KCQ80J（A）型防爆柴油机/齿轨轨车在起伏下山变坡巷道中的应用

赵培广　刘士军　顾成贵　梁坤

摘要：随着矿井规模的不断扩大和井下开拓距离的不断延伸，升、入井的材料、设备日益增多，尤其是综采、综掘机械化设备的发展，重型设备在采掘工作面的大量应用，进而出现的综采、综掘工作面频繁搬家、倒面，使安装、调运大型设备的过程中的安全显得更加重要。

关键词：防爆柴油机；齿轨轨机；机动性；牵引力；运输距离；巷道适应性

中图分类号：TD527 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）26-0033-03

1 概述

八连城煤矿设计能力年产90万吨规模。随着采区的不断延伸，生产规模的逐步扩大，如今核定生产能力为400万吨的大型矿井。随着矿井规模的不断扩大和井下开拓距离的不断延伸，升、入井的材料、设备日益增多，尤其是综采、综掘机械化设备的发展，重型设备在采掘工作面的大量应用，进而出现综采、综掘工作面频繁搬家、倒面环节，使安装、调运大型设备的过程中的安全显得更加突出起来。提高辅助运输工作的重要性摆在了我们管理者的面前，如何克服现有辅助运输方式存在的种种弊端，提高矿井安全高效的运输，成了一项专业的命题。

八连城煤矿井下分中央采区和西部采区两个大型煤炭生产区域。西部区距井底车场超过2500m，有一段1000多m长的起伏运输下山，最大坡度6°，如何解决该下山区域的运输问题，成了一项技术攻关课题。经深入细致的考察研究论证，于2011年初，我们购进了三台KCQ80J（A）防爆柴油机/齿轨车（以下简称齿轨车），解决了该区域的运输问题。

2 齿轨车主要技术参数

该设备是以防爆低污染柴油机为动力的自驱动齿轨车。它采用机械传动，电子监控气动控制保护，液压制动。该机以普通钢轨为轨道，在3°以下的巷道可直接利用井下现有轨道；在3°以上的坡道采用齿轨牵引，可以实现从井底车场经大巷到采区工作面的一条龙服务，中途不需要转载或更换机车。该齿轨车具有结构简单紧凑、传动效率高、安全可靠、故障率低、维修容易、机动性好、牵引力大、运输距离长、对巷道适应性强等特点，可安全、高效地完成运输材料、人员和整体搬运液压支架的任务。该设备发动机转速2200r/min、牵引力90kN，齿轨区域运行制动力达到135kN，牵引速度为正5速、倒1速，正行最低0.42m/s，最高3.0m/s，倒行0.4m/s；轨距600mm，水平转弯半径≥10m，垂直转弯半径20m，传动方式为机械传动，液压系统压力4.5MPa，燃油箱容积124L，水箱容积26L，补水箱容积180L，排气净化指标CO<0.1%，NOx<0.08%，主机外形尺寸（卡轨时）5240×1329×1620mm，齿轨车自重10000kg。

运输能力：

包括齿轨车自重。

包括齿轨车自重。

3 齿轨车主要结构特征

齿轨车采用整体刚性的结构，它主要由车架、主副司机室、防爆低污染柴油机系统、机械传动系统、液压制动系统、气动保护系统、操纵系统、电气系统及各种油、水箱等组成。各部件均采用螺栓连接，便于拆装。

3.1 机架

车架的主体是由两块厚16mm、长近4m的钢板与各种连接板、加强筋焊接而成，两长板通过缓冲器连接座用螺栓紧固在一起，上部的纵梁、横梁间也靠螺栓连接，便于拆装。齿轨车上的分动箱、驱动箱、差速箱和其他部件均用螺栓与车架连成一体。其主司机室下机架可与主体车架

分离。

3.2 司机室

司机室主要由司机室壳体、仪表盘、座椅、手持灭火器、照明灯、喇叭、急停开关、各种操纵装置等组成。司机室壳体座在车架的长板上，背部与车架靠螺栓连接，司机室内设有运行速度表、液压制动系统压力表、柴油机机油压力表、柴油机机油温度表、柴油机冷却水温度表、柴油机启动开关等，可随时检控齿轨车的运行情况。急停开关可保证在紧急情况时使齿轨车紧急制动停车。

3.3 柴油机

柴油机采用国产KC6102ZFB型防爆柴油机。

3.4 机械传动系统

3.5 变速箱

变速箱采用东风EQ145型汽车的变速箱，它有五个前进挡和一个倒挡，五挡为直接挡，二、三、四、五挡上装有锁销惯性式同步器，同步器可以方便换挡，同时避免换挡时结合齿的齿端冲击，从而延长齿轮的使用寿命。倒挡只用在很短时间的倒车，使齿轨车停靠在正确的位置上。变速箱的变速操纵为双向远程操纵，采用选、换档软轴

操纵。

3.6 高速制动器

高速制动器采用东风EQ145型汽车的手动制动器，此制动器为双蹄鼓式，采用液压油缸操纵方式。

3.7 分动箱

分动箱为一齿轮箱，它通过滑移齿轮及中间介轮，使传到万向转动轴的运动实现正、反转，从而实现齿轨车的前进和后退。其滑移齿轮的移动靠司机室后背的转换手柄拨动拨叉来实现。分动箱的润滑为飞溅润滑。

3.8 万向传动轴

万向传动轴为两节开式管状结构。

3.9 差速箱和驱动箱

差速箱通过一级斜齿轮减速将运动传至差速器，差速器为直齿锥齿轮式，装有四个行星轮，它使两个弧齿伞齿轮输出轴差速运动，从而实现两个驱动箱中的齿轨轮差速运动，以利于齿轨轮同齿条啮合均匀，而且容易入齿。在差速箱的输入端装有一个片式制动器，用来保证齿轨车制动的可靠性。

差速箱通过两对弧齿伞齿轮将运动分别传至两个驱动箱，再经过一级直齿轮减速，分别驱动两个齿轨轮四个粘着驱动轮。齿轨轮与行走轮同心而直径不同，靠最后一级直齿减速比的匹配使齿轨轮节圆线速度与行走轮线速度相同，以保证齿轨运行和粘着运行的同步转换。在齿轨轮的内部设有六组缓冲装置，减少了齿轨轮与齿条啮合时的冲击，保证齿轨车平稳运行。

3.10 液压制动系统、气动保护系统

液压制动系统主要由齿轮泵、离心释放阀、制动油缸、手压泵、液控阀、手动换向阀、阀板等组成，可实现齿轨车超速停车制动。手压泵的作用是在齿轨车出现故障时能解除制动油缸制动，使齿轨车能被拖走。停车制动时手操纵制动手把，使手动换向阀动作，片式制动器通过一个节流阀回油制动，四个制动油缸通过卸荷阀回油实现快速制动，而同时离合器制动油缸进油，使摩擦离合器打开，切断动力源，而高速制动油缸通过一个节流阀回油最后制动。气动保护系统主要由气泵、气缸、喇叭和各种开关等组成，可以分别实现柴油机系统的报警、指标超限保护及停机功能。不仅操作简单、方便，同时安全保护功能十分可靠，大大增加了防爆柴油机的安全系数。它的六项保护是：

3.10.1 防爆柴油机机体表面温度的保护：当防爆柴油机机体表面任一处温度高于150℃时，柴油机上安装的喇叭会发出报警的声音，同时在1～3s内，柴油机的熄火装置会产生动作，柴油机熄火停机。

3.10.2 防爆柴油机的冷却液温度保护：当柴油机内部冷却液温度高于设定值98℃时，柴油机上安装的喇叭会发出报警的声音，同时在1～3s内，柴油机的熄火装置会产生动作，柴油机熄火停机。

3.10.3 防爆柴油机机体排气温度的保护：当柴油机排出的废气温度高于70℃时，柴油机上安装的喇叭会发出报警的声音，同时在1～3s内，柴油机的熄火装置会产生动作，柴油机熄火停机。

3.10.4 防爆柴油机机油压力保护：当柴油机的机油压力低于设定值0.069MPa时，柴油机上安装的喇叭会发出报警的声音，同时在1～3s内，柴油机的熄火装置会产生动作，柴油机熄火停机。

3.10.5 防爆柴油机的补水箱水位保护：当柴油机的补水箱水位消耗到低于设定值时，柴油机上安装的喇叭会发出报警的声音，同时在1～3s内，柴油机的熄火装置会产生动作，柴油机熄火停机。

3.10.6 齿轨车的超速保护：当齿轨车的速度达到3.45m/s时，限速装置和柴油机的熄火装置会产生动作，柴油机上安装的喇叭会发出报警的声音，齿轨车制动、柴油机熄火停机。

3.11 操纵系统

操纵系统包括离合器操纵系统、变速操纵系统、油门操纵系统。

3.11.1 离合器操纵系统。离合器操纵系统包括踏板组、离合主泵、离合分泵、扇形板等。踩下踏板，离合主泵工作将压力油压入离合分泵，离合分泵的活塞杆带动扇形板运动并传至离合器拨杆，使离合器脱开，脚松开，离合分泵回油，离合器复位合上。

3.11.2 变速操纵系统。变速操纵系统包括变速杆、操纵器总成、变速软轴总成、选档顶杆结构及相关固定装置，两司机室的变速操纵采用的是联动方式。

3.11.3 油门操纵系统。油门操纵系统由手柄组、油门软轴、连杆等组成，手柄组上有一齿板，可使手柄固定在任一齿位上。

3.12 电气系统

本系统采用隔爆直流24V发电机供电，矿用隔爆型起动机启动。电源电压：DC24V/350W（隔爆直流发电机）；起动：DC24V矿用隔爆型起动机和矿用隔爆型电源箱；照明：DC24V（35W/两只）；信号灯：DC24V（5W/两只）。电马达起动时，发电机发出DC24V电经开关与灯相联，开关接通灯亮，断开灯灭。两司机室分别装有照明灯、信号灯，用户可根据需要进行组合，如前照明、后信号等。发电机除照明外，还向电瓶充电，以备柴油机启动之用。

4 运输方式和效率的比较

从该运输区域工程剖面图上可以看出，沿线有5个变坡地点，不规则地分布在全长1000多m的整条巷道中。若采用以往的工作方式布置设备，沿途共需分布6台双速绞车；其中有1台绞车因为巷道的上下山坡度大，被迫采取对拉的方式外，其余5台全部采用由外往里的拉车方式。由于沿线巷道坡度复杂，因此沿途的运输设施设置必须配备齐全，为保证运输安全，仅停车用的阻车器就有12道之多，中间又要经过倒车、过道岔、拉回头等诸多运输环节，势必导致车辆的脱轨事故也相对出现。频繁地倒车、摘挂钩、扳道岔等环节，使跟车人员的作业安全问题也很难得到保证。采用齿轨车运输就显得很轻松，我们通过对齿轨车技术指标性能及运输现场条件的分析比对，只在坡道上口设置了两道卧式连锁挡车器，就把沿线1000多m的运输问题解决了，而且沿途未设任何的停车设施，一路畅通无阻，诸多上下山变坡巷道的运输问题也同时迎刃而解。运输所用的时间也明显缩小，采用以往的方式往里运送一台大型设备，1000多m的距离需要近1.5h的时间；投入齿轨车往里运送一台大型设备1000m距离仅用不到15min，运送一次就节约了一个多h的时间，运输效率是以往运输方式的6倍。沿线由于减少了倒车、摘挂钩、扳道岔等相关环节，运输事故率也明显降低到了极限，车辆掉道的次数几乎为0，彻底消灭了运输过程中的运输事故。自2011年初引进齿轨车以来，我矿先后安装了21901、31901、31902、21906、31907、31908、21905七个综采工作面，回撤了21901、31901、31907、21905四个综采工作面，仅此安装回撤一项合计运输总重量就超过了2.5万吨，累计运输4400余车次、安全运输距离累计长达220万m。这些还不包括综掘设备、抽放泵站、钻机、皮带机、刮板机等其他辅助设备的运输工作。齿轨车在八连城矿的成功使用，解决了一直困扰在我矿运输工作中的难题。保证了安全运输，真正意义地使我矿的运输工作，在该设备的应用后做到了安全、提效、实用、可靠。

5 节支降成、减员提效方面

未用齿轨车前，需要投入6台双速绞车，使用齿轨车后，每班至少节约3人，每月至少节约270人工，按照人工费用100/天计算，每月减少人工费用投入2.7万元，全年节约人工费用支出32.4万元；不仅节省了费用，同时减少了人工的投入，在实际工作中真正意义上响应了我们企业提出的减员提效号召，为企业的人才与资金积累工作做出了贡献。

通过近两年半时间的实践证明，只有齿轨车这种连续、安全、高效、可靠的运输方式，才能在上下山变坡巷道的辅助运输工作当中，达到大型设备快速运输、安全运输的运行目的，方能满足我矿快节奏、高效率安装回撤工作的辅助运输需要。这些都是矿内其他辅助运输设备所不能比拟的。经过如此长时间的运行考验，可以说，齿轨车的引进与投入使用，从长远意义上讲，是当初决策者的一个非常明智的决定。齿轨车的投入，为矿井采区上下山巷道长距离大型设备的安全运输工作，提供了可靠的安全保障。柴油机胶轮齿轨车作为煤矿用辅助运输先进设备，有其广泛的发展前景，值得推广应用。

参考文献

[1]孙伟，赵开虎.无极绳绞车在综采工作面快速安装中的应用[J].能源技术与管理，2011，（4）.

[2]王盛平，张万宇，张作.异坡度长距离KWGP型普轨卡轨车的应用[A].中国煤炭学会煤矿机电一体化专业委员会、中国电工技术学会煤矿电工专业委员会论文集[C].2008.

[3]牛进军.齿轨车在辅助运输巷的使用[J].山西能源与节能，2007，（4）.

[4]李彪庆.依靠科技进步改善辅助运输条件[J].科技情报开发与经济，2003，（11）.