復(fù)雜巷道條件下無極繩連續(xù)牽引車系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

龍慧波

（山西新安工程設(shè)計咨詢有限公司，山西 太原 030000）

引言

當(dāng)前，隨著我國煤炭開采技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦井日趨大型化，采掘、運輸和三機配套等設(shè)備整機重量及可拆卸件的重量在不斷增加，長距離大功率輔助運輸也在不斷增多，給煤礦輔助運輸系統(tǒng)提出了新的要求。為了響應(yīng)煤礦企業(yè)安全高效的發(fā)展趨勢，逐步淘汰小絞車接力運輸，國內(nèi)諸多煤礦設(shè)備生產(chǎn)廠家開始研制新型的煤礦井下輔助運輸設(shè)備，自行式和牽引式輔助運輸方式應(yīng)運而生。隨著我國自主研制的首臺SQ 型無極繩連續(xù)牽引車在煤礦井下的應(yīng)用，有效地解決了在多處變坡的巷道內(nèi)，連續(xù)運輸大型整機設(shè)備的問題，大大提升了煤礦井下輔助運輸系統(tǒng)的運輸能力，同時也驗證了無極繩連續(xù)牽引車優(yōu)越的爬坡性能。無極繩連續(xù)牽引車憑借其獨特的結(jié)構(gòu)特征、優(yōu)越的性能及安全高效的運行效果，在國內(nèi)各大煤礦得到了廣泛應(yīng)用。為保證無極繩連續(xù)牽引車在大坡度、多拐彎點和變坡點、急轉(zhuǎn)彎等復(fù)雜巷道條件下安全穩(wěn)定運行，必須展開針對性的設(shè)計分析。

1 無極繩連續(xù)牽引車系統(tǒng)設(shè)計原則

某煤礦二采區(qū)軌道巷長1500m，垂直高差198m，巷道最大坡度15°，平均坡度7.5°，巷道平面轉(zhuǎn)彎較多，巷道240 m、400 m、504 m 及1065 m 處分別有120°左拐彎、120°右拐彎、165°左拐彎和174°右轉(zhuǎn)彎。結(jié)合該礦二采區(qū)軌道巷坡度較大，變坡點和平面拐彎點較多，運輸條件復(fù)雜的實際情況，以及要運輸大噸位的綜采設(shè)備的要求，二采區(qū)軌道巷將設(shè)計一部無極繩連續(xù)牽引車來擔(dān)負設(shè)備、材料等輔助運輸任務(wù)。

進行無極繩連續(xù)牽引車系統(tǒng)設(shè)計時必須遵循以下原則：

1）為保證井下大型綜采設(shè)備的運輸（最重件液壓支架14 t），按照600 mm 軌距鋪設(shè)30 kg/m 規(guī)格的軌道；

2）為確保無極繩連續(xù)牽引車系統(tǒng)在大坡度、長距離、多轉(zhuǎn)彎巷道內(nèi)安全運行，其水平轉(zhuǎn)彎半徑和垂直半徑應(yīng)分別控制在9 m 和15 m 以上；

3）根據(jù)巷道及運輸?shù)膶嶋H情況，進行不同輪組的靈活配置，并根據(jù)運輸距離長短保證尾輪靈活移動；

4）鋼絲繩張緊裝置的受力主要與運行工況有關(guān)，為提升鋼絲繩性能，應(yīng)進行分繩設(shè)置，并將儲繩裝置安裝在梭車上，增強機構(gòu)的可靠性。

根據(jù)以上設(shè)計原則，復(fù)雜巷道條件下無極繩連續(xù)牽引車主機應(yīng)包括絞車、梭車、鋼絲繩張緊裝置、運輸車、輪組等（如圖1 所示），輔助配套部分則包括控制裝置、鋼絲繩及保護裝置等。

圖1 復(fù)雜巷道條件下無極繩連續(xù)牽引車系統(tǒng)

2 無極繩連續(xù)牽引車系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

為確保在大坡度、多拐彎點和變坡點、急轉(zhuǎn)彎等復(fù)雜巷道條件下運行中的無極繩連續(xù)牽引車的梭車不發(fā)生翻車、掉道等問題，必須進行梭車改造，需將防脫軌裝置安裝在梭車兩側(cè)，保證其車輪始終在軌面上沿指定路線行駛。

此外，還需定制拐彎點和變坡點處圓滑過渡的軌道和轉(zhuǎn)彎裝置，并在鋪設(shè)軌道過程中使內(nèi)側(cè)軌道高出外側(cè)軌道至少30 mm，以增大運輸時的材料和設(shè)備對軌道的壓力，并采用混凝土澆筑或打地錨等方式加強固定軌道和轉(zhuǎn)彎裝置，確保大件設(shè)備和材料的安全運輸。

2.1 彎道護軌及轉(zhuǎn)彎裝置

考慮到該礦二采區(qū)軌道巷坡度較大，變坡點和平面拐彎點較多，運輸條件比較復(fù)雜，為保證井下輔助運輸?shù)陌踩院透咝?，必須將護軌裝置增設(shè)在轉(zhuǎn)彎處，并根據(jù)實際轉(zhuǎn)彎角度進行護軌裝置數(shù)量的確定[1]。

由于軌距與彎道輪組間可能存在偏差，當(dāng)梭車經(jīng)過彎道時在牽引力的影響下會使鋼絲繩與輪組偏離，等其順利經(jīng)過后，鋼絲繩又在張力的作用下自動復(fù)位。運輸軌道曲率半徑以及巷道實際轉(zhuǎn)向角度是影響轉(zhuǎn)彎裝置的主要因素，鋼絲繩將無極繩連續(xù)牽引車系統(tǒng)的牽引力分配至各輪組。彎道實際長度主要受轉(zhuǎn)彎裝置曲率半徑平均值及轉(zhuǎn)彎角度的影響。當(dāng)彎道實際長度取1.0 m 時，鋼絲繩牽引力最大值可達120 kN；轉(zhuǎn)彎裝置曲率半徑取2.0 m 時，所對應(yīng)的轉(zhuǎn)彎角度為4.78°。結(jié)合轉(zhuǎn)彎裝置和梭車的受力情況來看，梭車在轉(zhuǎn)彎過程中將承受向心力的作用，為避免梭車及輔助運輸系統(tǒng)發(fā)生掉道、脫軌，必須嚴格按照控制梭車及輔助運輸車輛的運行速度和主鋼絲繩牽引力之間的關(guān)系[2]。梭車及輔助運輸車輛運行于彎道裝置上時，為避免發(fā)生運輸車輛掉道或脫軌，必須在其轉(zhuǎn)彎時向其施加離心力，該離心力的大小主要跟運輸車輛質(zhì)量有關(guān)。調(diào)整并使梭車及輔助運輸車輛內(nèi)側(cè)軌道高出外側(cè)軌道，高低軌道沿平面的傾角為適當(dāng)數(shù)值，則通過分析梭車及輔助運輸車輛所承受的離心力可以得到梭車及輔助運輸車輛通過彎道的允許速度[3]。

通過分析該礦二采區(qū)軌道巷無極繩連續(xù)牽引車在彎道運輸時轉(zhuǎn)彎裝置基礎(chǔ)參數(shù)及鋼絲繩牽引力可以看出，轉(zhuǎn)彎裝置確定的情況下，當(dāng)前因車處于正常運行狀態(tài)時，鋼絲繩牽引速度與運輸車輛質(zhì)量呈反比例關(guān)系。當(dāng)輔助運輸車輛質(zhì)量增大后，其運行速度比降減小，其在空載及重載兩種截然不同的工況下，彎道行駛過程中運行速度和質(zhì)量之間應(yīng)保持一定關(guān)系，具體見表1。結(jié)合該礦二采區(qū)軌道巷實際情況，經(jīng)計算，設(shè)定梭車運行速度平均值為0.84 m/s，為保持其轉(zhuǎn)彎過程中運行穩(wěn)定，應(yīng)將軌道沿平面的傾角控制在2°～3°，單量梭車質(zhì)量控制在14～26 t。

表1 輔助運輸車輛彎道行駛速度和質(zhì)量的關(guān)系 m/s

2.2 梭車防脫軌設(shè)置

梭車在軌道上運行過程中其滾筒內(nèi)鋼絲繩持續(xù)減少，自身質(zhì)量也不斷減輕，遇到坡度較大區(qū)域，梭車會在慣性作用下發(fā)生顛簸和起伏，為起到懸空防脫的作用，應(yīng)在梭車后部增設(shè)相應(yīng)配重裝置，并在其底部安裝防脫軌裝置，避免因復(fù)雜巷道條件下梭車自重減輕而引發(fā)脫軌和掉道。在局部凹弧低洼巷道處應(yīng)增設(shè)壓繩組，避免因鋼絲繩抬升高度過高而將梭車挑翻。

3 結(jié)語

在煤礦井下長距離、大噸位、坡度較大，變坡點和平面拐彎點較多等復(fù)雜巷道條件下，使用無極繩連續(xù)牽引車用于運輸大件設(shè)備和材料可實現(xiàn)無轉(zhuǎn)載直達運輸?shù)哪康?，能有效替代傳統(tǒng)的小絞車接力運輸方式，這種新型的輔助運輸裝備借鑒了繩牽引卡軌車的先進技術(shù)，并結(jié)合了無極繩絞車的成熟經(jīng)驗，在復(fù)雜巷道條件下適應(yīng)性更強，顯現(xiàn)出了優(yōu)越的輔助運輸設(shè)備性能，能進一步提升井下輔助運輸系統(tǒng)的效率，為煤礦安全高效的生產(chǎn)提供了保障。