齿轨式卡轨车道岔控制系统改造研究

许勤贵

(成庄矿 生产技术科，山西 晋城048021)

0 引言

2012 年初，晋煤集团成庄矿将井下四盘区使用的齿轨道更换改造为卡轨道，使用由德国沙尔夫生产的齿轨式卡轨车运输物料，但在使用过程中发现卡轨道道岔滑移动力不足、钢轨接头处轨缝间隙小，导致道岔不能正常滑移，道岔一旦发生卡滞，便得使用人工撬动，在气缸积水的情况下很难将轨道撬动到指定位置，严重影响齿轨卡轨车的运输效率，为此需进一步进行研究，开发一种适用于齿轨卡轨车、滑动速度快的道岔控制系统，保证齿轨卡轨车能够安全高效运行。

1 齿轨式卡轨车运输系统简介

齿轨式卡轨车运输系统主要由齿轨式卡轨车、轨道和卡轨道道岔三部分组成。

1.1 齿轨式卡轨车

在轨道上运行的车辆，由转向架轮组和平板车体构成。转向架轮组是车辆的承重行走机构，它除了有两对垂直承重行走轮外，还装有两对水平导向滑轮。行走轮在轨道的上端面行走，水平滑轮在槽口内滚动，由此把车轮固定在轨道上，使行走轮不掉道，这种滑轮也称为卡轨轮。齿轨式卡轨车以柴油机为动力进行牵引。突出特点是:载重量大;爬坡能力强;允许在小半径的弯道上行驶，可有效防止车辆掉道和翻车;轨道的特殊结构允许在列车中使用闸轨式安全制动车，可防止列车超速和跑车事故。

1.2 轨道系统

齿轨式卡轨车的轨道用异形轨和槽钢制成，槽钢与轨枕固定在一起形成梯子道，长1 m 或5 m，用快速装置联接，安装在底板上，不铺道渣就组成卡轨车的运行轨道。轨道系统由不同长度和弯度规格的直轨单元、弯轨单元和调节轨道单元组成。根据不同运输区间的地质条件和载重工况配置不同长度的轨道单元，合理分配载荷，可实现垂直方向±4°范围内的调节，充分适应井下巷道底板的起伏，有效避免溜车、侧翻等安全隐患。

1.3 道岔系统

卡轨道道岔主要分为滑移式和Y 形道岔两种。

滑移式道岔主要由固定部分和气动缸或液压缸推动的滑动部分组成，滑动道岔由于滑动部分变轨需要，宽度较大，一般需要道岔硐室宽度在5 m 以上。滑动道岔动力系统分为气动和液压动力两种。

Y 型道岔相对于滑移式道岔，旋转式道岔体积更小，宽度3 000 mm，可有效解决道岔硐室宽度不够的问题，但动力控制系统较为复杂。

2 改造研究内容

晋煤集团成庄矿四盘区齿轨式卡轨车轨道系统共使用了14 副单开道岔和2 副渡线道岔，动力均使用气压驱动，变轨方式均采用滑动方式。

道岔系统由固定部分和滑动部分组成，固定部分与轨道相连并用锚杆固定在底板上，滑动部分由钣金架和固定在钣金架上的弯轨和直轨构成，驱动气缸一端固定在固定部分上，一端与钣金架连接，气缸运动便会推动钣金架及弯轨和直轨滑动到达指定位置，完成变轨。

但道岔在使用过程中发现道岔常常卡滞而无法到达指定位置，严重影响了齿轨式卡轨车的运输效率。

2.1 道岔卡滞原因分析

齿轨式卡轨车道岔主要分为滑移式和旋转式两种，晋煤集团成庄矿使用的道岔为滑移式道岔，具体规格分为单开道岔和渡线道岔两种，两种道岔均由固定部分与滑动部分组成，固定部分直接固定在底板上，滑动部分由固定在钣金架上的弯轨和直轨构成，由气缸推动钣金架滑动完成变轨。根据道岔的结构和工作原理，分析造成道岔卡滞的主要原因有以下两点:

1)钢轨接头处间隙过小。道岔固定部分与滑动部分钢轨接头处设计缝隙1 mm，在安装、使用过程中因现场条件及钢轨头变形等原因，导致缝隙小甚至无缝隙，造成变轨时钢轨互相干涉摩擦，滑动部分无法正常滑动。

2)气压驱动作为驱动方式有诸多不合理之处。气体本身具有可压缩性，气缸内气体在推动活塞做功过程中会被压缩，同时气缸内气体温度会升高，而当变轨完成需要复位时要将气缸内的压缩气体释放出去，这个过程中压缩气体体积膨胀，温度迅速降低，而井下风管内气体潮湿，充到气缸内的气体内包含大量水蒸气，在温度迅速降低的过程中便会在气缸内壁上凝结成小水珠。道岔使用一段时间后，气缸内的积水便会使气缸无法运行到达指定位置，影响道岔系统的正常使用。

气压作为驱动力动力值偏小，移动道岔安装不合理或生锈会使摩擦力增大，造成道岔卡滞。

气缸在推动滑动部分移动过程中会有气体压缩过程，因此道岔变轨速率不均匀，是一个由慢及快的过程，气体压缩会浪费部分时间，造成道岔变轨缓慢。

2.2 解决道岔卡滞问题的措施和方法

2.2.1 加大钢轨接头处缝隙

对道岔本身进行小的改动，用角磨机处理固定部分接头处钢轨和连接法兰，将缝隙大小扩大到5 mm。这种改动不会影响道岔整体尺寸，由于接头处连接法兰有两件，打薄接头处的法兰板也不会影响到道岔本身的强度。

2.2.2 将气动控制改造为液压控制

和气压驱动工作原理相同，液压驱动也是依靠流体介质传递压力推动活塞做功的装置，但液压驱动相对于气压驱动有着明显的优势。

1)液压驱动使用液压油或乳化液作为传递介质，传递介质作为液体，本身具有不可压缩性，传动平稳，在流量一定的情况下传动速率恒定。在停止流入液压油时，活塞位置不会再发生任何变化。而气压驱动在停止充入气体后，气体本身会膨胀，对限位部件形成压力，如果气缸内气压过大，便会破坏机械装置。

2)液压驱动使用液体介质，可传递的压强比气压传动大10 倍左右。

3)对多点驱动的装置，可使用液压泵站统一控制，操作简单方便。

2.2.3 道岔控制系统的设计

1)道岔控制系统的设计原则。尽可能在不改变道岔结构的情况下，加大驱动力。

2)道岔控制系统的设计方案。用同等行程同等直径的油缸代替原有气缸，设计独立的液压泵站。液压泵站设计齿轮泵和手动两套加压系统。在断电情况下仍然可以工作，提高了齿轨式卡轨车运输效率。

3 改造效果

经过一年多的运行，改造后的道岔控制系统避免了轨道卡滞现象时人工变轨，且该控制系统配备有自动和手动两套液压控制装置，停电时也可实现用手动液压装置控制道岔进行滑移，大大节约了劳动力，改善了员工劳动环境，降低了劳动强度，确保了齿轨式卡轨车运输安全。

原有道岔移动动力不足，轨缝间隙过小，极易发生卡滞，一旦道岔卡滞，运输车辆就必须停下等待人工撬动道岔，而人工撬动道岔需要4 人以上工作20 min 才能完成变轨，原有道岔发生卡滞的概率为20%，则卡轨车每次通过16 副道岔至少需等待1 h，两辆卡轨车来回通过需消耗4 h，这样每一班两辆卡轨车运输次数就只有2 次。对道岔控制系统进行改造后，基本杜绝了卡滞现象，每一班两辆卡轨车可运行4 次，使卡轨车运输效率增大了1 倍。

4 结语

齿轨式卡轨车道岔一般采用整体滑移式或整体旋转式改变车辆运行方向，其控制系统多采用气动方式作为动力。随着齿轨式卡轨车的推广应用，轨道系统问题，特别是道岔系统的气动控制不稳定性较为突出。目前，国内使用卡轨车的煤矿企业也都在寻求对轨道系统的改进。

晋煤集团成庄矿通过改造研究对造成卡轨道道岔卡滞的原因进行了综合分析，找到了造成该现象的主要原因，并对解决方案进行了归纳比较，找到了最优方案。根据方案对道岔控制系统进了设计改造，并对设备进行了试验，井下安装运行一年多来该道岔控制系统运行正常，滑移动力大，时间短，性能稳定，操作简单，实现了卡轨道道岔正常滑移，解决了卡轨道道岔滑移不动的问题，大大提高了运输效率，可在齿轨式卡轨车运输系统进行广泛推广应用。