卡轨车轨道制动方案设计及试验研究

张俊杰

（霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿机电科， 山西 吕梁 033200）

引言

煤矿辅助运输系统为综采工作面的重要组成部分，在当前综采技术高速发展的同时，工作面生产能力明显增加，从而对煤矿辅助运输系统提出了更高的要求。目前，煤矿综采工作面辅助运输系统受到坡度过大等地质条件制约，卡轨车辅助系统运输效率低、缺乏安全有效的制动系统，导致短绳跑车事故的发生、工作面和运输巷所铺设的轨道型号不一致等，从而使得运输不连续[1]。为解决上述问题，本文设计出一种可适用于重载长距离且大角度的卡轨式运输系统，并对其运输方案进行设计，最后对其应用效果进行试验分析。

1 免换装绳卡轨式运输系统总体设计

免换装绳卡轨式运输系统的基本组成如图1所示。

由图1 可知，免换装绳卡轨式运输系统主要包括塔式紧绳器、牵引绞车房、轨道系统以及回绳站。该卡轨式运输系统主要承担着液压支架以及相关材料等的由井下至地面的运输任务。牵引绞车房由电机、减速器、液压泵站、制动器等组成。轨道系统主要由轮座、专用轨枕、压绳轮组和托绳轮组组成，结合煤矿其他工作面及巷道轨道情况，选用38 kg/m 的普通轨道，且两条平行轨道的间距为900 mm。回绳站的主要功能为将卡轨式运输系统的钢丝绳预拉紧，避免松边的钢丝绳拖地。塔式紧绳器的主要功能是对弹性变形的钢丝绳进行吸收，以保证运输系统的钢丝绳具有足够的张紧力[2]。

图1 免换装绳卡轨车运输系统组成

卡轨式运输系统除了常规的牵引功能外，还需具备高效且安全的制动系统和张紧系统。这里重点对免换装绳卡轨式运输系统的制动方案进行设计。

2 卡轨式运输制动系统的设计

2.1 卡轨式运输制动方案的设计

本文所设计的卡轨式运输系统采用普通轨道，其在实际制动过程中，由于夹轨式制动闸的布置比较困难，导致其产生的制动力矩较小。因此，需重新设计制动方案，以保证运输系统制动的安全性。结合《煤矿安全规程》的相关规定，要求卡轨式运输制动系统满足如下要求：制动系统所提供的制动力为额定牵引力的1.5 倍左右；当系统的运行速度超过额定速度15%时，系统会自动启动制动系统；系统从响应到制动的实施时间间隔小于0.7 s。系统的制动减速度小于5 m/s2。

与此同时，为保证制动系统能够实现及时抓捕并防止跑车事故的发生，设计如下制动方案：

1）在卡轨式运输系统的高速轴上安装电力液压推杆制动器，为整个系统的制动提供足够的力矩。

2）在主钢丝绳的边缘位置安装紧急制动闸，进一步提升卡轨式运输绞车系统制动的安全性和可靠性。

3）在卡轨式运输牵引分系统加装相应的限速制动装置。该装置的主要功能为当运输系统的速度超过限值时，在限速制动装置的作用下拉动挂钩，使得制动叉落下，在制动叉与轨枕相互接触的作用下实现车辆的紧急制动。

2.2 卡轨式运输制动系统关键部件的选型设计

在卡轨式运输制动方案的总体设计中涉及的系统关键部件包括电力液压推杆制动器、紧急制动闸以及限速制动装置。接下来重点对上述关键部件进行选型设计。

2.2.1 电力液压推杆制动器

电力液压推杆制动器在实际应用中位于运输系统牵引绞车房中减速器和电动机的中间位置。根据《煤矿安全规程》规定，要求电力液压推杆制动器所提供的制动力不得小于其额定牵引力的1.5 倍左右。本工程中，牵引绞车房所提供的最大牵引力为110 kN，则对应的电力液压推杆制动装置所提供的最小制动力为110 kN×1.5=165 kN。

根据当前该煤矿其他工作面所选择的电力液压推杆制动器类型，最终将本工程所选型电力液压推杆制动器的具体型号确定为YWZ9-630/201，该型制动器的主要参数如表1 所示。

表1 YWZ9-630/201 电力液压推杆制动器参数

2.2.2 紧急制动闸

紧急制动闸的主要功能是进一步提升制动系统的可靠性，一般在电力液压推杆制动器无法正常工作时启动。通常情况下，工程中常选用的紧急制动闸以盘式制动闸为主。由于本工程中涉及的牵引绞车所提供的额定牵引力为110 kN，默认其所需的紧急制动力为110 kN。

以紧急制动力为主要考核指标，结合市面的紧急制动闸型号及参数，最终确定本工程中的紧急制动闸的型号为A140，其所能提供的最大制动力为140 kN[3]。

2.2.3 限速制动装置

限速制动装置安装于系统牵引车的前转向架的位置，其核心功能为当系统运行速度超过设定的速度时将进行自动制动。限速制动装置的结构如图2所示。

图2 限速制动装置结构形式

3 卡轨车轨道制动系统的试验研究

为充分评估卡轨车轨道制动系统的应用效果，重点对限速制动装置的限速试验、制动装置从响应到动作时的空动时间以及实际制动距离和制动减速度进行综合评估。为此，在合理制动装置试验方案的基础上开展上述项目的试验，试验结果如下：

1）卡轨车运输系统在空载和额定载荷下均可正常运行，整个过程钢丝绳运行平稳且压绳装置可靠性极高；

2）卡轨车在重载运行工况下运行通畅且并未有卡阻现象发生，钢丝绳未出现松懈的情况；

3）整个卡轨车运行系统所能提供的额定牵引力为113 kN，满足其实际运输中所需的110 kN；电力液压推杆制动器可提供的最大制动力为168 kN，满足《煤矿安全规程》规定的制动力为额定牵引力1.5 倍的要求。整个卡轨车制动系统的试验结果如表2 所示。

表2 卡轨车制动系统试验结果与理想值对比

由表2 可知，理想值中的空动时间、减速度、制动距离等均在《煤矿安全规程》所规定的限值范围内。本文所设计的卡轨车制动性能均满足《煤矿安全规程》所规定的限值要求[4]。

4 结论

卡轨车轨道运输为煤矿综采工作面的辅助运输方式之一，为进一步提升制动系统的可靠性，结合《煤矿安全规程》的相关规定，在设计合理制动方案的基础上完成电力液压推杆制动器、紧急制动闸以及限速制动装置的选型设计，在普通运输及制动性能方面得出的结论如下：

1）卡轨车在空载、额定载荷和重载情况下均可无卡阻、通畅地运行；

2）本文所设计的卡轨车制动性能均满足《煤矿安全规程》所规定的限值要求。