孟家窑副斜井异形轨卡轨车选型

史安忠 刘彦波

摘要：根据孟家窑副斜井运输能力的要求选择了石家庄煤矿机械有限责任公司生产的KSD140J异形轨卡轨车，根据运输要求对该卡轨车进行了选型计算。介绍了该卡轨车的组成及在矿实际运行情况。为其他煤矿选择异形轨卡轨车提供了参考依据。

关键词：孟家窑副斜井异型轨 卡轨车 石煤机公司

1.孟家窑副斜井运输能力基本要求

孟家窑副斜井总运距约为1500m,最大坡度为15°，斜坡长度1258米，井口平段100米，井下平段142米，要求最大单件净重不超过28吨，最大班运输量不超过73车。

2.设备选型

鉴于巷道坡度较大、斜巷距离长，且沿途需要道岔转载的实际情况，通过对国内煤矿辅助运输设备的调研，我们认为石家庄煤矿机械有限责任公司生产的KSD140J绳牵引异形轨卡轨车能够满足生产运输需求。该套设备配套轨道选用本质安全型SMJ160异形轨，轨道型式为梯子轨，铺设简单。配套车辆能够在运输车辆超速情况下自动制动在轨道上，且具备不翻车、不掉道等安全运行的特点。

KSD140J卡轨车的技术参数

最大牵引力140 kN

牵引速度 0～2.8 m/s

工作制动闸制动力≥210 kN

安全制动闸制动力≥210 kN

爬坡能力≤ 25 °

运输距离 1500 m

轨道型式 (外卡) SM160 异形轨

轨距900 mm

垂直拐弯半径≥15000 mm

水平转弯半径≥ 6000 mm

牵引钢丝绳直径 28 mm

主绳轮直径 1900 mm

付绳轮直径 1640 mm

牵引制动车制动力≥165 kN

安全制动车制动力≥165 kN

主电机参数：(防爆ExdⅠ)

功率355 kW

电压 380/660 V

频控制器参数：(防爆ExdⅠ)

功率 ≥455 kW

电压 660 V

塔式紧绳器（紧绳量） ≤ 8 m

3.选型计算

3.1卡轨车钢丝绳运行阻力计算：

钢丝绳选用英国布顿钢绳集团Dyform 6Rx19S-1770

设钢丝绳运行阻力为：f

钢丝绳直径d=φ28mm时，每米钢丝绳重量q=3.15kg/m

g:重力加速度，取g=9.8m/s2

因为，在每一坡道上同时存在两根运行方向相反的钢丝绳，两侧钢丝绳重力下滑力相互抵消，所以卡轨车沿途仅有运行阻力的影响。

设：卡轨车的牵引钢丝绳完全被托滚托起来，钢丝绳运行阻力系数一般取ω1=0.15；

根据：f1=2×L×q×g×ω1×cosβ÷1000(kN)

=2×1258×3.15×9.8×0.15×cos15°÷1000=11.15(kN)

f2=2×L×q×g×ω1×cosβ÷1000(kN)

=2×100×3.15×9.8×0.15×cos0°÷1000=0.92(kN)

f3=2×L×q×g×ω1×cosβ÷1000(kN)

=2×142×3.15×9.8×0.15×cos0°÷1000=1.3(kN)

因此f=11.15+0.92+1.3=13.37kN

结论：钢丝绳运行阻力約为13.37kN

3.2系统最大载重量计算：

车辆的重量为：牵引制动车3.5t、专用载重车3t、制动车1.9t，卡轨车运行最大坡度为β=15°

系统牵引力为140kN，系统最大载重量为W（t），

由公式：F=W×g×（sinβ+ω2×cosβ）+f

W =( F –f)/ [g×（sinβ+ω2×cosβ）]

=（140-13.37）/[9.8×（sin15°+0.03×cos15°）=44.9t

其中，ω2为卡轨车承载车运行阻力系数，取ω2=0.03，g取9.8m/s2

净载荷为：44.99-3.5-3-1.9=36.59t

3.3钢丝绳安全系数校验

运物时钢丝绳安全系数校验

要求最大牵引净载重量为：28t，绞车总牵引力为：28+3.5+3+1.9=35.9t。

由F牵=W×g×（sinβ+ω2×cosβ）+f计算得出F牵=114.6kN

英国布顿钢绳集团Dyform 6Rx19S-1770最大破断力为1.214×508 kN，系统最大牵引力为F牵=114.6kN，进绳侧为最大受力点设为：Fa；出绳侧受力设为Fb；μ取0.2。

由欧拉公式和绞车结构可知Fa=Fb×eμ4π=F牵+ Fb

则：Fb= F牵÷（eμ4π-1）= F牵÷11.365=10.08 kN

Fa= F牵+ Fb=114.6+10.08=124.68 kN

进口钢丝绳安全系数为：1.214×508÷124.68=4.95＞3.5

结论：所选钢丝绳满足该工况安全系数。

3.4提升能力计算

要求最大班作业运送车辆数量为：73辆车，设每辆车满载均重为3吨，运输总距离为1500米，卡轨车运行速度按2.2m/s计算

1500÷2.2=682s，往返一趟总共1364s，即23分钟，摘挂钩时间按5分钟计，则：运送一趟共计需要28分钟，每班作业时间为6小时，则每班最多运送12趟。

每趟最大运送重量为28+3=31t，则每趟最多运送31÷3=10.3即10辆车。则6小时最大运送量为10×12=120辆＞73辆，满足最大班提升能力要求。

4.卡轨车的组成

4.1牵引绞车

减速器选用SEW减速器；制动器选用焦作制动器厂生产的YWZ9系列的制动器，制动力矩可调至牵引力3倍要求；联轴器选用梅花形弹性联轴器和美国乐兆蛇形簧联轴器(冷装型)蛇形簧联轴器；电动机为变频电机；驱动轮衬使用德国进口材料K25制作；在驱动轮轮缘上配备了两对末级制动装置；紧急制动闸为失效安全型。

4.2塔式紧绳器

在卡轨车运行到变坡段时，随着绞车紧绳边与松绳边的转换，紧绳器也自动转换。因而无论是在上坡运行还是下坡运行都可以张紧松边钢丝绳。

4.3 液压泵站

安全制动闸泵站是为牵引绞车的安全制动闸提供松闸动力。

4.4 电控系统

包括变频调速柜、操纵台、检测装置、跟车司机遥控信号发射机等，电控系统应符合煤矿井下的防爆和使用要求，喇叭嘴配挡圈和挡板。

(1)变频器采用隔爆兼本安四象限变频器：

输出频率：0.5～50Hz连续可调，为恒转矩；50～65Hz为恒功率调节；

自动换向变频技术，四象限运行，当电动机减速制动时，从逆变器返回的再生功率使变频器控制装置内直流母线电压升高，变频控制装置内控制芯片发出指令，使输入电流相位与电源电压相位相反将电动机再生能量反馈到电网，实现电动机的能量再生制动；

控制方式采用无速度传感器矢量控制方式，将直流控制中的双闭环（速度环、电流环）调节控制通过一系列矢量变换后用于交流三相电机的控制，使交流三相异步电机的调速性能可以和直流电机一样好，其调速精度高，性能好。

变频器机芯采用ABB产品，冷却方式为风冷。变频器腔体内部设127V电加热装置，防止由于停机时间过长而造成电气元件受潮。

(2)电控系统设置有操作台并有卡轨车运行时的电流、电压、速度、运行里程、累计运行里程、电气故障显示等参数的显示，方便操作人员监控。

(3)电控系统有过卷保护，超速、欠速保护，跟车司机遥控停车后不发出开车信号绞车装置就不能起动，设置钢丝绳打滑保护，变频器应有过压、过流、欠压、过热保护。

(4)配备泄露通讯装置，便于跟车司机在卡轨车运行途中可发出减速、停车、开车等信号并可遥控停车，但不能遥控开车，同时具备与绞车司机对话功能。配备手持发射机、泄露通讯电缆及通讯电话。

(5)在卡轨车轨道系统的始端和终端应各设置越位保护装置，确保卡轨车运行车辆不出轨。

(6)卡轨车运行速度操作系统应满足既可手动控制又可自动控制卡轨车运行速度的要求。

(7)卡轨车进出各转载点和特殊区段能实现自动限速运行控制，在卡轨车的起点、终点以及两处中间站应设置里程(行程)自动校正装置，确保显示卡轨车实际运行位置地准确。校正传感器采用防爆磁性接近开关（磁钢+接近开关）。

(8)电控系统设有以太网接口，方便调度室观察卡轨车的运行状态。同时，要留下与信集闭系统、沿线急停装置的接口。

（9）操作台上设有数字转速表、数字电流表、数字电压表，用以显示卡轨车转速，电机电流和电源电压。

（10）PLC输入输出各留有10%备用点。

（11）操作台上留有一定数量的备用按钮和指示灯。

（12）所有柜内电气元件和电缆必须做出不易擦除的标记，并与原理图相符。

（13）各按钮、指示灯、仪表、柜体的铭牌必须清楚且不易擦除。

（14）急停按钮、停止按钮和指示灯用红色，启动按钮和指示灯用绿色、复位按钮用黄色，其它操作按钮用黑色。

（15）变频器要求选用ABB四象限变频器，重载455KW运行。

（16）卡轨车可实现分段连续调速。

（17）操作台上设有自动/手动/点动档转换开关，可实现自动、手动、点动选择，自动档时能自动运行，到指定转载位置时自动减速停车；手动档时自动运行，到指定转载位置时手动减速停车；点动档时点动运行，松开停止。

（18）操作台上设有触摸显示屏，可动态模拟显示卡轨车位置；显示当前卡轨车运行参数；显示卡轨车故障和故障性质以及故障的可能原因分析。

（19）紧急制动闸只在紧急制动时抱闸，正常状态下紧急制动闸松开；工作制动闸在电机运行时松开，电机停止时抱閘。沿线设有卡轨车距离校正点，用以校正卡轨车实际距离。

（20）泄漏通信系统与卡轨车系统相关联，可紧急停止卡轨车系统运行。

（21）电气系统应有减速机温度保护、钢丝绳涨力检测保护。

（22）在高速轴与低速轴均设有编码器，当卡轨车速度超过每档最大允许速度10%或卡轨车速度超过最大允许速度15%时，实现安全制动；并实现高速轴编码器与低速轴编码器相互监测。

4.5 绞车房控制钢丝绳走向轮组

根据实际情况布置轮组，用于规范牵引绞车和液压紧绳器之间的钢丝绳走向。

4.6 轨道系统

轨道系统包括：导向滑轮和联结板、阻车器、开始轨、4米直轨、1米直轨、辅线弯轨、道岔、过渡轨、终端轨、回绳站、托绳轮和压绳轮等。

轨道：规格为SM160型异形轨。

导向滑轮和联结板：钢丝绳正确导入轨道时使用的钢丝绳导向装置，导向滑轮和联结板配套使用，一般2组为1套。

阻车器：用于轨道系统的端头，防止卡轨车运行车辆出轨。一般在轨道系统两端各布置一组。

开始轨：布置在轨道系统的起始位置，开始轨上设置有导向滑轮和联结板以及阻车器的安装位置。

4米直轨：4米直轨是轨道系统中使用最多的轨道，一般情况为4米长，普通直轨上设置有托绳轮和压绳轮的安装位置。

辅线弯轨：将异形轨辅线转角至与普轨轨道平行。

道岔：为卡轨车列车编组方便设置，通常卡轨车道岔只能向一侧开。

过渡轨：一种用于与井下现有普通轨的过渡连接。另外一种用于异形轨系统的道岔与轨道间的连接。

终端轨：用于轨道末端安装阻车器和导绳轮。

回绳站：回绳站长度越长则吸收卡轨车系统钢丝绳永久变形的能力越大。回绳站设置为12米长，可吸收16米长钢丝绳永久变形量。

4.7 制动牵引车

牵引制动车设置跟车司机室；设储绳筒，存储连接车辆的保险绳，储绳量70m；设置工具箱，存放工具。牵引制动车设置制动装置，制动力不小于165kN；牵引制动车设置手动释放及超速自动释放两种制动方式。牵引制动车的牵引高度满足矿车及支架专用平板车的牵引要求。

4.8 钢丝绳

钢丝绳选用英国布顿钢绳集团生产的6R×19S-1770+FC -28 -1770，钢丝绳长度为3200米。安全系数满足有关标准要求。

5.实际运行情况

自2013年7月安装调试完成运行至今，该套卡轨车系统在相对恶劣的巷道条件下安全可靠的完成了矿井改造初期所需液压支架及材料运输。安全性能及运输效率得到了较好的体现。

6.结束语

该套异形轨卡轨车是石煤机公司专门为孟家窑副斜井定制的最大规格型号的设备，前期运行情况说明其满足了孟家窑副斜井生产实际需要，运行稳定可靠，证明了初期选型计算的正确，为其它煤矿异形轨卡轨车选型提供了计算依据。