窄軌電機車制動裝置的優(yōu)化

譚國強

（西山煤電東曲礦有限公司，山西 古交 030200）

引言

窄軌電機車為煤礦生產(chǎn)的主要運輸設備之一，可應用于工作面和地面的運輸任務。對于運輸設備而言，確保其在緊急工況下平穩(wěn)、及時地停車極其重要；尤其是對于窄軌電機車而言，由于其載重量大、工況復雜等特點，對其制動系統(tǒng)的可靠性和安全性提出更高的要求。一般的，窄軌電機車制動裝置的動力傳遞途徑依靠制動油缸與閘瓦之間的杠桿機構(gòu)完成，車輪在閘瓦壓力作用產(chǎn)生的摩擦力減速并停車[1]。但是，在實際應用中發(fā)現(xiàn)窄軌電機車頻發(fā)溜車、制動距離延長、制動不及時以及閘瓦磨損嚴重等問題，嚴重影響窄軌電機車的安全、平穩(wěn)運行。因此，本文重點對窄軌電機車的制動裝置進行優(yōu)化。

1 窄軌電機車連接方式

一般的，根據(jù)窄軌電機車連接裝置結(jié)構(gòu)的不同可分為剛性連接和柔性連接兩種。其中，剛性連接的主要材料為錳鋼板；柔性連接主要采用連接環(huán)實現(xiàn)。

根據(jù)窄軌電機車運輸環(huán)節(jié)的不同分為自動摘掛鉤連接和人工摘掛鉤連接。其中，自動摘掛鉤連接需要經(jīng)常牽掛或摘掛的操作才能夠完成運輸和卸貨的任務；人工摘掛鉤連接不需要摘或牽掛鉤即可實現(xiàn)貨物的運輸和裝卸。

通常情況下，礦車與礦車之間的連接方式也分為剛性連接和柔性連接。其中，剛性連接也采用錳鋼材料實現(xiàn)，該種連接方式對應礦車與礦車之間的緩沖間隙為50 mm左右；柔性連接采用三環(huán)相扣的鏈環(huán)實現(xiàn)，該種連接方式對應礦車與礦車之間的緩沖間隙為500 mm。

2 窄軌電機車溜車原因

窄軌電機車為當前煤礦生產(chǎn)必不可少的運輸設備。近年來，隨著煤礦采煤工藝、采煤技術(shù)的進步以及工作面自動化水平的提升，窄軌電機車對應的運輸任務越來越大[2]。在此背景下，針對窄軌電機車提出了“多拉快跑”的思路。但是，根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的相關規(guī)范要求，窄軌電機車的運行速度不得超過4 m/s，制動距離不得超過40 m。也就是說，對窄軌電機車制動系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。

在上述“多拉快跑”的運輸需求下，在實際運輸中窄軌電機車常出現(xiàn)溜車的現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研加總結(jié)分析得出導致窄軌電機車溜車的原因，總結(jié)如下:

1）制動裝置的制動效率低。制動裝置制動效率低直接導致閘瓦的制動力減小，從而直接導致電機車、礦車的溜車。

2）制動力矩過大所導致。當制動裝置的制動力矩過大時，導致閘瓦與車輪發(fā)生抱死，直接表現(xiàn)為車輪在軌道上滑動摩擦。此種情況，不僅加劇了車輪的磨損，更從某種程度上延長了礦車及電機車的制動時間。

3）車輪與軌道之間的摩擦系數(shù)減小。電機車與礦車車輪與其軌道之間的摩擦力減小，比如軌道上附著有油污、樹葉或濕潤時，極易導致車輪與軌道之間發(fā)生滑動摩擦，繼而演變?yōu)榱镘嘯3]。

綜合分析，導致窄軌電機車、礦車出現(xiàn)溜車現(xiàn)場的主要原因在于其制動裝置的制動力設計不合理。因此，重點從兩個方面對窄軌電機車的制動裝置進行優(yōu)化，主要對傳統(tǒng)單側(cè)制動裝置的結(jié)構(gòu)進行改進，實現(xiàn)對車輪的雙側(cè)制動，從而保證整個系統(tǒng)的制動效果。

3 窄軌電機車制動裝置的優(yōu)化

本節(jié)重點從結(jié)構(gòu)層面對窄軌電機車的制動裝置進行優(yōu)化。

3.1 窄軌電機車現(xiàn)制動裝置分析

現(xiàn)階段，窄軌電機車制動裝置為單側(cè)制動方式，其對應的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 窄軌電機車單側(cè)制動裝置

如圖1所示，單側(cè)制動裝置對應安裝于每個車輪上，對應的每臺窄軌電機車安裝有4組制動裝置。具體工作原理如下：當電機車得到制動命令時，對應的制動缸進氣推動活塞桿伸出；與此同時，制動杠桿逆時針旋轉(zhuǎn)帶動制動推桿也逆時針旋轉(zhuǎn)。在上述一系列動作下，推動閘瓦與車輪接觸，在雙方摩擦力的作用下完成減速并停機操作。雖然，單側(cè)制動裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、維修成本較低、便于后期維護等優(yōu)勢[4]，但是單側(cè)制動裝置所提供的制動力對車輪為一側(cè)受力極易導致閘瓦磨損，并誘發(fā)車輪的軸承發(fā)生偏磨的現(xiàn)象。圖1所示的窄軌電機車制動參數(shù)如表1所示。

表1 優(yōu)化前單側(cè)制動裝置制動參數(shù)

3.2 單側(cè)制動裝置的優(yōu)化

綜合分析單側(cè)制動裝置的制動參數(shù)及實際應用中所存在的問題，對單側(cè)制動裝置進行優(yōu)化。優(yōu)化后的制動裝置為雙側(cè)制動裝置，對應的結(jié)構(gòu)形式見圖2。

圖2 雙側(cè)制動裝置結(jié)構(gòu)示意圖

優(yōu)化的雙側(cè)制動裝置的工作原理如下：當制動裝置得到制動命令時，制動氣缸進氣，與其對應的活塞桿伸出，制動杠桿向右移動，從而實現(xiàn)左側(cè)閘瓦與車輪壓緊；與此同時，制動杠桿順時針旋轉(zhuǎn)對應的制動拉桿向左移動，從而實現(xiàn)右側(cè)閘瓦與車輪壓緊。最終實現(xiàn)了左右側(cè)閘瓦均與車輪壓緊，實現(xiàn)雙側(cè)制動功能，從而解決了單側(cè)制動裝置閘瓦磨損嚴重以及車輪軸承偏磨的問題。優(yōu)化后雙側(cè)制動裝置的制動參數(shù)如表2所示。

表2 優(yōu)化后單側(cè)制動裝置制動參數(shù)

如表2所示，優(yōu)化后的雙側(cè)制動裝置的效率、倍率以及制動力均得到提升；對應的制動距離也縮短。說明，雙側(cè)制動裝置與單側(cè)制動裝置相比較，不僅可提高閘瓦及車軸的使用壽命，還能夠有效提升制動裝置的制動性能，進一步保證窄軌電機車的安全、穩(wěn)定運行[5]。

4 結(jié)論

1）通過對制動裝置結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，將單側(cè)制動裝置優(yōu)化為雙側(cè)制動裝置，減輕了閘瓦的磨損，解決了車輪單側(cè)磨損嚴重的問題；

2）優(yōu)化后的雙側(cè)制動裝置具有更大的制動倍率、效率以及制動力，其相對應的制動距離明顯降低。

總之，窄軌電機車制動裝置從單側(cè)優(yōu)化為雙側(cè)，在提升設備可靠性和使用壽命的同時，極大地提升了窄軌電機車運行的安全性和可靠性。