卡軌車(chē)軌道制動(dòng)方案設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究

張俊杰

（霍州煤電集團(tuán)呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦機(jī)電科， 山西 呂梁 033200）

引言

煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)為綜采工作面的重要組成部分，在當(dāng)前綜采技術(shù)高速發(fā)展的同時(shí)，工作面生產(chǎn)能力明顯增加，從而對(duì)煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)提出了更高的要求。目前，煤礦綜采工作面輔助運(yùn)輸系統(tǒng)受到坡度過(guò)大等地質(zhì)條件制約，卡軌車(chē)輔助系統(tǒng)運(yùn)輸效率低、缺乏安全有效的制動(dòng)系統(tǒng)，導(dǎo)致短繩跑車(chē)事故的發(fā)生、工作面和運(yùn)輸巷所鋪設(shè)的軌道型號(hào)不一致等，從而使得運(yùn)輸不連續(xù)[1]。為解決上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)出一種可適用于重載長(zhǎng)距離且大角度的卡軌式運(yùn)輸系統(tǒng)，并對(duì)其運(yùn)輸方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行試驗(yàn)分析。

1 免換裝繩卡軌式運(yùn)輸系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

免換裝繩卡軌式運(yùn)輸系統(tǒng)的基本組成如圖1所示。

由圖1 可知，免換裝繩卡軌式運(yùn)輸系統(tǒng)主要包括塔式緊繩器、牽引絞車(chē)房、軌道系統(tǒng)以及回繩站。該卡軌式運(yùn)輸系統(tǒng)主要承擔(dān)著液壓支架以及相關(guān)材料等的由井下至地面的運(yùn)輸任務(wù)。牽引絞車(chē)房由電機(jī)、減速器、液壓泵站、制動(dòng)器等組成。軌道系統(tǒng)主要由輪座、專(zhuān)用軌枕、壓繩輪組和托繩輪組組成，結(jié)合煤礦其他工作面及巷道軌道情況，選用38 kg/m 的普通軌道，且兩條平行軌道的間距為900 mm?；乩K站的主要功能為將卡軌式運(yùn)輸系統(tǒng)的鋼絲繩預(yù)拉緊，避免松邊的鋼絲繩拖地。塔式緊繩器的主要功能是對(duì)彈性變形的鋼絲繩進(jìn)行吸收，以保證運(yùn)輸系統(tǒng)的鋼絲繩具有足夠的張緊力[2]。

圖1 免換裝繩卡軌車(chē)運(yùn)輸系統(tǒng)組成

卡軌式運(yùn)輸系統(tǒng)除了常規(guī)的牽引功能外，還需具備高效且安全的制動(dòng)系統(tǒng)和張緊系統(tǒng)。這里重點(diǎn)對(duì)免換裝繩卡軌式運(yùn)輸系統(tǒng)的制動(dòng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 卡軌式運(yùn)輸制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 卡軌式運(yùn)輸制動(dòng)方案的設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的卡軌式運(yùn)輸系統(tǒng)采用普通軌道，其在實(shí)際制動(dòng)過(guò)程中，由于夾軌式制動(dòng)閘的布置比較困難，導(dǎo)致其產(chǎn)生的制動(dòng)力矩較小。因此，需重新設(shè)計(jì)制動(dòng)方案，以保證運(yùn)輸系統(tǒng)制動(dòng)的安全性。結(jié)合《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，要求卡軌式運(yùn)輸制動(dòng)系統(tǒng)滿(mǎn)足如下要求：制動(dòng)系統(tǒng)所提供的制動(dòng)力為額定牽引力的1.5 倍左右；當(dāng)系統(tǒng)的運(yùn)行速度超過(guò)額定速度15%時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)；系統(tǒng)從響應(yīng)到制動(dòng)的實(shí)施時(shí)間間隔小于0.7 s。系統(tǒng)的制動(dòng)減速度小于5 m/s2。

與此同時(shí)，為保證制動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)及時(shí)抓捕并防止跑車(chē)事故的發(fā)生，設(shè)計(jì)如下制動(dòng)方案：

1）在卡軌式運(yùn)輸系統(tǒng)的高速軸上安裝電力液壓推桿制動(dòng)器，為整個(gè)系統(tǒng)的制動(dòng)提供足夠的力矩。

2）在主鋼絲繩的邊緣位置安裝緊急制動(dòng)閘，進(jìn)一步提升卡軌式運(yùn)輸絞車(chē)系統(tǒng)制動(dòng)的安全性和可靠性。

3）在卡軌式運(yùn)輸牽引分系統(tǒng)加裝相應(yīng)的限速制動(dòng)裝置。該裝置的主要功能為當(dāng)運(yùn)輸系統(tǒng)的速度超過(guò)限值時(shí)，在限速制動(dòng)裝置的作用下拉動(dòng)掛鉤，使得制動(dòng)叉落下，在制動(dòng)叉與軌枕相互接觸的作用下實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的緊急制動(dòng)。

2.2 卡軌式運(yùn)輸制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的選型設(shè)計(jì)

在卡軌式運(yùn)輸制動(dòng)方案的總體設(shè)計(jì)中涉及的系統(tǒng)關(guān)鍵部件包括電力液壓推桿制動(dòng)器、緊急制動(dòng)閘以及限速制動(dòng)裝置。接下來(lái)重點(diǎn)對(duì)上述關(guān)鍵部件進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。

2.2.1 電力液壓推桿制動(dòng)器

電力液壓推桿制動(dòng)器在實(shí)際應(yīng)用中位于運(yùn)輸系統(tǒng)牽引絞車(chē)房中減速器和電動(dòng)機(jī)的中間位置。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，要求電力液壓推桿制動(dòng)器所提供的制動(dòng)力不得小于其額定牽引力的1.5 倍左右。本工程中，牽引絞車(chē)房所提供的最大牽引力為110 kN，則對(duì)應(yīng)的電力液壓推桿制動(dòng)裝置所提供的最小制動(dòng)力為110 kN×1.5=165 kN。

根據(jù)當(dāng)前該煤礦其他工作面所選擇的電力液壓推桿制動(dòng)器類(lèi)型，最終將本工程所選型電力液壓推桿制動(dòng)器的具體型號(hào)確定為YWZ9-630/201，該型制動(dòng)器的主要參數(shù)如表1 所示。

表1 YWZ9-630/201 電力液壓推桿制動(dòng)器參數(shù)

2.2.2 緊急制動(dòng)閘

緊急制動(dòng)閘的主要功能是進(jìn)一步提升制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，一般在電力液壓推桿制動(dòng)器無(wú)法正常工作時(shí)啟動(dòng)。通常情況下，工程中常選用的緊急制動(dòng)閘以盤(pán)式制動(dòng)閘為主。由于本工程中涉及的牽引絞車(chē)所提供的額定牽引力為110 kN，默認(rèn)其所需的緊急制動(dòng)力為110 kN。

以緊急制動(dòng)力為主要考核指標(biāo)，結(jié)合市面的緊急制動(dòng)閘型號(hào)及參數(shù)，最終確定本工程中的緊急制動(dòng)閘的型號(hào)為A140，其所能提供的最大制動(dòng)力為140 kN[3]。

2.2.3 限速制動(dòng)裝置

限速制動(dòng)裝置安裝于系統(tǒng)牽引車(chē)的前轉(zhuǎn)向架的位置，其核心功能為當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行速度超過(guò)設(shè)定的速度時(shí)將進(jìn)行自動(dòng)制動(dòng)。限速制動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 限速制動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)形式

3 卡軌車(chē)軌道制動(dòng)系統(tǒng)的試驗(yàn)研究

為充分評(píng)估卡軌車(chē)軌道制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用效果，重點(diǎn)對(duì)限速制動(dòng)裝置的限速試驗(yàn)、制動(dòng)裝置從響應(yīng)到動(dòng)作時(shí)的空動(dòng)時(shí)間以及實(shí)際制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度進(jìn)行綜合評(píng)估。為此，在合理制動(dòng)裝置試驗(yàn)方案的基礎(chǔ)上開(kāi)展上述項(xiàng)目的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下：

1）卡軌車(chē)運(yùn)輸系統(tǒng)在空載和額定載荷下均可正常運(yùn)行，整個(gè)過(guò)程鋼絲繩運(yùn)行平穩(wěn)且壓繩裝置可靠性極高；

2）卡軌車(chē)在重載運(yùn)行工況下運(yùn)行通暢且并未有卡阻現(xiàn)象發(fā)生，鋼絲繩未出現(xiàn)松懈的情況；

3）整個(gè)卡軌車(chē)運(yùn)行系統(tǒng)所能提供的額定牽引力為113 kN，滿(mǎn)足其實(shí)際運(yùn)輸中所需的110 kN；電力液壓推桿制動(dòng)器可提供的最大制動(dòng)力為168 kN，滿(mǎn)足《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的制動(dòng)力為額定牽引力1.5 倍的要求。整個(gè)卡軌車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

表2 卡軌車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果與理想值對(duì)比

由表2 可知，理想值中的空動(dòng)時(shí)間、減速度、制動(dòng)距離等均在《煤礦安全規(guī)程》所規(guī)定的限值范圍內(nèi)。本文所設(shè)計(jì)的卡軌車(chē)制動(dòng)性能均滿(mǎn)足《煤礦安全規(guī)程》所規(guī)定的限值要求[4]。

4 結(jié)論

卡軌車(chē)軌道運(yùn)輸為煤礦綜采工作面的輔助運(yùn)輸方式之一，為進(jìn)一步提升制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，結(jié)合《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，在設(shè)計(jì)合理制動(dòng)方案的基礎(chǔ)上完成電力液壓推桿制動(dòng)器、緊急制動(dòng)閘以及限速制動(dòng)裝置的選型設(shè)計(jì)，在普通運(yùn)輸及制動(dòng)性能方面得出的結(jié)論如下：

1）卡軌車(chē)在空載、額定載荷和重載情況下均可無(wú)卡阻、通暢地運(yùn)行；

2）本文所設(shè)計(jì)的卡軌車(chē)制動(dòng)性能均滿(mǎn)足《煤礦安全規(guī)程》所規(guī)定的限值要求。