单轨吊机车设备的选型设计研究

张 凯

（山西兰花沁裕煤矿有限公司， 山西 晋城 048200）

引言

目前，山西兰花沁裕煤矿公司综掘工作面的物料及设备主要是采用人力进行运送，该运输方式效率不高，影响了煤矿的生产经营。同时在运输过程中，还时有安全事故发生，给煤矿造成了人员伤亡和财产损失。该矿为了缓解职工劳动强度，提高物料转运放率，在6307轨道顺槽设计安装使用柴油单轨吊机车进行运输，论文主要是对单轨吊机车设备选型进行研究[1-2]。

1 工作面概况及设备选型要求

山西兰花沁裕煤矿公司6307掘进工作面顺槽为矩形巷道，宽度为5 m，高度为3.8 m，锚网，钢带、锚索支护，最大坡度为18°，顶板为煤，底板变形大。柴油单轨吊主要运送综掘设备、散料、支护设备和人员等，对该设备主要有以下要求：

用于运送设备部件，最大件质量约20 t；用于运送散料和支护材料等；用于运送人员，一次约20人；最大运输坡度20°；轨道安装长度约2 500 m；下井最大不可拆卸件尺寸大小不超过长×宽×高=4 800 mm×2 300 mm×2 100 mm。

2 单轨吊机车选型

通过考察，拟采用捷克生产的DLZ110F-06驱动单轨吊机车，该机车主要设备参数如表1所示。

2.1 牵引力的计算

2.1.1 图像分析方法

对单轨吊柴油机选型的标准曲线数据分析可知，20°的斜直线在22 t（设备20 t，起吊梁与其他设备按照2 t计算）载重轴相交点，引一条垂直线与牵引力轴相交，可以看出此时牵引力大约是107 kN。也就是说，单轨吊机车在20°的坡度，载重20 t时，所需牵引力为107 kN，而DLZ110F-06型6驱柴油单轨吊的最大牵引力为120 kN，因此，完全可以完成运输20 t大件的运输目标。机车在空载时，速度4.9 km/h，在20°坡度的情况下，20 t载重时，机车速度可达1.875 km/h。通过上述选型分析，DLZ110F-06型6驱柴油单轨吊机车可以满足运输要求[3-4]。

表1 DLZ110F-06驱动单轨吊机车主要参数

2.1.2 理论计算法

根据牵引力理论计算，有20°巷道内上行，送最大件（20 000 kg）时需用牵引力：

式中：F1为运送设备所需牵引力，kN；P1为机车质量，取 5 600 kg；P2为制动车质量，取 400 kg；P3为司机体重，取 2×75 kg；P4为 20 t起吊梁质量，取 1 600 kg；P5为最大件质量，取20 000 kg；ω为机车运行阻力系数，取0.02；α为线路最大坡度，取20°。

通过以上计算，矿井单轨吊运输所需最大牵引力98.22 kN，小于单轨吊机车最大牵引力120 kN，理论计算和实验曲线存在一定误差，但所需牵引力都小于额定牵引力。

2.2 机车的防滑计算

DLZ110F-06型6驱柴油单轨吊的保险制动和停车制动装置为失效安全型，当机车出现故障时，制动装置自动抱死。

运送设备大件时下滑力为：

防滑系数K，要求不小于2，按下式计算：

式中：K为防滑系数；FZ为机车制动力，额定180 kN。代入上式计算得K=4.21＞2，满足要求。

2.3 机车重载下坡时的制动减速度和制动距离的核算

经过上述计算，矿井单轨吊重载运输最大荷载为20 t，最大坡度为20°，其加速度和制动距离计算如下：

式中：F0为列车运行阻力，N；FG为惯性力，N；m为总质量，取 27 750 kg；v为速度，取 2.75 m/s；a为制动减速度，m/s2。

因此，单轨吊机车在最大荷载20 000 kg、最大坡度20°、以最大设计速度2.75 m/s向下运行时，制动距离为1.29＜2.75 m/s×6 s=16.5 m，满足要求。

2.4 功率的验算

经过上述计算，DLZ110F-06型6驱柴油单轨吊在矿井最大坡度20°向上运输最大荷载20 000 kg货物时，以最大速度2.75 m/s（1.875 km/h）运行，需最大牵引力为98.22 kN，所需功率为P=Fv=98.22×0.52=51.07＜81（kW），满足要求。

曲线验算法所需功率P=Fv=107×0.52=55.64（kW）。

3 单轨吊对风通系统、通风量的要求

1）对通风系统的要求：单轨吊轨道系统气动道岔供风系统的风压需达到0.4～0.6 MPa，矿井压风系统风压0.6～0.8 MPa，满足设计要求。

2）通风量要求：通风量不小于柴油发动机额定功率的 4 倍，即 81×4=324（m2），6307 轨道顺槽供风量400 m3，满足通风量要求。

4 结论

根据掘综工作面现场生产条件，通过图像分析、理论计算、防滑计算、功率计算等方式进行柴油单轨吊的选型验算，最终确定6307轨道顺槽采用捷克产DLZ110F-06型6驱单轨吊车，它既能满足运输要求，又符合现场通风条件。