齒軌式卡軌車道岔控制系統改造研究

許勤貴

(成莊礦 生產技術科，山西 晉城048021)

0 引言

2012 年初，晉煤集團成莊礦將井下四盤區使用的齒軌道更換改造為卡軌道，使用由德國沙爾夫生產的齒軌式卡軌車運輸物料，但在使用過程中發現卡軌道道岔滑移動力不足、鋼軌接頭處軌縫間隙小，導致道岔不能正常滑移，道岔一旦發生卡滯，便得使用人工撬動，在氣缸積水的情況下很難將軌道撬動到指定位置，嚴重影響齒軌卡軌車的運輸效率，為此需進一步進行研究，開發一種適用于齒軌卡軌車、滑動速度快的道岔控制系統，保證齒軌卡軌車能夠安全高效運行。

1 齒軌式卡軌車運輸系統簡介

齒軌式卡軌車運輸系統主要由齒軌式卡軌車、軌道和卡軌道道岔三部分組成。

1.1 齒軌式卡軌車

在軌道上運行的車輛，由轉向架輪組和平板車體構成。轉向架輪組是車輛的承重行走機構，它除了有兩對垂直承重行走輪外，還裝有兩對水平導向滑輪。行走輪在軌道的上端面行走，水平滑輪在槽口內滾動，由此把車輪固定在軌道上，使行走輪不掉道，這種滑輪也稱為卡軌輪。齒軌式卡軌車以柴油機為動力進行牽引。突出特點是:載重量大;爬坡能力強;允許在小半徑的彎道上行駛，可有效防止車輛掉道和翻車;軌道的特殊結構允許在列車中使用閘軌式安全制動車，可防止列車超速和跑車事故。

1.2 軌道系統

齒軌式卡軌車的軌道用異形軌和槽鋼制成，槽鋼與軌枕固定在一起形成梯子道，長1 m 或5 m，用快速裝置聯接，安裝在底板上，不鋪道渣就組成卡軌車的運行軌道。軌道系統由不同長度和彎度規格的直軌單元、彎軌單元和調節軌道單元組成。根據不同運輸區間的地質條件和載重工況配置不同長度的軌道單元，合理分配載荷，可實現垂直方向±4°范圍內的調節，充分適應井下巷道底板的起伏，有效避免溜車、側翻等安全隱患。

1.3 道岔系統

卡軌道道岔主要分為滑移式和Y 形道岔兩種。

滑移式道岔主要由固定部分和氣動缸或液壓缸推動的滑動部分組成，滑動道岔由于滑動部分變軌需要，寬度較大，一般需要道岔硐室寬度在5 m 以上。滑動道岔動力系統分為氣動和液壓動力兩種。

Y 型道岔相對于滑移式道岔，旋轉式道岔體積更小，寬度3 000 mm，可有效解決道岔硐室寬度不夠的問題，但動力控制系統較為復雜。

2 改造研究內容

晉煤集團成莊礦四盤區齒軌式卡軌車軌道系統共使用了14 副單開道岔和2 副渡線道岔，動力均使用氣壓驅動，變軌方式均采用滑動方式。

道岔系統由固定部分和滑動部分組成，固定部分與軌道相連并用錨桿固定在底板上，滑動部分由鈑金架和固定在鈑金架上的彎軌和直軌構成，驅動氣缸一端固定在固定部分上，一端與鈑金架連接，氣缸運動便會推動鈑金架及彎軌和直軌滑動到達指定位置，完成變軌。

但道岔在使用過程中發現道岔常常卡滯而無法到達指定位置，嚴重影響了齒軌式卡軌車的運輸效率。

2.1 道岔卡滯原因分析

齒軌式卡軌車道岔主要分為滑移式和旋轉式兩種，晉煤集團成莊礦使用的道岔為滑移式道岔，具體規格分為單開道岔和渡線道岔兩種，兩種道岔均由固定部分與滑動部分組成，固定部分直接固定在底板上，滑動部分由固定在鈑金架上的彎軌和直軌構成，由氣缸推動鈑金架滑動完成變軌。根據道岔的結構和工作原理，分析造成道岔卡滯的主要原因有以下兩點:

1)鋼軌接頭處間隙過小。道岔固定部分與滑動部分鋼軌接頭處設計縫隙1 mm，在安裝、使用過程中因現場條件及鋼軌頭變形等原因，導致縫隙小甚至無縫隙，造成變軌時鋼軌互相干涉摩擦，滑動部分無法正常滑動。

2)氣壓驅動作為驅動方式有諸多不合理之處。氣體本身具有可壓縮性，氣缸內氣體在推動活塞做功過程中會被壓縮，同時氣缸內氣體溫度會升高，而當變軌完成需要復位時要將氣缸內的壓縮氣體釋放出去，這個過程中壓縮氣體體積膨脹，溫度迅速降低，而井下風管內氣體潮濕，充到氣缸內的氣體內包含大量水蒸氣，在溫度迅速降低的過程中便會在氣缸內壁上凝結成小水珠。道岔使用一段時間后，氣缸內的積水便會使氣缸無法運行到達指定位置，影響道岔系統的正常使用。

氣壓作為驅動力動力值偏小，移動道岔安裝不合理或生銹會使摩擦力增大，造成道岔卡滯。

氣缸在推動滑動部分移動過程中會有氣體壓縮過程，因此道岔變軌速率不均勻，是一個由慢及快的過程，氣體壓縮會浪費部分時間，造成道岔變軌緩慢。

2.2 解決道岔卡滯問題的措施和方法

2.2.1 加大鋼軌接頭處縫隙

對道岔本身進行小的改動，用角磨機處理固定部分接頭處鋼軌和連接法蘭，將縫隙大小擴大到5 mm。這種改動不會影響道岔整體尺寸，由于接頭處連接法蘭有兩件，打薄接頭處的法蘭板也不會影響到道岔本身的強度。

2.2.2 將氣動控制改造為液壓控制

和氣壓驅動工作原理相同，液壓驅動也是依靠流體介質傳遞壓力推動活塞做功的裝置，但液壓驅動相對于氣壓驅動有著明顯的優勢。

1)液壓驅動使用液壓油或乳化液作為傳遞介質，傳遞介質作為液體，本身具有不可壓縮性，傳動平穩，在流量一定的情況下傳動速率恒定。在停止流入液壓油時，活塞位置不會再發生任何變化。而氣壓驅動在停止充入氣體后，氣體本身會膨脹，對限位部件形成壓力，如果氣缸內氣壓過大，便會破壞機械裝置。

2)液壓驅動使用液體介質，可傳遞的壓強比氣壓傳動大10 倍左右。

3)對多點驅動的裝置，可使用液壓泵站統一控制，操作簡單方便。

2.2.3 道岔控制系統的設計

1)道岔控制系統的設計原則。盡可能在不改變道岔結構的情況下，加大驅動力。

2)道岔控制系統的設計方案。用同等行程同等直徑的油缸代替原有氣缸，設計獨立的液壓泵站。液壓泵站設計齒輪泵和手動兩套加壓系統。在斷電情況下仍然可以工作，提高了齒軌式卡軌車運輸效率。

3 改造效果

經過一年多的運行，改造后的道岔控制系統避免了軌道卡滯現象時人工變軌，且該控制系統配備有自動和手動兩套液壓控制裝置，停電時也可實現用手動液壓裝置控制道岔進行滑移，大大節約了勞動力，改善了員工勞動環境，降低了勞動強度，確保了齒軌式卡軌車運輸安全。

原有道岔移動動力不足，軌縫間隙過小，極易發生卡滯，一旦道岔卡滯，運輸車輛就必須停下等待人工撬動道岔，而人工撬動道岔需要4 人以上工作20 min 才能完成變軌，原有道岔發生卡滯的概率為20%，則卡軌車每次通過16 副道岔至少需等待1 h，兩輛卡軌車來回通過需消耗4 h，這樣每一班兩輛卡軌車運輸次數就只有2 次。對道岔控制系統進行改造后，基本杜絕了卡滯現象，每一班兩輛卡軌車可運行4 次，使卡軌車運輸效率增大了1 倍。

4 結語

齒軌式卡軌車道岔一般采用整體滑移式或整體旋轉式改變車輛運行方向，其控制系統多采用氣動方式作為動力。隨著齒軌式卡軌車的推廣應用，軌道系統問題，特別是道岔系統的氣動控制不穩定性較為突出。目前，國內使用卡軌車的煤礦企業也都在尋求對軌道系統的改進。

晉煤集團成莊礦通過改造研究對造成卡軌道道岔卡滯的原因進行了綜合分析，找到了造成該現象的主要原因，并對解決方案進行了歸納比較，找到了最優方案。根據方案對道岔控制系統進了設計改造，并對設備進行了試驗，井下安裝運行一年多來該道岔控制系統運行正常，滑移動力大，時間短，性能穩定，操作簡單，實現了卡軌道道岔正常滑移，解決了卡軌道道岔滑移不動的問題，大大提高了運輸效率，可在齒軌式卡軌車運輸系統進行廣泛推廣應用。