煤礦巷道用自移式設備列車的研制*

宋濤

(1.中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司，山西 太原 030006； 2.山西天地煤機裝備有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

煤礦用設備列車是綜合機械化采煤系統(tǒng)中的運輸設備，是煤礦綜采工作面的指揮中心，一般安裝在采煤工作面的正巷或副巷。設備列車包括：控制刮板輸送機、采煤機、轉載機、破碎機等大型設備的開關和移動變電站、乳化液泵站、泵箱等大型設備。設備列車能在0°～18°巷道隨著回采移動而移動。在上下坡度段，由于移動設備列車功效低、安全效益差、作業(yè)條件惡劣，設備列車難以移動已成為公認的難點[1]。隨著機械化程度的不斷提高，我國的移動設備列車正在從人工搬運,采用回柱絞車牽引或下放的模式,采用液壓卡軌裝置移設備列車和采用液壓裝置移動無軌設備列車的方向發(fā)展[2-5]。

1 問題描述與問題模型

在綜采工作面順槽巷中，通常是將錨桿或支護用工字鋼吊掛在順槽一側的頂板上，所有與設備列車相配套的各種電纜和液壓膠管都鋪掛并固定在沿著軌道滑動的托架上。傳統(tǒng)的電纜伸縮裝置是懸掛于頂板的單軌吊軌道，隨著綜采工作面的前移，設備列車也要前移，需要頻繁為設備列車鋪設軌道和拆裝頂板吊掛電纜。圖1為鋪設列車軌道和拆裝頂板吊掛電纜的流程圖。由圖1可知，為滿足設備列車前移的要求，需要人工頻繁拆裝設備列車軌道以及與設備列車相配套的各種電纜和液壓膠管，這便存在著設備列車移動效率低、現(xiàn)有管纜拖掛裝置對頂板條件要求高、安全穩(wěn)定性差、工人勞動強度大、占用空間多、成本高和操作不靈活等問題。

圖1 鋪設列車軌道拆裝頂板吊掛電纜流程

2 系統(tǒng)分析

利用TRIZ理論，對井下鋪設設備列車軌道進行研究，主要從物理矛盾分析如下：

1) 物理矛盾1。在時間分離上，設備列車移動時需要人工鋪設軌道，不移動時則不需要人工鋪設軌道。在條件分離上，當設備列車前移需要鋪設軌道時，不需要人工鋪設，可通過其他牽引裝置帶動軌道前移。

2) 物理矛盾2。在時間分離上，電纜單軌吊隨著時間的變化，既要固定在頂板上，又不要固定在頂板上。在空間分離上，電纜單軌吊隨著空間的變化，既可以固定在頂板上，也可以固定在其他裝置上。

3 實施方案

煤礦巷道用自移式設備列車如圖2所示[6]，車頭牽引裝置設在牽引裝置導軌上，平板車通過平板車擺桿裝置架設在平板車導軌上，相鄰兩平板車通過萬向十字連接頭連接，平板車導軌的兩端分別與牽引裝置導軌鉸接，牽引裝置的前端設置有前推移千斤頂，前推移千斤頂與牽引裝置導軌相連，牽引裝置的后端通過后推移千斤頂與平板車相連，平板車后端通過連接桿與電纜存儲系統(tǒng)相連。

1-拉移千斤頂；2-車頭牽引裝置；3-車頭導軌；4-后推移千斤頂；5-擺桿裝置；6-平板車；7-平板車導軌。圖2 自移式設備列車結構示意圖

自帶軌道的平板車通過平板車擺桿裝置架設在平板車導軌上，相鄰兩平板車通過萬向十字連接頭連接，當需要軌道移動時，采用提升機構將兩側軌道提升，平板車落地，車頭牽引裝置帶動軌道前移；需要移動設備列車時，利用擺桿裝置將軌道落地，同時又可將平板車提升并騎在軌道上，通過車頭牽引裝置的拉移油缸帶動設備列車前進。

利用創(chuàng)新原理研究發(fā)明的自移設備列車的電纜存儲系統(tǒng)[7]，如圖3所示。包括若干組互相連接的承載車、伸縮套筒懸臂梁、軌道、撐頂立柱、管纜托架和步進自移裝置，撐頂立柱和伸縮套筒懸臂梁布置于承載車上，伸縮套筒懸臂梁上吊掛有軌道，軌道上安裝有步進自移裝置和用于鋪掛電纜的管纜托架，步進自移裝置包括推移油缸和彈簧剎車裝置。其工作過程為：將電纜單軌吊吊掛在承載車上，使電纜單軌吊及軌道跟隨承載車及設備列車一起移動，實現(xiàn)電纜存儲及伸展的功能。

1-撐頂立柱；2-伸縮套筒懸臂梁；3-軌道； 4-步進推移裝置；5-電纜；6-承載車。圖3 電纜存儲系統(tǒng)

4 實施效果

利用組合原理[8]、中介物服務原理、增強動態(tài)性原理研究發(fā)明的煤礦巷道用自移式設備列車，不需要人工鋪設軌道，可通過其他牽引裝置帶動軌道前移，可解決設備列車前移時頻繁鋪設軌道的問題，具有靈活、方便等特點，可提高設備列車移動的效率和安全性，避免作業(yè)人員頻繁鋪軌和牽引運輸作業(yè)，降低了作業(yè)人員勞動強度。

利用組合原理、嵌套原理、機械系統(tǒng)替代原理硏究發(fā)明的自移設備列車的管纜伸縮承載系統(tǒng)，將電纜單軌吊吊掛在承載車上，使電纜單軌吊及軌道跟隨承載車及設備列車一起移動，有效解決現(xiàn)有管纜拖掛裝置對頂板條件要求高、安全穩(wěn)定性差、工人勞動強度大、占用空間多、成本高和操作不靈活的技術問題，具有安裝操作便捷，機動靈活，穩(wěn)定性好。

5 結論

目前，利用創(chuàng)新原理研究發(fā)明的設備列車在多個礦井進行了應用，使用效果良好，解決了井下傳統(tǒng)設備列車的鋪設軌道問題。