煤礦井下單軌吊機車選型計算

李永軍

(大同煤礦集團朔州朔煤王坪煤電有限責任公司，山西 懷仁 038300)

煤礦井下的輔助運輸系統(tǒng)承擔著材料、設(shè)備、人員的運輸，輔助運輸不僅是煤礦生產(chǎn)建設(shè)的重要組成部分，而且影響著煤礦生產(chǎn)效率[1]。目前，王坪煤礦井下輔助運輸方式主要采用小絞車運輸，隨著開拓的延伸，小絞車輔助運輸?shù)娜秉c已不能適應(yīng)本礦的生產(chǎn)運輸需要。單軌吊輔助運輸系統(tǒng)憑借其連續(xù)運輸、運量大、安全經(jīng)濟的特點逐步得到應(yīng)用。

1 單軌吊運行環(huán)境

303盤區(qū)軌道巷沿5#煤層泥巖頂板掘進，巷道斷面為矩形，設(shè)計規(guī)格為4.0m×3.4m，全長1800m，巷道采用錨噴支護。該巷道原采用小絞車接力運輸，運輸效率低且在支架運輸過程中易生事故，因此改造了303盤區(qū)輔助運輸系統(tǒng)，準備采用單軌吊運輸，通過道岔與各采煤工作面運輸聯(lián)巷連接。單軌吊設(shè)計運送ZF10000型支架重量為31t，最大運輸物料重18t，303盤區(qū)軌道巷最大坡度為18°。合理正確的單軌吊選型，關(guān)系著煤礦輔助運輸系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

2 單軌吊設(shè)備選型

2.1 單軌吊機車選型

防爆蓄電池單軌吊機車及防爆柴油單軌吊機車常常用在煤礦井下輔助運輸中。其中，防爆蓄電池單軌吊機車適用于近距離、運量小、坡度較平緩的條件；而防爆柴油單軌吊機車適用于長距離、運量大、大坡度的條件[2]。根據(jù)303盤區(qū)軌道巷的基本情況及運輸設(shè)備的重量，可選擇DLZ130F-8型單軌吊機車，其由8驅(qū)驅(qū)動單元組成，額定功率為95kW，4個氣缸，冷卻方式采用循環(huán)水冷卻，機車自重為9.25t，額定牽引力為200kN。

根據(jù)單軌吊機車運輸所需要的牽引力計算，運輸ZF10000型液壓支架時所需牽引力F[2]：

式中：

Wo-基本阻力，N；

Wi-坡道阻力，N；

Wa-慣性力，N。

式中：

P-列車質(zhì)量，機車自重9250kg，起吊梁2100 kg，起吊框架800kg，司機體重160kg，列車總重量為12310kg；

Q-貨物質(zhì)量，液壓支架質(zhì)量為31000kg；

g-重力加速度，取9.8m/s2；

ω-列車運行阻力系數(shù)，取0.02。

式中：

i-單軌坡度，按巷道最大坡度取18°，即i=tg18°=0.325。

式中：

γ-慣性系數(shù)；

a-列車運行加速度，取0.4m/s2。

式中：

J-每個承載輪對其軸的轉(zhuǎn)動慣量，0.00522kg·m2；

R-承載輪半徑，0.059m；

Gc-承載物體質(zhì)量，31000kg。

若要校核上坡重載條件下的牽引力，則轉(zhuǎn)化為：

由于DLZ130F-8驅(qū)機車牽引力為200kN，其值大于運輸支架時所需要的牽引力163.8kN，故所選用的DLZ130F-8單軌吊機車完全可以滿足運輸設(shè)備需要的動力。

2.2 起吊梁選型

單軌吊機車起吊梁根據(jù)所運輸設(shè)備的不同，可以采用不同規(guī)格的起吊梁，常用的起吊梁的起吊能力有5t，8t，12t，20t，22t等，選擇起吊梁一定要根據(jù)超吊重物的載荷[3]。由于ZF10000型支架是303盤區(qū)運輸?shù)淖畲筝d荷，而選擇MHZZ18-DUO起吊梁最大起吊重量為36t，故MHZZ18-DUO型起吊梁滿足設(shè)計要求。

2.3 軌道選擇

軌道根據(jù)軌道的負荷能力來選擇，一般軌道分為I1440E型和I140V型，道軌長度一般分為1.5m/根、2m/根、2.4m/根。根據(jù)王坪煤礦運輸要求，使用MPD120F（I140V）型軌道，軌道高為198mm，寬為70mm，通過懸掛板懸掛在2根2.5m長的右螺旋螺紋鋼錨桿上。軌道懸掛如圖1所示。

圖1 軌道懸掛圖

水平巷道運輸時：整個軌道的受力并不是均勻受力，由于機車自重只有9.25t，而支架最重31t，起吊梁自重2.1t。由于軌道中受力最大的點在起吊梁的承載車上，因此對軌道受力分析，只考慮最大受力點的起吊梁段軌道的受力分析。

支架最大重量為31t，懸掛在起吊梁的兩個吊點，因此，支架的重量平均分配在了兩個吊點上，得出兩個吊點的受力為F左=F右=15.5t。由于起吊梁的每個吊點又由4個承載車固定，所以得出每個承載車的受力為F=4.25t，由此可以看出，起吊梁在最大載重時（載重31t），軌道每個承載車的受力為4.25t。

軌道選用2m，即每隔2m設(shè)一個懸掛點，因此，整個起吊梁（長8727mm）的承載車分布在5根軌道之上。每個承載車的受力為4.25t，由于起吊梁為運動的，因此軌道懸掛點的受力也非均勻的，在這里利用極限的方法來計算，如圖2。

圖2 極限計算方法

已知：F1=F2=F3=F4=4.25t

由圖2知：此時B點承受來自1，2，3，4個承載車的部分重量，受力最大，因此只需要分析B點的受力，就可以得知最大錨桿受力。

分析AB段：

分析BC段：

由上兩式得：

而每個懸掛點有2根錨桿承重，每根錨桿的極限受力為TB=7.54 / 2=3.77t，錨桿的錨固力不得小于7.54t（取2倍的安全系數(shù)），而設(shè)計錨桿的錨固力為8.5t，因此每個懸掛點由2根錨桿懸掛可滿足要求。

18°上山運輸時：在軌道處于有坡度的地點，假設(shè)軌道只有一個懸掛點（兩根錨桿），而軌道受力也同樣假設(shè)在一個點，因此，軌道所受的重力之和為G=G貨+G起吊梁+G軌道，而且軌道還會受到來自機車的制動力帶來的摩擦力Ft，摩擦力分解在重力方向的力為F制動×sina，由此可以得出錨桿上受的合力為F錨桿=G+F制動×sina=G貨+G起吊梁+G軌道+F制動×sina=31+2.3+0.5+33.6×sin18=44.2t。

由于起吊梁的承載力分布在5根軌道之上，5根軌道擁有6個吊掛點，所以可以得出51.2t的力分布在6個點，每個點的受力為44.2/6=7.4t，同樣每個懸掛點2根錨桿，因此每根錨桿垂直于巷道的力為7.4/2=3.7t，錨桿的錨固力不得小于7.4t（取2倍的安全系數(shù)），因此每個懸掛點由2根錨桿懸掛可滿足要求。

根據(jù)以上分析，選擇長度為L=2m的重軌軌道完全滿足設(shè)備運輸?shù)氖褂靡蟆?/p>

3 結(jié)論

關(guān)于單軌吊輔助運輸設(shè)備的選型還沒有一套完整的標準。根據(jù)王坪煤礦303盤區(qū)軌道巷的最大坡度及運輸設(shè)備的最大重量，通過受力計算，選擇DLZ130F-8型單軌吊機車、MHZZ18-DUO起吊梁及MPD120F（I140V）型軌道可以滿足設(shè)計的需要。