新型摩擦轮与齿轮混合驱动蓄电池单轨吊设计

梁椿豪，丛佩超，薛安东，2

（1.山西焦煤集团有限责任公司，山西 太原 030000；2.太原矿机电气科技有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

近年来，我国煤炭开采技术取得了突飞猛进的发展，但是煤炭行业全员效率仍然很低，与国外先进采煤国家相比有较大的差距，尤其是在煤矿辅助运输方面。因此，发展先进高效辅助运输系统是高产高效矿井建设的重要内容，成为衡量煤矿现代化水平的重要指标。单轨吊可以解决整个矿井辅助运输机械化问题，是一种先进高效的辅助运输系统，特别适合我国中小煤矿井下采区的辅助运输系统。

1 蓄电池单轨吊存在的问题及发展趋势

目前蓄电池单轨吊存在的主要问题是速度低、牵引力小和续航能力低，实际行驶速度小于1.6m/s，最大牵引力不超过100KN；充一次电，最大运距小于16km。

针对蓄电池单轨吊当前存在的各类问题，本文设计了一款新型蓄电池单轨吊-DX140摩擦轮与齿轮混合驱动蓄电池单轨吊。该新型单轨吊有效地克服了上述存在的问题。本文设计开发的新型摩擦轮与齿轮混合驱动单轨吊，使蓄电池单轨吊牵引力提升到140kN，爬坡能力达到15°，最大载荷30t，最高行驶速度2.0m/s，平均续航里程22km，实现自动监控数据上传等自动化监控监测功能。

2 新型蓄电池单轨吊的主要构成

2.1 摩擦轮驱动部

在保证牵引力20KN和制动力30KN不变的前提下，缩短驱动部高度，使其从1200mm降为600mm，增加单轨吊通过性。开发转速达5000r/min的高铁型高速变频电机，拓宽无级调试范围，使整车速度从不足1.6m/s提高到2.0m/s；将双制动机构改为单制动机构，以达到缩短驱动部长度的目的。制动机构仍采用液压失效快速制动系统。高速变频电机如果像普通电机那样用风扇散热，在高速时风扇损耗的功率太大，低速大负荷运行时，风扇转速慢又不利于散热。经过分析计算最后确定取消风扇，在壳体上增加散热片，完全依靠电机壳体散热。电机试验中发现因轴承精度选型低，电机工艺不合理，同轴度不够，电机轴承处发热严重。电机与减速机配合精度低，声音大，后经多次改进，测试性能良好，只是减速机搅油损耗还有点大，需要进一步改进提升。

2.2 齿轮驱动部

开发齿轮驱动部，牵引力30kN，制动力45kN，可自动升降与齿条任意啮合和脱离，最高速度1.2m/s，自重与摩擦轮驱动部相当。电磁制动，液压升降。研发18kW变频电机和行星减速机等。样机测试发现齿轮驱动部牵引力与制动力完全满足要求，只是电机与减速机自重过重，需要进一步“瘦身减肥”，承载轮架强度较低，需局部加强。

2.3 电池车

蓄电池是单轨吊的动力源，目前有锂电池和特殊型铅酸电池几种电源，由于动力锂电池成本高，技术不够成熟，容量受到国家行业限制。我们决定仍然用成本较低的防爆特殊型铅酸电池，开发252V/730Ah单体电池及252V/730Ah电池组，将单轨吊电池组从216V/560Ah提高到252V/730Ah，在自身重量少量增加1t左右的情况下，大幅提升机车续航能力，使其在增大牵引力的情况下，续航里程还要达到22km。

2.4 电气传动系统

蓄电池单轨吊采用可靠性高的电气传动系统。摩擦轮与齿轮均采用电机驱动，两者一起混合驱动时，由于两驱动轮直径、转速及牵引力不同，因此不可能用一台变频器同时驱动，采用两组变频器以主从控制方式，分别驱动摩擦轮驱动部和齿轮驱动部，同时还要保证两组驱动部牵引力不同，而行驶速度相同。

2.5 控制系统

采用操作手柄、ECU控制器和CAN总线控制系统，使按钮电位器操作、电线电缆传输及PLC控制系统升级为手柄操作、CAN总线传输及ECU控制器分散系统。变频器由散装改为抽屉式，结构紧凑，防护等级高，节省空间，方便维护检修。

2.6 司机室

增强司机室强度，采用钢管流线型造型，正面增加玻璃视窗，以遮挡风雨，采用真彩仿真仪表盘屏幕、语音喇叭、手柄操作箱和真皮可调座椅，增加司机室单独制动功能。

2.7 拉杆

普通无缝管焊接式球面拉杆，改进为厚壁无缝管螺纹连接式球面拉杆，以达到13倍安全系数，增加机车安全可靠性。

2.8 限速小车

增加机械超速机构和电子测速功能，实时显示行驶速度，超速达1.3倍时自动紧急制动刹车，保护人员和设备安全在紧急情况下不受损伤。

2.9 液压系统及液压管路

液压系统分为夹紧、制动和起吊系统，由液压提供动力源，通过电磁阀组分别控制，夹紧和制动系统均加装蓄能器，以减少装机容量和降低开停机频率。所有油管连接方式：由快插改为24°锥密封接头，既便于拆卸，又严密不泄漏。

3 新型蓄电池单轨吊的主要技术指标

新型蓄电池单轨吊的主要技术指标如下：

采用DXT-252-730蓄电池作为动力源，峰值功率：180kW。

符合DIN20593标准的轨道使用。

驱动单元：最大4+2模式。

最大牵引力：140 kN。

机车自重：13.5吨。

外形尺寸最大：（20000×1100×1250）mm。

最高行驶速度：2m/s，重载速度0.5m/s。

最大爬坡角度：±15°。

使用环境：井下高湿度、高粉尘环境。

适应转弯半径：水平4m，垂直10m。

制动力：制动力大于等于机车驱动力的1.5倍达到210kN以上。

控制方式：控制系统实现了CAN总线通信，采用变频器无级调速；采用人机界面实现实时监控。

液压系统：油泵电机参数：功率6kW，电压：180V，基频50hz，最大压力18MPa，最大流量36L/min。

国内外蓄电池单轨吊技术参数对比如表1所示。

表1 国内外蓄电池单轨吊技术参数对比

4 结束语

从目前国内进口或国产蓄电池单轨性能参数中可看出，本文设计研发的DX140摩擦轮与齿轮混合驱动蓄电池单轨吊整车长度短牵引力大、速度快，电池电压和容量高，续航能力强。该新型蓄电池单轨吊达到了国际领先水平。