柴油机单轨吊的优化选型及应用

摘要：柴油机单轨吊机车是一种挂在单轨铁路上运行的、通过柴油机液压驱动的机车。分析了某矿采用柴油机单轨吊方案的可行性，讨论了机车选型时的考虑因素、配置方案和效率分析，对轨道系统的选型和悬挂方式进行了合理设计。

关键词：单轨吊；可行性；配置；选型；轨道

引言

据统计，我国煤矿井下辅助运输人员约占井下职工总数的1/3以上，与国外采煤技术先进国家相比差距很大。单件设备重量不断加大，采掘工况复杂，产量增加等对辅助运输量（效率）要求不断提高。辅助运输作业也属易发生事故的薄弱环节。我国矿井辅助运输事故约占井下事故总数的30%，仅次于顶板事故，而且呈上升趋势。采用传统辅助运输方式，钢丝绳在牵引过程中容易产生火花，同时由于钢丝绳的磨损会发生断绳的危险。轨道系统线长面广，绞车运输倒换摘挂环节多，涉及的人员多，发生意外事故的概率较高。

1.采用柴油机单轨吊的可行性分析

针对上面提到的这些问题，工程技术人员根据该矿实际情况和矿上对人员、材料及液压支架的日常运输要求，提出在该矿西翼采区轨道巷使用柴油单轨吊系统。

1.1.巷道物理条件适用性分析

支架运输时的总高度应包括以下几个部分：巷道顶板到轨道底端的高度0.8 m，轨道底端到起吊梁底部的高度0.979 m，液压支架高度2.725 m和距底板安全运输距离0.2 m。即总高度为0.8+0.979+2.725+0.300=4.704m，此高度为单轨吊运输支架时所需巷道高度。

物料运输时的总高度应包括以下几个部分：巷道顶板到轨道底端的高度0.8 m，轨道底端到起吊梁底部的高度0.633 m，普通矿车专用固定框架高度0.417m，普通矿车高度1.15 m和距底板安全运输距离0.2 m。即总高度为0.8+0.633+0.517+1.15+0.2=3.2m，此高度为单轨吊运输物料时所需巷道高度（普通矿车高度1.15m为例）。

人员运输时的总高度应包括以下几个部分：巷道顶板到轨道底端的高度0.8 m，轨道底端到起吊梁底部的高度0.633 m，人车舱高度1.620 m，底板安全运输距离0.2m。即总高度为0.8+0.633+1.62+0.2=3.253m，此高度为单轨吊运输人员时所需巷道高度（以人车仓高1.620m为例）。

以上巷道高度是根据机车在运人、运料、运支架时对巷道的最低要求，另外关于巷道高度尺寸矿方可根据巷道的实际情况或巷道变形程度做适当调整。

1.2.机车选型计算

按照目前了解到的情况，该矿运输最大件重量为47.5t，按最大坡度16°计算，运输支架需要牵引力依据以下的参数来计算：

α=16° （线路最大坡度）；W1=47.5吨（设备最大重量）；W2=12.5吨（机车自重）；W3=8.7吨（47.5t起吊梁自重）；W4=0.5吨（拉杆及线管重量）；f=0.03（机车运行阻力系数）； g=9.8。

F （支架需要牵引力）= （W1+W2+W3+W4） × （sin α+ f ×cos α） × g= 208KN

经过计算机车的牵引力至少需要208kN，推荐DZ2200 3+2+5机车，最大 220kN 带 10驱动单元完全能够完成使用工况要求。

1.3.柴油机单轨吊的优势分析

柴油机单轨吊机车对矿井井下条件具有较高的适应性，机动灵活，通过巷道断面小，转弯半径小。由于是吊挂式运输，与巷道底板状况无关，巷道空间可以得到充分利用。除日常的运人、运料和运设备以外，还可实现重型液压支架的整体搬运，缩短工作面搬家时耗。

单轨吊机车本身的运载能力可以很大，最大爬坡角度可达30°，最大载荷能力为47.5t，基本可以满足目前中大型矿山复杂井下条件下对重型综采设备的运输要求。柴油机单轨吊机车可根据不同的运输任务要求，选择不同型号的专用起吊梁设备，可以灵活的完成对井下人员、材料、设备以及重型综采设备的运输任务。

2.系统设备配置方案及效率分析

2.1.机车配置方案

该公司根据目前该矿井下北翼中央13-1轨道上山辅助运输存在的实际问题特设计两套机车系统配置方案：首先满足采区轨道上山人员、物料运输如方案二可正常满足生产需要可执行方案一即整体运输液压支架。

2.2.系统运力效率分析（人员、物料、液压支架）及换装方案

技术人员根据井下辅助运输系统的实际情况建议采用两台机车运输的方式：首先在北翼设置液压支架组装硐室，利用电机车将拆解后的液压支架运输到组装硐室，组装完成之后，利用柴油单轨吊机车整体运输到工作面切眼；利用转向平台或慢速绞车进行牵引就位；再利用载着轻型起吊梁的1至2部机车运输普通物料、人员并运输进入其它掘进头或者其它工作面的机风巷。

2.2.1.运输人员的系统运力效率分析

运输人员时系统包括单轨吊机车DZ2200 3+3型机车1台，自重为9600 kg；SLG4.1型8t载荷起吊梁4台，每台自重1110kg， 重4440 kg； 拉杆，软管及其他连接管线1套，自重500 kg；4个标准20人车舱，单件重量790kg，共3560 kg；4个人车舱最多运输80 人，按75kg/人计算，人员重3，000kg； 因此机车系统及负载总重量21100kg。机车最大牵引力为140KN，在使用4 个8吨载荷的起吊梁运输80人员时，系统总重量为21.1t，最大角度为16°时，机车需要69KN 的牵引力，运行速度为1m/s，完全满足运输要求。

通过以上分析如果采用两台机车同时进行人员运输任务，可实现在20分钟之内将160人运输至中央13-1轨道上山上口。

2.2.2.运输物料时的系统运力效率分析

物料运输系统配置包括两种方案：第一种方案采用DZ2200 3+3型机车，自重9600 kg； SLG4.1型8t载荷起吊梁4台，每台自重1100kg， 重4400 kg； 拉杆，软管及其他连接管线1套，重500 kg； 普通矿车8台，连同专用固定架总重26000 kg； 则机车系统及负载总重量为40500kg。机车最大牵引力为140KN，在使用4 个8吨载荷的起吊梁运输8个普通矿车时，系统总重量为40.5t，最大角度为16°时，机车需要126KN 的牵引力，运行速度为0.55m/s，完全满足运输要求。

第二种方案采用DZ2200 2+2型机车，最大牵引力为93KN，在运输物料时机车只能运输4个普通矿车，此运输系统配置包括单轨吊机车DZ2200 3+3型机车1台，自重9600 kg；SLG4.1型8t载荷起吊梁4台，每台自重1100kg， 总重4400 kg；拉杆，软管及其他连接管线1套，自重500 kg；普通矿车4台，连同专用固定架总重13000 kg；因此机车系统及负载总重量为27，500kg 。机车最大牵引力为93KN，在使用4 个8吨载荷的起吊梁运输4个普通矿车时，系统总重量为27.5t，最大角度为16°时，机车需要86KN 的牵引力，运行速度为0.8m/s，完全满足运输要求。

通过以上分析如果采用两台机车同时进行物料运输任务，可实现在30分钟之内将12车运输至中央13-1轨道上山上口。每班两台机车跑3趟即可完成36车的运输任务；耗时大约4小时。因此采用两台机车在不运输液压支架的情况下，完全满足每个小班运输人员和物料的要求。

2.2.3.运输支架时的系统运力效率分析

运输支架时系统包括单轨吊机车DZ2200 3+2+5型机车1台，重12500 kg；SLG16.2型47.5t载荷重型起吊梁1台8700 kg；拉杆、软管及其他连接管线1套500 kg；液压支架重量47500 kg；机车系统及负载总重量69200 kg。机车最大牵引力为250KN，在使用1 个47.5吨载荷的重载起吊梁运输载荷为47.5吨的液压支架时，系统总重量为69.2t，爬坡角度为16°时，机车需要208KN的牵引力，完全满足运输要求。

通过以上分析如果采用一台机车进行支架运输任务，可实现在66+34（支架换装时间）=100分钟之内将支架从111303停采线运输至支架组装硐室。如果按每一个小班有效工作时间300分钟计算，每一小班可完成3个支架的运输任务。因此从安全和运输效率来看远远超出传统的运输方式，如果采用另一台机车运输物料和人员同样满足运输任务要求。

3.轨道系统配置

3.1.轨道选型原则

根据相关设计标准，单轨吊运输系统采用两种轨道：I140E（轻型）以及I140V（重型）轨道。在选择轨道类型时，尽量选择适用的轨道类型和长度。轨道的选型要根据实际的巷道条件和运输任务要求做具体分析。

3.1.1.运输支架轨道选型

总载荷：SLG16.2 型47.5 吨载荷和起吊梁重量8.7吨，总重量：56.2吨。

SLG16.2 型起吊梁共有16 个行走小车，轨道单点载荷要求的能力为56200/16=3513Kg。

3.1.2.物料运送轨道选型

单节物料箱满载总重量（料箱自重+物料最大重量+SLG4.1轻型起吊梁的重量）约为4060Kg。8吨载荷的SLG4.1轻型起吊梁共有4个行走小车，因此可推算出要求的轨道单点载荷能力为1015Kg。

4.结语

结合口孜东的实际情况对巷道物理条件和机车选型情况进行分析，提出了对该矿使用柴油机单轨吊的可行性，同时探讨了机车系统配置和效率分析以及辅助轨道系统的配置情况，这对其他煤矿选用柴油机单轨吊具有一定的实际意义。

参考文献：

[1] 张圣强，庹仓斌，马洪刚等.煤矿井下单轨吊辅助运输系统的构建[J].煤矿机械，2013，34（6）：187-189.

[2] 刘登彪，李翠赟，迟景瑞等.防爆内燃机式单轨吊传动与控制系统研究[J].煤矿机械，2011，32（3）：147-148.

[3] 毛平淮，龚超.电缆收放单轨吊轨道的设计[J].煤矿机械，2010，31（12）：6-7.

[4] 平晓明.防爆柴油机单轨吊技术及其应用[J].山西煤炭2013，33（10）：65-67.

[5] 牛红星.330采区H4-E+3型单轨吊运输技术探索与应用[J].山东煤炭科技2012，3：39-41.

作者简介：桂久超（1973-），安徽淮南人，国投新集能源股份有限公司口孜东矿机电副总，长期从事矿山机电设备管理工作。

推荐访问:单轨 柴油机 选型 优化