礦井單軌吊車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工業(yè)性試驗(yàn)

翟 寰

（山西陽煤寺家莊有限責(zé)任公司，山西 晉中 045300）

引言

運(yùn)輸為煤礦生產(chǎn)必不可少的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，運(yùn)輸效率和安全性直接決定煤礦的運(yùn)輸能力。煤礦運(yùn)輸包括主運(yùn)輸和輔助運(yùn)輸，其中，主要運(yùn)輸系統(tǒng)包括帶式輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)、提升機(jī)等；輔助運(yùn)輸系統(tǒng)包括有單軌吊車、絞車等系統(tǒng)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)表明，我國煤礦生產(chǎn)工作面輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的效率低且安全性較低[1]。因此，針對傳統(tǒng)單軌吊車體積較大且運(yùn)輸量均在20 t以上無法高效適用于煤礦的輔助運(yùn)輸，設(shè)計(jì)了一款輕便、簡單的單軌吊車，并著重對該吊車的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和工業(yè)性試驗(yàn)研究。

1 單軌吊車的整體設(shè)計(jì)

結(jié)合煤礦實(shí)際運(yùn)輸需求，本文擬設(shè)計(jì)一款運(yùn)輸量為5 t，且運(yùn)輸對象為松散物料、設(shè)備以及相關(guān)支護(hù)物料及設(shè)備等，類別為輕載小型單軌吊車，其主要性能指標(biāo)如表1 所示：

表1 單軌吊車關(guān)鍵性能指標(biāo)

本文所設(shè)計(jì)的輕載單軌吊車借鑒綜采工作面的傳統(tǒng)重載單軌吊車和DDD8J 單軌吊車完成。在設(shè)計(jì)中輕載單軌吊車的元器件選型必須滿足綜采工作面底鼓、巷道地質(zhì)條件復(fù)雜以及空氣質(zhì)量不佳的運(yùn)行環(huán)境，其對應(yīng)的液壓系統(tǒng)包括有運(yùn)輸主回路和安全輔助回路[2]。

1.1 單軌吊車液壓系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

輕載單軌吊車液壓系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案如下：

1）選用泵控馬達(dá)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對單軌吊車的行走及速度的調(diào)整控制，其泵的類型為雙聯(lián)齒輪泵，對應(yīng)的電機(jī)類型為防爆電機(jī)；

2）選用電磁閥實(shí)現(xiàn)對液壓系統(tǒng)中各個(gè)控制油路的切換，以滿足夾緊回路和制動回路的控制要求；

3）選用溢流閥對雙聯(lián)齒輪泵的出口壓力進(jìn)行保護(hù)，采用平衡閥保證單軌吊車可停在任意位置；

4）除此之外，為液壓系統(tǒng)配置過濾器、各種密封器件、蓄能器等輔助元器件。

1.2 單軌吊車機(jī)械結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)

為便于單軌吊車的安裝以及后期的維修，單軌吊車的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)理念。基于傳統(tǒng)單軌吊車的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，將輕載單軌吊車的整體結(jié)構(gòu)分為液壓站總成、驅(qū)動部件、承載結(jié)構(gòu)、連桿等。結(jié)合單軌吊車的運(yùn)輸功能，輕載單軌吊車從功能層面可分為行走分系統(tǒng)、制動分系統(tǒng)以及夾緊分系統(tǒng)[3]。為保證上述三個(gè)分系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，為輕載單軌吊車配置的驅(qū)動系統(tǒng)中需為機(jī)架搭配合適的機(jī)架、驅(qū)動輪、制動輪以及制動裝置等。

2 單軌吊車液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本節(jié)將從運(yùn)輸主回路和運(yùn)輸輔助回路兩個(gè)層面完成對單軌吊車液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2.1 運(yùn)輸主回路液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

運(yùn)輸主回路的主要功能是實(shí)現(xiàn)單軌吊車行走、夾緊等功能，其是保證設(shè)備整體穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。運(yùn)輸主回路對應(yīng)的液壓系統(tǒng)原理如下頁圖1 所示。

圖1 運(yùn)輸主回路液壓系統(tǒng)原理圖

結(jié)合表1 中單軌吊車的工況，完成關(guān)鍵元器件的選型結(jié)果：

1）為運(yùn)輸主回路配置的防爆驅(qū)動電機(jī)型號為YBK2-132M-4，該型電機(jī)對應(yīng)的最大功率為7.5 kW，對應(yīng)的最大轉(zhuǎn)速為1 450 r/min；

2）為運(yùn)輸主回路配置驅(qū)動馬達(dá)的類別為低轉(zhuǎn)速大扭矩液壓馬達(dá)，該馬達(dá)的最大系統(tǒng)壓力為40 MPa，最大排量為470 ml/r，最大輸出轉(zhuǎn)矩為3 030 Nm；

3）為運(yùn)輸主回路配置液壓馬達(dá)的類別雙聯(lián)齒輪泵，具體型號為CBWL-E310-E306，對應(yīng)的最大額定壓力為20 MPa，最大流量為10 ml/r；

4）所配置液壓油缸的內(nèi)徑為50 mm，油缸外徑為63 mm，缸內(nèi)活塞直徑為36 mm。

2.2 運(yùn)輸輔助回路的設(shè)計(jì)

運(yùn)輸輔助回路的主要任務(wù)是保證單軌吊車的安全運(yùn)行，主要為制動回路，該回路對應(yīng)的液壓原理如圖2 所示：

圖2 制動回路液壓原理圖

為保證制動回路的有效性，針對制動回路關(guān)鍵液壓元器件的選型如下：

1）制動回路中所配置的制動彈簧的直徑為30mm，彈簧節(jié)距為62.2 mm，彈簧總?cè)?shù)為10；

2）制動回路中所配置制動油缸的內(nèi)徑為80 mm，油缸外徑為100 mm，對應(yīng)活塞缸的直徑為45 mm。

3 單軌吊車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合傳統(tǒng)重載單軌吊車的結(jié)構(gòu)及DDD8J 隔爆型單軌吊車的結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)組成單軌吊車主要包括有液壓站總成、驅(qū)動部件、承載小車、拉桿、導(dǎo)軌等，本文對關(guān)鍵的液壓總成和驅(qū)動部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 液壓總成的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

單軌吊車液壓總成的總體結(jié)構(gòu)如圖3 所示：

圖3 液壓總成總體結(jié)構(gòu)三維圖

3.2 驅(qū)動部件的設(shè)計(jì)

單軌吊車驅(qū)動部件主要包括有機(jī)架、驅(qū)動輪、制動裝置等。其對應(yīng)的整體結(jié)構(gòu)如圖4 所示：

圖4 驅(qū)動部件總體結(jié)構(gòu)三維圖

4 單軌吊車的工業(yè)性試驗(yàn)

為驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)的輕載單軌吊車的具體性能，在完成設(shè)計(jì)后對成品進(jìn)行地面場內(nèi)試驗(yàn)和綜采工作面的試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果具體闡述如下：

4.1 地面場內(nèi)試驗(yàn)

場內(nèi)實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容是對單軌吊車的開機(jī)、行進(jìn)、起吊等操作過程進(jìn)行試驗(yàn)[4]，并得出如下結(jié)論：

1）在開機(jī)運(yùn)行階段，設(shè)備并未出現(xiàn)液壓油滲透、控制電纜破損的情況；

2）通過對操作手柄的位置進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備在對應(yīng)工況下的運(yùn)行，且響應(yīng)較快；

3）通過操作貨物的起吊，可保證貨物到達(dá)一定高度后并將其運(yùn)送至指定位置。

4.2 綜采工作面試驗(yàn)

結(jié)合場內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)，將所設(shè)計(jì)的單軌吊車運(yùn)送至綜采工作面并參與至實(shí)際生產(chǎn)中，得出如下結(jié)論：

在實(shí)際應(yīng)用中只需要一名工作人員即可操作設(shè)備完成各種工況的運(yùn)行，而且在實(shí)際應(yīng)用中設(shè)備能夠完全適應(yīng)惡劣環(huán)境狀態(tài)下的運(yùn)行，對應(yīng)的故障率較低[5]。總體來講，所設(shè)計(jì)的單軌吊車可完成綜采工作面的運(yùn)輸任務(wù)，降低工作面作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度，提高了運(yùn)輸效率。

5 結(jié)語

單軌吊車作為綜采工作面的輔助運(yùn)輸設(shè)備之一，其運(yùn)輸效率和安全性直接決定工作面的運(yùn)輸能力。本文所設(shè)計(jì)的單軌吊車在實(shí)際應(yīng)用中不僅可大幅度提升工作面的運(yùn)輸效率，降低工作面運(yùn)輸?shù)奈ｋU(xiǎn)系數(shù)，還可大幅度降低工作面作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度，對提升整個(gè)工作面的運(yùn)輸能力，甚至提升煤礦的生產(chǎn)能力具有重要意義。