1、井下運輸 10m3 礦車自動掛鉤脫鉤隱患的成因與對策分析摘 要 :本文通過梅山鐵礦井下運輸系統中礦車連接自 動掛鉤的應用現狀 ,從自動掛鉤工作原理入手 ,對工作過程中 發生的故障進行分析 ,提出了一些改進的設想 ,其中的一部分 已經應用在實際應用中 ,具有增強自動掛鉤可靠性、 延長其使 用壽命、減少 10m3 礦車脫鉤失控隱患等諸多優點 ,具有非常 好的應用價值和推廣前景。關鍵詞 :10m3 礦車 自動掛鉤 鉤頭磨損 脫鉤 緩沖連接 中圖分類號 :TD23 文獻標識碼 :A 文章編 號:1672-3791(2011)08(b)-0159-02目前國內礦山的井下原礦運輸多采用直流電機車牽引 多節

2、自卸式礦車為編組的方式進行生產 ,該作業方式采用封 閉單循環運輸系統 ,采用自動掛鉤可實現運行中的連續溜井 裝礦和卸礦站自動卸礦 ,作業效率較高。但由于受井下環境、 軌道條件等因素影響 ,長期以來 ,礦車連接掛鉤運行中脫鉤失 控現象時有發生 ,極有可能造成擠岔、掉道等現象 ,若發現控 制不到位還可引起撞車、 設備事故和人員傷害 ,導致系統長時 中斷和癱瘓而影響生產 ,成為井下運輸生產的潛在隱患。 梅山 鐵礦所采用的礦車自動掛鉤是參照地面火車掛鉤的結構改 制的 ,因其新穎的形式、相對可靠的結構 ,列車脫鉤次數大為 降低 ,目前已被國內多數冶金礦山所采用。 本文重點結合梅山 鐵礦的使用現狀著重從鉤

3、體結構和過載牽引兩個大的方面 來分析脫鉤的成因 ,并提出相應對策供在實踐中借鑒。1 自動掛鉤結構原理介紹 自動掛鉤及緩沖器是運輸車輛聯接緩沖裝置最重要的 一部分 ,緩沖箱及自動車鉤在車輛兩端各有一組 ,具有雙向掛 鉤緩沖作用 ,可減輕機車啟動、 變速、 制動及掛接時的沖擊并 保護自動車鉤 ,同時保持礦車間的聯結。 該自動掛鉤屬鑄鋼件 由鉤體、鉤舌、鉤簧、銷軸、限位塊等組成 ,通過拉桿、銷軸 與圓柱彈簧緩沖器相連。具體結構如下。該自動掛鉤為 CH-20 上作用式車鉤 ,其主要技術數據 （表 1）。1.1 自動掛鉤構造和原理 車鉤主要由鉤體、鉤舌、鉤鎖鐵、鉤舌推鐵、上鎖銷、 鉤舌銷等組成。 車鉤通

4、過緩沖器與車廂連接 ,為使上鎖銷能方 便提升 （開鎖 ）在緩沖器上還安裝有開鎖杠桿機構。1.2 自動掛鉤作用過程（1）開鎖作用過程。由閉鎖位置提起開鎖杠桿 ,使上鎖銷上舉 ,因上鎖銷與鉤 鎖鐵相連 ,從而帶動鉤鎖鐵上升 , 使它達到鉤舌尾部上方。鉤 鎖碰到鉤舌推鐵上端部 ,在鉤舌推鐵作用下 ,鉤舌會向外稍微 移動。此時 ,放下開鎖杠桿 ,鉤鎖鐵不會落歸原位 ,而是落在鉤 鎖尾部上方 ,它不會妨礙鉤舌轉動。這時 , 雖然未達成開放狀 態,但當機車牽引或用手搬動鉤舌 ,鉤舌便會打開 ,這樣便完成 開鎖解鉤過程 ,如圖 1 所示。若在上述動作過程中 ,用手扳動 ,可使鉤舌處于全開狀 態 ,或者用力向

5、上提起開鎖杠桿 ,使鉤鎖鐵迅速上升 ,碰撞鉤舌 推鐵 ,在它的作用下使鉤舌以鉤舌銷為中心旋轉全部張開,成為全開狀態。兩個車鉤連接時 ,必須要有一個車鉤處于全開狀態 ,才 能互相連接。(2) 閉鎖作用過程。車鉤在全開狀態時 ,推動鉤舌 ,使鉤舌尾部進入鉤體空腔 內 ,推動鉤舌推鐵恢復原位。 此時鉤鎖鐵由鉤舌尾部以自重自 動落下 ,卡住鉤舌尾部 ,使其不能轉動 ,從而完成閉鎖過程 ,如 圖 2 所示。2 鉤體結構引起的脫鉤成因及改進對策2.1 自動掛鉤工作過程故障分析2.1.1 閉鎖位置作用不良鉤鎖鐵不能充分落下 ,是因為鉤舌尾部和鉤鎖鐵間接觸 面因磨損進行堆焊過多造成作用不靈活,應打磨或更換鉤舌

6、 和鉤鎖鐵。自動開鎖主要是鉤鎖鐵因頭重前傾 ,使下鎖銷處擋塊與 鉤頭擋棱接觸不多 ,遇到運行中的振動很易脫開 ,鉤鎖鐵可以 不受限制的上升而自動開鎖。2.1.2 開鎖位置作用不良 開鎖時鉤鎖鐵重心在前而向前傾轉 ,使鎖鐵頭部易于脫 出鉤腔之外而卡住。鉤鎖鐵停坐部分或鉤舌推鐵尺寸產生誤差,開鎖時提起鉤鎖鐵由于坐不穩自動落下 ,造成開鎖作用不良。2.1.3 全開位置作用不良 鉤舌與鉤體尺寸配合不好 ,互換性能差 ,鉤舌在全開回轉 緩慢。2.2 自動掛鉤的檢測、維護和修復2.2.1 緩沖連接器的維護管理的技術依據 車鉤在調車作業和正常運行中 ,經常承受著牽引力和沖 擊壓縮力作用 ,各零部件間經常受到

7、拉伸、撞擊和摩擦作用。 經過長時間運行后 ,由于摩擦致使接觸面產生磨損 ,零件的薄 弱部分就會產生變形或裂紋 ,因此車鉤應在使用一個周期后 進行分解 ,進行仔細檢查、 修復或更換部分零件使其恢復各部 件應有的作用和性能。當車鉤使用了一定時間或受有較大的意外沖擊時,鑄造過程中產生毛細裂紋就會進一步擴大影響行車安全2.2.2 鉤體裂紋磨損、檢修及作業標準(1) 鉤頭裂紋 :鉤頭裂紋多數產生在鉤體的上下鉤耳孔附 近 ,鉤鎖、鉤孔周圍和鉤腕部分 ,鉤頭內上部牽引突緣處也會 發生裂紋。鉤耳孔邊緣裂紋不超過鉤耳壁高的1/2 時焊修 ,焊修前需先鉆裂紋截止孔 ,并順裂紋方向鏟成 V 形坡口 ,徹底清 除裂紋

8、 ,局部或全部預熱至 250 300,焊前還應清除附著 銹垢 ,自裂紋末端進行分層施焊 ,施焊后進行正火處理。(2) 鉤頭磨損 :鉤頭磨損多數發生在上下鉤耳孔。 上下鉤耳 孔磨損達 2mm 以上 ,可采用鑲套方法 ,套厚 3mm 5mm,套的 表面要經過硬化處理。(3) 鉤身裂紋、磨損及彎曲 :鉤身裂紋是鑄鋼中夾有雜質或 其他缺陷 ,受巨大沖擊力所致 ,多數發生在鉤頭與鉤身交界處 , 一般先由棱角處開始產生后向外發展到面,焊修時鏟 V 形坡口消除裂紋 ,焊前預熱至 400 500,焊后進行正火熱處 理。鉤身磨損主要發生在鉤身下部與鉤身托板接觸處,鉤身下面磨損時可進行堆焊 ,應縱向分層施焊 ,焊

9、后打磨 ,恢復其原型 尺寸。鉤身彎曲變形太多是在車鉤受到撞車時產生,彎曲不允許超過 4mm。過限時 ,須將曲部加熱至 850 900后進行 調查 ,否則更換。2.3 鉤舌裂紋磨損、檢修及作業標準(1) 鉤舌裂紋。鉤舌產生裂紋的主要原因是鉤舌彎角處斷面變化較大 ,受牽引力時產生應力集中所致 ,同時由于鉤頭自重較大 ,鉤頭多數下垂這樣在兩鉤連接后產生兩鉤舌內則面下部接觸 , 上部有間隙惡化了鉤舌的受力狀態產生裂紋。鉤舌銷孔磨損后使兩端壁逐漸變薄,兩端易產生裂紋。(2) 檢修時鉤舌需進行電磁探傷檢查 ,鉤舌內側面彎角處 上下部裂紋須鏟坡口消除裂紋局部預熱 ,焊后正火處理 ,冷卻 后磨平。(3) 鉤舌

10、的尾部與鉤鎖鐵接觸面 ,鉤舌銷孔內 ,護銷突緣處 均有不同程度的磨損。(4) 鉤舌內側面磨損 ,鉤頭擺動 ,都易使鉤舌滑出造成脫鉤 現象。(5) 鉤舌內側磨損應分層堆焊或電溢堆焊 ,焊后正火處理 刨削恢復至原型。鉤舌銷孔直徑磨損超過 3mm 時采用鑲套 辦法 ,鉤舌銷孔套允許為兩節且表面須硬化處理。2.4 鉤舌銷斷裂、磨損、彎曲及檢修作業標準(1) 鉤舌銷是車鉤最易出現磨損、彎曲、斷裂的零件。(2) 鉤舌銷由于摩擦 ,擠壓這樣不斷的反復作用 ,而易于在 應力集中處形成毛細裂紋 ,再在沖擊力的作用下裂紋逐漸擴 大,導致鉤舌銷斷裂。(3) 檢修中對鉤舌銷須進行電磁探傷檢查 ,鉤舌銷有橫裂紋時須更換

11、 ,對彎曲變形的鉤舌銷采用加熱調直3 過載牽引引起的脫鉤成因及改進對策根據設計 ,井下運輸車輛編組一般為一頭一尾兩輛電機 車拖動中間 810 輛 10m3 礦車進行運輸生產 ,這樣雖然可以 避免掛鉤脫鉤造成的安全隱患 ,但在人員操作、 機車備用、 能 源消耗等實際運行中存在著極大的問題 ,所以梅山鐵礦根據 實際的使用情況和生產條件把井下的編組方式改為一臺 20t 電機車拖動 8 節礦車共三個編組進行生產 ,不僅能夠保證每 年的原礦輸出量在 400 萬噸以上 ,而且節約了大量的人力、 電 力和備件消耗。而這樣的編組生產方式帶來唯一的問題就是 車輛脫鉤后無法控制。而脫鉤的原因除了以上分析的構體本

12、身的因素外過載牽引引起的鉤頭損壞或連接拉桿斷裂成為 主因。3.1 20t 電機車的牽引力計算3.1.1 20t 電機車、拉 8 輛礦車產生的牽引力 F20=(20+Q)(+0.11) =(20000+300008)9.8(0.004 +0.003+0.007+0.11 0.03)=44.1kN(廠方提供 20t 電機車最大牽引力 49kN)3.1.2 20t 電機車起動時牽引力重量Q 起 Pn /( + +0.11)-P (20000 9.8 0.25)/(0.004 +0.003+0.007+0.11 0.03)-200009.82636.37kNZ=Q 起/Q=2636.37/30 9.8

13、=8.9783.1.3 20t 電機車制動時牽引力重量Q 制 Pn /(- +0.11z)-P (20000 9.8 0.25)/(-0.004-0.003+0.11 0.217)-20000 9.82708kNZ=Q 制/Q=2708/30 9.8=9.2 9所取符號說明如下。F20:20t 電機車、拉 8 輛礦車產生的牽引力 ; Q:車輛載荷后的重量 10t+16t30t(按照 30t 計算 );10m3 礦車 ,總重為 10t,10m3 礦車載重 20t 左右 礦 石 1.6 2.0(松散系數 ); :列車運行的基本阻力系數 0.004;:彎道阻力系數 =7/1000=0.007;:坡道

14、阻力系數 0.0010.003 表示軌道的傾斜度 ; :列車的加減速度 0.03m/s2;z:制動時減速度 0.217m/s2;:粘著系數。根據以上計算 ,可以得出結論 :20t 電機車可以牽引 7 9 輛礦車 ,多年的實踐也證明 8 節礦車是完全可行的。 唯一的缺 陷由于過載牽引或維修不及時引起的鉤頭損壞或連接拉桿斷裂而偶爾造成礦車脫鉤現象過載牽引的形成 :由于在車輛運行過程中 ,會存在沖擊現 象,所以礦車之間的連接在車鉤與車廂之間都有加緩沖器連 接機構主要由箱體、緩沖彈簧、緩沖擋板、連接軸等組成 , 可以起到緩沖作用。允許最大牽引力為210kN 。受井下運輸軌道條件的限制 ,礦車在運行中尤

15、其是啟停 瞬間沖擊力極大 ,根據操作的不同 ,最大可超過 600kN, 盡管經 過緩沖箱的卸荷 ,但仍會超過牽引連接軸允許 210kN 的極限 , 這樣頻繁的沖擊就會造成連接軸的破斷；另外一個主要因素 在檢修維護方面 ,鉤頭或連接軸在連續的運行過程中會出現 不規則的周期性張力 ,若維護更換不及時很容易造成疲勞破 壞而引起斷裂。所以經常的檢查和定期的更換是防止由于過 載牽引而是鉤頭或連接軸損壞最有效途徑。4 動掛鉤的改進對策4.1 材料及工藝結構改進(1) 自動掛鉤整體耐磨性能差 ,特別是鉤體、 鉤舌、 鉤舌銷 孔易磨損 ,鉤舌銷孔鑲套效果不理想。 應當改善材料耐磨性能 增加耐磨元素如錳、鉻的含

16、量。(2) 鉤體所用的鑄鋼中夾有雜質較多 ,受到一定沖擊力后 , 容易產生裂紋 ,焊修效果也不好。針對這一點 ,應當控制好鑄 造溫度 ,有控制地冷卻 ,同時盡量減少壁厚差 ,增大鑄造圓角 ,減少裂紋和應力(3) 鉤體與鉤頭高度不協調 ,鉤體高度低 ,有時鉤體無法控 制好鉤頭而發生上下脫開的現象 ,應適當增加鉤體的高度 ,增 加鉤體與鉤頭的接觸面 ,改善嚙合性能。(4) 鉤鎖與上鎖銷進行了打孔 ,按裝限位使開鎖時提起鉤 鎖鐵到達開鎖位置 ,當自動掛鉤掛到位時 , 裝上限位使掛鉤鉤 鎖在鉤體內不能自由上下保證接觸面積。4.2 安裝位置的防護及改進(1)針對原來自動掛鉤的擋塊會上下竄動 ,對提鉤和擋塊 分別打眼用鏈條和插銷固定 ,既可以防止滑塊上滑 ,在調摘車 輛時固定住提鉤 ,人員就又可以撤離車輛。(2)為使提鉤下落時能到位 ,在提鉤上加裝一個防護皮 ,并 在提鉤上裝 M20 70 螺栓,既能防止臟物落下卡死提鉤 ,也可 以做提鉤把手 ,方便實用。(3) 對礦車在接礦時 ,車輛受彈簧張緊 ,會使前后車輛結合 不緊密 ,造成漏礦 ,使自動掛鉤上有積礦現象 ,在車前蓋上割 5 個 M20 的孔 ,焊 M20 70 的螺栓 ,用廢舊的皮帶做成 30cm 100cm的長方型 ,并打上 5個眼,用同樣的鋼板和車前蓋用螺 母和皮固定好 ,既解決