礦用電液控移動列車組的設(shè)計(jì)

韓建英

（大同煤礦集團(tuán)機(jī)電裝備制造有限公司中央機(jī)廠， 山西 大同 037001）

引言

隨著智慧化礦山綜采的推廣，少人或無人工作面成為許多千萬噸級礦井的開采目標(biāo)和要求，在許多大型礦山中，基本實(shí)現(xiàn)了多個(gè)液壓支架、刮板機(jī)、采煤機(jī)三機(jī)配套的智能化系統(tǒng)開采。作為為整套綜采設(shè)備提供后備支撐的移動列車，成為實(shí)現(xiàn)全面工作系統(tǒng)智能化無人化開采的新挑戰(zhàn)。在以往的開采經(jīng)驗(yàn)中，隨著回采的進(jìn)度，以50 m為一個(gè)移動周期，通過在運(yùn)輸巷道開始點(diǎn)設(shè)置固定點(diǎn)，作為整列設(shè)備列車的牽引著力點(diǎn)，通過設(shè)備列車頭車設(shè)置的絞車回繩動作，實(shí)現(xiàn)設(shè)備列車的回走。作為設(shè)備列車運(yùn)輸用的軌道則需要等待列車通過后，將導(dǎo)軌從后方規(guī)則地布設(shè)到有絞車布置的前車部分。其中過程需要很多工人進(jìn)行有效的協(xié)作，無法實(shí)現(xiàn)盡量少的人員操作，從安全角度來講，沒有為運(yùn)輸巷道配備相應(yīng)的即時(shí)支護(hù)設(shè)備，隨著回采的推進(jìn)，礦壓會無規(guī)律地增加，人員的頻繁操作很容易引起頂板局部冒頂或片幫，加之絞車使用的鋼絲繩無法得到即時(shí)的檢測和更換，存在極大安全隱患，尤其是在斜采的爬坡過程中，容易造成溜車，在使用過程中，由于絞車鋼絲繩是無撓性構(gòu)件，無法根據(jù)巷道的特點(diǎn)即時(shí)調(diào)整列車方向，使用效率偏低，可操作性較差。因此，大同煤礦集團(tuán)機(jī)電裝備制造有限公司中央機(jī)廠根據(jù)現(xiàn)有情況進(jìn)行了新產(chǎn)品開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備列車軌道與列車自移、即時(shí)調(diào)整行進(jìn)方向、可根據(jù)車載設(shè)備來訂制車輛的長度。

1 列車組適用范圍及特點(diǎn)

礦用電液控移動列車組系煤礦窄軌鐵路運(yùn)輸設(shè)備及其輔料的車輛，適用于環(huán)境溫度為-10～+40℃、環(huán)境相對濕度不超過95%（+25℃）的環(huán)境條件適用于巷道高度范圍為2.6～4.2 m、寬度大于3.1 m、簡單硬化處理后地面承載能力≥30 t/m2的巷道條件，適用于長距離且坡度≤10°的平直巷道。工作制為低速重載非連續(xù)型。KDYZ40-16/8300型礦用電液控移動列車組具有適應(yīng)性強(qiáng)、承載能力大、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，采用車軌一體的結(jié)構(gòu)。

2 列車組的組成

列車組由牽引頭車、電纜車及其他車輛組成。其中牽引頭車長4 m，電纜車長6 m，其他車輛可用來放置綜采設(shè)備，包括組合開關(guān)、噴霧車、清水箱、工具車、配件車、高低壓過濾車、應(yīng)急水泵車，合計(jì)牽引頭車1輛、普車15輛，其中7 m車2輛、5 m車1輛、4 m車12輛，分別載重40 t，其布置如圖1所示。

圖1 列車組布置圖

2.1 普車的參數(shù)及結(jié)構(gòu)

普車軌距710 mm、軸距1 700 mm、牽引力85 kN。使用液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對整車的抬高和推移，工作泵站的額定工作壓力為31.5MPa，升降行程為90～100mm，推移行程為795 mm。

圖2 礦用電液控移動列車組單車結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

礦用電液控移動列車組單車（見圖2）主要由車架、輪軸（見圖3）、連接裝置三部分組成。

圖3 輪軸結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

為了保證平板車的強(qiáng)度和剛度，礦用電液控移動列車組單車由主梁（4根）、輔梁（2根）、縱梁（多組）、頂板及下蓋板組成。其中所有梁體均采用槽鋼[16，頂板和下層蓋板選用δ10 mm的Q235鋼材，使車體形成箱梁結(jié)構(gòu)。車架采用整體閉口焊接結(jié)構(gòu)，最大限度地提高了車架的強(qiáng)度和剛度。

礦用電液控移動列車組單車采用的結(jié)構(gòu)為車軌一體結(jié)構(gòu)，車與導(dǎo)軌的運(yùn)動相對穩(wěn)定，沒有遠(yuǎn)距離相對運(yùn)動。選擇單輪單軸結(jié)構(gòu)，輪軸結(jié)構(gòu)采用開式結(jié)構(gòu)，由于有端蓋，故對于輪軸的裝卸和調(diào)整，滾動軸承都較閉式結(jié)構(gòu)有很大的優(yōu)越性。平板車選用承載能力大、壽命長的單列圓錐滾子軸承，成對組裝使軸向力平衡。車輪選用ZG45鋼，其調(diào)質(zhì)硬度（HB）為260～300，保證了車輪較高的接觸強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)捻g性。車軸選用40Cr鋼，調(diào)質(zhì)處理有良好的綜合機(jī)械性能。采用規(guī)格為Φ100/Φ70 mm的普通雙作用千斤頂作為推移千斤頂，采用規(guī)格為Φ100/Φ70 mm的普通雙作用千斤頂作為支撐千斤頂，采用規(guī)格為Φ100/Φ70 mm的普通雙作用千斤頂作為調(diào)車千斤頂，便于拆解檢修。調(diào)車千斤頂每套列車組配備2件，需要時(shí)安裝使用。

礦用電液控移動列車組單車連接裝置，采用與之配對使用的活動插銷，活動插銷選用40Cr鋼調(diào)質(zhì)處理，具有良好的綜合機(jī)械性能。撐千斤、推移千斤、導(dǎo)軌部件結(jié)構(gòu)同普車。

牽引頭車車體共由主梁（4根）、輔梁（2根）、縱梁（多組）、頂板及下蓋板組成。其中，所有梁體均采用槽鋼[16，頂板和下層蓋板選用δ10 mm的Q235鋼材，下層蓋板開孔，一方面減輕整個(gè)車體重量，另一方面便于安裝設(shè)備鉆孔時(shí)用螺栓固定。車體采用箱梁結(jié)構(gòu)、整體閉口焊接結(jié)構(gòu)，最大限度地提高了車架的強(qiáng)度和剛度。

圖4 牽引頭車結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 牽引頭車的參數(shù)及結(jié)構(gòu)

牽引頭車軌距710 mm、軸距1 700 mm、牽引高度450 mm、牽引力85 kN。使用液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對整車的抬高和推移，升降行程90～100 mm，推移行程795 mm，對伸縮梁的角度調(diào)節(jié)及伸縮梁的行程控制，調(diào)垂角度30°、伸縮行程805 mm，工作泵站的額定工作壓力為31.5 MPa。

牽引頭車主要由車體、滑靴、標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌、升降千斤、推移千斤、輪對、溝道輪組件、改向裝置、伸縮梁、接頂裝置、伸縮千斤、調(diào)垂千斤、連接裝置等組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。其輪對及溝道輪、滑靴、支

采用雙向調(diào)架裝置（見圖5），可實(shí)現(xiàn)對整列車組的直線度調(diào)節(jié)，使其適應(yīng)巷道的工作環(huán)境。

圖5 雙向調(diào)架裝置結(jié)構(gòu)示意圖

在支撐架上安裝有滾輪組件可以左右移動架體，有效避免雙向千斤動作時(shí)出現(xiàn)蹩卡現(xiàn)象。

牽引頭車采用規(guī)格為Φ80/Φ60 mm的雙作用調(diào)車千斤頂，便于頭車運(yùn)動平衡。采用規(guī)格為Φ80/Φ60 mm的普通雙作用千斤頂作為調(diào)車千斤頂，便于拆解檢修，以提高頭車的穩(wěn)定性。伸縮梁采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，三級分體縮小安裝空間，自由伸縮保證接頂裝置與巷道頂板有效接觸。采用規(guī)格為Φ100/Φ70 mm的普通雙作用千斤頂作為伸縮千斤頂。采用規(guī)格為Φ80/Φ60 mm的普通雙作用千斤頂作為調(diào)垂千斤頂，便于拆解檢修。接頂裝置頂尖采用萬向頭（見下頁圖6）連接，保證其對頂板的適應(yīng)性。

圖6 萬向頭結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 使用說明

平板車設(shè)備列車牽引頭車上安裝有控制系統(tǒng)的閥鎖類零部件，在每輛平板車上安裝有推移千斤頂、抬底千斤頂，在牽引頭車上可以同步控制所有液壓平板車上的推移千斤頂、抬底千斤頂，達(dá)到所有車輛同步自移，與軌道形成邁步自移。礦用液壓平板車組的液壓控制方式是電液控制，也可實(shí)現(xiàn)手動控制。通過平板車推移千斤頂，使平板車在軌道上前移，然后由抬底千斤頂撐起平板車車體及軌道，推移千斤頂縮回活塞桿，牽引軌道前移一個(gè)步距，最后抬底千斤頂縮回活塞桿，使支撐滑靴在靜止時(shí)處于離地狀態(tài)。如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備列車的自移。如果遇到巷道直線度較差或是設(shè)備列車在行走過程中偏移了預(yù)定的距離，可通過車頭調(diào)節(jié)裝置的抬底油缸將全車抬起后，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備列車行走方向車頭的總調(diào)節(jié)。

3 結(jié)論

大同煤礦集團(tuán)機(jī)電裝備制造有限公司中央機(jī)廠開發(fā)設(shè)計(jì)的平板車設(shè)備列車自重約3 t，載荷40 t。在選擇車輪與軌道之間的摩擦系數(shù)為0.15的情況下，驗(yàn)證了推移千斤對平板車提供的推移力滿足使用要求。在多個(gè)綜合化采煤面的使用中，實(shí)現(xiàn)了較好的適應(yīng)性和高效性，實(shí)踐證明了設(shè)計(jì)的可行性。