张 冬

（西山煤电屯兰矿，山西 古交030206）

引言

煤矿运输分为主要运输系统和辅助运输系统，其直接或间接影响工作面的生产效率。随着采煤技术及综采设备自动化水平的不断提升，对工作面所有运输系统的运输效率提出了更高的要求和挑战。目前，就辅助运输系统而言存在如下问题：由于巷道的坡度增加导致其运输能力下降；由于缺乏可靠的制动系统，导致其出现短绳、跑车的事故；由于辅助运输巷与辅助运输轨道不匹配的问题，导致工作面运输不连续，从而增加了作业人员的劳动强度[1]。

针对工作面普通运输普遍存在的问题，本文提出了卡轨车轨道运输系统，其主要优势在于在运输操作中无需换装即可实现高效快速的装载、运输功能。本文将对卡轨车轨道运输方案的设计及相关试验进行研究。

1 卡轨车运输方案的总体设计

本文所设计的卡轨车运输系统的核心在于其不需换绳即可完成运输任务，该运输系统的总体结构设计如图1所示。

图1 卡轨车轨道运输系统总体结构设计

如图1所示，卡轨车轨道运输系统主要由塔式紧绳器、牵引绞车房、轨道系统以及回绳站等组成。其中，牵引绞车及塔式紧绳器安装于地面[2]。该运输系统主要针对工作面的液压支架、材料等进行运输。牵引绞车主要为卡轨车运行和制动提供所需的动力和制动力。就制动系统而言，包括有电气制动和液压制动系统；牵引绞车的电气控制系统主要肩负对运输系统的动力输入、速度控制以及运行参数的监测和控制；根据《煤炭安全规程》的相关规定，要求轨道系统的具体参数如下：两条轨道的间距为900 mm，轨道类型为38 kg/m的普通轨道[3]。

结合《煤炭安全规程》的相关规定，卡轨车运输系统配置制动系统如下：在高速轴安装电力液压推杆制动；在主绳轮安装紧急制动闸，其主要在液压推杆制动失效的状态下启动；在牵引车上安装限速制动装置；牵引车制动装置的主要形式为三面抱轨制动。

2 卡轨车运输系统关键环节设计

在实际生产中，由于轨道与运输巷道不匹配导致卡轨运输系统的运输效率低；由于其制动系统性能不佳导致其在实际生产中存在极大的安全隐患。因此，本节将着重对卡轨车运输系统中的轨道和制动系统进行设计。

2.1 卡轨车轨道系统的设计

卡轨车运输系统的轨道分系统主要包括有轨道、轨枕、轨座、压绳轮组、导绳轮组以及阻车器等组成。

2.1.1 轨道的设计

为确保开轨车运输系统不需多余的装载操作，本方案采用标准轨道运输，即为38 kg/m的轨道。采用普通轨道仅需在巷道拐弯处为其安装相应的护轨装置即可。

2.1.2 专用轨枕的设计

轨道为保证卡轨车运输系统的关键，而钢轨与轨枕的连接方式将直接决定轨道的性能。钢轨接头为轨道最为薄弱的环节，该位置也是钢轨震动和冲击最为激烈的位置。因此，对钢轨接头位置的加固尤为重要[4]。为真实反映不同结构轨枕在同一运输状态下的应力和变形状态，采用ANSYS软件对轨枕不加压板、轨枕加上压板以及轨枕加下压板情况下轨枕的位移及应力变化进行仿真分析，仿真结果如表1所示。

表1 不同结构轨枕对应其接头位置处的仿真结果

分析表1可知，当在轨枕下方加装压板后对应轨道接头位置的最大变形和应力值均为最小。因此，结合上述仿真结果和常规设计经验，设计如图2所示的轨枕结构。

图2 专用轨枕结构图

此外，为确保卡轨车运输的稳定性需将轨道接头位置的焊点打磨，保证整条轨道的平稳、光滑。

2.2 卡轨车运输系统制动系统的设计

由卡轨车运输系统总体设计方案可知，该卡轨车运输系统对应制动分系统主要包括有液压推杆制动器、紧急制动器以及离心限速器等三部分。

2.2.1 液压推杆制动器的选型

液压推杆制动器位于牵引绞车系统中减速器和电动机的中间位置。根据《煤炭安全规程》的相关规定，要求设备制动时的制动力为其额定牵引力的1.5～2.5倍，而本项目中牵引绞车的额定牵引力为110 kN。因此，其对应液压推杆制动器所能提高最小制动力不得小于1.5×110 kN=165 kN。结合市面上制动器的类型，最终选择制动器的型号为YWZ9-630/201，该型制动器所能提供的最小制动力为201 kN，最大制动力为630 kN；与其相匹配的推动器的型号为ED201/6。

2.2.2 紧急制动器的选型设计

紧急制动装置安装于主绳轮的边缘，其主要是在液压推杆制动失效的状态下启动，从而进一步提升卡轨车制动系统的可靠性[5]。针对本项目，对应选型紧急制动器的类型为盘式制动器，该制动器的核心为对碟簧组的选型。结合系统紧急制动时所需制动力为110 kN，工作行程为6 mm，最终选用碟簧的型号为A140，该型碟簧所能提供的最大制动力为140 kN。

2.2.3 离心限速器的结构设计

为确保牵引车的运行速度不超过《煤炭安全规程》所规定的限值，特为卡轨车绞车运输系统配置离心限速器，其安装于牵引车的前转向架内，具体结构形式如图3所示。

图3 离心限速器结构形式

3 卡轨车运输系统的试验

为验证上述所设计的卡轨车运输系统的性能是否能够解决实际运行中的问题，对所设计卡轨车运输系统进行试验研究，着重考核如下指标：卡轨轮能否平稳通过采用专用轨枕轨连接的普通轨道；卡轨车在运输过程中是否会出现卡钢丝绳、弹钢丝绳的现象；卡轨车制动系统的安全性和可靠性是否满足生产需求。

根据上述需求，对卡轨车在空载、负载状态下的运输状态进行试验研究并得出如下试验结果：

1）卡轨车在空载和重载26 t的状态下均能够平稳通过轨道连接处，且期间并未出现卡绳和弹绳现象；

2）在实际牵引过程中，卡轨车的牵引力为165 kN，满足其牵引力不小于110 kN的要求；制动力为168 kN，满足最小制动力不小于165 kN的要求；

3）经测量可得，卡轨车制动的空动时间为0.36 s，制动减速度为5 m/s2，制动距离为2.57 m，均满足《煤炭安全规程》的相关要求。

4 结论

1）采用普通轨道，并在轨枕下方加装压板以保证轨道的平稳性；

2）完成卡轨车运输系统液压推杆制动器、紧急制动装置以及限速器的选型设计；

3）经试验表明，该卡轨车运输系统的各项指标要求满足《煤炭安全规程》的相关标准要求。