卡軌車軌道制動方案設計及試驗研究

張俊杰

（霍州煤電集團呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦機電科， 山西 呂梁 033200）

引言

煤礦輔助運輸系統為綜采工作面的重要組成部分，在當前綜采技術高速發展的同時，工作面生產能力明顯增加，從而對煤礦輔助運輸系統提出了更高的要求。目前，煤礦綜采工作面輔助運輸系統受到坡度過大等地質條件制約，卡軌車輔助系統運輸效率低、缺乏安全有效的制動系統，導致短繩跑車事故的發生、工作面和運輸巷所鋪設的軌道型號不一致等，從而使得運輸不連續[1]。為解決上述問題，本文設計出一種可適用于重載長距離且大角度的卡軌式運輸系統，并對其運輸方案進行設計，最后對其應用效果進行試驗分析。

1 免換裝繩卡軌式運輸系統總體設計

免換裝繩卡軌式運輸系統的基本組成如圖1所示。

由圖1 可知，免換裝繩卡軌式運輸系統主要包括塔式緊繩器、牽引絞車房、軌道系統以及回繩站。該卡軌式運輸系統主要承擔著液壓支架以及相關材料等的由井下至地面的運輸任務。牽引絞車房由電機、減速器、液壓泵站、制動器等組成。軌道系統主要由輪座、專用軌枕、壓繩輪組和托繩輪組組成，結合煤礦其他工作面及巷道軌道情況，選用38 kg/m 的普通軌道，且兩條平行軌道的間距為900 mm。回繩站的主要功能為將卡軌式運輸系統的鋼絲繩預拉緊，避免松邊的鋼絲繩拖地。塔式緊繩器的主要功能是對彈性變形的鋼絲繩進行吸收，以保證運輸系統的鋼絲繩具有足夠的張緊力[2]。

圖1 免換裝繩卡軌車運輸系統組成

卡軌式運輸系統除了常規的牽引功能外，還需具備高效且安全的制動系統和張緊系統。這里重點對免換裝繩卡軌式運輸系統的制動方案進行設計。

2 卡軌式運輸制動系統的設計

2.1 卡軌式運輸制動方案的設計

本文所設計的卡軌式運輸系統采用普通軌道，其在實際制動過程中，由于夾軌式制動閘的布置比較困難，導致其產生的制動力矩較小。因此，需重新設計制動方案，以保證運輸系統制動的安全性。結合《煤礦安全規程》的相關規定，要求卡軌式運輸制動系統滿足如下要求：制動系統所提供的制動力為額定牽引力的1.5 倍左右；當系統的運行速度超過額定速度15%時，系統會自動啟動制動系統；系統從響應到制動的實施時間間隔小于0.7 s。系統的制動減速度小于5 m/s2。

與此同時，為保證制動系統能夠實現及時抓捕并防止跑車事故的發生，設計如下制動方案：

1）在卡軌式運輸系統的高速軸上安裝電力液壓推桿制動器，為整個系統的制動提供足夠的力矩。

2）在主鋼絲繩的邊緣位置安裝緊急制動閘，進一步提升卡軌式運輸絞車系統制動的安全性和可靠性。

3）在卡軌式運輸牽引分系統加裝相應的限速制動裝置。該裝置的主要功能為當運輸系統的速度超過限值時，在限速制動裝置的作用下拉動掛鉤，使得制動叉落下，在制動叉與軌枕相互接觸的作用下實現車輛的緊急制動。

2.2 卡軌式運輸制動系統關鍵部件的選型設計

在卡軌式運輸制動方案的總體設計中涉及的系統關鍵部件包括電力液壓推桿制動器、緊急制動閘以及限速制動裝置。接下來重點對上述關鍵部件進行選型設計。

2.2.1 電力液壓推桿制動器

電力液壓推桿制動器在實際應用中位于運輸系統牽引絞車房中減速器和電動機的中間位置。根據《煤礦安全規程》規定，要求電力液壓推桿制動器所提供的制動力不得小于其額定牽引力的1.5 倍左右。本工程中，牽引絞車房所提供的最大牽引力為110 kN，則對應的電力液壓推桿制動裝置所提供的最小制動力為110 kN×1.5=165 kN。

根據當前該煤礦其他工作面所選擇的電力液壓推桿制動器類型，最終將本工程所選型電力液壓推桿制動器的具體型號確定為YWZ9-630/201，該型制動器的主要參數如表1 所示。

表1 YWZ9-630/201 電力液壓推桿制動器參數

2.2.2 緊急制動閘

緊急制動閘的主要功能是進一步提升制動系統的可靠性，一般在電力液壓推桿制動器無法正常工作時啟動。通常情況下，工程中常選用的緊急制動閘以盤式制動閘為主。由于本工程中涉及的牽引絞車所提供的額定牽引力為110 kN，默認其所需的緊急制動力為110 kN。

以緊急制動力為主要考核指標，結合市面的緊急制動閘型號及參數，最終確定本工程中的緊急制動閘的型號為A140，其所能提供的最大制動力為140 kN[3]。

2.2.3 限速制動裝置

限速制動裝置安裝于系統牽引車的前轉向架的位置，其核心功能為當系統運行速度超過設定的速度時將進行自動制動。限速制動裝置的結構如圖2所示。

圖2 限速制動裝置結構形式

3 卡軌車軌道制動系統的試驗研究

為充分評估卡軌車軌道制動系統的應用效果，重點對限速制動裝置的限速試驗、制動裝置從響應到動作時的空動時間以及實際制動距離和制動減速度進行綜合評估。為此，在合理制動裝置試驗方案的基礎上開展上述項目的試驗，試驗結果如下：

1）卡軌車運輸系統在空載和額定載荷下均可正常運行，整個過程鋼絲繩運行平穩且壓繩裝置可靠性極高；

2）卡軌車在重載運行工況下運行通暢且并未有卡阻現象發生，鋼絲繩未出現松懈的情況；

3）整個卡軌車運行系統所能提供的額定牽引力為113 kN，滿足其實際運輸中所需的110 kN；電力液壓推桿制動器可提供的最大制動力為168 kN，滿足《煤礦安全規程》規定的制動力為額定牽引力1.5 倍的要求。整個卡軌車制動系統的試驗結果如表2 所示。

表2 卡軌車制動系統試驗結果與理想值對比

由表2 可知，理想值中的空動時間、減速度、制動距離等均在《煤礦安全規程》所規定的限值范圍內。本文所設計的卡軌車制動性能均滿足《煤礦安全規程》所規定的限值要求[4]。

4 結論

卡軌車軌道運輸為煤礦綜采工作面的輔助運輸方式之一，為進一步提升制動系統的可靠性，結合《煤礦安全規程》的相關規定，在設計合理制動方案的基礎上完成電力液壓推桿制動器、緊急制動閘以及限速制動裝置的選型設計，在普通運輸及制動性能方面得出的結論如下：

1）卡軌車在空載、額定載荷和重載情況下均可無卡阻、通暢地運行；

2）本文所設計的卡軌車制動性能均滿足《煤礦安全規程》所規定的限值要求。