新型摩擦輪與齒輪混合驅(qū)動蓄電池單軌吊設(shè)計

梁椿豪，叢佩超，薛安東，2

（1.山西焦煤集團有限責任公司，山西 太原 030000；2.太原礦機電氣科技有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

近年來，我國煤炭開采技術(shù)取得了突飛猛進的發(fā)展，但是煤炭行業(yè)全員效率仍然很低，與國外先進采煤國家相比有較大的差距，尤其是在煤礦輔助運輸方面。因此，發(fā)展先進高效輔助運輸系統(tǒng)是高產(chǎn)高效礦井建設(shè)的重要內(nèi)容，成為衡量煤礦現(xiàn)代化水平的重要指標。單軌吊可以解決整個礦井輔助運輸機械化問題，是一種先進高效的輔助運輸系統(tǒng)，特別適合我國中小煤礦井下采區(qū)的輔助運輸系統(tǒng)。

1 蓄電池單軌吊存在的問題及發(fā)展趨勢

目前蓄電池單軌吊存在的主要問題是速度低、牽引力小和續(xù)航能力低，實際行駛速度小于1.6m/s，最大牽引力不超過100KN；充一次電，最大運距小于16km。

針對蓄電池單軌吊當前存在的各類問題，本文設(shè)計了一款新型蓄電池單軌吊-DX140摩擦輪與齒輪混合驅(qū)動蓄電池單軌吊。該新型單軌吊有效地克服了上述存在的問題。本文設(shè)計開發(fā)的新型摩擦輪與齒輪混合驅(qū)動單軌吊，使蓄電池單軌吊牽引力提升到140kN，爬坡能力達到15°，最大載荷30t，最高行駛速度2.0m/s，平均續(xù)航里程22km，實現(xiàn)自動監(jiān)控數(shù)據(jù)上傳等自動化監(jiān)控監(jiān)測功能。

2 新型蓄電池單軌吊的主要構(gòu)成

2.1 摩擦輪驅(qū)動部

在保證牽引力20KN和制動力30KN不變的前提下，縮短驅(qū)動部高度，使其從1200mm降為600mm，增加單軌吊通過性。開發(fā)轉(zhuǎn)速達5000r/min的高鐵型高速變頻電機，拓寬無級調(diào)試范圍，使整車速度從不足1.6m/s提高到2.0m/s；將雙制動機構(gòu)改為單制動機構(gòu)，以達到縮短驅(qū)動部長度的目的。制動機構(gòu)仍采用液壓失效快速制動系統(tǒng)。高速變頻電機如果像普通電機那樣用風扇散熱，在高速時風扇損耗的功率太大，低速大負荷運行時，風扇轉(zhuǎn)速慢又不利于散熱。經(jīng)過分析計算最后確定取消風扇，在殼體上增加散熱片，完全依靠電機殼體散熱。電機試驗中發(fā)現(xiàn)因軸承精度選型低，電機工藝不合理，同軸度不夠，電機軸承處發(fā)熱嚴重。電機與減速機配合精度低，聲音大，后經(jīng)多次改進，測試性能良好，只是減速機攪油損耗還有點大，需要進一步改進提升。

2.2 齒輪驅(qū)動部

開發(fā)齒輪驅(qū)動部，牽引力30kN，制動力45kN，可自動升降與齒條任意嚙合和脫離，最高速度1.2m/s，自重與摩擦輪驅(qū)動部相當。電磁制動，液壓升降。研發(fā)18kW變頻電機和行星減速機等。樣機測試發(fā)現(xiàn)齒輪驅(qū)動部牽引力與制動力完全滿足要求，只是電機與減速機自重過重，需要進一步“瘦身減肥”，承載輪架強度較低，需局部加強。

2.3 電池車

蓄電池是單軌吊的動力源，目前有鋰電池和特殊型鉛酸電池幾種電源，由于動力鋰電池成本高，技術(shù)不夠成熟，容量受到國家行業(yè)限制。我們決定仍然用成本較低的防爆特殊型鉛酸電池，開發(fā)252V/730Ah單體電池及252V/730Ah電池組，將單軌吊電池組從216V/560Ah提高到252V/730Ah，在自身重量少量增加1t左右的情況下，大幅提升機車續(xù)航能力，使其在增大牽引力的情況下，續(xù)航里程還要達到22km。

2.4 電氣傳動系統(tǒng)

蓄電池單軌吊采用可靠性高的電氣傳動系統(tǒng)。摩擦輪與齒輪均采用電機驅(qū)動，兩者一起混合驅(qū)動時，由于兩驅(qū)動輪直徑、轉(zhuǎn)速及牽引力不同，因此不可能用一臺變頻器同時驅(qū)動，采用兩組變頻器以主從控制方式，分別驅(qū)動摩擦輪驅(qū)動部和齒輪驅(qū)動部，同時還要保證兩組驅(qū)動部牽引力不同，而行駛速度相同。

2.5 控制系統(tǒng)

采用操作手柄、ECU控制器和CAN總線控制系統(tǒng)，使按鈕電位器操作、電線電纜傳輸及PLC控制系統(tǒng)升級為手柄操作、CAN總線傳輸及ECU控制器分散系統(tǒng)。變頻器由散裝改為抽屜式，結(jié)構(gòu)緊湊，防護等級高，節(jié)省空間，方便維護檢修。

2.6 司機室

增強司機室強度，采用鋼管流線型造型，正面增加玻璃視窗，以遮擋風雨，采用真彩仿真儀表盤屏幕、語音喇叭、手柄操作箱和真皮可調(diào)座椅，增加司機室單獨制動功能。

2.7 拉桿

普通無縫管焊接式球面拉桿，改進為厚壁無縫管螺紋連接式球面拉桿，以達到13倍安全系數(shù)，增加機車安全可靠性。

2.8 限速小車

增加機械超速機構(gòu)和電子測速功能，實時顯示行駛速度，超速達1.3倍時自動緊急制動剎車，保護人員和設(shè)備安全在緊急情況下不受損傷。

2.9 液壓系統(tǒng)及液壓管路

液壓系統(tǒng)分為夾緊、制動和起吊系統(tǒng)，由液壓提供動力源，通過電磁閥組分別控制，夾緊和制動系統(tǒng)均加裝蓄能器，以減少裝機容量和降低開停機頻率。所有油管連接方式：由快插改為24°錐密封接頭，既便于拆卸，又嚴密不泄漏。

3 新型蓄電池單軌吊的主要技術(shù)指標

新型蓄電池單軌吊的主要技術(shù)指標如下：

采用DXT-252-730蓄電池作為動力源，峰值功率：180kW。

符合DIN20593標準的軌道使用。

驅(qū)動單元：最大4+2模式。

最大牽引力：140 kN。

機車自重：13.5噸。

外形尺寸最大：（20000×1100×1250）mm。

最高行駛速度：2m/s，重載速度0.5m/s。

最大爬坡角度：±15°。

使用環(huán)境：井下高濕度、高粉塵環(huán)境。

適應轉(zhuǎn)彎半徑：水平4m，垂直10m。

制動力：制動力大于等于機車驅(qū)動力的1.5倍達到210kN以上。

控制方式：控制系統(tǒng)實現(xiàn)了CAN總線通信，采用變頻器無級調(diào)速；采用人機界面實現(xiàn)實時監(jiān)控。

液壓系統(tǒng)：油泵電機參數(shù)：功率6kW，電壓：180V，基頻50hz，最大壓力18MPa，最大流量36L/min。

國內(nèi)外蓄電池單軌吊技術(shù)參數(shù)對比如表1所示。

表1 國內(nèi)外蓄電池單軌吊技術(shù)參數(shù)對比

4 結(jié)束語

從目前國內(nèi)進口或國產(chǎn)蓄電池單軌性能參數(shù)中可看出，本文設(shè)計研發(fā)的DX140摩擦輪與齒輪混合驅(qū)動蓄電池單軌吊整車長度短牽引力大、速度快，電池電壓和容量高，續(xù)航能力強。該新型蓄電池單軌吊達到了國際領(lǐng)先水平。