自卸式單軌吊料箱的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

曾現(xiàn)科 曹國(guó)慶 楊紅杰

【摘? 要】由于當(dāng)前煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)改成了單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)，方便了井下所需物料的運(yùn)送，由于常用的運(yùn)料工具是礦車，物料運(yùn)輸?shù)骄律a(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，要由人工進(jìn)行卸載，增加了卸料工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。論文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)卸載式料箱，該料箱實(shí)現(xiàn)了底部自動(dòng)開(kāi)門和關(guān)門，不僅提高了裝卸效率，還大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

【Abstract】At present， because the coal mine transportation system has been changed into a monorail crane transportation system， it is convenient to transport the material needed in the underground mine. Because the commonly used transportation tool is the tramcar， the material is transported to the underground mine production site， and the unloading is carried out manually， which increases the labor intensity of the workers unloading material. Combined with the site operation environment， this paper designs a self-unloading material box， this material box realizes the bottom automatic door opening and closing， which not only improves the loading and unloading efficiency， but also greatly reduces the labor intensity of workers.

【關(guān)鍵詞】單軌吊;自卸式;料箱;勞動(dòng)強(qiáng)度;效率

【Keywords】monorail crane; self-unloading; material box; labor intensity; efficiency

【中圖分類號(hào)】TD52? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）10-0189-03

1 引言

在當(dāng)今煤礦生產(chǎn)中，井下需要大量的物料，物料由地面運(yùn)往井下，主要用礦車裝好物料，通過(guò)地軌運(yùn)輸?shù)缴a(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，整個(gè)的物料卸載全部由人工進(jìn)行。卸載過(guò)程中如果人員協(xié)調(diào)不好，就會(huì)出現(xiàn)安全事故，人工卸載不僅存在一定的安全隱患，還造成人力和時(shí)間的浪費(fèi)。

通過(guò)調(diào)研，本礦井在井下裝設(shè)了懸掛式單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)，本運(yùn)輸系統(tǒng)不僅可以載人下井，還可以運(yùn)輸物料，無(wú)論是安全還是效率，都有了很大的提高。根據(jù)最新的運(yùn)輸系統(tǒng)要求，需要新型的運(yùn)輸物料箱體。本項(xiàng)目在分析了礦車裝運(yùn)料的缺點(diǎn)與不足之后，經(jīng)過(guò)調(diào)研、探討并參考國(guó)家現(xiàn)有的有關(guān)自動(dòng)卸料裝置的結(jié)構(gòu)，針對(duì)井下的新運(yùn)輸系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了專業(yè)的單軌吊料箱。該料箱采用機(jī)械控制機(jī)構(gòu)，通過(guò)該機(jī)構(gòu)能控制底門的打開(kāi)與關(guān)合，實(shí)現(xiàn)了井下物料卸料的半自動(dòng)化功能，解決了礦車運(yùn)輸卸載物料，特別是水泥、沙等散裝物料的卸載問(wèn)題。通過(guò)對(duì)料箱底門控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)單軌吊料箱底部能自動(dòng)開(kāi)門和關(guān)門，不僅提高了卸載效率，還大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2 單軌吊料箱設(shè)計(jì)的整體要求

根據(jù)井下生產(chǎn)需要及所運(yùn)輸物料的特點(diǎn)，單軌吊料箱的設(shè)計(jì)必須符合以下幾點(diǎn)要求：

①安全性能好。所謂安全性能好就是要求該單軌吊料箱實(shí)現(xiàn)機(jī)械化性能的同時(shí)，也要實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全，機(jī)械式控制機(jī)構(gòu)的整體機(jī)構(gòu)及組成要合理科學(xué)。連接部位要牢固可靠，連接方式最好能采用雙保險(xiǎn)固定連接，能在安全方面起到了雙層保護(hù)作用。各類配件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及形狀方面要科學(xué)合理，整體的單軌吊料箱要求強(qiáng)度符合井下使用要求。懸掛處要增加起吊環(huán)，卸料時(shí)人只需操縱控制機(jī)構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械卸載功能，安全系數(shù)大大增加。②密封性能好。設(shè)計(jì)單軌吊料箱時(shí)，由于向井下運(yùn)輸各類大小配件，有時(shí)還要運(yùn)沙石等細(xì)小散裝物料，為防止發(fā)生物料泄漏丟失問(wèn)題，要考慮箱體整體結(jié)構(gòu)的密封性能，當(dāng)料箱處在裝滿物料狀態(tài)時(shí)，料箱的左右箱體結(jié)合部位能包裹嚴(yán)實(shí)，料箱前、后門結(jié)合處也能處于嚴(yán)密狀態(tài)。③卸載方便。所謂卸載方便，是要求整個(gè)箱體的控制結(jié)構(gòu)操作簡(jiǎn)單方便，整個(gè)橢圓形滑道要保證圓軸在內(nèi)部移動(dòng)的順暢，通過(guò)控制滑塊和控制軸的相對(duì)位置，實(shí)現(xiàn)底門的張開(kāi)與合攏。要實(shí)現(xiàn)該功能，減輕工作的勞動(dòng)強(qiáng)度，必須測(cè)算出合適的滑道間隙。長(zhǎng)短合適的滑動(dòng)間隙，能保證物料的順利卸載，并且還能保證卸載后物料的完好無(wú)損。④容積大小適中?？紤]到單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)的承載能力，所以單軌吊料箱箱體容積大小要合適，既要滿足煤礦井下物料的需求量及礦井生產(chǎn)能力，還要符合運(yùn)輸系統(tǒng)的承載能力。

根據(jù)以上幾點(diǎn)要求，我們從料箱的控制機(jī)構(gòu)部分、容積部分、密封性方面、安全性方面及強(qiáng)度等進(jìn)行了探討、外出考察等，列出多條設(shè)計(jì)方案，最終確定以下設(shè)計(jì)方案。

3 料箱控制機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

控制機(jī)構(gòu)為整個(gè)料箱設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，我們參考有關(guān)自動(dòng)卸料箱的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了機(jī)械式控制機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)主要由T型滑道架、控制鏈、控制軸及翼型控制滑塊組成。其中，T型滑道、控制軸為固定式，控制鏈采用井下刮板用鏈子，控制滑塊設(shè)計(jì)為翼型，外形和橢圓形滑道相配合?？刂茩C(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

結(jié)構(gòu)連接方面：T型滑道架通過(guò)螺栓和箱體固定連接，連接方式采用螺母擰緊和銷子固定，在安全方面起到了雙層保護(hù)作用?？刂戚S也和料箱的前后門連接在一起，控制軸設(shè)計(jì)為圓柱形，翼型控制滑塊兩側(cè)設(shè)計(jì)為2個(gè)橢圓形滑道，盡量減少摩擦力。

該控制機(jī)構(gòu)為達(dá)到自動(dòng)卸載的目的，必須留有合理的滑動(dòng)間隙。根據(jù)單軌吊料箱的寬度及高度，測(cè)算出長(zhǎng)短適中的間隙距離。如果間隙過(guò)大，卸載時(shí)底門口過(guò)大張開(kāi)，會(huì)造成物料極速下落，沖擊力較大，有可能造成物料的損壞;如果間隙過(guò)小，卸載時(shí)底門口張開(kāi)較小，有可能造成某種物料卡住，不能順利卸載。合適的滑道間隙，既保證了物料的順利卸載，又保護(hù)了物料的完好無(wú)損。

由于料箱懸掛在單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)上，通過(guò)懸掛的軌道運(yùn)輸至井下車場(chǎng)，故控制結(jié)構(gòu)方面也要考慮焊有起吊環(huán)，起吊環(huán)由鋼筋加工，要求鋼筋的強(qiáng)度能承載料箱本體及裝滿物料的重量，吊環(huán)的焊接工藝要求為滿焊。卸料時(shí)人只需操縱控制鏈就即可，與現(xiàn)用運(yùn)料礦車無(wú)起吊環(huán)，人工卸料相比，安全系數(shù)大大增加。

4 料箱容積的設(shè)計(jì)

箱體容積規(guī)格的設(shè)計(jì)不僅要符合煤礦井下物料的需求量，還要滿足現(xiàn)井下單軌吊運(yùn)輸承載能力。本礦使用的單軌吊承載力在25～30t，該料箱凈容積設(shè)計(jì)為2.7m3，物料密度按照鐵（密度較大）的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，則載重量約20t，加上料箱自重約0.6t，共計(jì)20.6t，符合單軌吊的承載能力，完全可以安全放心使用。

5 料箱密閉性的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)單軌吊料箱箱體時(shí)，考慮到運(yùn)水泥、沙子等細(xì)小散裝物料發(fā)生泄漏問(wèn)題，在箱體前、后門及底門處全部采用在左半側(cè)箱體部分全部焊上舌板，當(dāng)箱體處于裝物料狀態(tài)時(shí)，舌板就會(huì)包裹住右半側(cè)箱體的結(jié)合部位，從料箱的前后及底部都確保了箱體的密閉性。

6 料箱強(qiáng)度的設(shè)計(jì)

箱體結(jié)構(gòu)主要由框架及外敷鐵板構(gòu)成，內(nèi)框架采用50×70的方管焊接而成，框架四面用厚5mm板敷焊，底門采用雙層板焊，即框架上、下部全部用5mm的板敷焊，既美化了箱體的外觀，又保證了底門內(nèi)部表面的平整，方便了裝卸料。旋轉(zhuǎn)及固定部位由于承載的重力較大，另用30mm板進(jìn)行強(qiáng)固，整個(gè)的料箱焊接部分全部采用滿焊工藝，箱體結(jié)實(shí)穩(wěn)固。

7 單軌吊料箱控制機(jī)構(gòu)自動(dòng)卸載結(jié)構(gòu)原理

自動(dòng)卸載的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)配件是T型滑道及控制軸、翼型控制滑塊?？刂戚S外形設(shè)計(jì)為圓柱形，控制軸鑲嵌在翼型控制滑塊兩側(cè)的橢圓形滑道內(nèi)，由于控制軸和料箱的前后門固定在一起，改變翼型控制滑塊和控制軸的相對(duì)位置，也就實(shí)現(xiàn)了底門的張開(kāi)與合攏。卸載時(shí)通過(guò)向上拉緊控制鏈，從而帶動(dòng)翼型控制滑塊順著T型滑塊滑行，底門打開(kāi)。反之，則底門合上。該控制機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工成本較低。工作中增加了自動(dòng)卸料功能，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了井下卸料的安全系數(shù)。單軌吊料箱工作示意圖見(jiàn)圖2。

8 關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

①T型滑道通過(guò)螺栓和箱體連接固定，連接方式采用螺母擰緊和銷子固定，在安全方面起到了雙層保護(hù)作用。②設(shè)計(jì)了高強(qiáng)度的起吊環(huán)，吊環(huán)的焊接工藝要求為滿焊。卸料時(shí)人只需操縱控制鏈就即可，安全得到保障。③測(cè)算出合適的間隙距離，間隙過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致卸載時(shí)底門口過(guò)大張開(kāi)，造成物料極速下落，形成較大沖擊力，極易造成物料及卸料場(chǎng)地的損壞;間隙過(guò)小時(shí)，卸載時(shí)底門口張開(kāi)較小，極易造成某種物料卡住，導(dǎo)致無(wú)法順利卸載，再一次造成人力的浪費(fèi)。適合的滑道間隙，既確保了物料的順利卸載，又保護(hù)了物料及卸料場(chǎng)地。④控制機(jī)構(gòu)中的控制軸及翼型控制滑塊的傳動(dòng)滑道部分設(shè)計(jì)為橢圓形，控制軸和料箱的前后門連接在一起，將控制軸設(shè)計(jì)為圓柱形，翼型控制滑塊兩側(cè)設(shè)計(jì)為2個(gè)橢圓形的滑道。整個(gè)工作滑動(dòng)過(guò)程是圓弧形即線接觸，減少了接觸面的磨損，減輕了摩擦力。⑤料箱前、后焊有起吊環(huán)，料箱設(shè)計(jì)有控制鏈，卸料時(shí)人只需遠(yuǎn)距離操縱控制鏈完成操作，提升了安全系數(shù)。⑥為防止笨重物料砸壞箱體底部，底門采用雙層板焊，既使箱體的外觀美化，又為箱體的強(qiáng)度及內(nèi)部的平整性提供保障，使用起來(lái)更加規(guī)范。⑦在箱體前、后門及底門處焊有舌板，有效保證了箱體的密閉性。⑧合理的箱體容積設(shè)計(jì)，不僅滿足了煤礦井下對(duì)物料的需求，還契合現(xiàn)井下單軌吊運(yùn)輸承載能力。

9 應(yīng)用情況

該項(xiàng)目已在礦井投入使用，使用效果良好，不僅符合新運(yùn)輸系統(tǒng)的條件，還完全滿足了井下單軌吊軌道運(yùn)輸物料的要求，實(shí)現(xiàn)了井下物料卸載的半機(jī)械化。從社會(huì)效益上講，大大降低了井下卸料工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了井下卸載物料的安全性，整體生產(chǎn)效率得到了提高。

該項(xiàng)目所用材料簡(jiǎn)單，加工方便，適用環(huán)境強(qiáng)，具有單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)條件的礦井可借鑒生產(chǎn)使用。

10 結(jié)語(yǔ)

①單軌吊運(yùn)輸物料，簡(jiǎn)化了運(yùn)輸環(huán)節(jié)，解決了傳統(tǒng)地軌運(yùn)輸占用人多、設(shè)備多、效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、受巷道變形影響、維護(hù)量大等問(wèn)題，有效優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，減輕職工勞動(dòng)強(qiáng)度，社會(huì)效益顯著;②該料箱可實(shí)現(xiàn)卸料環(huán)節(jié)的自動(dòng)化，操作簡(jiǎn)單，不受地板條件限制，有效節(jié)省職工體力，實(shí)現(xiàn)了卸料環(huán)節(jié)的本質(zhì)安全;③低噪音，無(wú)污染，牽引力穩(wěn)定，運(yùn)行成本低廉，環(huán)保節(jié)能;④與傳統(tǒng)礦車運(yùn)輸相比，每年可節(jié)約各項(xiàng)費(fèi)用近百萬(wàn)元。

【參考文獻(xiàn)】

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