單軌吊軌道系統設計規範和應用分析

單軌吊軌道系統

設計規範和應用分析

尹偉 秦傳雷

前言

隨著單軌吊運輸系統在煤礦下的成功推廣和大範圍的普及運用，單軌吊軌道系統也相應的逐步形成和擴大，由於單軌機車是在單軌吊軌道系統中運行，單軌吊軌道系統敷設安裝的可靠性和規範化直接決定了整個單軌道運輸系統的安全和效率，其地位尤為重要，單軌吊軌道系統的規範化和標準化重要性日益凸顯。

本文旨在介紹單軌吊軌道運輸系統的設計規範並加以實際應用分析，為煤礦單軌吊系統提供設計規範和標準參考。

一、軌道及吊裝件設計要求

1. 單軌吊軌道主要有直軌、彎軌、連接軌和過度軌四種，弔掛軌道規格滿足下列要求：

2. 使用符合德國工業標準（DIN20593）的專用鋼軌I140E，直軌標準長度3m/2.25m ,寬度68mm，高度155mm，中板厚度7+0.5mm。

3. 允許單根軌道垂直夾角是3.5°，水平夾角±1°。

4. 彎軌最小水平曲率半徑4m，每節弧長不大於2.5m，弧長大於1.6m時，應在其中點設一弔耳。

5. 軌道垂直轉彎用直軌完成，最小垂直曲率半徑10m。

6. 水平彎軌及軌道與道岔連接處應用法蘭連接。

7. 同一線路必須使用同型號單軌，道岔單軌要與線路單軌型號一致，單軌接頭間隙不得大於3mm，高低和左右允許偏差分別為2mm和1mm。

8. 弔掛緊固件應使用10.9級高強度M20×115螺栓和M20×95螺栓。

9. 弔掛鏈環選用GB/T12718-91標準的￠18×64規格的高強度圓環鏈。

10. 弔掛U型環為生產廠家設計製造專用配件，不可用其他產品替代。

11. 工字鋼、U型鋼卡具為生產廠家專用配件，不可用其他產品替代。

二、軌道懸掛安裝設計要求

1. 軌道弔掛方式由生產廠家設計工程師確定，用戶不可擅自更改弔掛方式。

2. 弔掛緊固件、鏈環、特製卡具及U型環使用前應做不小於150kN集中載荷的抽樣試驗。

3. 軌道弔掛完畢後，如圖一、圖二、圖三所示：-3°≤α≤3°，80°≤γ≤100°，-1°≤β≤1°，-10mm≤m≤10mm。

圖一

圖二

圖三

4. 單軌直道段，為限制軌道的橫向擺動，需沿縱向每隔十組吊點增設一組加強鏈，兩條加強鏈夾角大於120°，如下圖示：

水平軌道橫拉鏈圖

5. 軌道在坡上安裝時，每個軌道用一根斜拉鏈進行斜拉，每隔4條軌道，沿軌道垂直方向設一橫拉鏈，如下圖：

坡上軌道斜拉鏈圖

6. 彎軌與彎軌連接、彎軌與直軌連接和彎軌、直軌與道岔連接均為法蘭式連接，法蘭連接處間隙小於3mm，軌道底最大間隙小於2mm，如下圖示：

法蘭式連接

7. 過度軌為道岔與直軌連接用軌道，此軌根據實際安裝情況，確定所需直軌長度，由生產廠家安裝人員在用戶處加工。

A. 錨桿懸掛

雙錨桿懸掛

單錨桿懸掛

1) 弔掛軌道選用錨桿懸掛時，選用φ22x2500mm高強錨桿，安裝軌道前對每根錨桿進行預定54kN錨固力的集中載荷試驗。如有特殊地質條件需選用其他型號錨桿。

2) 當採用錨桿懸吊時，要求單根錨桿錨固力大於100kN，錨桿外露長度在100-150 mm之間，巷道中垂線與錨桿夾角小於10°。

3) 要求弔掛軌道的各弔掛點間距偏差不得大於20mm，10組弔掛點間距的累計偏差不得大於50mm。

B. 工字鋼架棚懸掛

工字鋼架棚掛接

1) 採用礦工鋼梯形棚支護時，可用頂梁或在頂梁間加小短梁的方式懸掛軌道，其懸吊點做90kN預定集中載荷試驗時，頂梁不得產生朔性變形，頂梁與小短梁的連接不得產生鬆脫或破壞變形，整組支護棚應能可靠支撐圍岩壓力。

2) 支護棚間應設縱向拉杆，防止支護棚倒伏。

3) 軌道垂直方向偏移角小於3°，水平方向偏移角小於1°。

4) 要求弔掛軌道的各弔掛點間距偏差不得大於20mm，10組弔掛點間距的累計偏差不得大於50mm。

C. U型鋼架棚懸掛

U型鋼架棚懸掛

1) 採用U型可壓縮性金屬架棚支護時，可用架棚頂梁懸掛軌道，在懸吊點做100kN預定集中載荷試驗，試驗過程中架棚不得失去可縮性和產生朔性變形，應能可靠支撐圍岩壓力。

2) 支護棚間應設縱向拉杆，防止支護棚倒伏。

3) 軌道垂直方向偏移角小於3°，水平方向偏移角小於1°。

4) 要求弔掛軌道的各弔掛點間距偏差不得大於20mm，10組弔掛點間距的累計偏差不得大於50mm。

三、單軌吊道岔

道岔示意圖

1. 單軌吊道岔布置在不大於3°的單軌線路段。道岔活動軌的擺角12°。道岔框架設4個懸掛點，每個懸掛點由錨桿鎖件懸掛，道岔與外接軌道連接點用法蘭連接。

2. 道岔懸吊完畢後，道岔傾角小於3°。

3. 道岔氣動控制箱安裝於巷道一側幫上，高度適宜操作即可。

4. 氣缸控制管路需固定在巷道幫上，避免外界銳器損傷。

四、應用分析

（一）礦井輔助運輸基本概況

1. 礦井輔助運輸巷道基本參數特徵

天安集團星村煤礦3307工作面運輸順槽總長度1018m，單軌吊運輸線路長度為660m，巷道有起伏，局部最大坡度25°，單軌吊運行線路最大坡度15°，巷道沿煤層底板掘進；

3307工作面運煤聯絡巷長度145m，坡度為11°，巷道兩側有風門，風門間距90m；

3307工作面軌道順槽與西三採區軌道上山聯絡巷長度為90m，為平巷；

西翼三採區軌道上山平巷段總長度為758m，單軌吊運行線路長度為415m，中間包括單軌吊換裝車場1處，長度60m，為平巷；

3310工作面軌道順槽聯絡巷長度為138m，為平巷；

3310工作面軌道順槽長度為815m，巷道沿煤層底板掘進，平均坡度10°，遇斷層時過斷層最大坡度為18°。

3310工作面切眼長度為103m。

2. 運輸方式選擇：柴油動力單軌吊機車，單軌吊運行線路總長度為2426米。

3. 各巷道運輸材料設備情況：

3307工作面回撤時支架及輔助設備材料的運輸；

3310工作面掘進期間輔助物料及設備運輸，工作面安裝及撤除時支架等設備的運輸，人員運輸。

（二）軌道選型及頂板錨固力的計算

1. 軌道選型計算

1) 起吊梁重量為4700kg，機車使用24T起吊梁吊運22噸的綜采支架時，承載小車承載力如圖所示，8個承載小車中有2個承載力為3468.3kg，有6個承載力為3283.3kg。

2) 通過計算得出承載小車最大承載力為3468.3kg，根據軌道受力選型圖可知重載小車受力3468.3kg，大於2.4m/根軌道受力3350Kg小於2m/根軌道受力單吊點4000Kg，因此選用2m/根的德國工業標準（DIN20593）的專用I140E型新型輕軌，軌道寬69mm，高155mm，腹板厚度為7mm，軌道單點弔掛力最大載荷為50kN。

2. 頂板所需錨固力計算

選用2m/根輕型軌道，根據承載小車受力分析對B點（接頭處）進行受力分析如圖所示。當3468.3Kg的1個重載小車在一軌道上，2個3283.3kg的輕載小車在一根軌道上時，B點受力最大。

承載小車軌道受力分析圖

弔掛點B的受力是T1+T2+T3

2T1=3468.3×（2-X）

2T2=3283.3×（X+0.19）

2T3=3283.3×（X-1.62）

其中0≤X≤1.81

T1=3468.3-1734.15X

T2=311.9135+1641.65x

T3=1641.65x-2659.473

B點的受力為T=T1+T2+T3 =1548.85X+1120.7405，0≤X≤1.81，X=1.81時，B點受力最大為3924.159kg，計算時取3倍的安全係數，則弔掛點的最大承受力為3924.159×3=11772.477kg。

輕軌弔掛時採用2根錨桿，考慮到2根錨桿受力時的不均衡，取1.2的係數，則每根錨桿的錨固力要求為1772.477÷2×1.2=7063.4862kg。每根錨桿的計算需要錨固力為7064kg即達到要求。

（三）軌道弔掛方式的選擇

1. 直軌弔掛方式。弔掛方式選擇雙鏈弔掛方式，吊鏈鉛垂偏角30°-60°之間。弔掛圖如圖所示，由兩根錨桿通過兩根弔掛鏈，通過大吊環把軌道吊起，弔掛鏈採用Φ18×64。錨桿直徑不小於φ20mm，全螺紋錨桿長度不小於2.2m，錨深不小於1.6m，錨固長度不小於0.7m。可根據礦方使用錨桿進行調整。

雙鏈弔掛方式

2. 軌道在彎道處弔掛方式，採用三根弔掛鏈形式，使用弔掛鏈直接弔掛到錨桿上。

彎道處輕軌弔掛方式

3. 對於頂板破碎的巷道，可以採用兩根錨桿和一根錨索配合使用的方式進行加固。

錨桿錨索配合弔掛方式

4. 為防止機車運行過程中，軌道左右搖擺，斜巷每隔30米加一組橫拉，平巷段每隔60米加一組橫拉。

5. 巷道曲率半徑要求

巷道曲率半徑要求水平不得小於4m，垂直不得小於10m，但考慮到後期支架的運輸要求水平不得小於9m，垂直不得小於12m。

（四）軌道安裝過程中出現問題

前期礦方未按公司軌道設計規範進行軌道的安裝敷設，出現了一系列問題：

軌道間隙過大並存在折線現象，導致運行時不順暢、驅動輪磨損嚴重，道岔安裝部分存在軌道不平齊現象，造成了承載小車的損壞，甚至造成了軌道擰變形等現象。

後期經過公司專業人員現場指導安裝整改後，問題解決，實現了機車的順利運行且軌道系統也正常服務於單軌吊運輸系統中。

五、總結

單軌吊運輸在未引進國內之前，國內關於單軌吊軌道系統的設計、安裝、敷設等技術資料空白，專業知識和經驗匱乏。有些煤礦沒有按照專業技術標準來安裝敷設軌道，不僅影響了單軌機車的正常使用，降低了運輸效率，甚至造成了擰軌道、掉軌道、機車運行不順暢等一系列的事故，造成不必要的安全隱患和經濟損失。

山東新沙單軌運輸裝備有限公司作為國內首家製造和引進單軌吊的專業化公司，經過10多年的單軌機車及軌道製造、銷售、售後等經驗，通過不斷地學習德國單軌吊專業理論，以及在國內煤礦井下單軌吊安裝實踐和服務的經驗積累，逐步掌握了單軌吊軌道的設計和安裝等技術規範，並參與了《煤礦安全規程》中單軌吊運輸部分的編製，公司的專業化技術和理論實踐在指導煤礦軌道系統的安裝敷設中成績顯著，大大推動了德國煤礦輔助運輸先進技術在國內的應用。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！