柴油機單軌吊的優化選型及應用

2014-01-01 00:00:00桂久超

中國機械 2014年6期

摘要：柴油機單軌吊機車是一種掛在單軌鐵路上運行的、通過柴油機液壓驅動的機車。分析了某礦采用柴油機單軌吊方案的可行性，討論了機車選型時的考慮因素、配置方案和效率分析，對軌道系統的選型和懸掛方式進行了合理設計。

關鍵詞：單軌吊；可行性；配置；選型；軌道

引言

據統計，我國煤礦井下輔助運輸人員約占井下職工總數的1/3以上，與國外采煤技術先進國家相比差距很大。單件設備重量不斷加大，采掘工況復雜，產量增加等對輔助運輸量（效率）要求不斷提高。輔助運輸作業也屬易發生事故的薄弱環節。我國礦井輔助運輸事故約占井下事故總數的30%，僅次于頂板事故，而且呈上升趨勢。采用傳統輔助運輸方式，鋼絲繩在牽引過程中容易產生火花，同時由于鋼絲繩的磨損會發生斷繩的危險。軌道系統線長面廣，絞車運輸倒換摘掛環節多，涉及的人員多，發生意外事故的概率較高。

1.采用柴油機單軌吊的可行性分析

針對上面提到的這些問題，工程技術人員根據該礦實際情況和礦上對人員、材料及液壓支架的日常運輸要求，提出在該礦西翼采區軌道巷使用柴油單軌吊系統。

1.1.巷道物理條件適用性分析

支架運輸時的總高度應包括以下幾個部分：巷道頂板到軌道底端的高度0.8 m，軌道底端到起吊梁底部的高度0.979 m，液壓支架高度2.725 m和距底板安全運輸距離0.2 m。即總高度為0.8+0.979+2.725+0.300=4.704m，此高度為單軌吊運輸支架時所需巷道高度。

物料運輸時的總高度應包括以下幾個部分：巷道頂板到軌道底端的高度0.8 m，軌道底端到起吊梁底部的高度0.633 m，普通礦車專用固定框架高度0.417m，普通礦車高度1.15 m和距底板安全運輸距離0.2 m。即總高度為0.8+0.633+0.517+1.15+0.2=3.2m，此高度為單軌吊運輸物料時所需巷道高度（普通礦車高度1.15m為例）。

人員運輸時的總高度應包括以下幾個部分：巷道頂板到軌道底端的高度0.8 m，軌道底端到起吊梁底部的高度0.633 m，人車艙高度1.620 m，底板安全運輸距離0.2m。即總高度為0.8+0.633+1.62+0.2=3.253m，此高度為單軌吊運輸人員時所需巷道高度（以人車倉高1.620m為例）。

以上巷道高度是根據機車在運人、運料、運支架時對巷道的最低要求，另外關于巷道高度尺寸礦方可根據巷道的實際情況或巷道變形程度做適當調整。

1.2.機車選型計算

按照目前了解到的情況，該礦運輸最大件重量為47.5t，按最大坡度16°計算，運輸支架需要牽引力依據以下的參數來計算：

α=16° （線路最大坡度）；W1=47.5噸（設備最大重量）；W2=12.5噸（機車自重）；W3=8.7噸（47.5t起吊梁自重）；W4=0.5噸（拉桿及線管重量）；f=0.03（機車運行阻力系數）； g=9.8。

F （支架需要牽引力）= （W1+W2+W3+W4） × （sin α+ f ×cos α） × g= 208KN

經過計算機車的牽引力至少需要208kN，推薦DZ2200 3+2+5機車，最大 220kN 帶 10驅動單元完全能夠完成使用工況要求。

1.3.柴油機單軌吊的優勢分析

柴油機單軌吊機車對礦井井下條件具有較高的適應性，機動靈活，通過巷道斷面小，轉彎半徑小。由于是吊掛式運輸，與巷道底板狀況無關，巷道空間可以得到充分利用。除日常的運人、運料和運設備以外，還可實現重型液壓支架的整體搬運，縮短工作面搬家時耗。

單軌吊機車本身的運載能力可以很大，最大爬坡角度可達30°，最大載荷能力為47.5t，基本可以滿足目前中大型礦山復雜井下條件下對重型綜采設備的運輸要求。柴油機單軌吊機車可根據不同的運輸任務要求，選擇不同型號的專用起吊梁設備，可以靈活的完成對井下人員、材料、設備以及重型綜采設備的運輸任務。

2.系統設備配置方案及效率分析

2.1.機車配置方案

該公司根據目前該礦井下北翼中央13-1軌道上山輔助運輸存在的實際問題特設計兩套機車系統配置方案：首先滿足采區軌道上山人員、物料運輸如方案二可正常滿足生產需要可執行方案一即整體運輸液壓支架。

2.2.系統運力效率分析（人員、物料、液壓支架）及換裝方案

技術人員根據井下輔助運輸系統的實際情況建議采用兩臺機車運輸的方式：首先在北翼設置液壓支架組裝硐室，利用電機車將拆解后的液壓支架運輸到組裝硐室，組裝完成之后，利用柴油單軌吊機車整體運輸到工作面切眼；利用轉向平臺或慢速絞車進行牽引就位；再利用載著輕型起吊梁的1至2部機車運輸普通物料、人員并運輸進入其它掘進頭或者其它工作面的機風巷。

2.2.1.運輸人員的系統運力效率分析

運輸人員時系統包括單軌吊機車DZ2200 3+3型機車1臺，自重為9600 kg；SLG4.1型8t載荷起吊梁4臺，每臺自重1110kg，重4440 kg；拉桿，軟管及其他連接管線1套，自重500 kg；4個標準20人車艙，單件重量790kg，共3560 kg；4個人車艙最多運輸80 人，按75kg/人計算，人員重3，000kg；因此機車系統及負載總重量21100kg。機車最大牽引力為140KN，在使用4 個8噸載荷的起吊梁運輸80人員時，系統總重量為21.1t，最大角度為16°時，機車需要69KN 的牽引力，運行速度為1m/s，完全滿足運輸要求。

通過以上分析如果采用兩臺機車同時進行人員運輸任務，可實現在20分鐘之內將160人運輸至中央13-1軌道上山上口。

2.2.2.運輸物料時的系統運力效率分析

物料運輸系統配置包括兩種方案：第一種方案采用DZ2200 3+3型機車，自重9600 kg； SLG4.1型8t載荷起吊梁4臺，每臺自重1100kg，重4400 kg；拉桿，軟管及其他連接管線1套，重500 kg；普通礦車8臺，連同專用固定架總重26000 kg；則機車系統及負載總重量為40500kg。機車最大牽引力為140KN，在使用4 個8噸載荷的起吊梁運輸8個普通礦車時，系統總重量為40.5t，最大角度為16°時，機車需要126KN 的牽引力，運行速度為0.55m/s，完全滿足運輸要求。

第二種方案采用DZ2200 2+2型機車，最大牽引力為93KN，在運輸物料時機車只能運輸4個普通礦車，此運輸系統配置包括單軌吊機車DZ2200 3+3型機車1臺，自重9600 kg；SLG4.1型8t載荷起吊梁4臺，每臺自重1100kg，總重4400 kg；拉桿，軟管及其他連接管線1套，自重500 kg；普通礦車4臺，連同專用固定架總重13000 kg；因此機車系統及負載總重量為27，500kg 。機車最大牽引力為93KN，在使用4 個8噸載荷的起吊梁運輸4個普通礦車時，系統總重量為27.5t，最大角度為16°時，機車需要86KN 的牽引力，運行速度為0.8m/s，完全滿足運輸要求。

通過以上分析如果采用兩臺機車同時進行物料運輸任務，可實現在30分鐘之內將12車運輸至中央13-1軌道上山上口。每班兩臺機車跑3趟即可完成36車的運輸任務；耗時大約4小時。因此采用兩臺機車在不運輸液壓支架的情況下，完全滿足每個小班運輸人員和物料的要求。

2.2.3.運輸支架時的系統運力效率分析

運輸支架時系統包括單軌吊機車DZ2200 3+2+5型機車1臺，重12500 kg；SLG16.2型47.5t載荷重型起吊梁1臺8700 kg；拉桿、軟管及其他連接管線1套500 kg；液壓支架重量47500 kg；機車系統及負載總重量69200 kg。機車最大牽引力為250KN，在使用1 個47.5噸載荷的重載起吊梁運輸載荷為47.5噸的液壓支架時，系統總重量為69.2t，爬坡角度為16°時，機車需要208KN的牽引力，完全滿足運輸要求。

通過以上分析如果采用一臺機車進行支架運輸任務，可實現在66+34（支架換裝時間）=100分鐘之內將支架從111303停采線運輸至支架組裝硐室。如果按每一個小班有效工作時間300分鐘計算，每一小班可完成3個支架的運輸任務。因此從安全和運輸效率來看遠遠超出傳統的運輸方式，如果采用另一臺機車運輸物料和人員同樣滿足運輸任務要求。

3.軌道系統配置

3.1.軌道選型原則

根據相關設計標準，單軌吊運輸系統采用兩種軌道：I140E（輕型）以及I140V（重型）軌道。在選擇軌道類型時，盡量選擇適用的軌道類型和長度。軌道的選型要根據實際的巷道條件和運輸任務要求做具體分析。

3.1.1.運輸支架軌道選型

總載荷：SLG16.2 型47.5 噸載荷和起吊梁重量8.7噸，總重量：56.2噸。

SLG16.2 型起吊梁共有16 個行走小車，軌道單點載荷要求的能力為56200/16=3513Kg。

3.1.2.物料運送軌道選型

單節物料箱滿載總重量（料箱自重+物料最大重量+SLG4.1輕型起吊梁的重量）約為4060Kg。8噸載荷的SLG4.1輕型起吊梁共有4個行走小車，因此可推算出要求的軌道單點載荷能力為1015Kg。

4.結語

結合口孜東的實際情況對巷道物理條件和機車選型情況進行分析，提出了對該礦使用柴油機單軌吊的可行性，同時探討了機車系統配置和效率分析以及輔助軌道系統的配置情況，這對其他煤礦選用柴油機單軌吊具有一定的實際意義。

參考文獻：

[1] 張圣強，庹倉斌，馬洪剛等.煤礦井下單軌吊輔助運輸系統的構建[J].煤礦機械，2013，34（6）：187-189.