無極繩車列運(yùn)輸防沖擊掉道裝備的研究

摘要： 無極繩連續(xù)牽引車系統(tǒng)是一種較為先進(jìn)的起伏巷輔助運(yùn)輸裝備，但在起伏巷長車列運(yùn)行時(shí)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(shè)計(jì)開發(fā)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(yùn)行時(shí)的沖擊掉道問題，并且運(yùn)行時(shí)與現(xiàn)有無極繩系統(tǒng)各部件不沖突。

關(guān)鍵詞： 輔助牽引；沖擊掉道；無極繩長車列運(yùn)輸

引言

無極繩連續(xù)牽引車系統(tǒng)（示意圖見圖1）在中國煤礦采區(qū)是一種新型的主要輔助運(yùn)輸方式之一，自研發(fā)成功以來，因其具有在起伏巷實(shí)現(xiàn)長運(yùn)距不經(jīng)轉(zhuǎn)載直達(dá)運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，特別是近年來，無極繩連續(xù)牽引車電控保護(hù)系統(tǒng)的陸續(xù)開發(fā)和應(yīng)用，使其較于其他輔助運(yùn)輸方式-特別是傳統(tǒng)的小絞車接力運(yùn)輸，具有工礦適應(yīng)能力強(qiáng)、運(yùn)輸效率高、安全性高、省人力等優(yōu)點(diǎn)，以致近十年來在全國范圍內(nèi)的各大礦務(wù)局得到了迅速的推廣和應(yīng)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(xù)牽引車示意圖

無極繩連續(xù)牽引車系統(tǒng)雖然較大幅地提高了采區(qū)，特別是順槽輔助運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)代化水平，但在應(yīng)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(yùn)輸過程中的沖擊掉道問題；

2.在無極繩運(yùn)輸線路中甩岔問題。

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

在國內(nèi)礦井輔助運(yùn)輸中，礦車之間的連接多采用三環(huán)鏈結(jié)構(gòu)， 當(dāng)材料車在運(yùn)輸長于車身的材料時(shí)，三環(huán)鏈結(jié)構(gòu)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(yùn)輸多車列時(shí)，當(dāng)梭車牽引車上坡轉(zhuǎn)為下坡時(shí)，由于梭車牽引的礦車（長件材料車）在自重及三環(huán)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(xiàn)掉道現(xiàn)象（見圖2）。這種情況嚴(yán)重影響了現(xiàn)代化礦井的輔助運(yùn)輸效率，甚至存在一定的安全隱患。為了應(yīng)對這一問題，無極繩生產(chǎn)廠家及一些煤礦輔助運(yùn)輸區(qū)隊(duì)也琢磨出了一些應(yīng)對措施，總結(jié)有以下幾點(diǎn)：

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

存在缺點(diǎn)：局限性大，對工礦要求較高且不適合進(jìn)行多節(jié)礦車車列的運(yùn)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(tǒng)牽引鋼絲繩連接，進(jìn)行多節(jié)礦車運(yùn)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(qū)（如淮北、陽泉等）使用。

存在缺點(diǎn)：拔鉤效率低，系統(tǒng)主繩飄在空中，存在安全隱患。

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

存在缺點(diǎn)：夾繩能力小、損傷系統(tǒng)鋼絲繩、調(diào)度困難等。

為了解決無極繩連續(xù)牽引車在起伏巷中進(jìn)行多車列或者長料車的運(yùn)輸，我公司著重沿在上述第3點(diǎn)方向進(jìn)行深入研究，即開發(fā)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(diào)度等優(yōu)點(diǎn)。下面將圍繞上述三點(diǎn)重點(diǎn)展開設(shè)計(jì)。

2.4.夾繩裝置采用液壓油缸夾緊

參照傳統(tǒng)尾車模型，為了實(shí)現(xiàn)上述三個目標(biāo)，首先，考慮采用液壓來提供夾緊繩的正壓力，其正壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)尾車采用人工旋轉(zhuǎn)絲桿所提供的正壓力。液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)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(xù)牽引車系統(tǒng)中運(yùn)行狀態(tài)為：在車列最大坡度下坡時(shí)位于車列運(yùn)行方向的后側(cè)，只有在相對坡度較小時(shí)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(yùn)行最大坡度12°（并非系統(tǒng)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(jié)）

以上模擬工況的牽引力計(jì)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(shù)μ取0.14

正壓力即油缸推力F = 14.28噸 確定油缸參數(shù)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(tǒng)設(shè)計(jì)

液壓控制系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)運(yùn)行時(shí)的額定壓力；系統(tǒng)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(jìn)油方向從而實(shí)現(xiàn)夾繩牽引板的上下動作；液控單向保證了系統(tǒng)在工作區(qū)間內(nèi)運(yùn)行時(shí)的保壓能力。

2.5.專用夾繩裝置（夾繩牽引板）設(shè)計(jì)

專用夾繩裝置即夾繩牽引板在工作時(shí)必須具備兩項(xiàng)基本功能：

2.5.1.在區(qū)間運(yùn)行時(shí)頻繁撞擊主壓繩輪。以往設(shè)計(jì)的尾車同樣需要在運(yùn)行時(shí)頻繁撞擊主壓繩輪組，但由于自身剛性不足，經(jīng)常在運(yùn)行一段時(shí)間后就出現(xiàn)撞塊或絲杠變形導(dǎo)致整車夾繩功能失效，所以在輔助牽引車設(shè)計(jì)時(shí)我們將夾繩牽引板設(shè)計(jì)為整體機(jī)構(gòu)且通過螺栓固定于車架上，以保證其在通過主壓繩輪時(shí)保持自身的剛性。

2.5.2.要保證直徑為φ24mm的系統(tǒng)鋼絲繩在被加緊釋放后對其不造成損傷，在夾繩牽引板內(nèi)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(tǒng)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(chǎn)生塑性變形。

2.6.整車調(diào)度要靈活、方便

要保證整車調(diào)度靈活、方便，整車長度及軸距必須在原有尾車基礎(chǔ)上縮短，確定其軸距為650mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(zhuǎn)彎半徑的道岔倒車調(diào)度時(shí)優(yōu)勢尤為明顯，同時(shí)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(shè)計(jì)完成后，首臺套樣機(jī)在車間試驗(yàn)時(shí)，在額定工作壓力8Mpa時(shí)，測試輔助牽引力為5噸。在系統(tǒng)壓力為10Mpa時(shí)，測試輔助牽引力為7噸，大于設(shè)計(jì)額定牽引力，達(dá)到設(shè)計(jì)需求。

結(jié)語：

輔助牽引首批投產(chǎn)后，在鐵法煤業(yè)集團(tuán)大興煤礦進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，在牽引10節(jié)材料車運(yùn)行8°坡下坡行駛時(shí)，無車輛沖擊掉道現(xiàn)象，且通過沿途道岔、壓繩輪組等時(shí)均無異常。因其操作方便、省力可靠，得到了客戶的一致認(rèn)可，目前，輔助牽引車已批量生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]成大先主編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第五版），化學(xué)工業(yè)出版社，2009年1月北京第五版第29次印刷.

[2]馬永林主編，機(jī)構(gòu)與機(jī)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(xué)（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(fā)慧（1984-，男，江蘇南通人，本科，助理工程師，主要從事煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)計(jì)

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(yùn)輸設(shè)計(jì)；

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(yùn)輸設(shè)計(jì)；

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(yùn)輸設(shè)計(jì)；