斜井防跑车装置.pdf

第 2 7卷第 2期 2 O O 6年 2 月 煤矿机械 C o a l Mi n e Ma c h i n e r y Vn 1 ． 2 7 N b． 2 F e b．20 06 文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 6 } 0 2 ． 0 2 9 3 ． 0 3 斜 井 防 跑 车 装 置 陆兴华 ．刘金龙 ．黄传辉 1 ． 中国矿业大学 机电学院，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ；2 ． 中国矿业大学 材料学院，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ； 3 ． 徐州工程学院，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘要 针对煤矿斜井运输 中矿车易跑车的实际问题， 设计了一种斜井防跑车装置 ， 指 出了现 有的防跑车装置的缺点。 分析 了该斜井防跑车装置的优点； 推导出了钢丝绳在绳道 中摩擦力与正压 力的关系式； 针对斜井运输的实际情况， 给出了具体的设计计算范例。 关键词制动车；制动缸；下托轮 ；电磁换向阎 中图号T D 5 3 4 文献标识码 B Tr a m c a r s Es c a p e Pr e v e n t i n g De 、 ， i c e i n I n c l i n e d Tu n n e l L U Xi n gh u a 。LI L T J l nl 蚰 ．m J ANG C h u a nh u P 。 1 ． C o l l e g e o f M e c h a n i c al E n g i n e e r i n g ． C h i n a U n i v e r s i t y o f M i ni n g a n d T e c h n o l o g y - X u z h o u 2 2 1 0 0 8 - C h i n a ； 2． c o l l e g e o f Ma t e ri a l E n g i n e e ri n g -C h i n a U niv e rsi t y o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y -X u z h o u 2 2 1 0 0 8- C h i n a ； 3 ． C o ll e g e o f M ech a ni c a l E n g i n e e ri n g - X u z h o u I n s t i t u t e o f T e c h n o l o gy - X u z h o u 2 2 1 0 0 8 ．C h i na Ab s t r a c t De a l s w i t h t r a me a r s ， u s i n g i n i n c l i n e d t u n n e l t r a n s p o r t a t i o n ，e a s y O S C 印e p r a c t i c a l p r o b l e m． I t h a s d e s i g r t e d a s e t o f t h e t r a mc a r s e s c a D e p r e v e n t i n g d e v i c e i n i n c l i n e d t u n n e 1 ． I t p o i n t s o u t t h e d e f e c t t h e t r a m c a m O S C a D e p r e v e n t i n g d e v i c e u s i n g n o w a n d a n aly s e s i t s a d v ant a g e ． I t d e d u c e s t h e f u n c t i o n b e t w e e n f r i c t i o n a n d n o r ma l p res s u r e u s i n g i n s t e e l wi r e rop e i n i t s t u n n e 1 ． Ac c o r d i n g t o t h e i n c l i n e d t u n n e l t ran s p o r t a t i o n p r a c t i c a l s i t u a t i o n． i t g i y e s p mc t i c a l d e s i g n c a l e u l mi o n e x a mp l e． Ke y wo r d s b rak e t r a m c a r s ；b r a k e h y d r a u l i c v a t ； h o l d w h e e l b e l o w；e l e c t r o m a g n e t i s m e x c h a n g e v a l v e 0 前言 斜井运输中经常采用的运输方式是 在斜井上 方安置绞车牵引矿车运输物料。由于人为操作及其 他因素 ， 经常出现牵引钢丝绳断绳 ， 矿车沿轨道飞速 下落 。 造成人员的伤亡及财产 的损坏。斜井防跑车 问题一直是煤矿生产中急需解决的棘手问题。 目前 策略框图中， 、 a 和 Ⅳ i 分别为系统第 i 次采 集到的圆周驱动牵引力、 输送带加速度和拉紧装置 对输送带提供的拉紧张力 ； N 为系统对拉紧张力 要求的最小值 依据 、 a 和系统本身参数计算 ； Ⅳ 和 Ⅳ 岫分别为系统启动所要求拉紧张力 的最 大和最小设定值 ； N 和 Ⅳ 分别为系统运行负载增 大或故障时， 拉紧张力达到的报警和停车设定值 ； h 和k分别为满足拉紧张力滞后和提前控制策略的设 定系数值 ， { hk I h ， k ∈ O ， 1 } ， 根据拉紧张力大小 的不同区段设置不同的值。 智能软件张紧功能模块设计后 ， 可方便地与电 动绞车或液压绞车配合组成智能软件张紧装置。当 软件张紧功能模块决策需要拉紧张力作调整时， 打 开电磁制动闸， 驱动绞车电机正转或反转， 调整拉紧 张力大小。当拉紧张力不需要作调整 时， 锁上电磁 制动闸， 停止绞车电机运转。拉紧张力调节的过程， 也是输送带长度伸缩调整的过程 。因此 ， 智能软件 张紧装置不仅对输送带张力进行了控制 ， 也对输送 带长度的伸缩进行了“ 智能” 调整。 由于张紧功能的控制是一个软件模块 。 很容易 进行张紧功能有关设定参数的修改， 丰富与深化控 制策略， 改变它的性能 ； 甚至很容易扩展软件模块 的 功能 ， 或结合系统其它控制功能模块， 将整个系统的 控制合为一体 ， 使整个系统实现“ 智能” 化 ， 提高系统 的工作性能， 即智能软件张 紧装置具有很高 的灵 活 性， 能适应不同场合的要求 ， 具有通用性 ； 同时， 软件 较硬件控制具有更高的稳定性与安全性。 参考文献 [ 1 ] 施浒立 ， 周津慧。 徐 国华 ． 软件机械 [ J ] ． 电子机械工程 。 2 0 0 2 5 1 5． [ 2 ] 施浒立。 张巨勇． 软件安全保护装置[ J ] ． 机电工程。 2 0 0 4 ． 2 1 1 8 一 l 1 ． [ 3 ] 周津慧。 施浒立 ． 软件缓 冲器[ J ] ． 西安 电子科技大学学 报 自然科 学版 ， 2 0 0 2 ， 1 2 9 1 2 1 5 1 7 ． [ 4 ] 徐伟， 寇子明。 李元元． 带式输送机张紧装置的张紧力计算[ J ] ． 煤 矿机电。 2 0 0 5 2 5 5 5 7 ． [ 5 ] 邓春芳， 王鹰． 输送带的张力计算[ J ] ． 太原重型机械学院学报， 2 0 0 4 3 2 1 6 2 1 8 ． [ 6 ] 李福同． 带式输送机张紧装置主要参数的计算[ J ] ． 煤矿机械。 2 0 0 2 4 1 7 1 8 ． [ 7 ] 焦文良， 姜平 ． 交流 电动机力 矩检测 方法 及应用 [ J ] ． 煤矿 机械 ． 2 o o 2 8 5 1 5 2 ． 作者简介 张 巨勇 1 9 7 4一 ， 江西 德兴人 ， 中 国科学 院研究 生 院、 国家天文台在读博士研究生 ． 主要 研究方 向为光机 电一体化 、 天 文仪器、 机械C A D ／ C A E 。发表各类论文 l O 余篇。 合译著作 I 部， T d 0 1 06 4 8 7 5 4 1 1 ， Em a i l 晰 b a o ． 1 c ． c n ． 收稿 日期 2 0 0 5 ． 1 1 - 1 1 维普资讯 2 9 4 斜井防跑车装置 陆兴华 ， 等 第 2 7卷第 2期 斜井防跑车装置主要采用的方式有 直接阻挡矿车 的装置如挡车栏 、 挡车器、 自动捕车器、 叉架挡车器； 间接 的方式有 ， 通过红外检测元件检测矿车的速度， 采用 网栏式挡车器挡车； 通过电磁传感器与时间继 电器进行矿车速度检测 ， 采用钢丝绳网栏式挡车； 其 原理都是当斜并 发生跑车事故后 ， 通过在轨道上设 置拦截设备阻止矿车向下运动。其缺点是拦截装置 只能一次性使用 ， 既浪费材料 ， 又破坏煤矿生产的连 续性 。 处理事故费时而又费力。通过研究 ， 设计了一 种防跑车装置 ， 能在发生跑车事故后迅速制动矿车， 在制动矿车的同时又能通过阻尼的方式控制矿车制 动加速度 ， 避免刚性冲击 ， 从而达到平稳制动矿车的 目的 。 1 斜井防跑车装置的组成 图 1 为斜井防跑车装置的布置图。其 中牵引绞 车、 滚轮、 矿车、 钢轨是斜井运输 的固定设备 ， 其余部 分构成斜井防跑车装置。其中下托轮与矿车之间为 两体 ， 可通过快速拆装的方法连接成一体 ， 从而可以 实现制动车不在斜井 中时， 制动车与制动钢丝绳分 离 。 图 1 斜井防跑 车装置 的组成 Hg ． 1 Co mp o s i t i o n o f t r a mc a r s e s c a p e p r e v e n t i n g d e v i c e 1 ． 牵 引绞车2 ． 缓冲油缸3 ． 滚轮4 ． 上开关轮5 ． 牵引钢丝绳 6 ． 制动钢 丝绳7 ． 制动车8 ． 下托轮9 ． 矿车l O ． 钢轨1 1 ． 下 开关轮l 2 ． 节流阀l 3 ． 车场 图2为图 l 中制动车与制动钢丝绳的连接方式 布置原理图。蓄能器、 压力表、 开关阀、 制动缸等液 压件通过油管相连。制动缸 由缸壁、 活塞杆、 制动轮 等组成 ； 制动缸上的活塞杆与活塞杆下端连接的轮 子做成一体， 其间不能有相对转 动。下托轮由滑轮 支架及滑轮等组成 ； 其 中的两滑轮相对 于其支架能 自由滚 动 。 图 2制动车内部组成示意图 F ． 2 I n n e r c o mp o s i ti o n s k e t c h o f t h e b r a k e t r a mc a r s 1 ． 制动钢丝绳2 ． 下托轮3 ． 制动缸4 ， 电磁换向阀5 ． 开关 阀 6 ． 接头7 ． 液力表8 ． 蓄能器 图 3为图 2中电磁换 向阀的电气控制原理 图。 当压力表压力低于一定数值 时， 可经过手压泵的方 式通过接头给蓄能器补压。 图 3 电磁换 向阀的电气控制原理图 F i g ． 3 E l e c t r i c a l c o n t r o l p r i n c i p l e ma p o f t h e e l e c t r o ma g n e t i s m e x c h a ng e v a l v e 1 ． 牵引钢丝绳2 ．弹簧3 , 5 、 7 ． 开关4 ． 电磁换 向阀 6 ． 上开关轮8 ． 下开关轮 2 斜井防跑车装置工作原理 1 制动车 中控制蓄能器换 向阀动作 的电气控 制原 理 。 图 3为控制图 2中电磁换 向阀的一直流控制 回 路 ， 当回路处于接通状态 时， 在压缩弹簧的作用下， 方向阀保持在右位； 当回路处于完全接通状态时， 换 向阀 4动作 ， 压缩弹簧， 方向 阀切换到左位。 2 制动车中抱紧钢丝绳与松开 钢丝绳的工作 原 理 。 从图 2中可以看出， 当电磁换向阀处于右位时 ， 制动缸的下腔与蓄能器连通。在蓄能器中压力的作 用下 ， 制动缸中活塞杆带动其下的制动轮上移 ， 活塞 杆下端的制动轮与下托轮分离 ， 自动钢丝绳在下托 轮上 自由滚动 ； 当电磁换向阀处于左位时， 制动缸的 上腔与蓄能器连通。在蓄能器 中压力 的作用下， 制 动缸中活塞杆带动其下的制动轮下移， 将钢丝绳挤 压在下托轮与制动缸 的下制动轮之间， 将钢丝绳与 矿车抱成一体。 综上所述， 只有当图 3中的电路完全闭合时， 制 动车才能抱紧钢 丝绳 ， 实现制动。通过下面进一步 的分析可以知道 只有在断绳状况下 ， 图 3中的电路 才能完全闭合。所以只有在断绳状态下， 制动车动 作并制动， 其他状态下不制动 。 由图 3 ， 结合图 1可以看 到， 当制动车在开关轮 以下， 开始时可通过人工的方法打开开关 7 ， 闭合开 关 5 ， 等经过一次以上的循环后 ， 当制动车处于开关 轮以下时， 将 自动实现开关 7断开 ， 开关 3 、 5闭合 ， 电路处于断开状态 ； 在两开关轮之间时， 开关 5 、 7闭 合 ， 不断绳时， 由于牵引力的作用 ， 开关 3断开， 电路 处于断路状态 ； 断绳时， 如图 3所示 ， 开关 3在弹簧 的作用下闭合 ， 电路处于接通状态。同理在上开关 一 维普资讯 第 2 7卷第 2期 斜井防跑车装置陆兴华， 等 2 9 5 轮以上时开关 3 、 7闭合 ， 开关 5断开 ， 电路处于短路 状态 。 通过上述分析可知， 将钢丝绳断绳 的信号转变 成电路的关闭 ， 从而实现了在断绳状况下制动矿车 的 目的。由于图 1中缓 冲油缸的作用 ， 可以减缓制 动加速度， 从而达到平缓制动的 目的。 3 设计计算 3 ． 1 钢丝绳在绳轮轨道 中摩擦 力与正压力关 系式 的推导 如图 4所示 ， 取钢丝绳为研究对象。设正压力 总的合力为 Ⅳ， 其对钢丝绳的正压力分布假定如图 4所示。对 于钢丝绳的上摩擦表面， 在垂直方 向各 个摩擦力的垂直方向上 的分力左右抵消 ， 所以不存 在垂直方向上的摩擦分力 。水平方向的摩擦力合力 ∑ Ⅳ l c o s a ∑N i c o s a ∑Ⅳ Iy Ⅳ 同理 ， 钢丝绳的下摩擦表面 的垂直方向的摩擦力的 合力为零 ， 而水平方向上的合力 ， 2 b t N 所以， 总的摩擦力的合力 ．厂 2 b t N 1 图 4公 式 的推 导 F i g ． 4 F u n c ti o n d e d u c i n g 3 ． 2 假设工况的设计计算 通过设计计算要确定以下几个主要参数 蓄能 器的总容积、 额定工作压力及制动缸活塞的直径。 假定具有倾斜角度 卢1 6 o 的倾斜矿井 ， 一次牵 引载重量为 1 ． 5 t 的矿车 4节， 设计该制动系统的各 项参数 1 ． 5 t 矿车 自重 0 ． 9 7 t ， 最大载重 2 ． 7 t 。 制动 车 1 ． 5 t 。 1 制动缸上腔液体所需最小压力 P ． 计算 如图 5 所示， 4节矿车及制动车总重量 G4 2 ． 7 0 ． 9 7 1 ． 5 通过力的平衡 ， 得制动矿车所需摩擦力 fG s i n ／ 3 由式 1 可得钢丝绳上所需正压力 N f_ _G s i n fl 盟 X U ．1 1 48． 6 6 0 k N 通过力平衡可知 ， 制动缸上腔作用在活塞上的 正压力 与制动钢丝绳得正压力 Ⅳ相等， 即 Ⅳ。 取制动缸上腔活塞的直径 d1 3 0姗 ， 则 制动 缸上腔液体所需最小压力为 N 1 4 8． 6 6 0 1 0 1 0 Pl d 2 ／ 4 d 2 ／ 4 而 l 】 ． 1 9 9 9 9 MP a 图 5矿 车 受 力 分 布 F i g ． 5 Fo r c e d i s t r i b u t i o n o f t r a mc a r 2 蓄能器总容积 及蓄能器的选择 取蓄能器额定工作压力 P 。 2 0 M P a ； 最小工作 压力 P I 1 1 ． 1 9 9 9 9 M P a ； 最 高工 作 压力 P 21 6 MP a 。 有效工作容积 假定制动缸活塞行程 7 0姗 丌 1 3 0 1 0 以 7 0 1 0 蓄能器的总容积 指气腔容积与液腔容积之和 一 1 一2． 7 3 L P [ ‘ 击 。。 一 ‘ 玄 ’ ] 由于在计算过程中未考虑动载荷的因素， 所 以 在选择蓄能器时应考虑上述 因素。选择公称容积为 6 ． 3 L 。 额定工 作压力 为 2 0 MP a ， 型号 为 N X Q 1一 L 6 ． 3 ／ 2 0 L H型蓄能器。 4 斜井防跑车装置的特点 与其他防跑车装置相 比较 ， 该装 置具有以下几 个方面的特点 1 连续性该 防跑车装置在防跑车 过程中无需中断生产 ； 2 反复使用性可以多次重 复使用 ； 3 经济性 由于防跑车本身制造成本低 ， 可反复使用， 所以比较经济； 4 可靠性 由于装置 结构简单 ， 故障率低 ， 因此安全可靠 ； 5 平缓性 在 制动的同时， 能有效缓冲， 因而制动 比较平缓。 作者简介 陆兴华 1 9 6 5一 ， 江苏 如皋人 ， 高级工程 师 ， 一 直从 事煤矿机械的设计工作， 中国矿业大学机电学院2 0 0 3 级在读硕士研 究生 ， Em a i l l u x i n g h u a c u m t ． e d u ． c n ． 收稿 日期 2 0 0 5 - 0 9 1 0 维普资讯