KCQ80J（A）型防爆柴油機(jī)/齒軌軌車在起伏下山變坡巷道中的應(yīng)用

趙培廣　劉士軍　顧成貴　梁坤

摘要：隨著礦井規(guī)模的不斷擴(kuò)大和井下開拓距離的不斷延伸，升、入井的材料、設(shè)備日益增多，尤其是綜采、綜掘機(jī)械化設(shè)備的發(fā)展，重型設(shè)備在采掘工作面的大量應(yīng)用，進(jìn)而出現(xiàn)的綜采、綜掘工作面頻繁搬家、倒面，使安裝、調(diào)運(yùn)大型設(shè)備的過程中的安全顯得更加重要。

關(guān)鍵詞：防爆柴油機(jī)；齒軌軌機(jī)；機(jī)動性；牽引力；運(yùn)輸距離；巷道適應(yīng)性

中圖分類號：TD527 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）26-0033-03

1 概述

八連城煤礦設(shè)計(jì)能力年產(chǎn)90萬噸規(guī)模。隨著采區(qū)的不斷延伸，生產(chǎn)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，如今核定生產(chǎn)能力為400萬噸的大型礦井。隨著礦井規(guī)模的不斷擴(kuò)大和井下開拓距離的不斷延伸，升、入井的材料、設(shè)備日益增多，尤其是綜采、綜掘機(jī)械化設(shè)備的發(fā)展，重型設(shè)備在采掘工作面的大量應(yīng)用，進(jìn)而出現(xiàn)綜采、綜掘工作面頻繁搬家、倒面環(huán)節(jié)，使安裝、調(diào)運(yùn)大型設(shè)備的過程中的安全顯得更加突出起來。提高輔助運(yùn)輸工作的重要性擺在了我們管理者的面前，如何克服現(xiàn)有輔助運(yùn)輸方式存在的種種弊端，提高礦井安全高效的運(yùn)輸，成了一項(xiàng)專業(yè)的命題。

八連城煤礦井下分中央采區(qū)和西部采區(qū)兩個(gè)大型煤炭生產(chǎn)區(qū)域。西部區(qū)距井底車場超過2500m，有一段1000多m長的起伏運(yùn)輸下山，最大坡度6°，如何解決該下山區(qū)域的運(yùn)輸問題，成了一項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)課題。經(jīng)深入細(xì)致的考察研究論證，于2011年初，我們購進(jìn)了三臺KCQ80J（A）防爆柴油機(jī)/齒軌車（以下簡稱齒軌車），解決了該區(qū)域的運(yùn)輸問題。

2 齒軌車主要技術(shù)參數(shù)

該設(shè)備是以防爆低污染柴油機(jī)為動力的自驅(qū)動齒軌車。它采用機(jī)械傳動，電子監(jiān)控氣動控制保護(hù)，液壓制動。該機(jī)以普通鋼軌為軌道，在3°以下的巷道可直接利用井下現(xiàn)有軌道；在3°以上的坡道采用齒軌牽引，可以實(shí)現(xiàn)從井底車場經(jīng)大巷到采區(qū)工作面的一條龍服務(wù)，中途不需要轉(zhuǎn)載或更換機(jī)車。該齒軌車具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、傳動效率高、安全可靠、故障率低、維修容易、機(jī)動性好、牽引力大、運(yùn)輸距離長、對巷道適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，可安全、高效地完成運(yùn)輸材料、人員和整體搬運(yùn)液壓支架的任務(wù)。該設(shè)備發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速2200r/min、牽引力90kN，齒軌區(qū)域運(yùn)行制動力達(dá)到135kN，牽引速度為正5速、倒1速，正行最低0.42m/s，最高3.0m/s，倒行0.4m/s；軌距600mm，水平轉(zhuǎn)彎半徑≥10m，垂直轉(zhuǎn)彎半徑20m，傳動方式為機(jī)械傳動，液壓系統(tǒng)壓力4.5MPa，燃油箱容積124L，水箱容積26L，補(bǔ)水箱容積180L，排氣凈化指標(biāo)CO<0.1%，NOx<0.08%，主機(jī)外形尺寸（卡軌時(shí)）5240×1329×1620mm，齒軌車自重10000kg。

運(yùn)輸能力：

包括齒軌車自重。

包括齒軌車自重。

3 齒軌車主要結(jié)構(gòu)特征

齒軌車采用整體剛性的結(jié)構(gòu)，它主要由車架、主副司機(jī)室、防爆低污染柴油機(jī)系統(tǒng)、機(jī)械傳動系統(tǒng)、液壓制動系統(tǒng)、氣動保護(hù)系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及各種油、水箱等組成。各部件均采用螺栓連接，便于拆裝。

3.1 機(jī)架

車架的主體是由兩塊厚16mm、長近4m的鋼板與各種連接板、加強(qiáng)筋焊接而成，兩長板通過緩沖器連接座用螺栓緊固在一起，上部的縱梁、橫梁間也靠螺栓連接，便于拆裝。齒軌車上的分動箱、驅(qū)動箱、差速箱和其他部件均用螺栓與車架連成一體。其主司機(jī)室下機(jī)架可與主體車架

分離。

3.2 司機(jī)室

司機(jī)室主要由司機(jī)室殼體、儀表盤、座椅、手持滅火器、照明燈、喇叭、急停開關(guān)、各種操縱裝置等組成。司機(jī)室殼體座在車架的長板上，背部與車架靠螺栓連接，司機(jī)室內(nèi)設(shè)有運(yùn)行速度表、液壓制動系統(tǒng)壓力表、柴油機(jī)機(jī)油壓力表、柴油機(jī)機(jī)油溫度表、柴油機(jī)冷卻水溫度表、柴油機(jī)啟動開關(guān)等，可隨時(shí)檢控齒軌車的運(yùn)行情況。急停開關(guān)可保證在緊急情況時(shí)使齒軌車緊急制動停車。

3.3 柴油機(jī)

柴油機(jī)采用國產(chǎn)KC6102ZFB型防爆柴油機(jī)。

3.4 機(jī)械傳動系統(tǒng)

3.5 變速箱

變速箱采用東風(fēng)EQ145型汽車的變速箱，它有五個(gè)前進(jìn)擋和一個(gè)倒擋，五擋為直接擋，二、三、四、五擋上裝有鎖銷慣性式同步器，同步器可以方便換擋，同時(shí)避免換擋時(shí)結(jié)合齒的齒端沖擊，從而延長齒輪的使用壽命。倒擋只用在很短時(shí)間的倒車，使齒軌車?？吭谡_的位置上。變速箱的變速操縱為雙向遠(yuǎn)程操縱，采用選、換檔軟軸

操縱。

3.6 高速制動器

高速制動器采用東風(fēng)EQ145型汽車的手動制動器，此制動器為雙蹄鼓式，采用液壓油缸操縱方式。

3.7 分動箱

分動箱為一齒輪箱，它通過滑移齒輪及中間介輪，使傳到萬向轉(zhuǎn)動軸的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)齒軌車的前進(jìn)和后退。其滑移齒輪的移動靠司機(jī)室后背的轉(zhuǎn)換手柄撥動撥叉來實(shí)現(xiàn)。分動箱的潤滑為飛濺潤滑。

3.8 萬向傳動軸

萬向傳動軸為兩節(jié)開式管狀結(jié)構(gòu)。

3.9 差速箱和驅(qū)動箱

差速箱通過一級斜齒輪減速將運(yùn)動傳至差速器，差速器為直齒錐齒輪式，裝有四個(gè)行星輪，它使兩個(gè)弧齒傘齒輪輸出軸差速運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)驅(qū)動箱中的齒軌輪差速運(yùn)動，以利于齒軌輪同齒條嚙合均勻，而且容易入齒。在差速箱的輸入端裝有一個(gè)片式制動器，用來保證齒軌車制動的可靠性。

差速箱通過兩對弧齒傘齒輪將運(yùn)動分別傳至兩個(gè)驅(qū)動箱，再經(jīng)過一級直齒輪減速，分別驅(qū)動兩個(gè)齒軌輪四個(gè)粘著驅(qū)動輪。齒軌輪與行走輪同心而直徑不同，靠最后一級直齒減速比的匹配使齒軌輪節(jié)圓線速度與行走輪線速度相同，以保證齒軌運(yùn)行和粘著運(yùn)行的同步轉(zhuǎn)換。在齒軌輪的內(nèi)部設(shè)有六組緩沖裝置，減少了齒軌輪與齒條嚙合時(shí)的沖擊，保證齒軌車平穩(wěn)運(yùn)行。

3.10 液壓制動系統(tǒng)、氣動保護(hù)系統(tǒng)

液壓制動系統(tǒng)主要由齒輪泵、離心釋放閥、制動油缸、手壓泵、液控閥、手動換向閥、閥板等組成，可實(shí)現(xiàn)齒軌車超速停車制動。手壓泵的作用是在齒軌車出現(xiàn)故障時(shí)能解除制動油缸制動，使齒軌車能被拖走。停車制動時(shí)手操縱制動手把，使手動換向閥動作，片式制動器通過一個(gè)節(jié)流閥回油制動，四個(gè)制動油缸通過卸荷閥回油實(shí)現(xiàn)快速制動，而同時(shí)離合器制動油缸進(jìn)油，使摩擦離合器打開，切斷動力源，而高速制動油缸通過一個(gè)節(jié)流閥回油最后制動。氣動保護(hù)系統(tǒng)主要由氣泵、氣缸、喇叭和各種開關(guān)等組成，可以分別實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)系統(tǒng)的報(bào)警、指標(biāo)超限保護(hù)及停機(jī)功能。不僅操作簡單、方便，同時(shí)安全保護(hù)功能十分可靠，大大增加了防爆柴油機(jī)的安全系數(shù)。它的六項(xiàng)保護(hù)是：

3.10.1 防爆柴油機(jī)機(jī)體表面溫度的保護(hù)：當(dāng)防爆柴油機(jī)機(jī)體表面任一處溫度高于150℃時(shí)，柴油機(jī)上安裝的喇叭會發(fā)出報(bào)警的聲音，同時(shí)在1～3s內(nèi)，柴油機(jī)的熄火裝置會產(chǎn)生動作，柴油機(jī)熄火停機(jī)。

3.10.2 防爆柴油機(jī)的冷卻液溫度保護(hù)：當(dāng)柴油機(jī)內(nèi)部冷卻液溫度高于設(shè)定值98℃時(shí)，柴油機(jī)上安裝的喇叭會發(fā)出報(bào)警的聲音，同時(shí)在1～3s內(nèi)，柴油機(jī)的熄火裝置會產(chǎn)生動作，柴油機(jī)熄火停機(jī)。

3.10.3 防爆柴油機(jī)機(jī)體排氣溫度的保護(hù)：當(dāng)柴油機(jī)排出的廢氣溫度高于70℃時(shí)，柴油機(jī)上安裝的喇叭會發(fā)出報(bào)警的聲音，同時(shí)在1～3s內(nèi)，柴油機(jī)的熄火裝置會產(chǎn)生動作，柴油機(jī)熄火停機(jī)。

3.10.4 防爆柴油機(jī)機(jī)油壓力保護(hù)：當(dāng)柴油機(jī)的機(jī)油壓力低于設(shè)定值0.069MPa時(shí)，柴油機(jī)上安裝的喇叭會發(fā)出報(bào)警的聲音，同時(shí)在1～3s內(nèi)，柴油機(jī)的熄火裝置會產(chǎn)生動作，柴油機(jī)熄火停機(jī)。

3.10.5 防爆柴油機(jī)的補(bǔ)水箱水位保護(hù)：當(dāng)柴油機(jī)的補(bǔ)水箱水位消耗到低于設(shè)定值時(shí)，柴油機(jī)上安裝的喇叭會發(fā)出報(bào)警的聲音，同時(shí)在1～3s內(nèi)，柴油機(jī)的熄火裝置會產(chǎn)生動作，柴油機(jī)熄火停機(jī)。

3.10.6 齒軌車的超速保護(hù)：當(dāng)齒軌車的速度達(dá)到3.45m/s時(shí)，限速裝置和柴油機(jī)的熄火裝置會產(chǎn)生動作，柴油機(jī)上安裝的喇叭會發(fā)出報(bào)警的聲音，齒軌車制動、柴油機(jī)熄火停機(jī)。

3.11 操縱系統(tǒng)

操縱系統(tǒng)包括離合器操縱系統(tǒng)、變速操縱系統(tǒng)、油門操縱系統(tǒng)。

3.11.1 離合器操縱系統(tǒng)。離合器操縱系統(tǒng)包括踏板組、離合主泵、離合分泵、扇形板等。踩下踏板，離合主泵工作將壓力油壓入離合分泵，離合分泵的活塞桿帶動扇形板運(yùn)動并傳至離合器撥桿，使離合器脫開，腳松開，離合分泵回油，離合器復(fù)位合上。

3.11.2 變速操縱系統(tǒng)。變速操縱系統(tǒng)包括變速桿、操縱器總成、變速軟軸總成、選檔頂桿結(jié)構(gòu)及相關(guān)固定裝置，兩司機(jī)室的變速操縱采用的是聯(lián)動方式。

3.11.3 油門操縱系統(tǒng)。油門操縱系統(tǒng)由手柄組、油門軟軸、連桿等組成，手柄組上有一齒板，可使手柄固定在任一齒位上。

3.12 電氣系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用隔爆直流24V發(fā)電機(jī)供電，礦用隔爆型起動機(jī)啟動。電源電壓：DC24V/350W（隔爆直流發(fā)電機(jī)）；起動：DC24V礦用隔爆型起動機(jī)和礦用隔爆型電源箱；照明：DC24V（35W/兩只）；信號燈：DC24V（5W/兩只）。電馬達(dá)起動時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)出DC24V電經(jīng)開關(guān)與燈相聯(lián)，開關(guān)接通燈亮，斷開燈滅。兩司機(jī)室分別裝有照明燈、信號燈，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行組合，如前照明、后信號等。發(fā)電機(jī)除照明外，還向電瓶充電，以備柴油機(jī)啟動之用。

4 運(yùn)輸方式和效率的比較

從該運(yùn)輸區(qū)域工程剖面圖上可以看出，沿線有5個(gè)變坡地點(diǎn)，不規(guī)則地分布在全長1000多m的整條巷道中。若采用以往的工作方式布置設(shè)備，沿途共需分布6臺雙速絞車；其中有1臺絞車因?yàn)橄锏赖纳舷律狡露却?，被迫采取對拉的方式外，其?臺全部采用由外往里的拉車方式。由于沿線巷道坡度復(fù)雜，因此沿途的運(yùn)輸設(shè)施設(shè)置必須配備齊全，為保證運(yùn)輸安全，僅停車用的阻車器就有12道之多，中間又要經(jīng)過倒車、過道岔、拉回頭等諸多運(yùn)輸環(huán)節(jié)，勢必導(dǎo)致車輛的脫軌事故也相對出現(xiàn)。頻繁地倒車、摘掛鉤、扳道岔等環(huán)節(jié)，使跟車人員的作業(yè)安全問題也很難得到保證。采用齒軌車運(yùn)輸就顯得很輕松，我們通過對齒軌車技術(shù)指標(biāo)性能及運(yùn)輸現(xiàn)場條件的分析比對，只在坡道上口設(shè)置了兩道臥式連鎖擋車器，就把沿線1000多m的運(yùn)輸問題解決了，而且沿途未設(shè)任何的停車設(shè)施，一路暢通無阻，諸多上下山變坡巷道的運(yùn)輸問題也同時(shí)迎刃而解。運(yùn)輸所用的時(shí)間也明顯縮小，采用以往的方式往里運(yùn)送一臺大型設(shè)備，1000多m的距離需要近1.5h的時(shí)間；投入齒軌車往里運(yùn)送一臺大型設(shè)備1000m距離僅用不到15min，運(yùn)送一次就節(jié)約了一個(gè)多h的時(shí)間，運(yùn)輸效率是以往運(yùn)輸方式的6倍。沿線由于減少了倒車、摘掛鉤、扳道岔等相關(guān)環(huán)節(jié)，運(yùn)輸事故率也明顯降低到了極限，車輛掉道的次數(shù)幾乎為0，徹底消滅了運(yùn)輸過程中的運(yùn)輸事故。自2011年初引進(jìn)齒軌車以來，我礦先后安裝了21901、31901、31902、21906、31907、31908、21905七個(gè)綜采工作面，回撤了21901、31901、31907、21905四個(gè)綜采工作面，僅此安裝回撤一項(xiàng)合計(jì)運(yùn)輸總重量就超過了2.5萬噸，累計(jì)運(yùn)輸4400余車次、安全運(yùn)輸距離累計(jì)長達(dá)220萬m。這些還不包括綜掘設(shè)備、抽放泵站、鉆機(jī)、皮帶機(jī)、刮板機(jī)等其他輔助設(shè)備的運(yùn)輸工作。齒軌車在八連城礦的成功使用，解決了一直困擾在我礦運(yùn)輸工作中的難題。保證了安全運(yùn)輸，真正意義地使我礦的運(yùn)輸工作，在該設(shè)備的應(yīng)用后做到了安全、提效、實(shí)用、可靠。

5 節(jié)支降成、減員提效方面

未用齒軌車前，需要投入6臺雙速絞車，使用齒軌車后，每班至少節(jié)約3人，每月至少節(jié)約270人工，按照人工費(fèi)用100/天計(jì)算，每月減少人工費(fèi)用投入2.7萬元，全年節(jié)約人工費(fèi)用支出32.4萬元；不僅節(jié)省了費(fèi)用，同時(shí)減少了人工的投入，在實(shí)際工作中真正意義上響應(yīng)了我們企業(yè)提出的減員提效號召，為企業(yè)的人才與資金積累工作做出了貢獻(xiàn)。

通過近兩年半時(shí)間的實(shí)踐證明，只有齒軌車這種連續(xù)、安全、高效、可靠的運(yùn)輸方式，才能在上下山變坡巷道的輔助運(yùn)輸工作當(dāng)中，達(dá)到大型設(shè)備快速運(yùn)輸、安全運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行目的，方能滿足我礦快節(jié)奏、高效率安裝回撤工作的輔助運(yùn)輸需要。這些都是礦內(nèi)其他輔助運(yùn)輸設(shè)備所不能比擬的。經(jīng)過如此長時(shí)間的運(yùn)行考驗(yàn)，可以說，齒軌車的引進(jìn)與投入使用，從長遠(yuǎn)意義上講，是當(dāng)初決策者的一個(gè)非常明智的決定。齒軌車的投入，為礦井采區(qū)上下山巷道長距離大型設(shè)備的安全運(yùn)輸工作，提供了可靠的安全保障。柴油機(jī)膠輪齒軌車作為煤礦用輔助運(yùn)輸先進(jìn)設(shè)備，有其廣泛的發(fā)展前景，值得推廣應(yīng)用。

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