２０１７年第２期 煤矿机 电 ・８７・ 许进，倪春明．一种新型蓄电池单轨吊在煤矿中的应用［Ｊ］．煤矿机电，２０１７（２）：８７．８９．ｄｏｉ：１０．１６５４５／ｊ．ｃｎｋｉ． ｃｍｅｔ．２０１７．０２．０２７ 一种新型蓄电池单轨吊在煤矿中的应用 许进 ，倪春明 （１．捷克Ｆｅｒｒｉｔ有限公司北京代表处，北京１００００５；２．中国煤炭科工集团上海有限公司，上海２０１４０１） 摘 要： 针对目前国内煤矿使用的蓄电池单轨吊存在续航能力不足、充电次数受限制、无效载荷 过大、适应坡度小及安全性低等缺点，研发了一种ＤＬＺＡ９０Ｆ型蓄电池单轨吊。重点介绍了单轨吊 的解决方案、设计与选型。该单轨吊已在煤矿使用，取得了良好的效果。 关键词： 蓄电池单轨吊；自动充电功能；临界电压自动调节；适应坡度 中图分类号：ＴＤ５２７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—０８７４（２０１７）０２—００８７—０３ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｎｅｗ Ｔｙｐｅ ｏｆ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｂａｔｔｅｒｙ ＭｏｎｏｒａｉＩ Ｃｒａｎｅ ｉｎ ＣｏａＩ Ｍｉｎｅ Ｘｕ Ｊｉｎ ，Ｎｉ Ｃｈｕｎｍｉｎｇ （１．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ Ｃｚｅｃｈ Ｆｅｒｒｉｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００００５，Ｃｈｉｎａ； ２．ＣＣＴＥＧ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１４０１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｃｏａｌ ｕｓｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｍｏｎｏｒａｉｌ ｈａｓ ｅｎｄｕｒａｎｃｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｓｕｆｉｃｉｆｅｎｃｙ，ｔｈｅ ｌｉｍｉｔ ｔｏ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ，ｉｎｖａｌｉｄ ｌｏａｄ ｉｓ ｔｏｏ ｌａｒｇｅ，ａｄａｐｔ ｔｏ ｔｈｅ ｓｍａｌｌ ｓｌｏｐｅ ａｎｄ ｌｏｗ ｓａｆｅｔｙ ｄｅｆｅｃｔｓ，ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｈｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｍｏｎｏｒａｉｌ ｃｒａｎｅ ＤＬＺＡ９０Ｆ．Ｆｏｃｕｓ ｏｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｍｏｎｏｒａｉｌ ｃｒａｎｅ ｉｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ，ａｎｄ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｇｏｏｄ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｓｔｏｒａｇｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｍｏｎｏｒａｉｌ ｃｒａｎｅ；ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ；ｃｒｉｔｉｃａｌ ｖｏｌｔａｇｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ； ａｄａｐｔｉｖｅ ｓｌｏｐｅ ０引言 质安全型的蓄电池的充电次数超过８００次时，最大 充电容量就为原先的８０％以下，此时需要更换新的 蓄电池。 单轨吊设备分为牵引式和自驱型两种 。牵 引式主要指的是绳牵引单轨吊，此种设备是介于无 极绳牵引绞车和自驱型单轨吊之间的过渡性产品， 由于其安全性等问题突出，在国内应用很少。自驱 ３）无效载荷过大。目前使用蓄电池单轨吊多 为铅酸型蓄电池，一般自重至少在６ ｔ以上，这就导 致单轨吊机车的无效载荷增大，增加了单轨吊设备 的整体负载程度。 ４）适应坡度小。由于铅酸型蓄电池中装有大 量的酸性液体，当电池箱倾斜角度过大时，则会导致 型单轨吊主要分为柴油机单轨吊、蓄电池单轨吊、气 动单轨吊和拖缆式电动单轨吊。其中蓄电池单轨吊 因自身缺陷，使用比率较低，其主要原因为： １）续航能力不足。主要是电源装置的蓄电池 酸液外泄，不仅会腐蚀电池的钢质防爆外壳，而且酸 容量有限 ，一般使用时间超过约５～６ ｈ就必须 再次充电７ ｈ以上，故要保证一台蓄电池单轨吊连 续不断地运行两个班，即１６ ｈ以上，则需要增加蓄 电池，无形中增加了运行成本。 ２）充电次数的限制。一般防爆型或防爆兼本 液腐蚀防爆外壳的过程会发生化学反应产生氢气 （Ｈ：），使安全性能更得不到保障，为此，规定蓄电池 单轨吊的最大适应角度一般不大于１６。。 ５）充放电过程安全性低。铅酸型蓄电池在充 电及放电过程中，极易产生氢气（Ｈ：），故《煤矿安全 ・８８・ 煤矿机 电 ２０１７年第２期 规程》明确指出，蓄电池设备必须由专用的充电硐 ５）使用过程噪声低，无有害气体污染。在地下 矿山巷道狭小工作环境中，无形中对井下作业的矿 工进行了安全防护。 ２设计与选型 室，且要求通风良好等严格规定。同时，设备要求只 能在大巷等宽阔通风的地段使用，在工作面顺槽等 地段，则严禁使用蓄电池设备，这使得蓄电池单轨吊 的使用地域受限。 为此，经反复分析研究，Ｆｅｒｒｉｔ公司研制了一种 新型蓄电池单轨吊。 根据自驱型单轨吊受力分析： 额定牵引力 为： ＦＱ＝Ｆ＾十 十 ＋Ｆｒｏ （１） １新型蓄电池单轨吊方案 １）具有自动充电功能。针对蓄电池单轨吊续 航能力不够的情况，研发了具有自动充电功能的 ＤＬＺＡ９０Ｆ型蓄电池单轨吊。在运行进程中，它可以 实现在行进路线坡度大于等于０。时（即水平及上坡 时），整个单轨吊的驱动及控制系统从电池箱提取 能量；而当行进路线坡度小于０。时（即下坡时），驱 动系统则由提取能量改为给予能量，返回至电池箱， 这将使电池一次充电的最长使用时间大大提高。在 坡度起伏比较多的运行路线中，表现尤为突出。 ２）增加充电次数。采用先进的技术，可保证 １ ５００次充放电过程，且电池总容量保证在８０％以 上，这比一般蓄电池的充放电的次数增加一倍。同 时，还拥有一项特殊技术，可使旧蓄电池经过修理再 次达到容量满值。 ３）适应坡度大。可保证单轨吊在３０。以下的坡 度运行，不会出现酸液外泄等现象。 ４）利用临界电压自动调节设计。针对单轨吊 蓄电池充放电过程中释放氢气的问题，采用了临界 电压自动调节设计。根据蓄电池的特性，当其充放 电的电压和温度超过一定值时，会释放氢气，而蓄电 池单轨吊在电压接近临界值时，采用自动降低车速 等措施，使得电池电压迅速降低下来，保证其不会出 现危险 图１ ＤＬＺＡ９０Ｆ蓄电池单轨吊 为单轨吊机车和负载共同受到的下滑力： Ｆ＾＝（Ｇ１＋Ｇ２）・ｓｉｎ （２） 式中，Ｇ 为机车载重；Ｇ 为单轨吊系统最大载重； 为机车运行过程中的最大坡度。 为单轨吊机车和负载受到惯性力： ＝（Ｇ１＋Ｇ２）・ ・ａ （３） 式中， 为惯性系数；ａ为机车运行加速度；重载时， 取０．０１５ ｍ／ｓ ，空载时，取０．３ ｍ／ｓ 。 Ｔ：１＋ Ｒ Ｇ （４） 式中，－，为每个承载轮对其轴的转动惯量，ｋｇ・ｍ ；尺 为承载轮半径，ｍ；Ｇ。为承载物体质量，ｋｇ。 为单轨吊机车和负载共同受到的摩擦阻力： Ｆｓ＝ｏ（Ｇ】＋Ｇ２）・ＣＯＳ ・ （５） 式中， 为摩擦因数，为常量，取０．０３２。 驱动轮自身阻力 计算公式： Ｆｊ ＝２・ ・Ｆ＾ ・ｉｄ （６） 式中 为阻力系数；Ｆ 为液压马达传动阻力，为常 量；ｉ 为驱动组数量。 根据式（１）～式（６），可得出牵引力Ｆ ： Ｆｏ＝（Ｇｌ＋Ｇ２）・ｓｉｎ ＋（Ｇ１＋Ｇ２）・ ・ａ＋２・ ・Ｆ＾ ・ｉｄ＋（Ｇ１＋ Ｇ２）・ＣＯＳ ・ （７） 简化后得出： Ｆｏ＝（Ｇ１＋Ｇ２）・（ｓｉｎ ＋ ・ａ＋ ｃｏｓ ・ ）＋２・ ・Ｆ ・ｉｄ （８） 这就是说，单轨吊系统在最大载重Ｇ，的作用 下，运行在最大坡度 的情况下，所需要的最大牵 引力为Ｆ 在选型时，只需要选择单轨吊牵引机车 的额定牵引力大于Ｆ。即可。当然，单轨吊机车选 型时，并不是牵引力越大越好，由于大的牵引力是靠 牺牲速度来实现的，故要根据条件选择适合的机车。 根据其选型，计算出其最大载重，可以得出： ２０１７年第２期 煤矿机 电 ・８９・ Ｆ：ｋ．一Ｐ （９） 图２为单轨吊机车总载重、速度和牵引力的关 系图，也是机车选型的唯一标准，即根据不同载重， 式中，ｋ为固定系数；Ｐ为功率； 为速度。 最后，最大载重为： Ｄ 一机车所需牵引力和行驶速度呈现不同的数值。通过 以上的设计分析： ２ 。Ｆ＾ ・ｉｄ １）总载重计算。支架运输的总载重＝支架自 重＋起吊梁重量＋连杆重量，另外加上安全制动车 Ｇ２ ＿ Ｓｉｎ ＋ ・０＋ 而ＣＯＳ ・， 一Ｇ１（１ｏ） ．式中，Ｐ为用于驱动作用的部分功率，需要实际测 量。 的重量（机车自重不在计算范围之内）。 ２）牵引力计算。在运输最大载重且运行在最 大坡度时，机车所需的牵引力最大，计算可以采取图 示法，由图中载重轴总重的位置引一根垂直线与标 为最大坡度的斜直线相交，再通过相交点引一个水 如 ∞ ∞ ∞ ∞ 如 再对公式（１０）两边同除以重力加速度ｇ，得出 单轨吊机车最大负载质量ｍ，为： ｐ ｋ。 一２・ 。Ｆ ・ｉｄ 丽一ｍｌ（１１） 平线与牵引力轴相交，就可以得出此时牵引力。得 到所需要的最大牵引力，对照ＤＬＺＡ９０Ｆ型号蓄电池 单轨吊机车的最大牵引力参数，便可对其进行选型。 选型也可以通过专门的选型图像，选型之前需 要了解使用地点的条件，如载重和最大坡度等信息。 ｌ２０ ｌ０Ｏ 。互 。 ４Ｏ册 ２０ ９ ８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ ｌ ０ Ｏ １Ｏ ２Ｏ ３Ｏ ４０ ５Ｏ 速度ｖ／（ｋｍ．ｈ－１） 寸 口负载ｍｌｔ ＿口。０ 图２ ＤＬＺＰＯＯＦ蓄电池单轨吊选型图像 ［２］ 煤炭工业煤矿专用设备标准化技术委员会．ＭＴ／Ｔ ８８７－－２０００ ３结语 ＤＸ２５Ｊ防爆特殊型蓄电池单轨吊车［ｓ］．河北：河北煤炭研究 所，２０００． 新型蓄电池单轨吊的主要特点为：安全可靠，操 作使用方便，运输距离可变化，成件设备不解体运 输，易于装卸，能在水平、倾斜和转弯的巷道中连续 运行不转载，能运送多种材料和设备，与主运输无相 互干扰。目前Ｆｅｒｆｉｅ公司设计的蓄电池单轨吊，已 有１５０套在井下运行，使用效果较好。 参考文献： ［３］ 国家安全生产监督管理总局．煤炭安全规程［Ｍ］．北京：煤炭 工业出版社，２０１６． ［４］ 张荣立，何国纬．采矿工程设计手册［Ｍ］．北京：煤炭工业出版 社，２００３． 作者简介：许进（１９８２一），男。２００７年毕业于莫斯科国立鲍曼技术 大学机器人系统专业（硕士学位），现主要从事单轨运输系统的研究 和推广。拥有多项科技成果及国家实用新型专利，著有《单轨吊系 统方案设计》一书，发表技术论文多篇。 （收稿日期：２０１６—０７—２８；责任编辑：姚克） ［１］许进．单轨吊方案设计［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版社， ２ｎ１