无极绳车列运输防冲击掉道装备的研究

摘要： 无极绳连续牵引车系统是一种较为先进的起伏巷辅助运输装备，但在起伏巷长车列运行时存在冲击掉道情况，且原有各种装备均无法完全解决该问题。针对该问题，我们设计开发出辅助牵引车，其采用液压夹紧、整体式夹绳牵引板，从而有效解决了起伏巷长车列运行时的冲击掉道问题，并且运行时与现有无极绳系统各部件不冲突。

关键词： 辅助牵引；冲击掉道；无极绳长车列运输

引言

无极绳连续牵引车系统（示意图见图1）在中国煤矿采区是一种新型的主要辅助运输方式之一，自研发成功以来，因其具有在起伏巷实现长运距不经转载直达运输的优点，特别是近年来，无极绳连续牵引车电控保护系统的陆续开发和应用，使其较于其他辅助运输方式-特别是传统的小绞车接力运输，具有工矿适应能力强、运输效率高、安全性高、省人力等优点，以致近十年来在全国范围内的各大矿务局得到了迅速的推广和应用。

1牵引绞车2张紧装置3梭车4压绳轮组5托绳轮组6尾轮7楔块

图1 无极绳连续牵引车示意图

无极绳连续牵引车系统虽然较大幅地提高了采区，特别是顺槽辅助运输的现代化水平，但在应用过程中仍存在以下两大问题急需解决：

1.在起伏巷中多车列或者长件车运输过程中的冲击掉道问题；

2.在无极绳运输线路中甩岔问题。

在本文中，着重谈一谈无极绳连续牵引车在采区起伏巷中，如何解决多车列运输或者长件车运输过程中出现的如上两个问题。

在国内矿井辅助运输中，矿车之间的连接多采用三环链结构， 当材料车在运输长于车身的材料时，三环链结构的长度就不够连接两个相邻的车厢，所以多采用钢丝绳扣连接前后车厢，即软连接，所以这种情况下，在起伏巷中采用无极绳运输多车列时，当梭车牵引车上坡转为下坡时，由于梭车牵引的矿车（长件材料车）在自重及三环链（钢丝绳扣）连接余量容易使上位车列在重力作用下，向前加速，冲击下位车列，从而出现掉道现象（见图2）。这种情况严重影响了现代化矿井的辅助运输效率，甚至存在一定的安全隐患。为了应对这一问题，无极绳生产厂家及一些煤矿辅助运输区队也琢磨出了一些应对措施，总结有以下几点：

2.1.在一些工况较好（垂直、水平弯道半径较大，边坡点数量少）的巷道采用硬连杆连接，主要在进行长件材料车运输时使用。

存在缺点：局限性大，对工矿要求较高且不适合进行多节矿车车列的运输。

2.2.在车列尾部碰头处通过一段钢丝绳和钢丝绳绳卡与系统牵引钢丝绳连接，进行多节矿车运输。但由于钢丝绳绳卡不能通过压绳轮组，所以这种方式只能在一些不压主绳的矿区（如淮北、阳泉等）使用。

存在缺点：拔钩效率低，系统主绳飘在空中，存在安全隐患。

2.3.使用尾车作为整个运输车列的末节车，通过尾车自身具备的夹绳功能与系统主牵引钢丝绳连接，同时又能够通过系统中的压绳轮组。

存在缺点：夹绳能力小、损伤系统钢丝绳、调度困难等。

为了解决无极绳连续牵引车在起伏巷中进行多车列或者长料车的运输，我公司着重沿在上述第3点方向进行深入研究，即开发出一种新型尾车并起名为辅助牵引车，它具有夹绳辅助牵引力大、夹放钢丝绳后不损伤钢丝绳、方便调度等优点。下面将围绕上述三点重点展开设计。

2.4.夹绳装置采用液压油缸夹紧

参照传统尾车模型，为了实现上述三个目标，首先，考虑采用液压来提供夹紧绳的正压力，其正压力远远大于传统尾车采用人工旋转丝杆所提供的正压力。液压系统参数计算如下：

2.4.1.要确定钢丝绳夹紧装置中夹紧油缸的推力，首先需要确定整个辅助牵引车的辅助牵引力：

一般辅助牵引车在无极绳连续牵引车系统中运行状态为：在车列最大坡度下坡时位于车列运行方向的后侧，只有在相对坡度较小时才起牵引车列作用，所以可模拟工况为：

巷道长度1500米；牵引运行最大坡度12°（并非系统中最大坡度）；车列重量为8吨（材料车或矿车重量1.5吨，共5节）

以上模拟工况的牵引力计算为3.94吨。（参照图2）

辅助牵引力最终确定为4吨

参照图3，辅助牵引力即夹绳牵引板夹紧钢丝绳后的水平方向摩擦力 ：f = 2μF 摩擦系数μ取0.14

正压力即油缸推力F = 14.28吨 确定油缸参数为：油缸活塞杆直径为φ60mm，活塞直径为φ165mm，工作压力8Mpa，工作压力下油缸推力为14.8吨。

2.4.3.液压系统设计

液压控制系统组件包含：双作用液压油缸、控制阀组（手动换向阀、液控单向阀及阀板）、手动泵、系统压力表、液压油箱、连接胶管等附件。具体液压原理图见图4。

双作用油缸为夹绳牵引板组件提供额定的夹紧力；压力表显示系统运行时的额定压力；系统动力源来自与手动液压泵；控制阀组中的手动换向阀能够切换油缸的进油方向从而实现夹绳牵引板的上下动作；液控单向保证了系统在工作区间内运行时的保压能力。

2.5.专用夹绳装置（夹绳牵引板）设计

专用夹绳装置即夹绳牵引板在工作时必须具备两项基本功能：

2.5.1.在区间运行时频繁撞击主压绳轮。以往设计的尾车同样需要在运行时频繁撞击主压绳轮组，但由于自身刚性不足，经常在运行一段时间后就出现撞块或丝杠变形导致整车夹绳功能失效，所以在辅助牵引车设计时我们将夹绳牵引板设计为整体机构且通过螺栓固定于车架上，以保证其在通过主压绳轮时保持自身的刚性。

2.5.2.要保证直径为φ24mm的系统钢丝绳在被加紧释放后对其不造成损伤，在夹绳牵引板内部的夹绳槽必须满足曲率半径足够大。我们参照无极绳系统的回绳尾轮直径确定其直径为φ300mm，从而保证钢丝绳在夹紧后不产生塑性变形。

2.6.整车调度要灵活、方便

要保证整车调度灵活、方便，整车长度及轴距必须在原有尾车基础上缩短，确定其轴距为650mm，远远比普通梭车的900mm轴距短，且车辆长度也由原来的2270mm缩减至1500mm。

缩短后的轴距及车长在小转弯半径的道岔倒车调度时优势尤为明显，同时也可以通过配重块增加其自重。整车外形见图6。

辅助牵引车设计完成后，首台套样机在车间试验时，在额定工作压力8Mpa时，测试辅助牵引力为5吨。在系统压力为10Mpa时，测试辅助牵引力为7吨，大于设计额定牵引力，达到设计需求。

结语：

辅助牵引首批投产后，在铁法煤业集团大兴煤矿进行了工业性试验，在牵引10节材料车运行8°坡下坡行驶时，无车辆冲击掉道现象，且通过沿途道岔、压绳轮组等时均无异常。因其操作方便、省力可靠，得到了客户的一致认可，目前，辅助牵引车已批量生产。

参考文献：

[1]成大先主编，机械设计手册（第五版），化学工业出版社，2009年1月北京第五版第29次印刷.

[2]马永林主编，机构与机械零件（第二版） 高等教育出版社，1991年2月第二次印刷.

[3]徐克家编写，工程力学（第二版），中国劳动出版社，1993年3月北京第16次印刷.

作者简介：

史发慧（1984-，男，江苏南通人，本科，助理工程师，主要从事煤矿辅助运输设计

魏鸿文（1986-，男，福建南平人，本科，助理工程师，主要从事煤矿辅助运输设计；

胡志华（1982-，女，山东菏泽人，本科，助理工程师，主要从事煤矿辅助运输设计；

王树超（1982-，男，山东威海人，本科，助理工程师，主要从事煤矿辅助运输设计；