雙繩牽引單軌吊車選型設(shè)計(jì)計(jì)算

杜帥

（陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 二礦，山西 陽泉 045000）

目前陽煤二礦掘進(jìn)巷道輔助運(yùn)輸設(shè)備主要以小絞車牽引礦車，梭車運(yùn)輸為主。存在牽引距離短，運(yùn)輸環(huán)節(jié)多，有諸多不安全因素等弊端，為此，我礦積極采用雙繩牽引單軌吊技術(shù)，并在81210進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)行試用，以改善輔助運(yùn)輸條件，提高勞動效率。

1 巷道條件及設(shè)備選型

1.1 巷道條件

北翼十二采區(qū)81210工作面進(jìn)風(fēng)巷，位于十四采區(qū)以東，81209工作面（正在回采）以西，程莊井田以南，十二采區(qū)輔助回風(fēng)巷以北。本工作面為綜采放頂煤工作面，沿15#煤底板掘進(jìn)的煤巷。進(jìn)風(fēng)巷服務(wù)于81210工作面，工作面回采時(shí)，用作進(jìn)風(fēng)、運(yùn)煤、行人、進(jìn)料等。最大運(yùn)輸長度：1500 m，巷道寬4.5 m，巷道高3.2～4.0 m，最大運(yùn)輸傾角：15°，2處拐彎；運(yùn)輸最大件（支架含平板車）重量：30 t，每次輸送人員：20人/次；軌型：I140 V。

1.2 鋼絲繩選用

6×19S-Φ26mm，運(yùn)距按1500 m，擬選機(jī)型DS160/160PS雙滾筒雙繩牽引單軌吊車。

2 選型計(jì)算方案

2.1 所需牽引力計(jì)算

式中：F為低速滿負(fù)荷時(shí)最大的牽引力，kN；G為列車組自重，按4.5 t計(jì)算；G0為運(yùn)輸最大重量（含平板車重量）30 t；βmax為運(yùn)行線路最大坡度；μ1為列車運(yùn)行阻力系數(shù)0.02；μ2為鋼絲繩摩擦阻力系數(shù)0.25；μ為牽引力富余系數(shù)1.2；qR為單位長度鋼絲繩的重量；L為運(yùn)輸距離；g為重力加速度。

式中：G為列車組自重，按4.5 t計(jì)算；G0為單個(gè)乘員體重，75 kg；n為單趟運(yùn)載人員數(shù)量，20人/趟。

其它參數(shù)含義與運(yùn)料時(shí)相同。

2.2 無極繩絞車選型

根據(jù)以上牽引力計(jì)算,要完成最基本的工作要求，達(dá)到最大牽引力為148.57 kN的雙滾筒雙繩牽引單軌吊車就可以滿足要求。因此擬訂采用DS160/160PS雙滾筒雙繩牽引單軌吊車(最大牽引力160 kN，最小牽引力80 kN，牽引速度0.72～1.44 m/s)能滿足要求。

2.3 功率驗(yàn)算

式中：N為實(shí)際消耗功率；F為牽引力；V為低速牽引重車時(shí)速度；η為絞車傳動效率0.80；K為功率富余系數(shù)。

DS160/160PS型雙滾筒雙繩牽引單軌吊車功率備用系數(shù)為1.1，（電機(jī)功率：160 kW）。

N=FV/η=,129.76×0.72/0.80≈116.7834 kW-電機(jī)實(shí)際消耗功率。

K=160/116.78≈1.37＞1.1

經(jīng)驗(yàn)算,雙滾筒雙繩牽引單軌吊車電機(jī)功率富余系數(shù)大于1.1,符合煤安規(guī)程要求。因此，選用DS160/160PS雙滾筒雙繩牽引單軌吊車的功率滿足使用要求。

2.4 鋼絲繩的選用

（1）依據(jù)MT/T988-2006《無極繩連續(xù)牽引車》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)第5.4.7的規(guī)定,絞車滾繩筒上繩襯直徑應(yīng)滿足以下要求：拋物線滾繩筒繩襯直徑至少應(yīng)為牽引鋼絲繩直徑的50倍，因此選用Φ26mm鋼絲繩用作牽引。

（2）部分鋼絲繩技術(shù)參數(shù)

公稱抗拉強(qiáng)度公稱直徑/mm近似重量（纖維芯）/（kg/m）1670 1770最小破斷拉力（纖維芯）/kN Φ22 1.74 266 282 Φ24 2.15 317 336 Φ26 2.43 372 394 Φ28 2.82 432 458

（3）鋼絲繩選型：26NAT6×19S+FC1670SZ372型鋼絲繩（GB/T8918）

根據(jù)前面所述，選用DS160/160PS型雙滾筒雙繩牽引單軌吊車的滾筒直徑為Φ1400mm，選用Φ26mm的鋼絲繩，繩徑比為53.85≥50，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

（4）鋼絲繩強(qiáng)度驗(yàn)算：

由于DS160/160PS雙滾筒雙繩牽引單軌吊車驅(qū)動方式為雙滾筒拋物線式，在安裝主繩平衡裝置后單根主繩上的牽引力為總牽引力的一半，即：F單=F/2=129.76÷2=64.88 kN。

式中：n為鋼絲繩安全系數(shù)；Qz為鋼絲繩破斷拉力總和（手冊選）；Smax為鋼絲繩最大牽引力，kN；Sc為鋼絲繩張力初選值，kN。

式中：n為鋼絲繩安全系數(shù)；Qz為鋼絲繩破斷拉力總和（手冊選）；Smax為鋼絲繩最大牽引力，kN；Sc為鋼絲繩張力初選值，kN。

符合《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定：運(yùn)物時(shí)鋼絲繩安全系數(shù)〔n〕不得小于3.5，運(yùn)人時(shí)鋼絲繩安全系數(shù)〔n〕不得小于6，從以上計(jì)算可以得出所選的Φ26mm鋼絲繩在已知的工況條件下能滿足安全使用要求。

結(jié)論：選用DS160/160PS雙滾筒雙繩牽引單軌吊車能滿足工況條件要求。

3 鋼絲繩牽引單軌吊車運(yùn)行可行性分析

3.1 最大物件運(yùn)輸可行性分析

（1）運(yùn)輸路線：按礦上已定好路線。

（2）巷道高度(H)

按巷道設(shè)計(jì)圖，其尺寸符合運(yùn)輸要求（運(yùn)輸最大物件時(shí)能確保離地≥100～300mm）。

3.2 鋼絲繩牽引單軌吊車運(yùn)輸系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

鋼絲繩牽引單軌吊是利用煤礦上普遍使用的無極繩連續(xù)牽引車和國外進(jìn)口的柴油機(jī)單軌吊進(jìn)行了有機(jī)整合形成的一種新的輔助運(yùn)輸方式，有效克服傳統(tǒng)地面無極繩連續(xù)牽引車帶來的地面鋪軌繁瑣，投入建設(shè)費(fèi)用高，維護(hù)難度大，且不能載人運(yùn)輸?shù)热毕?；同時(shí)克服了國外的柴油機(jī)單軌吊機(jī)車投入成本高，噪音和空氣污染大、易爆，維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用多難度大等缺陷。具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、噪音低、無污染、安全可靠、操作維修方便、巷道利用效率高、使用成本低等特點(diǎn)，極大地提高了生產(chǎn)效率。

鋼絲繩牽引單軌吊由無極繩絞車主機(jī)、五輪張緊器、雙牽引車（由2套儲繩梭車、2套超速自動保護(hù)安全制動小車組成）、若干起吊梁、運(yùn)人車以及連接桿、軌道輪組、尾輪、鋼絲繩、專用鋼軌以及通訊控制電器組成。

軌道直接用鏈條懸掛在隧道拱形鋼架上，或選擇錨桿懸掛鏈子的方式固定軌道，每個(gè)固定點(diǎn)只需兩根錨桿和一條鏈子即可固定。起吊梁動力源采用礦井本身的氣壓源。采用自主創(chuàng)造發(fā)明超速自動保護(hù)安全制動小車，從而起到安全自動防護(hù)作用，實(shí)現(xiàn)了礦井物料及乘人吊掛運(yùn)輸。設(shè)備安裝十分簡單，吊軌系統(tǒng)維護(hù)量很小，鋼絲繩牽引單軌吊車只需要2名司機(jī)即可完成運(yùn)輸任務(wù)。

鋼絲繩牽引單軌吊車是有人跟車駕駛的設(shè)備，可全程掌握運(yùn)行狀況，能及時(shí)采取措施應(yīng)對異常情況，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸中的全過程控制，大大減少了輔助運(yùn)輸安全事故發(fā)生的概率，實(shí)現(xiàn)了好又快的安全生產(chǎn)。牽引車及軌道上各種車輛均采用卡軌式結(jié)構(gòu)，任何時(shí)候均不會出現(xiàn)掉道現(xiàn)象；具有雙重制動保護(hù)功能；主機(jī)的制動裝置和安全制動小車的斷繩制動保護(hù)裝置。

4 結(jié)語

結(jié)合陽煤二礦井下巷道實(shí)際條件，通過對所選DS160/160PS雙滾筒雙繩牽引單軌吊車鋼絲繩牽引力、安全系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行精確計(jì)算，相關(guān)參數(shù)符合國家相關(guān)規(guī)定，能夠滿足我礦生產(chǎn)需要。鋼絲繩牽引單軌吊車不僅可以作為綜掘機(jī)高效掘進(jìn)巷道的后配套輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，而且也可作為工作面安裝的運(yùn)輸系統(tǒng)使用，可以節(jié)省工作面安裝前的準(zhǔn)備時(shí)間，這將極大的提高我礦生產(chǎn)效率，為我礦創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

〔1〕蔣學(xué)明，薛志明.煤層地質(zhì)條件復(fù)雜礦井無軌輔助運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化與應(yīng)用[J].神華科技，2014（2）.

〔2〕盧全進(jìn).絞車智能識別系統(tǒng)在爐峪口礦的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2013（33）.

〔3〕王 剛.單軌吊輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展前景[J].科學(xué)之友，2012（9）.

〔4〕苗建明.煤礦巷道掘進(jìn)施工組織實(shí)施探討[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2012（7）.

〔5〕郭德秀.單軌吊驅(qū)動機(jī)構(gòu)的應(yīng)用改進(jìn)[J].機(jī)械工程師，2012（1）.