一種新型煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車的研制

張俊浩，馮博，薛新順，李金涌，李夢葦

（中平能化集團天工機械制造有限公司，河南 平頂山 467000）

煤礦輔助運輸的常規定義，是指除煤炭運輸類型外，其他類型的運輸，涵蓋設施、物料、矸石和操作工人的運輸。煤礦輔助運輸直接影響著煤礦生產的效率。傳統的運輸類型為無極繩牽引卡軌車、垂直升降絞車等，我國大部分煤礦井下運輸系統相比國外水平差距較大，尤其是煤礦輔助運輸流程，占用人數規模大，運輸效力低下，明顯制約了工作面的安撤反應速度，并且HSE隱患較多，是煤炭井下HSE管理的薄弱所在。在運輸系統方面，由于井型和開發規模的不斷擴大，運輸長度明顯增長，尤其是采區工作面順槽長度變化明顯，常見的數據是2000～3000m，最長達到了5000m，所以，運輸環節的困難進一步加劇，已經成為制約我國煤炭行業快速成長的薄弱環節，在運輸系統方面的創新改進已成為當務之急。故能夠保證人員安全、提高生產效率的煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車的發展已成必然趨勢。本文通過研究卡軌裝置，結合煤礦井下鋼絲繩無極繩絞車的特點，研發出新型煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車（如圖1所示），采用卡軌裝置使車輛在運行中不致掉道，解決了輔助運輸容易掉道的難題，既提高了生產運輸的安全性，又提高了效率。

圖1 煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車現場實物圖

1 結構特征及工作原理

1.1 動力及主體結構

（1）主機。卡軌車按變速的不同類型劃分為變頻調速；卡軌車的動力裝置依靠摩擦力的相互作用實現動力的傳動；驅動滾筒的結構類型是雙滾筒拋物線式；在結構上動力輸入軸直接傳動入口減速機，在終端處由末級傳動齒輪，并摩擦驅動滾筒。

主機主要由以下幾部分組成：

①底座。由型材焊接成總體，在其上可以安置電動機、減速箱、驅動滾筒及常閉式液壓盤式制動閘等各部件，并依靠地腳螺栓將主機與底盤基座牢固結合。

②驅動滾筒構件。滾筒構件由傳動輪與耐磨襯套構成，易于拆卸。

③盤式制動器。采取碟簧施壓的常閉構造式液壓閘，油泵動力機構由操作臺發布執行命令，電磁換向閥采取AC127V型號，由司機使用按鈕操縱。電磁換向閥帶電時，制動閘油路接通，并通過節流閥向制動閘供油，制動閘緩慢打開；當電磁換向閥失電時，制動閘在電磁閥快速回油的作用下，實現快速制動。

（2）張緊機構。液壓張緊機構，張緊力大，可控操縱，自行調整拉力，占地面積小，使用方便，可實現運行中自行主動給蓄能器補液。

（3）牽引車。始終牢固結合在鋼絲繩上，并可與運輸車、制動尾車等車輛牢固結合，來回往復運行于煤礦井下常規軌道上的車輛，具備斷繩、斷銷、超速等停止運行的主動性防護功能。

（4）輪組。對鋼絲繩實施壓繩、托繩、導向的機構；主要類型有主壓繩、副壓繩、托繩、轉彎、導向等五套輪組。

（5）尾輪。牽引鋼絲繩在運距終端的轉向裝置。

1.2 電氣控制裝置

卡軌車電氣控制部分主要由集中控制操作臺、漏泄通信系統、綜合保護裝置等組成，主要裝置功能如下：

（1）起動控制。按下操作按鈕，向前或向后主機控制裝置主機收到正轉或反轉指令后，經PLC處理，裝置主機內的繼電器工作，繼電器的常開觸點閉合，主機工作，延時2s后，主機內的控制油泵電機和控制電磁閥的繼電器同時工作，繼電器的常開觸點閉合，液壓站上面的油泵電機與電磁換向閥同時工作。主機工作后，傳感器得到信號，傳輸給裝置主機的PLC，PLC把信號處理后，把距離和位置信息傳輸給顯示數據箱，由其輸出梭車的運行距離和到達位置。顯示箱里有主機正、反轉信息，液壓站動力運行信息、打滑預警、超速預警。

（2）停車控制。正常停車，主令手柄回中間位置，油泵電機和電磁換向閥同時失電，制動油缸動作，制動抱閘。

（3）緊急情況停止運行。當發生緊急情況停止運行時，司機按下急停按鈕，此時，主動力機構、油泵機構與電磁換向閥同時失電，車輛整體機構停止工作。

（4）故障類型停止運行。主機正常運行時，遇到打滑或超速時，控制機構會主動發出停止信息，其過程與緊急停車過程相同，并提示出發生故障的類型。

（5）顯示信息輸出方式。主動力機構正反轉、油泵機構運行指示燈；打滑主動執行動作干預、超速執行干預信息指示燈；位置動態液晶信息屏，能給出梭車的運行長度和在巷道（信息屏中輸出的是巷道摸擬示意圖）中的位置。

（6）超速干預執行。當主機運行速率大于1.15倍額定速率時，超速干預指令開始執行，主動力機構、油泵機構和電磁換向閥停止工作。

（7）打滑主動干預。當主機運行速率小于0.85倍額定速率時，打滑主動干預啟動，主動力機構、油泵機構和電磁換向閥停止工作。

（8）張緊力下降保護。當張緊力出現下降后，操縱臺控制箱檢測到拉緊油缸前腔壓力下降到設定值時，立即發出停車指令，油泵電機和電磁換向閥同時失電，制動油缸動作，制動閘抱閘，主機停止運行。

1.3 通信系統

通信系統包括手持電臺、中繼放大器、基地電源、匯接機、基地電臺泄露同軸電纜組成，主要具備以下功能和特點：

（1）礦井下巷道中無線電移動通信，手持機通話，語言清晰、宏亮、無干擾。

（2）礦井下無線電漏泄傳輸網絡高可靠，無故障工作時間MTBF≥2.5萬小時。

（3）礦井下機車高速行駛中，產生的高背景噪聲環境中仍能保證通信暢通，達到正常通話水平。

（4）跟車司機與主機司機之間相互聯絡的聲光信號確保準確無誤，遙控停車可靠。

1.4 軌道系統

軌道系統包括直軌、彎軌、道岔裝置、凹凸弧軌、起始軌。

（1）直軌。主要鋪設在直段巷道，由普通軌道、快速連接裝置、連接型鋼枕木組成。

（2）彎軌。主要用在轉彎巷道，轉彎角度為15度、10度、7.5度三種，由過度金屬板依靠螺栓相連構成，轉彎與直段采取轉彎角度10度左右的過渡軌緊固結合。

（3）道岔裝置。主要用在貨物進出車場或岔道使用。

（4）凹凸弧軌。主要用于巷道底板凹凸段使用，保證牽引車順利通過。

（5）起始軌。主要為牽引車運行的頭部和尾部軌道，防止牽引車過卷的軌道。

1.5 卡軌車制動裝置

牽引車和制動車中均有制動結構，具備即時監測卡軌車運行速率，運行中所有部位發生斷繩、脫鉤、斷銷、崩脫等造成超速危險情況時，兩制動車都可同時主動停止運行，從而有效實現了各節乘人車、運輸車的平穩安全。

卡軌車制動裝置的各個組成部分分別是測速部分、調節執行部分、油缸制動機構部分、補液油泵部分。

測速機構通過車輛上測速輪帶動測速裝置，當車輛超速時，轉速提高，測速裝置超過設定值，調整機構通過液控單向閥控制制動油缸動作，使油缸中壓力油迅速回流，油缸依靠壓縮碟簧對車輛進行制動，滿足車輛安全停止。

2 關鍵裝置結構及技術

2.1 卡軌裝置的結構

卡軌裝置機構安置在車架底部，卡在軌道外側，使行走輪行走運行時不會脫軌。在外觀方面力求結構緊湊，外形美觀（如圖2所示），在安全性能方面穩定可靠，兼顧生產成本等問題，在滿足以上要求的同時，最大程度地簡化結構，每部制動車車輪之間安裝有4只卡軌器，卡軌板通過滑動套、擋環安裝在卡軌軸上，滑動套卡在軌道上肩，制動車車輪之間安裝有四只卡軌器，卡軌裝置的卡軌板凸起部分卡在軌道外側腹板方向，內限外卡整體浮動式卡軌，卡歸板材質為調質鋼，制動車正常運行時，卡軌裝置與軌道并無接觸，車列可以順利運行，增大了對現場軌道的適應性，同時，增加了回轉軸承及推力軸承，增加潤滑措施有效降低運行阻力，實現關鍵點的局部卡護軌，保證車列在易掉道段運行平穩。

圖2 卡軌裝置示意圖

圖3 卡軌制動車示意圖

2.2 卡軌車制動技術

2.2.1 制動模式的選擇

按照《MT/T590-1996煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車技術條件》和《煤礦安全規程》的規范內容，煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車制動機構裝置，應能夠手動操縱的同時，還能主動自行動作，每列卡軌車中應配備2臺安全制動機構裝置，制動力總和應不小于額定牽引力的1.5～2倍，每臺制動執行機構上要裝有一個能夠主動執行的限速執行機構，此種限速執行機構既能自動執行施閘，又可手動施閘。

卡軌車的緊急制動涵蓋主動自行制動與手動制動兩種方式，卡軌制動車取速轉向架上的取速機構裝置感知車速，并依靠雙向液壓泵將其轉化為液壓油流量指令信息,液壓機構收集監測液壓油流量的波動信息后，實現卡軌制動車主動自行制動效果，當遇到斷繩、脫鉤或車速大于規定值時，車上的緊急制動機構動作時輸出制動力，使卡軌車減速中斷運行在軌道，達到消除危險的目的，或當遇到緊急情況時，跟車司機也可操作車體內操作臺上的手動制動閥實現手動制動目的。當卡軌制動車制動(即主動執行或手動)后，旋動手動制動閥操作手柄由“正常”位置扭動至“制動”，并結束時復位到“正常”位置(對制動后的液壓機構執行復位)，然后，使用手動泵打壓桿對制動缸執行打壓起閘。卡軌制動車液壓機構壓力表位于車體內操作臺上，卡軌制動車正常運行時額定壓力為12MPa，當總體機構運行壓力低于額定壓力0.5Pa時，及時依靠手動泵或氣動泵對液壓機構實施補壓。

2.2.2 制動裝置閘塊的材料選型

卡軌車制動裝置的制動閘塊材質選型，與MT113標準號的相關煤礦井下用聚合物原料成片阻燃抗靜電性通用實驗類型和鑒定準則的內容相吻合，選用在制動時不會引起爆炸和著火的閘塊材質。

3 工業性試驗分析

該型號牽引車的試驗裝置試驗依據《MT/T590-1996煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車技術條件》，主要開展了空載運行（目測、秒表）、負載運行試驗（目測、秒表）、噪聲試驗、液壓系統外滲漏、絞車牽引力試驗、絞車牽引速度試驗、離心限速器的限速、制動裝置制動距離和制動減速度、制動裝置液壓系統試驗、制動裝置制動力、載重車載重、牽引車試驗、電氣系統試驗，試驗結果如表1所示。

表1 試驗項目名稱及結果

通過試驗結果表明，煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車具有爬坡能力，載重大，適用巷道傾角大，一般可達25°，卡軌裝置有效防止脫軌翻車，可加設人車（帶制動），乘人運輸，由普通軌道可改造為卡軌車用軌道，成本低維護方便，本系統不需要重新鋪設專用軌道，在普通軌道的基礎上改造而成，適用于在巷道快速改造，現場安裝無須調整，連接方便、快速，運行安全，運行速度高，系統整體效率高。

本型號的牽引車適用于井下工作面順槽和采區大巷實現礦藏、設備設施、操作工人的運輸，尤其是適用于大型綜采裝備的運輸牽引和長運距及礦藏的運輸，能大大提高運輸量、加快運輸速率、增加運輸安全可靠性，也可用于金屬礦山和地面軌道運輸，可適于轉彎角度不小于90、轉彎半徑不小于9m的轉彎，坡度不大于30°且平整度較差的軌道運輸。

4 結語

通過對文中新型煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車的研制，最終實現該煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車大幅減輕井下輔助運輸勞動強度，有效避免脫軌掉道等安全隱患，充分貫徹落實了煤礦行業積極響應的人本管理理念，能夠加速推進煤礦輔助運輸技術的更新發展，在市場推廣和應用價值方面有其獨特的優越性。