窄軌電機(jī)車制動(dòng)裝置的優(yōu)化

譚國強(qiáng)

（西山煤電東曲礦有限公司，山西 古交 030200）

引言

窄軌電機(jī)車為煤礦生產(chǎn)的主要運(yùn)輸設(shè)備之一，可應(yīng)用于工作面和地面的運(yùn)輸任務(wù)。對(duì)于運(yùn)輸設(shè)備而言，確保其在緊急工況下平穩(wěn)、及時(shí)地停車極其重要；尤其是對(duì)于窄軌電機(jī)車而言，由于其載重量大、工況復(fù)雜等特點(diǎn)，對(duì)其制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和安全性提出更高的要求。一般的，窄軌電機(jī)車制動(dòng)裝置的動(dòng)力傳遞途徑依靠制動(dòng)油缸與閘瓦之間的杠桿機(jī)構(gòu)完成，車輪在閘瓦壓力作用產(chǎn)生的摩擦力減速并停車[1]。但是，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)窄軌電機(jī)車頻發(fā)溜車、制動(dòng)距離延長、制動(dòng)不及時(shí)以及閘瓦磨損嚴(yán)重等問題，嚴(yán)重影響窄軌電機(jī)車的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。因此，本文重點(diǎn)對(duì)窄軌電機(jī)車的制動(dòng)裝置進(jìn)行優(yōu)化。

1 窄軌電機(jī)車連接方式

一般的，根據(jù)窄軌電機(jī)車連接裝置結(jié)構(gòu)的不同可分為剛性連接和柔性連接兩種。其中，剛性連接的主要材料為錳鋼板；柔性連接主要采用連接環(huán)實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)窄軌電機(jī)車運(yùn)輸環(huán)節(jié)的不同分為自動(dòng)摘掛鉤連接和人工摘掛鉤連接。其中，自動(dòng)摘掛鉤連接需要經(jīng)常牽掛或摘掛的操作才能夠完成運(yùn)輸和卸貨的任務(wù)；人工摘掛鉤連接不需要摘或牽掛鉤即可實(shí)現(xiàn)貨物的運(yùn)輸和裝卸。

通常情況下，礦車與礦車之間的連接方式也分為剛性連接和柔性連接。其中，剛性連接也采用錳鋼材料實(shí)現(xiàn)，該種連接方式對(duì)應(yīng)礦車與礦車之間的緩沖間隙為50 mm左右；柔性連接采用三環(huán)相扣的鏈環(huán)實(shí)現(xiàn)，該種連接方式對(duì)應(yīng)礦車與礦車之間的緩沖間隙為500 mm。

2 窄軌電機(jī)車溜車原因

窄軌電機(jī)車為當(dāng)前煤礦生產(chǎn)必不可少的運(yùn)輸設(shè)備。近年來，隨著煤礦采煤工藝、采煤技術(shù)的進(jìn)步以及工作面自動(dòng)化水平的提升，窄軌電機(jī)車對(duì)應(yīng)的運(yùn)輸任務(wù)越來越大[2]。在此背景下，針對(duì)窄軌電機(jī)車提出了“多拉快跑”的思路。但是，根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)范要求，窄軌電機(jī)車的運(yùn)行速度不得超過4 m/s，制動(dòng)距離不得超過40 m。也就是說，對(duì)窄軌電機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。

在上述“多拉快跑”的運(yùn)輸需求下，在實(shí)際運(yùn)輸中窄軌電機(jī)車常出現(xiàn)溜車的現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研加總結(jié)分析得出導(dǎo)致窄軌電機(jī)車溜車的原因，總結(jié)如下:

1）制動(dòng)裝置的制動(dòng)效率低。制動(dòng)裝置制動(dòng)效率低直接導(dǎo)致閘瓦的制動(dòng)力減小，從而直接導(dǎo)致電機(jī)車、礦車的溜車。

2）制動(dòng)力矩過大所導(dǎo)致。當(dāng)制動(dòng)裝置的制動(dòng)力矩過大時(shí)，導(dǎo)致閘瓦與車輪發(fā)生抱死，直接表現(xiàn)為車輪在軌道上滑動(dòng)摩擦。此種情況，不僅加劇了車輪的磨損，更從某種程度上延長了礦車及電機(jī)車的制動(dòng)時(shí)間。

3）車輪與軌道之間的摩擦系數(shù)減小。電機(jī)車與礦車車輪與其軌道之間的摩擦力減小，比如軌道上附著有油污、樹葉或濕潤時(shí)，極易導(dǎo)致車輪與軌道之間發(fā)生滑動(dòng)摩擦，繼而演變?yōu)榱镘嘯3]。

綜合分析，導(dǎo)致窄軌電機(jī)車、礦車出現(xiàn)溜車現(xiàn)場的主要原因在于其制動(dòng)裝置的制動(dòng)力設(shè)計(jì)不合理。因此，重點(diǎn)從兩個(gè)方面對(duì)窄軌電機(jī)車的制動(dòng)裝置進(jìn)行優(yōu)化，主要對(duì)傳統(tǒng)單側(cè)制動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輪的雙側(cè)制動(dòng)，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的制動(dòng)效果。

3 窄軌電機(jī)車制動(dòng)裝置的優(yōu)化

本節(jié)重點(diǎn)從結(jié)構(gòu)層面對(duì)窄軌電機(jī)車的制動(dòng)裝置進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 窄軌電機(jī)車現(xiàn)制動(dòng)裝置分析

現(xiàn)階段，窄軌電機(jī)車制動(dòng)裝置為單側(cè)制動(dòng)方式，其對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 窄軌電機(jī)車單側(cè)制動(dòng)裝置

如圖1所示，單側(cè)制動(dòng)裝置對(duì)應(yīng)安裝于每個(gè)車輪上，對(duì)應(yīng)的每臺(tái)窄軌電機(jī)車安裝有4組制動(dòng)裝置。具體工作原理如下：當(dāng)電機(jī)車得到制動(dòng)命令時(shí)，對(duì)應(yīng)的制動(dòng)缸進(jìn)氣推動(dòng)活塞桿伸出；與此同時(shí)，制動(dòng)杠桿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)制動(dòng)推桿也逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。在上述一系列動(dòng)作下，推動(dòng)閘瓦與車輪接觸，在雙方摩擦力的作用下完成減速并停機(jī)操作。雖然，單側(cè)制動(dòng)裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、維修成本較低、便于后期維護(hù)等優(yōu)勢(shì)[4]，但是單側(cè)制動(dòng)裝置所提供的制動(dòng)力對(duì)車輪為一側(cè)受力極易導(dǎo)致閘瓦磨損，并誘發(fā)車輪的軸承發(fā)生偏磨的現(xiàn)象。圖1所示的窄軌電機(jī)車制動(dòng)參數(shù)如表1所示。

表1 優(yōu)化前單側(cè)制動(dòng)裝置制動(dòng)參數(shù)

3.2 單側(cè)制動(dòng)裝置的優(yōu)化

綜合分析單側(cè)制動(dòng)裝置的制動(dòng)參數(shù)及實(shí)際應(yīng)用中所存在的問題，對(duì)單側(cè)制動(dòng)裝置進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后的制動(dòng)裝置為雙側(cè)制動(dòng)裝置，對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式見圖2。

圖2 雙側(cè)制動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

優(yōu)化的雙側(cè)制動(dòng)裝置的工作原理如下：當(dāng)制動(dòng)裝置得到制動(dòng)命令時(shí)，制動(dòng)氣缸進(jìn)氣，與其對(duì)應(yīng)的活塞桿伸出，制動(dòng)杠桿向右移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)左側(cè)閘瓦與車輪壓緊；與此同時(shí)，制動(dòng)杠桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的制動(dòng)拉桿向左移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)右側(cè)閘瓦與車輪壓緊。最終實(shí)現(xiàn)了左右側(cè)閘瓦均與車輪壓緊，實(shí)現(xiàn)雙側(cè)制動(dòng)功能，從而解決了單側(cè)制動(dòng)裝置閘瓦磨損嚴(yán)重以及車輪軸承偏磨的問題。優(yōu)化后雙側(cè)制動(dòng)裝置的制動(dòng)參數(shù)如表2所示。

表2 優(yōu)化后單側(cè)制動(dòng)裝置制動(dòng)參數(shù)

如表2所示，優(yōu)化后的雙側(cè)制動(dòng)裝置的效率、倍率以及制動(dòng)力均得到提升；對(duì)應(yīng)的制動(dòng)距離也縮短。說明，雙側(cè)制動(dòng)裝置與單側(cè)制動(dòng)裝置相比較，不僅可提高閘瓦及車軸的使用壽命，還能夠有效提升制動(dòng)裝置的制動(dòng)性能，進(jìn)一步保證窄軌電機(jī)車的安全、穩(wěn)定運(yùn)行[5]。

4 結(jié)論

1）通過對(duì)制動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，將單側(cè)制動(dòng)裝置優(yōu)化為雙側(cè)制動(dòng)裝置，減輕了閘瓦的磨損，解決了車輪單側(cè)磨損嚴(yán)重的問題；

2）優(yōu)化后的雙側(cè)制動(dòng)裝置具有更大的制動(dòng)倍率、效率以及制動(dòng)力，其相對(duì)應(yīng)的制動(dòng)距離明顯降低。

總之，窄軌電機(jī)車制動(dòng)裝置從單側(cè)優(yōu)化為雙側(cè)，在提升設(shè)備可靠性和使用壽命的同時(shí)，極大地提升了窄軌電機(jī)車運(yùn)行的安全性和可靠性。