礦用低污染高效率電控柴油單軌吊研究

趙保軍

（山西潞安礦業（集團）有限責任公司，山西長治 046000）

目前，國內煤礦工作正不斷從機械化逐步地轉向自動化，甚至是智能化方面，然而在運輸方面，其所用設備仍是礦井工作最為薄弱的環節之一。就時下而言，國內僅有少數礦井的運輸設備使用的是無軌膠輪車和單軌吊，多數的礦井均使用無極繩絞車和小絞車，因此，在運輸過程中常存在著跑車、斷繩以及掉道等狀況。對于新型運輸設備而言，雖然其有著高效率且能不斷運輸，但因柴油單軌吊多為進口設備，故而其配件或是自身價格較高，無形中增加了投入成本，因此無法滿足多數工程所需。而原有的國產無軌膠輪車有著低智能化、高耗油量、重尾氣污染以及低排放標準等問題，使其推廣應用受到了極大的限制。因此，對電控柴油單軌吊的研究勢在必行[1]。

1 原因分析

隨著人類環境保護意識的不斷提升，地面車輛柴油機的技術標準已然提升到了國Ⅳ，甚至是國Ⅴ的層次。盡管如此，在煤礦井下和非道路的工程機械柴油機的排放依舊較低，因此，急需對其進行技術研發，以此來有效提升防爆柴油機的技術標準[2]。

對于柴油發動機而言，當其用于車輛時，其轉速較高，且自身所用技術包含了后處理技術、電控共軌、電控單體泵、空空中冷以及渦輪增壓；而當其用于非道路工程時，其轉度較低，時下正逐步將其發展為電控技術。當柴油機用于煤礦井下工作時，因礦井環境以及防爆等問題，使其技術難度得到極大提升，故而常會出現嚴重事故。就時下而言，國內煤礦企業均采用普通機械柴油泵，并在此基礎上對其進排氣系統進行改造，故而在排放標準、耗油以及技術等方面均無法滿足時下現狀[3]。

2 技術改進

通過國外技術經驗發現，利用柴油機單軌吊能夠有效解決各類礦井運輸問題，該設備是時下發展前景最為可觀的技術之一。對于柴油機單軌吊而言，其屬于高新的機電液一體化產品，其構成部分主要包含了整車操作控制、柴油機監督保護、散熱冷卻系統、起動系統、夾緊系統、制動系統、靜液壓閉式傳動系統以及防爆柴油發動機動力系統。而其結構部件主要分為拉桿、輔機、主機、驅動部以及司機室[4]。

（1）司機室所用線條類型為流線型，不僅有著敞亮、簡潔的空間，還有著安全、可靠的鋼管骨架。基于人體工程學，將該部分設計為有著扶手的手柄，使其操作更為簡便。通過彩色液晶屏儀表盤，實現對機車運行參數的顯示。其內部設有緊急剎車按鈕，能夠有效保障使用安全。

（2）驅動部所用驅動形式為齒輪與摩擦輪的混合形式，混驅模式用于實現負載所需驅動，而摩擦輪直驅模式用于提升小負載的運行速度。兩模式的切換只需通過司機室的特定按鈕即可實現。

（3）動力核心部分為主機部分，因此單軌吊選擇電噴防爆柴油機為其提供動力，該油機為自主研發，利用ECU予以保護和控制，其噴油會按照進氣量予以調整，從而為高排放低油耗提供了一定保障，在顯示儀表中能夠實時得到CAN傳輸的發動機數據。當數據發生異常時，按照保護級別ECU會自動報警，文字會在屏上滾動播放，并有警示音發出來提醒駕駛員，采取雙重提醒的方式減少或避免故障的發生[5]。

（4）在整車中，輔機屬于其單元的輔助部分，在液壓蓄能與液壓系統散熱中較為常見。本機選擇的散熱器為紫銅管片式，雖然體積較小，卻有較高的散熱效率。

（5）在連接整車時，拉桿尤為關鍵，是主要連接部件，本機結構為萬向節式拉桿，其強度與使用要求相符，同時其自由拐彎也能保持水平狀態。具有較高的通過性能，使用便利。

3 技術性能和特點

（1）對帶齒條軌道與齒輪驅動部進行設計時，應在易打滑、水汽大或坡度較大的局部使用，進而令大單軌吊防滑安全性能與爬坡能力有所增加[6]。

（2）30kN的單個驅動部驅動力能夠令驅動部數有效減少。

（3）利用CAN總線傳輸的方式用于電氣監控具有保護壓力、水位與油溫的功能，進而實現實時監控并將記錄保存下來。

（4）機動車在運行過程中，其具體參數會在液晶屏中顯示出來，并且故障記錄也能被自動保存，為維修提供了一定便利。

（5）轉彎半徑與截面較小，所以較為靈活，堆物、積水與底鼓等現象對其影響較小，在變坡起伏、彎道和岔道較多等區域同樣能夠運行，并且轉載便利、可以自動裝卸，長時間、長距離運輸。在巷道掘進中應用時，其軌道延伸速度極快，不僅快捷方便，且安全可靠，能夠從開拓平巷、斜井或井底車場直接運輸至采區工作面[7]。

4 技術參數

最大機車寬度900米；機車長度15～16.2千米；速度小于2.5 m∕s；轉彎半徑為垂直8米、水平4米；使用坡度不得大于25°；整機重量處于6.8～10 t之間；額定制動力為120～240 kN；額定牽引力為80～160 kN。

5 效益及推廣應用前景

該項目預計研發費用360萬元，200萬新增利潤，收回成本時間預計兩年。

現如今，防爆柴油是煤礦中較為常見的輔助運輸設備，但是排放標準并不理想，國內很多防爆柴油機難以達到國Ⅰ標準，只有部分國外機器排放能夠達到歐Ⅱ標準，所以在實際應用中，不僅需要消耗較高的燃油，還會排放較多PM微粒、ONx、以及HC和CO等，使得工作人員身心健康受到嚴重危害，并且企業運行成本也有所提升。而該項目的運用，能夠在動力相同時減少污染與油耗，從而令生產成本有所降低，礦井工作環境有所改善[8]。

電控柴油單軌吊污染的降低需要多方面共同努力，需要從刮板機重型部件、綜采機大部件以及支架、設備等方面入手。而推廣該產品能夠令其安全經濟效益得到提升，因此具有廣闊的應用前景。