氣動單軌吊的分析與應(yīng)用

蔣 兵

（山西潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 長治 046000）

引言

近幾年，我國煤礦開采技術(shù)有了很大的發(fā)展，采掘機械化程度已經(jīng)接近世界其他發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)水平，但礦井輔助運輸效率依然偏低。綜采礦井每采百萬噸煤需輔助運輸用工1 000 人左右，是發(fā)達(dá)國家的7～10 倍，煤礦輔助運輸是整個煤礦運輸系統(tǒng)的重要組成部分，隨著輔助運輸所占的比重和工作量的增大，未來將會嚴(yán)重制約采掘設(shè)備作用的高效發(fā)揮。輔助運輸如何發(fā)展來更好地適應(yīng)煤礦現(xiàn)代化建設(shè)，已經(jīng)成為煤礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)中亟待解決的重要問題。

目前世界各國使用的輔助運輸設(shè)備主要有卡軌車、齒軌車、單軌吊和無軌膠輪車。與其他幾種車型相比，單軌吊運行機動靈活，機車可在多變坡、多轉(zhuǎn)彎中不經(jīng)轉(zhuǎn)載而實現(xiàn)連續(xù)直達(dá)運輸，對巷道變形適應(yīng)能力強，不受巷道底板變形、積水或物料堆積的影響，正在逐步成為現(xiàn)代煤礦輔助運輸設(shè)備的主力軍。與柴油機單軌吊、蓄電池單軌吊相比，氣動單軌吊具有體積小、長度短、動力源清潔安全等特點，未來可能成為煤礦井下順槽、采掘工作面的主要輔助運輸設(shè)備。

1 氣動單軌吊的結(jié)構(gòu)組成

以QDDC 型氣動單軌吊為例，其主要由承載小車、驅(qū)動部、連接組立、輔助剎車裝置、氣動控制系統(tǒng)以及氣動起吊葫蘆等組成（見圖1）。其中承載小車是承載重量且隨軌道運動的一種小車；驅(qū)動部是拖動整個氣動單軌吊車前后運行的動力機構(gòu)；連接組立是保證牽引車、滑動小車、連桿的有效柔性聯(lián)接關(guān)鍵部件；連桿是控制滑車、牽引車之間距離長短的聯(lián)接件；輔助剎車裝置是氣動單軌吊車運行中除馬達(dá)內(nèi)部主剎車以外的一種補充剎車裝置；氣動控制系統(tǒng)是實現(xiàn)牽引車機構(gòu)前進(jìn)、后退、剎車指令控制系統(tǒng)；氣動起吊葫蘆是吊起重物的一種執(zhí)行機構(gòu)。

圖1 QDDC 型氣動單軌吊結(jié)構(gòu)簡圖

2 氣動單軌吊工作原理

氣動單軌吊車是以壓縮空氣為動力，推動氣馬達(dá)高速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)變速、降低轉(zhuǎn)速、增大扭矩后帶動驅(qū)動夾緊輪旋轉(zhuǎn)，沿吊軌立面滾動，可隨軌道水平、轉(zhuǎn)彎、上下俯仰行進(jìn)。

3 氣動單軌吊性能參數(shù)（見表1、表2）

表1 QDDC20 型氣動單軌吊車主要性能參數(shù)表

表2 QDDC20 氣動單軌吊車載荷-坡度表

4 使用范圍及注意要點

QDDC 型氣動單軌吊由于體積小、質(zhì)量輕、載重量大，在與I140E 軌道配合使用后，特別適用礦山、煤礦、倉儲等短距離環(huán)境運輸使用，可隨軌道俯仰和轉(zhuǎn)彎輕松運行。但長坡度下運行時要嚴(yán)格遵守表2載荷-坡度表格運行，且在坡度大于7°使用時，應(yīng)加裝超速限制裝置配合使用，超速限制裝置緊急制動力為QDDC 牽引車牽引力的2.5 倍，限速應(yīng)在限速設(shè)計值內(nèi)發(fā)揮緊急制動的作用。

5 應(yīng)用效果與特點

5.1 應(yīng)用效果

由于煤礦井下綜采工作面、順槽的巷道空間受限，且日常生產(chǎn)所需物料、設(shè)備繁雜，大部分傳統(tǒng)輔助運輸設(shè)備都無法滿足該處工況的運輸需求，甚至目前大多煤礦都存在“人工托運”、“葫蘆接力”等現(xiàn)狀，其運輸效率普遍不高。氣動單軌吊外形尺寸小，整機長度短，且以壓縮空氣能動力源，安全、清潔，應(yīng)用在綜采工作面恰到好處。

山西余吾煤業(yè)綜采工作面主要使用柴油或電牽引等常規(guī)動單軌吊力進(jìn)行運輸，由于常規(guī)動力單軌吊機車車身長（50 m 左右），且超前維護(hù)段空間局限性較大，所以工作面發(fā)生機電設(shè)備故障時，在超前維護(hù)段運輸較大機電設(shè)備常用小絞車或倒鏈運輸，運輸過程費時、費力且安全性較低。綜采工作面超前段“人工拖運”、“絞車拖運”的安全隱患成為亟待解決的的安全問題?；跉鈩訂诬壍醯男阅芴攸c，山西余吾煤業(yè)在S5203 綜采工作面嘗試性地應(yīng)用了氣動單軌吊，且使該地段輔助運輸工作效率得到顯著提高。比如：在S5203 綜采工作面更換截割電機，使用氣動單軌吊運輸，從超前維護(hù)棚外運輸至切眼口用時8 min，而使用小絞車或滑輪人工拖運用時至少40 min；氣動單軌吊用工2 人，小絞車或滑輪拖運用工至少5 人。對上述情況進(jìn)行分析計算，可得出：使用氣動單軌吊可使運輸效率提高80%、用工人數(shù)降低60%、綜合效率提高74%（權(quán)重分配：時間0.7、用工 0.3）。

5.2 特點

經(jīng)過對大量實際應(yīng)用情況分析總結(jié)，得出氣動單軌吊具備如下特點：

5.2.1 安全性高

1）在工作面超前段采用氣動單軌吊后，替代了小絞車運輸，將運輸范圍由“線”變?yōu)椤包c”，縮小運輸控制范圍，對控制現(xiàn)場安全有保障。

2）操作人員由直接操作小絞車設(shè)備變?yōu)檫h(yuǎn)距離輔助操作氣動單軌吊設(shè)備，且氣動單軌吊為點動操作，操作簡單，簡單即安全，消除了操作人員的不安全因素。

3）氣動單軌吊保護(hù)齊全，配備輔助剎車裝置部件，制動可靠，比小絞車以及使用滑輪裝置拖運的安全系數(shù)大大增加。

5.2.2 運輸效率高

1）氣動單軌吊可直接起吊設(shè)備，無需捆綁。而使用小絞車或倒鏈人工拖運時，需要進(jìn)行捆綁固定，不僅費時，而且安全系數(shù)較低。

2）氣動單軌吊運輸設(shè)備適應(yīng)性強、靈活性強，無需考慮底板平整情況，而使用小絞車或倒鏈拖運時則不能避免底板對拖運的影響。

3）氣動單軌吊的使用避免了作業(yè)人員的抬、扛、拖等不必要體力消耗，將工作面內(nèi)的設(shè)備運輸變?yōu)閱渭兊某Ｒ?guī)動力單軌吊機車與氣動單軌吊機車的接替運輸，運輸效率提高。

4）氣動單軌吊移動方便，可隨工作面一同推進(jìn)，消除了小絞車需要重復(fù)安裝的情況。

5.2.3 使用成本低

1）氣動單軌吊裝置簡單，設(shè)備體積小，維護(hù)費用低。

2）氣動單軌吊采用壓風(fēng)驅(qū)動，無需考慮動力成本。

3）氣動單軌吊無需另外安裝專用運輸軌道，使用已經(jīng)安設(shè)的單軌吊軌道即可，無需再增加投入。

5.2.4 用人量少

1）氣動單軌吊運輸設(shè)備只需1 人操作、1 人監(jiān)護(hù)即可，而使用小絞車運輸時還需要在巷道兩端設(shè)置2 名警戒人員。

2）氣動單軌吊減少了小絞車或倒鏈拖運時，需要進(jìn)行捆綁、處理底板等的人力投入。

6 結(jié)語

在煤礦井下綜采工作面的輔助運輸設(shè)備領(lǐng)域，氣動單軌吊具有明顯優(yōu)勢，外形尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉、動力源清潔、運輸靈活、對巷道變形適應(yīng)能力強，可用于煤礦井下采煤工作面設(shè)備、配件以及上下端頭支護(hù)材料和掘金工作面巷道超前支護(hù)材料、皮帶、溜子配件的運輸，有效解決了煤礦井下“最后一公里的運輸難題”，具備廣泛的應(yīng)用前景。前幾年氣動單軌吊市場，進(jìn)口產(chǎn)品份額占比較大，但進(jìn)口產(chǎn)品價格昂貴，維護(hù)保養(yǎng)困難是一直困擾煤礦的大難題。目前，國產(chǎn)氣動單軌吊成功地得到了推廣和應(yīng)用，打破了國外技術(shù)壟斷，通過國內(nèi)企業(yè)自主研發(fā)國產(chǎn)單軌吊技術(shù)，不斷地開發(fā)國內(nèi)煤礦輔助運輸新領(lǐng)域，有效地提高了煤礦運輸效率并顯著地降低了成本。