自卸式單軌吊料箱的設計與應用

曾現科 曹國慶 楊紅杰

【摘? 要】由于當前煤礦運輸系統改成了單軌吊運輸系統，方便了井下所需物料的運送，由于常用的運料工具是礦車，物料運輸到井下生產現場，要由人工進行卸載，增加了卸料工人的勞動強度。論文結合現場作業環境，設計了一種自動卸載式料箱，該料箱實現了底部自動開門和關門，不僅提高了裝卸效率，還大大減輕了工人的勞動強度。

【Abstract】At present， because the coal mine transportation system has been changed into a monorail crane transportation system， it is convenient to transport the material needed in the underground mine. Because the commonly used transportation tool is the tramcar， the material is transported to the underground mine production site， and the unloading is carried out manually， which increases the labor intensity of the workers unloading material. Combined with the site operation environment， this paper designs a self-unloading material box， this material box realizes the bottom automatic door opening and closing， which not only improves the loading and unloading efficiency， but also greatly reduces the labor intensity of workers.

【關鍵詞】單軌吊;自卸式;料箱;勞動強度;效率

【Keywords】monorail crane; self-unloading; material box; labor intensity; efficiency

【中圖分類號】TD52? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）10-0189-03

1 引言

在當今煤礦生產中，井下需要大量的物料，物料由地面運往井下，主要用礦車裝好物料，通過地軌運輸到生產現場，整個的物料卸載全部由人工進行。卸載過程中如果人員協調不好，就會出現安全事故，人工卸載不僅存在一定的安全隱患，還造成人力和時間的浪費。

通過調研，本礦井在井下裝設了懸掛式單軌吊運輸系統，本運輸系統不僅可以載人下井，還可以運輸物料，無論是安全還是效率，都有了很大的提高。根據最新的運輸系統要求，需要新型的運輸物料箱體。本項目在分析了礦車裝運料的缺點與不足之后，經過調研、探討并參考國家現有的有關自動卸料裝置的結構，針對井下的新運輸系統，設計了專業的單軌吊料箱。該料箱采用機械控制機構，通過該機構能控制底門的打開與關合，實現了井下物料卸料的半自動化功能，解決了礦車運輸卸載物料，特別是水泥、沙等散裝物料的卸載問題。通過對料箱底門控制機構的設計，實現單軌吊料箱底部能自動開門和關門，不僅提高了卸載效率，還大大減輕了工人的勞動強度。

2 單軌吊料箱設計的整體要求

根據井下生產需要及所運輸物料的特點，單軌吊料箱的設計必須符合以下幾點要求：

①安全性能好。所謂安全性能好就是要求該單軌吊料箱實現機械化性能的同時，也要實現本質安全，機械式控制機構的整體機構及組成要合理科學。連接部位要牢固可靠，連接方式最好能采用雙保險固定連接，能在安全方面起到了雙層保護作用。各類配件設計結構及形狀方面要科學合理，整體的單軌吊料箱要求強度符合井下使用要求。懸掛處要增加起吊環，卸料時人只需操縱控制機構就可以實現機械卸載功能，安全系數大大增加。②密封性能好。設計單軌吊料箱時，由于向井下運輸各類大小配件，有時還要運沙石等細小散裝物料，為防止發生物料泄漏丟失問題，要考慮箱體整體結構的密封性能，當料箱處在裝滿物料狀態時，料箱的左右箱體結合部位能包裹嚴實，料箱前、后門結合處也能處于嚴密狀態。③卸載方便。所謂卸載方便，是要求整個箱體的控制結構操作簡單方便，整個橢圓形滑道要保證圓軸在內部移動的順暢，通過控制滑塊和控制軸的相對位置，實現底門的張開與合攏。要實現該功能，減輕工作的勞動強度，必須測算出合適的滑道間隙。長短合適的滑動間隙，能保證物料的順利卸載，并且還能保證卸載后物料的完好無損。④容積大小適中。考慮到單軌吊運輸系統的承載能力，所以單軌吊料箱箱體容積大小要合適，既要滿足煤礦井下物料的需求量及礦井生產能力，還要符合運輸系統的承載能力。

根據以上幾點要求，我們從料箱的控制機構部分、容積部分、密封性方面、安全性方面及強度等進行了探討、外出考察等，列出多條設計方案，最終確定以下設計方案。

3 料箱控制機構的設計

控制機構為整個料箱設計的關鍵部分，我們參考有關自動卸料箱的結構，設計了機械式控制機構。該機構主要由T型滑道架、控制鏈、控制軸及翼型控制滑塊組成。其中，T型滑道、控制軸為固定式，控制鏈采用井下刮板用鏈子，控制滑塊設計為翼型，外形和橢圓形滑道相配合。控制機構結構設計見圖1。

結構連接方面：T型滑道架通過螺栓和箱體固定連接，連接方式采用螺母擰緊和銷子固定，在安全方面起到了雙層保護作用。控制軸也和料箱的前后門連接在一起，控制軸設計為圓柱形，翼型控制滑塊兩側設計為2個橢圓形滑道，盡量減少摩擦力。

該控制機構為達到自動卸載的目的，必須留有合理的滑動間隙。根據單軌吊料箱的寬度及高度，測算出長短適中的間隙距離。如果間隙過大，卸載時底門口過大張開，會造成物料極速下落，沖擊力較大，有可能造成物料的損壞;如果間隙過小，卸載時底門口張開較小，有可能造成某種物料卡住，不能順利卸載。合適的滑道間隙，既保證了物料的順利卸載，又保護了物料的完好無損。

由于料箱懸掛在單軌吊運輸系統上，通過懸掛的軌道運輸至井下車場，故控制結構方面也要考慮焊有起吊環，起吊環由鋼筋加工，要求鋼筋的強度能承載料箱本體及裝滿物料的重量，吊環的焊接工藝要求為滿焊。卸料時人只需操縱控制鏈就即可，與現用運料礦車無起吊環，人工卸料相比，安全系數大大增加。

4 料箱容積的設計

箱體容積規格的設計不僅要符合煤礦井下物料的需求量，還要滿足現井下單軌吊運輸承載能力。本礦使用的單軌吊承載力在25～30t，該料箱凈容積設計為2.7m3，物料密度按照鐵（密度較大）的標準計算，則載重量約20t，加上料箱自重約0.6t，共計20.6t，符合單軌吊的承載能力，完全可以安全放心使用。

5 料箱密閉性的設計

設計單軌吊料箱箱體時，考慮到運水泥、沙子等細小散裝物料發生泄漏問題，在箱體前、后門及底門處全部采用在左半側箱體部分全部焊上舌板，當箱體處于裝物料狀態時，舌板就會包裹住右半側箱體的結合部位，從料箱的前后及底部都確保了箱體的密閉性。

6 料箱強度的設計

箱體結構主要由框架及外敷鐵板構成，內框架采用50×70的方管焊接而成，框架四面用厚5mm板敷焊，底門采用雙層板焊，即框架上、下部全部用5mm的板敷焊，既美化了箱體的外觀，又保證了底門內部表面的平整，方便了裝卸料。旋轉及固定部位由于承載的重力較大，另用30mm板進行強固，整個的料箱焊接部分全部采用滿焊工藝，箱體結實穩固。

7 單軌吊料箱控制機構自動卸載結構原理

自動卸載的關鍵結構配件是T型滑道及控制軸、翼型控制滑塊。控制軸外形設計為圓柱形，控制軸鑲嵌在翼型控制滑塊兩側的橢圓形滑道內，由于控制軸和料箱的前后門固定在一起，改變翼型控制滑塊和控制軸的相對位置，也就實現了底門的張開與合攏。卸載時通過向上拉緊控制鏈，從而帶動翼型控制滑塊順著T型滑塊滑行，底門打開。反之，則底門合上。該控制機構結構簡單，加工成本較低。工作中增加了自動卸料功能，大大減輕了工人的勞動強度，提高了井下卸料的安全系數。單軌吊料箱工作示意圖見圖2。

8 關鍵技術點

①T型滑道通過螺栓和箱體連接固定，連接方式采用螺母擰緊和銷子固定，在安全方面起到了雙層保護作用。②設計了高強度的起吊環，吊環的焊接工藝要求為滿焊。卸料時人只需操縱控制鏈就即可，安全得到保障。③測算出合適的間隙距離，間隙過大時，會導致卸載時底門口過大張開，造成物料極速下落，形成較大沖擊力，極易造成物料及卸料場地的損壞;間隙過小時，卸載時底門口張開較小，極易造成某種物料卡住，導致無法順利卸載，再一次造成人力的浪費。適合的滑道間隙，既確保了物料的順利卸載，又保護了物料及卸料場地。④控制機構中的控制軸及翼型控制滑塊的傳動滑道部分設計為橢圓形，控制軸和料箱的前后門連接在一起，將控制軸設計為圓柱形，翼型控制滑塊兩側設計為2個橢圓形的滑道。整個工作滑動過程是圓弧形即線接觸，減少了接觸面的磨損，減輕了摩擦力。⑤料箱前、后焊有起吊環，料箱設計有控制鏈，卸料時人只需遠距離操縱控制鏈完成操作，提升了安全系數。⑥為防止笨重物料砸壞箱體底部，底門采用雙層板焊，既使箱體的外觀美化，又為箱體的強度及內部的平整性提供保障，使用起來更加規范。⑦在箱體前、后門及底門處焊有舌板，有效保證了箱體的密閉性。⑧合理的箱體容積設計，不僅滿足了煤礦井下對物料的需求，還契合現井下單軌吊運輸承載能力。

9 應用情況

該項目已在礦井投入使用，使用效果良好，不僅符合新運輸系統的條件，還完全滿足了井下單軌吊軌道運輸物料的要求，實現了井下物料卸載的半機械化。從社會效益上講，大大降低了井下卸料工人的勞動強度，提高了井下卸載物料的安全性，整體生產效率得到了提高。

該項目所用材料簡單，加工方便，適用環境強，具有單軌吊運輸系統條件的礦井可借鑒生產使用。

10 結語

①單軌吊運輸物料，簡化了運輸環節，解決了傳統地軌運輸占用人多、設備多、效率低、勞動強度大、受巷道變形影響、維護量大等問題，有效優化現場工作環境，減輕職工勞動強度，社會效益顯著;②該料箱可實現卸料環節的自動化，操作簡單，不受地板條件限制，有效節省職工體力，實現了卸料環節的本質安全;③低噪音，無污染，牽引力穩定，運行成本低廉，環保節能;④與傳統礦車運輸相比，每年可節約各項費用近百萬元。

【參考文獻】

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