賈金梁

（陽煤集團(tuán)五礦， 山西 陽泉 045000）

引言

隨著機(jī)械制造水平不斷提升，我國煤礦機(jī)械化程度愈來愈高。作為運(yùn)送液壓支架等設(shè)備的主要工具，礦用平板車所承受的載荷越來越大，安全標(biāo)準(zhǔn)也越來越高[1]。但是傳統(tǒng)的設(shè)備列車一般都采用絞車進(jìn)行牽引，安全性能低；且軌道和車身是分開的，這就導(dǎo)致了設(shè)備列車每次移動時(shí)，都需要重新鋪設(shè)軌道并進(jìn)行絞車固定[2]。綜合來說，傳統(tǒng)設(shè)備列車這種牽引方式機(jī)械效率低，限制了礦井的高度機(jī)械化發(fā)展，且成本較高。因此，設(shè)備列車的機(jī)動性差、成本高、安全性差已經(jīng)成為制約煤礦機(jī)械自動化發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵瓶頸。為了進(jìn)一步提高煤礦機(jī)械化程度與工作效率，就必須補(bǔ)齊平板車的這一短板[3]。在這個(gè)背景下，提出了一種自帶軌道的垂直提升平板車的設(shè)計(jì)方案。該平板車摒棄了傳統(tǒng)平板車軌道、車架分離的弊端，創(chuàng)新性地將軌道、車架和提升裝置組合成一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)了平板車的邁步式前進(jìn)，提高了機(jī)動性和效率[4]。

1 自帶軌道的垂直提升平板車工作原理

一種自帶軌道的垂直提升平板車，利用垂直提升機(jī)構(gòu)進(jìn)行提升和下降，同時(shí)采用自帶軌道的形式實(shí)現(xiàn)平板車的邁步式前進(jìn)[5]。實(shí)際工作時(shí)，通過提升油缸將提升臂向下壓，把導(dǎo)軌壓在地面，此時(shí)，平板車自然而然被抬起來；通過錨固牽引裝置，牽引平板車向前移動；移動動作完成后，提升油缸的油液回流，此時(shí)平板車回落，帶動軌道提升；通過錨固牽引裝置軌道將以平板車為支點(diǎn)，向前移動。周而復(fù)始這個(gè)循環(huán)便可以實(shí)現(xiàn)平板車的前進(jìn)。

2 自帶軌道的垂直提升平板車的優(yōu)點(diǎn)

1）該新型平板車將軌道和車架結(jié)合起來，結(jié)構(gòu)緊湊。這種巧妙的設(shè)計(jì)可以有效避免傳統(tǒng)列車每次移動都需要重新鋪設(shè)軌道的弊端，實(shí)現(xiàn)了平板車的高效移動。

2）同時(shí)該新型平板車采用錨固牽引裝置進(jìn)行牽引，這就使得平板車不受地面傾斜角度的制約，最高可以在±10°的傾斜坡道上實(shí)現(xiàn)邁步式前進(jìn)。

3）另外，這種新型平板車由于車身高度進(jìn)一步降低，其重心下移，安全性更高，更加適合于礦山井下順槽巷道設(shè)備的運(yùn)輸。

4）由于該平板車采用集中式控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，節(jié)省人力成本。

3 自帶軌道的垂直提升平板車結(jié)構(gòu)

3.1 主要結(jié)構(gòu)尺寸

為了提高車身的強(qiáng)度，主要車身內(nèi)部采用腔體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后通過平板焊接成完整的車體。新型平板車的主要尺寸參數(shù)如表1所示。

表1 一種自帶軌道的垂直提升平板車主要尺寸參數(shù)表

該新型平板車主要結(jié)構(gòu)包含車架、垂直提升裝置及其驅(qū)動系統(tǒng)、導(dǎo)軌移動系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)采用液壓油缸作為驅(qū)動源，垂直提升裝置被安裝在軌道上方，采用連接銷與車架相連。連接銷的使用保證了車架、垂直提升裝置以及軌道成為一個(gè)綜合體，可以實(shí)現(xiàn)平板車整體的邁步式前進(jìn)。

3.2 導(dǎo)軌系統(tǒng)

導(dǎo)軌移動系統(tǒng)主要包含滾輪、壓輪以及導(dǎo)軌。導(dǎo)軌設(shè)置在平板車的兩側(cè)，為專用軌道。提升機(jī)構(gòu)通過提升銷與軌道相連接，壓輪設(shè)置在軌道上方，通過提升銷與軌道相連，以保證平板車沿著軌道移動。由于平板車承受的載荷比較大，因此壓輪一般采用40Cr材料，以保證平板車的安全性。

3.3 垂直提升裝置

該新型平板車的垂直提升裝置主要由四個(gè)相同的提升機(jī)構(gòu)組成，如下頁圖1所示。其分別被設(shè)置在平板車的四個(gè)角上，下端安置在軌道上，與滾輪接觸；上端與車架固定連接。提升機(jī)構(gòu)采用板材焊接，其焊接厚度高達(dá)5 mm。這種設(shè)計(jì)既可以對支架起到支撐作用，又能確保平板車沿著軌道方向準(zhǔn)確移動。從安全角度出發(fā)，為了保證平板車能夠平穩(wěn)的提升性能，液壓油缸被安裝在垂直提升裝置的內(nèi)部。通過液壓油缸，可以實(shí)現(xiàn)平板車的提升動作。

圖1 一種自帶軌道的垂直提升平板車垂直提升機(jī)構(gòu)圖

3.4 控制系統(tǒng)

由于垂直提升裝置包含四個(gè)提升機(jī)構(gòu)，且每個(gè)提升機(jī)構(gòu)內(nèi)的液壓油缸主要包含液壓控制單向鎖以及安全閥。為了保證四個(gè)提升機(jī)構(gòu)能同時(shí)作用，產(chǎn)生平穩(wěn)的升力，該平板車采用集中式控制系統(tǒng)。

在實(shí)際提升動作中，通過給泵站的高壓油液加壓，實(shí)現(xiàn)其流入控制閥組，在經(jīng)過支管，分別均勻地流入四個(gè)液壓油缸，實(shí)現(xiàn)平板車提升動作。在平板車需要降低高度時(shí)，可以通過回液截止閥的開關(guān)，將油液回流到泵站，進(jìn)而顯現(xiàn)平板車的下降動作。

4 自帶軌道的垂直提升平板車的有限元分析

由于平板車在工作過程中所承受的載荷較大，為了驗(yàn)證垂直提升機(jī)構(gòu)能否有效工作，需要對該新型平板車進(jìn)行有限元驗(yàn)證，本驗(yàn)證采用ANSYS的結(jié)構(gòu)動力學(xué)模塊，具體實(shí)驗(yàn)過程如下：

1）建立模型。通過Solidsorks軟件，可以建立提升機(jī)構(gòu)的三維模型。為了兼顧計(jì)算精度和計(jì)算成本，在建模時(shí)忽略提升臂上的螺栓孔[6]。

2）前期參數(shù)設(shè)置。前期參數(shù)設(shè)置主要是指提升機(jī)構(gòu)的材料參數(shù)，四個(gè)提升機(jī)構(gòu)模型的材料為彈性各向同性，材料為Q345，彈性模量為210 GPa，泊松比為0.3。

3）計(jì)算過程。根據(jù)前期分析，提升機(jī)構(gòu)在實(shí)際提升過程中，受力最大的是平板車面，但是這些力會通過銷軸傳遞到底座，故底座的受力環(huán)境最為復(fù)雜，需要進(jìn)行驗(yàn)證。考慮到實(shí)際情況，將底座水平方向不設(shè)置自由度約束，而只是將其垂直方向上的自由度進(jìn)行約束。然后施加載荷，得到應(yīng)力云圖以及變形云圖。

4）后處理。通過分析應(yīng)力云圖和變形云圖，可以明顯的看出，最大應(yīng)力為153.3 MPa，最大變形量在底座的銷孔處，但是最大應(yīng)力小于結(jié)構(gòu)的屈服強(qiáng)度。因此，可以判定該結(jié)構(gòu)的最大變形量和最大應(yīng)力滿足要求，即結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理[7]。

5 結(jié)論

自帶軌道的垂直提升平板車的設(shè)計(jì)，改善了傳統(tǒng)平板車需要重復(fù)鋪設(shè)、拆卸軌道的弊端，實(shí)現(xiàn)了平板車的高效移動。此外，這種新型平板車安全性更高，更加適合于礦山井下順槽巷道設(shè)備的運(yùn)輸，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，節(jié)省人力成本，實(shí)現(xiàn)了平板車的邁步式前進(jìn)。