窄轨电机车制动装置的优化

2021-10-15谭国强

机械管理开发 2021年9期

谭国强

（西山煤电东曲矿有限公司，山西古交 030200）

引言

窄轨电机车为煤矿生产的主要运输设备之一，可应用于工作面和地面的运输任务。对于运输设备而言，确保其在紧急工况下平稳、及时地停车极其重要；尤其是对于窄轨电机车而言，由于其载重量大、工况复杂等特点，对其制动系统的可靠性和安全性提出更高的要求。一般的，窄轨电机车制动装置的动力传递途径依靠制动油缸与闸瓦之间的杠杆机构完成，车轮在闸瓦压力作用产生的摩擦力减速并停车[1]。但是，在实际应用中发现窄轨电机车频发溜车、制动距离延长、制动不及时以及闸瓦磨损严重等问题，严重影响窄轨电机车的安全、平稳运行。因此，本文重点对窄轨电机车的制动装置进行优化。

1 窄轨电机车连接方式

一般的，根据窄轨电机车连接装置结构的不同可分为刚性连接和柔性连接两种。其中，刚性连接的主要材料为锰钢板；柔性连接主要采用连接环实现。

根据窄轨电机车运输环节的不同分为自动摘挂钩连接和人工摘挂钩连接。其中，自动摘挂钩连接需要经常牵挂或摘挂的操作才能够完成运输和卸货的任务；人工摘挂钩连接不需要摘或牵挂钩即可实现货物的运输和装卸。

通常情况下，矿车与矿车之间的连接方式也分为刚性连接和柔性连接。其中，刚性连接也采用锰钢材料实现，该种连接方式对应矿车与矿车之间的缓冲间隙为50 mm左右；柔性连接采用三环相扣的链环实现，该种连接方式对应矿车与矿车之间的缓冲间隙为500 mm。

2 窄轨电机车溜车原因

窄轨电机车为当前煤矿生产必不可少的运输设备。近年来，随着煤矿采煤工艺、采煤技术的进步以及工作面自动化水平的提升，窄轨电机车对应的运输任务越来越大[2]。在此背景下，针对窄轨电机车提出了“多拉快跑”的思路。但是，根据《煤炭安全规程》的相关规范要求，窄轨电机车的运行速度不得超过4 m/s，制动距离不得超过40 m。也就是说，对窄轨电机车制动系统的性能提出了更高的要求。

在上述“多拉快跑”的运输需求下，在实际运输中窄轨电机车常出现溜车的现象。经现场调研加总结分析得出导致窄轨电机车溜车的原因，总结如下:

1）制动装置的制动效率低。制动装置制动效率低直接导致闸瓦的制动力减小，从而直接导致电机车、矿车的溜车。

2）制动力矩过大所导致。当制动装置的制动力矩过大时，导致闸瓦与车轮发生抱死，直接表现为车轮在轨道上滑动摩擦。此种情况，不仅加剧了车轮的磨损，更从某种程度上延长了矿车及电机车的制动时间。

3）车轮与轨道之间的摩擦系数减小。电机车与矿车车轮与其轨道之间的摩擦力减小，比如轨道上附着有油污、树叶或湿润时，极易导致车轮与轨道之间发生滑动摩擦，继而演变为溜车[3]。

综合分析，导致窄轨电机车、矿车出现溜车现场的主要原因在于其制动装置的制动力设计不合理。因此，重点从两个方面对窄轨电机车的制动装置进行优化，主要对传统单侧制动装置的结构进行改进，实现对车轮的双侧制动，从而保证整个系统的制动效果。

3 窄轨电机车制动装置的优化

本节重点从结构层面对窄轨电机车的制动装置进行优化。

3.1 窄轨电机车现制动装置分析

现阶段，窄轨电机车制动装置为单侧制动方式，其对应的结构如图1所示。

图1 窄轨电机车单侧制动装置

如图1所示，单侧制动装置对应安装于每个车轮上，对应的每台窄轨电机车安装有4组制动装置。具体工作原理如下：当电机车得到制动命令时，对应的制动缸进气推动活塞杆伸出；与此同时，制动杠杆逆时针旋转带动制动推杆也逆时针旋转。在上述一系列动作下，推动闸瓦与车轮接触，在双方摩擦力的作用下完成减速并停机操作。虽然，单侧制动装置具有结构简单、维修成本较低、便于后期维护等优势[4]，但是单侧制动装置所提供的制动力对车轮为一侧受力极易导致闸瓦磨损，并诱发车轮的轴承发生偏磨的现象。图1所示的窄轨电机车制动参数如表1所示。

表1 优化前单侧制动装置制动参数

3.2 单侧制动装置的优化

综合分析单侧制动装置的制动参数及实际应用中所存在的问题，对单侧制动装置进行优化。优化后的制动装置为双侧制动装置，对应的结构形式见图2。

图2 双侧制动装置结构示意图

优化的双侧制动装置的工作原理如下：当制动装置得到制动命令时，制动气缸进气，与其对应的活塞杆伸出，制动杠杆向右移动，从而实现左侧闸瓦与车轮压紧；与此同时，制动杠杆顺时针旋转对应的制动拉杆向左移动，从而实现右侧闸瓦与车轮压紧。最终实现了左右侧闸瓦均与车轮压紧，实现双侧制动功能，从而解决了单侧制动装置闸瓦磨损严重以及车轮轴承偏磨的问题。优化后双侧制动装置的制动参数如表2所示。