礦用單軌吊兩級緊急制動裝置研究

任貴虎

（西山煤電西曲礦綜采準備隊， 山西 古交 030200）

引言

礦用單軌吊是我國煤礦井下輔助運輸系統以及運輸物資的主力設備之一。當有突發狀況需要單軌吊緊急停車、工作制動失靈或者超速狀態下緊急制動時，單軌吊制動裝置就顯得尤為重要，因為這關系到煤礦井下的工作人員、車、軌道及其他相關設施的安全性。當前常規礦用單軌吊緊急制動裝置多為鉗式液動結構，當單軌吊需要緊急制動時，液壓缸卸載，制動器摩擦片與軌道腹板通過彈簧力帶動的杠桿而相互接觸，從而產生一定的摩擦力來制動。制動塊與軌道摩擦造成的嚴重磨損在采用這種制動方式時尤為明顯，而當磨損程度超過一定范圍時，便存在單軌吊因制動力不足而跑車、設備受損甚至人員傷亡等的重大安全隱患。此外，當坡度不同時，單軌吊自重對制動時減速度的影響也不盡相同。

1 制動原理分析

與常規的礦用單軌吊緊急制動裝置相較而言，本文研究的礦用單軌吊兩級緊急制動裝置為失效安全型，其制動裝置的結構如圖1所示。該制動裝置通常安裝在軌道與單軌吊組件之間，通過制動彈簧調節制動塊和液壓缸卸壓與軌道接觸來實現制動功能。每個單軌吊上的軌道上一般需要安裝至少2組的一級制動器，二級制動器一般安裝在兩端。一般來說，一級制動器比二級制動器少一組上制動塊，這兩級制動裝置同時工作時即可提供單軌吊制動時所需的制動力[1]。

單軌吊正常運行時，制動裝置的液壓缸收縮，行走輪與軌道接觸。但當單軌吊需緊急制動時，制動裝置的液壓缸卸壓，釋放制動彈簧，使一級制動器下制動塊與運行軌道的下表面接觸，從而將行走輪抬離軌道，變滾動摩擦為滑動摩擦。隨后，二級制動器的下制動塊擠壓運行軌道下表面，上制動塊擠壓運行軌道上表面，進一步加強單軌吊的制動效果。

圖1 單軌吊制動裝置結構圖

2 制動裝置分析

《煤礦安全規程》中明確指出：單軌吊在最大軌道坡度向上運行時，制動減速度應小于或等于5 m/s2；單軌吊在最大軌道坡度向下運行時，制動力應大于重力沿平行于軌道方向的分力。則滿足下列關系：

式中：F表示緊急制動力；m表示單軌吊的質量；α為軌道坡度；g為重力加速度。由式（1）和（2）可知：相同載荷下，當α＞14°47〞時， 一級制動裝置單獨使用提供的動力不符合要求。因此，要減小單軌吊在坡度軌道緊急制動時制動力對減速度的影響，必須通過兩級制動的方式進行制動。

2.1 兩級制動下最小載荷的減速度分析

《煤礦安全規程》規定：單軌吊在最小載荷、最大坡度向上運行緊急制動時，其制動減速度不應大于5 m/s2。單軌吊制動分為兩個階段[2]：第一階段僅一級制動器制動，當一級制動在二級制動設定的延時啟動時間內完成制動時，二級制動增加摩擦力以避免單軌吊制動后發生跑車。但當一級制動在二級制動設定的延時時間內不能完成制動時，則開始第二階段動器。第二階段兩級制動器同時制動。因此，制動減速度可表示為：

式中：a為兩級制動器同時制動的制動減速度；a1為一級制動器制動減速度；a2為二級制動器制動減速度；F1為一級制動器所提供的制動力；F2為二級制動器所提供的制動力；md為最小載荷時單軌吊質量。

制動第一階段滿足：

式中：Fi"為制動桿i所受的摩擦力；μ為動摩擦因素。

由式（6）可知，在只有一級制動器制動的第一階段，制動力的大小隨坡度的改變而發生變化；由式（7）可知，在一級制動器與二級制動器同時制動的第二階段，當制動力突然增大時，制動減速度會在第一階段基礎上發生突變，但突變后制動力的大小仍與角度大小有關。因此，應設定較長的二級制動器延時時間以使單軌吊盡量在一級制動器單獨制動時間內完成制動。但另一方面，較長的延時設定可能會導致單軌吊制動距離超過《煤礦安全規程》中的規定要求。

2.2 兩級制動下最大載荷的制動距離分析

根據《煤礦安全規程》規定：單軌吊在最大載荷下最大坡度上以最大設計速度向下運行時，其制動距離不應超過原運行速度下6 s內的運行距離。由式（6）可知，在第一階段制動時，其曲線與最小載荷相同；由式（7）可知，在第二階段，制動減速度也會發生

制動第二階段滿足：突變，但其突變值小于比最小載荷時的突變值。制動距離隨坡度變化關系可由單軌吊在最大載荷下制動減速度關系得出。

制動第一階段滿足：

制動第二階段滿足：

式中：x為制動總距離；x1為第一階段制動距離；x2為第二階段制動距離；v1為第一階段制動時速度；t為二級制動器延時時間。

3 兩級緊急制動裝置應用

以運用了該兩級緊急制動裝置的DX40防爆特殊型單軌吊為研究對象，根據上述公式可計算出：該單軌吊可適應0°～15°的軌道坡度，設備最小質量md為10 t，最大載荷m2為20 t。應用表明運用了該兩級緊急制動裝置的DX40防爆特殊型單軌吊可滿足《煤礦安全規程》中的相關規定，且緊急制動性能良好，具有很大的推廣價值。

4 結論

1）本文研究的礦用單軌吊兩級緊急制動裝置。一級制動是在啟動制動時單軌吊的行走輪將先被抬離軌道，運用單軌吊自身的重力產生滑動摩擦力，變滾動摩擦為滑動摩擦，從而起到制動作用；二級制動是通過卡緊軌道的上下表面來增大阻力，從而提高制動能力。

2）本文研究的在DX40防爆特殊型單軌吊上成功使用，現場應用效果良好。