超大型液压支架整体搬运液压复轨器设计.pdf

2 0 1 4 年第 1 2期 中州煤炭 总第 2 2 8 期 超大型液压支架整体搬运液压复轨器设计 史鹏 飞 ， 刘元 明 1 ． 焦作煤 业 集 团 新 乡能 源有 限公 司， 河南 新 乡4 5 3 6 3 3 ； 2 ． 河南能源化 工集 团 焦煤公 司安监局 ， 河南 焦作4 5 4 0 0 0 摘要 针 对超 大型液压支架整体搬运 时可能发 生平板车脱轨 的状况 ， 赵 固二矿在进行 需求分析 的基础上研 制 了复轨器 。介绍 了复轨器 的组成 结构 、 功 能及 实现过程 ， 确定 了复轨器 的参数。该复轨器 的设计 实现 了超 大 型液压支架整体搬运掉道 时的快速 复位， 为连续 、 高效整体搬运超大型液压支架提供 了保 障和科 学依据 。 关键词 液压 支架 ； 工作 面搬 家； 复轨器 中圈分类号 F D 5 2 4 ． 2 文献 标志码 B 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 4 1 20 0 8 1 0 2 赵 固二 矿 1 1 0 5 10工 作 面计 划 于 2 0 1 3年 4月 开 采完 毕 ， 工 作 面 设 备 需 要 搬 迁 。该 工 作 面 走 向 长 1 9 7 2 ． 5 m， 倾斜 长 1 6 5 ． 7 m。采 用 走 向长 壁 综 合 机 械化采煤。由于 1 ]L 0 5 0工作面顶板破碎， 矿压显现 明显 ， 回撤 空 间维护 困难 ， 同 时液 压 支 架 尺 寸 大 、 质 量 大 。受 到 井 筒 和 巷 道 以及 底 鼓 、 地 面 硬 化 、 投 资 大、 利用率低等多方面的限制 ， 支架搬运车不能在二 矿使用。该矿设计采用无级绳 和回柱绞车牵引 、 轨 道平板车运输的方式完成整架液压支架 的搬运。由 于煤 矿机 械设 备 比较 重 ， 在 采 用 轨 道 运输 时有 可 能 发生平 板 车掉道 脱 轨 的情 况 。 同时平板 车高 度 比较 低 ， 负载质 量很 大 ， 发 生 掉 道脱 轨 时 的情 形 复 杂 ， 有 可能出现平板车底部无空间复轨 的极端情况 ， 现有 的人字形复轨器、 卡轨器均无法正常使用。为此 ， 该 矿设计 了一种复轨器 ， 其几何结构紧凑、 质量轻便 ， 方便组 装 和拆解 ， 能 快速 安装 到指定 位 置 ， 并 能对 车 辆进行快速复位 ， 为工作面搬家项 目的顺利进行提 供 了保障。 l常用复轨器概述 复轨 器 的特点 和优缺 点各 异 。现 阶段轨 道 上主 要使用的复轨器有 ①多段式复轨器。工作点低 、 举 升高 、 横移量大， 但体积大 、 笨重、 起复速度慢 、 安全 性差 、 横移时易倒伏 。②海参 型复轨器。使用起来 不方便 ， 安 装过 程 比较繁 琐 ， 必须在 脱轨 车轮 至 复轨 器 之 间用石 渣及 铁 板 垫好 来 加 固支 撑 ， 复 轨 的 行 程 有 限 ， 它对 轨道 车轮 的基 本轨 距离 有 限制 ， 在 岔道 区 收稿 日期 2 0 1 40 81 4 作者简 介 史鹏飞 1 9 8 6 一 ， 男 ， 河 南焦作人 ， 工程师 ， 2 0 0 7年毕业 于河南理工大学 ， 现从事矿井机 电管理工作。 不能支撑 。③A形复轨器 。体积小 、 质量轻 ， 工作点 低 ， 升程 高 ， 起复 速度 较快 、 但横 移量 小 ； 特别是 在 道 岔 区段使 用 时较 困 难 ， 横 移 超过 垂 直 点 时 会 发 生倾 倒 ； 重载平板车复轨要求稳定 ， 高效 ， 准确。而 以往 复 轨器 质量 比较 大 ， 一 般 2或 3个 人 很 难 迅 速 抬起 至 目的地 ， 从 而 导 致 复轨 不 及 时 ； 有 的 横 移 量 比较 小 ， 需要 多 次对平 板 车进 行 复 位 ， 占用 大 量 的 时 间 。 支撑不稳定 、 易倒伏等也给复轨造成很大损失 ， 带来 安 全 隐患 。 赵 固二矿 1 1 0 5 0 2工作面使用超大型液压支架 ， 常见复轨器无法满 足整架液压支架 搬运需求。因 此 ， 设计一种安全高效的矿车复轨器十分必要⋯ 。 2 复轨装置设计分析 车轮脱离轨道称为掉道 ， 即车体相对于轨面发 生 了位 置偏 移 。重 载平板 车复 轨是平 板 车掉道 的逆 过程 ， 所 以复轨过程一般分为 3步 车辆抬起 、 车辆 平移和车辆复轨 。其中第 1步是重点 ， 要求车轮最 低点高于轨面 ； 第 2步是难点 ， 车体平移要求 准确 、 平稳。因此 ， 平板车复轨器作为平板车脱轨时的 自 救 装置 ， 其设 计 目的就 是 既 能 轻 松地 完 成 举 升 运 动 又能实 现准 确 的横移 运动 。 2 ． 1 设 计 要素分 析 1 由于 赵 固二 矿 1 1 0 5 0工 作 面 的搬 家 需 要 对 超 大 型液压 支架 进 行 整 体搬 运 ， 所 以平 板 车 负 载 质 量很大 ， 达到 7 0 t 。为了保证运输安全 ， 故平板车重 心设计 得很 低 。平板 车上 平 面距离 轨 面仅 4 5 0 m m， 一 旦平板车掉道后 ， 可发生平板 车面板与轨道上平 面接触 的极 端情 况 。此 时 ， 平 板 车下 面基 本 没 有 可 操 作空 间 ， 现有 的复 轨 器 也 无法 安装 到 指 定 位 置 进 行 复轨 。设 计 的复轨 器需 克服 这些 问题 。 81 2 0 1 4年第 1 2期 中州煤炭 总第2 2 8 期 2 由于对平板车进行复轨时的操作位置比较 低 ， 巷道 空 间有 限 ， 巷 道 运 输 距 离 比较 远 ， 所 以复 轨 器 的设计 应该 具有 容易 拆卸 和组 装 的特点 。为 了降 低工 人 劳动 强 度 ， 应 控 制 复 轨 器 的 质 量 ， 除 液压 缸 外 ， 单个部件质量不超过 2 0 k g 。 3 因为 平 板 车 掉 道 后 可 能 出现 多 种 情 形 ， 如 偏 离距 离较远 、 下部 无 操 作 空 间等 。所 以用 复 轨 器 对平板车进行复位时 ， 必须保证复轨器提供合适的 上 升距 离和横 移距 离 ， 同时应 保证 稳定性 ， 不 发生 倒 伏 的现象 。针 对平 板 车 掉 道脱 轨 后 的不 同情 形 ， 确 保该 复轨 器能 完成 复轨 任务 。 2 ． 2液压 系统 的设计 和分 析 该 复轨器 设计 有两个 相 同的 液压缸 。 它们 的动 作要求精度较高 ， 需要具 有 良好 的控制性能。为适 应井 下 复杂苛 刻 的条 件 和 保 障工 人 安 全 ， 液 压 缸 和 泵站 采用 分离 式设计 。通 过快 速拆 装 的液压 软管 相 连 ， 工作人 员 远离事 故 车辆进 行操 作 ， 可 避免 造成 人 身伤害。液压缸和泵站设有安全保护 阀， 可保证 整 个液压系统在额定压力内工作 。由于整体液压支架 质量 比较 大 总 质 量可 达 7 0 t ， 考 虑 到液 压 缸 回落 时 的稳定性 ， 对 液 压 系 统 设计 了背 压 阀 。这 样 可 保 证液 压缸平 稳 回落 ， 保 障 了复 轨 的安 全进 行 。 液 压 系统如 图 1 所 示 。 图 1液压 系统 平板 车轴 距 1 5 5 0 mm， 载重 重 心离 后轮 轴 距 离 为 6 4 0 m m， 液 压缸托 举 位 置 距 离后 轴距 离 约 3 0 8 0 m m。复 轨时 ， 将该 复轨 装置安 装 在平板 车 前段 碰 头 位置 。经过计算 ， 液压缸 的垂直抬升力量需要达到 1 5 t 。选 用外 径 为 1 2 0 m m， 内径 为 1 0 0 m m 的液 压 缸 。 当泵 站压 力为 2 5 MP a时 ， 单个 液压 缸 的抬升 力 可 以达 到 1 9 5 k N。2个 液 压缸 旋 转 角度 范 围 为 5 5 。 ～ 9 0 。 。当角度最小时 ， 2个液压缸一起的抬升力可 以达 到 3 2 0 k N。此液 压缸 可 以完 全满 足复 轨要 求 。 8 2 - 3复轨装 置构成 该 复轨 器适用 的轨距 为 9 0 0 mm， 适 用 于整体 道 床 ， 对道 床无 特殊 要 求 ， 可 以根 据道 床 条 件 ， 对 道 床 进行填充垫高。在平板车轴距为 1 5 5 0 m m， 载质量 为 1 0 0 t 时 ， 该复轨 器 均能完 成复 轨任务 。复轨器 设 计紧凑 ， 顶梁长度约 7 0 0 m m， 既保证 了复轨时的偏 移距 离 ， 又保 证 了复 轨 的 稳 定性 。同 时 复轨 器 端 部 耳环处配有 4组垫片； 1个挂钩 ， 质量约 4 k g ； 两段 拉 筋 ， 单 个 质 量 约 1 ． 1 k g ； 1个 直 径 为 3 0 m m 连 接 环 ， 质量 约 2 ． 3 k g ； 一 组 配套 使 用 的螺 栓 和螺 纹 套 筒 。主体 结 构如 图 2所 示 。 底 图 2主体 结构 示意 4工 作 原 理 当平 板 车 重 载掉 道 时 ， 会 发生 平 板 车 轮子 未 脱 离 和脱离 轨道 2种情 况 。该复 轨器 均能 完成 复轨 任 务 。该复 轨器 运用 四连 杆机构 原理 实现 对平 板车 的 提升和水平移动 ， 以达到复轨任务。2个 液压缸与 顶 部横 梁 之 间 进 行 铰 接 ， 首 先 对 复 轨 器 进 行 拆 解 拆 为 3部 分 ， 包 括 2个 液 压 缸 和横 梁 挂 钩 ， 这 样 可 快 速运 到 位 ， 快 速 运 到 指 定 位 置 。运 送 到指 定 位 置 以后 ， 取 出零 件 螺栓 ， 将 螺纹 套筒 与平 板车 碰头 上 的销 孔对 中， 然 后 用 螺 栓 插 入 固定 。其 次 对 液 压 缸 和横梁进行铰接 。最后对 2个 液压缸进行拉 杆 固 定 ， 防止 复轨 时发 生 侧 滑 的 现象 。 利用 2个 液 压 缸 的伸缩 和转动 进行 复轨 。 5 技术特点 1 质量小 、 安装便捷。该新型复轨器 结构简 单 ， 使用 窜销 、 螺栓 、 斜铁 紧 固 ， 各个 部件 之 间方便 组 装 和拆解 。正 常情 况 下 ， 可 以拆 解 开 随车 携 带 。遇 到 平板 车掉道 的情 况 ， 可 以直接 取 下 进 行 组 装 。每 个部件质量轻便 ， 方便工人搬运 、 安装 ， 降低 了劳动 强 度 。 下转 第 8 5页 2 0 1 4年 第 1 2期 吴 国强 长平 煤矿 主要 通风 机 电源快 切装 置 的应用 总第 2 2 8期 置 1根 81 ． 5 m 瑚 的 电缆 由远 动屏 到 风 机房 Ⅱ回 6 0 9高压柜接 断路 器常开接点 、 保 护闭锁及控制 回 路 ； 放置 1 根 4 4 m m 的 电缆 由远 动 屏 到 2 P T高 压柜 接 Ⅱ母 A B C三 相 电压 ； 进 行 风机 房 配 电室 Ⅱ回 及母 联 的传 动试 验 。 4 调试好快 切装 置的通信 系统后 ， 进行试验 方案审查。对长平主要通风机 2 4 5 0 k W／ 6 k V， 进 行 了人 工操 作切 换试 验 。 5 长平主要通风机运行情况为 6 0 1进线开关 带 1 主要 通风 机 运 行 ， 6 0 9进 线 开 关 带 2 主 要 通 风 机备用 ， 6 0 5开关为母联热备。试验时 ①分断 6 0 1 开关断路器， 6 k V I母失 电， 快切装置输 出控制电 源迅 速 合 上 6 0 5母 联 开 关 ， 主 要通 风 机 声音 和运行 没有 明显 变化 ， 装 置切 换 时 间 5 2 m s ， 6 k V Ⅱ母 6 0 9 进线 供 电 ， 最 大切 换 电流 9 0 A， 与 正 常运 行 电流 7 8 A相差不大。②分断上级变 电所 矿井 3 5 ／ 6 k V变 电所 供 6 0 1电源 的开 关 ， 模 拟 上级 电源 停 电状 态 ， 快速装置迅速动作控制输 出电源 ， 跳开 6 0 1开关断 路 器 ， 合 上母 联 6 0 5开关 ， 主要 通 风机转 入 6 0 9备 用 电源运 行 。 主要 通 风 机 声 音 和 运 行 也 没 有 明 显 变 化 ， 装 置切换 时 间 8 2 ms ， 6 0 9进 线最 大切 换 电流 1 1 0 A， 风机正常运行。③ 拉开 I段母线 P T保险 ， 模拟 P T断线故 障 ， 装 置 闭锁 输 出 电源 并 报 警 ， 没 有 进 行 切 换 动作 。 5 结论 长平矿 井 主要通 风机 电源 快切 装置 能够及 时判 断停 电故 障 ， 并 快速 控制恢 复备 用 电源 ， 使 得 主要通 风机运行更加可靠。在近年来 的停电事故 中， 风机 电源一路失电， 另一路备用电源很快投入。当双路 电源 同时 失 电时 ， 电源 快 切 装 置 能及 时 闭 锁切 换 并 在后 台监 控系 统报 警 ， 提 醒 工 作人 员 恢 复 供 电后 人 工启 动 主要通 风机 ， 确保 了通 风机 不停运 、 井下 不停 风 、 瓦斯 不超 限 ， 为矿井 安全生 产奠 定 了坚实基 础 。 参 考文 献 [ 1 ] 顾永 辉． 煤 矿 电工手 册 第 三分册 矿井 供电 上 [ M] ． 北 京 煤炭工业 出版社 ， 1 9 9 8 ． [ 2] 刘卫 国． 矿 山电工 [ M] ． 徐州 中国矿业大学出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 3 ] 苏文 成． 工厂 供 电 修 订本 [ M] ． 北 京 机 械工 业 出版 社 ， 1 9 9 0． [ 4] 张玉诸 ． 发 电厂及 变电所 的二次接线 [ M] ． 北 京 水利 电力 出 版社 ， 1 9 8 4 ． [ 5] 顾永 辉． 工矿 企业 1 O k V供 电 [ M] ． 北京 煤 炭工 业 出版社 ， l 9 9 6 ． 责任 编辑 刘欢 欢 上接 第 8 2页 2 复轨安全 、 稳定 。该新型复轨器结构紧凑 ， 强度 高 、 耐 压 、 耐 磨 、 耐刮 损 、 与平 板 车连接 紧密 。在 对重 载平板 车进 行 复 轨 的过 程 中 ， 可 以避 免 复轨 器 与平板 车底 部零 部 件 相 碰 ， 也 可 以 防止 复 轨 器 与平 板车发生相对滑动的现象 。这对于保障平稳复轨是 至关 重要 的 ， 一 旦 复轨器 与平板 车 发生相 对滑 动 ， 后 果非 常严 重 ， 可 能 会造成 翻车 事故 。 3 适用 范 围广。① 该新 型复 轨器 复轨位 置 低 ， 不仅可以完成常见的掉道复轨任务 ， 还可 以在下 部无空间的情况进行复轨操作 ， 解决 了其他复轨器 无法安装使用的问题 。②起复质量大 ， 可以对 1 0 0 t 以下的载重平板车或者矿车进行复轨。③复轨器偏 移距 离 合适 ， 对脱 轨较远 的情 况 ， 可 以用 相 同 的办 法 进行多次复轨。对道床无特殊要求 ， 对道床可 以进 行填充垫高等 。 4 复轨 时 间短 ， 效率 高 。平 板 车脱 轨 时 ， 工 人 可 以快 速对 复轨 器进行 组装 ， 并 与平板 车进 行连 接 ， 所用 时间约 1 0 m i n 。组装完毕 以后， 即可对复轨器 液压缸 进行 操作 ， 对平 板 车进 行 复 轨 。一般 1 0～2 0 mi n即可完成复轨任务。 6 结 语 赵 固二 矿 1 1 0 5 0工 作面搬 家 中 的超 大 型液压 支 架整体搬运项 目研制的重 载平板车复轨器 ， 结合 了 事故 救援 的实 际情 况 ， 具 有 质 量轻 、 安 装简 便 、 救 援 效率高、 性能稳定可靠 ， 实用性强的特点， 是一种适 用 于重载 平板 车 的专 用设 备 。该 复轨器设 备 在实验 平 台和赵 固二 矿井 下 进 行 复 轨实 验 多 次 ， 均 成 功地 对重载平板车进行了复轨 。 参 考文 献 [ 1 ] 黄继雄 ， 李霞． 新型轨道车复轨器 的研制及有 限元分析 [ J ] ． 机 械工程与 自动化 ， 2 0 0 7 3 9 - t 1 ． [ 2 ] 蒋一斌 ， 李爱军 ， 徐一菲 ， 等． 悬臂 式井下有轨运输 车复轨器 的 设计 [ J ] ． 煤矿机 械 ， 2 0 0 9， 3 0 1 2 l - 3 ． [ 3 ] 何 国刚， 李霞 ． 新型 轨道车 复轨 器的研 制 [ J ] ． 机 械研究 与应 用 ， 2 0 0 7 ， 2 0 3 5 1 ． 5 3 ． 责任 编辑 刘欢欢 8 5