论文部分内容阅读
摘 要：煤矿井下采用窄轨斜巷运输始终是事故的多发地点，由于钢丝绳及连接机构的疲劳断裂，导致跑车事故的发生，文章介绍了地升式柔性挡车栏，分析了其优缺点，并运用运动学和动力学原理对其拦截过程中的撞击进行了计算分析，为挡车栏的设计和制造提供了理论参考。
关键词：挡车栏；疲劳断裂；柔性拦截
中图分类号：TD55+3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）12-0064-01
1 背景概述
目前，我国矿山井下辅助运输大多采用轨道运输为主，而斜巷轨道运输又是煤矿辅助运输的重要一环节，由于斜巷提升主要依靠绞车通过钢丝绳牵引拉动牵引车或运料车来实现，而钢丝绳始终在矿车轨道中间运行且牵引距离长，绞车司机无法掌握牵引车途经各种状况，一旦钢丝绳断裂或串车中途脱钩，将发生严重的跑车事故，矿车在重力的作用下沿轨道飞速下滑，其自身无法自然终止，必然造成很大程度的破坏，带来严重的经济损失，甚至造成人员伤亡。在国家安全生产监管管理局公布的《煤矿安全规程》中明确规定，在斜巷内使用串车提升时必须遵守下列规定：“在斜巷内安设能够将运行中断绳、脱钩的车辆阻止的防护装置”，而且这种必须是常闭式。而根据煤矿安全生产设施的要求，很多矿山机电设备生产企业相继研发了多种多样的防跑车装置，就目前而言，从安装位置上来说，基本上分为地升式和下降式，由于下降式需安装在巷道顶部，但不能同时设置吊轨运输设施和底面轨道运输设施，且其安装维修极其不便。而地升式挡车栏安装在运输轨道上，克服了以上缺点，在矿井辅助运输中得到普遍应用。
2 地升式搭扣挡车栏工作原理
转动圆盘与电机的输出轴相连接，电机带动转动盘转动；连杆的一端转动地连接于转动盘的偏向位置处，另一端与摇臂转动相连接，摇臂与转动轴相固定，这样就组成对挡车网体进行驱动的四连杆机构。在摇臂的两侧分别设置有左右限位行程开关，以便对挡车网体的位置的检测，并通过两限位开关的状态对电动机的运动状态进行控制。其中连杆为长度可调节的形式，以便于对挡车网体升起角度的调节，挡车栏升起时的状态如图1所示，此时为挡车网体运动的最高位置，也是拦车时的状态，此时摇臂会碰触右行程开关，电动机停止驱动，当挡车网体下降与轨道相配合时，摇臂会碰触到左行程开关，电机同样停止驱动。
3 矿车跑车后的动力学分析
3.1 挡车栏斜巷安装时的状态
挡车栏斜巷安装布置，如图2所示，斜巷提升主要依靠绞车通过钢丝绳牵引拉动牵引车或运料车来实现，而由于钢丝绳及连接机构的疲劳断裂以及串车连接销钩等部件的损坏失效等，都可能导致跑车事故的发生，一旦发生跑车，此时常闭式挡车栏就起到了关键性的作用，在钢丝绳及缓冲器的作用下，对沿轨道下滑的矿车实行柔性拦截，预防重大破坏性事故的发生。
3.2 矿车跑车后的动力学分析
倾斜井巷矿车的运输过程实际上是一个动力学行为问题，下面以单个矿车跑车为例，建立动力学模型，设斜巷倾角为β时的运输，发生跑车时，此时的矿车已具备初速度V0。此时设单个矿车及所载货物的总体重量为G，运行阻力系数为μ，发生跑车时的运行阻力为N，选跑车时单个矿车为研究对象，对其进行受理分析，如图3所示。
GX-N=ma（1）
根据跑车后，单个矿车的受力分析计算单个矿车跑车后的瞬间冲击力为：
式中：m为下滑矿车总质量，kg；
m=m0+m1
m0、m1分别为矿车自重、载重。
Δt为跑车冲击挡车栏的作用时间，s；
对于刚性挡车栏：Δt=0.15-0.25 s；对于柔性挡车栏：Δt=0.3-0.4 s；Vn为跑车冲击挡车栏后的末速度，m/s；Vn=0；Vt为跑车冲击挡车栏前的最大速度，m/s。
L为跑车跑过的路程；a为矿车下滑的自然速度，m/s2；μ为矿车运行阻力系数，一般取值0.01；g为重力加速度，m/s2；β为轨道倾角。
将（3）式代入（2）式，得到单个矿车对挡车栏的冲击力为：
对于一个确定的斜巷运输系统，也就是轨道倾角β为常数时，发生跑车时，矿车对挡车栏的冲击力与矿车所跑的距离L成抛物线关系，如图4所示。
4 结 语
①地升式搭扣挡车栏不但预防了跑车事故，同时还能对矿车进行柔性拦截，结构简单，动作灵活，安装方便，且能实现常闭效果，解决了原挡车栏不能常闭的问题，得到广泛的推广应用；②地升式挡车栏在斜井串车提升中非常重要，根据斜井轨道提升情况，建立跑车时的动力学模型，通过动力学分析计算得出，在倾斜角度β确定时，矿车对挡车栏的冲击力与矿车所跑的距离L成抛物线关系，为挡车栏的设计制造提供了重要的参考依据。
参考文献：
[1] 谭平.一种简单可靠的挡车栏的设计与应用[J].煤矿设计，1996，（10）.
[2] 马少明.侧开式联动挡车栏的研制与应用[J].煤矿机电，2002，（5）.
[3] 王兴旺，张敬叶.斜井绞车与挡车栏联动系统设计[J].中州煤炭，2011，（4）.
[4] 许光元.自动挡车栏新技术应用探索[J].科学咨询（科技·管理），2012，（1）.
[5] 阴正锡，周剑.煤矿斜井轨道运输挡车栏间距的探讨[J].矿山机械，1993，（7）.
关键词：挡车栏；疲劳断裂；柔性拦截
中图分类号：TD55+3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）12-0064-01
1 背景概述
目前，我国矿山井下辅助运输大多采用轨道运输为主，而斜巷轨道运输又是煤矿辅助运输的重要一环节，由于斜巷提升主要依靠绞车通过钢丝绳牵引拉动牵引车或运料车来实现，而钢丝绳始终在矿车轨道中间运行且牵引距离长，绞车司机无法掌握牵引车途经各种状况，一旦钢丝绳断裂或串车中途脱钩，将发生严重的跑车事故，矿车在重力的作用下沿轨道飞速下滑，其自身无法自然终止，必然造成很大程度的破坏，带来严重的经济损失，甚至造成人员伤亡。在国家安全生产监管管理局公布的《煤矿安全规程》中明确规定，在斜巷内使用串车提升时必须遵守下列规定：“在斜巷内安设能够将运行中断绳、脱钩的车辆阻止的防护装置”，而且这种必须是常闭式。而根据煤矿安全生产设施的要求，很多矿山机电设备生产企业相继研发了多种多样的防跑车装置，就目前而言，从安装位置上来说，基本上分为地升式和下降式，由于下降式需安装在巷道顶部，但不能同时设置吊轨运输设施和底面轨道运输设施，且其安装维修极其不便。而地升式挡车栏安装在运输轨道上，克服了以上缺点，在矿井辅助运输中得到普遍应用。
2 地升式搭扣挡车栏工作原理
转动圆盘与电机的输出轴相连接，电机带动转动盘转动；连杆的一端转动地连接于转动盘的偏向位置处，另一端与摇臂转动相连接，摇臂与转动轴相固定，这样就组成对挡车网体进行驱动的四连杆机构。在摇臂的两侧分别设置有左右限位行程开关，以便对挡车网体的位置的检测，并通过两限位开关的状态对电动机的运动状态进行控制。其中连杆为长度可调节的形式，以便于对挡车网体升起角度的调节，挡车栏升起时的状态如图1所示，此时为挡车网体运动的最高位置，也是拦车时的状态，此时摇臂会碰触右行程开关，电动机停止驱动，当挡车网体下降与轨道相配合时，摇臂会碰触到左行程开关，电机同样停止驱动。
3 矿车跑车后的动力学分析
3.1 挡车栏斜巷安装时的状态
挡车栏斜巷安装布置，如图2所示，斜巷提升主要依靠绞车通过钢丝绳牵引拉动牵引车或运料车来实现，而由于钢丝绳及连接机构的疲劳断裂以及串车连接销钩等部件的损坏失效等，都可能导致跑车事故的发生，一旦发生跑车，此时常闭式挡车栏就起到了关键性的作用，在钢丝绳及缓冲器的作用下，对沿轨道下滑的矿车实行柔性拦截，预防重大破坏性事故的发生。
3.2 矿车跑车后的动力学分析
倾斜井巷矿车的运输过程实际上是一个动力学行为问题，下面以单个矿车跑车为例，建立动力学模型，设斜巷倾角为β时的运输，发生跑车时，此时的矿车已具备初速度V0。此时设单个矿车及所载货物的总体重量为G，运行阻力系数为μ，发生跑车时的运行阻力为N，选跑车时单个矿车为研究对象，对其进行受理分析，如图3所示。
GX-N=ma（1）
根据跑车后，单个矿车的受力分析计算单个矿车跑车后的瞬间冲击力为：
式中：m为下滑矿车总质量，kg；
m=m0+m1
m0、m1分别为矿车自重、载重。
Δt为跑车冲击挡车栏的作用时间，s；
对于刚性挡车栏：Δt=0.15-0.25 s；对于柔性挡车栏：Δt=0.3-0.4 s；Vn为跑车冲击挡车栏后的末速度，m/s；Vn=0；Vt为跑车冲击挡车栏前的最大速度，m/s。
L为跑车跑过的路程；a为矿车下滑的自然速度，m/s2；μ为矿车运行阻力系数，一般取值0.01；g为重力加速度，m/s2；β为轨道倾角。
将（3）式代入（2）式，得到单个矿车对挡车栏的冲击力为：
对于一个确定的斜巷运输系统，也就是轨道倾角β为常数时，发生跑车时，矿车对挡车栏的冲击力与矿车所跑的距离L成抛物线关系，如图4所示。
4 结 语
①地升式搭扣挡车栏不但预防了跑车事故，同时还能对矿车进行柔性拦截，结构简单，动作灵活，安装方便，且能实现常闭效果，解决了原挡车栏不能常闭的问题，得到广泛的推广应用；②地升式挡车栏在斜井串车提升中非常重要，根据斜井轨道提升情况，建立跑车时的动力学模型，通过动力学分析计算得出，在倾斜角度β确定时，矿车对挡车栏的冲击力与矿车所跑的距离L成抛物线关系，为挡车栏的设计制造提供了重要的参考依据。
参考文献：
[1] 谭平.一种简单可靠的挡车栏的设计与应用[J].煤矿设计，1996，（10）.
[2] 马少明.侧开式联动挡车栏的研制与应用[J].煤矿机电，2002，（5）.
[3] 王兴旺，张敬叶.斜井绞车与挡车栏联动系统设计[J].中州煤炭，2011，（4）.
[4] 许光元.自动挡车栏新技术应用探索[J].科学咨询（科技·管理），2012，（1）.
[5] 阴正锡，周剑.煤矿斜井轨道运输挡车栏间距的探讨[J].矿山机械，1993，（7）.