气动式自动阻车器的设计.pdf

第 4期 总第 1 8 5期 2 0 1 4年 O 8月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NG 8 L AUTOMAT1 0N NO ．4 Au g． 文章编号 1 6 7 2 - 6 4 1 3 2 0 1 4 0 4 0 1 8 9 0 2 气动式 自动阻车器 的设计 姜 波 大 同煤矿集 团 小峪煤矿 ， 山西 朔州0 3 8 3 0 0 摘要 针对 井下运输手动 阻车器 的不足 ，设计 了气动式 自动 阻车器 。在 导轨上 安装传感器 ， 当运 输设 备 因事 故超 出规定 运行速度 时， 自动开启 阻车装置，防止 因人工操作 引发事 故。此外， 自动阻车装置增 大 了有效 阻 车面积 ，安装 了缓冲装置 ，可提 高阻车效率 ，减少运输事故 的发 生。 关键词 阻车器 ；传感器 ；信 号处理 ；缓冲装置；设计 中 图分类号 TD S O 文 献标 识码 B 0 引言 在煤矿井下作业 中， 当运输设备 由于操作不当或 发生断绳等事故时， 由于重力会加速运输设备的滑行 ， 这会损坏井下设备和设施 ， 严重时会导致人员伤亡事 故 。阻车器是煤矿常用 的运输防护设 备， 阻车器主要 用于阻挡运输车辆 ， 防止跑车 、 溜车等事故的发生。但 是 ， 目前阻车器主要依靠人工判断 、 手 动操作 、 这种传 统的方式在发生事故时会使操作具有一定 的风险性 。 随着现代化矿井的建立 ， 运输车尺寸不断加大， 运输量 不断增加 ， 急需要投入 自动化程度较高的阻车装置 ， 以 保证煤矿的运输安全[ 1 ] 。 1 阻车 器 传统阻车器通过人力开启 ， 当发生运输事故时 ， 其 人工操作的危险性 大。随着安全要求 的提 高， 目前有 通过电液推杆来控制阻车器开闭 ， 但是 电液推杆阻车 器结构复杂， 设备造价高， 需要满足井下防爆 的要求 。 井下实际使用证明， 当阻车器 阻车面积不足且车辆高 速运行时 ， 车轮与阻车器高速碰撞易使运输车发生侧 翻事故 。 随着煤矿规模 的不断扩大 ， 井下运输设备工作量 增加 ， 阻车器急需改造 ， 以满足现代化矿井的要求。目 前 ， 随着矿井压风系统的建立和投入， 人们开始利用煤 矿风压作为阻车器启闭的动力 。这种设计方案一方面 可 以简化阻车器的结构； 另一方面 ， 由于气压传动不需 要考虑井下防爆条件， 也增加了装置的安全性 。气动 阻车器 主要通过利用井下风压来控制气缸 伸缩 ， 实现 阻车架 的开启与闭合 。当运输车超速时， 气缸伸出， 阻 车架启动实现阻车。 因井 下 道 轨 宽 度 为 6 0 0 mm， 为 了不 影 响运 输 车 辆 ， 设计阻车架宽度为 5 0 0 mm， 有效阻车高度为 8 0 0 mm， 阻车架 由角钢和 圆钢焊接而成， 为此 ， 增 大阻车 面积， 将有效阻车面积集中在车体上 ， 以减少阻车过程 中运输车发生侧翻事故 。阻车架结构如图 1 所示。 1 一阻车架 ； 2 一缓冲弹性 钢板； 3 一气缸 ； 4 一缓 冲弹簧 图 1 阻车架结构 当需要 阻挡运输车时 ， 电磁 阀换 向， 气缸伸出， 阻 车架开启 ， 如图 2所示 。 一 a1 ⋯ a t ’ C 二l 0 B I 量 ／＼ ／，／／ 1 ． 电L 图 2阻 车 器 气 缸 伸 出 1 ． 1 气缸 选型 如图 2所示 ， 阻车架 底 与转 轴 的距 离 n 。 1 2 5 mm， 阻车架转角长度 a 。 一3 5 mm， 气缸支架与阻车架 垂直距离 a 。 一6 0 mm， 气缸 支架 与阻车架水平距 离 a 4 2 4 0 mm， 计算可得 AB一9 7 mm。 由气缸全部伸出时 的长度为活塞杆 的 2倍可知 AC一 2 BC一 2 L 收稿 日期 2 0 1 3 ～ 1 2 1 6 ；修回 日期 2 0 1 4 0 2 1 3 作者简介 姜波 1 9 7 1 - ，男 ，山西怀仁人 ，工程师 ，本科 ，主要从事煤矿机 电安全管理和巷道掘进设备配套和设计工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 9 0 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 4年第 4 期 由三角 形边 角 关 系 可 计 算 得 到 AB C 1 4 0 。 ， 已 知由余 弦定 理 c 。 s LABCAB 2 B C _ 2 -- AC 一 2 可计算 得气缸长度 应不 小 于 1 8 7 mm。气 缸选 择 C M2 4 0 2 5 0 ， 其缸径为 0 4 0 mlT l ， 行程为 2 5 0 mm， 在气压为 0 ． 3 MP a O ． 8 MP a 之间可实现阻车器的开启与闭合 。 1 ． 2 缓 冲装置 刚性冲击极易引起运输车侧 翻事故 ， 从而引发更 大 的安全事故。为减少运输设备 的刚性冲击力 ， 在机 架上设置了缓冲装置。机架底部安装缓冲弹簧， 机架 处安装弹性钢板 ， 可通过弯曲来吸收冲击力 。当车辆 撞击阻车架时，阻车架旋转， 如图 3所示 ， 导致弹性钢 板弯曲， 弹簧收缩 ， 使得运输车发生柔性冲击 而停车。 此外在气缸选型时， 应留有一定余量作为缓冲伸缩量 。 气路中安装 安全 阀， 当撞击阻车器时 ， 气 路 中气压剧 增 ， 此 时安全 阀开 启 ， 既 可 以保 护 设 备 安全 ， 又 可 以通 过压力逐步释放使阻车器获得一定 的缓冲。阻车器的 柔性阻挡可以改善运输车侧 翻现象 ， 双缓冲装置可实 现撞击的安全性 ， 保证井巷运输的安全 。 1 一道轨； 2 --弹性钢板 ； 3 一气缸 } 4 一缓冲弹簧； 5 --机架 图 3 缓冲装置 2 阻车器启闭控制装置 当运输车辆正常运行而无需停车时， 阻车架闭合 ； 当运输车因事故导致跑车时 ， 运输车运行速度大于规 定速度 ， 可通过阻车器 的自动开启来阻止运输 车的继 开启阻车器时 ， 可以通过选 择按钮来人工控制阻车器 的开闭 ， 人工控制可弥补 自动控制发生故障时无法控 制的缺陷， 保证井下的安全运输。当阻车器发生 电气 故障时导致电磁阀无法换 向， 阻车器会无法启闭 ， 这种 状态会引发安全事故 ， 为此设计了手动换 向阀。手动 换 向阀 与 电磁 阀并 联 ， 当电磁 阀失效 后 ， 可 以启用 手动 换向阀， 实现阻车器闭合。 自动阻车器安装有声光语音警示装置 ， 声光语音 信号与控制器相连 ， 当发生超速 、 跑车时 ， 道轨上的接 近开关发出信号， 控制器对信号进行处理后发 出信号 给电磁阀， 气缸动作， 阻车器闭合的同时 ， 发 出报警信 号， 同时闪烁红灯， 以提醒附近作业人员注意躲避事故。 3状 态显 示 为了实时监控阻车器状态 ， 在阻车器机架上安装 3 接近传感器。当设备开启时， 常开型接近开关发出 信号 ， 控制器可以随时监测阻车器状态， 控制器通过信 号接 口将阻车器状态发送至地面调度系统或其他控制 设备 ， 同时将运输车在阻车器附近的运行速度进行 上 传 ， 以实现运输车运行情况的实时监测[ 3 ] 。阻车器控 制系统元件布置图如图 4所示。 Xi a o y u Co a l Mi n e o f Da t o n g Co a l I n d u s t r y Gr o u p，Sh u o z h ou 0 3 8 3 0 0，Ch i n a Ab s t r a c t I n l i g h t o f t h e s h o r t c o mi n g s o f t h e ma n u a l s t o p b l o c k u n d e r g r o u n d，a k i n d o f p n e u ma t i c a u t o ma t i c s t o p b l o c k i s d e s i g n e d ． B y i n s t a l l i n g s e n s o r s o n t h e g u i d e r a i l ，wh e n t h e t r a n s p o r t e q u i p me n t mo v e s a t e x c e s s i v e s p e e d，t h e r e s i s t a n c e d e v i c e wi l l t u r n o n a u t o ma t i c a l l y ，t o p r e v e n t t h e a c c i d e n t ．I n a d d i t i o n。t h e a u t o ma t i c s t o p b l o c k i S o f mo r e e f f e c t i v e r e s i s t a n c e a r e a a n d wi t h t h e b u f f e r d e v i c e ，c a n i mp r o v e t h e e f f i c i e n c y o f s t o p b l o c k，r e d u c e t h e n u mb e r o f t r a n s p o r t a c c i d e n t s ． Ke y wo r d s s t o p b l o c k s e n s o r ；s i g n a l p r o c e s s i n g ；b u f f e r d e v i c e ；d e s i g n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m