礦用輕型單軌吊的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘 要：在煤礦綜采工作面生產(chǎn)中，電站尾至前部運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾段的電纜需要隨工作面的推進(jìn)向前拉移。目前大多采取電纜單軌吊拖掛拉移的方式，但單軌吊結(jié)構(gòu)較重，安裝極為不便，且拉移需要驅(qū)動(dòng)力大，通過(guò)對(duì)輕型單軌吊的使用，降低了安裝勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了電纜拖掛拉移的困難，保證了安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)诬壍?；電纜；輕型

中圖分類(lèi)號(hào)：TD527；TH211 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）21-0002-03

隨著全國(guó)煤炭行業(yè)煤炭?jī)r(jià)格持續(xù)下跌，煤炭企業(yè)收益減少，經(jīng)營(yíng)愈加困難，煤礦安全生產(chǎn)及成本節(jié)約顯得尤為重要，本文從安全和節(jié)約方面考慮，對(duì)礦用輕型單軌吊設(shè)計(jì)及應(yīng)用做了簡(jiǎn)要分析。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)組成

該設(shè)計(jì)主要由四部分組成：橫梁總成、滑輪總成、彎板總成、線纜夾總成，以下進(jìn)行說(shuō)明。

1.1.1 橫梁總成

材料采用HQ750，由1.5 m、2.5 m板各兩件，經(jīng)過(guò)折彎、焊接而成，其中一件留有Φ16 mm的塞焊孔，加強(qiáng)橫梁強(qiáng)度。橫梁與橫梁連接處上下配有連接板和連接銷(xiāo)。

1.1.2 滑輪總成

材料采用45#鋼，滑輪面與橫梁折彎面相切，保證滑輪在橫梁上靈活滑動(dòng)。

1.1.3 彎板總成

材料HQ750，主要是起到過(guò)渡作用，連接橫梁與線纜夾，主要有彎板、側(cè)板、墊板及線纜夾穿連接耳子，通過(guò)折彎與螺栓固定兩種方式連接。

1.1.4 線纜夾總成

材料HQ750，起到拖動(dòng)電纜行走作用，由底板、夾板、隔板、頂板、螺桿組成，通過(guò)折彎與焊接兩道工序。隔板設(shè)計(jì)為弧形過(guò)渡，能有效防止接觸面刮傷電纜表皮。

1.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

1.2.1 參考安全規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)《煤礦安全規(guī)程2010版》：

①第376條。單軌吊車(chē)、卡軌車(chē)、齒軌車(chē)和膠套輪車(chē)的運(yùn)行坡度、運(yùn)行速度和載荷重量不得超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定的數(shù)值，膠套輪材料和鋼軌的摩擦系數(shù)不得小于0.4。設(shè)備最突出部分與巷道之間以及對(duì)開(kāi)列車(chē)最突出部分之間的間隙，必須符合本規(guī)程第22條和第23條的規(guī)定。

②第414條。立井和斜井使用的連接裝置的性能指標(biāo)和投用前的試驗(yàn)，必須符合下列要求。

各種環(huán)鏈及吊桶提梁等的安全系數(shù)，必須以曲梁理論計(jì)算的應(yīng)力為準(zhǔn)，并同時(shí)符合以下2項(xiàng)要求：按材料屈服強(qiáng)度計(jì)算的安全系數(shù)，不小于2.5；以模擬使用狀態(tài)拉斷力計(jì)算的安全系數(shù)，不小于13。

1.2.2 應(yīng)力計(jì)算

①單軌吊橫梁

強(qiáng)度計(jì)算：

σ=M/ψWnx=171 N/mm2<295 N/mm2，

強(qiáng)度計(jì)算滿(mǎn)足（HQ750鋼材強(qiáng)度下限737 N/mm2除以2.5安全系數(shù)為295 N/mm2）。

穩(wěn)定計(jì)算：按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算》（第二版）表A-2查得：

φb=2.95>0.6代入φb'=1.07-0.282/φb=0.97 Mx/（φb'ψWx）=176 N/mm2<295 N/mm2

穩(wěn)定計(jì)算滿(mǎn)足。

撓度計(jì)算：

彎矩標(biāo)準(zhǔn)值：

Mx=0.25×L×（Qt1+Qt2）×10+0.125×Qt3×0.01×L2=249.38+1.63=251.01 kN.m；Vx=MxL2/（10 EIx）=2.3 mm<[3 500/400]=8.8

撓度計(jì)算滿(mǎn)足。

②單軌梁下翼緣折算應(yīng)力計(jì)算

下翼緣局部應(yīng)力計(jì)算，見(jiàn)表1。

計(jì)算ξ值：

a=（b-tw）/2=76.75 mm；

e=0.164Re=27.39 mm；

i=a+c-e=53.36 mm；

ξ=i/a=0.695 mm；

一個(gè)車(chē)輪的最大輪壓Pmax=k/（n×P）=122.85 kN

由位置1處的局部應(yīng)力：

σ1x=-k1×（Pmax/t2）=-120 N/mm2

σ1y=k2×（Pmax/t2）=17 N/mm2

由位置3處的局部應(yīng)力：

σ3x=k3×（Pmax/t2）=58 N/mm2

σ3y=k4×（Pmax/t2）=181 N/mm2

由位置5處的局部應(yīng)力：

σ5y=k4×（Pmax/t2）=161 N/mm2

下翼緣折算應(yīng)力計(jì)算：

下翼緣折算應(yīng)力計(jì)算，如圖1所示。

一組最大輪壓設(shè)計(jì)值：P1=2 Pmax=245.7 kN

另一組最小輪壓設(shè)計(jì)值：P2=P-P2=163.80 kN

X=P2×L0/（P1+P2）204 mm

L1=L/2-2X=1.342 m

L2=L-L0-L1=1.648 m

L3=L-L2=1.852m

RA=（P2×L1+P1×L3）/6+q×3

=（163.8×1.342+245.7×1.852）/6+1.27×3116.29 kN

Mc=RA×L2-q×L32/2=191.65-2.18=189.47 kN.m

σ0y=Mc/（γx×ψ×Wn）=90 N/mm2

1點(diǎn)折算應(yīng)力計(jì)算：

鋼材強(qiáng)度值增大系數(shù)β1因

σ1x-120<0；σ1y+σ0y=107>0；所以β1=1.2

σ1=SQRT（σ1x2+（σ1y+σ0y）2-σ1x（σ1y+σ0y））

=197 N/mm2<β1 295=354 N/mm2

1點(diǎn)折算應(yīng)力計(jì)算滿(mǎn)足。

3點(diǎn)折算應(yīng)力計(jì)算：

鋼材強(qiáng)度值增大系數(shù)β1因

σ3x =58>0；σ3y+σ0y=271>0；所以β1=1.1

σ3=SQRT（σ3 x2+（σ3y+σ0y）2-σ3x（σ3y+σ0y））

=247 N/mm2<β1×295=324.5 N/mm2

3點(diǎn)折算應(yīng)力計(jì)算滿(mǎn)足。

5點(diǎn)折算應(yīng)力計(jì)算：

鋼材強(qiáng)度值增大系數(shù)β1因

σ5x=0；σ5y+σ0y=251>0；所以β1=1.1

σ5=σ5y+σ0y=251 N/mm2<β1×295=324.5 N/mm2；

5點(diǎn)折算應(yīng)力計(jì)算滿(mǎn)足。

2 應(yīng)用部分

2.1 單軌吊安裝及使用情況

2.1.1 安裝巷道斷面要求

①會(huì)出現(xiàn)左右和上下擺動(dòng)，左右單側(cè)擺動(dòng)幅度一般取150 mm，單軌吊上下擺動(dòng)幅度一般取200 mm，確定巷道尺寸不小于W4 600 mm（寬）×H3 100 mm（高）。

②單軌吊軌道底面距地距離一般要求為2 400 mm，最小距離不應(yīng)小于2 350 mm。

2.1.2 驗(yàn)收要求

①要求吊掛單軌的各吊掛點(diǎn)間距偏差不得大于15 mm，10組吊掛點(diǎn)間距的累計(jì)偏差不得大于30 mm。

②吊鏈不出現(xiàn)松鏈現(xiàn)象，根據(jù)巷道高低不同，懸掛長(zhǎng)度不同的吊鏈，保證每點(diǎn)吊鏈?zhǔn)芰鶆颉?/p>

③采用錨桿懸吊時(shí)，每個(gè)單軌吊掛點(diǎn)需用雙錨桿吊掛，對(duì)錨桿受力進(jìn)行分組抽查測(cè)試，單根錨桿錨固力不得小于90 kN。錨桿的托板必須緊貼巷壁，應(yīng)用機(jī)械或力矩扳手?jǐn)Q緊，錨桿露出長(zhǎng)度不得小于100 mm，懸吊單軌的兩條圓環(huán)鏈夾角應(yīng)在30 ？觷～60 ？觷之間。

2.1.3 操作使用及要求

①單軌吊橫梁與懸吊桿連接、橫梁與橫梁之間的銷(xiāo)軸連接、移動(dòng)小車(chē)與掛架之間的軸連接、小車(chē)與小車(chē)之間的鏈連接部位安裝好后，檢查各部件之間的連接銷(xiāo)是否安全可靠。

②電纜吊按照大小尺寸順序，在掛架上規(guī)定位置整齊捆綁牢靠安全，各小車(chē)之間電纜的吊掛尺寸及弧度保持一致。

③其他液壓管路安裝正確，各個(gè)接頭必須牢靠無(wú)泄漏。

④各液壓操縱手把確定放在中間位置，并確保手把操縱靈活可靠。

⑤觀察壓力表，檢查減壓閥的設(shè)定，不得大于20 MPa。

2.2 設(shè)備使用優(yōu)點(diǎn)

①利用工作面乳化液泵站作動(dòng)力源，不需要另配備液壓系統(tǒng)，通過(guò)控制手把，實(shí)現(xiàn)電纜及各種管路沿巷道吊掛和移動(dòng)，操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。

②電纜只需一次鋪設(shè)，電纜的前后移動(dòng)只需動(dòng)作一個(gè)閥柄即可完成，操作靈活方便，極大的減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

③保護(hù)了電纜，提高了電纜的使用壽命，經(jīng)濟(jì)效益顯著。并且消除了因拉移拖地電纜造成的電纜接地事故，間接地經(jīng)濟(jì)效益更加顯著。

④該設(shè)備不僅可以吊掛電纜，還可以吊掛乳化液高壓膠管和水管，液管與電纜分層吊掛，使巷道內(nèi)管路布置整齊、美觀，還避免了高壓膠管的震動(dòng)對(duì)電纜干涉影響。

⑤消除了以往使用絞車(chē)?yán)频钠渌踩[患。

⑥掛纜小車(chē)的容量標(biāo)準(zhǔn)為：前后部運(yùn)輸機(jī)（高低速）8根+采煤機(jī)2根+轉(zhuǎn)載機(jī)2根+破碎機(jī)1根+監(jiān)控線2根+低壓電纜2根，因此線纜掛架的容量總數(shù)不低于17根。完全滿(mǎn)足綜采工作面的需要。管路掛架容量設(shè)計(jì)依據(jù)為三泵兩箱的工作面設(shè)備配置標(biāo)準(zhǔn)，管路掛架不低于4根液壓管路的容量設(shè)計(jì)。

⑦安裝方便，各部件均可獨(dú)立拆裝，運(yùn)輸方便；任意位置自鎖的導(dǎo)軌在安裝、提升、調(diào)整更加快捷、安全。

2.3 與原有單軌吊的對(duì)比

①原有的單軌吊在拖動(dòng)電纜時(shí)，至少需要3～4個(gè)人協(xié)調(diào)工作才能完成任務(wù)，并且勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，在遇到較大斜度的工作面或開(kāi)絞車(chē)的人與推纜的人配合不好時(shí)，還存在一定的危險(xiǎn)性輕型單軌吊則只需要一個(gè)人操縱閥柄即可，開(kāi)絞車(chē)和推線纜可由一個(gè)人在不同的時(shí)段進(jìn)行，不存在配合失誤問(wèn)題。以往由3～4人才能完成的任務(wù)，現(xiàn)在只需一個(gè)人就可輕松完成，既提高了工作效率和操作安全性，又節(jié)約了人員的開(kāi)支。

②原有單軌吊需要通過(guò)絞車(chē)進(jìn)行牽引，并且牽引過(guò)程中鋼絲繩對(duì)電纜和液管會(huì)造成磨損破壞，從而降低了電纜和液管的使用壽命。使用液壓電纜拖運(yùn)單軌吊，電纜及液管只需一次鋪設(shè)，無(wú)任何磨損破壞并且操作靈活方便，使巷道內(nèi)管路布置整齊、美觀。同時(shí)也降低了電纜及液管不必要的成本浪費(fèi)，延長(zhǎng)電纜和液管的使用壽命。

③原有電纜、膠管使用扎扣固定，固定不可靠，造成電纜在拉移時(shí)受力。輕型單軌吊改造成機(jī)械卡口，防止電纜、膠管在拉移過(guò)程中掉落、受力。

④原有單軌吊巷道使用十字梁配合單體進(jìn)行支護(hù)，造成拉移空間較小。改進(jìn)后將整體框架寬度減少200 mm左右，寬度在500 mm以?xún)?nèi)。

一般單軌吊和輕型單軌吊的區(qū)別，見(jiàn)表2。

2.4 經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益分析

①單軌吊在投入生產(chǎn)后，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，降低了成本，按每班節(jié)省2個(gè)維護(hù)工時(shí)計(jì)算，全天可節(jié)省8個(gè)工時(shí)，全年節(jié)省四六制工時(shí)2 920個(gè)，年創(chuàng)直接節(jié)支效益在20萬(wàn)元以上。

②使用輕型單軌吊后，如上表所示節(jié)省了一半鋼材，按照每套400 m（100根橫梁、50件電纜架、50件小車(chē)架）計(jì)算，約節(jié)省資金2萬(wàn)元；全年礦井消耗10套以上節(jié)省資金約20萬(wàn)元以上。

③保護(hù)了電纜，減少了電纜的投入成本。經(jīng)過(guò)井下2個(gè)月的工業(yè)性試用證明，該設(shè)備安全、可靠，改造、推廣成本低，省時(shí)省力，具有較高的安全系數(shù)，在我國(guó)現(xiàn)階段的綜采（放）工作面，極具推廣價(jià)值。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)以上分析，使用輕型單軌梁可在完全滿(mǎn)足使用安全條件的前提下，節(jié)約了大量的成本投入，同時(shí)降低員工安裝勞動(dòng)強(qiáng)度，促進(jìn)了煤炭企業(yè)的安全持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 包頭鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

[3] 李林.DGY-60型電纜拖掛單軌吊在兗州礦區(qū)的使用[J].煤礦現(xiàn)代化，2010，（4）.