煤礦井下單軌吊機(jī)車選型計(jì)算

李永軍

(大同煤礦集團(tuán)朔州朔煤王坪煤電有限責(zé)任公司，山西 懷仁 038300)

煤礦井下的輔助運(yùn)輸系統(tǒng)承擔(dān)著材料、設(shè)備、人員的運(yùn)輸，輔助運(yùn)輸不僅是煤礦生產(chǎn)建設(shè)的重要組成部分，而且影響著煤礦生產(chǎn)效率[1]。目前，王坪煤礦井下輔助運(yùn)輸方式主要采用小絞車運(yùn)輸，隨著開拓的延伸，小絞車輔助運(yùn)輸?shù)娜秉c(diǎn)已不能適應(yīng)本礦的生產(chǎn)運(yùn)輸需要。單軌吊輔助運(yùn)輸系統(tǒng)憑借其連續(xù)運(yùn)輸、運(yùn)量大、安全經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)逐步得到應(yīng)用。

1 單軌吊運(yùn)行環(huán)境

303盤區(qū)軌道巷沿5#煤層泥巖頂板掘進(jìn)，巷道斷面為矩形，設(shè)計(jì)規(guī)格為4.0m×3.4m，全長1800m，巷道采用錨噴支護(hù)。該巷道原采用小絞車接力運(yùn)輸，運(yùn)輸效率低且在支架運(yùn)輸過程中易生事故，因此改造了303盤區(qū)輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，準(zhǔn)備采用單軌吊運(yùn)輸，通過道岔與各采煤工作面運(yùn)輸聯(lián)巷連接。單軌吊設(shè)計(jì)運(yùn)送ZF10000型支架重量為31t，最大運(yùn)輸物料重18t，303盤區(qū)軌道巷最大坡度為18°。合理正確的單軌吊選型，關(guān)系著煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 單軌吊設(shè)備選型

2.1 單軌吊機(jī)車選型

防爆蓄電池單軌吊機(jī)車及防爆柴油單軌吊機(jī)車常常用在煤礦井下輔助運(yùn)輸中。其中，防爆蓄電池單軌吊機(jī)車適用于近距離、運(yùn)量小、坡度較平緩的條件；而防爆柴油單軌吊機(jī)車適用于長距離、運(yùn)量大、大坡度的條件[2]。根據(jù)303盤區(qū)軌道巷的基本情況及運(yùn)輸設(shè)備的重量，可選擇DLZ130F-8型單軌吊機(jī)車，其由8驅(qū)驅(qū)動(dòng)單元組成，額定功率為95kW，4個(gè)氣缸，冷卻方式采用循環(huán)水冷卻，機(jī)車自重為9.25t，額定牽引力為200kN。

根據(jù)單軌吊機(jī)車運(yùn)輸所需要的牽引力計(jì)算，運(yùn)輸ZF10000型液壓支架時(shí)所需牽引力F[2]：

式中：

Wo-基本阻力，N；

Wi-坡道阻力，N；

Wa-慣性力，N。

式中：

P-列車質(zhì)量，機(jī)車自重9250kg，起吊梁2100 kg，起吊框架800kg，司機(jī)體重160kg，列車總重量為12310kg；

Q-貨物質(zhì)量，液壓支架質(zhì)量為31000kg；

g-重力加速度，取9.8m/s2；

ω-列車運(yùn)行阻力系數(shù)，取0.02。

式中：

i-單軌坡度，按巷道最大坡度取18°，即i=tg18°=0.325。

式中：

γ-慣性系數(shù)；

a-列車運(yùn)行加速度，取0.4m/s2。

式中：

J-每個(gè)承載輪對(duì)其軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，0.00522kg·m2；

R-承載輪半徑，0.059m；

Gc-承載物體質(zhì)量，31000kg。

若要校核上坡重載條件下的牽引力，則轉(zhuǎn)化為：

由于DLZ130F-8驅(qū)機(jī)車牽引力為200kN，其值大于運(yùn)輸支架時(shí)所需要的牽引力163.8kN，故所選用的DLZ130F-8單軌吊機(jī)車完全可以滿足運(yùn)輸設(shè)備需要的動(dòng)力。

2.2 起吊梁選型

單軌吊機(jī)車起吊梁根據(jù)所運(yùn)輸設(shè)備的不同，可以采用不同規(guī)格的起吊梁，常用的起吊梁的起吊能力有5t，8t，12t，20t，22t等，選擇起吊梁一定要根據(jù)超吊重物的載荷[3]。由于ZF10000型支架是303盤區(qū)運(yùn)輸?shù)淖畲筝d荷，而選擇MHZZ18-DUO起吊梁最大起吊重量為36t，故MHZZ18-DUO型起吊梁滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3 軌道選擇

軌道根據(jù)軌道的負(fù)荷能力來選擇，一般軌道分為I1440E型和I140V型，道軌長度一般分為1.5m/根、2m/根、2.4m/根。根據(jù)王坪煤礦運(yùn)輸要求，使用MPD120F（I140V）型軌道，軌道高為198mm，寬為70mm，通過懸掛板懸掛在2根2.5m長的右螺旋螺紋鋼錨桿上。軌道懸掛如圖1所示。

圖1 軌道懸掛圖

水平巷道運(yùn)輸時(shí)：整個(gè)軌道的受力并不是均勻受力，由于機(jī)車自重只有9.25t，而支架最重31t，起吊梁自重2.1t。由于軌道中受力最大的點(diǎn)在起吊梁的承載車上，因此對(duì)軌道受力分析，只考慮最大受力點(diǎn)的起吊梁段軌道的受力分析。

支架最大重量為31t，懸掛在起吊梁的兩個(gè)吊點(diǎn)，因此，支架的重量平均分配在了兩個(gè)吊點(diǎn)上，得出兩個(gè)吊點(diǎn)的受力為F左=F右=15.5t。由于起吊梁的每個(gè)吊點(diǎn)又由4個(gè)承載車固定，所以得出每個(gè)承載車的受力為F=4.25t，由此可以看出，起吊梁在最大載重時(shí)（載重31t），軌道每個(gè)承載車的受力為4.25t。

軌道選用2m，即每隔2m設(shè)一個(gè)懸掛點(diǎn)，因此，整個(gè)起吊梁（長8727mm）的承載車分布在5根軌道之上。每個(gè)承載車的受力為4.25t，由于起吊梁為運(yùn)動(dòng)的，因此軌道懸掛點(diǎn)的受力也非均勻的，在這里利用極限的方法來計(jì)算，如圖2。

圖2 極限計(jì)算方法

已知：F1=F2=F3=F4=4.25t

由圖2知：此時(shí)B點(diǎn)承受來自1，2，3，4個(gè)承載車的部分重量，受力最大，因此只需要分析B點(diǎn)的受力，就可以得知最大錨桿受力。

分析AB段：

分析BC段：

由上兩式得：

而每個(gè)懸掛點(diǎn)有2根錨桿承重，每根錨桿的極限受力為TB=7.54 / 2=3.77t，錨桿的錨固力不得小于7.54t（取2倍的安全系數(shù)），而設(shè)計(jì)錨桿的錨固力為8.5t，因此每個(gè)懸掛點(diǎn)由2根錨桿懸掛可滿足要求。

18°上山運(yùn)輸時(shí)：在軌道處于有坡度的地點(diǎn)，假設(shè)軌道只有一個(gè)懸掛點(diǎn)（兩根錨桿），而軌道受力也同樣假設(shè)在一個(gè)點(diǎn)，因此，軌道所受的重力之和為G=G貨+G起吊梁+G軌道，而且軌道還會(huì)受到來自機(jī)車的制動(dòng)力帶來的摩擦力Ft，摩擦力分解在重力方向的力為F制動(dòng)×sina，由此可以得出錨桿上受的合力為F錨桿=G+F制動(dòng)×sina=G貨+G起吊梁+G軌道+F制動(dòng)×sina=31+2.3+0.5+33.6×sin18=44.2t。

由于起吊梁的承載力分布在5根軌道之上，5根軌道擁有6個(gè)吊掛點(diǎn)，所以可以得出51.2t的力分布在6個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)的受力為44.2/6=7.4t，同樣每個(gè)懸掛點(diǎn)2根錨桿，因此每根錨桿垂直于巷道的力為7.4/2=3.7t，錨桿的錨固力不得小于7.4t（取2倍的安全系數(shù)），因此每個(gè)懸掛點(diǎn)由2根錨桿懸掛可滿足要求。

根據(jù)以上分析，選擇長度為L=2m的重軌軌道完全滿足設(shè)備運(yùn)輸?shù)氖褂靡蟆?/p>

3 結(jié)論

關(guān)于單軌吊輔助運(yùn)輸設(shè)備的選型還沒有一套完整的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)王坪煤礦303盤區(qū)軌道巷的最大坡度及運(yùn)輸設(shè)備的最大重量，通過受力計(jì)算，選擇DLZ130F-8型單軌吊機(jī)車、MHZZ18-DUO起吊梁及MPD120F（I140V）型軌道可以滿足設(shè)計(jì)的需要。