矿用低污染电控柴油单轨吊研制开发

李丽绒(山西焦煤集团有限责任公司，山西 太原 030024)

目前，煤矿井下采煤和掘进已经实现机械化，正向自动化、智能化方向发展，而煤矿辅助运输设备成为现代化矿井的一个薄弱环节，除少数矿井采用单轨吊和无轨胶轮车新型辅助运输设备外，大部分矿井依然采用小绞车或无极绳绞车分段运输，运输效率低，存在掉道、断绳、跑车等安全隐患。虽然新型辅助运输设备效率高，能实现不转载连续运输，但柴油单轨吊均为进口产品，设备贵、配件价格高，增加吨煤成本；原有的国产无轨胶轮车排放标准低，尾气污染严重，油耗高，可靠性、智能化水平较低，影响推广应用。因此，研发高效、低污染防爆柴油机及矿用低污染电控柴油单轨吊就成为解决问题的关键。

1 原因分析

随着人们环保意识的提高，地面车辆用柴油机已达到国Ⅳ，甚至国Ⅴ的技术标准，但非道路和煤矿井下工程机械用柴油机排放标准依然较低，另一方面需要对其进行技术研发，逐步提升矿用防爆柴油机技术标准。

车辆用柴油发动机转速高，基本采用涡轮增压、空空中冷、电控单体泵或电控共轨及后处理技术；非道路工程机械用柴油机，转速低，电控技术正在逐步开发应用；而煤矿井下工程机械用柴油机由于涉及防爆及特殊环境问题，技术难度更大，其数量远不及非道路车辆多。国内一些生产煤矿井下用防爆柴油机的企业，均是在普通机械柴油泵的基础上进行简单的进、排气系统防爆技术改造，技术落后，油耗高，排放标准低。

2 技术改进

根据欧洲经验，柴油机单轨吊能解决整个矿井的所有辅助运输问题，是最有发展前途的现代化有轨辅助运输设备。柴油机单轨吊是机电液一体化高新技术产品，主要包括防爆柴油发动机动力系统、静液压闭式传动系统、制动系统、夹紧系统、起动系统、散热冷却系统、柴油机监督保护及整车操作控制等系统。由司机室、驱动部、主机、辅机、拉杆等结构部件组成。整车配置图见图1.

图1 整车配置示意图

1) 司机室采用流线型线条，简洁明快，空间宽敞，钢管骨架结构，安全可靠。司机室操作根据人体工程学设计有带扶手的操作手柄，操作方便。采用先进的彩色液晶屏仪表盘显示模式，机车运行参数可见。设有紧急故障停车按钮，一键停车，保障安全。

2) 驱动部采用摩擦轮与齿轮混合驱动形式，摩擦轮直驱模式保证负载小时需要的运行速度，混驱模式保证负载大时需要的驱动力。两种模式切换简单，只要在司机室按下切换按钮，就能相互切换。

3) 主机部分为动力核心部分，采用自主研发的电喷防爆柴油机作为单轨吊的动力，电喷防爆柴油机采用ECU控制和保护，不仅能够根据进气量精确控制喷油，保证低油耗高排放，而且能够实时保护监测发动机数据，并通过CAN通讯传输给显示仪表。ECU保护系统会自动根据报警及保护级别声文报警，不仅能够在显示屏上滚动播放文字，而且会发出声音报警，提醒驾驶员机车运行异常情况，双重提醒安全可靠。

4) 辅机为整车的辅助单元部分，主要用于液压系统的散热及其液压蓄能。本机运用紫铜管片式散热器，不仅体积小，而且散热效率高。

5) 拉杆为整车的连接部件，本机采用万向节式拉杆结构，不仅能够达到强度使用要求，而且能够保证水平垂直自由拐弯。机车通过性高，方便使用。

3 技术性能和特点

1) 设计齿轮驱动部及带齿条的轨道，在大坡度路段或水汽大易打滑的局部安装使用，以增大单轨吊的爬坡能力及防滑安全性能。

2) 齿轮传动驱动部，单个驱动部驱动力为30 kN，能有效减少驱动部数量。

3) 电气监控采用CAN总线传输，具有油温、水位、压力等保护功能，实时监控，保存记录。

4) 机车液晶屏实时显示机车运行情况参数，并自动保存故障记录，方便维修。

5) 特点是截面和转弯半径小，机动灵活，不怕底鼓、积水和堆物，能在多岔道、多弯道及变坡起伏巷道运行，连续运输距离长，能自行装卸，转载方便。用于掘进巷道时迅速延伸轨道，既安全可靠，又方便快捷，可实现从井底车场甚至从地面(斜井或平巷开拓时)至采区工作面的连续直达运输。

4 技术参数

额定牵引力：80～160 kN；额定制动力：牵引力的1.5倍；整机重量：6.8～10 t；最大使用坡度：25°；转弯半径：水平4 m/垂直8 m；速度：0～2.5 m/s；机车长度：15 000～16 200 m；机车最大宽度：900 m

5 效益及推广应用前景

本项目计划投入360万元研发费用，新增利润200万元，预计二年可回收成本。

目前煤矿选用的辅助运输设备，大都以防爆柴油机为动力，除进口的防爆柴油机排放达到欧Ⅱ标准外，国产防爆柴油机排放连国Ⅰ标准都达不到，柴油机运行期间，CO、HC、ONx、PM微粒排放比较多，燃油消耗率高，不仅严重危害工人的身心健康，同时也增加了企业的运行成本。在同样动力的情况下，油耗、污染大大减少，降低生产成本，改善矿井工作环境。

低污染电控柴油单轨吊主要用于煤矿井下人员、设备、支架、综采机大部件、刮板机重型部件及材料等运输。

该产品的推广应用，可提高煤矿安全经济效益，市场前景十分广阔。

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