煤礦井下低污染排放支架搬運車的設計*

王曉 黃華

（1.中國煤炭科工集團太原研究院有限公司；2.山西工程職業學院）

綜采設備搬家是煤礦井下輔助運輸的重要組成部分，也是難度最大的輔運環節。我國傳統的綜采設備搬運主要采用軌道運輸方式，該運輸方式耗時耗力且安全事故頻發。國外新型的綜采設備搬運采用無軌膠輪運輸方式，利用該類設備機動靈活、可高效連續運輸的特點[1-4]，將液壓支架整體不拆解運送到新工作面，大大減少了設備拆解組裝調試的時間。省時省力且安全性有很大提高。其中支架搬運車可用于液壓支架長距離大坡度搬運，具有載重能力大、爬坡能力大、車速快及效率高的特點。可有效實現綜采工作快速搬家，提升我國大采高綜放工作面設備搬家水平[5-10]。

1 整車結構

某型支架搬運車主要由防爆發動機動力總成、傳動系統、機架總成、液壓系統、氣動系統、電氣及安全保護系統等部分組成，具體結構如圖1所示。前機架承載著動力源，后機架設計為“U”型框架，用于承載液壓支架的質量。前機架和“U”型框架通過鉸接銷軸連接。

圖1 支架車結構示意圖

2 防爆柴油機動力總成

動力裝置由低污染排放的防爆柴油機主機及配套系統、進氣防爆系統、排氣防爆和凈化系統、防爆電噴系統和安全保護自動停車系統組成，其結構如圖2所示。

圖2 防爆柴油機動力系統結構示意圖

主機配套系統包括：散熱器及水循環系統、空氣啟動器等。進氣防爆系統包括空氣濾清器、壓氣機（增壓器）、空氣關斷閥、中冷器、進氣防爆柵欄及其管路等。為了便于布置同時盡可能縮小隔爆范圍，進氣阻火器安裝在水空中冷器與進氣歧管的連接法蘭上，空氣關斷閥安裝在中冷器與增壓器之間的管路上。進氣阻火器根據防爆規程設計，采用矩形結構，盡量增大通氣面積。空氣關斷閥保證在防爆柴油機開關閥切斷情況下，可靠切斷進氣。排氣防爆和凈化系統包括水冷式排氣歧管、軟連接水冷式排氣彎管、排氣防爆柵欄、廢氣處理箱以及補水箱。排氣管、增壓器以及排氣彎管都為水套外殼，保證其最高表面溫度不高于防爆要求溫度。排氣柵欄根據防爆標準要求設計，排氣柵欄位于廢氣處理箱上部。

防爆柴油機防爆動力裝置是采用了新型的電控低污染排放柴油機，對主機、進氣、排氣及外圍裝置按煤礦井下防爆要求進行設計、優化和制造，并增加了安全保護自動停機裝置。該新型的電控低污染排放柴油機符合標準《非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法(中國第三、四階段）》中排放限值的要求，具有綠色環保、節約能耗及減污降碳的特點。

3 傳動系統

某型支架搬運車為全液壓閉式系統驅動，傳動系統由分動箱、泵站、行走液壓馬達、輪驅減速器及輪胎等組成，具體結構如圖3所示。泵站由閉式變量主泵、開式變量輔助泵及串聯于閉式變量主泵后面的齒輪泵組成，其動力由柴油發動機通過行星分動箱提供。

圖3 傳動系統結構示意圖

行走方式采用閉式泵帶動行走液壓馬達，其正常滿載工作壓力為20 MPa，支架車一般采用2個閉式泵，每個閉式泵帶動同側的3個變量液壓馬達，并加有分流閥，以保證當其中一個輪胎打滑時，控制分流閥使其進行差速，使另一個輪胎正常輸出扭矩。

制動形式為彈簧制動液壓釋放。制動器分別裝在行走減速器上，具備行車制動和駐車制動2種功能。在油門踏板控制下液壓系統也具備行車制動功能。

4 液壓及氣動系統

支架搬運車的各動作機構一般為全液壓動力驅動，液壓系統主要由泵站、行走液壓馬達、提升油缸、轉向油缸、夾緊油缸及液壓油散熱器等組成。

油缸是液壓系統主要部件之一，其中提升油缸用于支架起吊功能，在“U”型框架上方左右兩側對稱布置，兩側起吊油缸采用分別控制方式，控制閥組位于相應側靠近鉸接處的前端；夾緊油缸用于夾緊功能，使支架在懸掛狀態下不產生左右搖晃，提高行進的穩定性，油缸需同時動作；轉向油缸用于整機轉向。

支架的提升系統和夾緊系統由轉向變量泵、負荷傳感換向閥、提升油缸及夾緊油缸組成。無論載重多大，提升速度和夾緊速度都需保持相同。

氣動系統是整車的輔助系統，用于整車動力系統防爆柴油機的啟動和聲響警示。該系統主要由空壓機、儲氣罐、管路、功能閥、空氣關斷閥、燃油切斷閥、發動機起動馬達、氣喇叭、腳踏比例閥及發動機加速缸等組成。

5 電氣及安全保護系統

支架搬運車電氣系統一般由隔爆型永磁發電機、隔爆型發電機調節器、礦用隔爆型信號開關、煤礦用柴油機車保護裝置、礦用澆封型電磁閥、礦用隔爆型備用電源箱、柴油機車保護數據采集傳感器、礦用隔爆型信號燈、礦用隔爆型機車照明燈及礦用隔爆型低壓電纜接線盒等組成，其結構組成如圖4所示。

圖4 電氣系統結構組成示意圖

電磁閥供電、柴油機保護主機供電、照明、信號燈供電、發電機和調節器電氣元件連接選用礦用移動輕型軟電纜，傳感器和顯示器均采用藍色本安信號電纜與保護主機相連。

6 結論

支架搬運車集機、電、液以及柴油機技術于一身，隨著支架搬運車在煤礦井下的應用，使煤礦無軌輔助運輸領域取得了重要進展，顯著提高了煤礦綜采工作面設備的搬家效率，實現了減員提效，極大地推動了我國煤礦無軌輔助運輸技術的進步。為實現綜采工作面無軌膠輪快速搬家裝備的成套化和實現我國煤礦井下無軌輔助運輸技術與裝備突破性跨越提升奠定了基礎，極大推動了我國煤炭行業的科技進步。