一種自帶軌道的垂直提升平板車結構設計

賈金梁

（陽煤集團五礦， 山西 陽泉 045000）

引言

隨著機械制造水平不斷提升，我國煤礦機械化程度愈來愈高。作為運送液壓支架等設備的主要工具，礦用平板車所承受的載荷越來越大，安全標準也越來越高[1]。但是傳統的設備列車一般都采用絞車進行牽引，安全性能低；且軌道和車身是分開的，這就導致了設備列車每次移動時，都需要重新鋪設軌道并進行絞車固定[2]。綜合來說，傳統設備列車這種牽引方式機械效率低，限制了礦井的高度機械化發展，且成本較高。因此，設備列車的機動性差、成本高、安全性差已經成為制約煤礦機械自動化發展的一個關鍵瓶頸。為了進一步提高煤礦機械化程度與工作效率，就必須補齊平板車的這一短板[3]。在這個背景下，提出了一種自帶軌道的垂直提升平板車的設計方案。該平板車摒棄了傳統平板車軌道、車架分離的弊端，創新性地將軌道、車架和提升裝置組合成一個有機的整體，實現了平板車的邁步式前進，提高了機動性和效率[4]。

1 自帶軌道的垂直提升平板車工作原理

一種自帶軌道的垂直提升平板車，利用垂直提升機構進行提升和下降，同時采用自帶軌道的形式實現平板車的邁步式前進[5]。實際工作時，通過提升油缸將提升臂向下壓，把導軌壓在地面，此時，平板車自然而然被抬起來；通過錨固牽引裝置，牽引平板車向前移動；移動動作完成后，提升油缸的油液回流，此時平板車回落，帶動軌道提升；通過錨固牽引裝置軌道將以平板車為支點，向前移動。周而復始這個循環便可以實現平板車的前進。

2 自帶軌道的垂直提升平板車的優點

1）該新型平板車將軌道和車架結合起來，結構緊湊。這種巧妙的設計可以有效避免傳統列車每次移動都需要重新鋪設軌道的弊端，實現了平板車的高效移動。

2）同時該新型平板車采用錨固牽引裝置進行牽引，這就使得平板車不受地面傾斜角度的制約，最高可以在±10°的傾斜坡道上實現邁步式前進。

3）另外，這種新型平板車由于車身高度進一步降低，其重心下移，安全性更高，更加適合于礦山井下順槽巷道設備的運輸。

4）由于該平板車采用集中式控制系統，可以實現遠程控制，節省人力成本。

3 自帶軌道的垂直提升平板車結構

3.1 主要結構尺寸

為了提高車身的強度，主要車身內部采用腔體結構進行設計，然后通過平板焊接成完整的車體。新型平板車的主要尺寸參數如表1所示。

表1 一種自帶軌道的垂直提升平板車主要尺寸參數表

該新型平板車主要結構包含車架、垂直提升裝置及其驅動系統、導軌移動系統。驅動系統采用液壓油缸作為驅動源，垂直提升裝置被安裝在軌道上方，采用連接銷與車架相連。連接銷的使用保證了車架、垂直提升裝置以及軌道成為一個綜合體，可以實現平板車整體的邁步式前進。

3.2 導軌系統

導軌移動系統主要包含滾輪、壓輪以及導軌。導軌設置在平板車的兩側，為專用軌道。提升機構通過提升銷與軌道相連接，壓輪設置在軌道上方，通過提升銷與軌道相連，以保證平板車沿著軌道移動。由于平板車承受的載荷比較大，因此壓輪一般采用40Cr材料，以保證平板車的安全性。

3.3 垂直提升裝置

該新型平板車的垂直提升裝置主要由四個相同的提升機構組成，如下頁圖1所示。其分別被設置在平板車的四個角上，下端安置在軌道上，與滾輪接觸；上端與車架固定連接。提升機構采用板材焊接，其焊接厚度高達5 mm。這種設計既可以對支架起到支撐作用，又能確保平板車沿著軌道方向準確移動。從安全角度出發，為了保證平板車能夠平穩的提升性能，液壓油缸被安裝在垂直提升裝置的內部。通過液壓油缸，可以實現平板車的提升動作。

圖1 一種自帶軌道的垂直提升平板車垂直提升機構圖

3.4 控制系統

由于垂直提升裝置包含四個提升機構，且每個提升機構內的液壓油缸主要包含液壓控制單向鎖以及安全閥。為了保證四個提升機構能同時作用，產生平穩的升力，該平板車采用集中式控制系統。

在實際提升動作中，通過給泵站的高壓油液加壓，實現其流入控制閥組，在經過支管，分別均勻地流入四個液壓油缸，實現平板車提升動作。在平板車需要降低高度時，可以通過回液截止閥的開關，將油液回流到泵站，進而顯現平板車的下降動作。

4 自帶軌道的垂直提升平板車的有限元分析

由于平板車在工作過程中所承受的載荷較大，為了驗證垂直提升機構能否有效工作，需要對該新型平板車進行有限元驗證，本驗證采用ANSYS的結構動力學模塊，具體實驗過程如下：

1）建立模型。通過Solidsorks軟件，可以建立提升機構的三維模型。為了兼顧計算精度和計算成本，在建模時忽略提升臂上的螺栓孔[6]。

2）前期參數設置。前期參數設置主要是指提升機構的材料參數，四個提升機構模型的材料為彈性各向同性，材料為Q345，彈性模量為210 GPa，泊松比為0.3。

3）計算過程。根據前期分析，提升機構在實際提升過程中，受力最大的是平板車面，但是這些力會通過銷軸傳遞到底座，故底座的受力環境最為復雜，需要進行驗證?？紤]到實際情況，將底座水平方向不設置自由度約束，而只是將其垂直方向上的自由度進行約束。然后施加載荷，得到應力云圖以及變形云圖。

4）后處理。通過分析應力云圖和變形云圖，可以明顯的看出，最大應力為153.3 MPa，最大變形量在底座的銷孔處，但是最大應力小于結構的屈服強度。因此，可以判定該結構的最大變形量和最大應力滿足要求，即結構設計合理[7]。

5 結論

自帶軌道的垂直提升平板車的設計，改善了傳統平板車需要重復鋪設、拆卸軌道的弊端，實現了平板車的高效移動。此外，這種新型平板車安全性更高，更加適合于礦山井下順槽巷道設備的運輸，還可以實現遠程控制，節省人力成本，實現了平板車的邁步式前進。