常閉式搭扣擋車欄的應用研究

郝鑫

摘 要：煤礦井下采用窄軌斜巷運輸始終是事故的多發(fā)地點，由于鋼絲繩及連接機構(gòu)的疲勞斷裂，導致跑車事故的發(fā)生，文章介紹了地升式柔性擋車欄，分析了其優(yōu)缺點，并運用運動學和動力學原理對其攔截過程中的撞擊進行了計算分析，為擋車欄的設(shè)計和制造提供了理論參考。

關(guān)鍵詞：擋車欄；疲勞斷裂；柔性攔截

中圖分類號：TD55+3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）12-0064-01

1 背景概述

目前，我國礦山井下輔助運輸大多采用軌道運輸為主，而斜巷軌道運輸又是煤礦輔助運輸?shù)闹匾画h(huán)節(jié)，由于斜巷提升主要依靠絞車通過鋼絲繩牽引拉動牽引車或運料車來實現(xiàn)，而鋼絲繩始終在礦車軌道中間運行且牽引距離長，絞車司機無法掌握牽引車途經(jīng)各種狀況，一旦鋼絲繩斷裂或串車中途脫鉤，將發(fā)生嚴重的跑車事故，礦車在重力的作用下沿軌道飛速下滑，其自身無法自然終止，必然造成很大程度的破壞，帶來嚴重的經(jīng)濟損失，甚至造成人員傷亡。在國家安全生產(chǎn)監(jiān)管管理局公布的《煤礦安全規(guī)程》中明確規(guī)定，在斜巷內(nèi)使用串車提升時必須遵守下列規(guī)定：“在斜巷內(nèi)安設(shè)能夠?qū)⑦\行中斷繩、脫鉤的車輛阻止的防護裝置”，而且這種必須是常閉式。而根據(jù)煤礦安全生產(chǎn)設(shè)施的要求，很多礦山機電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)相繼研發(fā)了多種多樣的防跑車裝置，就目前而言，從安裝位置上來說，基本上分為地升式和下降式，由于下降式需安裝在巷道頂部，但不能同時設(shè)置吊軌運輸設(shè)施和底面軌道運輸設(shè)施，且其安裝維修極其不便。而地升式擋車欄安裝在運輸軌道上，克服了以上缺點，在礦井輔助運輸中得到普遍應用。

2 地升式搭扣擋車欄工作原理

轉(zhuǎn)動圓盤與電機的輸出軸相連接，電機帶動轉(zhuǎn)動盤轉(zhuǎn)動；連桿的一端轉(zhuǎn)動地連接于轉(zhuǎn)動盤的偏向位置處，另一端與搖臂轉(zhuǎn)動相連接，搖臂與轉(zhuǎn)動軸相固定，這樣就組成對擋車網(wǎng)體進行驅(qū)動的四連桿機構(gòu)。在搖臂的兩側(cè)分別設(shè)置有左右限位行程開關(guān)，以便對擋車網(wǎng)體的位置的檢測，并通過兩限位開關(guān)的狀態(tài)對電動機的運動狀態(tài)進行控制。其中連桿為長度可調(diào)節(jié)的形式，以便于對擋車網(wǎng)體升起角度的調(diào)節(jié)，擋車欄升起時的狀態(tài)如圖1所示，此時為擋車網(wǎng)體運動的最高位置，也是攔車時的狀態(tài)，此時搖臂會碰觸右行程開關(guān)，電動機停止驅(qū)動，當擋車網(wǎng)體下降與軌道相配合時，搖臂會碰觸到左行程開關(guān)，電機同樣停止驅(qū)動。

3 礦車跑車后的動力學分析

3.1 擋車欄斜巷安裝時的狀態(tài)

擋車欄斜巷安裝布置，如圖2所示，斜巷提升主要依靠絞車通過鋼絲繩牽引拉動牽引車或運料車來實現(xiàn)，而由于鋼絲繩及連接機構(gòu)的疲勞斷裂以及串車連接銷鉤等部件的損壞失效等，都可能導致跑車事故的發(fā)生，一旦發(fā)生跑車，此時常閉式擋車欄就起到了關(guān)鍵性的作用，在鋼絲繩及緩沖器的作用下，對沿軌道下滑的礦車實行柔性攔截，預防重大破壞性事故的發(fā)生。

3.2 礦車跑車后的動力學分析

傾斜井巷礦車的運輸過程實際上是一個動力學行為問題，下面以單個礦車跑車為例，建立動力學模型，設(shè)斜巷傾角為β時的運輸，發(fā)生跑車時，此時的礦車已具備初速度V0。此時設(shè)單個礦車及所載貨物的總體重量為G，運行阻力系數(shù)為μ，發(fā)生跑車時的運行阻力為N，選跑車時單個礦車為研究對象，對其進行受理分析，如圖3所示。

GX-N=ma（1）

根據(jù)跑車后，單個礦車的受力分析計算單個礦車跑車后的瞬間沖擊力為：

式中：m為下滑礦車總質(zhì)量，kg；

m=m0+m1

m0、m1分別為礦車自重、載重。

Δt為跑車沖擊擋車欄的作用時間，s；

對于剛性擋車欄：Δt=0.15-0.25 s；對于柔性擋車欄：Δt=0.3-0.4 s；Vn為跑車沖擊擋車欄后的末速度，m/s；Vn=0；Vt為跑車沖擊擋車欄前的最大速度，m/s。

L為跑車跑過的路程；a為礦車下滑的自然速度，m/s2；μ為礦車運行阻力系數(shù)，一般取值0.01；g為重力加速度，m/s2；β為軌道傾角。

將（3）式代入（2）式，得到單個礦車對擋車欄的沖擊力為：

對于一個確定的斜巷運輸系統(tǒng)，也就是軌道傾角β為常數(shù)時，發(fā)生跑車時，礦車對擋車欄的沖擊力與礦車所跑的距離L成拋物線關(guān)系，如圖4所示。

4 結(jié) 語

①地升式搭扣擋車欄不但預防了跑車事故，同時還能對礦車進行柔性攔截，結(jié)構(gòu)簡單，動作靈活，安裝方便，且能實現(xiàn)常閉效果，解決了原擋車欄不能常閉的問題，得到廣泛的推廣應用；②地升式擋車欄在斜井串車提升中非常重要，根據(jù)斜井軌道提升情況，建立跑車時的動力學模型，通過動力學分析計算得出，在傾斜角度β確定時，礦車對擋車欄的沖擊力與礦車所跑的距離L成拋物線關(guān)系，為擋車欄的設(shè)計制造提供了重要的參考依據(jù)。

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