矿用低污染高效率电控柴油单轨吊研究

赵保军

（山西潞安矿业（集团）有限责任公司，山西长治 046000）

目前，国内煤矿工作正不断从机械化逐步地转向自动化，甚至是智能化方面，然而在运输方面，其所用设备仍是矿井工作最为薄弱的环节之一。就时下而言，国内仅有少数矿井的运输设备使用的是无轨胶轮车和单轨吊，多数的矿井均使用无极绳绞车和小绞车，因此，在运输过程中常存在着跑车、断绳以及掉道等状况。对于新型运输设备而言，虽然其有着高效率且能不断运输，但因柴油单轨吊多为进口设备，故而其配件或是自身价格较高，无形中增加了投入成本，因此无法满足多数工程所需。而原有的国产无轨胶轮车有着低智能化、高耗油量、重尾气污染以及低排放标准等问题，使其推广应用受到了极大的限制。因此，对电控柴油单轨吊的研究势在必行[1]。

1 原因分析

随着人类环境保护意识的不断提升，地面车辆柴油机的技术标准已然提升到了国Ⅳ，甚至是国Ⅴ的层次。尽管如此，在煤矿井下和非道路的工程机械柴油机的排放依旧较低，因此，急需对其进行技术研发，以此来有效提升防爆柴油机的技术标准[2]。

对于柴油发动机而言，当其用于车辆时，其转速较高，且自身所用技术包含了后处理技术、电控共轨、电控单体泵、空空中冷以及涡轮增压；而当其用于非道路工程时，其转度较低，时下正逐步将其发展为电控技术。当柴油机用于煤矿井下工作时，因矿井环境以及防爆等问题，使其技术难度得到极大提升，故而常会出现严重事故。就时下而言，国内煤矿企业均采用普通机械柴油泵，并在此基础上对其进排气系统进行改造，故而在排放标准、耗油以及技术等方面均无法满足时下现状[3]。

2 技术改进

通过国外技术经验发现，利用柴油机单轨吊能够有效解决各类矿井运输问题，该设备是时下发展前景最为可观的技术之一。对于柴油机单轨吊而言，其属于高新的机电液一体化产品，其构成部分主要包含了整车操作控制、柴油机监督保护、散热冷却系统、起动系统、夹紧系统、制动系统、静液压闭式传动系统以及防爆柴油发动机动力系统。而其结构部件主要分为拉杆、辅机、主机、驱动部以及司机室[4]。

（1）司机室所用线条类型为流线型，不仅有着敞亮、简洁的空间，还有着安全、可靠的钢管骨架。基于人体工程学，将该部分设计为有着扶手的手柄，使其操作更为简便。通过彩色液晶屏仪表盘，实现对机车运行参数的显示。其内部设有紧急刹车按钮，能够有效保障使用安全。

（2）驱动部所用驱动形式为齿轮与摩擦轮的混合形式，混驱模式用于实现负载所需驱动，而摩擦轮直驱模式用于提升小负载的运行速度。两模式的切换只需通过司机室的特定按钮即可实现。

（3）动力核心部分为主机部分，因此单轨吊选择电喷防爆柴油机为其提供动力，该油机为自主研发，利用ECU予以保护和控制，其喷油会按照进气量予以调整，从而为高排放低油耗提供了一定保障，在显示仪表中能够实时得到CAN传输的发动机数据。当数据发生异常时，按照保护级别ECU会自动报警，文字会在屏上滚动播放，并有警示音发出来提醒驾驶员，采取双重提醒的方式减少或避免故障的发生[5]。

（4）在整车中，辅机属于其单元的辅助部分，在液压蓄能与液压系统散热中较为常见。本机选择的散热器为紫铜管片式，虽然体积较小，却有较高的散热效率。

（5）在连接整车时，拉杆尤为关键，是主要连接部件，本机结构为万向节式拉杆，其强度与使用要求相符，同时其自由拐弯也能保持水平状态。具有较高的通过性能，使用便利。

3 技术性能和特点

（1）对带齿条轨道与齿轮驱动部进行设计时，应在易打滑、水汽大或坡度较大的局部使用，进而令大单轨吊防滑安全性能与爬坡能力有所增加[6]。

（2）30kN的单个驱动部驱动力能够令驱动部数有效减少。

（3）利用CAN总线传输的方式用于电气监控具有保护压力、水位与油温的功能，进而实现实时监控并将记录保存下来。

（4）机动车在运行过程中，其具体参数会在液晶屏中显示出来，并且故障记录也能被自动保存，为维修提供了一定便利。

（5）转弯半径与截面较小，所以较为灵活，堆物、积水与底鼓等现象对其影响较小，在变坡起伏、弯道和岔道较多等区域同样能够运行，并且转载便利、可以自动装卸，长时间、长距离运输。在巷道掘进中应用时，其轨道延伸速度极快，不仅快捷方便，且安全可靠，能够从开拓平巷、斜井或井底车场直接运输至采区工作面[7]。

4 技术参数

最大机车宽度900米；机车长度15～16.2千米；速度小于2.5 m∕s；转弯半径为垂直8米、水平4米；使用坡度不得大于25°；整机重量处于6.8～10 t之间；额定制动力为120～240 kN；额定牵引力为80～160 kN。

5 效益及推广应用前景

该项目预计研发费用360万元，200万新增利润，收回成本时间预计两年。

现如今，防爆柴油是煤矿中较为常见的辅助运输设备，但是排放标准并不理想，国内很多防爆柴油机难以达到国Ⅰ标准，只有部分国外机器排放能够达到欧Ⅱ标准，所以在实际应用中，不仅需要消耗较高的燃油，还会排放较多PM微粒、ONx、以及HC和CO等，使得工作人员身心健康受到严重危害，并且企业运行成本也有所提升。而该项目的运用，能够在动力相同时减少污染与油耗，从而令生产成本有所降低，矿井工作环境有所改善[8]。

电控柴油单轨吊污染的降低需要多方面共同努力，需要从刮板机重型部件、综采机大部件以及支架、设备等方面入手。而推广该产品能够令其安全经济效益得到提升，因此具有广阔的应用前景。