jī)為自主研發(fā)，利用ECU予以保護(hù)和控制，其噴油會按照進(jìn)氣量予以調(diào)整，從而為高排放低油耗提供了一定保障，在顯示儀表中能夠?qū)崟r得到CAN傳輸?shù)陌l(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生異常時，按照保護(hù)級別ECU會自動報(bào)警，文字會在屏上滾動播放，并有警示音發(fā)出來提醒駕駛員，采取雙重提醒的方式減少或避免故障的發(fā)生[5]。

（4）在整車中，輔機(jī)屬于其單元的輔助部分，在液壓蓄能與液壓系統(tǒng)散熱中較為常見。本機(jī)選擇的散熱器為紫銅管片式，雖然體積較小，卻有較高的散熱效率。

（5）在連接整車時，拉桿尤為關(guān)鍵，是主要連接部件，本機(jī)結(jié)構(gòu)為萬向節(jié)式拉桿，其強(qiáng)度與使用要求相符，同時其自由拐彎也能保持水平狀態(tài)。具有較高的通過性能，使用便利。

3 技術(shù)性能和特點(diǎn)

（1）對帶齒條軌道與齒輪驅(qū)動部進(jìn)行設(shè)計(jì)時，應(yīng)在易打滑、水汽大或坡度較大的局部使用，進(jìn)而令大單軌吊防滑安全性能與爬坡能力有所增加[6]。

（2）30kN的單個驅(qū)動部驅(qū)動力能夠令驅(qū)動部數(shù)有效減少。

（3）利用CAN總線傳輸?shù)姆绞接糜陔姎獗O(jiān)控具有保護(hù)壓力、水位與油溫的功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控并將記錄保存下來。

（4）機(jī)動車在運(yùn)行過程中，其具體參數(shù)會在液晶屏中顯示出來，并且故障記錄也能被自動保存，為維修提供了一定便利。

（5）轉(zhuǎn)彎半徑與截面較小，所以較為靈活，堆物、積水與底鼓等現(xiàn)象對其影響較小，在變坡起伏、彎道和岔道較多等區(qū)域同樣能夠運(yùn)行，并且轉(zhuǎn)載便利、可以自動裝卸，長時間、長距離運(yùn)輸。在巷道掘進(jìn)中應(yīng)用時，其軌道延伸速度極快，不僅快捷方便，且安全可靠，能夠從開拓平巷、斜井或井底車場直接運(yùn)輸至采區(qū)工作面[7]。

4 技術(shù)參數(shù)

最大機(jī)車寬度900米；機(jī)車長度15～16.2千米；速度小于2.5 m∕s；轉(zhuǎn)彎半徑為垂直8米、水平4米；使用坡度不得大于25°；整機(jī)重量處于6.8～10 t之間；額定制動力為120～240 kN；額定牽引力為80～160 kN。

5 效益及推廣應(yīng)用前景

該項(xiàng)目預(yù)計(jì)研發(fā)費(fèi)用360萬元，200萬新增利潤，收回成本時間預(yù)計(jì)兩年。

現(xiàn)如今，防爆柴油是煤礦中較為常見的輔助運(yùn)輸設(shè)備，但是排放標(biāo)準(zhǔn)并不理想，國內(nèi)很多防爆柴油機(jī)難以達(dá)到國Ⅰ標(biāo)準(zhǔn)，只有部分國外機(jī)器排放能夠達(dá)到歐Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)，所以在實(shí)際應(yīng)用中，不僅需要消耗較高的燃油，還會排放較多PM微粒、ONx、以及HC和CO等，使得工作人員身心健康受到嚴(yán)重危害，并且企業(yè)運(yùn)行成本也有所提升。而該項(xiàng)目的運(yùn)用，能夠在動力相同時減少污染與油耗，從而令生產(chǎn)成本有所降低，礦井工作環(huán)境有所改善[8]。

電控柴油單軌吊污染的降低需要多方面共同努力，需要從刮板機(jī)重型部件、綜采機(jī)大部件以及支架、設(shè)備等方面入手。而推廣該產(chǎn)品能夠令其安全經(jīng)濟(jì)效益得到提升，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。