自卸式单轨吊料箱的设计与应用

曾现科 曹国庆 杨红杰

【摘  要】由于当前煤矿运输系统改成了单轨吊运输系统，方便了井下所需物料的运送，由于常用的运料工具是矿车，物料运输到井下生产现场，要由人工进行卸载，增加了卸料工人的劳动强度。论文结合现场作业环境，设计了一种自动卸载式料箱，该料箱实现了底部自动开门和关门，不仅提高了装卸效率，还大大减轻了工人的劳动强度。

【Abstract】At present， because the coal mine transportation system has been changed into a monorail crane transportation system， it is convenient to transport the material needed in the underground mine. Because the commonly used transportation tool is the tramcar， the material is transported to the underground mine production site， and the unloading is carried out manually， which increases the labor intensity of the workers unloading material. Combined with the site operation environment， this paper designs a self-unloading material box， this material box realizes the bottom automatic door opening and closing， which not only improves the loading and unloading efficiency， but also greatly reduces the labor intensity of workers.

【關键词】单轨吊;自卸式;料箱;劳动强度;效率

【Keywords】monorail crane; self-unloading; material box; labor intensity; efficiency

【中图分类号】TD52                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）10-0189-03

1 引言

在当今煤矿生产中，井下需要大量的物料，物料由地面运往井下，主要用矿车装好物料，通过地轨运输到生产现场，整个的物料卸载全部由人工进行。卸载过程中如果人员协调不好，就会出现安全事故，人工卸载不仅存在一定的安全隐患，还造成人力和时间的浪费。

通过调研，本矿井在井下装设了悬挂式单轨吊运输系统，本运输系统不仅可以载人下井，还可以运输物料，无论是安全还是效率，都有了很大的提高。根据最新的运输系统要求，需要新型的运输物料箱体。本项目在分析了矿车装运料的缺点与不足之后，经过调研、探讨并参考国家现有的有关自动卸料装置的结构，针对井下的新运输系统，设计了专业的单轨吊料箱。该料箱采用机械控制机构，通过该机构能控制底门的打开与关合，实现了井下物料卸料的半自动化功能，解决了矿车运输卸载物料，特别是水泥、沙等散装物料的卸载问题。通过对料箱底门控制机构的设计，实现单轨吊料箱底部能自动开门和关门，不仅提高了卸载效率，还大大减轻了工人的劳动强度。

2 单轨吊料箱设计的整体要求

根据井下生产需要及所运输物料的特点，单轨吊料箱的设计必须符合以下几点要求：

①安全性能好。所谓安全性能好就是要求该单轨吊料箱实现机械化性能的同时，也要实现本质安全，机械式控制机构的整体机构及组成要合理科学。连接部位要牢固可靠，连接方式最好能采用双保险固定连接，能在安全方面起到了双层保护作用。各类配件设计结构及形状方面要科学合理，整体的单轨吊料箱要求强度符合井下使用要求。悬挂处要增加起吊环，卸料时人只需操纵控制机构就可以实现机械卸载功能，安全系数大大增加。②密封性能好。设计单轨吊料箱时，由于向井下运输各类大小配件，有时还要运沙石等细小散装物料，为防止发生物料泄漏丢失问题，要考虑箱体整体结构的密封性能，当料箱处在装满物料状态时，料箱的左右箱体结合部位能包裹严实，料箱前、后门结合处也能处于严密状态。③卸载方便。所谓卸载方便，是要求整个箱体的控制结构操作简单方便，整个椭圆形滑道要保证圆轴在内部移动的顺畅，通过控制滑块和控制轴的相对位置，实现底门的张开与合拢。要实现该功能，减轻工作的劳动强度，必须测算出合适的滑道间隙。长短合适的滑动间隙，能保证物料的顺利卸载，并且还能保证卸载后物料的完好无损。④容积大小适中。考虑到单轨吊运输系统的承载能力，所以单轨吊料箱箱体容积大小要合适，既要满足煤矿井下物料的需求量及矿井生产能力，还要符合运输系统的承载能力。

根据以上几点要求，我们从料箱的控制机构部分、容积部分、密封性方面、安全性方面及强度等进行了探讨、外出考察等，列出多条设计方案，最终确定以下设计方案。

3 料箱控制机构的设计

控制机构为整个料箱设计的关键部分，我们参考有关自动卸料箱的结构，设计了机械式控制机构。该机构主要由T型滑道架、控制链、控制轴及翼型控制滑块组成。其中，T型滑道、控制轴为固定式，控制链采用井下刮板用链子，控制滑块设计为翼型，外形和椭圆形滑道相配合。控制机构结构设计见图1。

结构连接方面：T型滑道架通过螺栓和箱体固定连接，连接方式采用螺母拧紧和销子固定，在安全方面起到了双层保护作用。控制轴也和料箱的前后门连接在一起，控制轴设计为圆柱形，翼型控制滑块两侧设计为2个椭圆形滑道，尽量减少摩擦力。

该控制机构为达到自动卸载的目的，必须留有合理的滑动间隙。根据单轨吊料箱的宽度及高度，测算出长短适中的间隙距离。如果间隙过大，卸载时底门口过大张开，会造成物料极速下落，冲击力较大，有可能造成物料的损坏;如果间隙过小，卸载时底门口张开较小，有可能造成某种物料卡住，不能顺利卸載。合适的滑道间隙，既保证了物料的顺利卸载，又保护了物料的完好无损。

由于料箱悬挂在单轨吊运输系统上，通过悬挂的轨道运输至井下车场，故控制结构方面也要考虑焊有起吊环，起吊环由钢筋加工，要求钢筋的强度能承载料箱本体及装满物料的重量，吊环的焊接工艺要求为满焊。卸料时人只需操纵控制链就即可，与现用运料矿车无起吊环，人工卸料相比，安全系数大大增加。

4 料箱容积的设计

箱体容积规格的设计不仅要符合煤矿井下物料的需求量，还要满足现井下单轨吊运输承载能力。本矿使用的单轨吊承载力在25～30t，该料箱净容积设计为2.7m3，物料密度按照铁（密度较大）的标准计算，则载重量约20t，加上料箱自重约0.6t，共计20.6t，符合单轨吊的承载能力，完全可以安全放心使用。

5 料箱密闭性的设计

设计单轨吊料箱箱体时，考虑到运水泥、沙子等细小散装物料发生泄漏问题，在箱体前、后门及底门处全部采用在左半侧箱体部分全部焊上舌板，当箱体处于装物料状态时，舌板就会包裹住右半侧箱体的结合部位，从料箱的前后及底部都确保了箱体的密闭性。

6 料箱强度的设计

箱体结构主要由框架及外敷铁板构成，内框架采用50×70的方管焊接而成，框架四面用厚5mm板敷焊，底门采用双层板焊，即框架上、下部全部用5mm的板敷焊，既美化了箱体的外观，又保证了底门内部表面的平整，方便了装卸料。旋转及固定部位由于承载的重力较大，另用30mm板进行强固，整个的料箱焊接部分全部采用满焊工艺，箱体结实稳固。

7 单轨吊料箱控制机构自动卸载结构原理

自动卸载的关键结构配件是T型滑道及控制轴、翼型控制滑块。控制轴外形设计为圆柱形，控制轴镶嵌在翼型控制滑块两侧的椭圆形滑道内，由于控制轴和料箱的前后门固定在一起，改变翼型控制滑块和控制轴的相对位置，也就实现了底门的张开与合拢。卸载时通过向上拉紧控制链，从而带动翼型控制滑块顺着T型滑块滑行，底门打开。反之，则底门合上。该控制机构结构简单，加工成本较低。工作中增加了自动卸料功能，大大减轻了工人的劳动强度，提高了井下卸料的安全系数。单轨吊料箱工作示意图见图2。

8 关键技术点

①T型滑道通过螺栓和箱体连接固定，连接方式采用螺母拧紧和销子固定，在安全方面起到了双层保护作用。②设计了高强度的起吊环，吊环的焊接工艺要求为满焊。卸料时人只需操纵控制链就即可，安全得到保障。③测算出合适的间隙距离，间隙过大时，会导致卸载时底门口过大张开，造成物料极速下落，形成较大冲击力，极易造成物料及卸料场地的损坏;间隙过小时，卸载时底门口张开较小，极易造成某种物料卡住，导致无法顺利卸载，再一次造成人力的浪费。适合的滑道间隙，既确保了物料的顺利卸载，又保护了物料及卸料场地。④控制机构中的控制轴及翼型控制滑块的传动滑道部分设计为椭圆形，控制轴和料箱的前后门连接在一起，将控制轴设计为圆柱形，翼型控制滑块两侧设计为2个椭圆形的滑道。整个工作滑动过程是圆弧形即线接触，减少了接触面的磨损，减轻了摩擦力。⑤料箱前、后焊有起吊环，料箱设计有控制链，卸料时人只需远距离操纵控制链完成操作，提升了安全系数。⑥为防止笨重物料砸坏箱体底部，底门采用双层板焊，既使箱体的外观美化，又为箱体的强度及内部的平整性提供保障，使用起来更加规范。⑦在箱体前、后门及底门处焊有舌板，有效保证了箱体的密闭性。⑧合理的箱体容积设计，不仅满足了煤矿井下对物料的需求，还契合现井下单轨吊运输承载能力。

9 应用情况

该项目已在矿井投入使用，使用效果良好，不仅符合新运输系统的条件，还完全满足了井下单轨吊轨道运输物料的要求，实现了井下物料卸载的半机械化。从社会效益上讲，大大降低了井下卸料工人的劳动强度，提高了井下卸载物料的安全性，整体生产效率得到了提高。

该项目所用材料简单，加工方便，适用环境强，具有单轨吊运输系统条件的矿井可借鉴生产使用。

10 结语

①单轨吊运输物料，简化了运输环节，解决了传统地轨运输占用人多、设备多、效率低、劳动强度大、受巷道变形影响、维护量大等问题，有效优化现场工作环境，减轻职工劳动强度，社会效益显著;②该料箱可实现卸料环节的自动化，操作简单，不受地板条件限制，有效节省职工体力，实现了卸料环节的本质安全;③低噪音，无污染，牵引力稳定，运行成本低廉，环保节能;④与传统矿车运输相比，每年可节约各项费用近百万元。

【参考文献】

【1】靳伟伟.单轨吊辅助运输系统设计及应用[J].机械研究与应用，2019（02）：195-196+199.

【2】邢亚东，高贵军，李鑫鑫，等.单轨吊驱动装置设计与仿真分析[J].煤矿机械，2019，40（08）：4-6.

【3】张孝磊，侯春鹏，秦传雷.矿用单轨吊车自卸式集装箱[P].山东：CN203006179U，2013-06-19.