任貴虎

（西山煤電西曲礦綜采準(zhǔn)備隊(duì)， 山西 古交 030200）

引言

礦用單軌吊是我國(guó)煤礦井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)以及運(yùn)輸物資的主力設(shè)備之一。當(dāng)有突發(fā)狀況需要單軌吊緊急停車(chē)、工作制動(dòng)失靈或者超速狀態(tài)下緊急制動(dòng)時(shí)，單軌吊制動(dòng)裝置就顯得尤為重要，因?yàn)檫@關(guān)系到煤礦井下的工作人員、車(chē)、軌道及其他相關(guān)設(shè)施的安全性。當(dāng)前常規(guī)礦用單軌吊緊急制動(dòng)裝置多為鉗式液動(dòng)結(jié)構(gòu)，當(dāng)單軌吊需要緊急制動(dòng)時(shí)，液壓缸卸載，制動(dòng)器摩擦片與軌道腹板通過(guò)彈簧力帶動(dòng)的杠桿而相互接觸，從而產(chǎn)生一定的摩擦力來(lái)制動(dòng)。制動(dòng)塊與軌道摩擦造成的嚴(yán)重磨損在采用這種制動(dòng)方式時(shí)尤為明顯，而當(dāng)磨損程度超過(guò)一定范圍時(shí)，便存在單軌吊因制動(dòng)力不足而跑車(chē)、設(shè)備受損甚至人員傷亡等的重大安全隱患。此外，當(dāng)坡度不同時(shí)，單軌吊自重對(duì)制動(dòng)時(shí)減速度的影響也不盡相同。

1 制動(dòng)原理分析

與常規(guī)的礦用單軌吊緊急制動(dòng)裝置相較而言，本文研究的礦用單軌吊兩級(jí)緊急制動(dòng)裝置為失效安全型，其制動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。該制動(dòng)裝置通常安裝在軌道與單軌吊組件之間，通過(guò)制動(dòng)彈簧調(diào)節(jié)制動(dòng)塊和液壓缸卸壓與軌道接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能。每個(gè)單軌吊上的軌道上一般需要安裝至少2組的一級(jí)制動(dòng)器，二級(jí)制動(dòng)器一般安裝在兩端。一般來(lái)說(shuō)，一級(jí)制動(dòng)器比二級(jí)制動(dòng)器少一組上制動(dòng)塊，這兩級(jí)制動(dòng)裝置同時(shí)工作時(shí)即可提供單軌吊制動(dòng)時(shí)所需的制動(dòng)力[1]。

單軌吊正常運(yùn)行時(shí)，制動(dòng)裝置的液壓缸收縮，行走輪與軌道接觸。但當(dāng)單軌吊需緊急制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)裝置的液壓缸卸壓，釋放制動(dòng)彈簧，使一級(jí)制動(dòng)器下制動(dòng)塊與運(yùn)行軌道的下表面接觸，從而將行走輪抬離軌道，變滾動(dòng)摩擦為滑動(dòng)摩擦。隨后，二級(jí)制動(dòng)器的下制動(dòng)塊擠壓運(yùn)行軌道下表面，上制動(dòng)塊擠壓運(yùn)行軌道上表面，進(jìn)一步加強(qiáng)單軌吊的制動(dòng)效果。

圖1 單軌吊制動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)圖

2 制動(dòng)裝置分析

《煤礦安全規(guī)程》中明確指出：?jiǎn)诬壍踉谧畲筌壍榔露认蛏线\(yùn)行時(shí)，制動(dòng)減速度應(yīng)小于或等于5 m/s2；單軌吊在最大軌道坡度向下運(yùn)行時(shí)，制動(dòng)力應(yīng)大于重力沿平行于軌道方向的分力。則滿(mǎn)足下列關(guān)系：

式中：F表示緊急制動(dòng)力；m表示單軌吊的質(zhì)量；α為軌道坡度；g為重力加速度。由式（1）和（2）可知：相同載荷下，當(dāng)α＞14°47〞時(shí)， 一級(jí)制動(dòng)裝置單獨(dú)使用提供的動(dòng)力不符合要求。因此，要減小單軌吊在坡度軌道緊急制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力對(duì)減速度的影響，必須通過(guò)兩級(jí)制動(dòng)的方式進(jìn)行制動(dòng)。

2.1 兩級(jí)制動(dòng)下最小載荷的減速度分析

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：?jiǎn)诬壍踉谧钚≥d荷、最大坡度向上運(yùn)行緊急制動(dòng)時(shí)，其制動(dòng)減速度不應(yīng)大于5 m/s2。單軌吊制動(dòng)分為兩個(gè)階段[2]：第一階段僅一級(jí)制動(dòng)器制動(dòng)，當(dāng)一級(jí)制動(dòng)在二級(jí)制動(dòng)設(shè)定的延時(shí)啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)完成制動(dòng)時(shí)，二級(jí)制動(dòng)增加摩擦力以避免單軌吊制動(dòng)后發(fā)生跑車(chē)。但當(dāng)一級(jí)制動(dòng)在二級(jí)制動(dòng)設(shè)定的延時(shí)時(shí)間內(nèi)不能完成制動(dòng)時(shí)，則開(kāi)始第二階段動(dòng)器。第二階段兩級(jí)制動(dòng)器同時(shí)制動(dòng)。因此，制動(dòng)減速度可表示為：

式中：a為兩級(jí)制動(dòng)器同時(shí)制動(dòng)的制動(dòng)減速度；a1為一級(jí)制動(dòng)器制動(dòng)減速度；a2為二級(jí)制動(dòng)器制動(dòng)減速度；F1為一級(jí)制動(dòng)器所提供的制動(dòng)力；F2為二級(jí)制動(dòng)器所提供的制動(dòng)力；md為最小載荷時(shí)單軌吊質(zhì)量。

制動(dòng)第一階段滿(mǎn)足：

式中：Fi"為制動(dòng)桿i所受的摩擦力；μ為動(dòng)摩擦因素。

由式（6）可知，在只有一級(jí)制動(dòng)器制動(dòng)的第一階段，制動(dòng)力的大小隨坡度的改變而發(fā)生變化；由式（7）可知，在一級(jí)制動(dòng)器與二級(jí)制動(dòng)器同時(shí)制動(dòng)的第二階段，當(dāng)制動(dòng)力突然增大時(shí)，制動(dòng)減速度會(huì)在第一階段基礎(chǔ)上發(fā)生突變，但突變后制動(dòng)力的大小仍與角度大小有關(guān)。因此，應(yīng)設(shè)定較長(zhǎng)的二級(jí)制動(dòng)器延時(shí)時(shí)間以使單軌吊盡量在一級(jí)制動(dòng)器單獨(dú)制動(dòng)時(shí)間內(nèi)完成制動(dòng)。但另一方面，較長(zhǎng)的延時(shí)設(shè)定可能會(huì)導(dǎo)致單軌吊制動(dòng)距離超過(guò)《煤礦安全規(guī)程》中的規(guī)定要求。

2.2 兩級(jí)制動(dòng)下最大載荷的制動(dòng)距離分析

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：?jiǎn)诬壍踉谧畲筝d荷下最大坡度上以最大設(shè)計(jì)速度向下運(yùn)行時(shí)，其制動(dòng)距離不應(yīng)超過(guò)原運(yùn)行速度下6 s內(nèi)的運(yùn)行距離。由式（6）可知，在第一階段制動(dòng)時(shí)，其曲線(xiàn)與最小載荷相同；由式（7）可知，在第二階段，制動(dòng)減速度也會(huì)發(fā)生

制動(dòng)第二階段滿(mǎn)足：突變，但其突變值小于比最小載荷時(shí)的突變值。制動(dòng)距離隨坡度變化關(guān)系可由單軌吊在最大載荷下制動(dòng)減速度關(guān)系得出。

制動(dòng)第一階段滿(mǎn)足：

制動(dòng)第二階段滿(mǎn)足：

式中：x為制動(dòng)總距離；x1為第一階段制動(dòng)距離；x2為第二階段制動(dòng)距離；v1為第一階段制動(dòng)時(shí)速度；t為二級(jí)制動(dòng)器延時(shí)時(shí)間。

3 兩級(jí)緊急制動(dòng)裝置應(yīng)用

以運(yùn)用了該兩級(jí)緊急制動(dòng)裝置的DX40防爆特殊型單軌吊為研究對(duì)象，根據(jù)上述公式可計(jì)算出：該單軌吊可適應(yīng)0°～15°的軌道坡度，設(shè)備最小質(zhì)量md為10 t，最大載荷m2為20 t。應(yīng)用表明運(yùn)用了該兩級(jí)緊急制動(dòng)裝置的DX40防爆特殊型單軌吊可滿(mǎn)足《煤礦安全規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，且緊急制動(dòng)性能良好，具有很大的推廣價(jià)值。

4 結(jié)論

1）本文研究的礦用單軌吊兩級(jí)緊急制動(dòng)裝置。一級(jí)制動(dòng)是在啟動(dòng)制動(dòng)時(shí)單軌吊的行走輪將先被抬離軌道，運(yùn)用單軌吊自身的重力產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力，變滾動(dòng)摩擦為滑動(dòng)摩擦，從而起到制動(dòng)作用；二級(jí)制動(dòng)是通過(guò)卡緊軌道的上下表面來(lái)增大阻力，從而提高制動(dòng)能力。

2）本文研究的在DX40防爆特殊型單軌吊上成功使用，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。