蓄电池单轨吊设计选型方案及技术规格书11.docx
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蓄电池单轨吊设计选型方案及技术规格书11
**矿单轨吊辅助运输设计选型方案及技术规格书
**矿
2020年1月1日
**矿单轨吊辅助运输设计选型方案及技术规格书
一、情况说明
**矿现轨道大巷平巷主要使用蓄电池电机车运输,斜巷主要使用变频绞车、运输绞车和调度绞车运输。
斜巷运输存在风险高、占用人员多、效率低、环节复杂等缺点。
根据机械化、自动化、信息化、智能化(简称“四化”)和优化系统、减水平、减头面、减人员(以下简称“一优三减”)工作的要求,同时改进**矿现有的辅助运输方式,计划****工作面配备1台DX120型蓄电池单轨吊机车,**轨道巷配备2台DX120型蓄电池单轨吊机车,**轨道巷DX120型蓄电池单轨吊机车1台,使用单轨道运输作为辅助运输方式来完成运输物料、设备和人员任务。
二、单轨吊运输路线、运输物料基本参数
1、运输路线基本参数
(1)****风巷运输距离2200m,最大坡度14°;****机巷运输距离2000m,最大坡度14°。
(2)**轨道巷运输距离1800m,最大坡度13°。
(3)**轨道巷运输距离1800m,最大坡度8°。
2、运输物料基本参数
(1)最重材料:
ZY6800/16/35D型液压支架重22T,日常运输一次材料共重约18T左右。
(2)运输宽度需求1.5m。
(3)运输高度需求1.6m。
3、顶板情况
**轨道巷、**轨道巷和****工作面直接顶板主要以泥岩、砂岩为主,巷道顶、底板无明显压力显现,帮、顶锚杆使用φ=20mm、L=2200mm的螺纹钢树脂锚杆,锚杆锚固力不低于120kN。
三、单轨吊运输与现有运输方式对比
1、运输方式对比
(1)****工作面、**轨道巷、**轨道巷采用绞车进行斜巷运输时,投入设备和人员如下:
序号
巷道名称
设备名称
设备型号
单位
数量
使用人员
1
****工作面
运输绞车
JYB-60×1.25
部
2
20人
调度绞车
JD-4.0
部
4
调度绞车
JD-2.5
部
3
慢速绞车
JSDB-13
部
4
气动卧闸阻车器
QWZC-6
套
8
轨道
22kg/m
m
8400
绞车开关
QBZ-120N/QBZ-80N
台
14
斜巷挡车设施及防跑车装置
套
8
馈电开关
KJZ-400
台
2
电缆
MYP3×95+1×50
m
4300
红灯、语音报警等
个
90
2
**轨道巷
变频绞车
JKB-2×1.8P
部
1
8人
运输绞车
JYB-60×1.25
部
1
斜巷挡车设施及防跑车装置
ZBD-2.0
套
4
气动卧闸阻车器
QWZC-6
套
7
变压器
KBSG2-T-315/6
处
1
轨道
22kg/m
m
3600
绞车开关
QBZ-80N
台
1
红灯、语音报警等
个
36
3
**轨道巷
调度绞车
JD-4.0
部
4
6人
轨道
22kg/m
m
3600
绞车开关
QBZ-120N/QBZ-80N
台
4
气动卧闸阻车器
QWZC-6
套
4
斜巷挡车设施及防跑车装置
套
4
馈电开关
KJZ-400
台
1
电缆
MYP3×95+1×50
M
2000
红灯、语音报警等
个
36
(2)****工作面、**轨道巷、**轨道巷采用蓄电池单轨吊机车进行运输时,设备和人员配置如下:
序号
巷道名称
设备名称
设备型号
单位
数量
备注
使用人员
1
****工作面
防爆特殊型蓄电池单轨吊
DX120
套
1
含充电机1台,备用电池1块
6人
12T起吊梁
套
3
运输物料
30T起吊梁
套
1
运输支架
换电池小车
台
2
I140V轨道
m
4400m
含悬挂件
弯轨
套
5
弯道用
2
**轨道巷
防爆特殊型蓄电池单轨吊
DX120
套
2
含充电机2台,备用电池2块
2人
12T起吊梁
套
3
运输物料
换电池小车
台
2
I140V轨道
m
2200
含悬挂件
弯轨
套
5
弯道用
3
**轨道巷
防爆特殊型蓄电池单轨吊
DX120
套
1
含充电机1台,备用电池1块
2人
12T起吊梁
套
3
运输物料
换电池小车
台
2
I140V轨道
m
2000
含悬挂件
弯轨
套
5
弯道用
根据以上对比可以直观的看出,如果使用绞车运输,需投入大量的绞车、开关、斜巷挡车设施及防跑车装置、电缆红灯、语音信号等设备和设施,环节复杂,效率低,设备数量多,故障率高,假如其中1台设备发生故障,整个运输线都无法运行。
尤其是****工作面安装,如果采用绞车运输支架,则必须将解体后的支架运至****切眼口后进行组装,然后使用慢速绞车将支架运至安装地点。
且使用JYB-60×1.25型运输绞车需施工硐室,安装费时费力,安全系数较低。
如果使用单轨吊机车运输支架,则可直接在****车场组装好支架,支架整架直接运至安装地点,这样就大大降低了作业人员劳动强度,提高了作业效率,减少工作面安装时间。
2、单轨吊运输的优势
通过对比,单轨吊运输相较于传统的地面轨道运输来说具有以下优势:
(1)安全性高,与现用的绞车运输相比较,可以有效的避免斜巷运输掉道、跑车事故,斜巷运输时不需要像运输绞车执行全线封闭管理,提高矿井生产效率。
(2)适应性强,无需考虑底鼓、底板积水等对其运输的影响,无需在巷道底鼓落底时频繁拆除、铺设轨道,可充分利用巷道的上部空间,能够跨越刮板输送机、落地式带式输送机,激动灵活性高。
(3)单轨轨道安装简便,维护简单,轨道和吊挂装置重复使用率高。
(4)运输效率相对较高,无需考虑斜巷运输中中间摘挂钩转换等衔接环节,能够实现远距离连续运输,简化车场及巷道布置,可直接将物料、设备等从转载车场运输至工作面。
(5)节约人员,随着机械化、自动化、信息化、智能化(简称“四化”)和优化系统、减水平、减头面、减人员(以下简称“一优三减”)工作的逐步推进,减员提效成为以上两项工作的重中之重。
采用斜巷运输物料、设备时,每条运输线至少需要配置6人同时作业,采用单轨吊作业时2人作业就能满足运输要求,大大缩短了设备、材料运输环节的人员投入。
(6)牵引力大,能实现重型设备和物料运输,如重型液压支架的整体搬运。
(7)单轨吊机车和轨道、吊挂装置转移方便,循环利用率高。
3、单轨吊缺点
(1)蓄电池使用时间短,续航约20km,用完需及时充电。
(2)需在新鲜风风流或独立通风地点建立专用充电硐室,配置氢气传感器及灭火设施。
(3)车身较长,一般情况车身在30m以上,风门及巷道设计长度需满足使用要求。
(4)转弯半径要求不低于4m,个别巷道拐点需进行扩刷。
(5)根据煤矿安全规程,蓄电池单轨吊运输坡度不得超过15°。
四、方案设计
1、****工作面线路设计:
转载车场(单轨吊对物料及设备进行转载)→****机巷段(****风巷段)→****工作面切眼,巷道总长约4200m,****机巷主要运输物料,****风巷主要运输支架和物料;物料及支架通过车场由单轨吊对其进行转载,运输到指定位置;下图实线为单轨吊轨道铺设路线:
****工作面单轨吊轨道敷设平面示意简图
2、**轨道巷、**轨道巷线路设计:
**轨道巷路线设计:
转载车场(单轨吊对物料及设备进行转载)→**轨道巷→29各巷道车场,巷道总长约1800m,此单轨吊系统可直接延伸至29010中巷底抽巷巷道内,其他巷道转运至车场,物料及支架通过车场进行转载,运输到指定位置。
根据现场需要,需在**轨道巷皮轨三联巷平台处增设转载车场,便于物料周转和机车对向行驶避让。
**轨道巷路线设计:
转载车场(单轨吊对物料及设备进行转载)→**轨道巷→27各巷道车场、联巷口;物料及支架通过车场由单轨吊对其进行转载,运输到指定位置。
因**轨道巷车场距离**轨道巷车场距离较近,约280m,计划在东翼轨道巷敷设轨道将**轨道巷和**轨道巷单轨吊路线联通,两处机车互为备用,便于机车调度。
**轨道巷和**轨道巷单轨吊轨道敷设路线:
**轨道巷、**轨道巷单轨吊轨道敷设平面示意简图
3、长期方案规划
以上方案为现计划运行方案,后期**轨道巷单轨吊可服务29010、29030、29040、29060、29080、29100、29120等多个工作面的风巷、机巷、底抽巷,形成网络,方便快捷运输。
**轨道巷后期可直接将单轨吊轨道延伸至27010、27020、27030、27040、27050、27060、211010、211020、211030、211040、211050等多个的风巷、机巷、底抽巷,形成网络,方便快捷运输。
****工作面单轨吊在****工作面回采结束后可以转移至27采区、29采区和**矿西翼等多个地点继续使用。
4、轨道安装
轨道采用德国工业标准(DIN20593)的标准专用轨道I140V,采用标准直轨,每根轨道长2.4m,宽69mm,高198mm,中板厚8mm;屈服强度≥350MPa、抗拉强度490~630MPa。
水平曲率半径不得小于4m;垂直弯轨曲率半径不小于10m。
每根轨道长2.4m,轨道的扣件如左右底扣件、左右耳、舌板、8字连接板、摇摆、连接销等,扣件采用精锻件制造。
能够适应双吊挂板吊挂(如图1)和双U型螺纹卸扣吊挂(如图2)。
图1双吊挂板吊挂
图2双U型螺纹卸扣吊挂
(2)弯轨:
单套弯轨配置:
10根(2根过渡轨、8根弯轨)
连接方式:
法兰连接最大转弯角度:
90°
过渡轨长度:
1m/根弯轨长度:
2m/根
弯轨是单轨吊在弯道使用的专用轨道,轨道为I140V型轨道,一套弯轨包含8根轨道(保证轨道可以转90°弯),2根过渡轨,轨道的连接方式为法兰式连接,法兰上方有三个吊点,每个吊点悬吊一根悬吊链。
(3)道岔:
连接方式:
法兰连接驱动方式:
气动控制
轨道型号:
I140V型摆轨偏移角度:
14°
司控道岔由道岔装置和气动控制系统组成;道岔装置包含入轨、出轨和摆动轨、指示器等组成,气动控制系统由气动控制箱、气缸等组成。
道岔装置上有四个吊点,每个悬挂点由锚杆锁件悬挂,道岔与外接轨道连接点用法兰连接;气缸控制管路需固定在巷道帮上,避免外界锐器损伤。
五、单轨吊驱动形式的选择
根据《煤矿安全规程》、《矿井通风能力核算标准》等要求,如果使用防爆柴油机单轨吊车的巷道,需要加强通风,增加配风量,其通风量应能将空气中的有害气体稀释到安全规程规定的最高允许浓度范围之内。
另外且井下运输、储存柴油条件要求苛刻,暂无法满足,国内暂无国Ⅲ版防爆柴油机车;而使用绳牵引单轨吊不够灵活,路线单一。
根据以上情况,认为选用蓄电池单轨吊较为合理。
六、《煤矿安全规程》对单轨吊运输的相关规定
注:
内容只保留与单轨吊相关内容,其余删减,序号未修改,便于核对。
第九十条 巷道净断面必须满足行人、运输、通风和安全设施及设备安装、检修、施工的需要,并符合下列要求:
运输巷与运输设备最突出部分之间的最小间距
巷道类型
顶部/m
两侧/m
备注
单轨吊车运输巷道
0.5
0.85
曲线巷道段应当在直线巷道允许安全间隙的基础上内侧加宽不小于0.1m,外侧加宽不小于0.2m。
巷道内外侧加宽要从曲线巷道段两侧直线段开始,加宽段的长度不小于5.0m
第九十二条 在双向运输巷中,两车最突出部分之间的距离必须符合下列要求:
(二)采用单轨吊车运输的巷道:
对开时不得小于0.8m。
第三百九十条 使用的单轨吊车、卡轨车、齿轨车、胶套轮车、无极绳连续牵引车,应当符合下列要求:
(一)运行坡度、速度和载重,不得超过设计规定值。
(二)安全制动和停车制动装置必须为失效安全型,制动力应当为额定牵引力的1.5~2倍。
(三)必须设置既可手动又能自动的安全闸,安全闸应当具备下列性能:
1.绳牵引式运输设备运行速度超过额定速度30%时,其他设备运行速度超过额定速度15%时,能自动施闸;施闸时的空动时间不大于0.7s。
2.在最大载荷最大坡度上以最大设计速度向下运行时,制动距离应当不超过相当于在这一速度下6s的行程。
3.在最小载荷最大坡度上向上运行时,制动减速度不大于5m/s2。
(五)柴油机和蓄电池单轨吊车、齿轨车和胶套轮车的牵引机车或者头车上,必须设置车灯和喇叭,列车的尾部必须设置红灯。
(六)柴油机和蓄电池单轨吊车,必须具备2路以上相对独立回油的制动系统,必须设置超速保护装置。
司机应当配备通信装置。
第三百九十一条 采用单轨吊车运输时,应当遵守下列规定:
(一)柴油机单轨吊车运行巷道坡度不大于25°,蓄电池轨吊车不大于15°,钢丝绳单轨吊车不大于25°。
(二)必须根据起吊重物的最大载荷设计起吊梁和吊挂轨道,其安装与铺设应当保证单轨吊车的安全运行。
(三)单轨吊车运行中应当设置跟车工。
起吊或者下放设备、材料时,人员严禁在起吊梁两侧;机车过风门、道岔、弯道时,必须确认安全,方可缓慢通过。
(四)采用柴油机、蓄电池单轨吊车运送人员时,必须使用人车车厢;两端必须设置制动装置,两侧必须设置防护装置。
(六)单轨吊车的检修工作应当在平巷内进行。
若必须在斜巷内处理故障时,应当制定安全措施。
第一百六十七条 井下充电室必须有独立的通风系统,回风风流应当引入回风巷。
井下充电室,在同一时间内,5t及以下的电机车充电电池的数量不超过3组、5t以上的电机车充电电池的数量不超过1组时,可不采用独立通风,但必须在新鲜风流中。
井下充电室风流中以及局部积聚处的氢气浓度,不得超过0.5%。
第四百八十五条 使用蓄电池的设备充电应当符合下列要求:
(一)充电设备与蓄电池匹配。
(二)充电设备接口具有防反向充电保护措施。
(三)便携式设备在地面充电。
(四)机车等移动设备在专用充电硐室或者地面充电。
(五)监控、通信、避险等设备的备用电源可以就地充电,并有防过充等保护措施。
七、机车选型
1、拟选机车型号及数量
型号:
DX120;名称:
蓄电池单轨吊机车;数量4套。
2、DX120单轨吊运载能力参数
DX120单轨吊在各种坡道上运载能力见下表:
坡道坡度(°)
0
7
9
11
13
15
16
起吊吨位(t)
30
30
30
30
29
24
21
一次充电后的连续运载能力/km
20(充电6-8h)
注:
配备电池252V/730Ah
****风、机巷单轨吊轨道联合布置,选用1套DX120型蓄电池单轨吊机车,29轨道和**轨道巷单轨吊轨道联合布置,采用3套DX120型蓄电池单轨吊机车。
3、机车型号及技术参数:
DX120防爆特殊型蓄电池单轨吊机车技术参数
参考型号
DX120
适用坡度
≤15°
额定牵引力
120KN
制动力
180KN≤制动力≤240KN
蓄电池容量/电压
730Ah/252V
最小通过曲率半径
水平4m/垂直10m
调速方式
变频无极调速
运行速度
最大运行速度1.6m/s,重载运行速度平均1.0m/s。
制动方式
失效保护+电气制动
行驶操作
双向双司机室+遥控驾驶
驱动部底端距轨道底高度
≤0.80m
机车自重
12T≤机车重量≤14.5T
13T≤机车重量≤16.5T
裸车整车外形尺寸(长×宽×高)
(不超过23m)×(不超过1.1m)×(不超过1.5m)
(不超过25m)×(不超过1.1m)×(不超过1.5m)
轨道
I140V(重轨单根长度2.4m)
4、机车配置图:
(1)DX120蓄电池单轨吊机车配置30T起吊梁运输支架:
驱动部1——驱动部2——驱动部3——30T起吊梁——驱动部4——司机室1——驱动部5——控制车——电池车——驱动部6——司机室2,机车全长约34m:
(2)DX120蓄电池单轨吊机车配置12T起吊梁运输物料:
驱动部1——驱动部2——驱动部3——12T起吊梁×3——驱动部4——司机室1——驱动部5——控制车——电池车——驱动部6——司机室2,机车全长约38m:
八、使用单轨吊运输的必要性
综上所述,蓄电池单轨吊具备安全系数高,适用性强,机动灵活,可以在多坡度、多岔道、多支线巷道中不经转载实现连续直达运输,速度快、效率高、使用人员少、能够跨越落地输送机等优点,使用蓄电池单轨吊亟待实施。
九、使用单轨吊运输的可行性分析和存在的问题
1.****工作面运输能力验算
****工作面拟采用一台DX120型防爆蓄电池单轨吊机车,机车主要由6组驱动部、2套司机室、1套控制车、1套电池起吊梁等组成。
DX120防爆蓄电池单轨吊机车结构
2.拟邀标厂家DX120单轨吊机车及起吊梁参数
序号
厂家
DX120机车自重(裸车)
DX100机车自重(裸车)
自重
30T起吊梁重量
12t起吊梁自重
1
新沙
13.1
12.1
5.64
1.49
2
太原矿机
16.2
14.1
5.5
2.5
3
徐州立人
14
13
3
1.5
3.单轨吊机车牵引力验算
综合考虑矿方目前的运输要求,使用蓄电池单轨吊运输物料和支架以满足目前的运输要求,分别按DX120蓄电池单轨吊机车和DX100蓄电池单轨吊机车在****风巷进行牵引能力验算:
(1)DX120蓄电池单轨吊(6驱)运输,额定牵引力为120KN,机车自重按16.2T,长度23m(裸车长度)的相关计算:
①在最大14°坡搭配3套12T起吊梁运输物料的计算:
F(最大牵引力)=【16.2T(机车自重)+2.5T×3(3套起吊梁自重)+6T×3(起吊梁半载)】·g(9.8)×sin14°(最大爬坡角)+【16.2T(机车自重)+2.5T×3(3套起吊梁自重)+6T×3(起吊梁半载)】·g(9.8)×cos14°(最大爬坡角)×0.03(滚动摩擦系数)
=(16.2+7.5+18)×9.8×0.2419+(16.2+7.5+18)×9.8×0.9703
=98.8+12.3kN=111.1<120KN
在14°坡道路段,DX120蓄电池单轨吊机车牵引力能满足一次运输6辆矿车的运输要求。
②在14°坡道搭配1套30T起吊梁运输支架的计算:
机车自重16.2t,载重22t,每部机车附挂一部30T起吊梁,吊轨与承载轮之间的摩擦系数μ=0.03,机车最大运行坡度为14°。
单轨吊机车牵引力计算:
F=(P+Q)g(sinθ+μcosθ)
a式中:
P为牵引机车的重量16.2t;
Q为机车携带重物的重量{以载重27.5t(载重22t+起吊梁5.5t)验算},θ为
巷道的倾角,按14°计算,代入数据得:
F=(P+Q)(sinθ+μcosθ)g
=(16.2+27.5)×(sin14°+μcos14°)×9.8
=43.7×(0.2419+0.03×0.9703)×9.8
=43.7×0.2613×9.8=111.9kN<120kN
在14°坡道路段,DX120蓄电池单轨吊机车牵引力能满足运输22t支架的运输要求。
(2)DX100蓄电池单轨吊(55驱)运输,额定牵引力为100KN,机车自重按14.1T,长度21m(裸车长度)的相关计算:
①在最大13°坡搭配3套12T起吊梁运输物料的计算:
F=(P+Q)g(sinθ+μcosθ)
Q为机车携带重物的重量{以载重25.5t(载重6t×3(起吊梁半载)+起吊梁2.5t×3)验算},θ为巷道的倾角,按13°计算,代入数据得:
F=(P+Q)g(sinθ+μcosθ)
=(14.1+2.5×3+6×3)×9.8
=87.3+11.3kN=98.6<100KN
式中:
P为牵引机车的重量14.1t;
在13°坡道路段,DX100蓄电池单轨吊机车牵引力勉强能满足一次运输6辆矿车的要求运输要求。
②在13°坡道搭配1套30T起吊梁运输支架的计算:
机车自重14.1t,载重22t,每部机车附挂一部30T起吊梁,吊轨与承载轮之间的摩擦系数μ=0.03,机车最大运行坡度为13°。
单轨吊机车牵引力计算:
F=(P+Q)g(sinθ+μcosθ)
式中:
P为牵引机车的重量14.1t;
Q为机车携带重物的重量{以载重27.5t(载重22t+起吊梁5.5t)验算},θ为
巷道的倾角,按13°计算,代入数据得:
F=(P+Q)(sinθ+μcosθ)g
=(14.1+27.5)×(sin14°+μcos14°)×9.8
=41.6×(0.2250+0.03×0.9744)×9.8
=41.6×0.2542×9.8=103.6kN>100KN
在13°坡道路段,DX100蓄电池单轨吊机车牵引力不能满足运输22t支架的运输要求。
因此选用DX12O的防爆特殊型蓄电池单轨吊,牵引力120KN,整体吊装22T液压支架,蓄电池单轨吊机车牵引力满足在14°坡运输物料和支架的要求。
而选用DX10O的防爆特殊型蓄电池单轨吊,牵引力100KN,整体吊装22T液压支架,蓄电池单轨吊机车牵引力不能满足在13°坡运输物料和支架的要求。
为提高运输安全系数,同时满足各部机车配件通用要求,4部单轨吊全部选用DX12O的防爆特殊型蓄电池单轨吊。
4.转载和运输巷道尺寸验证:
(1)转载巷道:
考虑到转载以及车场物料存放的需要,建议转载区设置双道铺设。
单轨吊转载处轨道中心与地面轨道中心重合,便于单轨吊的起吊。
如下所示:
机车空车时停靠cd道,物料及设备通过平板车运输停到ab道(作为物料存放区域),当运输物料时,物料及设备通过牵引进入转载区,单轨吊机车对设备或物料进行起吊。
转载区平面示意图
吊点高度H=700mm(巷道吊点至轨道底高度)+1400mm(轨道底至机车底高度)+200mm(安全高度)+1600mm(支架高度)+300mm(小车距地高度)=4200mm
巷道宽度W=500mm×2(左、右帮安全距离)+1800mm(起吊梁宽)+300mm(安全距离)+1500mm(支架宽)≥4600mm。
满足单轨吊在转载区双道布置的要求;确保转载区轨道吊点高度≥4.2m,宽度≥4.6m才可满足单轨吊的转载要求。
转载车场断面图(****车场、**轨道巷、**轨道巷车场)
注:
由于转载车场巷道高度3.9m,宽度4.6m,则宽度满足要求,高度不满足,则需对其适当落底以达到转载运输要求。
(2)运输巷道布置:
运行初期****机巷、风巷、**轨道巷、**轨道巷岩巷段考虑掘进期间的物料和支架的运输,巷道面净宽4.6m,高3.9m。
****风巷与**轨道巷单轨吊沿巷道中心架设,**轨道巷、****机巷单轨吊与皮带平行敷设,空间狭窄,故以**轨道巷、****机巷运输ZY6800/16/35D型液压支架为例进行验算巷道尺寸:
吊点高度H=700mm(巷道吊点至轨道底高度)+700mm(轨道底至起吊梁底高度)+200mm(安全高度)+1600mm(支架高度)=3200mm
巷道宽度W=850mm(行人侧宽度)+1800mm(起吊梁宽)+200mm(机车与皮带机的安全距离)+1170mm(皮带机的宽度)
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