斜井防跑车装置的设计计算.pdf

2 0 0 3年第 1 O期 煤 矿 机 械 1 留设 计 计 算 嗣 文 章 编 号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 3 1 0 ． 0 0 0 1 ． 0 3 斜 井 防跑 车 装 置 的设计 计算 和 嫣 梅 中煤 国际工 程集 团 重 庆设 计研究 院 ，重庆 4 0 0 0 1 6 摘要 通 过 对斜 井 跑 车 的运 动 学、 动 力 学 以及 对 挡 车 栏 强度 的分 析 ， 给 出 了斜 井防 跑 车 装 置 的设计计 算公 式 跑 车速度 计算、 挡车栏动作指令提前量 的确定 、 跑 车作 用于挡车栏上的冲 击力、 挡 车栏 的速度计 算 ， 为更进一 步 了解防跑 车装置 的设计规律作 了一 些探讨 。 关键词 斜 井跑车；运 动学 ；动 力学 ；挡 车栏 强度 ；设计 中 图 号 T D 5 5 文 献 标 识 码 A 1 前 言 斜 井 防跑车装置 的设计计 算是 比较复杂而重要 的问题 ， 冲击 动能 的大小计算 ， 动能转化 的过程 与形 式 ， 挡车装 置安全保 护的合 理距离 ， 挡车栏 的强度计 算等 ， 都需 要有科 学合 理 的计算 方法 。本 文 在总结 以往设计经验 的基础 上 ， 提 出 了较为 系统 的计算 方 法 。 2 跑 车速度的计算 矿 车 发生 跑车后 ， 在重 力 的作用下 沿斜井 加速 运 动 ， 到达挡 车栏 处 的速 度 和所需 时 间 t 的计 算 。 2． 1矿 车从 静 止 初 速 度 为 零 状 态 下 发 生 跑 车 时 速 度 计 算 1 挡车栏处 的速度 见 图 1 、 图 1 矿 车 从 静 止 状 态 跑 车 示 意 图 Fi g． 1 Sh ows t h a t a t r a m c ar s t ar t f r o m t he s t at e o f s t i l h l e S S 由 2 a L 。 及 口g 。 s in a一[ 1 C O S G 有 t 7 k J2 g ． L p s i n a一[ 1 C O S G 1 式 中 ￡ 矿 车从跑 车点至挡车栏处 的距离 ， m； a 斜 井的倾 角 ； 钢 轨与矿车车轮之间 的滚动摩擦系 数 ， 一般取 0 ． 0 1 ； g 重 力 加 速 度 ， g 9 ． 8 0 6 6 5 r n ／ s 2 。 2 跑车所 需时间 t 。 由 t ， 有 ／ 2k √ 2 2 ． 2矿 车 以初速度 为 。发 生跑车时速 度计算 1 挡 车栏处 的速度 由 一 2 a L 。 及 口g n s i n g一 t C O S G 有 k ,／ 2 g ． L p s i n g一／ c o s a 3 2 跑车所需时间 t 。 由 t t 有 L s i n g兰 [ 1 C O S G 鬲 √ 2 g 。 一 0 3挡 车 栏 动 作 指 令 提 前 量 的确 定 对于 常闭式 防跑 车装置 ， 需要 确定 矿车运 行 到 挡车栏前 多长距 离发 出挡车 栏开 启 的信号 ； 对 于 常 开式防跑车 装置 ， 需 要确 定速 度检测 装 置与 挡车栏 之 间的合理距离 ， 这是有效地阻挡跑车 的重要参数 。 3 ． 1挡 车栏 提 起 与 落 下 时 间 t ， 对 于常 闭式防跑 车装置 ， 挡 车栏 的提起 方式一 般有 2种情况 ①垂 直提起 ； ②旋 转提起 。对 于 常开 式防跑车装置 ， 挡车 栏落下 方 式一般 有 自由落体式 和旋转关闭式 。 1 垂 直 提 起 时 间 t ， t 2 5 式 中H。 提 升高度 ， m； 。 提 升 速 度 ， m ／ s 。 2 旋 转 提 起 时 间 t 6 式 中 z 。 挡车栏处于下位时 的钢绳长度 ， m； z 挡车栏 处于上位时 的钢绳长度 ， m。 3 自由落 体式挡车栏 的落下 时间 t ， t 2 7 √ 7 式 中 挡车栏 自由落下高度 ， m。 4 旋 转关闭式挡车的落下时 间 t ， 维普资讯 2 斜井 防跑车装置 的设计计 算 和嫣梅 2 0 0 3年第 1 0期 旋 转关闭式 的多数情况 是挡车栏 在重力的作用 下 ， 绕其转 轴旋转 而 自动关 闭 的。由能量 守恒定 律 得到挡 车栏在 角度 处 的角速度 | 2 m g n H ‘ ∞ 了 _ 又 H r 。 s i n 卢一s i n p 。 ， ∞ 则 ／J ⋯ d ／ 3 √ 赤 志 ㈤ 式 中 m 挡 车 栏 的质 量 ， k g ； J 挡车栏 的转动惯 量 ， k g r n 2 ； r 。 挡 车栏 的质心距转轴 中心的距离 ， m； 一 挡 车栏初始位置角 ， r a d ； 挡车栏终止位置角 ， r a d 。 3． 2挡 车 栏 动 作 提 前 量 的 确 定 1 常闭式 防跑车装 置的挡车栏动作提前量 L 0 t J l t 2 S 0 9 式 中 ． 绞 车 下 放 矿 车 的速 度 ， m ／ s ； ．S 。 富裕常 数 ， m， 取 决 于挡车栏 的可靠 度 和绞 车安 全 保 护 装 置 的 灵 敏 度 ， 通 常 取S 01 ． 52． 5 m。 2 常 开式防跑车装置 的挡 车栏动作 提前量 L 。 tJ f 2 寺 g 2 s in a S 。 1 0 式 中 跑车到达传感器处 的速度 ， m ／ s 。 4跑 车 作 用 于 挡 车 栏 上 的 冲 击 力 跑车作用 于挡 车栏上 的冲击力是设计挡车栏和 吸能制动器 的主要依据 。矿 车与挡 车栏相撞击 的冲 击力计算 有 2种 情况 。 4 ． 1 按 1 辆 矿车计算 冲击力 矿 车与挡 车栏相撞 ， 无论 矿 车数量多少 ， 均按 1 辆矿车 的冲击 力为计算依据 。 1 辆矿 车作 用在挡 车栏上 的冲击 力 P 1 1 式 中 Q 重 车作 用在挡车栏 上 的静力 ， N Q Q 0Q1 s i n a一 u c o s a ； Q 。 矿 车 自身质量 ， k g ； Q， 矿 车 载 运 物 料 的质 量 ， k g ； 动荷系数 。 厂。■广 l √ 2 挡车栏在静力分量 Q 。 作用下 ， 整个的 弹性 变 形 ， l 2 3 4 ， m； Q 静力 Q沿挡车栏表面垂直方 向的分量 ， Q。 Q c o s O t O t ， N； a 挡 车 栏 与 铅 垂 线 之 间 的锐 角 ， 。 ； ．矿 车橡胶碰头 的弹性变形 ， m； 挡 车栏 的 弹性 变形 ， m； 文 缓 冲弹簧的弹性变形 ， m； 主轴的弹性变形 ， m。 4 ． 2以多辆矿 车计算 冲击力 当出现 以下 2种 情况 时 ， 要按一 辆矿 车计 算 出 的冲击 力进行 修正。 1 当矿车之间 的距离很小 ， 出现重 叠撞击 的情 况 由于矿车之间没有足够 的间距 ， 当第 1 辆 矿车 与 挡车栏 的撞击过 程 尚未 完成 时 ， 第 2辆 矿车 就又撞 击到第 1 辆矿 车上 ， 出现重 叠撞击 的现象 。 2 当矿车受到非正常阻力 ， 出现整体撞击 的情 况 当第 1 辆矿车受到非正常阻力速度减慢时 ， 后面 的矿 车紧贴在前面 的矿 车上 ， 会 出现整 体撞 击 挡 车 栏 的 现象 。 。 鉴于上述情况 ， 计算 冲击力时 ， 每辆矿 车都应 考 虑增加一个 小 于 1的叠 加 系数 ， 则 作 用 于挡车 栏 上 的冲击力 P P 1 l 2 ⋯ 1 3 式 中 ￡ 每辆矿 车的叠加系数 ， 对第 i 辆矿 车 ， ￡ 1 ． 1 0 ． 2 i 2 ≤ i ≤5 。 4 ． 3作 用 于柔 性 挡 车 栏 上 的 冲 击 力 厂丁 P √ Q 1 4 式 中 在静力 Q作用下挡车栏上钢丝绳的静 变 形 ， l x j ， m； 厶1 J 卜一 挡 车 栏 中钢 丝 绳 的长 度 ， m； E 钢丝 绳 的弹 性 模 量 ， P a ； F 承 载 钢 丝 绳 的 断 面 积 ， r n 2 。 5挡车栏 的强度计算 挡 车栏有柔性挡车栏 和刚性挡车栏 2种 结构形 式 ， 由于结构不同 ， 强度计算方法也不 同。 5 ． 1 刚性挡 车栏 强度计算 1 对 于 门 框式 或杠 杆 式 刚性 挡 车栏 ， 可 按 如 图 2所示模 型计算 。 最 大 弯 矩 M P ． s i n p 。 a b ／ Z 最 大 弯 曲应 力 维普资讯 2 0 0 3年 第 l 0期 斜 井 防 跑 车 装 置 的设 计 计 算 和 嫣 梅 3 一 一 式 中 口 冲击力 与挡车栏 的夹角 ， 。 ； 抗弯截面模量 ， m 3 ； f 挡车栏 的长度 ， m。 强度条件应满足 d ≤[ ] 根 据 上式 对 挡 车 栏 进 行 强 度 校 核 或设 计 截面 。 si n 口 图 2门框 式或 杠杆 式 刚性挡 车 栏计算 简 图 Fi g． 2 To c a l c ul at e do o ffr a me or l e ve r - r i g i d t r am g ua r d 2 对 于羊角式 刚性挡 车栏 ， 可按如 图 3所示模 型计算 。 图 3羊角 式 刚性挡 车栏 计 算简 图 Fi g． 3 To c a l c u l a t e hor ny r i g i d t r a m g ua r d 显然 ， 挡车栏轴 孔处 的弯矩最大 ， 其值 一 Pj s i n ／ ， JIl f一 “ 式 中 冲击 力 作 用 点 至 挡 车栏 回转 中 心 的 距 离 ， mo 从而强度条件应满足 d ≤【 ] 5 ． 2柔 性 挡 车 栏 强 度 计 算 平 行 栅 条 式 挡 车 栏 是 一 种 柔 性 挡 车栏 。在 这 种 挡 车栏 中 ， 钢丝绳直接承受矿车 的冲击力 ， 所 以挡车 栏 强 度 的计 算 主要 是计 算 钢 丝 绳 的 强 度 。 设受力钢丝绳 的根 数 为 n， 则 每 根钢 丝绳 所 受 的拉 力 矗 式 中 钢 丝 绳受 力 的 不 均匀 系数 ， 取 K。 0． 8。 钢丝绳强度按下式校核 玑Q 0 ／ P ≥l mj 式 中 m 钢丝绳 的安全 系数 ； 一般取许用安 全 系数 [ m] 3 ； Q 。 钢丝绳 的破断拉力总和 ， N 。 参 考文献 [ I ] 张云程 ． 斜 井 防跑 车装 置 的几 个 问题 分 析 [ J ] ． 煤 炭 科 学 技 术 ， 1 9 8 4． 4 3 43 5． 作 者简介 和嫣 梅 1 9 7 1 一 。 女 。 云南 丽江人 。 工程 师 。 1 9 9 3年 毕 业于原 湘潭矿 业学 院矿 山机 械设 计专 业 ， 现 在 中煤 国 际 工程 集 团重 庆设 计研究 院从 事设 计工 作 ． T e l 0 2 36 8 7 2 5 1 4 1 ． 收 稿 日期 2 0 0 3 ． 0 7 ． 1 3 1 ● ‘ - l ■ ‘ 1 ● ■ l J e S l Rm nR C a l c ul at i O n o n pr o t e c t i 0 n ne Ⅵ c e aga i ns t t r a m ． s l i m n g i n i nc l i ne d s h a f t H E Ya n- re e l C h i n a Co a l I n t e r n a t i o n a l En g i n e e r i n g Gr o u p 。 C h o n g q i n g D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e 。 C h o n g q i n g 4 0 0 0 1 6。 C h i n a Abs t r a c t Th r o u g h t h e a n a l y s i s a b o u t t h e ki ne ma t i c s 。 dy n a mi c s an d the s t ren g t h o f t r a m g u a r d。 t h e a u tho r pu t s f o r wa r d t h e c a l c u l a t i n g f o r mu l a o f p r o t e c t i o n d e , i c e a g a i n s t t r a m- s l i d i n g i n i n c l i n e d s h a f t i n t h e p r e s e n t p a p e r c a l c ula t i n g o f t r a m- s l i d i n g s pe e d- d e t e r mi n a t i o n o f a c t i o n i n s t r u c t i o n。 wh i c h i s a h e a d o f t i me。 o f t he t r a m gu a r d- wa l l o p o f t r a m s l i d i n g o n t ram gua r d a n d c al c u l a t i n g o f t r a m gua r d s p e e d眦i n c l u d e d 。 w h i c h p r o v i d e s s o me d i s c u s s i o n for f u r t h e r u n d e r s t and i n g o f d e s i g ni ng r e gu l a t i O n s a b o u t p rot e c t i o n d e v i c e ag a i n s t t r a m s l i d i n g． ． Ke y wo r d s t ram- s l i d i n g i n i n c l i n e d s h aft ；k i n e ma t i c s ；d y n a mi c s ；s t r e n g t h o f t r a m gu a r d；d 高 g n 变 频 器 调 速 技 术 在 链 斗 式 输 送 机 上 应 用 成 功 最近 ， 兖州煤矿机械厂采用 P I E程序通过变频器内置功能对多台链斗式提升机进行控制 ， 实现了无级调速。 该 控 制装 置 主要包 括 3台 A B B公 司的变频 器 、 三菱 公 司 的基本 单 元 和接 触 器 、 继 电器 、 速度 传 感 器 、 仪 表 等 ， 主 要 功 能是 在 现场 随 时调 节 速度 值并 保持 3台链斗 机速度 一 致 ， 利用 变频 器 内部 的 多种 保护 功 能 实现 故 障保 护 ， 发生 故 障 时 发 出声 光 报 警 信号 。P IE 基 本单 元控 制 电机 在变 频器 供 电和工 频供 电之 问切换 ， 为 防止 三相 工频 电源 经接 触器 误接 到变 频 器 输 出侧 而 烧 毁 变频 器 ， P IE 对变 频或 工 频 运行 的接触 器 进行互 锁 。变频 器 内置 P I D功 能 ， 可 实现 闭环 控 制 。该 系统 用 3个 精 密 多 圈 电位 器 ， 手动 时 直接 用 电位 器调 节 3台电 动 的速度 ， 自动时 分别设 定 3台 电机 的给 定速 度值 。 李 剑锋供稿 维普资讯