矿井单轨吊车的结构设计及工业性试验

翟 寰

（山西阳煤寺家庄有限责任公司，山西 晋中 045300）

引言

运输为煤矿生产必不可少的生产环节，运输效率和安全性直接决定煤矿的运输能力。煤矿运输包括主运输和辅助运输，其中，主要运输系统包括带式输送机、刮板输送机、提升机等；辅助运输系统包括有单轨吊车、绞车等系统。经统计表明，我国煤矿生产工作面辅助运输系统的效率低且安全性较低[1]。因此，针对传统单轨吊车体积较大且运输量均在20 t以上无法高效适用于煤矿的辅助运输，设计了一款轻便、简单的单轨吊车，并着重对该吊车的结构进行设计和工业性试验研究。

1 单轨吊车的整体设计

结合煤矿实际运输需求，本文拟设计一款运输量为5 t，且运输对象为松散物料、设备以及相关支护物料及设备等，类别为轻载小型单轨吊车，其主要性能指标如表1 所示：

表1 单轨吊车关键性能指标

本文所设计的轻载单轨吊车借鉴综采工作面的传统重载单轨吊车和DDD8J 单轨吊车完成。在设计中轻载单轨吊车的元器件选型必须满足综采工作面底鼓、巷道地质条件复杂以及空气质量不佳的运行环境，其对应的液压系统包括有运输主回路和安全辅助回路[2]。

1.1 单轨吊车液压系统的总体设计

轻载单轨吊车液压系统的总体设计方案如下：

1）选用泵控马达系统实现对单轨吊车的行走及速度的调整控制，其泵的类型为双联齿轮泵，对应的电机类型为防爆电机；

2）选用电磁阀实现对液压系统中各个控制油路的切换，以满足夹紧回路和制动回路的控制要求；

3）选用溢流阀对双联齿轮泵的出口压力进行保护，采用平衡阀保证单轨吊车可停在任意位置；

4）除此之外，为液压系统配置过滤器、各种密封器件、蓄能器等辅助元器件。

1.2 单轨吊车机械结构的总体设计

为便于单轨吊车的安装以及后期的维修，单轨吊车的机械结构采用模块化设计理念。基于传统单轨吊车的设计基础，将轻载单轨吊车的整体结构分为液压站总成、驱动部件、承载结构、连杆等。结合单轨吊车的运输功能，轻载单轨吊车从功能层面可分为行走分系统、制动分系统以及夹紧分系统[3]。为保证上述三个分系统功能的实现，为轻载单轨吊车配置的驱动系统中需为机架搭配合适的机架、驱动轮、制动轮以及制动装置等。

2 单轨吊车液压系统的设计

本节将从运输主回路和运输辅助回路两个层面完成对单轨吊车液压系统的设计。

2.1 运输主回路液压系统的设计

运输主回路的主要功能是实现单轨吊车行走、夹紧等功能，其是保证设备整体稳定运行的基础。运输主回路对应的液压系统原理如下页图1 所示。

图1 运输主回路液压系统原理图

结合表1 中单轨吊车的工况，完成关键元器件的选型结果：

1）为运输主回路配置的防爆驱动电机型号为YBK2-132M-4，该型电机对应的最大功率为7.5 kW，对应的最大转速为1 450 r/min；

2）为运输主回路配置驱动马达的类别为低转速大扭矩液压马达，该马达的最大系统压力为40 MPa，最大排量为470 ml/r，最大输出转矩为3 030 Nm；

3）为运输主回路配置液压马达的类别双联齿轮泵，具体型号为CBWL-E310-E306，对应的最大额定压力为20 MPa，最大流量为10 ml/r；

4）所配置液压油缸的内径为50 mm，油缸外径为63 mm，缸内活塞直径为36 mm。

2.2 运输辅助回路的设计

运输辅助回路的主要任务是保证单轨吊车的安全运行，主要为制动回路，该回路对应的液压原理如图2 所示：

图2 制动回路液压原理图

为保证制动回路的有效性，针对制动回路关键液压元器件的选型如下：

1）制动回路中所配置的制动弹簧的直径为30mm，弹簧节距为62.2 mm，弹簧总圈数为10；

2）制动回路中所配置制动油缸的内径为80 mm，油缸外径为100 mm，对应活塞缸的直径为45 mm。

3 单轨吊车的结构设计

结合传统重载单轨吊车的结构及DDD8J 隔爆型单轨吊车的结构，从结构组成单轨吊车主要包括有液压站总成、驱动部件、承载小车、拉杆、导轨等，本文对关键的液压总成和驱动部件进行设计。

3.1 液压总成的结构设计

单轨吊车液压总成的总体结构如图3 所示：

图3 液压总成总体结构三维图

3.2 驱动部件的设计

单轨吊车驱动部件主要包括有机架、驱动轮、制动装置等。其对应的整体结构如图4 所示：

图4 驱动部件总体结构三维图

4 单轨吊车的工业性试验

为验证本文所设计的轻载单轨吊车的具体性能，在完成设计后对成品进行地面场内试验和综采工作面的试验。试验结果具体阐述如下：

4.1 地面场内试验

场内实验的主要内容是对单轨吊车的开机、行进、起吊等操作过程进行试验[4]，并得出如下结论：

1）在开机运行阶段，设备并未出现液压油渗透、控制电缆破损的情况；

2）通过对操作手柄的位置进行控制，可实现设备在对应工况下的运行，且响应较快；

3）通过操作货物的起吊，可保证货物到达一定高度后并将其运送至指定位置。

4.2 综采工作面试验

结合场内试验的基础，将所设计的单轨吊车运送至综采工作面并参与至实际生产中，得出如下结论：

在实际应用中只需要一名工作人员即可操作设备完成各种工况的运行，而且在实际应用中设备能够完全适应恶劣环境状态下的运行，对应的故障率较低[5]。总体来讲，所设计的单轨吊车可完成综采工作面的运输任务，降低工作面作业人员的劳动强度，提高了运输效率。

5 结语

单轨吊车作为综采工作面的辅助运输设备之一，其运输效率和安全性直接决定工作面的运输能力。本文所设计的单轨吊车在实际应用中不仅可大幅度提升工作面的运输效率，降低工作面运输的危险系数，还可大幅度降低工作面作业人员的劳动强度，对提升整个工作面的运输能力，甚至提升煤矿的生产能力具有重要意义。