缓冲 罐装置砥究.pdf

2 0 煤 矿 机 械 2 0 0 3年第 1 0期 劈 试 验 研 究 嗣 文章编 号 1 0 0 3 0 7 9 4 { 2 0 0 3 1 0 0 0 2 0 0 3 缓 冲 罐 装 置 砥 究 王雷 。 。陶克 飞 。杨 建奎‘ 。陈 义强。 1 ． 中 国矿业 大学 ，江 苏 徐 州 2 2 1 0 0 8 ；2 ． 皖北 煤 电集 团 ，安徽 宿县 2 3 4 0 0 0 摘要 缓 冲托罐装置是 立井提 升 系统 中的最后过卷 保护装置 ， 其作 用是 阻挡 高速 过卷 的容 器 ， 防止撞 击天轮导致容 器的坠落。对 目前 国内外的几种缓 冲托罐装置进行 了分析 比较 ， 为煤矿矿 井 的托 罐 选 型提 供 一 定 的依 据 。 关 键 词 过 卷 ；缓 冲 ；托 罐 ；防撞 梁 中图号 T D 5 3 2 文献标识码 A 1 引 言 在立井提 升系统 中 ， 虽然有 多种 电器后备保护 ， 但容器 的过卷 坠罐事故仍时有发生 。鉴于提升机高 速过卷 事故 屡屡发 生 ， 2 0 0 1年版 煤 矿安全 规程 第 3 9 6条规 定“ 在提升速度大于 3 m ／ s的提升系统 内必 须 设 防 撞 梁 和 托 罐 装 置 ， 防 撞 梁 不 得 兼 作 它 用 ⋯⋯ ” ； 第 3 9 7条 规定 “ 在 过卷 高 度或过 放距 离 内 ， 应安设性能 可靠 的缓 冲装 置 ⋯⋯” 。 目前 国内常 用 的过卷 缓冲托罐装置 主要有 1 老井提升系统 中楔 形罐道 ， 既能缓 冲又能卡 罐 ； 2 没有 缓 冲的刚 性托 罐装置 ； 3 蘑菇 头式缓冲托罐装 置 ； 4 过卷 缓冲及 防撞缓 冲托罐装置 。哪一种性能更可靠 针对这个 问题 ， 对缓冲托罐装置作 了更深一步地探讨 。 2楔 形罐 道 我 国大多数摩擦提升系统普遍 采用木质楔形罐 道和防撞 梁作为过卷 后 的机械保 护装 置 ， 由于楔形 罐道存在 以下缺点 1 楔形罐 道在整个缓 冲过程 中 缓冲力不是定值 ， 难 以计算 ， 其缓 冲力 的产 生是罐 耳 考虑市 场、 管理 方 向发展 。所 以在设 计 中就要讲 究策略 ， 要研究好质量 和成本 的关 系 ， 引进会计系统 进行低成本设 计 ， 这 是一个动态 成本 预算 问题 ， 也是 目前设计 中最 主 要 的问题 。如果做 到这 一点 ， 那 么 产品在竞争 中就 能 占有 一定 的优 势 ， 使 其处 于长期 不 败 之 地 。 4产 品 效 益 的评 价 从 系统论 而言 ， 产 品效 益的评价应 根据 市场反 馈信息来讨论 ， 即 由消费者 使 用后 ， 对产 品的性 能、 质量 、 价格 等的综合评价来获得 的， 然而这 一准则在 短期 内是无 法实 际操 作 的， 因为无论 对设计 者还 是 对 消费者来说 ， 都需 要 在产 品设计 、 制 造、 营销 和使 用之后 ， 方 能得 到验证 ， 也就 是说这 需要一 个过程 。 其实对 有些产品 ， 可以先 生产一些试验品 ， 这样可 以 加快信 息反馈 ， 以便 改进设计 ， 减少 浪费。 无 论采用何种技术 、 何种方法 ， 最终人 是主体的 创造性 的核心 。再 先 进 的设 计 方法 也 是 由人 来 创 造 ， 那 么人 的创造性 加上 计算 机辅 助手段 就构 成 了 创造性辅 助。即将 C A D融进专家 的智能 ， 使其 具有 专家 的知识 和经验 ， 具 有 学 习、 判 断和思 维能力 ， 使 设计速 度加快 ， 便 于修 改设 计 方 案 ， 能 以最快 的速 度 ， 最可靠 的质量将 产品推 向市场。 5结 语 随着市场 竞争 的 日益加剧 ， 人们 对产 品全面性 能要求 的不 断提高 ， 市场从传统的 、 相对稳定 型的市 场 。 演变为动态 的、 多变型市场。随着消费需求趋 向 多样化 、 个 性化 和柔 性 化 ， 产 品的 目标 市 场越 来 越 细。这就要求设计 者在设 计 阶段就要 考 虑到这 点 ， 以便使所设计 的产 品能满 足市场 的需求 。只要不 断 地深入实践 ， 不 断创新 ， 一定会设计 出适 合时代 需要 的新 型 产 品 。 参考文 献 [ 1 ] 任中全 ， 寇 子明 ， 赵灿 ． 现 代机械 设计理 论 与方 法【 M] ． 北京 煤 炭 工业 出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 2 ] 肖人彬 ， 周济 ， 查 建 中． 智能设计 先 进设 计技术 的 核心 [ J ] ． 机 械设 计 ， 1 9 9 7 ， 4 35 ． [ 3 ] 韩之 俊 ． 三次 设计 [ M] ． 北京 机械工 业 出版 社 ， 1 9 9 2． 作者简 介 张 艳 1 9 6 3一 ， 女 ， 黑 龙 江林 甸 人 ， 黑 龙 江科 技 学 院 机械 工程 系副教 授 ， 主要从 事机械 设计 及理论 的教学 与研 究工作 ， 已 发表论 文多篇 ． 收稿 日期 2 0 0 3 0 5 2 5 Di s c u s s i o n t he s t r a t e g y o f m o d e r n de s i g n o f pr o du c t Z HANG Ya n。HUANG Qi a n - g a i H e i l o n g j i a n g I n s t i t u t e o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， H a r b i n 1 5 0 0 2 7 ， C h i n a Ab s t r ac t Th i s p a pe r i n t r o d u c e s t h e mo d e n l de s i g n g o a l 。 t h e b a s i c i n f o r mi n g t h o u g ht a nd t he o p t i mu m o f t h e c o ur s e o f p r o d u c t 。 s t u d i e s t h e s t r a t e g y o f t h e mo d e m d e s i gn o f p r o d u c t us i n g t h e s y s t e m t h o u g h t a nd a s s e s s me n t o f p r o d u c t b e n e fit - d i s c us s e s the d e s i g n g o a l 。 d e s i gn t e c h n i q u e an d d e s i gn me t h o d f o r mo d e r n a nd f u t ur e ma c hi n e r y． Ke y wo r d s s y s t e m e n g i ne e r i n g；d e p e n d a bi l i t y；c o n c u r r e n t d e s i gn ；o p t i mum 维普资讯 2 0 0 3年第 1 0 期 缓 冲托罐装 置研究王雷 ， 等 2 1 对罐道挤压 ， 然后 刨削 和劈 裂 ， 劈裂时制动阻力大大 减小 ； 2 楔 形罐 道 的制动 性能 与其本 身 的材质 、 温 度 、 湿 度 以及 过 卷 速 度 有 关 。 过 卷 较 轻 时 ， 罐 耳 紧 紧 挤压 在楔形罐道上。过卷较严重时 ， 致使楔形罐道损 坏 。 因此 利用 楔 形 罐 道 作 为 过 卷 保 护 装 置 是 不 够 理 想的。2 0 0 1 年版 煤矿安全规程 已经将其去掉。 3刚 性 托 罐 装 置 刚性 托罐装 置 主要 有 秋 千 式、 蘑 菇头式 、 止逆 爪式 、 拨杆式托 罐装 置等 。其 中以止逆爪 结 构最为 典 型 ， 它是靠 容器的上升运动直接碰开止逆爪 ， 待容 器上盘通过后 ， 由 自重 力使 止逆 爪复 位托住 下落容 器 ， 结构 简单但存在很大 的缺点 I 可靠性不高 ， 其 止 逆 爪 被 碰 开 时 的 转 角 大 小 对 止 逆 爪 的 复 位 有 很 大 影响 ； 2 因其下落距 离 5 0 0 1 1 1 1 1 1 ， 冲击速度 达到 3 ． 1 3 m ／ s 。对止逆爪 冲击力 很大 ， 对 井 架、 容器 的强度 提 出更 高的要求 ； 3 当止 逆爪 复位不 完全 ， 主承重梁 不起 作用 ， 其受力点将作用在 回转轴上 ， 这 与理论计 算 不相符 。基于 以上原因对 于新 建矿井基 本上不采 用 。 4蘑 菇 头 式 缓 冲 托 罐装 置 蘑菇头式 缓 冲托 罐装 置 是在 S E L D A扁 钢带 制 动 系统 的结构原理上演变而来 的。该装置是将过卷 缓 冲装 置 、 防撞装 置、 托罐装置做成 一体 ， 以 B s型 多 盘式摩 擦缓 冲器替代扁 钢带式缓 冲器作为过卷缓 冲 元 件 ； 以吸能平台作为防撞装置 ； 以蘑菇头式锁杆作 为托罐装置 的抓捕机 构 见 图 1 。其工作 原理是 蘑 菇头式锁杆 固定 于提升容器上盘体上 。当提升容器 过卷 时 ， 蘑菇头式锁杆将插 入滑块机 构 ， 从而锁住提 升容器反 向下落 一定 距离 。该 装置 虽然结 构简单 ， 但 固定 蘑菇头式锁杆 时需要在提升容器上盘体上钻 眼 ， 从而对 提升容器强度有影响 。另外 ， 只要提升容 器轻微 过卷 ， 该 托罐装 置就起作用 ， 从 而造成恢复 时 间长 。对 于提升容 器一 般都 有伞 帽 ， 而伞 帽尺寸一 般都 与容器尺寸 相差无 几 ， 所 以其蘑菇 头式锁 杆 只 有固定在伞 帽里面 。对于 高速过 卷时 ， 由于吸能 平 台先撞击伞 帽 ， 致 使伞 帽变形 再加 上提升 容器 的偏 摆 ， 蘑菇头式锁杆 安全地 穿过 滑块 机构 的可能性 很 小 。对 于现场下长材料 、 高罐检修时 ， 需要将容器临 时起高 。 由于这 种装 置 是一 个框架 结构 ， 不 能很方 便地解 除 ， 造 成无 法临时高罐 ， 从而影 响生产 。而且 煤矿安全 规 程} 3 9 6条 规定 “ 防撞 梁不 得兼 作 它用 ⋯⋯ ” ，是 因为 防撞梁是 立井 提升中最后一道保护装 置。在高速过卷事 故 中 ， 一定要 避免 容器撞 击天 轮 平台 。蘑菇 头式缓 冲托罐装置是用可移动的吸能盘 体来代替 防撞 梁 ， 显 然是不 满足 煤 矿 安全规程 的 要求 ， 另外其强度就是下 面 4根钢丝绳 的破断力 ， 而 该钢丝绳 一般选择 6 X 1 9 一巾 1 8 ． 52 1 ． 5 m m， 其总破 断 力 为 8 ． 1 3 5 X 1 0 ～1 ． 1 0 71 0 N， 对 于 钢 丝 绳 破 断 力和大于 1 ． 1 0 71 0 6 N的 ， 用 该 装 置 的吸 能 盘体 来 代替防撞机构 ， 显 然是失 效的。 图 1 蘑 菇 头 式 缓 冲 托 罐 装 置 Fi g． 1 M us hr o o m- h e a di n g bu ffe r a nd l ppO r t i ng ve s s e l de v i c e 1 ． 天 轮2 ． 吸能平 台3 ． 多盘 式摩擦 缓 冲器4 ． 伞 帽5． 托罐蘑 菇 头6 ． 提 升容器 B s型多盘式摩擦缓 冲器最 大制动力 为 1 2 0 k N， 所 以用 于蘑菇头式缓 冲托 罐装 置 时 ， 其 最 大缓 冲力 和最 大 托 罐 力 均 为 4 8 0 k N。对 于 绳 终 端 载 荷 4 8 0 k N的提升系统 ， 这种装 置是起不 到托罐作用 的 。另 外 B s型多盘式摩 擦缓 冲器最 大容 绳 量 1 0 I n左 右 ， 对于下端放绳上 端收绳 的缓 冲托 罐装 置 ， 滚筒 上 只 能缠绕一半 的钢丝绳 ， 即 5 I n左右 ； 对于过卷缓 冲距 离 5 I n的 ， 发生过卷事故 绞车不 断 电的情况 下 ， 就 可 能 产 生 钢 丝绳 从 绳 卡 中 拉 出 的 可 能 ， 只 要 有 一 根 钢丝绳拉 出滚筒 ， 缓 冲盘体受 力不 均 ， 必 然倾 斜 ， 在 缓 冲结束 ， 蘑菇 头托住 容器向下受力时 ， 必然受力不 均 ， 甚至会造成相当恶劣 的坠罐事故 。 5过 卷 缓 冲 及 防 撞 缓 冲 托 罐 装 置 过卷缓 冲装 置采用 多盘式摩擦 缓 冲器作 为缓 冲 元件 ， 安装在井 口罐 道梁 上 ， 不改 动容 器本 体 ， 不 影 响正 常提升如 图 2所示 。当发生 过卷 时 ， 容器高 速 冲击缓冲托 盘 ， 缓 冲托盘 通过缓 冲绳带 动 多盘式 摩 擦缓冲器的转 动 以预 定 的阻力 向上 缓 冲 ， 从 而达 到 安全缓冲的 目的。如果绞 车不 断 电 ， 容 器 继续 过卷 撞击托罐装置 的托爪 时 ， 托爪 能 自动 回缩 。当容器 继续上升到 刚刚离开托 罐装 置 即将撞 击 防撞梁 时 ， 托爪迅速伸 出 ， 从而 托住撞 击 弹性 防撞梁 后 下落 的 容器。防撞梁 的强度必 须大于主提升钢丝绳 总的破 断力 ， 具有一定 的弹性 ， 可以减小对过卷容 器的冲击 与变形 ； 托罐 装 置 既具 有 托罐 功 能 ， 又具 有 缓 冲功 能 ， 一改过 去刚性托罐 ， 使容器在事故 中对 井架冲击 力大大减小 。如果 需 要 临 时高 罐 时 下 长材 料 、 检 修 ， 只要将缓 冲托梁与缓 冲绳分 开即可高罐 。由于 该装置是将过卷 与托罐按 照功能分为互不干涉 的两 部分 ， 所 以不受过卷 距离 、 绳 终端 载荷 、 伞 帽尺寸 等 因 素 限 制 。 维普资讯 2 2 缓 冲托罐装置研究 王雷 ， 等 2 0 0 3年第 1 0期 图 2过 卷缓 冲及 防撞 缓 冲托罐 装置 №． 2 Ov e r wi n d i n 眦e r a n d c r a s h wo r t h y s u p p o r t i n g v e s s l e d e v i c e 1 ． 天轮2 ． 弹性 防撞梁3 ． 缓 冲托罐装 置4． 缓冲托 梁5 ． 提升容 器6 ． 缓 冲绳7 ． 多 盘式摩 擦缓 冲装置 6举 例 分 析 某摩擦提 升参 数 过 卷 高度 7 ． 5 m， 最 大 提 升速 度 9 ． 2 1 5 m ／ s ， 箕 斗 自重 2 4 t ， 载重 2 0 t ， 首 绳型号 6 A 3 7 一 中 3 9 ． 5 一 l 5 5 、 绳 长 8 3 0 ． 5 6 8 m、 单 重 6 ． 8 1 3 k g ／ I l l ， 4根 ， 每根 破断力 1 1 6 7 1 8 k g ， 尾绳总重 1 8 1 7 3 k g ， 最 大终端 载荷 6 2 1 7 3 k g ， 整个系统变位质量 1 5 0 ． 1 1 1 t； 分析 可知 楔 形罐 道和刚 性托罐 装置 已经 淘汰 了 ， 另外 由于绳 终端 最 大载荷 6 2 1 ． 7 3 k N， 超过 了蘑 菇头式缓 冲托罐装 置的最 大托罐 力 4 8 0 k N， 过卷 距 离 7 ． 5 m5 m， 主提 升钢丝绳破断力和 4 。 6 6 8 7 2 M N 大于 1 ． 1 0 7 M N， 以及 伞 帽 的影 响 ， 也 不 能采 用蘑 菇 头式 缓 冲 托 罐 装 置 ， 下 面 就 过 卷 缓 冲 及 防撞 缓 冲 托 罐装置进行分 析 。 建立过 卷容器动力学模 型如图 3所示 。根据力 学知识可 知 过 卷缓冲力 F∑Ma一 Q o Q 式 中 ∑ 整 个 系 统 变 位 质 量 ； Q 。 容器 自重 ； Q 容器 载 重 。 考虑井架 及容器 本 体强 度 ， 过 卷 缓 冲装 置在矿 井允许 的缓 冲距离情 况 下缓 冲力 应尽可 能 的小 ， 将 过 卷高度 s7 ． 5 i n代人求得 口 丢 0一 ．5 g 口 n I G - l 口 l l I I 口 ． 0 - 图 3动 力 学 模 型 Fi g． 3 Dy na m i c s mod e l 最 小 过 卷 缓 冲力 F1 5 0 l l 10 ． 5 7 7一 2 4 0 0 0 2 0 o o o 4 2 6 ． 1 7 k N， 则 每 台缓 冲器 最 小 制 动 力 为 42 61 74 1 0 6． 5 4 k N。 缓冲器容 绳量为 1 0 m左 右 ， 满足 过卷 距离 7 ． 5 m的要 求 。 7结 语 通 过 以 上 分 析 比较 看 出 楔 形 罐 道 、 刚 性 托 罐 装 置均 由于存 在许多缺点 ， 目前大 多数 矿井均不采用 。 蘑菇头式缓冲托罐装置受绳终端载荷 、 伞帽尺寸 、 缓 冲距离等 因素 的限制 ， 存 在很多弊端 ， 但其 结构简单 仍可应用于没有伞 帽容器 的小型矿 井 ， 而 过卷缓 冲 及 防撞缓 冲托罐装 置 以其 可靠 的性 能 、 合 理 的设 计 布置在煤炭 、 冶金 系统得 到越 来越 广泛 的应 用 。对 于新建矿井安全 保护设 备 的选 型 ， 均 得到 了设 计 院 首选 ， 更好 地满 足 了 煤 矿 安全 规 程 3 9 6 、 3 9 7条 要 求 。另外对于全 国众 多立 井 ， 该设备 也 有着 广 阔地 推 广 应 用 前 景 。 参考 文献 [ 1 ] 朱 真才 ． 弹性 防撞梁 的设计研 究 [ J ] ． 煤矿 机械 ． 1 9 9 8 ， 6 1 2一l 4 ． [ 2 ] 申斌学 ． 立井 提升 系统托 罐装 置 的选 型 [ J ] ． 煤 矿机 械 ， 1 9 9 9 ， 5 l一2． [ 3 ] 周 根合 ． 新 型过卷 保护装 置在矿 井提 升系统 中的应 用 [ J ] ． 煤 矿机 械 ， 2 0 0 2 ， 8 6 3 6 4． [ 4 】 贾 福音 托 罐式 吸能防撞 梁 [ J 】 ． 煤矿 机械 ， 2 0 0 1 ， 5 4 24 3 ． [ 5 ] 朱 真才 ． 带有弹性防撞梁的缓 冲托罐装置 [ P ] ． 专利 ， Z L 9 7 2 3 5 7 1 4 ． 9 ． [ 6 ] 朱 真才 ， 贾福音 ， 高谦． 多盘式摩擦缓冲器[ P ] ． 专利 ， Z L 9 5 2 4 0 7 7 9 ． 5 ． 作者简介 王雷 1 9 7 7一 ， 江苏 徐州人 ， 1 9 9 9年毕 业 于 中国矿 业 大学 机电一体 化专业 ， 毕业后 一 直在 中 国矿业 大 学 科学 研 究所 从 事 矿井 提升安 全新技 术 、 新装 备 的研究 ． T e l 0 5 1 63 8 8 5 3 5 7 ， E ． m a i l W a l1 ． g l e i 7 7 0 4 2 0 1 6 3． c o rn ． 收稿 日期 2 0 0 3 ． 0 7 ． 1 3 The c ur r e n t r e s e a r c h i n g s t a t e o f b uffe r a nd s u ppo r t i ng v e s s e l d e v i c e WA NG L e i ’ 。 T A O Ke - f e f。 Y A N G J h m k u i 。 C HE N Yl - q i a n g 1 ． Ch i n a U n i v e r s i 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 ； 2． W a n b e i Co a l E l e c t r i c i t y G r o u p C o． ． L t d． ． Xu x i a n 2 3 4 0 0 0。 C h i n a Abs t r a c t Bu ffe r a n d s u p p o rti n g v e s s l e de v i c e a r e t h e l a s t o v e r wi n d i n g p r o t e c t i o n me as u r e s o n v e rti c a l mi n e． T he us e o f de v i c e i s p r o t e c t ed hi g h s p e e d o v e r wi n d i n g v e s s e l f r o m bu mpi n g s he a v e an d a v o i di n g t h e v e s s e l d o wn． Th i s pa p e r a na l y z s t he s e v e r a l k i n d s o f o v e r w i nd i n g b uff e r a n d s up p o r t i n g v e s s l e d e v i c e u s e d i n o ur c o u n t r y an d o u t s i d e a t t h e mo me n t - a n d p r o v i d e s s o me r e f e r e n c e f o r t h e s e l e c t i o n o f b uff e r and s u p p o rt i n g v e s s e l d e v i c e i n c o a l mi n e s ． Ke y wo r d s o v e r wi n di n g；buff e r ；s u p p o r t i n g v e s s e l de v i c e；c r a s hwo r t h y g i r d e r 维普资讯