原作者:原煤炭工业部邯郸设计研究院 练存才 刘兰山 出处:选自《建井技术》
【论文摘要】结合实例，分析了两个系列高位翻车机内阻车器结构特点和失效的原因，提出了改进措施。
高位翻车机是原煤炭部邯郸设计研究院为适应煤炭工业的不断发展而开发的，至今已研制出两代产品，并且均已应用于生产。实践证明，该设备结构简单，运行平稳，生产环节少，不需要地下建筑，节约基建投资，可广泛用于煤炭、冶金、化工、建材等行业，是很有前途的矿车换装设备。高位翻车机内阻车器是防止矿车在翻卸过程中发生跑车事故的关键部件，可靠与否，直接关系到安全生产。但据跟踪调查，该设备无论第1代还是第2代产品，都不同程度存在着内阻车器失效现象。如大屯煤电公司姚桥矿风井主排矸系统使用了1台第1代GFY1.5/6型高位翻车机，开始时内阻车器开闭正常，没有出现失效现象；3个月后，发现内阻车器在高位翻车机转臂翻转过程中，阻爪一直处于非阻车状态(打开状态)，因发现及时，没有发生跑车事故。又如义马矿务局观音堂矸石电厂主燃料系统选用了1台第2代FY1/6型高位翻车机，使用中曾因阻爪失灵而发生矿车在翻车机内窜出事故。经过调查，对内阻车器失效的原因进行了分析，并提出了改进措施。
1 GFY型系列高位翻车机内阻车器失效原因
GFY型系列高位翻车机是邯郸设计研究院设计开发的第1代产品，其内阻车器的结构如图1所示，它位于高位翻车机转臂翻卸的内侧。工作原理是：当转臂抬起翻卸物料时，阻爪失去托辊组的制约，在扭簧的作用下关闭，处于阻车状态；卸料完毕，转臂下放，当接近承接矿车位置时，阻爪拐臂撞击托辊组，在托辊组的作用下，扭转扭簧使阻车器打开，准备承接下一辆待卸矿车。
图1 GFY1.5/6型高位翻车机内阻车器
1—拐臂；2—托辊组；3—轴；4—扭簧；
5—轴承座；6—阻爪
据大屯煤电公司姚桥矿的调查，从现场看，该矿位于微山湖畔，地下水丰富，掘进的矸石含水量大，有时矿车中含有近1/3的水。在卸载过程中撒落的矸石和泥水顺着挡板流到阻车器上，使用中清理也不及时，导致扭簧锈蚀严重；又矸石和泥水长时间粘在内阻车器上，固化结块，最终使扭簧失效，长轴变形，导致阻车器失效。
抛开制造和使用上的原因，从设计方面看，如果阻车器不是布置在转臂的内侧而是在外侧，污染就会轻得多，扭簧也就不易锈蚀。从扭簧设计参数看，原设计主要考虑了矿车对阻车器阻爪的摩擦力矩和阻爪自重产生的阻力矩，而对工作环境、制造、安装、使用等一系列增加阻车器阻力矩的因素考虑不足。将这些因素都加进去，对扭簧的工作力矩进行如下计算。
1.1 矿车对阻车器的阻力矩M1
矿车对阻爪产生的压力P(以GFY1.5/6型为例)为
P=Z(G+Q)(sinβ+kω cosβ)g≈253 N
式中：Z为矿车数，Z=1；G为矿车质量，G=718kg;Q为矿车最大装载质量，Q=2 720kg;β为翻车机内轨道倾角，β=0°；ω为矿车运行阻力系数，ω=0.005；g为重力加速度，g=9.8m/s2；k为矿车启动阻力系数，k=1.5。
矿车对阻车器的阻力矩M1为
M1=PμR=12 650 N.mm
式中：μ为车轮与阻爪的摩擦系数，μ=0.15～0.25；R为阻爪的长度，R=250mm。
1.2 阻爪自重产生的阻力矩M2
M2=Rqg/2≈7 602 N.mm
式中：q为阻爪质量，q=6.2 kg。
1.3 环境因素产生的阻力系数K
因环境因素(如泥水污染、结块等)而产生的阻力矩无法计算，所以采用计入系数K的方法，取K=1.5。
1.4 扭簧效率折减系数η
考虑制造、安装和轴承摩擦等因素，取扭簧效率折减系数η=0.9。
1.5 阻车器转动时所需要的工作力矩M
M=K(M1+M2)/η≈33 754 N.mm
此力矩也就是扭簧的工作扭矩。原设计扭簧工作扭矩为19 800 N.mm，明显小于上述计算实际所需要的扭簧工作扭矩33 754 N.mm。
2 FY型系列高位翻车机内阻车器失效原因
FY型系列高位翻车机是邯郸设计研究院研制的第2代产品，它克服了第1代产品内阻车器设在转臂内侧的缺陷，但将扭簧结构改为重锤结构。具体形式见图2。其工作原理是：阻爪轴与支座之间为间隙配合，阻爪可以自由转动，当高位翻车机翻卸物料时，转臂抬起，阻爪在重力的作用下也相应转动，达到一定角度后开始阻车；卸料完毕，转臂复位，阻爪在重力的作用下离开阻车位置，阻车器打开，准备承接下一辆待卸矿车。
图2 FY1/6型高位翻车机内阻车器
1—阻爪(重锤)；2—轴；3—支座
据观音堂矸石电厂主燃料系统高位翻车机现场观察，阻爪安装间隙大，阻爪结构强度小，并且只有当转臂转动一定角度后才开始阻车。而一旦矿车定位不准，阻车器就不能很好阻车。从使用中了解到，矿车窜动一般都发生在转臂刚刚抬起时，而这时阻车器还没有处于阻车位置，因此发生了跑车事故。在高位翻车机翻卸过程中，转臂转到图3所示位置时，阻爪才开始阻车。此时阻爪已经转动了45°，同时转臂也转动了45°，矿车轮轴中心至轨面的距离为
1 429 mm
式中：α为轴中心至转臂转轴中心连线与铅垂线之间的夹角，α=arctg(1 250/1 350)=42.8°。
也就是说，当转臂转动45°角，矿车轮轴中心升高到距轨面1 429mm时，内阻车器才开始起作用。而据现场观察，矿车窜动多发生在翻卸刚开始、转臂才抬起时，而此时阻车器还处于打开状态。
图3 阻爪转动45°后阻车器开始
阻车的状态示意
另外，该阻车器在设计时，过分强调转动的灵活性，导致配合间隙过大，安装偏差大；同时，阻爪强度不高，一经撞击就发生变形。这些都是发生跑车的原因之一。
3 阻车器改进措施
(1)将内阻车器布置在转臂翻卸的外侧，减少撒落的矸石和回流的泥水对内阻车器的污染。
(2)强制阻车，不依赖重力自动阻车。在翻卸过程中，只要转臂抬起，阻车器就开始阻车。若还使用扭簧，则应适当增大扭簧的刚度。
(3)加大阻车器的强度，使阻车器在阻车过程中不因部件变形而导致阻车器失效。
(4)及时清理撒落的矸石和泥水，做到一班一清；同时加强对阻车器的维护，使其灵活可靠。
4 改进设计后的阻车效果
阻车器设计结构见图4，阻车器布置在转臂翻卸外侧，动力源仍是扭簧。其工作原理是：当转臂抬起准备翻卸物料时，开闭拨杆解除托辊组的约束，在扭簧的作用下，阻爪关闭，进入阻车状态；卸料完毕，转臂下放，当转臂下落到一定位置时，阻车器上的开闭拨杆被托辊组托住绕阻车器转动，带动阻爪强制打开阻车器，准备承接下一辆矿车。在这个结构中，由于内阻车器位于转臂翻卸外侧，翻卸过程中，撒落的物料和回流的泥水不易落到内阻车器上，且清理和保养方便。同时由于有扭簧强制阻爪，保证了高位翻车机转臂一抬起，阻车器就立即关闭，避免了阻车器需转臂抬起一定高度后才能阻车的缺陷，延长了使用寿命。改进后的阻车器结构，阻车灵活、可靠，完全能满足高位翻车机安全生产的需要。
图4 改进后的阻车器结构
1—阻爪；2—轴；3—扭簧；4—托辊组；5—拨杆
