关于大功率绳牵引单轨吊的

风险分析和警示

宋冠军 

沙尔夫矿山机械（徐州）有限公司

　　德国沙尔夫公司在七十年代已开发出绳牵引单轨吊，作为较早的煤矿安全辅助运输系统，一些设备使用至今。

　　抱轨式的结构设计、专用轨道和独立于系统之外的安全紧急制动装置，从根本上避免了脱轨、掉道和断绳等安全事故的隐患。吊装设备能够在平道、弯道和巷道起伏段无转载连续行走，是巷道掘进和采区顺槽物料及人员运输的安全便捷设备。

　　根据德国相关煤矿安全标准，绳牵引单轨吊单绳的牵引力不应超过45kN。如果牵引力过大，则有可能产生一系列的安全问题。本文着眼于风险分析和警示，试作初步探讨如下。

1. 需要更粗的钢丝绳

　　基于绳牵引单轨吊系统自身的结构特点以及轨道吊挂的设计，根据煤矿安全标准的要求，钢丝绳的最小破断力应不小于机车额定牵引力的3.5倍（载货）和6倍（载人）。因此，牵引力的增大意味着钢丝绳直径也要相应增大。

按照标准，例如牵引力达到90kN时，钢丝绳直径就必须超过24毫米。钢丝绳直径增大，则绞车、回转站和导轮架等系统主要零部件的尺寸都相应增加，以适应强度上的要求。比如绞车的滚筒，按照煤安规定的绳径比和强度要求，滚筒直径就需要更大或者采用双滚筒，需选用更大型号的主牵引绞车，其主轴直径和轴承，以及回转站和导轮架都必须相应增加尺寸，使整个系统更加庞大。

2. 需要更大的张紧力

　　由于绳系统的牵引力是靠钢丝绳与绞车滚筒的压力摩擦而获得的，所以牵引力和钢丝绳径的增大，则需要更大的钢丝绳初张力。钢丝绳的初张力通过张紧装置获得，加大张力需要更大的重力或液压装置。钢丝绳直径越大，其最小曲率半径越大，灵活性越差，大直径高张力将增大穿换绳难度，而且钢丝绳是在巷道顶部，不仅需要占用更多的操作人员和工具，而且操作过程中的安全风险也相应的增大。 

3. 效率降低 

　　系统总的摩擦功升高，反映到牵引车上是导向轮对轨道腹板的正压力增大，各导绳机构的摩擦力增大，造成系统总的运行效率降低。

4. 安全制动难度加大

　　需要大牵引力的目的是为了搬运更重的负载，那么相应的制动力将增大，这将对安全制动车的设计提出更高的要求。由于轨道摩擦系数一定，综合各方面因素，应该采用分散制动设计，避免单点正压力过大擦伤轨道，把制动力分散在各单元轨道上，有利于提高制动时轨道系统的稳定性。但是，分散制动设计将增加制动车的数量，增加成本。在实际应用中，由于是失效安全型制动，加上国产制动车液压系统保压时间短易泄漏，经常存在非正常释放制动，很多矿都弃之不用，使安全制动车成了一种摆设，实现不了原来的设计目标，增大了安全隐患。

5. 轨道扭曲风险升高

　　由于系统结构设计的原因，过高牵引力会导致轨道变形，严重的乃至轨道系统崩溃。

　　从图可知，牵引绳的方向和行走轮在轨道内的行驶方向并不是共线的，两个方向的纵向距离是303毫米，这样一来，当绞车牵引力作用于主牵引车时，等于是给主牵引车所在的轨道一个转矩，这个转矩值是随着牵引力的增大而增大的。两根轨道的水平面夹角是α，允许值是±1°，当轨道夹角值超过1°时，主牵引车在过接头处时阻力瞬间增大，所以主牵引车在过轨道接头处时对轨道的扭曲最大。　

　　假设牵引车在接头处受到的阻力无穷大，那么此时轨道受到的转矩将是该段轨道产生旋转变形，在忽略自由端轨道影响的情况下，轨道的理论变形值见下表：

　　理论值已经超过了代表轨道行业标准的德国诺尔豪森轨道公司所规定允许的弯曲值。见下：

允许的侧面弯曲尺寸值

　　从分析数据来看，单绳系统牵引力超过45kN，则对轨道产生扭曲的风险大幅提高，同时对轨道悬挂件、锚板产生一个旋转冲击力，可能会导致链条折断、轨道扭曲。由于这些风险是和轨道铺设质量、轨道系统加装的平衡链条数量及位置，以及机车的载重、自重等相互关系的动态系统，无法从根本上消除。

结语

　　 “绳牵引单轨吊”设计的初衷是利用巷道上部空间，提高点对点间运输的安全和效率。其主要优点是没有排放和噪音，适用于通风条件较差并且狭窄的巷道条件。但如果是转弯较多、坡度较大以及高载重量的工况条件，则“绳牵引单轨吊”并不是最佳选择。

　　由此可见，“大功率绳牵引单轨吊”并不是经济、安全的机型配置，这也是德国标准不建议牵引力超过45kN的原因。据使用情况调查，迄今为止，尚未有一例160kW的绳牵引单轨吊投入使用，反而为了降低成本牺牲产品性能而导致设备无法正常运转的尴尬结果曾多次出现。

　　建议相关设备供应商和煤安部门，认真审核这种运输方式的物理性能，避免误导用户和设计部门，以维护行业的共同利益。