多功能电牵引单轨吊运输设备的研究与应用

赵保军

(潞安环能股份公司 五阳煤矿，山西 长治 046205)

近年来，随着煤矿机械化、自动化设备的推广应用，在综采、掘进及主运输等方面取得了长足的进步，同时，对其相配套的辅助运输设备提出了更高的要求。随着多种辅助运输设备的大面积应用，在主要运输巷的辅助运输系统中形成了以无极绳牵引绞车、架线式电机车、蓄电池电机车等多种形式的辅助运输设备。无极绳牵引绞车在运输物料和设备时不存在问题，但在运输人员时则存在着安全隐患；架线式及蓄电池电机车主要应用于近水平大巷中的运输，爬坡能力不足，使用局限性大。而现有的单轨吊运输设备最适合综合性运输，但存在着人员和物料无法同时运输的问题(主要涉及人车的装卸和起吊运输梁的配合)。目前，单轨吊运输设备实现综合性运输能力，主要是以货运单轨吊为基础，进行人车的外置装卸，来实现既能运物又能运人的功能，这种形式费时费力，可操作性差，且在工作面巷道及车场运行时，因机车长度较长，受巷道断面狭小、转弯曲率半径小等因素影响，当工作面机组及其它大型设备出现故障时，很难在最短时间内快速将设备运输到位，从而影响工作面生产作业，致使电牵引单轨吊的使用范围受限。

相比现用的电牵引单轨吊，多功能电牵引单轨吊在不需要人车外置，起吊梁装卸的情况下，可实现既能运输人员，又能运输材料设备。同时，便于快速通过断面狭小巷道，且转弯所需曲率半径小，灵活性强，能够实现工作面材料设备的快速运输。因此，研发“一机多用、一机多能”的多功能电牵引单轨吊势在必行，意义重大。

1 设计思路

1) 采用集成化的设计思路将单轨吊专用的载人车辆与驾驶室合为一体，同时集成单轨吊运输货物的专用起吊运输梁，形成一种具有综合运输功能的单轨吊机车。

2) 该单轨吊运输设备，无需每次装卸载人专用车辆，在载人与载货之间能够快速转换。同时，由于采用了集成化设计，该单轨吊运输设备长度可以做到最短。

2 多功能电牵引单轨吊运输设备主要系统组成

多功能电牵引单轨吊运输设备主要由前、后司乘一体化控制室、控制系统、电源系统、起吊梁、驱动系统、电控系统、液压系统等部件组成。

2.1 司乘一体化控制室

两个司乘一体化控制室分别安装在机车的两端，主要用于机车的操作控制和人员乘坐，如图1所示。每个司乘一体化控制室均由吊架梁和车厢组成。内部设有司机座椅、乘人座椅、操纵杆、按钮开关、显示仪表、照明信号及照明灯、悬梯、工具箱等装置。

图1 司乘一体化控制室

2.2 电源系统

电源系统为机车的运行提供电能，是驱动系统的动力来源，由吊梁架和电池组件组成，如图2所示。吊梁架由两个承载车装置和一个梁体组成，梁体通过轴和销吊于承载车装置下方；电池组件主要由电池组和外箱体构成。电池组共由108块铅酸蓄电池串联组合而成，总电压为216 V，可极大程度满足机车运行的电压需求。

图2 电源系统

2.3 驱动系统

机车驱动系统由两套驱动装置构成，是为机车运行直接提供动力的装置。每套驱动装置由一个驱动架和两个驱动器组成，如图3所示。其中，驱动架由一个架体、两个制动器、一个夹紧油缸、四个承载轮及四个导向轮组成；驱动装置由一个驱动轮、驱动毂、一台减速机及电机组成。

图3 驱动系统

2.4 控制及液压系统

控制系统主要由承载小车、承载梁、液压泵站、防爆控制箱及电气控制单元等构成，是实现机车过程控制的中枢。液压系统由液压泵站、高压管路、执行油缸以及马达等组成，如图4所示。当机车运行时，液压系统主要实现驱动轮与轨道的夹紧、制动装置制动和分离等动作；当机车停止运行时，为起吊梁液压马达提供动力，实现重物的起吊作业。

图4 液压及控制系统

3 多功能电牵引单轨吊运输设备与原机车对比分析

多功能电牵引单轨吊运输设备主要由2个司乘一体化控制室、2个驱动车、1个起吊梁、1个电液控制箱、1个电池车组成，如图5所示。与原机车(图6)相比，减少了2个驱动车、2个起吊梁，整车总长度减少17.6 m，最大限度上解决了机车运行的灵活性问题，使得机车在曲率半径较小的转弯巷道或断面较小的狭窄巷道运行成为可能。

多功能单轨吊运输设备与原机车相比，具有以下优势：

1) 因该运输设备采用了集成一体化设计，在原先司机驾驶室的基础上集成了乘人座椅箱体，增设了12个乘人座椅，真正实现了“既能运人又能运物”的“一机多能”配置。同时，在原驾驶室一侧增加了一组扶梯，解决了原来司机利用外置铁梯上下驾驶室不便的问题。

2) 由于整车长度较原来缩短41.3%，机车运行的灵活性大大提高，可在曲率半径较小的转弯巷道或断面较小的狭窄巷道运行。

3) 与原车相比，因采用了集成设计，在人员和物料运输切换时，省去了人车箱体和起吊梁的外置，减少了运输环节和复杂的切换程序，提高了运输效率。

4) 在工作面单件设备运输时，由于原来的单轨吊机车长度较长，在运输作业时存在盲区，无法做到运输区域全覆盖，相比原机车，多功能单轨吊运输设备整车长度缩短近二分之一，且起吊梁设计为紧靠驾驶室位置，在运输过程中消除了运输盲区，做到了运输区域全覆盖。

图5 多功能电牵引单轨吊运输设备总成

图6 原电牵引单轨吊机车总成

5) 相比原机车，多功能单轨吊运输设备减少了两个驱动车，同工况下，电池的续航能力增加一倍，解决了偏远工作面电牵引单轨吊运输续航能力不足的问题。

6) 当工作面大型机组设备发生故障后，多功能单轨吊运输设备因灵活性强，准备及换装时间短，可快速将设备运输至工作面。经过运行，相比原单轨吊机车，用时可缩短30%～40%，为工作面快速恢复生产提供了保障。

4 多功能电牵引单轨吊运输设备应用效果

此运输装置在五阳煤矿80采区投用后，运行效果良好，采用单轨运行的模式，巷道底板的变形等恶劣环境不影响该装置的正常运行，且在运行过程中可以与地轨设备进行联动运输。由于单轨运行的特殊形式，在物料及设备的转载过程中，不存在人员的搬运，只需保证地轨设备与单轨设备的轨道同线，就可方便、安全、快速地进行转载，解决了煤矿井下人员与材料设备的快速调运问题，尤其是在工作面运、回巷运行后，极大地解决了小弯度、小断面巷道材料设备的快速运输难题。因此，此运输装置能够得到大量的使用，是未来井下工作面辅助运输发展的方向。