采矿工程设计手册下册第七篇第四章第三节单轨吊.docx

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采矿工程设计手册下册第七篇第四章第三节单轨吊

第三节单轨吊

一、概述

1．分类

根据动力不同单轨吊可分为防爆柴油机单轨吊、防爆蓄电池单轨吊、绳牵引单轨吊和风动单轨吊四种。

单轨吊一般由主机、控制室、吊运车辆（梁）、制动车及轨道系统等组成。

2．单轨吊优缺点

（1）能更有效地利用巷道断面，受底板因素影响小。

（2）具有一定爬坡能力，能适应巷道起伏，弯道半径小，机动灵活。

（3）柴油机或蓄电池牵引的单轨吊可进人多条分支岔道，可实现一条龙不转载运输。

（4）与同功能地轨式运输设备比，初期投资少运行维护费用低。

（5）需要有可靠的悬吊单轨的吊挂承力装置，对顶板岩石强度或支护的要求较高。

（6）绳牵引式不能进入分支岔道，需要大量绳轮，运距一般不宜超过1500m。

（7）单轨吊与齿轨车及无轨胶轮车比较，运行速度较慢，长距离运输耗用时间长。

（8）柴油机单轨吊机车排气有少量污染和异味。

3．单轨吊的适应性

（1）适应巷道底鼓较严重或底板条件差的矿井。

（2）适应机械化水平较高、生产效率高、下井人员少的矿井。

（3）对开采稳定性好、厚度大的近水平或缓斜煤层，开拓大巷沿煤层布置，岩巷工程量小的矿井，宜采用单轨吊运输。

（4）采区巷道倾角一般小于8°，局部不大于12°，适宜柴油机单轨吊，巷道倾角大于12°，宜选用绳牵引单轨吊。

（5）采区上下山辅助运输选用卡轨车或普通绞车提升时，顺槽也可选用单轨吊，但需增设换装站。

（6）掘进工作面的材料及胶带机的检修材料也可由单轨吊运输。

二、防爆柴油机单轨吊

1．结构特点

机车以防爆低污染柴油机为动力，通过主泵——制动泵泵站、控制泵泵站，液控单元控制

并驱动高速变量马达，经行星减速机构使驱动轮沿轨道辐板旋转实现行走，主要由主司机室、副司机室、主机、驱动部四部分组成。

有制动安全制动装置。

2．列车组成

列车编组为机车和承载车辆（吊运梁）两部分。

机车的主、副司机室分挂在列车的首尾。

图7—4—5、图7—4—6、图7—4—7分别为单轨吊运送材料、人员及重型设备（液压支架）的编组图。

三、单轨吊轨道系统

（一）单轨

单轨吊单轨主要有直轨、曲轨、连接轨和过渡轨四种，单轨规格及安装应满足下列要求：

（1）使用专用单轨型材，每节直轨长度不大于3m，用14号普通工字钢加工的单轨，每节直轨长度不大于2m。

（2）弯轨水平曲率半径不得小于4m，每节弧长不得大于2m，弧长超过1.6m时，应在其重点设一吊耳，垂直弯轨曲率半径不得小于10m，每节弧长不得大于3m，弧长超过1.6m的凸轨，应在其中点增设一吊耳。

（3）同一线路必须使用同型号单轨，道岔单轨要与线路单轨型号一致，单轨接头间隙不得大于3mm，高低和左右允许误差分别为2mm和1mm，接头摆角垂直不得大于7°，水平不得大于3°。

（二）单轨悬吊装置要求

（1）要求吊挂单轨的各吊挂点间距偏差不得大于15mm，10组吊挂点间距的累计偏差不得大于30mm。

（2）吊挂紧固件应使用GB5780M24×80螺栓和GB170M24螺母或10.9级高强度M20×80螺栓和M20螺母。

使用前应做不小于150kN集中载荷的抽样试验。

（3）吊环可使用16Mn钢或机械性能相当的材料，使用前应做不小于150kN集中载荷的抽样试验。

（4）吊环链可选用符合GB／T12718—9l标准的φ8×64规格的高强度圆环链，使用前应做不小于150kN集中载荷的抽样试验。

（5）当采用锚杆悬吊时，每个单轨吊挂点需有双锚杆吊挂，要求单根锚杆锚固力不得小于90kN，安装单轨前要对每根锚杆进行预定54kN锚固力的集中载荷试验。

锚杆的托板必须紧贴巷壁，应用机械或力矩扳手拧紧，锚杆露出长度不得小于100mm，悬挂单轨的两条圆环链夹角应在30°～60°之间。

（6）采用矿工钢梯形棚支护时，可用顶梁或在顶梁间加小短梁等方式悬挂单轨，支架间应设纵向拉杆，其悬挂点做90kN预订集中载荷试验时，顶梁不得产生塑性变形，顶梁与小短梁的连接不得产生松脱或破坏变形，整组支架应能可靠支承围岩压力。

（7）采用U型可缩性金属支架支护时，可用支架顶梁悬挂单轨，支架间应设纵向拉杆，在悬挂点做90kN的预定集中载荷试验，试验过程中支架不得失去可缩性和产生塑性变形，应能可靠支承围岩压力。

（8）采用料石或混凝土墙金属横梁支护时，可用横梁悬挂单轨，要求梁每端的搭接长度不小于50mm，两端高差不大于20mm，梁墙连接处应固定密实，对悬挂点做90kN预定集中载荷试验时钢梁及墙不得产生塑性变形。

（三）悬吊装置的布置方式

采用型钢支护的巷道，悬吊装置与顶梁一般均有固定的卡具连接。

卡具的型式多样一般由设备生产厂家供货。

矿工钢梯形棚支护巷道，悬吊装置有两种布置方式，一种是卡具直接固定在顶梁上，如图7—4—11，另一种是卡具固定在顶梁间的小短梁上，布置方式如图7—4—12。

矿工钢梯形支架顶梁受力时，在不发生塑性变形破坏的条件下，将发生弯曲变形，如图7—4—13，所以不仅要求顶梁有足够的强度，还要求其有足够的刚度，故应计算顶梁的最大挠度，悬挂点位于顶梁中间是挠度最大，计算方法如式（7—4—1）

（7—4—1）

式中—最大挠度，mm；

—悬挂点最大集中载荷，kN；

—顶梁静长度，mm；

—弹性模量，kN/mm²（钢材一般为171～216kN/mm²）；

—中性轴x的断面惯性矩，mm

目前，对梯形金属支架顶梁的许用挠度[y]，尚无明确规定，但在确定单轨吊悬挂高度时应考虑值。

在选择F值时，除了列车的重量外，还应考虑巷道顶板压力。

U型可缩性金属支架支护巷道，当单轨中心线偏离巷中较小时，可采用单链悬挂，当单轨中心线偏离巷中较大时，应采用双链悬挂，布置方式如图7—4—14。

采用锚杆悬挂单轨，锚杆型式如图7—4—15。

单轨曲线段，除了悬挂链外，每一悬挂点还应沿径向增设一对拉紧链，以限制轨道的横向摆动，布置方式如图7—4—16。

单轨直道段，为减小机车制动时的纵向摆动，需沿纵向增设加强链，如图7—4—17，加强链每隔30m设一组。

（四）单轨吊道岔

单轨吊道岔分对称道岔和单开道岔两种，如图7一4—18、图7—4—19及图7—4—20。

单轨吊道岔一般布置在不大于5°的单轨线路段。

道岔活动轨的摆角不得大于11°。

道岔框架4个悬挂点的受力要均衡，对每个悬挂点要做不小于90kN的预定集中载荷试验。

四、单轨吊运输能力计算

1．列车牵引能力理论计算

列车在牵引状态时，机车的牵引力F（单位N）与列车的静阻力和惯性力是平衡的，即：

（7—4—2）

式中—基本阻力，N；

—坡道阻力，N；

—惯性力，N。

（7—4—3）

式中—列车质量，kg；

—货载质量，kg；

—重力加速度，m/s²；

—列车运行阻力系数（水平直道＜0.03，水平弯道＜0.055）。

（7—4—4）

上坡时取“﹢”号，下坡时取“﹣”号；

式中—单轨坡度，，为巷道倾角。

（7—4—5）

式中—惯性系数；

—列车运行加速度，m/s²。

（7—4—6）

式中—每个承载轮对其轴的转动惯量，kg·m²；

—承载轮半径，m；

—承载物体（包括吊运梁）质量，kg。

（7—4—7）

若要核对上坡重载条件下的牵引力，则式（7—4—7）；转化为：

（7—4—8）

若机车牵引力一定，最大上坡条件下的最大载荷为：

（7—4—9）

公式（7—4—7）、公式（7—4—8）、公式（7—4—9）中符号意义同上。

2．漳村矿井柴油机单轨吊的计算方法

柴油机单轨吊的设计计算包括：

柴油机车台数的计算，机车的牵引力计算和制动力的计算。

根据矿井材料设备的需用量和掘进的矸石量，计算单轨吊机车台数，并校核机车牵引力和防滑条件。

（1）运送材料、设备、矸石的机车台数

机车往返一次运行时间：

（7—4—10）

式中—机车往返一次运行时间，min；

—加权平均运距，m；

—机车运行速度，m/s；

—速度影响系数，取0.8。

机车往返一次全部时间：

（7—4—11）

式中—机车往返一次全部时间，min；

—装载与调车辅助时问，min。

—符号意义同上式

每台机车一班可往返次数：

（7—4—12）

式中—每台机车—班可往返次数，次；

—机车每班净工作时间，h。

每班需用列车数：

（7—4—13）

式中—每班需用列车数，列；

A—最大班运量，取日总运量之半，t；

Z—每列车集装箱或承载车（梁）数；

G—每一集装箱或承载车（梁）净载质量，t；

—运输不均衡系数，取1.2。

机车工作台数N：

（7—4—14）

式中N—机车工作台数，台；

n—每台机车一班可往返次数。

（2）运送人员的机车台数

从井口候车室至工作面的运行时间：

（7—4—15）

式中—从乘车点至下车点运行时间，min；

L、、—意义同前。

从井口候车室至工作面需用全部时间：

（7—4—16）

式中—包括上下人时间的全部运行时间，mln；

—人车上下人时间，min。

每班运人需用机车台数：

（7—4—17）

式中—每班运人需用机车台数，台；

—最大班下井人数；

—列车乘车人数。

（3）机车牵引计算

运送人员需用牵引力：

（7—4—18）

式中—运送人员所需牵引力，kN；

—机车质量，t；

—人车质量，t；

—单人质量，t；

—每列车牵引人车数，辆；

—每列车乘人数，人；

—机车运行阻力系数，取0.03；

—线路最大坡度，（°）；

g—重力加速度，m/s²。

运送矸石时，若采用吊运梁吊挂集装箱运输则需用牵引力：

（7—4—19）

式中—运送矸石所需牵引力，kN；

、、、g—符号意义同上；

—矸石集装箱质量，t；

—吊运梁质量，t；

—矸石集装箱装载质量，t；

—每列车牵引矸石集装箱数，辆；

—每列车悬挂吊运梁数，组。

运送液压支架需用牵引力：

（7—4—20）

式中—运送液压支架所需牵引力，kN；

、、、、g—符号意义同上；

—液压支架质量，t。

运送其他材料时，需用牵引力均小于以上情况，不再计算。

若机车牵引力大于所需牵引力则能满足使用要求。

（4）机车防滑计算

运送液压支架时下滑力为：

（7—4—21）

式中—下滑力，kN。

运送矸石为：

（7—4—22）

式中—意义同上式。

运送人员时为：

（7—4—23）

式中—意义同上式。

计算结果取大值。

防滑系数K，要求不小于2，按下式计算：

（7—4—24）

式中K—防滑系数；

—机车制动力，kN。

3．利用设备运输能力表估算单轨吊运输

（1）主要参数：

①列车自重，包括机车质量、承载车辆（吊运梁）质量，可从设备主要技术参数表中查出；

②货物总重；

③巷道长度L；

④巷道倾角；

⑤运行速度v。

（2）选择计算举例：

如图7—4—21为某采区巷道布置，辅助运输材料、设备等由轨道大巷运至采区材料换装站换装为单轨吊运输。

例如由A点（换装站）运抵B点（回采工作面），计算步骤如下；

1首先将运输线路按不同坡度划分为若干段

，（m）

，（°）

2计算列车和货物总质量

（kg）（7—4—25）

（kg）（7—4—26）

（7—4—27）

式中—机车质量，kg；

—承载车辆（吊运梁）自身质量之和，kg；

—各承载车辆（吊运梁）所载货物质量，kg。

③确定货物最大装载质量

运送大件（如液压支架）时，装载货物的最大质量一般为单件质量；运送散件时，应根据机车运输能力、巷道坡度等合理选择，应使列车能顺利通过最大坡度段。

④查设备能力表，确定各段速度

重车时：

，m/s；

空车时：

，m/s。

⑤运行时间计算

重车运行时间：

（s）（7—4—28）

空车运行时间：

（s）（7—4—2