卡軌車軌道運輸方案設計及試驗研究

張 冬

（西山煤電屯蘭礦，山西 古交030206）

引言

煤礦運輸分為主要運輸系統和輔助運輸系統，其直接或間接影響工作面的生產效率。隨著采煤技術及綜采設備自動化水平的不斷提升，對工作面所有運輸系統的運輸效率提出了更高的要求和挑戰。目前，就輔助運輸系統而言存在如下問題：由于巷道的坡度增加導致其運輸能力下降；由于缺乏可靠的制動系統，導致其出現短繩、跑車的事故；由于輔助運輸巷與輔助運輸軌道不匹配的問題，導致工作面運輸不連續，從而增加了作業人員的勞動強度[1]。

針對工作面普通運輸普遍存在的問題，本文提出了卡軌車軌道運輸系統，其主要優勢在于在運輸操作中無需換裝即可實現高效快速的裝載、運輸功能。本文將對卡軌車軌道運輸方案的設計及相關試驗進行研究。

1 卡軌車運輸方案的總體設計

本文所設計的卡軌車運輸系統的核心在于其不需換繩即可完成運輸任務，該運輸系統的總體結構設計如圖1所示。

圖1 卡軌車軌道運輸系統總體結構設計

如圖1所示，卡軌車軌道運輸系統主要由塔式緊繩器、牽引絞車房、軌道系統以及回繩站等組成。其中，牽引絞車及塔式緊繩器安裝于地面[2]。該運輸系統主要針對工作面的液壓支架、材料等進行運輸。牽引絞車主要為卡軌車運行和制動提供所需的動力和制動力。就制動系統而言，包括有電氣制動和液壓制動系統；牽引絞車的電氣控制系統主要肩負對運輸系統的動力輸入、速度控制以及運行參數的監測和控制；根據《煤炭安全規程》的相關規定，要求軌道系統的具體參數如下：兩條軌道的間距為900 mm，軌道類型為38 kg/m的普通軌道[3]。

結合《煤炭安全規程》的相關規定，卡軌車運輸系統配置制動系統如下：在高速軸安裝電力液壓推桿制動；在主繩輪安裝緊急制動閘，其主要在液壓推桿制動失效的狀態下啟動；在牽引車上安裝限速制動裝置；牽引車制動裝置的主要形式為三面抱軌制動。

2 卡軌車運輸系統關鍵環節設計

在實際生產中，由于軌道與運輸巷道不匹配導致卡軌運輸系統的運輸效率低；由于其制動系統性能不佳導致其在實際生產中存在極大的安全隱患。因此，本節將著重對卡軌車運輸系統中的軌道和制動系統進行設計。

2.1 卡軌車軌道系統的設計

卡軌車運輸系統的軌道分系統主要包括有軌道、軌枕、軌座、壓繩輪組、導繩輪組以及阻車器等組成。

2.1.1 軌道的設計

為確保開軌車運輸系統不需多余的裝載操作，本方案采用標準軌道運輸，即為38 kg/m的軌道。采用普通軌道僅需在巷道拐彎處為其安裝相應的護軌裝置即可。

2.1.2 專用軌枕的設計

軌道為保證卡軌車運輸系統的關鍵，而鋼軌與軌枕的連接方式將直接決定軌道的性能。鋼軌接頭為軌道最為薄弱的環節，該位置也是鋼軌震動和沖擊最為激烈的位置。因此，對鋼軌接頭位置的加固尤為重要[4]。為真實反映不同結構軌枕在同一運輸狀態下的應力和變形狀態，采用ANSYS軟件對軌枕不加壓板、軌枕加上壓板以及軌枕加下壓板情況下軌枕的位移及應力變化進行仿真分析，仿真結果如表1所示。

表1 不同結構軌枕對應其接頭位置處的仿真結果

分析表1可知，當在軌枕下方加裝壓板后對應軌道接頭位置的最大變形和應力值均為最小。因此，結合上述仿真結果和常規設計經驗，設計如圖2所示的軌枕結構。

圖2 專用軌枕結構圖

此外，為確?？ㄜ壾囘\輸的穩定性需將軌道接頭位置的焊點打磨，保證整條軌道的平穩、光滑。

2.2 卡軌車運輸系統制動系統的設計

由卡軌車運輸系統總體設計方案可知，該卡軌車運輸系統對應制動分系統主要包括有液壓推桿制動器、緊急制動器以及離心限速器等三部分。

2.2.1 液壓推桿制動器的選型

液壓推桿制動器位于牽引絞車系統中減速器和電動機的中間位置。根據《煤炭安全規程》的相關規定，要求設備制動時的制動力為其額定牽引力的1.5～2.5倍，而本項目中牽引絞車的額定牽引力為110 kN。因此，其對應液壓推桿制動器所能提高最小制動力不得小于1.5×110 kN=165 kN。結合市面上制動器的類型，最終選擇制動器的型號為YWZ9-630/201，該型制動器所能提供的最小制動力為201 kN，最大制動力為630 kN；與其相匹配的推動器的型號為ED201/6。

2.2.2 緊急制動器的選型設計

緊急制動裝置安裝于主繩輪的邊緣，其主要是在液壓推桿制動失效的狀態下啟動，從而進一步提升卡軌車制動系統的可靠性[5]。針對本項目，對應選型緊急制動器的類型為盤式制動器，該制動器的核心為對碟簧組的選型。結合系統緊急制動時所需制動力為110 kN，工作行程為6 mm，最終選用碟簧的型號為A140，該型碟簧所能提供的最大制動力為140 kN。

2.2.3 離心限速器的結構設計

為確保牽引車的運行速度不超過《煤炭安全規程》所規定的限值，特為卡軌車絞車運輸系統配置離心限速器，其安裝于牽引車的前轉向架內，具體結構形式如圖3所示。

圖3 離心限速器結構形式

3 卡軌車運輸系統的試驗

為驗證上述所設計的卡軌車運輸系統的性能是否能夠解決實際運行中的問題，對所設計卡軌車運輸系統進行試驗研究，著重考核如下指標：卡軌輪能否平穩通過采用專用軌枕軌連接的普通軌道；卡軌車在運輸過程中是否會出現卡鋼絲繩、彈鋼絲繩的現象；卡軌車制動系統的安全性和可靠性是否滿足生產需求。

根據上述需求，對卡軌車在空載、負載狀態下的運輸狀態進行試驗研究并得出如下試驗結果：

1）卡軌車在空載和重載26 t的狀態下均能夠平穩通過軌道連接處，且期間并未出現卡繩和彈繩現象；

2）在實際牽引過程中，卡軌車的牽引力為165 kN，滿足其牽引力不小于110 kN的要求；制動力為168 kN，滿足最小制動力不小于165 kN的要求；

3）經測量可得，卡軌車制動的空動時間為0.36 s，制動減速度為5 m/s2，制動距離為2.57 m，均滿足《煤炭安全規程》的相關要求。

4 結論

1）采用普通軌道，并在軌枕下方加裝壓板以保證軌道的平穩性；

2）完成卡軌車運輸系統液壓推桿制動器、緊急制動裝置以及限速器的選型設計；

3）經試驗表明，該卡軌車運輸系統的各項指標要求滿足《煤炭安全規程》的相關標準要求。