卡軌車軌道運(yùn)輸方案設(shè)計及試驗研究

張 冬

（西山煤電屯蘭礦，山西 古交030206）

引言

煤礦運(yùn)輸分為主要運(yùn)輸系統(tǒng)和輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，其直接或間接影響工作面的生產(chǎn)效率。隨著采煤技術(shù)及綜采設(shè)備自動化水平的不斷提升，對工作面所有運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)輸效率提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。目前，就輔助運(yùn)輸系統(tǒng)而言存在如下問題：由于巷道的坡度增加導(dǎo)致其運(yùn)輸能力下降；由于缺乏可靠的制動系統(tǒng)，導(dǎo)致其出現(xiàn)短繩、跑車的事故；由于輔助運(yùn)輸巷與輔助運(yùn)輸軌道不匹配的問題，導(dǎo)致工作面運(yùn)輸不連續(xù)，從而增加了作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度[1]。

針對工作面普通運(yùn)輸普遍存在的問題，本文提出了卡軌車軌道運(yùn)輸系統(tǒng)，其主要優(yōu)勢在于在運(yùn)輸操作中無需換裝即可實現(xiàn)高效快速的裝載、運(yùn)輸功能。本文將對卡軌車軌道運(yùn)輸方案的設(shè)計及相關(guān)試驗進(jìn)行研究。

1 卡軌車運(yùn)輸方案的總體設(shè)計

本文所設(shè)計的卡軌車運(yùn)輸系統(tǒng)的核心在于其不需換繩即可完成運(yùn)輸任務(wù)，該運(yùn)輸系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1 卡軌車軌道運(yùn)輸系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖1所示，卡軌車軌道運(yùn)輸系統(tǒng)主要由塔式緊繩器、牽引絞車房、軌道系統(tǒng)以及回繩站等組成。其中，牽引絞車及塔式緊繩器安裝于地面[2]。該運(yùn)輸系統(tǒng)主要針對工作面的液壓支架、材料等進(jìn)行運(yùn)輸。牽引絞車主要為卡軌車運(yùn)行和制動提供所需的動力和制動力。就制動系統(tǒng)而言，包括有電氣制動和液壓制動系統(tǒng)；牽引絞車的電氣控制系統(tǒng)主要肩負(fù)對運(yùn)輸系統(tǒng)的動力輸入、速度控制以及運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測和控制；根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，要求軌道系統(tǒng)的具體參數(shù)如下：兩條軌道的間距為900 mm，軌道類型為38 kg/m的普通軌道[3]。

結(jié)合《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，卡軌車運(yùn)輸系統(tǒng)配置制動系統(tǒng)如下：在高速軸安裝電力液壓推桿制動；在主繩輪安裝緊急制動閘，其主要在液壓推桿制動失效的狀態(tài)下啟動；在牽引車上安裝限速制動裝置；牽引車制動裝置的主要形式為三面抱軌制動。

2 卡軌車運(yùn)輸系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)計

在實際生產(chǎn)中，由于軌道與運(yùn)輸巷道不匹配導(dǎo)致卡軌運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)輸效率低；由于其制動系統(tǒng)性能不佳導(dǎo)致其在實際生產(chǎn)中存在極大的安全隱患。因此，本節(jié)將著重對卡軌車運(yùn)輸系統(tǒng)中的軌道和制動系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。

2.1 卡軌車軌道系統(tǒng)的設(shè)計

卡軌車運(yùn)輸系統(tǒng)的軌道分系統(tǒng)主要包括有軌道、軌枕、軌座、壓繩輪組、導(dǎo)繩輪組以及阻車器等組成。

2.1.1 軌道的設(shè)計

為確保開軌車運(yùn)輸系統(tǒng)不需多余的裝載操作，本方案采用標(biāo)準(zhǔn)軌道運(yùn)輸，即為38 kg/m的軌道。采用普通軌道僅需在巷道拐彎處為其安裝相應(yīng)的護(hù)軌裝置即可。

2.1.2 專用軌枕的設(shè)計

軌道為保證卡軌車運(yùn)輸系統(tǒng)的關(guān)鍵，而鋼軌與軌枕的連接方式將直接決定軌道的性能。鋼軌接頭為軌道最為薄弱的環(huán)節(jié)，該位置也是鋼軌震動和沖擊最為激烈的位置。因此，對鋼軌接頭位置的加固尤為重要[4]。為真實反映不同結(jié)構(gòu)軌枕在同一運(yùn)輸狀態(tài)下的應(yīng)力和變形狀態(tài)，采用ANSYS軟件對軌枕不加壓板、軌枕加上壓板以及軌枕加下壓板情況下軌枕的位移及應(yīng)力變化進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果如表1所示。

表1 不同結(jié)構(gòu)軌枕對應(yīng)其接頭位置處的仿真結(jié)果

分析表1可知，當(dāng)在軌枕下方加裝壓板后對應(yīng)軌道接頭位置的最大變形和應(yīng)力值均為最小。因此，結(jié)合上述仿真結(jié)果和常規(guī)設(shè)計經(jīng)驗，設(shè)計如圖2所示的軌枕結(jié)構(gòu)。

圖2 專用軌枕結(jié)構(gòu)圖

此外，為確?？ㄜ壾囘\(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性需將軌道接頭位置的焊點打磨，保證整條軌道的平穩(wěn)、光滑。

2.2 卡軌車運(yùn)輸系統(tǒng)制動系統(tǒng)的設(shè)計

由卡軌車運(yùn)輸系統(tǒng)總體設(shè)計方案可知，該卡軌車運(yùn)輸系統(tǒng)對應(yīng)制動分系統(tǒng)主要包括有液壓推桿制動器、緊急制動器以及離心限速器等三部分。

2.2.1 液壓推桿制動器的選型

液壓推桿制動器位于牽引絞車系統(tǒng)中減速器和電動機(jī)的中間位置。根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，要求設(shè)備制動時的制動力為其額定牽引力的1.5～2.5倍，而本項目中牽引絞車的額定牽引力為110 kN。因此，其對應(yīng)液壓推桿制動器所能提高最小制動力不得小于1.5×110 kN=165 kN。結(jié)合市面上制動器的類型，最終選擇制動器的型號為YWZ9-630/201，該型制動器所能提供的最小制動力為201 kN，最大制動力為630 kN；與其相匹配的推動器的型號為ED201/6。

2.2.2 緊急制動器的選型設(shè)計

緊急制動裝置安裝于主繩輪的邊緣，其主要是在液壓推桿制動失效的狀態(tài)下啟動，從而進(jìn)一步提升卡軌車制動系統(tǒng)的可靠性[5]。針對本項目，對應(yīng)選型緊急制動器的類型為盤式制動器，該制動器的核心為對碟簧組的選型。結(jié)合系統(tǒng)緊急制動時所需制動力為110 kN，工作行程為6 mm，最終選用碟簧的型號為A140，該型碟簧所能提供的最大制動力為140 kN。

2.2.3 離心限速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

為確保牽引車的運(yùn)行速度不超過《煤炭安全規(guī)程》所規(guī)定的限值，特為卡軌車絞車運(yùn)輸系統(tǒng)配置離心限速器，其安裝于牽引車的前轉(zhuǎn)向架內(nèi)，具體結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。

圖3 離心限速器結(jié)構(gòu)形式

3 卡軌車運(yùn)輸系統(tǒng)的試驗

為驗證上述所設(shè)計的卡軌車運(yùn)輸系統(tǒng)的性能是否能夠解決實際運(yùn)行中的問題，對所設(shè)計卡軌車運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行試驗研究，著重考核如下指標(biāo)：卡軌輪能否平穩(wěn)通過采用專用軌枕軌連接的普通軌道；卡軌車在運(yùn)輸過程中是否會出現(xiàn)卡鋼絲繩、彈鋼絲繩的現(xiàn)象；卡軌車制動系統(tǒng)的安全性和可靠性是否滿足生產(chǎn)需求。

根據(jù)上述需求，對卡軌車在空載、負(fù)載狀態(tài)下的運(yùn)輸狀態(tài)進(jìn)行試驗研究并得出如下試驗結(jié)果：

1）卡軌車在空載和重載26 t的狀態(tài)下均能夠平穩(wěn)通過軌道連接處，且期間并未出現(xiàn)卡繩和彈繩現(xiàn)象；

2）在實際牽引過程中，卡軌車的牽引力為165 kN，滿足其牽引力不小于110 kN的要求；制動力為168 kN，滿足最小制動力不小于165 kN的要求；

3）經(jīng)測量可得，卡軌車制動的空動時間為0.36 s，制動減速度為5 m/s2，制動距離為2.57 m，均滿足《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)要求。

4 結(jié)論

1）采用普通軌道，并在軌枕下方加裝壓板以保證軌道的平穩(wěn)性；

2）完成卡軌車運(yùn)輸系統(tǒng)液壓推桿制動器、緊急制動裝置以及限速器的選型設(shè)計；

3）經(jīng)試驗表明，該卡軌車運(yùn)輸系統(tǒng)的各項指標(biāo)要求滿足《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。