張俊浩，馮博，薛新順，李金涌，李夢(mèng)葦

（中平能化集團(tuán)天工機(jī)械制造有限公司，河南 平頂山 467000）

煤礦輔助運(yùn)輸?shù)某Ｒ?guī)定義，是指除煤炭運(yùn)輸類型外，其他類型的運(yùn)輸，涵蓋設(shè)施、物料、矸石和操作工人的運(yùn)輸。煤礦輔助運(yùn)輸直接影響著煤礦生產(chǎn)的效率。傳統(tǒng)的運(yùn)輸類型為無(wú)極繩牽引卡軌車、垂直升降絞車等，我國(guó)大部分煤礦井下運(yùn)輸系統(tǒng)相比國(guó)外水平差距較大，尤其是煤礦輔助運(yùn)輸流程，占用人數(shù)規(guī)模大，運(yùn)輸效力低下，明顯制約了工作面的安撤反應(yīng)速度，并且HSE隱患較多，是煤炭井下HSE管理的薄弱所在。在運(yùn)輸系統(tǒng)方面，由于井型和開發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，運(yùn)輸長(zhǎng)度明顯增長(zhǎng)，尤其是采區(qū)工作面順槽長(zhǎng)度變化明顯，常見(jiàn)的數(shù)據(jù)是2000～3000m，最長(zhǎng)達(dá)到了5000m，所以，運(yùn)輸環(huán)節(jié)的困難進(jìn)一步加劇，已經(jīng)成為制約我國(guó)煤炭行業(yè)快速成長(zhǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，在運(yùn)輸系統(tǒng)方面的創(chuàng)新改進(jìn)已成為當(dāng)務(wù)之急。故能夠保證人員安全、提高生產(chǎn)效率的煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車的發(fā)展已成必然趨勢(shì)。本文通過(guò)研究卡軌裝置，結(jié)合煤礦井下鋼絲繩無(wú)極繩絞車的特點(diǎn)，研發(fā)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(yùn)行中不致掉道，解決了輔助運(yùn)輸容易掉道的難題，既提高了生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)陌踩裕痔岣吡诵省?/p>

圖1 煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖

1 結(jié)構(gòu)特征及工作原理

1.1 動(dòng)力及主體結(jié)構(gòu)

（1）主機(jī)。卡軌車按變速的不同類型劃分為變頻調(diào)速；卡軌車的動(dòng)力裝置依靠摩擦力的相互作用實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳動(dòng)；驅(qū)動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu)類型是雙滾筒拋物線式；在結(jié)構(gòu)上動(dòng)力輸入軸直接傳動(dòng)入口減速機(jī)，在終端處由末級(jí)傳動(dòng)齒輪，并摩擦驅(qū)動(dòng)滾筒。

主機(jī)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(dòng)機(jī)、減速箱、驅(qū)動(dòng)滾筒及常閉式液壓盤式制動(dòng)閘等各部件，并依靠地腳螺栓將主機(jī)與底盤基座牢固結(jié)合。

②驅(qū)動(dòng)滾筒構(gòu)件。滾筒構(gòu)件由傳動(dòng)輪與耐磨襯套構(gòu)成，易于拆卸。

③盤式制動(dòng)器。采取碟簧施壓的常閉構(gòu)造式液壓閘，油泵動(dòng)力機(jī)構(gòu)由操作臺(tái)發(fā)布執(zhí)行命令，電磁換向閥采取AC127V型號(hào)，由司機(jī)使用按鈕操縱。電磁換向閥帶電時(shí)，制動(dòng)閘油路接通，并通過(guò)節(jié)流閥向制動(dòng)閘供油，制動(dòng)閘緩慢打開；當(dāng)電磁換向閥失電時(shí)，制動(dòng)閘在電磁閥快速回油的作用下，實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)。

（2）張緊機(jī)構(gòu)。液壓張緊機(jī)構(gòu)，張緊力大，可控操縱，自行調(diào)整拉力，占地面積小，使用方便，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行中自行主動(dòng)給蓄能器補(bǔ)液。

（3）牽引車。始終牢固結(jié)合在鋼絲繩上，并可與運(yùn)輸車、制動(dòng)尾車等車輛牢固結(jié)合，來(lái)回往復(fù)運(yùn)行于煤礦井下常規(guī)軌道上的車輛，具備斷繩、斷銷、超速等停止運(yùn)行的主動(dòng)性防護(hù)功能。

（4）輪組。對(duì)鋼絲繩實(shí)施壓繩、托繩、導(dǎo)向的機(jī)構(gòu)；主要類型有主壓繩、副壓繩、托繩、轉(zhuǎn)彎、導(dǎo)向等五套輪組。

（5）尾輪。牽引鋼絲繩在運(yùn)距終端的轉(zhuǎn)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(tái)、漏泄通信系統(tǒng)、綜合保護(hù)裝置等組成，主要裝置功能如下：

（1）起動(dòng)控制。按下操作按鈕，向前或向后主機(jī)控制裝置主機(jī)收到正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)指令后，經(jīng)PLC處理，裝置主機(jī)內(nèi)的繼電器工作，繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，主機(jī)工作，延時(shí)2s后，主機(jī)內(nèi)的控制油泵電機(jī)和控制電磁閥的繼電器同時(shí)工作，繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，液壓站上面的油泵電機(jī)與電磁換向閥同時(shí)工作。主機(jī)工作后，傳感器得到信號(hào)，傳輸給裝置主機(jī)的PLC，PLC把信號(hào)處理后，把距離和位置信息傳輸給顯示數(shù)據(jù)箱，由其輸出梭車的運(yùn)行距離和到達(dá)位置。顯示箱里有主機(jī)正、反轉(zhuǎn)信息，液壓站動(dòng)力運(yùn)行信息、打滑預(yù)警、超速預(yù)警。

（2）停車控制。正常停車，主令手柄回中間位置，油泵電機(jī)和電磁換向閥同時(shí)失電，制動(dòng)油缸動(dòng)作，制動(dòng)抱閘。

（3）緊急情況停止運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生緊急情況停止運(yùn)行時(shí)，司機(jī)按下急停按鈕，此時(shí)，主動(dòng)力機(jī)構(gòu)、油泵機(jī)構(gòu)與電磁換向閥同時(shí)失電，車輛整體機(jī)構(gòu)停止工作。

（4）故障類型停止運(yùn)行。主機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，遇到打滑或超速時(shí)，控制機(jī)構(gòu)會(huì)主動(dòng)發(fā)出停止信息，其過(guò)程與緊急停車過(guò)程相同，并提示出發(fā)生故障的類型。

（5）顯示信息輸出方式。主動(dòng)力機(jī)構(gòu)正反轉(zhuǎn)、油泵機(jī)構(gòu)運(yùn)行指示燈；打滑主動(dòng)執(zhí)行動(dòng)作干預(yù)、超速執(zhí)行干預(yù)信息指示燈；位置動(dòng)態(tài)液晶信息屏，能給出梭車的運(yùn)行長(zhǎng)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(yù)執(zhí)行。當(dāng)主機(jī)運(yùn)行速率大于1.15倍額定速率時(shí)，超速干預(yù)指令開始執(zhí)行，主動(dòng)力機(jī)構(gòu)、油泵機(jī)構(gòu)和電磁換向閥停止工作。

（7）打滑主動(dòng)干預(yù)。當(dāng)主機(jī)運(yùn)行速率小于0.85倍額定速率時(shí)，打滑主動(dòng)干預(yù)啟動(dòng)，主動(dòng)力機(jī)構(gòu)、油泵機(jī)構(gòu)和電磁換向閥停止工作。

（8）張緊力下降保護(hù)。當(dāng)張緊力出現(xiàn)下降后，操縱臺(tái)控制箱檢測(cè)到拉緊油缸前腔壓力下降到設(shè)定值時(shí)，立即發(fā)出停車指令，油泵電機(jī)和電磁換向閥同時(shí)失電，制動(dòng)油缸動(dòng)作，制動(dòng)閘抱閘，主機(jī)停止運(yùn)行。

1.3 通信系統(tǒng)

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

（1）礦井下巷道中無(wú)線電移動(dòng)通信，手持機(jī)通話，語(yǔ)言清晰、宏亮、無(wú)干擾。

（2）礦井下無(wú)線電漏泄傳輸網(wǎng)絡(luò)高可靠，無(wú)故障工作時(shí)間MTBF≥2.5萬(wàn)小時(shí)。

（3）礦井下機(jī)車高速行駛中，產(chǎn)生的高背景噪聲環(huán)境中仍能保證通信暢通，達(dá)到正常通話水平。

（4）跟車司機(jī)與主機(jī)司機(jī)之間相互聯(lián)絡(luò)的聲光信號(hào)確保準(zhǔn)確無(wú)誤，遙控停車可靠。

1.4 軌道系統(tǒng)

軌道系統(tǒng)包括直軌、彎軌、道岔裝置、凹凸弧軌、起始軌。

（1）直軌。主要鋪設(shè)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(zhuǎn)彎巷道，轉(zhuǎn)彎角度為15度、10度、7.5度三種，由過(guò)度金屬板依靠螺栓相連構(gòu)成，轉(zhuǎn)彎與直段采取轉(zhuǎn)彎角度10度左右的過(guò)渡軌緊固結(jié)合。

（3）道岔裝置。主要用在貨物進(jìn)出車場(chǎng)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(guò)。

（5）起始軌。主要為牽引車運(yùn)行的頭部和尾部軌道，防止?fàn)恳囘^(guò)卷的軌道。

1.5 卡軌車制動(dòng)裝置

牽引車和制動(dòng)車中均有制動(dòng)結(jié)構(gòu)，具備即時(shí)監(jiān)測(cè)卡軌車運(yùn)行速率，運(yùn)行中所有部位發(fā)生斷繩、脫鉤、斷銷、崩脫等造成超速危險(xiǎn)情況時(shí)，兩制動(dòng)車都可同時(shí)主動(dòng)停止運(yùn)行，從而有效實(shí)現(xiàn)了各節(jié)乘人車、運(yùn)輸車的平穩(wěn)安全。

卡軌車制動(dòng)裝置的各個(gè)組成部分分別是測(cè)速部分、調(diào)節(jié)執(zhí)行部分、油缸制動(dòng)機(jī)構(gòu)部分、補(bǔ)液油泵部分。

測(cè)速機(jī)構(gòu)通過(guò)車輛上測(cè)速輪帶動(dòng)測(cè)速裝置，當(dāng)車輛超速時(shí)，轉(zhuǎn)速提高，測(cè)速裝置超過(guò)設(shè)定值，調(diào)整機(jī)構(gòu)通過(guò)液控單向閥控制制動(dòng)油缸動(dòng)作，使油缸中壓力油迅速回流，油缸依靠壓縮碟簧對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)，滿足車輛安全停止。

2 關(guān)鍵裝置結(jié)構(gòu)及技術(shù)

2.1 卡軌裝置的結(jié)構(gòu)

卡軌裝置機(jī)構(gòu)安置在車架底部，卡在軌道外側(cè)，使行走輪行走運(yùn)行時(shí)不會(huì)脫軌。在外觀方面力求結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀（如圖2所示），在安全性能方面穩(wěn)定可靠，兼顧生產(chǎn)成本等問(wèn)題，在滿足以上要求的同時(shí)，最大程度地簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，每部制動(dòng)車車輪之間安裝有4只卡軌器，卡軌板通過(guò)滑動(dòng)套、擋環(huán)安裝在卡軌軸上，滑動(dòng)套卡在軌道上肩，制動(dòng)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(cè)腹板方向，內(nèi)限外卡整體浮動(dòng)式卡軌，卡歸板材質(zhì)為調(diào)質(zhì)鋼，制動(dòng)車正常運(yùn)行時(shí)，卡軌裝置與軌道并無(wú)接觸，車列可以順利運(yùn)行，增大了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)軌道的適應(yīng)性，同時(shí)，增加了回轉(zhuǎn)軸承及推力軸承，增加潤(rùn)滑措施有效降低運(yùn)行阻力，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵點(diǎn)的局部卡護(hù)軌，保證車列在易掉道段運(yùn)行平穩(wěn)。

圖2 卡軌裝置示意圖

圖3 卡軌制動(dòng)車示意圖

2.2 卡軌車制動(dòng)技術(shù)

2.2.1 制動(dòng)模式的選擇

按照《MT/T590-1996煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車技術(shù)條件》和《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)范內(nèi)容，煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車制動(dòng)機(jī)構(gòu)裝置，應(yīng)能夠手動(dòng)操縱的同時(shí)，還能主動(dòng)自行動(dòng)作，每列卡軌車中應(yīng)配備2臺(tái)安全制動(dòng)機(jī)構(gòu)裝置，制動(dòng)力總和應(yīng)不小于額定牽引力的1.5～2倍，每臺(tái)制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上要裝有一個(gè)能夠主動(dòng)執(zhí)行的限速執(zhí)行機(jī)構(gòu)，此種限速執(zhí)行機(jī)構(gòu)既能自動(dòng)執(zhí)行施閘，又可手動(dòng)施閘。

卡軌車的緊急制動(dòng)涵蓋主動(dòng)自行制動(dòng)與手動(dòng)制動(dòng)兩種方式，卡軌制動(dòng)車取速轉(zhuǎn)向架上的取速機(jī)構(gòu)裝置感知車速，并依靠雙向液壓泵將其轉(zhuǎn)化為液壓油流量指令信息,液壓機(jī)構(gòu)收集監(jiān)測(cè)液壓油流量的波動(dòng)信息后，實(shí)現(xiàn)卡軌制動(dòng)車主動(dòng)自行制動(dòng)效果，當(dāng)遇到斷繩、脫鉤或車速大于規(guī)定值時(shí)，車上的緊急制動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)輸出制動(dòng)力，使卡軌車減速中斷運(yùn)行在軌道，達(dá)到消除危險(xiǎn)的目的，或當(dāng)遇到緊急情況時(shí)，跟車司機(jī)也可操作車體內(nèi)操作臺(tái)上的手動(dòng)制動(dòng)閥實(shí)現(xiàn)手動(dòng)制動(dòng)目的。當(dāng)卡軌制動(dòng)車制動(dòng)(即主動(dòng)執(zhí)行或手動(dòng))后，旋動(dòng)手動(dòng)制動(dòng)閥操作手柄由“正?！蔽恢门?dòng)至“制動(dòng)”，并結(jié)束時(shí)復(fù)位到“正?！蔽恢?對(duì)制動(dòng)后的液壓機(jī)構(gòu)執(zhí)行復(fù)位)，然后，使用手動(dòng)泵打壓桿對(duì)制動(dòng)缸執(zhí)行打壓起閘?？ㄜ壷苿?dòng)車液壓機(jī)構(gòu)壓力表位于車體內(nèi)操作臺(tái)上，卡軌制動(dòng)車正常運(yùn)行時(shí)額定壓力為12MPa，當(dāng)總體機(jī)構(gòu)運(yùn)行壓力低于額定壓力0.5Pa時(shí)，及時(shí)依靠手動(dòng)泵或氣動(dòng)泵對(duì)液壓機(jī)構(gòu)實(shí)施補(bǔ)壓。

2.2.2 制動(dòng)裝置閘塊的材料選型

卡軌車制動(dòng)裝置的制動(dòng)閘塊材質(zhì)選型，與MT113標(biāo)準(zhǔn)號(hào)的相關(guān)煤礦井下用聚合物原料成片阻燃抗靜電性通用實(shí)驗(yàn)類型和鑒定準(zhǔn)則的內(nèi)容相吻合，選用在制動(dòng)時(shí)不會(huì)引起爆炸和著火的閘塊材質(zhì)。

3 工業(yè)性試驗(yàn)分析

該型號(hào)牽引車的試驗(yàn)裝置試驗(yàn)依據(jù)《MT/T590-1996煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車技術(shù)條件》，主要開展了空載運(yùn)行（目測(cè)、秒表）、負(fù)載運(yùn)行試驗(yàn)（目測(cè)、秒表）、噪聲試驗(yàn)、液壓系統(tǒng)外滲漏、絞車牽引力試驗(yàn)、絞車牽引速度試驗(yàn)、離心限速器的限速、制動(dòng)裝置制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度、制動(dòng)裝置液壓系統(tǒng)試驗(yàn)、制動(dòng)裝置制動(dòng)力、載重車載重、牽引車試驗(yàn)、電氣系統(tǒng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 試驗(yàn)項(xiàng)目名稱及結(jié)果

通過(guò)試驗(yàn)結(jié)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(dá)25°，卡軌裝置有效防止脫軌翻車，可加設(shè)人車（帶制動(dòng)），乘人運(yùn)輸，由普通軌道可改造為卡軌車用軌道，成本低維護(hù)方便，本系統(tǒng)不需要重新鋪設(shè)專用軌道，在普通軌道的基礎(chǔ)上改造而成，適用于在巷道快速改造，現(xiàn)場(chǎng)安裝無(wú)須調(diào)整，連接方便、快速，運(yùn)行安全，運(yùn)行速度高，系統(tǒng)整體效率高。

本型號(hào)的牽引車適用于井下工作面順槽和采區(qū)大巷實(shí)現(xiàn)礦藏、設(shè)備設(shè)施、操作工人的運(yùn)輸，尤其是適用于大型綜采裝備的運(yùn)輸牽引和長(zhǎng)運(yùn)距及礦藏的運(yùn)輸，能大大提高運(yùn)輸量、加快運(yùn)輸速率、增加運(yùn)輸安全可靠性，也可用于金屬礦山和地面軌道運(yùn)輸，可適于轉(zhuǎn)彎角度不小于90、轉(zhuǎn)彎半徑不小于9m的轉(zhuǎn)彎，坡度不大于30°且平整度較差的軌道運(yùn)輸。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)文中新型煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車的研制，最終實(shí)現(xiàn)該煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車大幅減輕井下輔助運(yùn)輸勞動(dòng)強(qiáng)度，有效避免脫軌掉道等安全隱患，充分貫徹落實(shí)了煤礦行業(yè)積極響應(yīng)的人本管理理念，能夠加速推進(jìn)煤礦輔助運(yùn)輸技術(shù)的更新發(fā)展，在市場(chǎng)推廣和應(yīng)用價(jià)值方面有其獨(dú)特的優(yōu)越性。