無極繩車列運輸防沖擊掉道裝備的研究

摘要： 無極繩連續牽引車系統是一種較為先進的起伏巷輔助運輸裝備，但在起伏巷長車列運行時存在沖擊掉道情況，且原有各種裝備均無法完全解決該問題。針對該問題，我們設計開發出輔助牽引車，其采用液壓夾緊、整體式夾繩牽引板，從而有效解決了起伏巷長車列運行時的沖擊掉道問題，并且運行時與現有無極繩系統各部件不沖突。

關鍵詞： 輔助牽引；沖擊掉道；無極繩長車列運輸

引言

無極繩連續牽引車系統（示意圖見圖1）在中國煤礦采區是一種新型的主要輔助運輸方式之一，自研發成功以來，因其具有在起伏巷實現長運距不經轉載直達運輸的優點，特別是近年來，無極繩連續牽引車電控保護系統的陸續開發和應用，使其較于其他輔助運輸方式-特別是傳統的小絞車接力運輸，具有工礦適應能力強、運輸效率高、安全性高、省人力等優點，以致近十年來在全國范圍內的各大礦務局得到了迅速的推廣和應用。

1牽引絞車2張緊裝置3梭車4壓繩輪組5托繩輪組6尾輪7楔塊

圖1 無極繩連續牽引車示意圖

無極繩連續牽引車系統雖然較大幅地提高了采區，特別是順槽輔助運輸的現代化水平，但在應用過程中仍存在以下兩大問題急需解決：

1.在起伏巷中多車列或者長件車運輸過程中的沖擊掉道問題；

2.在無極繩運輸線路中甩岔問題。

在本文中，著重談一談無極繩連續牽引車在采區起伏巷中，如何解決多車列運輸或者長件車運輸過程中出現的如上兩個問題。

在國內礦井輔助運輸中，礦車之間的連接多采用三環鏈結構， 當材料車在運輸長于車身的材料時，三環鏈結構的長度就不夠連接兩個相鄰的車廂，所以多采用鋼絲繩扣連接前后車廂，即軟連接，所以這種情況下，在起伏巷中采用無極繩運輸多車列時，當梭車牽引車上坡轉為下坡時，由于梭車牽引的礦車（長件材料車）在自重及三環鏈（鋼絲繩扣）連接余量容易使上位車列在重力作用下，向前加速，沖擊下位車列，從而出現掉道現象（見圖2）。這種情況嚴重影響了現代化礦井的輔助運輸效率，甚至存在一定的安全隱患。為了應對這一問題，無極繩生產廠家及一些煤礦輔助運輸區隊也琢磨出了一些應對措施，總結有以下幾點：

2.1.在一些工況較好（垂直、水平彎道半徑較大，邊坡點數量少）的巷道采用硬連桿連接，主要在進行長件材料車運輸時使用。

存在缺點：局限性大，對工礦要求較高且不適合進行多節礦車車列的運輸。

2.2.在車列尾部碰頭處通過一段鋼絲繩和鋼絲繩繩卡與系統牽引鋼絲繩連接，進行多節礦車運輸。但由于鋼絲繩繩卡不能通過壓繩輪組，所以這種方式只能在一些不壓主繩的礦區（如淮北、陽泉等）使用。

存在缺點：拔鉤效率低，系統主繩飄在空中，存在安全隱患。

2.3.使用尾車作為整個運輸車列的末節車，通過尾車自身具備的夾繩功能與系統主牽引鋼絲繩連接，同時又能夠通過系統中的壓繩輪組。

存在缺點：夾繩能力小、損傷系統鋼絲繩、調度困難等。

為了解決無極繩連續牽引車在起伏巷中進行多車列或者長料車的運輸，我公司著重沿在上述第3點方向進行深入研究，即開發出一種新型尾車并起名為輔助牽引車，它具有夾繩輔助牽引力大、夾放鋼絲繩后不損傷鋼絲繩、方便調度等優點。下面將圍繞上述三點重點展開設計。

2.4.夾繩裝置采用液壓油缸夾緊

參照傳統尾車模型，為了實現上述三個目標，首先，考慮采用液壓來提供夾緊繩的正壓力，其正壓力遠遠大于傳統尾車采用人工旋轉絲桿所提供的正壓力。液壓系統參數計算如下：

2.4.1.要確定鋼絲繩夾緊裝置中夾緊油缸的推力，首先需要確定整個輔助牽引車的輔助牽引力：

一般輔助牽引車在無極繩連續牽引車系統中運行狀態為：在車列最大坡度下坡時位于車列運行方向的后側，只有在相對坡度較小時才起牽引車列作用，所以可模擬工況為：

巷道長度1500米；牽引運行最大坡度12°（并非系統中最大坡度）；車列重量為8噸（材料車或礦車重量1.5噸，共5節）

以上模擬工況的牽引力計算為3.94噸。（參照圖2）

輔助牽引力最終確定為4噸

參照圖3，輔助牽引力即夾繩牽引板夾緊鋼絲繩后的水平方向摩擦力 ：f = 2μF 摩擦系數μ取0.14

正壓力即油缸推力F = 14.28噸 確定油缸參數為：油缸活塞桿直徑為φ60mm，活塞直徑為φ165mm，工作壓力8Mpa，工作壓力下油缸推力為14.8噸。

2.4.3.液壓系統設計

液壓控制系統組件包含：雙作用液壓油缸、控制閥組（手動換向閥、液控單向閥及閥板）、手動泵、系統壓力表、液壓油箱、連接膠管等附件。具體液壓原理圖見圖4。

雙作用油缸為夾繩牽引板組件提供額定的夾緊力；壓力表顯示系統運行時的額定壓力；系統動力源來自與手動液壓泵；控制閥組中的手動換向閥能夠切換油缸的進油方向從而實現夾繩牽引板的上下動作；液控單向保證了系統在工作區間內運行時的保壓能力。

2.5.專用夾繩裝置（夾繩牽引板）設計

專用夾繩裝置即夾繩牽引板在工作時必須具備兩項基本功能：

2.5.1.在區間運行時頻繁撞擊主壓繩輪。以往設計的尾車同樣需要在運行時頻繁撞擊主壓繩輪組，但由于自身剛性不足，經常在運行一段時間后就出現撞塊或絲杠變形導致整車夾繩功能失效，所以在輔助牽引車設計時我們將夾繩牽引板設計為整體機構且通過螺栓固定于車架上，以保證其在通過主壓繩輪時保持自身的剛性。

2.5.2.要保證直徑為φ24mm的系統鋼絲繩在被加緊釋放后對其不造成損傷，在夾繩牽引板內部的夾繩槽必須滿足曲率半徑足夠大。我們參照無極繩系統的回繩尾輪直徑確定其直徑為φ300mm，從而保證鋼絲繩在夾緊后不產生塑性變形。

2.6.整車調度要靈活、方便

要保證整車調度靈活、方便，整車長度及軸距必須在原有尾車基礎上縮短，確定其軸距為650mm，遠遠比普通梭車的900mm軸距短，且車輛長度也由原來的2270mm縮減至1500mm。

縮短后的軸距及車長在小轉彎半徑的道岔倒車調度時優勢尤為明顯，同時也可以通過配重塊增加其自重。整車外形見圖6。

輔助牽引車設計完成后，首臺套樣機在車間試驗時，在額定工作壓力8Mpa時，測試輔助牽引力為5噸。在系統壓力為10Mpa時，測試輔助牽引力為7噸，大于設計額定牽引力，達到設計需求。

結語：

輔助牽引首批投產后，在鐵法煤業集團大興煤礦進行了工業性試驗，在牽引10節材料車運行8°坡下坡行駛時，無車輛沖擊掉道現象，且通過沿途道岔、壓繩輪組等時均無異常。因其操作方便、省力可靠，得到了客戶的一致認可，目前，輔助牽引車已批量生產。

參考文獻：

[1]成大先主編，機械設計手冊（第五版），化學工業出版社，2009年1月北京第五版第29次印刷.

[2]馬永林主編，機構與機械零件（第二版） 高等教育出版社，1991年2月第二次印刷.

[3]徐克家編寫，工程力學（第二版），中國勞動出版社，1993年3月北京第16次印刷.

作者簡介：

史發慧（1984-，男，江蘇南通人，本科，助理工程師，主要從事煤礦輔助運輸設計

魏鴻文（1986-，男，福建南平人，本科，助理工程師，主要從事煤礦輔助運輸設計；

胡志華（1982-，女，山東菏澤人，本科，助理工程師，主要從事煤礦輔助運輸設計；

王樹超（1982-，男，山東威海人，本科，助理工程師，主要從事煤礦輔助運輸設計；