礦井單軌吊車的結構設計及工業(yè)性試驗

翟 寰

（山西陽煤寺家莊有限責任公司，山西 晉中 045300）

引言

運輸為煤礦生產(chǎn)必不可少的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，運輸效率和安全性直接決定煤礦的運輸能力。煤礦運輸包括主運輸和輔助運輸，其中，主要運輸系統(tǒng)包括帶式輸送機、刮板輸送機、提升機等；輔助運輸系統(tǒng)包括有單軌吊車、絞車等系統(tǒng)。經(jīng)統(tǒng)計表明，我國煤礦生產(chǎn)工作面輔助運輸系統(tǒng)的效率低且安全性較低[1]。因此，針對傳統(tǒng)單軌吊車體積較大且運輸量均在20 t以上無法高效適用于煤礦的輔助運輸，設計了一款輕便、簡單的單軌吊車，并著重對該吊車的結構進行設計和工業(yè)性試驗研究。

1 單軌吊車的整體設計

結合煤礦實際運輸需求，本文擬設計一款運輸量為5 t，且運輸對象為松散物料、設備以及相關支護物料及設備等，類別為輕載小型單軌吊車，其主要性能指標如表1 所示：

表1 單軌吊車關鍵性能指標

本文所設計的輕載單軌吊車借鑒綜采工作面的傳統(tǒng)重載單軌吊車和DDD8J 單軌吊車完成。在設計中輕載單軌吊車的元器件選型必須滿足綜采工作面底鼓、巷道地質(zhì)條件復雜以及空氣質(zhì)量不佳的運行環(huán)境，其對應的液壓系統(tǒng)包括有運輸主回路和安全輔助回路[2]。

1.1 單軌吊車液壓系統(tǒng)的總體設計

輕載單軌吊車液壓系統(tǒng)的總體設計方案如下：

1）選用泵控馬達系統(tǒng)實現(xiàn)對單軌吊車的行走及速度的調(diào)整控制，其泵的類型為雙聯(lián)齒輪泵，對應的電機類型為防爆電機；

2）選用電磁閥實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)中各個控制油路的切換，以滿足夾緊回路和制動回路的控制要求；

3）選用溢流閥對雙聯(lián)齒輪泵的出口壓力進行保護，采用平衡閥保證單軌吊車可停在任意位置；

4）除此之外，為液壓系統(tǒng)配置過濾器、各種密封器件、蓄能器等輔助元器件。

1.2 單軌吊車機械結構的總體設計

為便于單軌吊車的安裝以及后期的維修，單軌吊車的機械結構采用模塊化設計理念。基于傳統(tǒng)單軌吊車的設計基礎，將輕載單軌吊車的整體結構分為液壓站總成、驅(qū)動部件、承載結構、連桿等。結合單軌吊車的運輸功能，輕載單軌吊車從功能層面可分為行走分系統(tǒng)、制動分系統(tǒng)以及夾緊分系統(tǒng)[3]。為保證上述三個分系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，為輕載單軌吊車配置的驅(qū)動系統(tǒng)中需為機架搭配合適的機架、驅(qū)動輪、制動輪以及制動裝置等。

2 單軌吊車液壓系統(tǒng)的設計

本節(jié)將從運輸主回路和運輸輔助回路兩個層面完成對單軌吊車液壓系統(tǒng)的設計。

2.1 運輸主回路液壓系統(tǒng)的設計

運輸主回路的主要功能是實現(xiàn)單軌吊車行走、夾緊等功能，其是保證設備整體穩(wěn)定運行的基礎。運輸主回路對應的液壓系統(tǒng)原理如下頁圖1 所示。

圖1 運輸主回路液壓系統(tǒng)原理圖

結合表1 中單軌吊車的工況，完成關鍵元器件的選型結果：

1）為運輸主回路配置的防爆驅(qū)動電機型號為YBK2-132M-4，該型電機對應的最大功率為7.5 kW，對應的最大轉(zhuǎn)速為1 450 r/min；

2）為運輸主回路配置驅(qū)動馬達的類別為低轉(zhuǎn)速大扭矩液壓馬達，該馬達的最大系統(tǒng)壓力為40 MPa，最大排量為470 ml/r，最大輸出轉(zhuǎn)矩為3 030 Nm；

3）為運輸主回路配置液壓馬達的類別雙聯(lián)齒輪泵，具體型號為CBWL-E310-E306，對應的最大額定壓力為20 MPa，最大流量為10 ml/r；

4）所配置液壓油缸的內(nèi)徑為50 mm，油缸外徑為63 mm，缸內(nèi)活塞直徑為36 mm。

2.2 運輸輔助回路的設計

運輸輔助回路的主要任務是保證單軌吊車的安全運行，主要為制動回路，該回路對應的液壓原理如圖2 所示：

圖2 制動回路液壓原理圖

為保證制動回路的有效性，針對制動回路關鍵液壓元器件的選型如下：

1）制動回路中所配置的制動彈簧的直徑為30mm，彈簧節(jié)距為62.2 mm，彈簧總?cè)?shù)為10；

2）制動回路中所配置制動油缸的內(nèi)徑為80 mm，油缸外徑為100 mm，對應活塞缸的直徑為45 mm。

3 單軌吊車的結構設計

結合傳統(tǒng)重載單軌吊車的結構及DDD8J 隔爆型單軌吊車的結構，從結構組成單軌吊車主要包括有液壓站總成、驅(qū)動部件、承載小車、拉桿、導軌等，本文對關鍵的液壓總成和驅(qū)動部件進行設計。

3.1 液壓總成的結構設計

單軌吊車液壓總成的總體結構如圖3 所示：

圖3 液壓總成總體結構三維圖

3.2 驅(qū)動部件的設計

單軌吊車驅(qū)動部件主要包括有機架、驅(qū)動輪、制動裝置等。其對應的整體結構如圖4 所示：

圖4 驅(qū)動部件總體結構三維圖

4 單軌吊車的工業(yè)性試驗

為驗證本文所設計的輕載單軌吊車的具體性能，在完成設計后對成品進行地面場內(nèi)試驗和綜采工作面的試驗。試驗結果具體闡述如下：

4.1 地面場內(nèi)試驗

場內(nèi)實驗的主要內(nèi)容是對單軌吊車的開機、行進、起吊等操作過程進行試驗[4]，并得出如下結論：

1）在開機運行階段，設備并未出現(xiàn)液壓油滲透、控制電纜破損的情況；

2）通過對操作手柄的位置進行控制，可實現(xiàn)設備在對應工況下的運行，且響應較快；

3）通過操作貨物的起吊，可保證貨物到達一定高度后并將其運送至指定位置。

4.2 綜采工作面試驗

結合場內(nèi)試驗的基礎，將所設計的單軌吊車運送至綜采工作面并參與至實際生產(chǎn)中，得出如下結論：

在實際應用中只需要一名工作人員即可操作設備完成各種工況的運行，而且在實際應用中設備能夠完全適應惡劣環(huán)境狀態(tài)下的運行，對應的故障率較低[5]。總體來講，所設計的單軌吊車可完成綜采工作面的運輸任務，降低工作面作業(yè)人員的勞動強度，提高了運輸效率。

5 結語

單軌吊車作為綜采工作面的輔助運輸設備之一，其運輸效率和安全性直接決定工作面的運輸能力。本文所設計的單軌吊車在實際應用中不僅可大幅度提升工作面的運輸效率，降低工作面運輸?shù)奈ｋU系數(shù)，還可大幅度降低工作面作業(yè)人員的勞動強度，對提升整個工作面的運輸能力，甚至提升煤礦的生產(chǎn)能力具有重要意義。