孟家窯副斜井異形軌卡軌車選型

史安忠 劉彥波

摘要：根據孟家窯副斜井運輸能力的要求選擇了石家莊煤礦機械有限責任公司生產的KSD140J異形軌卡軌車，根據運輸要求對該卡軌車進行了選型計算。介紹了該卡軌車的組成及在礦實際運行情況。為其他煤礦選擇異形軌卡軌車提供了參考依據。

關鍵詞：孟家窯副斜井異型軌 卡軌車 石煤機公司

1.孟家窯副斜井運輸能力基本要求

孟家窯副斜井總運距約為1500m,最大坡度為15°，斜坡長度1258米，井口平段100米，井下平段142米，要求最大單件凈重不超過28噸，最大班運輸量不超過73車。

2.設備選型

鑒于巷道坡度較大、斜巷距離長，且沿途需要道岔轉載的實際情況，通過對國內煤礦輔助運輸設備的調研，我們認為石家莊煤礦機械有限責任公司生產的KSD140J繩牽引異形軌卡軌車能夠滿足生產運輸需求。該套設備配套軌道選用本質安全型SMJ160異形軌，軌道型式為梯子軌，鋪設簡單。配套車輛能夠在運輸車輛超速情況下自動制動在軌道上，且具備不翻車、不掉道等安全運行的特點。

KSD140J卡軌車的技術參數

最大牽引力140 kN

牽引速度 0～2.8 m/s

工作制動閘制動力≥210 kN

安全制動閘制動力≥210 kN

爬坡能力≤ 25 °

運輸距離 1500 m

軌道型式 (外卡) SM160 異形軌

軌距900 mm

垂直拐彎半徑≥15000 mm

水平轉彎半徑≥ 6000 mm

牽引鋼絲繩直徑 28 mm

主繩輪直徑 1900 mm

付繩輪直徑 1640 mm

牽引制動車制動力≥165 kN

安全制動車制動力≥165 kN

主電機參數：(防爆ExdⅠ)

功率355 kW

電壓 380/660 V

頻控制器參數：(防爆ExdⅠ)

功率 ≥455 kW

電壓 660 V

塔式緊繩器（緊繩量） ≤ 8 m

3.選型計算

3.1卡軌車鋼絲繩運行阻力計算：

鋼絲繩選用英國布頓鋼繩集團Dyform 6Rx19S-1770

設鋼絲繩運行阻力為：f

鋼絲繩直徑d=φ28mm時，每米鋼絲繩重量q=3.15kg/m

g:重力加速度，取g=9.8m/s2

因為，在每一坡道上同時存在兩根運行方向相反的鋼絲繩，兩側鋼絲繩重力下滑力相互抵消，所以卡軌車沿途僅有運行阻力的影響。

設：卡軌車的牽引鋼絲繩完全被托滾托起來，鋼絲繩運行阻力系數一般取ω1=0.15；

根據：f1=2×L×q×g×ω1×cosβ÷1000(kN)

=2×1258×3.15×9.8×0.15×cos15°÷1000=11.15(kN)

f2=2×L×q×g×ω1×cosβ÷1000(kN)

=2×100×3.15×9.8×0.15×cos0°÷1000=0.92(kN)

f3=2×L×q×g×ω1×cosβ÷1000(kN)

=2×142×3.15×9.8×0.15×cos0°÷1000=1.3(kN)

因此f=11.15+0.92+1.3=13.37kN

結論：鋼絲繩運行阻力約為13.37kN

3.2系統最大載重量計算：

車輛的重量為：牽引制動車3.5t、專用載重車3t、制動車1.9t，卡軌車運行最大坡度為β=15°

系統牽引力為140kN，系統最大載重量為W（t），

由公式：F=W×g×（sinβ+ω2×cosβ）+f

W =( F –f)/ [g×（sinβ+ω2×cosβ）]

=（140-13.37）/[9.8×（sin15°+0.03×cos15°）=44.9t

其中，ω2為卡軌車承載車運行阻力系數，取ω2=0.03，g取9.8m/s2

凈載荷為：44.99-3.5-3-1.9=36.59t

3.3鋼絲繩安全系數校驗

運物時鋼絲繩安全系數校驗

要求最大牽引凈載重量為：28t，絞車總牽引力為：28+3.5+3+1.9=35.9t。

由F牽=W×g×（sinβ+ω2×cosβ）+f計算得出F牽=114.6kN

英國布頓鋼繩集團Dyform 6Rx19S-1770最大破斷力為1.214×508 kN，系統最大牽引力為F牽=114.6kN，進繩側為最大受力點設為：Fa；出繩側受力設為Fb；μ取0.2。

由歐拉公式和絞車結構可知Fa=Fb×eμ4π=F牽+ Fb

則：Fb= F牽÷（eμ4π-1）= F牽÷11.365=10.08 kN

Fa= F牽+ Fb=114.6+10.08=124.68 kN

進口鋼絲繩安全系數為：1.214×508÷124.68=4.95＞3.5

結論：所選鋼絲繩滿足該工況安全系數。

3.4提升能力計算

要求最大班作業運送車輛數量為：73輛車，設每輛車滿載均重為3噸，運輸總距離為1500米，卡軌車運行速度按2.2m/s計算

1500÷2.2=682s，往返一趟總共1364s，即23分鐘，摘掛鉤時間按5分鐘計，則：運送一趟共計需要28分鐘，每班作業時間為6小時，則每班最多運送12趟。

每趟最大運送重量為28+3=31t，則每趟最多運送31÷3=10.3即10輛車。則6小時最大運送量為10×12=120輛＞73輛，滿足最大班提升能力要求。

4.卡軌車的組成

4.1牽引絞車

減速器選用SEW減速器；制動器選用焦作制動器廠生產的YWZ9系列的制動器，制動力矩可調至牽引力3倍要求；聯軸器選用梅花形彈性聯軸器和美國樂兆蛇形簧聯軸器(冷裝型)蛇形簧聯軸器；電動機為變頻電機；驅動輪襯使用德國進口材料K25制作；在驅動輪輪緣上配備了兩對末級制動裝置；緊急制動閘為失效安全型。

4.2塔式緊繩器

在卡軌車運行到變坡段時，隨著絞車緊繩邊與松繩邊的轉換，緊繩器也自動轉換。因而無論是在上坡運行還是下坡運行都可以張緊松邊鋼絲繩。

4.3 液壓泵站

安全制動閘泵站是為牽引絞車的安全制動閘提供松閘動力。

4.4 電控系統

包括變頻調速柜、操縱臺、檢測裝置、跟車司機遙控信號發射機等，電控系統應符合煤礦井下的防爆和使用要求，喇叭嘴配擋圈和擋板。

(1)變頻器采用隔爆兼本安四象限變頻器：

輸出頻率：0.5～50Hz連續可調，為恒轉矩；50～65Hz為恒功率調節；

自動換向變頻技術，四象限運行，當電動機減速制動時，從逆變器返回的再生功率使變頻器控制裝置內直流母線電壓升高，變頻控制裝置內控制芯片發出指令，使輸入電流相位與電源電壓相位相反將電動機再生能量反饋到電網，實現電動機的能量再生制動；

控制方式采用無速度傳感器矢量控制方式，將直流控制中的雙閉環（速度環、電流環）調節控制通過一系列矢量變換后用于交流三相電機的控制，使交流三相異步電機的調速性能可以和直流電機一樣好，其調速精度高，性能好。

變頻器機芯采用ABB產品，冷卻方式為風冷。變頻器腔體內部設127V電加熱裝置，防止由于停機時間過長而造成電氣元件受潮。

(2)電控系統設置有操作臺并有卡軌車運行時的電流、電壓、速度、運行里程、累計運行里程、電氣故障顯示等參數的顯示，方便操作人員監控。

(3)電控系統有過卷保護，超速、欠速保護，跟車司機遙控停車后不發出開車信號絞車裝置就不能起動，設置鋼絲繩打滑保護，變頻器應有過壓、過流、欠壓、過熱保護。

(4)配備泄露通訊裝置，便于跟車司機在卡軌車運行途中可發出減速、停車、開車等信號并可遙控停車，但不能遙控開車，同時具備與絞車司機對話功能。配備手持發射機、泄露通訊電纜及通訊電話。

(5)在卡軌車軌道系統的始端和終端應各設置越位保護裝置，確保卡軌車運行車輛不出軌。

(6)卡軌車運行速度操作系統應滿足既可手動控制又可自動控制卡軌車運行速度的要求。

(7)卡軌車進出各轉載點和特殊區段能實現自動限速運行控制，在卡軌車的起點、終點以及兩處中間站應設置里程(行程)自動校正裝置，確保顯示卡軌車實際運行位置地準確。校正傳感器采用防爆磁性接近開關（磁鋼+接近開關）。

(8)電控系統設有以太網接口，方便調度室觀察卡軌車的運行狀態。同時，要留下與信集閉系統、沿線急停裝置的接口。

（9）操作臺上設有數字轉速表、數字電流表、數字電壓表，用以顯示卡軌車轉速，電機電流和電源電壓。

（10）PLC輸入輸出各留有10%備用點。

（11）操作臺上留有一定數量的備用按鈕和指示燈。

（12）所有柜內電氣元件和電纜必須做出不易擦除的標記，并與原理圖相符。

（13）各按鈕、指示燈、儀表、柜體的銘牌必須清楚且不易擦除。

（14）急停按鈕、停止按鈕和指示燈用紅色，啟動按鈕和指示燈用綠色、復位按鈕用黃色，其它操作按鈕用黑色。

（15）變頻器要求選用ABB四象限變頻器，重載455KW運行。

（16）卡軌車可實現分段連續調速。

（17）操作臺上設有自動/手動/點動檔轉換開關，可實現自動、手動、點動選擇，自動檔時能自動運行，到指定轉載位置時自動減速停車；手動檔時自動運行，到指定轉載位置時手動減速停車；點動檔時點動運行，松開停止。

（18）操作臺上設有觸摸顯示屏，可動態模擬顯示卡軌車位置；顯示當前卡軌車運行參數；顯示卡軌車故障和故障性質以及故障的可能原因分析。

（19）緊急制動閘只在緊急制動時抱閘，正常狀態下緊急制動閘松開；工作制動閘在電機運行時松開，電機停止時抱閘。沿線設有卡軌車距離校正點，用以校正卡軌車實際距離。

（20）泄漏通信系統與卡軌車系統相關聯，可緊急停止卡軌車系統運行。

（21）電氣系統應有減速機溫度保護、鋼絲繩漲力檢測保護。

（22）在高速軸與低速軸均設有編碼器，當卡軌車速度超過每檔最大允許速度10%或卡軌車速度超過最大允許速度15%時，實現安全制動；并實現高速軸編碼器與低速軸編碼器相互監測。

4.5 絞車房控制鋼絲繩走向輪組

根據實際情況布置輪組，用于規范牽引絞車和液壓緊繩器之間的鋼絲繩走向。

4.6 軌道系統

軌道系統包括：導向滑輪和聯結板、阻車器、開始軌、4米直軌、1米直軌、輔線彎軌、道岔、過渡軌、終端軌、回繩站、托繩輪和壓繩輪等。

軌道：規格為SM160型異形軌。

導向滑輪和聯結板：鋼絲繩正確導入軌道時使用的鋼絲繩導向裝置，導向滑輪和聯結板配套使用，一般2組為1套。

阻車器：用于軌道系統的端頭，防止卡軌車運行車輛出軌。一般在軌道系統兩端各布置一組。

開始軌：布置在軌道系統的起始位置，開始軌上設置有導向滑輪和聯結板以及阻車器的安裝位置。

4米直軌：4米直軌是軌道系統中使用最多的軌道，一般情況為4米長，普通直軌上設置有托繩輪和壓繩輪的安裝位置。

輔線彎軌：將異形軌輔線轉角至與普軌軌道平行。

道岔：為卡軌車列車編組方便設置，通常卡軌車道岔只能向一側開。

過渡軌：一種用于與井下現有普通軌的過渡連接。另外一種用于異形軌系統的道岔與軌道間的連接。

終端軌：用于軌道末端安裝阻車器和導繩輪。

回繩站：回繩站長度越長則吸收卡軌車系統鋼絲繩永久變形的能力越大。回繩站設置為12米長，可吸收16米長鋼絲繩永久變形量。

4.7 制動牽引車

牽引制動車設置跟車司機室；設儲繩筒，存儲連接車輛的保險繩，儲繩量70m；設置工具箱，存放工具。牽引制動車設置制動裝置，制動力不小于165kN；牽引制動車設置手動釋放及超速自動釋放兩種制動方式。牽引制動車的牽引高度滿足礦車及支架專用平板車的牽引要求。

4.8 鋼絲繩

鋼絲繩選用英國布頓鋼繩集團生產的6R×19S-1770+FC -28 -1770，鋼絲繩長度為3200米。安全系數滿足有關標準要求。

5.實際運行情況

自2013年7月安裝調試完成運行至今，該套卡軌車系統在相對惡劣的巷道條件下安全可靠的完成了礦井改造初期所需液壓支架及材料運輸。安全性能及運輸效率得到了較好的體現。

6.結束語

該套異形軌卡軌車是石煤機公司專門為孟家窯副斜井定制的最大規格型號的設備，前期運行情況說明其滿足了孟家窯副斜井生產實際需要，運行穩定可靠，證明了初期選型計算的正確，為其它煤礦異形軌卡軌車選型提供了計算依據。