齒軌式卡軌車道岔控制系統(tǒng)改造研究

許勤貴

(成莊礦 生產(chǎn)技術(shù)科，山西 晉城048021)

0 引言

2012 年初，晉煤集團(tuán)成莊礦將井下四盤區(qū)使用的齒軌道更換改造為卡軌道，使用由德國沙爾夫生產(chǎn)的齒軌式卡軌車運(yùn)輸物料，但在使用過程中發(fā)現(xiàn)卡軌道道岔滑移動力不足、鋼軌接頭處軌縫間隙小，導(dǎo)致道岔不能正常滑移，道岔一旦發(fā)生卡滯，便得使用人工撬動，在氣缸積水的情況下很難將軌道撬動到指定位置，嚴(yán)重影響齒軌卡軌車的運(yùn)輸效率，為此需進(jìn)一步進(jìn)行研究，開發(fā)一種適用于齒軌卡軌車、滑動速度快的道岔控制系統(tǒng)，保證齒軌卡軌車能夠安全高效運(yùn)行。

1 齒軌式卡軌車運(yùn)輸系統(tǒng)簡介

齒軌式卡軌車運(yùn)輸系統(tǒng)主要由齒軌式卡軌車、軌道和卡軌道道岔三部分組成。

1.1 齒軌式卡軌車

在軌道上運(yùn)行的車輛，由轉(zhuǎn)向架輪組和平板車體構(gòu)成。轉(zhuǎn)向架輪組是車輛的承重行走機(jī)構(gòu)，它除了有兩對垂直承重行走輪外，還裝有兩對水平導(dǎo)向滑輪。行走輪在軌道的上端面行走，水平滑輪在槽口內(nèi)滾動，由此把車輪固定在軌道上，使行走輪不掉道，這種滑輪也稱為卡軌輪。齒軌式卡軌車以柴油機(jī)為動力進(jìn)行牽引。突出特點(diǎn)是:載重量大;爬坡能力強(qiáng);允許在小半徑的彎道上行駛，可有效防止車輛掉道和翻車;軌道的特殊結(jié)構(gòu)允許在列車中使用閘軌式安全制動車，可防止列車超速和跑車事故。

1.2 軌道系統(tǒng)

齒軌式卡軌車的軌道用異形軌和槽鋼制成，槽鋼與軌枕固定在一起形成梯子道，長1 m 或5 m，用快速裝置聯(lián)接，安裝在底板上，不鋪道渣就組成卡軌車的運(yùn)行軌道。軌道系統(tǒng)由不同長度和彎度規(guī)格的直軌單元、彎軌單元和調(diào)節(jié)軌道單元組成。根據(jù)不同運(yùn)輸區(qū)間的地質(zhì)條件和載重工況配置不同長度的軌道單元，合理分配載荷，可實(shí)現(xiàn)垂直方向±4°范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)，充分適應(yīng)井下巷道底板的起伏，有效避免溜車、側(cè)翻等安全隱患。

1.3 道岔系統(tǒng)

卡軌道道岔主要分為滑移式和Y 形道岔兩種。

滑移式道岔主要由固定部分和氣動缸或液壓缸推動的滑動部分組成，滑動道岔由于滑動部分變軌需要，寬度較大，一般需要道岔硐室寬度在5 m 以上?；瑒拥啦韯恿ο到y(tǒng)分為氣動和液壓動力兩種。

Y 型道岔相對于滑移式道岔，旋轉(zhuǎn)式道岔體積更小，寬度3 000 mm，可有效解決道岔硐室寬度不夠的問題，但動力控制系統(tǒng)較為復(fù)雜。

2 改造研究內(nèi)容

晉煤集團(tuán)成莊礦四盤區(qū)齒軌式卡軌車軌道系統(tǒng)共使用了14 副單開道岔和2 副渡線道岔，動力均使用氣壓驅(qū)動，變軌方式均采用滑動方式。

道岔系統(tǒng)由固定部分和滑動部分組成，固定部分與軌道相連并用錨桿固定在底板上，滑動部分由鈑金架和固定在鈑金架上的彎軌和直軌構(gòu)成，驅(qū)動氣缸一端固定在固定部分上，一端與鈑金架連接，氣缸運(yùn)動便會推動鈑金架及彎軌和直軌滑動到達(dá)指定位置，完成變軌。

但道岔在使用過程中發(fā)現(xiàn)道岔常?？鵁o法到達(dá)指定位置，嚴(yán)重影響了齒軌式卡軌車的運(yùn)輸效率。

2.1 道岔卡滯原因分析

齒軌式卡軌車道岔主要分為滑移式和旋轉(zhuǎn)式兩種，晉煤集團(tuán)成莊礦使用的道岔為滑移式道岔，具體規(guī)格分為單開道岔和渡線道岔兩種，兩種道岔均由固定部分與滑動部分組成，固定部分直接固定在底板上，滑動部分由固定在鈑金架上的彎軌和直軌構(gòu)成，由氣缸推動鈑金架滑動完成變軌。根據(jù)道岔的結(jié)構(gòu)和工作原理，分析造成道岔卡滯的主要原因有以下兩點(diǎn):

1)鋼軌接頭處間隙過小。道岔固定部分與滑動部分鋼軌接頭處設(shè)計(jì)縫隙1 mm，在安裝、使用過程中因現(xiàn)場條件及鋼軌頭變形等原因，導(dǎo)致縫隙小甚至無縫隙，造成變軌時(shí)鋼軌互相干涉摩擦，滑動部分無法正常滑動。

2)氣壓驅(qū)動作為驅(qū)動方式有諸多不合理之處。氣體本身具有可壓縮性，氣缸內(nèi)氣體在推動活塞做功過程中會被壓縮，同時(shí)氣缸內(nèi)氣體溫度會升高，而當(dāng)變軌完成需要復(fù)位時(shí)要將氣缸內(nèi)的壓縮氣體釋放出去，這個過程中壓縮氣體體積膨脹，溫度迅速降低，而井下風(fēng)管內(nèi)氣體潮濕，充到氣缸內(nèi)的氣體內(nèi)包含大量水蒸氣，在溫度迅速降低的過程中便會在氣缸內(nèi)壁上凝結(jié)成小水珠。道岔使用一段時(shí)間后，氣缸內(nèi)的積水便會使氣缸無法運(yùn)行到達(dá)指定位置，影響道岔系統(tǒng)的正常使用。

氣壓作為驅(qū)動力動力值偏小，移動道岔安裝不合理或生銹會使摩擦力增大，造成道岔卡滯。

氣缸在推動滑動部分移動過程中會有氣體壓縮過程，因此道岔變軌速率不均勻，是一個由慢及快的過程，氣體壓縮會浪費(fèi)部分時(shí)間，造成道岔變軌緩慢。

2.2 解決道岔卡滯問題的措施和方法

2.2.1 加大鋼軌接頭處縫隙

對道岔本身進(jìn)行小的改動，用角磨機(jī)處理固定部分接頭處鋼軌和連接法蘭，將縫隙大小擴(kuò)大到5 mm。這種改動不會影響道岔整體尺寸，由于接頭處連接法蘭有兩件，打薄接頭處的法蘭板也不會影響到道岔本身的強(qiáng)度。

2.2.2 將氣動控制改造為液壓控制

和氣壓驅(qū)動工作原理相同，液壓驅(qū)動也是依靠流體介質(zhì)傳遞壓力推動活塞做功的裝置，但液壓驅(qū)動相對于氣壓驅(qū)動有著明顯的優(yōu)勢。

1)液壓驅(qū)動使用液壓油或乳化液作為傳遞介質(zhì)，傳遞介質(zhì)作為液體，本身具有不可壓縮性，傳動平穩(wěn)，在流量一定的情況下傳動速率恒定。在停止流入液壓油時(shí)，活塞位置不會再發(fā)生任何變化。而氣壓驅(qū)動在停止充入氣體后，氣體本身會膨脹，對限位部件形成壓力，如果氣缸內(nèi)氣壓過大，便會破壞機(jī)械裝置。

2)液壓驅(qū)動使用液體介質(zhì)，可傳遞的壓強(qiáng)比氣壓傳動大10 倍左右。

3)對多點(diǎn)驅(qū)動的裝置，可使用液壓泵站統(tǒng)一控制，操作簡單方便。

2.2.3 道岔控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1)道岔控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。盡可能在不改變道岔結(jié)構(gòu)的情況下，加大驅(qū)動力。

2)道岔控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。用同等行程同等直徑的油缸代替原有氣缸，設(shè)計(jì)獨(dú)立的液壓泵站。液壓泵站設(shè)計(jì)齒輪泵和手動兩套加壓系統(tǒng)。在斷電情況下仍然可以工作，提高了齒軌式卡軌車運(yùn)輸效率。

3 改造效果

經(jīng)過一年多的運(yùn)行，改造后的道岔控制系統(tǒng)避免了軌道卡滯現(xiàn)象時(shí)人工變軌，且該控制系統(tǒng)配備有自動和手動兩套液壓控制裝置，停電時(shí)也可實(shí)現(xiàn)用手動液壓裝置控制道岔進(jìn)行滑移，大大節(jié)約了勞動力，改善了員工勞動環(huán)境，降低了勞動強(qiáng)度，確保了齒軌式卡軌車運(yùn)輸安全。

原有道岔移動動力不足，軌縫間隙過小，極易發(fā)生卡滯，一旦道岔卡滯，運(yùn)輸車輛就必須停下等待人工撬動道岔，而人工撬動道岔需要4 人以上工作20 min 才能完成變軌，原有道岔發(fā)生卡滯的概率為20%，則卡軌車每次通過16 副道岔至少需等待1 h，兩輛卡軌車來回通過需消耗4 h，這樣每一班兩輛卡軌車運(yùn)輸次數(shù)就只有2 次。對道岔控制系統(tǒng)進(jìn)行改造后，基本杜絕了卡滯現(xiàn)象，每一班兩輛卡軌車可運(yùn)行4 次，使卡軌車運(yùn)輸效率增大了1 倍。

4 結(jié)語

齒軌式卡軌車道岔一般采用整體滑移式或整體旋轉(zhuǎn)式改變車輛運(yùn)行方向，其控制系統(tǒng)多采用氣動方式作為動力。隨著齒軌式卡軌車的推廣應(yīng)用，軌道系統(tǒng)問題，特別是道岔系統(tǒng)的氣動控制不穩(wěn)定性較為突出。目前，國內(nèi)使用卡軌車的煤礦企業(yè)也都在尋求對軌道系統(tǒng)的改進(jìn)。

晉煤集團(tuán)成莊礦通過改造研究對造成卡軌道道岔卡滯的原因進(jìn)行了綜合分析，找到了造成該現(xiàn)象的主要原因，并對解決方案進(jìn)行了歸納比較，找到了最優(yōu)方案。根據(jù)方案對道岔控制系統(tǒng)進(jìn)了設(shè)計(jì)改造，并對設(shè)備進(jìn)行了試驗(yàn)，井下安裝運(yùn)行一年多來該道岔控制系統(tǒng)運(yùn)行正常，滑移動力大，時(shí)間短，性能穩(wěn)定，操作簡單，實(shí)現(xiàn)了卡軌道道岔正?；疲鉀Q了卡軌道道岔滑移不動的問題，大大提高了運(yùn)輸效率，可在齒軌式卡軌車運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行廣泛推廣應(yīng)用。