煤矿井下低污染排放支架搬运车的设计*

王晓 黄华

（1.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司；2.山西工程职业学院）

综采设备搬家是煤矿井下辅助运输的重要组成部分，也是难度最大的辅运环节。我国传统的综采设备搬运主要采用轨道运输方式，该运输方式耗时耗力且安全事故频发。国外新型的综采设备搬运采用无轨胶轮运输方式，利用该类设备机动灵活、可高效连续运输的特点[1-4]，将液压支架整体不拆解运送到新工作面，大大减少了设备拆解组装调试的时间。省时省力且安全性有很大提高。其中支架搬运车可用于液压支架长距离大坡度搬运，具有载重能力大、爬坡能力大、车速快及效率高的特点。可有效实现综采工作快速搬家，提升我国大采高综放工作面设备搬家水平[5-10]。

1 整车结构

某型支架搬运车主要由防爆发动机动力总成、传动系统、机架总成、液压系统、气动系统、电气及安全保护系统等部分组成，具体结构如图1所示。前机架承载着动力源，后机架设计为“U”型框架，用于承载液压支架的质量。前机架和“U”型框架通过铰接销轴连接。

图1 支架车结构示意图

2 防爆柴油机动力总成

动力装置由低污染排放的防爆柴油机主机及配套系统、进气防爆系统、排气防爆和净化系统、防爆电喷系统和安全保护自动停车系统组成，其结构如图2所示。

图2 防爆柴油机动力系统结构示意图

主机配套系统包括：散热器及水循环系统、空气启动器等。进气防爆系统包括空气滤清器、压气机（增压器）、空气关断阀、中冷器、进气防爆栅栏及其管路等。为了便于布置同时尽可能缩小隔爆范围，进气阻火器安装在水空中冷器与进气歧管的连接法兰上，空气关断阀安装在中冷器与增压器之间的管路上。进气阻火器根据防爆规程设计，采用矩形结构，尽量增大通气面积。空气关断阀保证在防爆柴油机开关阀切断情况下，可靠切断进气。排气防爆和净化系统包括水冷式排气歧管、软连接水冷式排气弯管、排气防爆栅栏、废气处理箱以及补水箱。排气管、增压器以及排气弯管都为水套外壳，保证其最高表面温度不高于防爆要求温度。排气栅栏根据防爆标准要求设计，排气栅栏位于废气处理箱上部。

防爆柴油机防爆动力装置是采用了新型的电控低污染排放柴油机，对主机、进气、排气及外围装置按煤矿井下防爆要求进行设计、优化和制造，并增加了安全保护自动停机装置。该新型的电控低污染排放柴油机符合标准《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法(中国第三、四阶段）》中排放限值的要求，具有绿色环保、节约能耗及减污降碳的特点。

3 传动系统

某型支架搬运车为全液压闭式系统驱动，传动系统由分动箱、泵站、行走液压马达、轮驱减速器及轮胎等组成，具体结构如图3所示。泵站由闭式变量主泵、开式变量辅助泵及串联于闭式变量主泵后面的齿轮泵组成，其动力由柴油发动机通过行星分动箱提供。

图3 传动系统结构示意图

行走方式采用闭式泵带动行走液压马达，其正常满载工作压力为20 MPa，支架车一般采用2个闭式泵，每个闭式泵带动同侧的3个变量液压马达，并加有分流阀，以保证当其中一个轮胎打滑时，控制分流阀使其进行差速，使另一个轮胎正常输出扭矩。

制动形式为弹簧制动液压释放。制动器分别装在行走减速器上，具备行车制动和驻车制动2种功能。在油门踏板控制下液压系统也具备行车制动功能。

4 液压及气动系统

支架搬运车的各动作机构一般为全液压动力驱动，液压系统主要由泵站、行走液压马达、提升油缸、转向油缸、夹紧油缸及液压油散热器等组成。

油缸是液压系统主要部件之一，其中提升油缸用于支架起吊功能，在“U”型框架上方左右两侧对称布置，两侧起吊油缸采用分别控制方式，控制阀组位于相应侧靠近铰接处的前端；夹紧油缸用于夹紧功能，使支架在悬挂状态下不产生左右摇晃，提高行进的稳定性，油缸需同时动作；转向油缸用于整机转向。

支架的提升系统和夹紧系统由转向变量泵、负荷传感换向阀、提升油缸及夹紧油缸组成。无论载重多大，提升速度和夹紧速度都需保持相同。

气动系统是整车的辅助系统，用于整车动力系统防爆柴油机的启动和声响警示。该系统主要由空压机、储气罐、管路、功能阀、空气关断阀、燃油切断阀、发动机起动马达、气喇叭、脚踏比例阀及发动机加速缸等组成。

5 电气及安全保护系统

支架搬运车电气系统一般由隔爆型永磁发电机、隔爆型发电机调节器、矿用隔爆型信号开关、煤矿用柴油机车保护装置、矿用浇封型电磁阀、矿用隔爆型备用电源箱、柴油机车保护数据采集传感器、矿用隔爆型信号灯、矿用隔爆型机车照明灯及矿用隔爆型低压电缆接线盒等组成，其结构组成如图4所示。

图4 电气系统结构组成示意图

电磁阀供电、柴油机保护主机供电、照明、信号灯供电、发电机和调节器电气元件连接选用矿用移动轻型软电缆，传感器和显示器均采用蓝色本安信号电缆与保护主机相连。

6 结论

支架搬运车集机、电、液以及柴油机技术于一身，随着支架搬运车在煤矿井下的应用，使煤矿无轨辅助运输领域取得了重要进展，显著提高了煤矿综采工作面设备的搬家效率，实现了减员提效，极大地推动了我国煤矿无轨辅助运输技术的进步。为实现综采工作面无轨胶轮快速搬家装备的成套化和实现我国煤矿井下无轨辅助运输技术与装备突破性跨越提升奠定了基础，极大推动了我国煤炭行业的科技进步。