國產(chǎn)大型低污染柴油機單軌吊在綜掘工作面的設(shè)計與應(yīng)用

鄭愛午

（晉能控股煤業(yè)集團有限公司， 山西 大同 037100）

1 四臺礦研究背景

隨著開采大同煤田不斷延深，集團公司所屬的礦井地質(zhì)條件愈來愈復(fù)雜，尤其是四臺礦首采80207 工作面屬于C8 號煤層802 盤區(qū)，盤區(qū)煤層總體中部高、兩邊低，呈背斜構(gòu)造，工作面煤層傾角大，坡度急劇起伏變化，最大坡度15°，其他均在7°～12°，且工作面準(zhǔn)備期間最大運輸設(shè)備達45.2 t，重量較大，運輸任務(wù)十分繁重，生產(chǎn)矛盾較為集中。該礦現(xiàn)有的無軌膠輪車、調(diào)度絞車等運輸設(shè)備已經(jīng)完全不能滿足礦井的實際需要，同時為了實現(xiàn)減人、安全、綠色、高效連續(xù)化運輸，低污染、重載荷、大功率防爆柴油機單軌吊在復(fù)雜條件應(yīng)用顯得尤為重要[1-6]。本文重點對單軌吊機車設(shè)備選型、機車編組及軌道安裝進行了研究。

2 選型設(shè)計

2.1 牽引能力及圖表核算

根據(jù)牽引理論計算：

式中：F 為運送設(shè)備所需要牽引力，kN；P1為機車質(zhì)量，取14 t；P2為運輸最大件重量，取45.2 t；P3為48 t起吊梁自重，取7.5 t；P4為司機重量，取0.075 t；w 為機車運行阻力系數(shù)，取0.03；g 為重力加速度，取9.8m/s2；μ 為牽引力富裕系數(shù)，取1.2。

通過以上計算，礦井單軌吊運輸所需要最大牽引力為226.5 kN，由機車運輸能力曲線圖1 可以查出，機車牽引總重量達到66.58 t 時，在坡度15°上需要最小牽引力為188.7 kN，此時機車最高運行速度約0.47 m/s。綜合上述理論計算和曲線圖核算，機車牽引能力選擇280 kN。

圖1 機車運輸能力曲線

2.2 機車的防滑計算

單軌吊車的保險制動和停車制動裝置為安全失效型，當(dāng)機車出現(xiàn)故障時，制動裝置自動施閘。運送最大物料時下滑力為F1=（P1+P2+P3+2×P4）·（sinαwcosα）g，計算得F1=152.47 kN。

防滑系數(shù)K，要求不小于1.5，按式（2）計算：

式中：K 為防滑系數(shù)；FZ為機車制動力，最小制動力為420 kN。代入上述公式計算得K=2.75，滿足要求。

2.3 單軌吊車重載下坡時的制動減速度和距離的核算

單軌吊車向下運行時為制動最困難條件，因此只需計算向下運行制動距離，按照《煤礦安全規(guī)程》要求不超過運行速度6 s 行程。

按照牛頓第二定律，具體公式如下：

式中：F0為列車運行阻力，N；Fv為慣性力，N；m 為總質(zhì)量，取66 580 kg；v 為速度，取1.25 m/s；a 為制動減速度，m/s2。

其中，F(xiàn)0=（P1+P2+P3+2×P4）gw=66 580×9.8×0.03=19 574.52 N；Fv=（P1+P2+P3+2×P4）gsinα=66 580×9 .8 ×sin15° =168 845 N；a=（420 000+19 574.52-168 845）/66 580=4.07 m/s2；s=v2/ （2a）=1.252/ （2×4.07）=0.2 m。

因此，單軌吊在最大載荷66 580 kg、最大坡度15°、以最大設(shè)計速度1.25 m/s 向下運行時，制動距離為0.2 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1.25 m/s×6 s=7.5 m，滿足要求。

最終單軌吊確定使用DC280/160Y 防爆柴油機單軌吊機車，防爆柴油機型號為TED6116DZLQFB，配置48 t 的起吊梁。

3 驅(qū)動單元的配置分析

單軌吊驅(qū)動部采用“5+2+3”的布置方式，在運輸過程中，經(jīng)常發(fā)生單軌吊軌道受力變形的狀況，嚴(yán)重影響液壓支架的整體運輸過程，并且單軌吊各部件的連桿在重載運行過程中，由于機車重載下擺動較大，在彎道及起坡點非常容易出現(xiàn)折彎損壞。通過分析，主要原因是單軌吊驅(qū)動布置形式和單軌吊軌道安裝的問題，基于此類問題，在每根軌道上均加裝斜拉，同時通過不同單軌吊的動力配置方式，試驗不同的工況，從而對動力配置進行優(yōu)化。

1）原“5+2+3”驅(qū)動布置形式：5 個驅(qū)動+48 t 起吊梁+司機室+主機+2 個驅(qū)動+1 個8 t 起吊梁+3個驅(qū)動+司機室。

2）第一次“5+2+2+1”驅(qū)動布置形式：5 個驅(qū)動+48 t 起吊梁+2 個驅(qū)動+司機室+主機+8 t 起吊梁+2 個驅(qū)動+司機室+1 個驅(qū)動。

3）第二次“4+3+2+1”驅(qū)動布置形式：4 個驅(qū)動+48 t 起吊梁+司機室+主機+3 個驅(qū)動+8 t 起吊梁+2 個驅(qū)動+司機室+1 個驅(qū)動。

4）最合理的“4+2+2+2”驅(qū)動布置形式：4 個驅(qū)動+48 t 起吊梁+2 個驅(qū)動+司機室+主機+2 個驅(qū)動+8 t 起吊梁+2 個驅(qū)動+司機室。

4 結(jié)語

本文主要是根據(jù)四臺礦C8 號煤層802 盤區(qū)首采80207 工作面的實際情況，通過理論和試驗對國內(nèi)第一臺低污染、重載荷、大功率柴油機單軌吊的選型進行驗算與試驗，最終確定在多段起伏不平的條件下，拉運重量達45.2 t 整體液壓支架，需選用石家莊煤機生產(chǎn)的DC280/160Y 型10 驅(qū)單軌吊車，同時采用“4+2+2+2”驅(qū)動形式（4 個驅(qū)動+48 t 起吊梁+2個驅(qū)動+ 司機室+ 主機+2 個驅(qū)動+8 t 起吊梁+2個驅(qū)動+司機室），單軌吊的軌道必須每根均使用斜拉，才能保證機車順利完成綜采工作面搬家、準(zhǔn)備工作。