在當今煤礦生產中，井下需要大量的物料，物料由地面運往井下，主要用礦車裝好物料，通過地軌運輸到生產現場，整個的物料卸載全部由人工進行。卸載過程中如果人員協調不好，就會出現安全事故，人工卸載不僅存在一定的安全隱患，還造成人力和時間的浪費。
通過調研，本礦井在井下裝設了懸掛式單軌吊運輸系統，本運輸系統不僅可以載人下井，還可以運輸物料，無論是安全還是效率，都有了很大的提高。根據最新的運輸系統要求，需要新型的運輸物料箱體。本項目在分析了礦車裝運料的缺點與不足之后，經過調研、探討并參考國家現有的有關自動卸料裝置的結構，針對井下的新運輸系統，設計了專業的單軌吊料箱。該料箱采用機械控制機構，通過該機構能控制底門的打開與關合，實現了井下物料卸料的半自動化功能，解決了礦車運輸卸載物料，特別是水泥、沙等散裝物料的卸載問題。通過對料箱底門控制機構的設計，實現單軌吊料箱底部能自動開門和關門，不僅提高了卸載效率，還大大減輕了工人的勞動強度。
單軌吊料箱設計的整體要求
根據井下生產需要及所運輸物料的特點，單軌吊料箱的設計必須符合以下幾點要求：
①安全性能好。所謂安全性能好就是要求該單軌吊料箱實現機械化性能的同時，也要實現本質安全，機械式控制機構的整體機構及組成要合理科學。連接部位要牢固可靠，連接方式最好能采用雙保險固定連接，能在安全方面起到了雙層保護作用。各類配件設計結構及形狀方面要科學合理，整體的單軌吊料箱要求強度符合井下使用要求。懸掛處要增加起吊環，卸料時人只需操縱控制機構就可以實現機械卸載功能，安全系數大大增加。②密封性能好。設計單軌吊料箱時，由于向井下運輸各類大小配件，有時還要運沙石等細小散裝物料，為防止發生物料泄漏丟失問題，要考慮箱體整體結構的密封性能，當料箱處在裝滿物料狀態時，料箱的左右箱體結合部位能包裹嚴實，料箱前、后門結合處也能處于嚴密狀態。③卸載方便。所謂卸載方便，是要求整個箱體的控制結構操作簡單方便，整個橢圓形滑道要保證圓軸在內部移動的順暢，通過控制滑塊和控制軸的相對位置，實現底門的張開與合攏。要實現該功能，減輕工作的勞動強度，必須測算出合適的滑道間隙。長短合適的滑動間隙，能保證物料的順利卸載，并且還能保證卸載后物料的完好無損。④容積大小適中。考慮到單軌吊運輸系統的承載能力，所以單軌吊料箱箱體容積大小要合適，既要滿足煤礦井下物料的需求量及礦井生產能力，還要符合運輸系統的承載能力。
根據以上幾點要求，我們從料箱的控制機構部分、容積部分、密封性方面、安全性方面及強度等進行了探討、外出考察等，列出多條設計方案，最終確定以下設計方案。
料箱控制機構的設計
控制機構為整個料箱設計的關鍵部分，我們參考有關自動卸料箱的結構，設計了機械式控制機構。該機構主要由T型滑道架、控制鏈、控制軸及翼型控制滑塊組成。其中，T型滑道、控制軸為固定式，控制鏈采用井下刮板用鏈子，控制滑塊設計為翼型，外形和橢圓形滑道相配合。控制機構結構設計見圖1。
結構連接方面：T型滑道架通過螺栓和箱體固定連接，連接方式采用螺母擰緊和銷子固定，在安全方面起到了雙層保護作用。控制軸也和料箱的前后門連接在一起，控制軸設計為圓柱形，翼型控制滑塊兩側設計為2個橢圓形滑道，盡量減少摩擦力。
該控制機構為達到自動卸載的目的，必須留有合理的滑動間隙。根據單軌吊料箱的寬度及高度，測算出長短適中的間隙距離。如果間隙過大，卸載時底門口過大張開，會造成物料極速下落，沖擊力較大，有可能造成物料的損壞;如果間隙過小，卸載時底門口張開較小，有可能造成某種物料卡住，不能順利卸載。合適的滑道間隙，既保證了物料的順利卸載，又保護了物料的完好無損。
由于料箱懸掛在單軌吊運輸系統上，通過懸掛的軌道運輸至井下車場，故控制結構方面也要考慮焊有起吊環，起吊環由鋼筋加工，要求鋼筋的強度能承載料箱本體及裝滿物料的重量，吊環的焊接工藝要求為滿焊。卸料時人只需操縱控制鏈就即可，與現用運料礦車無起吊環，人工卸料相比，安全系數大大增加。
料箱容積的設計
箱體容積規格的設計不僅要符合煤礦井下物料的需求量，還要滿足現井下單軌吊運輸承載能力。本礦使用的單軌吊承載力在25～30t，該料箱凈容積設計為2.7m3，物料密度按照鐵（密度較大）的標準計算，則載重量約20t，加上料箱自重約0.6t，共計20.6t，符合單軌吊的承載能力，完全可以安全放心使用。
料箱密閉性的設計
設計單軌吊料箱箱體時，考慮到運水泥、沙子等細小散裝物料發生泄漏問題，在箱體前、后門及底門處全部采用在左半側箱體部分全部焊上舌板，當箱體處于裝物料狀態時，舌板就會包裹住右半側箱體的結合部位，從料箱的前后及底部都確保了箱體的密閉性。
料箱強度的設計
箱體結構主要由框架及外敷鐵板構成，內框架采用50×70的方管焊接而成，框架四面用厚5mm板敷焊，底門采用雙層板焊，即框架上、下部全部用5mm的板敷焊，既美化了箱體的外觀，又保證了底門內部表面的平整，方便了裝卸料。旋轉及固定部位由于承載的重力較大，另用30mm板進行強固，整個的料箱焊接部分全部采用滿焊工藝，箱體結實穩固。
單軌吊料箱控制機構自動卸載結構原理
自動卸載的關鍵結構配件是T型滑道及控制軸、翼型控制滑塊。控制軸外形設計為圓柱形，控制軸鑲嵌在翼型控制滑塊兩側的橢圓形滑道內，由于控制軸和料箱的前后門固定在一起，改變翼型控制滑塊和控制軸的相對位置，也就實現了底門的張開與合攏。卸載時通過向上拉緊控制鏈，從而帶動翼型控制滑塊順著T型滑塊滑行，底門打開。反之，則底門合上。該控制機構結構簡單，加工成本較低。工作中增加了自動卸料功能，大大減輕了工人的勞動強度，提高了井下卸料的安全系數。單軌吊料箱工作示意圖見圖2。
關鍵技術點
①T型滑道通過螺栓和箱體連接固定，連接方式采用螺母擰緊和銷子固定，在安全方面起到了雙層保護作用。②設計了高強度的起吊環，吊環的焊接工藝要求為滿焊。卸料時人只需操縱控制鏈就即可，安全得到保障。③測算出合適的間隙距離，間隙過大時，會導致卸載時底門口過大張開，造成物料極速下落，形成較大沖擊力，極易造成物料及卸料場地的損壞;間隙過小時，卸載時底門口張開較小，極易造成某種物料卡住，導致無法順利卸載，再一次造成人力的浪費。適合的滑道間隙，既確保了物料的順利卸載，又保護了物料及卸料場地。④控制機構中的控制軸及翼型控制滑塊的傳動滑道部分設計為橢圓形，控制軸和料箱的前后門連接在一起，將控制軸設計為圓柱形，翼型控制滑塊兩側設計為2個橢圓形的滑道。整個工作滑動過程是圓弧形即線接觸，減少了接觸面的磨損，減輕了摩擦力。⑤料箱前、后焊有起吊環，料箱設計有控制鏈，卸料時人只需遠距離操縱控制鏈完成操作，提升了安全系數。⑥為防止笨重物料砸壞箱體底部，底門采用雙層板焊，既使箱體的外觀美化，又為箱體的強度及內部的平整性提供保障，使用起來更加規范。⑦在箱體前、后門及底門處焊有舌板，有效保證了箱體的密閉性。⑧合理的箱體容積設計，不僅滿足了煤礦井下對物料的需求，還契合現井下單軌吊運輸承載能力。
應用情況
該項目已在礦井投入使用，使用效果良好，不僅符合新運輸系統的條件，還完全滿足了井下單軌吊軌道運輸物料的要求，實現了井下物料卸載的半機械化。從社會效益上講，大大降低了井下卸料工人的勞動強度，提高了井下卸載物料的安全性，整體生產效率得到了提高。
該項目所用材料簡單，加工方便，適用環境強，具有單軌吊運輸系統條件的礦井可借鑒生產使用。
①單軌吊運輸物料，簡化了運輸環節，解決了傳統地軌運輸占用人多、設備多、效率低、勞動強度大、受巷道變形影響、維護量大等問題，有效優化現場工作環境，減輕職工勞動強度，社會效益顯著;②該料箱可實現卸料環節的自動化，操作簡單，不受地板條件限制，有效節省職工體力，實現了卸料環節的本質安全;③低噪音，無污染，牽引力穩定，運行成本低廉，環保節能;④與傳統礦車運輸相比，每年可節約各項費用近百萬元。
來源：中小企業管理與科技曾現科曹國慶楊紅杰
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