复杂巷道条件下无极绳连续牵引车系统的设计及应用

龙慧波

（山西新安工程设计咨询有限公司，山西 太原 030000）

引言

当前，随着我国煤炭开采技术的不断发展，煤矿井日趋大型化，采掘、运输和三机配套等设备整机重量及可拆卸件的重量在不断增加，长距离大功率辅助运输也在不断增多，给煤矿辅助运输系统提出了新的要求。为了响应煤矿企业安全高效的发展趋势，逐步淘汰小绞车接力运输，国内诸多煤矿设备生产厂家开始研制新型的煤矿井下辅助运输设备，自行式和牵引式辅助运输方式应运而生。随着我国自主研制的首台SQ 型无极绳连续牵引车在煤矿井下的应用，有效地解决了在多处变坡的巷道内，连续运输大型整机设备的问题，大大提升了煤矿井下辅助运输系统的运输能力，同时也验证了无极绳连续牵引车优越的爬坡性能。无极绳连续牵引车凭借其独特的结构特征、优越的性能及安全高效的运行效果，在国内各大煤矿得到了广泛应用。为保证无极绳连续牵引车在大坡度、多拐弯点和变坡点、急转弯等复杂巷道条件下安全稳定运行，必须展开针对性的设计分析。

1 无极绳连续牵引车系统设计原则

某煤矿二采区轨道巷长1500m，垂直高差198m，巷道最大坡度15°，平均坡度7.5°，巷道平面转弯较多，巷道240 m、400 m、504 m 及1065 m 处分别有120°左拐弯、120°右拐弯、165°左拐弯和174°右转弯。结合该矿二采区轨道巷坡度较大，变坡点和平面拐弯点较多，运输条件复杂的实际情况，以及要运输大吨位的综采设备的要求，二采区轨道巷将设计一部无极绳连续牵引车来担负设备、材料等辅助运输任务。

进行无极绳连续牵引车系统设计时必须遵循以下原则：

1）为保证井下大型综采设备的运输（最重件液压支架14 t），按照600 mm 轨距铺设30 kg/m 规格的轨道；

2）为确保无极绳连续牵引车系统在大坡度、长距离、多转弯巷道内安全运行，其水平转弯半径和垂直半径应分别控制在9 m 和15 m 以上；

3）根据巷道及运输的实际情况，进行不同轮组的灵活配置，并根据运输距离长短保证尾轮灵活移动；

4）钢丝绳张紧装置的受力主要与运行工况有关，为提升钢丝绳性能，应进行分绳设置，并将储绳装置安装在梭车上，增强机构的可靠性。

根据以上设计原则，复杂巷道条件下无极绳连续牵引车主机应包括绞车、梭车、钢丝绳张紧装置、运输车、轮组等（如图1 所示），辅助配套部分则包括控制装置、钢丝绳及保护装置等。

图1 复杂巷道条件下无极绳连续牵引车系统

2 无极绳连续牵引车系统设计关键技术

为确保在大坡度、多拐弯点和变坡点、急转弯等复杂巷道条件下运行中的无极绳连续牵引车的梭车不发生翻车、掉道等问题，必须进行梭车改造，需将防脱轨装置安装在梭车两侧，保证其车轮始终在轨面上沿指定路线行驶。

此外，还需定制拐弯点和变坡点处圆滑过渡的轨道和转弯装置，并在铺设轨道过程中使内侧轨道高出外侧轨道至少30 mm，以增大运输时的材料和设备对轨道的压力，并采用混凝土浇筑或打地锚等方式加强固定轨道和转弯装置，确保大件设备和材料的安全运输。

2.1 弯道护轨及转弯装置

考虑到该矿二采区轨道巷坡度较大，变坡点和平面拐弯点较多，运输条件比较复杂，为保证井下辅助运输的安全性和高效性，必须将护轨装置增设在转弯处，并根据实际转弯角度进行护轨装置数量的确定[1]。

由于轨距与弯道轮组间可能存在偏差，当梭车经过弯道时在牵引力的影响下会使钢丝绳与轮组偏离，等其顺利经过后，钢丝绳又在张力的作用下自动复位。运输轨道曲率半径以及巷道实际转向角度是影响转弯装置的主要因素，钢丝绳将无极绳连续牵引车系统的牵引力分配至各轮组。弯道实际长度主要受转弯装置曲率半径平均值及转弯角度的影响。当弯道实际长度取1.0 m 时，钢丝绳牵引力最大值可达120 kN；转弯装置曲率半径取2.0 m 时，所对应的转弯角度为4.78°。结合转弯装置和梭车的受力情况来看，梭车在转弯过程中将承受向心力的作用，为避免梭车及辅助运输系统发生掉道、脱轨，必须严格按照控制梭车及辅助运输车辆的运行速度和主钢丝绳牵引力之间的关系[2]。梭车及辅助运输车辆运行于弯道装置上时，为避免发生运输车辆掉道或脱轨，必须在其转弯时向其施加离心力，该离心力的大小主要跟运输车辆质量有关。调整并使梭车及辅助运输车辆内侧轨道高出外侧轨道，高低轨道沿平面的倾角为适当数值，则通过分析梭车及辅助运输车辆所承受的离心力可以得到梭车及辅助运输车辆通过弯道的允许速度[3]。

通过分析该矿二采区轨道巷无极绳连续牵引车在弯道运输时转弯装置基础参数及钢丝绳牵引力可以看出，转弯装置确定的情况下，当前因车处于正常运行状态时，钢丝绳牵引速度与运输车辆质量呈反比例关系。当辅助运输车辆质量增大后，其运行速度比降减小，其在空载及重载两种截然不同的工况下，弯道行驶过程中运行速度和质量之间应保持一定关系，具体见表1。结合该矿二采区轨道巷实际情况，经计算，设定梭车运行速度平均值为0.84 m/s，为保持其转弯过程中运行稳定，应将轨道沿平面的倾角控制在2°～3°，单量梭车质量控制在14～26 t。

表1 辅助运输车辆弯道行驶速度和质量的关系 m/s

2.2 梭车防脱轨设置

梭车在轨道上运行过程中其滚筒内钢丝绳持续减少，自身质量也不断减轻，遇到坡度较大区域，梭车会在惯性作用下发生颠簸和起伏，为起到悬空防脱的作用，应在梭车后部增设相应配重装置，并在其底部安装防脱轨装置，避免因复杂巷道条件下梭车自重减轻而引发脱轨和掉道。在局部凹弧低洼巷道处应增设压绳组，避免因钢丝绳抬升高度过高而将梭车挑翻。

3 结语

在煤矿井下长距离、大吨位、坡度较大，变坡点和平面拐弯点较多等复杂巷道条件下，使用无极绳连续牵引车用于运输大件设备和材料可实现无转载直达运输的目的，能有效替代传统的小绞车接力运输方式，这种新型的辅助运输装备借鉴了绳牵引卡轨车的先进技术，并结合了无极绳绞车的成熟经验，在复杂巷道条件下适应性更强，显现出了优越的辅助运输设备性能，能进一步提升井下辅助运输系统的效率，为煤矿安全高效的生产提供了保障。